Обзор LTE-Advanced, основые характеристики и отличия от LTE

Основными требованиями к LTE-Advanced являются требования к пропускной способности (до 1 Гбит/с) и спектральной эффективности (до 30 бит/с/Гц) на радиоканале между базовой станцией и мобильной станцией. Для того, чтобы встретить эти требования, начиная с LTE Release 10, в стандарт добавляется ряд расширений, основные из которых и рассматриваются в данной статье.

Carrier Aggregation

Самым простым способом увеличения пропускной способности системы является использование более широкого канала. В рамках LTE-Advanced этот метод известен как Carrier Aggregation (на русский можно перевести как "объединение несущих"). Для того, чтобы обеспечить обратную совместимость с предыдущими версиями стандарта (Release 8 и Release 9), в Release 10 расширение канала осуществляется путем объединения нескольких несущих, функционирующих по Release 8/9. Объединение несущих возможно при любом использовании дуплекса: FDD (Frequency Division Duplex) и TDD (Time Division Duplex). Объединяемые несущие могут быть различных размеров (1,4 МГц, 3 МГц, 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц, 20 МГц), а их количество может достигать пяти. Таким образом, суммарная ширина канала в LTE-Advanced может достигать 100 МГц. Объединяемые несущие могут занимать непрерывный частотный диапазон (contiguous), а могут быть расположены в разных частотных диапазонах (non-contiguous). Все зависит от того, какими частотами располагает тот или иной оператор сотовой связи. Следует отметить, что количество объединенных несущих в нисходящем и восходящем каналах может быть разным. Однако, количество объединенных несущих в восходящем канале не может быть больше количества несущих в нисходящем канале.

Хоть Release 10 и допускает возможность объединения до пяти несущих, стандартизованные комбинации несущих определены для пар несущих, а начиная с Release 12, для троек несущих в нисходящем канале. Начиная с Release 11 определены комбинации пар несущих и для восходящего канала. Каждая несущая представляет собой сектор (cell). При этом, область покрытия разных несущих может значительно отличаться из-за разницы используемых частот (особенно в случае non-contiguous объединения). Мобильная станция, использующая объединение несущих, выполняет подключение по RRC протоколу только к одному сектору, который называется Primary Cell (или PCC - Primary Component Carrier). Все остальные сектора по отношению к этой мобильной станции называются Secondary Cell (или SCC - Secondary Component Carrier).

Enhanced MIMO

Еще одним способом увеличения пропускной способности (через увеличение спектральной эффективности) является использование нескольких приемных и нескольких передающих антенн (MIMO, Multiple Input Multiple Output). Существует несколько способов использования MIMO, однако, не все из них ведут к увеличению пропускной способности. В данной статье под MIMO будет пониматься пространственное мультиплексирование (Spatial Multiplexing) - тот вариант MIMO, который позволяет достичь более высокой пропускной способности.

В LTE-Advanced добавляется поддержка MIMO 8x8 в нисходящем канале (от базовой станции к мобильным станциям) и MIMO 4x4 в восходящем канале (от мобильной станции к базовой станции). Для этого вводятся новые режимы передачи (TM, Transmission Mode) и добавляются новые категории мобильных станций. Новые режимы передачи отличаются от определенных ранее (Release 8 & 9) в следующих аспектах:

Число потоков данных (Layers), то есть сколько различных потоков данных может передаваться одновременно;
Использование различных портов (antenna ports)
Использование различных пилотных сигналов (CRS, DM-RS)
Различное предварительное кодирование (precoding)

Relay Nodes

Также в LTE-Advanced добавляется поддержка узлов ретрансляции (Relay). Использование таких узлов позволяет закрыть "дырки" в покрытии и улучшить радиоусловия для пользователей, находящихся на границах соты. Узлы ретрансляции соединяются с базовой станцией, которая в этом случае называется Donor eNB (DeNB), через радиоинтерфейс, который называется Un-интерфейс. При этом, может использоваться тот же частотный диапазон, что и для обслуживания мобильных станций (в этом случае станции ретрансляции называются как Type 1 RN), или разные частотные диапазоны (Type 1a RN).

Coordinated Multi Point (CoMP)

Еще одним определенным в рамках LTE-Advanced улучшением является координированная передача/прием (CoMP, Coordinated Multi Point). Основной задачей CoMP является улучшение показателей работы мобильных станций, которые находятся на границе соты. Для этого находящиеся на границе соты мобильные станции обслуживаются не одним сектором (в терминах CoMP используется "point". Далее в тексте под словом сектор будет пониматься именно "point", при этом, каждый point не всегда представляет собой отдельных сектор), а несколькими. Соответственно, нисходящая передача одной мобильной станции может осуществляться с нескольких секторов в один и тот же момент времени. То же самое относится и к восходящей передаче, только в этом случае речь идет о приеме данных от мобильной станцией несколькими секторами.

При использовании технологии CoMP для нисходящей передачи возможен ряд следующих вариантов:

Передача данных мобильной станции одновременно осуществляется с нескольких позиций, такой вариант называется Join Transmission. При использовании этого варианта данные, адресованные мобильной станции, должны быть доступны на всех позициях, с которых осуществляется передача. Кроме этого, передача должна быть синхронизирована.
Выбор позиции, с которой осуществляется передача данных, происходит динамически, но данные так же, как и в варианте выше, доступны на всех точках, которые могут осуществлять передачу. Такой вариант называется Dynamic Point Selection (DPS).
Последний вариант называется Coordinated Scheduling/Beamforming (CS). В этом случае данные доступны только на той позиции, которая осуществляет их передачу. При этом, выбор позиции для передачи происходит с учетом набора данных, собранных со всех позиций, которые могут быть выбраны для передачи данных.

Если вы не нашли интересующую вас информацию по LTE/LTE-A в этой статье, напишите мне об этом письмо на alexey.anisimov86@gmail.com. Я постараюсь ее добавить в кратчайшие сроки.