La red LTE fue aprobada recientemente por el consorcio 3GPP. Mediante el uso de una interfaz aérea de este tipo, es posible obtener una red con un rendimiento sin precedentes en términos de tasa máxima de transferencia de datos, retraso de reenvío de paquetes y eficiencia espectral. Dicen los autores que el lanzamiento de la red LTE permite un uso más flexible del espectro radioeléctrico, la tecnología multiantena, la adaptación de canales, los mecanismos de programación, la organización de la retransmisión de datos y el control de potencia.
Trasfondo
La banda ancha móvil, que se basa en la tecnología de paquetes de datos de alta velocidad HSPA, ya es ampliamente aceptada por los usuarios de redes celulares. Sin embargo, es necesario mejorar aún más su servicio, por ejemplo, utilizando un aumento en la velocidad de transmisión de datos, la minimización del tiempo de demora, así como un aumento en la capacidad general de la red, ya que los requisitos de los usuarios paralos servicios de tal comunicación están en constante aumento. Fue con este propósito que el consorcio 3GPP realizó la especificación de las interfaces de radio HSPA Evolution y LTE.
Principales diferencias con versiones anteriores
La red LTE se diferencia del sistema 3G desarrollado anteriormente por características técnicas mejoradas, incluida la velocidad máxima de transferencia de datos de más de 300 megabits por segundo, el retraso de reenvío de paquetes no supera los 10 milisegundos y la eficiencia espectral se ha vuelto mucho más alto. La construcción de redes LTE se puede realizar tanto en nuevas bandas de frecuencia como en operadores existentes.
Esta interfaz de radio se posiciona como una solución a la cual los operadores irán cambiando paulatinamente de los sistemas de estándares que existen actualmente, estos son 3GPP y 3GPP2. Y el desarrollo de esta interfaz es una etapa bastante importante en el camino hacia la formación del estándar de red 4G IMT-Advanced, es decir, una nueva generación. De hecho, la especificación LTE ya contiene la mayoría de las funciones que originalmente estaban destinadas a los sistemas 4G.
El principio de organización de la interfaz de radio
La comunicación por radio tiene un rasgo característico, y es que la calidad del canal de radio no es constante en el tiempo y el espacio, sino que depende de la frecuencia. Aquí es necesario decir que los parámetros de comunicación cambian relativamente rápido como resultado de la propagación de ondas de radio por trayectos múltiples. Con el fin de mantener una tasa constante de intercambio de información a través del canal de radio, por lo general se utilizan varios métodos para minimizarcambios similares, a saber, diferentes métodos de diversidad de transmisión. Al mismo tiempo, en el proceso de transmisión de paquetes de información, los usuarios no siempre pueden notar fluctuaciones a corto plazo en la tasa de bits. El modo de red LTE asume como principio básico de acceso de radio no reducir, sino aplicar cambios rápidos en la calidad del canal de radio para asegurar el uso más eficiente de los recursos de radio disponibles en un momento dado. Esto se implementa en los dominios de frecuencia y tiempo a través de la tecnología de acceso por radio OFDM.
Dispositivo de red LTE
Solo se puede entender qué tipo de sistema es entendiendo cómo está organizado. Se basa en la tecnología OFDM convencional, que implica la transmisión de datos a través de varias subportadoras de banda estrecha. El uso de este último en combinación con un prefijo cíclico permite que la comunicación basada en OFDM sea resistente a las dispersiones temporales de los parámetros del canal de radio y también permite eliminar prácticamente la necesidad de ecualizadores complejos en el lado receptor. Esta circunstancia resulta muy útil para organizar un enlace descendente, ya que en este caso es posible simplificar el procesamiento de las señales por parte del receptor en la frecuencia principal, lo que permite reducir el coste del propio dispositivo terminal, además como la potencia consumida por él. Y esto se vuelve especialmente importante cuando se usa la red 4G LTE junto con la transmisión múltiple.
El enlace ascendente, donde la potencia radiada es significativamente menor que en el enlace descendente, requiere su inclusión obligatoria en el trabajoun método de transmisión de información de bajo consumo para aumentar el área de cobertura, reducir el consumo de energía del dispositivo receptor, así como su costo. Los estudios realizados han llevado al hecho de que ahora para el enlace ascendente LTE, se utiliza una tecnología de transmisión de información de frecuencia única en forma de OFDM con una dispersión correspondiente a la ley de transformada discreta de Fourier. Esta solución proporciona una relación más baja entre los niveles de potencia promedio y máximo en comparación con la modulación convencional, lo que mejora la eficiencia energética y simplifica el diseño de los dispositivos terminales.
El recurso básico utilizado en la transmisión de información de acuerdo con la tecnología ODFM se puede mostrar como una red de tiempo-frecuencia que corresponde al conjunto de símbolos OFDM y subportadoras en los dominios de tiempo y frecuencia. El modo de red LTE asume que aquí se utilizan dos bloques de recursos como elemento principal de transmisión de datos, que corresponden a una banda de frecuencia de 180 kilohercios y un intervalo de tiempo de un milisegundo. Se puede lograr una amplia gama de velocidades de datos combinando recursos de frecuencia, configurando parámetros de comunicación, incluida la velocidad de código y la selección del orden de modulación.
Especificaciones
Si consideramos las redes LTE, lo que es quedará claro después de ciertas explicaciones. Para lograr los altos objetivos establecidos para la interfaz de radio de dicha red, sus desarrolladores organizaron una serie de importantesMomentos y funcionalidad. Cada uno de ellos se describirá a continuación, con una indicación detallada de cómo afectan indicadores importantes como la capacidad de la red, la cobertura de radio, el tiempo de demora y la tasa de transferencia de datos.
Flexibilidad en el uso del espectro radioeléctrico
Las normas legislativas que operan en una región geográfica particular afectan cómo se organizarán las comunicaciones móviles. Es decir, prescriben el espectro radioeléctrico asignado en diferentes rangos de frecuencia por bandas no apareadas o apareadas de diferentes anchos. La flexibilidad de uso es una de las ventajas más importantes del espectro radioeléctrico LTE, que permite su uso en diferentes situaciones. La arquitectura de la red LTE permite no solo trabajar en diferentes bandas de frecuencia, sino también utilizar bandas de frecuencia con diferentes anchos: desde 1,25 hasta 20 megahercios. Además, dicho sistema puede operar en bandas de frecuencia emparejadas y no emparejadas, admitiendo dúplex de tiempo y frecuencia, respectivamente.
Si hablamos de dispositivos terminales, cuando se utilizan bandas de frecuencia emparejadas, el dispositivo puede funcionar en modo dúplex completo o dúplex medio. El segundo modo, en el que el terminal recibe y transmite datos en diferentes momentos y en diferentes frecuencias, es atractivo porque reduce significativamente los requisitos para las características del filtro dúplex. Gracias a esto, es posible reducir el costo de los dispositivos terminales. Además, es posible introducir bandas de frecuencias emparejadas con espaciamiento dúplex bajo. Resulta que las redesLas comunicaciones móviles LTE se pueden organizar en casi cualquier distribución del espectro de frecuencias.
El único desafío en el desarrollo de una tecnología de acceso por radio que permita un uso flexible del espectro de radio es hacer que los dispositivos de comunicación sean compatibles. Para ello, la tecnología LTE implementa una estructura de trama idéntica en el caso de utilizar bandas de frecuencia de diferentes anchos y diferentes modos dúplex.
Transmisión de datos multiantena
El uso de la radiodifusión multiantena en los sistemas de comunicaciones móviles permite mejorar sus características técnicas, así como ampliar sus capacidades en términos de servicio al suscriptor. La cobertura de la red LTE implica el uso de dos métodos de transmisión de antenas múltiples: diversidad y transmisión múltiple, cuyo caso especial es la formación de un haz de radio angosto. Se puede pensar en la diversidad como una forma de igualar el nivel de la señal que proviene de dos antenas, lo que le permite eliminar caídas profundas en el nivel de las señales que se reciben de cada antena por separado.
Echemos un vistazo más de cerca a la red LTE: ¿qué es y cómo utiliza todos estos modos? La diversidad de transmisión aquí se basa en el método de codificación de frecuencia espacial de bloques de datos, que se complementa con diversidad de tiempo con un cambio de frecuencia cuando se usan cuatro antenas simultáneamente. La diversidad generalmente se usa en enlaces descendentes comunes donde la función de programación no se puede aplicar dependiendo del estado del enlace. DondeLa diversidad de transmisión se puede utilizar para enviar datos de usuario, como el tráfico de VoIP. Debido a la intensidad relativamente baja de dicho tráfico, no se puede justificar la sobrecarga adicional asociada con la función de programación mencionada anteriormente. Con la diversidad de datos, es posible aumentar el radio de las celdas y la capacidad de la red.
La transmisión multiflujo para la transmisión simultánea de varios flujos de información a través de un canal de radio implica el uso de varias antenas receptoras y transmisoras ubicadas en el dispositivo terminal y la estación de red base, respectivamente. Esto aumenta significativamente la velocidad máxima de transmisión de datos. Por ejemplo, si el dispositivo terminal está equipado con cuatro antenas y ese número está disponible en la estación base, entonces es bastante posible transmitir simultáneamente hasta cuatro flujos de datos a través de un canal de radio, lo que en realidad hace posible cuadriplicar su rendimiento..
Si usa una red con una carga de trabajo pequeña o celdas pequeñas, entonces, gracias a la transmisión múltiple, puede lograr un rendimiento lo suficientemente alto para los canales de radio, así como usar los recursos de radio de manera eficiente. Si hay celdas grandes y un alto grado de carga, la calidad del canal no permitirá la transmisión multiflujo. En este caso, la calidad de la señal se puede mejorar mediante el uso de múltiples antenas de transmisión para formar un haz angosto para transmitir datos en un solo flujo.
Si consideramosRed LTE: lo que esto le da para lograr una mayor eficiencia, entonces vale la pena concluir que para un trabajo de alta calidad en diversas condiciones operativas, esta tecnología implementa la transmisión adaptativa de flujo múltiple, que le permite ajustar constantemente la cantidad de flujos transmitidos simultáneamente, de acuerdo con las conexiones de estado de canal en constante cambio. Con buenas condiciones de enlace, se pueden transmitir hasta cuatro flujos de datos simultáneamente, logrando velocidades de transmisión de hasta 300 megabits por segundo con un ancho de banda de 20 megahercios.
Si la condición del canal no es tan favorable, entonces la transmisión se realiza con menos flujos. En esta situación, las antenas se pueden utilizar para formar un haz angosto, mejorando la calidad general de la recepción, lo que finalmente conduce a un aumento en la capacidad del sistema y una extensión del área de servicio. Para proporcionar grandes áreas de cobertura de radio o transmisión de datos a alta velocidad, puede transmitir un solo flujo de datos con un haz angosto o usar diversidad de datos en canales comunes.
Mecanismo de adecuación y despacho del canal de comunicación
El principio de funcionamiento de las redes LTE asume que la programación significará la distribución de los recursos de la red entre los usuarios para la transmisión de datos. Esto proporciona una programación dinámica en los canales aguas abajo y aguas arriba. Las redes LTE en Rusia están actualmente configuradas de tal manera que equilibran los canales de comunicación y, en general,rendimiento general del sistema.
La interfaz de radio LTE asume la implementación de la función de programación según el estado del canal de comunicación. Proporciona transmisión de datos a altas velocidades, lo que se logra mediante el uso de modulación de alto orden, la transmisión de flujos de información adicionales, una disminución en el grado de codificación del canal y una disminución en el número de retransmisiones. Para ello se utilizan recursos de frecuencia y tiempo, que se caracterizan por tener unas condiciones de comunicación relativamente buenas. Resulta que la transferencia de cualquier cantidad particular de datos se realiza en un período de tiempo más corto.
Las redes LTE en Rusia, como en otros países, están construidas de tal manera que el tráfico de servicios que están ocupados reenviando paquetes con una pequeña carga útil después de los mismos intervalos de tiempo puede requerir un aumento en la cantidad de tráfico de señalización que se requiere para la programación dinámica. Incluso puede exceder la cantidad de información emitida por el usuario. Es por eso que existe la programación estática de la red LTE. Qué es esto, quedará claro si decimos que al usuario se le asigna un recurso de RF diseñado para transmitir un cierto número de subtramas.
Gracias a los mecanismos de adaptación, es posible "exprimir todo lo posible" de un canal con calidad de enlace dinámico. Le permite seleccionar un esquema de modulación y codificación de canales de acuerdo con las condiciones de comunicación caracterizadas por las redes LTE. En qué quedará claro si decimos que su obra afectasobre la velocidad de transmisión de datos, así como sobre la probabilidad de errores en el canal.
Potencia y regulación del enlace ascendente
Este aspecto se trata de controlar el nivel de energía emitida por los terminales para aumentar la capacidad de la red, mejorar la calidad de la comunicación, ampliar el área de cobertura de radio y reducir el consumo de energía. Para lograr estos objetivos, los mecanismos de control de potencia se esfuerzan por maximizar el nivel de una señal entrante útil mientras se reduce la interferencia de radio.
Las redes LTE de Beeline y otros operadores asumen que las señales de enlace ascendente permanecen ortogonales, es decir, no debe haber interferencias de radio mutuas entre usuarios de la misma celda, al menos para condiciones ideales de comunicación. El nivel de interferencia que crean los usuarios de las celdas vecinas depende de dónde se encuentre el terminal emisor, es decir, de cómo se atenúa su señal en el camino hacia la celda. La red Megafon LTE está organizada exactamente de la misma manera. Sería correcto decir esto: cuanto más cerca esté el terminal de una celda vecina, mayor será el nivel de interferencia que crea en ella. Los terminales que están más lejos de una celda vecina pueden transmitir señales más fuertes que los terminales que están muy cerca de ella.
Debido a la ortogonalidad de las señales, el enlace ascendente puede multiplexar señales de terminales de diferentes potencias en un canal en la misma celda. Esto significa que no hay necesidad de compensar los picos de nivel de señal,las cuales surgen debido a la propagación multicamino de las ondas de radio, y puedes utilizarlas para aumentar la velocidad de transmisión de datos utilizando los mecanismos de adaptación y programación de los canales de comunicación.
Transmisiones de datos
Casi cualquier sistema de comunicación, y las redes LTE en Ucrania no son una excepción, de vez en cuando comete errores en el proceso de transferencia de datos, por ejemplo, debido a la atenuación de la señal, interferencia o ruido. La protección contra errores se proporciona mediante métodos de retransmisión de piezas de información perdidas o corruptas, diseñadas para garantizar comunicaciones de alta calidad. El recurso de radio se usa mucho más racionalmente si el protocolo de transmisión de datos se organiza de manera eficiente. Para aprovechar al máximo la interfaz aérea de alta velocidad, la tecnología LTE tiene un sistema de retransmisión de datos de dos capas dinámicamente eficiente que implementa Hybrid ARQ. Cuenta con la baja sobrecarga necesaria para proporcionar comentarios y reenviar datos, con un protocolo de reintento selectivo de alta confiabilidad.
El protocolo HARQ proporciona al dispositivo receptor información redundante, lo que le permite corregir cualquier error específico. La retransmisión a través del protocolo HARQ conduce a la formación de redundancia de información adicional, que puede ser necesaria cuando la retransmisión no fue suficiente para eliminar los errores. La retransmisión de paquetes que no han sido corregidos por el protocolo HARQ se realiza conutilizando el protocolo ARQ. Las redes LTE en iPhone funcionan de acuerdo con los principios anteriores.
Esta solución le permite garantizar el mínimo retraso en la traducción de paquetes con una sobrecarga baja, mientras que la confiabilidad de la comunicación está garantizada. El protocolo HARQ le permite detectar y corregir la mayoría de los errores, lo que conduce a un uso bastante raro del protocolo ARQ, ya que está asociado con una sobrecarga considerable, así como con un aumento en el tiempo de demora durante la traducción del paquete.
La estación base es un nodo final que admite ambos protocolos, lo que proporciona un vínculo estrecho entre las capas de los dos protocolos. Entre las diversas ventajas de dicha arquitectura se encuentran la alta velocidad de eliminación de errores que quedaron después de la operación de HARQ, así como la cantidad ajustable de información transmitida mediante el protocolo ARQ.
La interfaz de radio LTE tiene un alto rendimiento debido a sus componentes principales. La flexibilidad de usar el espectro de radio hace posible usar esta interfaz de radio con cualquier recurso de frecuencia disponible. La tecnología LTE proporciona una serie de características que permiten un uso eficiente de las condiciones de comunicación que cambian rápidamente. Según el estado del enlace, la función de programación emite los mejores recursos para los usuarios. El uso de tecnologías multiantena conduce a una reducción del desvanecimiento de la señal y, con la ayuda de mecanismos de adaptación de canales, es posible utilizar métodos de codificación y modulación de la señal que garantizan una calidad de comunicación óptima en condiciones específicas.
