¿Qué es la evolución de la arquitectura del sistema?
Mejoras en las velocidades de datos, capacidad y cobertura del sistema, y reducciones en los costes operativos.
Para lograr estos objetivos, la evolución de las interfaces inalámbricas y la arquitectura de las redes inalámbricas es igualmente importante. Teniendo en cuenta la necesidad de proporcionar velocidades de datos más altas que 3G y el espectro que puede asignarse en el futuro, LTE debe admitir anchos de banda de transmisión superiores a 5MHz.
Requisitos de E-UTRA y E-UTRAN
El objetivo de la evolución de UTRA y UTRAN es establecer un sistema optimizado basado en paquetes con alta velocidad de transmisión y baja latencia.
Arquitectura de acceso inalámbrico en evolución. Las tecnologías evolutivas para interfaces inalámbricas y arquitectura de red de acceso inalámbrico que está desarrollando 3GPP LTE
Incluyen lo siguiente:
(1) Aumentar significativamente la velocidad máxima de datos. Por ejemplo, con un ancho de banda de 20 MHz, la velocidad de transmisión de enlace descendente alcanza los 100 Mbit/s.
(5 bit/s/Hz) y velocidad de transferencia de enlace ascendente de 50 Mbit/s (2,5 bit/s/Hz).
(2) Aumente la velocidad de bits del límite de la celda mientras mantiene sin cambios la ubicación actual de la estación base. Por ejemplo, MBMS (servicio de transmisión y multidifusión multimedia) puede proporcionar una velocidad de datos de 1 bit/segundo/Hz en los límites de las celdas.
(3) La eficiencia espectral se mejora significativamente. Por ejemplo, la eficiencia espectral de R6 es de 2 a 4 veces.
(4) El tiempo de retardo de la red de acceso inalámbrico (plano de usuario UE al E-NodoB) es inferior a 10 ms.
(5) El tiempo de espera del control La superficie se reduce significativamente, inferior a 100 ms.
(6) Los niveles de ancho de banda son: a) 5, 10, 20 MHz y posiblemente 15 MHz; B) 1,25, 1,6 y 2,5 MHz,
para dar cabida a la asignación de espectro de banda estrecha.
(7) Admite la interoperabilidad con sistemas 3G existentes y sistemas estándar que no son 3GPP.
(8) Apoyar una mayor mejora de MBMS.
Los objetivos de evolución anteriores involucran capacidades y rendimiento del sistema, que son la parte más importante de la investigación LTE y también
E-UTRA y E-UTRAN son la base para mantener la competitividad más sólida. .
En LTE también se especifican algunos otros requisitos, como los relacionados con la configuración, la arquitectura E-UTRAN y los requisitos de migración.
Requisitos, requisitos de gestión de recursos inalámbricos, requisitos de complejidad, requisitos relacionados con costos y requisitos relacionados con el negocio.
En comparación con otros métodos de acceso inalámbrico, E-UTRAN tiene las ventajas de una alta eficiencia espectral, amplia cobertura y soporte para usuarios móviles de alta velocidad.
Principales características del sistema. En E-UTRAN, la transmisión de datos más alta se puede lograr cuando la velocidad de movilidad es de 15 ~ 120 km/h.
Sí. E-UTRAN admite velocidades de movilidad entre células de 120 ~ 350 km/h o incluso hasta 500 km/h. En todo el rango de tarifas
En R6, los servicios de voz y otros servicios en tiempo real en el dominio CS son compatibles con E-UTRAN a través del dominio PS, y se requiere obtener al menos los servicios de voz y otros servicios relevantes. servicios en tiempo real.
UTRAN tiene el mismo rendimiento.
Soluciones y tecnologías de capa física LTE
En el proceso de solicitud de soluciones de capa 1 LTE, el grupo de trabajo 3GPP RAN1 evaluó seis soluciones. Son:
(1) FDD, que utiliza FDMA de portadora única (SC-FDMA) en el enlace ascendente y OFDMA en el enlace descendente.
(2) Tanto el enlace ascendente como el descendente adoptan FDD y OFDMA.
(3) FDD, WCDMA multiportadora (MC-WCDMA) se utiliza tanto en enlace ascendente como en enlace descendente.
(4)TDD, CDMA síncrono por división de tiempo multiportadora (MC-TD-SCDMA) se utiliza tanto en enlace ascendente como en enlace descendente.
(5) Tanto el enlace ascendente como el descendente adoptan TDD y OFDMA.
(6)TDD, el enlace ascendente utiliza FDMA de portadora única (SC-FDMA) y el enlace descendente utiliza OFDMA.
En la solución anterior, según el modo dúplex, se puede dividir en dúplex por división de frecuencia (FDD) y dúplex por división de tiempo (TDD). Según
Según el método de acceso múltiple por enlace inalámbrico, se puede dividir principalmente en acceso múltiple por división de código (CDMA) y acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA).
Se realizó una evaluación preliminar a nivel de sistema en el espectro de 5 MHz, con sistemas que utilizan CDMA y sistemas que utilizan OFDM en frecuencias crecientes.
La eficiencia espectral es similar. Si se adopta el método de evolución CDMA, ayudará al sistema a actualizarse sin problemas desde la versión UTRA anterior.
A nivel, la capa física se puede reutilizar ampliamente. Si se utiliza OFDMA, la nueva unión de la capa 1 está completamente libre de restricciones de diseño anteriores.
La estructura ayuda al sistema a tomar decisiones flexibles y libres en los parámetros de diseño, y facilita la realización de algunas definiciones de E-UTRA.
Objetivos, como el tiempo de espera, el intervalo mínimo de ancho de banda y la equidad en diferentes modos dúplex al mismo tiempo, para los usuarios
Para los receptores, el procesamiento de la interfaz aérea OFDMA es relativamente simple y es tiene un ancho de banda más amplio y múltiples entradas y salidas de orden superior.
La configuración (MIMO) puede reducir la complejidad del terminal.
Por supuesto, basándose en los factores anteriores, después de intensas discusiones y una difícil integración, se celebró TSGRAN en febrero de 2005.
En la 30ª reunión plenaria, finalmente se decidió que el estudio de viabilidad de LTE se centraría en OFDMA de enlace descendente y SC-FDMA de enlace ascendente. Esto también significa que
La tecnología OFDM ha ganado en 3GPP LTE. Por un lado, este resultado es puramente técnico, es decir, en el enlace descendente
El uso de OFDMA con alta eficiencia espectral como modo de modulación y SC-FDMA en el enlace ascendente puede reducir el número de terminales transmisores.
La relación potencia pico-media reduce el tamaño y el coste del terminal y por otro lado también sirve para deshacerse del monopolio de Qualcomm desde el 3G;
Restricciones a las patentes principales de CDMA.
Esquema de transmisión de capa física básica
El esquema de transmisión de enlace descendente LTE utiliza el OFDM tradicional con prefijo cíclico (CP), y cada subportadora ocupa 15 kHz.
La duración del prefijo cíclico es 4,7/16,7μs, correspondiente a CP corto y CP largo respectivamente. Para cumplir con los requisitos de retardo de transmisión de datos
Para lograr (retraso en el plano de usuario inferior a 5 ms bajo carga ligera), el sistema LTE debe utilizar una longitud de entrelazado (TTI) muy corta.
Y el período de solicitud de repetición automática (ARQ), por lo tanto, la trama de radio de 10 ms en 3G se divide en 20 subtramas del mismo tamaño,
La longitud es de 0,5 milisegundos
La modulación de datos de enlace descendente utiliza principalmente QPSK, 16QAM y 64QAM. Dirigido a los servicios de radiodifusión, también se consideró un método único
de modulación jerárquica especial. La idea de la modulación jerárquica es dividir un servicio lógico en dos flujos de datos en la capa de aplicación, una es una capa base de alta prioridad y la otra es de baja prioridad. Capa de mejora de
. En la capa física, estos dos flujos de datos se asignan a diferentes capas de la constelación de señales. Dado que la distancia de símbolo del mapeo de datos de la capa base es mayor que la de la capa de mejora, el flujo de datos de la capa base se puede incluir lejos de la estación base.
Y el flujo de datos de la capa de mejora solo puede ser recibido por usuarios cercanos a la estación base. En otras palabras, los mismos servicios lógicos pueden proporcionar diferentes niveles de servicio en la red dependiendo de las ventajas y desventajas de las condiciones del canal.
En la etapa de investigación actual, la codificación Turbo de R6 se utiliza principalmente como codificación de canales LTE, como en los sistemas
que se pueden evaluar. Sin embargo, muchas empresas también están investigando otros métodos de codificación y buscan introducirlos en LTE, como la paridad de baja densidad.
Compruebe el código (LDPC). Cuando la cantidad de datos es grande, los códigos LDPC pueden lograr mayores ganancias de codificación que los códigos Turbo y tienen una mayor complejidad de decodificación.
Las impurezas también se reducen ligeramente.
La tecnología MIMO se introdujo en R7, que es una característica importante de la mejora de WCDMA. En LTE, se reconoce MIMO.
Es la mejor tecnología para cumplir con los requisitos de rendimiento promedio y eficiencia del espectro de los usuarios. La configuración básica de la antena MIMO de enlace descendente es que la estación base tiene dos antenas transmisoras y el UE tiene dos antenas receptoras, es decir, una configuración de antena 2×2. También se pueden considerar configuraciones de enlace descendente más altas, como 4
×4 MIMO. La diversidad de transmisión de bucle abierto y MIMO de bucle abierto se pueden aplicar para la transmisión sin retroalimentación, como se describe a continuación.
Control de canal y servicio multicast de emisión mejorada.
Aunque la tecnología de macrodiversidad jugó un papel muy importante en la era 3G, quedó básicamente excluida en HSDPA/HSUPA.
Ríndete. Incluso la macrodiversidad inicialmente discutida de Fast Cell Selection (FCS) no está definida en la especificación real.
LTE sigue la idea de HSDPA/HSUPA, es decir, solo obtiene ganancias mediante la adaptación del enlace y la retransmisión rápida, y abandona las macros.
La diversidad es una tecnología que requiere soporte de arquitectura de red. En la Conferencia RAN de marzo de 2006, se confirmó que ya no hay paquetes en E-UTRAN.
Incluyendo nodos RNC, por lo tanto, además de los servicios de transmisión, también se requiere tecnología de macrodiversidad controlada por un "nodo central" (como RNC).
Ya no se considera en LTE. Sin embargo, para servicios de radiodifusión multicelulares, se requiere una combinación suave de enlaces inalámbricos para obtener una alta relación señal-ruido.
Comparado. En los sistemas OFDM, cuando las señales llegan a la antena del UE dentro de la ventana CP, se puede lograr una combinación suave mediante combinación de RF.
En su implementación, esta fusión no requiere ninguna operación por parte del UE.
El esquema de transmisión de enlace ascendente utiliza SC-FDMA con prefijo cíclico, utiliza DFT para obtener la señal en el dominio de la frecuencia y luego inserta símbolos cero.
Se realiza el espectro ensanchado y la señal de espectro ensanchado pasa a través de IFFT. Este proceso se llama abreviadamente DFT-SOFDM. El propósito de esto es utilizar el enlace ascendente.
El usuario puede ser ortogonal en el dominio de la frecuencia y se puede obtener una ecualización efectiva en el dominio de la frecuencia en el extremo receptor.
El mapeo de subportadora determina qué parte del recurso del espectro se utiliza para transmitir datos de enlace ascendente, mientras que otras partes se insertan.
Que se joda Cero. Hay dos formas de asignar recursos de espectro: una es la transmisión local, que asigna la salida de DFT a subcanales continuos.
En la portadora; la otra es la transmisión distribuida, que asigna la salida de DFT a subportadoras discretas. En relación con la primera, la distribución
puede obtener diversidad de frecuencia adicional mediante la transmisión de la fórmula. La modulación de enlace ascendente utiliza principalmente BPSK, QPSK, 8PSK y .
16QAM Al igual que el enlace descendente, la codificación del canal de enlace ascendente sigue la codificación Turbo del R6. Se están estudiando otros métodos de codificación de corrección de errores directos.
La configuración básica de la antena MIMO de usuario único de enlace ascendente es que el UE tiene dos antenas transmisoras y la estación base tiene dos días de recepción.
Línea. En la transmisión de enlace ascendente, LTE utiliza una tecnología especial llamada MIMO virtual. Passthrough
Suele ser MIMO virtual 2×2, donde dos UE tienen cada uno una antena de transmisión y comparten los mismos recursos de tiempo-frecuencia. Estos UE utilizan diagramas de señales de referencia mutuamente ortogonales para simplificar el procesamiento por parte de la estación base. Desde la perspectiva del UE, el MIMO virtual 2×2 es similar al UE.
La transmisión de una sola antena difiere solo en el uso del espectro de señal de referencia que debe emparejarse con otros UE. Pero desde la perspectiva de la estación base, de hecho es un sistema MIMO 2×2, y el receptor puede detectar conjuntamente las señales enviadas por dos UE.
Medición.
Tecnología de capa física básica
En la tecnología de capa física básica, se heredan la programación del E-NodoB, la adaptación del enlace y el ARQ híbrido (HARQ).
Estrategia HSDPA adaptada a la transmisión rápida de datos basada en paquetes.
Para servicios de enlace descendente que no son MBMS, el programador E-NodeB asigna dinámicamente UE específicos en momentos específicos.
Recursos en el dominio del tiempo y la frecuencia. La señalización de control de enlace descendente informa al UE qué recursos se asignarán y sus correspondientes formatos de transmisión. El planificador puede
seleccionar la mejor estrategia de reutilización sobre la marcha entre múltiples alternativas, como la asignación y reutilización de recursos de subportadora. Esta flexibilidad para seleccionar bloques de recursos y determinar cómo reutilizar los UE puede afectar en gran medida el rendimiento de programación disponible. Programación y encadenamiento
Adaptive y HARQ están estrechamente relacionados porque operan juntos. La base para decidir cómo asignar y recuperar utiliza lo siguiente: parámetros de QoS, la cantidad de datos que se programarán en el E-NodoB y el canal informado por el UE.
Indicador de calidad (CQI), capacidades del UE, parámetros del sistema como ancho de banda y nivel de interferencia, etc.
La adaptación del enlace, es decir, modulación y codificación adaptativas, se puede adaptar aplicando diferentes métodos de modulación y codificación en el * * * canal compartido.
El mismo canal cambia para obtener la máxima eficiencia de transmisión. Combina cambios de modo de codificación y modulación en una lista, E-NodeB.
Según la retroalimentación del UE y otros datos de referencia, la velocidad de modulación y el modo de codificación se seleccionan de la lista y se aplican a la segunda capa.
Y asignado a bloques de recursos asignados por el planificador. La adaptación del enlace ascendente se utiliza para garantizar un rendimiento de transmisión pequeño, como la velocidad de datos, la tasa de errores de paquetes y el tiempo de respuesta, para maximizar el rendimiento del sistema. La adaptación ascendente se puede combinar con la aplicación de ancho de banda de transmisión adaptativo, control de potencia y modulación y codificación adaptativas.
Las fuentes, los niveles de interferencia y la eficiencia espectral se ajustan de forma óptima.
Para obtener una transmisión de datos correcta, LTE todavía utiliza codificación de corrección de errores directa (FEC) y solicitudes de repetición automática.
(ARQ) control de errores combinado, es decir, ARQ híbrido (HARQ). HARQ aplica la estrategia de retransmisión de redundancia incremental (IR), y Chase Combined (CC) es en realidad un caso especial de IR. Para facilitar la implementación y evitar perder tiempo esperando mensajes de comentarios.
Al mismo tiempo, LTE todavía elige el protocolo de parada paralela (SAW) de N procesos y conecta múltiples procesos a través de la función de reordenamiento en el extremo receptor.
Recopilar y organizar información. HARQ se puede dividir en HARQ sincrónico y HARQ asincrónico durante la retransmisión. Método HARQ síncrono
Los datos retransmitidos deben enviarse inmediatamente en un momento conocido por el UE, por lo que no es necesario adjuntar un número de secuencia de procesamiento HARQ, como una subtrama.
Número. HARQ asíncrono puede retransmitir bloques de datos en cualquier momento. A juzgar por si se cambian las características de transmisión, HARQ también se puede dividir en tipos adaptativos y no adaptativos. Actualmente, LTE tiende a adoptar una solución HARQ asíncrona adaptativa.
A diferencia de CDMA, OFDMA no puede eliminar la interferencia entre células a través del espectro ensanchado. Para mejorar la eficiencia del espectro, no es posible simplemente adoptar un método de reutilización de frecuencias con un factor de reutilización de 3 o 7 como GSM. Por lo tanto, en LTE se pone gran énfasis en la tecnología de reducción de interferencias en intervalos pequeños.
Hay tres métodos para reducir la interferencia entre células, a saber, aleatorización de interferencia, cancelación de interferencia y coordinación/evitación de interferencia. Además, la solución de utilizar antenas de formación de haces en las estaciones base también puede considerarse una reducción de la interferencia entre células del enlace descendente.
Método general. La aleatorización por interferencia puede emplear codificación específica de células y entrelazado específico de células, siendo este último bien conocido.
Acceso múltiple entrelazado (IDMA); además, también se puede utilizar el salto de frecuencia. La cancelación de interferencias analiza tomar más medidas, como confiar en la UE.
Método de supresión y cancelación espacial de recepción de antena basado en detección/resta. Y la coordinación/evitación de interferencias generalmente adopta el siguiente método:
Un método para limitar la asignación de recursos del enlace descendente mediante la coordinación mutua entre células, como sumando y transmitiendo los recursos de tiempo-frecuencia de células adyacentes.
La relación señal-ruido, la velocidad de datos de los límites de la celda y el rendimiento de la cobertura mejoran debido a las limitaciones de asignación de energía de radio.
Arquitectura E-UTRAN
E-UTRAN es completamente diferente de UTRAN en términos de arquitectura. Excepto que RNC es un dispositivo de red, solo se conservan los elementos de red del NodoB.
El objetivo es simplificar la estructura de la red y reducir los retrasos. Las funciones del RNC se asignan a estaciones base evolucionadas (E-NodeB) y pasarelas de acceso.
(aGW). No está claro si el aGW está ubicado en E-UTRAN o SAE (System Architecture Evolution). Pero desde LTE
Desde el punto de vista inicial, solo se debe usar una estructura de una sola capa compuesta por el E-Nodo B, y el aGW también es
Es un nodo límite. perteneciente a SAE, pero algunas funciones del plano de usuario y del plano de control relacionadas con E-UTRA están determinadas en LTE.
Justicia.
La estructura E-UTRAN contiene varios nodos E (enb), que proporcionan el plano de usuario E-UTRA terminado en el UE.
Protocolos (PHY/MAC) y plano de control (RRC). Los e-nodebs están interconectados en forma de malla, y la interfaz entre los e-nodebs
y la aGW se denomina interfaz S1.
La estructura de la pila de protocolos de E-UTRAN todavía está dividida en plano de usuario y plano de control como URTAN, pero está mucho más simplificada. Por ejemplo
Se elimina la capa RLC, las funciones de entidad se fusionan en la capa MAC y la función PDCP se mueve a aGW en el lado de la red. Plano de control RRC
Esta función se mueve al E-NodoB y termina en el E-NodoB en el lado de la red.
En comparación con UTRAN, E-UTRAN simplifica enormemente la estructura del canal. Aunque no se ha finalizado, según los resultados de la discusión actual, el número de canales de transmisión se reducirá de 9 a 5 y el número de canales lógicos se reducirá de 10.
Reducida a las siete actuales. El canal compartido de enlace ascendente/enlace descendente (DL/UL-SCH) se utiliza para transportar señalización de control de usuario y datos de servicio.
Reemplaza los canales DCH, FACH, HS-DSCH y DCH electrónico del R6. MCH solo proporciona datos para servicios de difusión/multidifusión multicelular.
Los datos del servicio de transmisión/multidifusión de una sola celda se transportan en el canal SCH. En este momento, LTE aún no se ha decidido.
Defina respectivamente canales lógicos que mapeen servicios de multidifusión, como heredar MCCH y MTCH separados en R6.
El estado de control de recursos de radio (RRC) en LTE también se simplifica y el estado de RRC de UTMS y PMM se fusiona.
Es un conjunto de estados que contiene sólo tres estados: RRC_IDLE, RRC_ACTIVE y RRC_DETACHED. En aGW
En el elemento de red, el contexto del UE debe distinguir estos tres estados. Sin embargo, sólo los UE en el estado RRC_ACTIVE se mantienen en el E-NodoB.
A partir de entonces, se fusionan los estados originales de las células DCH, las células FACH, las células PCH y las células PCH URA.
Conclusión
Además de estudiar la evolución de las redes de acceso inalámbrico, el 3GPP también apuesta por la evolución de la arquitectura del sistema
Definida como SAE. Actualmente, algunos miembros del 3GPP han iniciado y participado en la formulación y la investigación técnica de los estándares LTE/SAE. Por ejemplo, Alcatel y otros fabricantes de equipos están desarrollando activamente sistemas y equipos que cumplan con los estándares técnicos 3GLTE/SAE.
Al tiempo que garantiza la tecnología líder y el rendimiento del sistema, maximiza la utilización y la compatibilidad con las plataformas del sistema existentes y mantiene el sistema.
El sistema proporciona las mejores soluciones de comunicación inalámbrica.