Основы технологии LTE

Задачей технологии LTE (Long-Term Evolution) является создание единой архитектуры радиодоступа для сетей сотовой связи и беспроводного доступа на уровне стандарта WiMAX. Естественно, что при этом должны быть обеспечены одинаковые скорости передачи данных в пакетном режиме на абонентские терминалы. Основные сведения о технологии LTE размещены в спецификациях E-UTRA Rel.8-10.

В LTE реализованы задачи эволюции системной архитектуры SAE (System Architecture Evolution) при передаче пакетного трафика. Архитектура E-UTRAN представлена на рис. 6.1. Она включает в себя ядро пакетной сети EPC (Evolved Packet Core), модернизированные eNB и интерфейсы S1 и X2.

Рис. 6.1. Базовая архитектура сети E-UTRAN

 

На физическом уровне (на радиоинтерфейсе) в технологии LTE используют OFDM при модуляции 4-ФМ, 16-КАМ и 64-КАМ. При этом максимальное число поднесущих частот в рабочей полосе может достигать 2048.

Для обеспечения взаимной синхронизации с UTRA в LTE введена единица отсчета времени Ts = 1/(15000×2048)c. Передача по радиоканалу идет кадрами длиной 10 мс, что составляет 307200 Ts. Каждый кадр состоит из 20 временных слотов длиной 15360×Ts = 0,5мс, пронумерованных от 0 до 19. Два последовательных слота составляют 1 субкадр - всего 10 субкадров, от 0 до 9 (рис.6.2).

Рис.6.2. Структура кадров в LTE

Стандарт предусматривает 2 режима работы: с частотным дуплексом (FDD) и с временным дуплексом (TDD) На рис.6.3 показана конфигурация кадров при частотном дуплексе.

Рис.6.3. Конфигурации кадров при частотном дуплексе.

При расстоянии между поднесущими ∆F = 15 кГц длина OFDM символа составляет 1/∆F ≈ 66,7 мкс. В каждой половине субкадра (слоте длиной 0,5мс) передают 6 или 7 OFDM символов в зависимости от длины циклического префикса (активной паузы между символами). Длина циклического префикса T_CP составляет 160Тs ≈5,2 мкс перед первым символом и 144Тs ≈4,7мкс перед остальными символами. Возможен вариант использования расширенного циклического префикса длиной 512 Тs ≈16,7мкс. В этом случае в одном субкадре размещают 6 OFDM символов (рис.6.4).

Рис.6.4. Структура слота на физическом уровне

Как было сказано, в частотной области расстояние между поднесущими выбрано равным ∆F = 15 кГц (опционально, 7,5 кГц). Выбор ∆F = 15 кГц обусловлен обеспечением взаимной синхронизации между UTRAN и LTE. Так при числе поднесущих N = 256 тактовая частота B= N/T_u = N × ∆F = 3,84 МГц, что совпадаетс чиповой скоростью в стандарте UMTS. Взаимная синхронизация обеспечивается и с WiMAX. Напомним, что в WiMAX стандарта 802.16е расстояние между поднесущими составляет 10,94 кГц, что составляет 1/351 от частоты 3,84 МГц.

Весь канальный ресурс разделяют на блоки из 12 расположенных рядом поднесущих, занимающих полосу 180 кГц. При передаче вниз, от eNB к UE, в каждом блоке из 12×7 = 84 элементов часть элементов используют для передачи опорных (reference) символов (рис.6.5). Выделяемый абоненту канальный ресурс определяют числом ресурсных блоков.

Рис.6.5. Структура ресурсного блока при передаче вниз

 

В табл. 6.1 и 6.2 приведены сквозные скорости передачи вниз в режиме частотного дуплекса, когда каналы управления в субкадре занимают 3 OFDM-символа. В табл. 6.1 в рабочей полосе 600 поднесущих (50 РБ), в табл. 6.2 –1200 поднесущих (100 РБ).

 

 

Таблица 6.1

Кол-во бит на символ	Модуляция	Скорость кода	Сквозная скорость в Мбит/с 1 антенна	Сквозная скорость в одном канале в Мбит/с 4 антенны
	4-ФМ	0,50	5,87	4,57
	16КАМ	0,50	11,7	9,14
	16КАМ	0,75	17,6	13,7
	64КАМ	2/3	23,5	18,3
	64КАМ	0,75	26,4	20,6
	64КАМ	8/9	31,3	24,4

Таблица 6.2

Кол-во бит на символ	Модуляция	Скорость кода	Сквозная скорость в Мбит/с 1 антенна	Сквозная скорость в одном канале в Мбит/с 4 антенны
	4-ФМ	0,50	12,2	10,9
	16КАМ	0,50	24,3	21,7
	16КАМ	0,75	36,5	32,6
	64КАМ	2/3	48,7	43,5
	64КАМ	0,75	54,8	48,9
	64КАМ	8/9	64,9	58,0

 

[7] В скобках указано число используемых поднесущих.

[8] Параметр, учитывающий увеличение расчетной полосы по отношению к номинальной. Из-за наличия защитных поднесущих по краям полосы помех между сигналами соседних полос не возникает.