テクノロジー, 接続性
LTEネットワーク - それは何ですか？ LTEネットワークのモード、構造および動作原理
LTEネットワークは、3GPPコンソーシアムによって最近承認されました。 このような無線インタフェースを使用することにより、データが送信される最大レート、パケット転送の遅延時間、およびスペクトル効率の点で、前例のない動作パラメータを有するネットワークを得ることが可能となる。 著者らは、LTEネットワークの立ち上げにより、無線スペクトル、マルチアンテナ技術、チャネル適応、ディスパッチメカニズム、データの再編成および電力制御のより柔軟な使用が可能になると述べている。
先史時代
HSPA規格に従ってデータパケットを高速で転送する技術に基づくモバイルブロードバンドは、既に、セルラネットワークのユーザによって広く認識されている。 しかしながら、そのような通信サービスのユーザの要求が絶えず増加するにつれて、例えば、データ伝送の速度を上げ、遅延時間を最小限にし、全体的なネットワーク容量を増加させることによって、それらのサービスをさらに改善する必要がある。 このことを念頭において、3GPPコンソーシアムによるHSPA EvolutionとLTEの無線インターフェース仕様が作られました。
以前のバージョンとの主な違い
LTEネットワークは、情報が伝送される最大速度（300メガビット/秒以上、パケットの送信遅延が10ミリ秒を超えず、スペクトル効率がはるかに高くなるなど）を改良した、先に開発した3Gシステムとは異なる。 LTEネットワークの構築は、新しい周波数帯域と既に事業者が利用できる帯域の両方で実行できます。
この無線インタフェースは、オペレータが現時点で存在する標準システムから徐々に移動する解決策として位置づけられており、これは3GPPと3GPP2です。 このインタフェースの開発は、標準的なIMT-Advanced 4Gネットワークの開発、すなわち新世代の開発において重要な一歩です。 実際、LTEの仕様には、もともと4Gシステム向けに意図されていたほとんどの機能が含まれています。
無線インタフェース構成の原理
無線通信は、品質のための無線チャネルが時間および空間において一定ではなく、周波数に依存するという特徴的な特徴を有する。 ここでは、電波の多重伝搬の結果、通信パラメータが比較的迅速に変化すると言うことが必要である。 無線チャネルを介して一定の情報交換率を維持するために、そのような変化、すなわち多様な伝送方法を最小限にするために、多くの方法が一般的に使用される。 同時に、情報パケットの送信中に、ユーザは、ビットレートの短期変動に常に気付くとは限らない。 LTEネットワークモードは、無線アクセスの基本原理として、減少ではなく、無線チャネルの品質における急激な変化の適用を仮定して、各時点で利用可能な無線リソースの最も効率的な使用を保証する。 これは、OFDM無線アクセス技術を介して周波数および時間領域で実施される。
LTEネットワークデバイス
どのようなシステムで、どのように構成されているかを理解するだけです。 これは、いくつかの狭帯域サブキャリアにわたる データ の 伝送 を前提とする通常のOFDM技術に基づいている。 後者をサイクリックプレフィックスと組み合わせて適用することにより、OFDMベースの通信を無線チャネルパラメータの時間的な分散に対して安定化させることができ、また、受信側で複素イコライザを使用する必要性を事実上なくすことができる。 この状況は、この場合、主周波数での受信機による信号処理を単純化することができ、端末装置自体のコストおよびそれによって消費される電力を低減することができるので、下流チャネルの構成に非常に有用である。 これは、マルチストリーミングと一緒に4G LTEネットワークを使用する場合に特に重要になります。
放射電力が下降放射電力よりも著しく低いアップリンク は、 受信可能装置の 電力消費を 低減するために、情報を送信するエネルギー効率のよい方法の作業に強制的に含める必要がある。 実施された研究は、アップリンクLTEチャネルのために、離散フーリエ変換の法則に対応する分散を有するOFDMの形態での情報伝送の単一周波数技術が使用されることにつながった。 そのような解決策は、従来の変調の使用と比較して、平均電力レベルと最大電力レベルとのより小さい比率を提供することを可能にし、エネルギー効率を高め、端末装置の構成を単純化する。
ODFM技術に従って情報を送信する際に使用される基本リソースは、時間領域および周波数領域のOFDMシンボルおよび副搬送波のセットに対応する時間 - 周波数ネットワークの形態で実証することができる。 LTEネットワークモードは、180キロヘルツの周波数帯域と1ミリ秒の時間間隔に対応する2つのリソースブロックがデータ送信の主要素として使用されることを前提としています。 周波数リソースの組み合わせ、符号化レートや変調次数選択などの通信パラメータの設定により、広範囲のデータレートを実現できます。
技術仕様
我々がLTEネットワークを考えると、それは何であるか、ある説明の後で明らかになる。 そのようなネットワークの無線インタフェースのために確立された高い目標を達成するために、その開発者はいくつかの非常に重要な点と機能を編成してきました。 これらのそれぞれについて、ネットワーク容量、無線サービスエリア、遅延時間、データレートなどの重要な指標に与える影響を詳細に示して説明します。
ラジオスペクトルアプリケーションの柔軟性
1つまたは別の地理的領域で動作する立法規範は、移動体通信がどのように組織化されるかに影響を与える。 すなわち、それらは、異なる周波数の不対バンドまたはペアワイズ帯域で異なる周波数帯域に割り当てられた無線スペクトルを規定する。 使用の柔軟性は、LTE無線スペクトルの最も重要な利点の1つであり、異なる状況で使用することが可能です。 LTEネットワークアーキテクチャは、異なる周波数帯域で動作するだけでなく、異なる幅を有する周波数帯域（1.25〜20MHz）を使用することを可能にする。 さらに、そのようなシステムは、不対と対の周波数帯域で動作することができ、時間および周波数二重をそれぞれサポートする。
端末装置について言及すると、ペア周波数帯域を使用する場合、装置はデュプレックスまたはハーフデュプレックスモードで動作できます。 端末が異なる時間および異なる周波数でデータを受信および送信する第2のモードは、デュプレックスフィルタの特性に課される要件を大幅に低減する点で魅力的である。 これにより、端末装置のコストを削減することができる。 さらに、わずかなデュプレックス分離を伴う対の周波数帯域の導入の機会がある。 LTEモバイルネットワークは、ほぼすべての周波数スペクトラム分布に対して編成することができます。
ラジオアクセス技術の開発における唯一の問題は、無線スペクトルの柔軟な使用を提供し、通信装置を互換性のあるものにすることである。 この目的のために、LTE技術は、異なる幅および異なるデュプレックスモードの周波数帯域を使用する場合、同一のフレーム構造を実装する。
マルチアンテナデータ伝送
移動体通信システムにおけるマルチアンテナ放送の利用により、加入者のメンテナンス性を向上させるとともに、技術特性の向上を図ることができる。 LTEネットワークのカバレッジは、狭い無線ビームの形成が区別される特定の場合として、間隔を置いてマルチスレッド化された2つのマルチアンテナ送信方法の使用を含む。 スパース情報は、2つのアンテナから来る信号レベルを等化する方法と考えることができ、各アンテナから別々に受信される信号レベルの深いディップを排除することができる。
あなたはLTEネットワークをより詳細に見ることができます：それは何ですか？そして、それはどのようにすべての指定されたモードを使用していますか？ ここでのダイバーシティ送信は、データブロックの空間周波数符号化の方法に基づいており、4つのアンテナを同時に使用する場合、時間ダイバーシティと周波数シフトを補完する。 ダイバーシティ送信は、通常、通信チャネルの状態に応じて、スケジューリング機能を適用できない共通のダウンリンクチャネル上で使用される。 この場合、ダイバーシティ送信を使用して、例えばVoIPトラフィックなどのユーザデータを転送することができる。 このようなトラフィックの強度が比較的低いため、前述のディスパッチ機能に関連する追加のオーバーヘッドを正当化することは不可能です。 データ伝送の多様性のために、セル半径およびネットワーク容量を増加させることが可能である。
単一の無線チャネルを介して複数の情報ストリームを同時に送信するためのマルチスレッド送信は、端末装置およびベースネットワークステーションにそれぞれ配置された複数の受信アンテナおよび送信アンテナの使用を含む。 これにより、最大データ転送速度が大幅に向上します。 例えば、端末装置が4つのアンテナを備え、そのような量が基地局で利用可能である場合、1つの無線チャネルで最大4つのデータストリームを同時に送信することは非常に現実的であり、実際にはその帯域幅を4倍大きくする。
この技術は、さまざまな運用条件下での高品質な動作を実現するためには、常に変化し続けるストリームに同時に送信されるストリームの数を連続的に調整できる適応型マルチスレッド伝送を実装する必要があると結論づける必要があります通信チャネルの状態。 良好なチャネル条件では、最大4つのデータストリームを同時に送信することができ、20メガヘルツの帯域幅で最大300メガビット/秒の伝送速度が可能になります。
チャネル状態がそれほど良好でない場合、伝送はより少ないスレッドで行われる。 この状況では、アンテナを使用して狭いビームパターンを形成することができ、全体的な受信品質が向上し、最終的にはシステム容量の増大およびサービスゾーンの拡大につながる。 広いカバレッジエリアまたはデータ伝送を高速に提供するために、狭いビームで1つのデータストリームを送信することも、共有チャネル上で共有ブロードキャストを使用することもできます。
LTEネットワークの動作原理は、ディスパッチングが、データ送信のためのネットワークリソースのユーザ間の分配として理解されることを前提としている。 下降チャネルと上りチャネルの動的ディスパッチを提供します。 ロシアのLTEネットワークは現在、システム全体の通信チャネルと全体的なパフォーマンスのバランスを取るように設定されています。
LTEエアインターフェイスは、通信チャネルの状態に応じて、ディスパッチ機能の実装を前提としています。 これは、高次変調の使用、付加的な情報フローの転送、符号化チャネルの程度の低減、および繰り返し放送の回数の削減によって達成される、高速でのデータ転送を提供する。 これには、比較的良好な通信条件によって特徴付けられる周波数および時間リソースが含まれる。 特定の量のデータの転送は、より短い期間で行われることが判明しました。
他の国と同様、ロシアのLTEネットワークは、同じ時間間隔で小さなペイロードでパケットを送信することに忙しいサービスのトラフィックが、動的ディスパッチに必要なシグナリングトラフィックの量を増加させる必要があるように構築されています。 ユーザーがブロードキャストする情報の量を超えることさえあります。 そのため、LTEネットワークの静的なディスパッチングなどがあります。 これは、ユーザーに特定の数のサブフレームを送信するための無線周波数リソースが割り当てられていると言えば、明らかです。
アダプテーションメカニズムのおかげで、動的な通信品質で、チャンネルから「可能な限りすべて」絞ることが可能です。 これにより、LTEネットワークによって特徴付けられる通信条件に応じて、チャネルコーディングおよび変調方式を選択することができます。 彼の仕事がデータ変換のスピードに影響を与えるというだけでなく、チャンネルにエラーが発生する可能性があると言えば、それは明らかになります。
アップリンクの電力とその規制
この態様は、ネットワーク容量を増大させ、通信品質を改善し、無線カバレッジエリアを大きくし、電力消費を低減するために、端末によって放出される電力レベルの管理に関する。 これらの目標を達成するために、電力制御機構は、有用な入来信号のレベルを最大にする一方で、同時に無線干渉を低減する傾向がある。
LTE「ビーライン」ネットワークおよび他のオペレータは、アップリンクにおける信号が直交したままであること、すなわち、少なくとも同じセルのユーザ間で相互干渉が生じないことを前提としている。 隣接セルのユーザによって生成される干渉のレベルは、放射端末がどこに位置するか、すなわちその信号がセルへの途中でどのように減衰するかに依存する。 LTEの "メガホン"ネットワークはまったく同じように配置されています。 これは正しく言うでしょう：ターミナルが隣接するセルに近いほど、それがそこに生成する干渉のレベルが高くなります。 隣接するセルから遠い距離に位置する端末は、近接する端末に比べてより大きな電力の信号を送信することができる。
信号の直交性のために、アップリンクでは、同一セル上の同一チャネル内の異なる電力の端末からの信号を多重化することが可能である。 これは、電波のマルチパス伝搬に起因する信号レベルのバーストを補償する必要がないことを意味し、適応メカニズムを使用して通信チャネルをディスパッチすることによってデータ変換の速度を増加させるために使用することができる。
リレーデータ
ほぼすべての通信システム、およびウクライナのLTEネットワークは例外ではない、随時データを転送するプロセスにおいてミスを犯す、例えば、信号フェージングに起因し、干渉や雑音。 エラー保護は、高品質な通信を確保するためのセーフガードする情報の紛失または破損した部品の再送信の方法により提供されます。 データ再送プロトコルを効率的に編成されている場合は、無線リソースをより合理的に使用されています。 高速エアインタフェース最大限に使用するために、LTE技術は、ハイブリッドARQを実現する動的効果的な二レベルのデータ中継システムを有しています。 それはフィードバックと再送データのために必要な小さなオーバーヘッドを特徴とする、信頼性の高い選択再送プロトコルを補いました。
このソリューションは、低オーバーヘッド、および保証との通信の信頼性と最小遅延ブロードキャストパケットを保証することが可能となります。 HARQプロトコルは、それがかなりのオーバーヘッドで、ならびにブロードキャストパケットのレイテンシの増加と関連しているので、ARQプロトコルのかなりまれな使用につながる、エラーのほとんどを検出して修正することを可能にします。
基地局は、 これら2つのプロトコルのレベルの密接な関係を提供し、これらのプロトコルの両方をサポートするエンド・ノード、です。 このアーキテクチャの様々な利点の中でもHARQ作業後に残る誤差を排除するために、高速に呼び出すことができ、情報の調整量は、ARQプロトコルを使用して送信されます。
無線インタフェースLTEは、その主要な構成要素のおかげで、高い性能を有します。 柔軟性は、任意の利用可能な周波数リソース上でアクティブな無線エアインタフェースの使用を可能にします。 LTE技術は、急速に変化する通信環境の効果的な適用を確保する多数の機能を提供します。 チャネル状態に応じて、スケジューリング機能は、ユーザーに最適なリソースを提供します。 マルチアンテナ技術の応用フェージング信号を低減し、チャネル適応機構とは、特定の条件に最適な通信品質を保証し、符号化および変調の方法を使用することができます。
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