Современные сети мобильной связи основаны на трех основных технологиях, служащих увеличению пропускной способности каналов связи сетей WiMax и LTE: OFDM (ортогональное частотное разделение); MIMO (идеология «множественный вход, множественный выход»; SAE (эволюционная системная архитектура).
OFDM – информационный поток разбивается на несколько потоков данных, которые одновременно передаются на различных частотах, вписываясь при этом все в тот же стандартный диапазон.
Достоинства OFDM: снижение ортогональных помех; расширение полосы пропускания кратно используемым каналам в системе.
MIMO – позволяет уменьшить число ошибок при радиообмене данными (BER) без снижения скорости передачи в условиях множественных переотражений сигналов (городская застройка), за счет использования многоэлементных антенных устройств и методов разнесения задержки, пространственно-временного блочного кодирования (Space-Time Block Codes),пространственно-временного решетчатого кодирования (Space-Time Trellis Codes).
Достоинства MIMO: расширение зоны покрытия радиосигналами и сглаживание в ней мертвых зон; использование нескольких путей распространения сигнала, для повышения надежности по трассам с замираниями и переотражениями; увеличение пропускной способности линий связи за счет формирования физически различных каналов (разделенных пространственно, с помощью ортогональных кодов, частот, поляризационных мод).
Концепция SAE направлена на обеспечение непрерывного обслуживания мобильного абонента при его перемещении между сетями беспроводного доступа, которые могут не соответствовать стандартам 3GPP (GSM,UMTS,WCDMA и т.д.)[1]. Системная архитектура SAE позволяет значительно уменьшить задержки передачи данных, что особенно критично для VoIP или онлайновых процессов передачи видеоинформации.
Технологии WiMax и LTE основаны на интерфейсе MIMO-OFDM. Однако некоторые технологические решения LTE дают ей ряд преимуществ.
В таблице представлен сравнительный анализ технологий – WiMax и LTE .
Сравнение технологий WiMax и LTE
|
Характеристика |
WiMax |
LTE |
Преимущества |
|
Многостанционный доступ |
OFDMA на канале «вверх» и «вниз» |
OFDMA на канале «вниз» и SC-FDMA «вверх» |
Снижение пик-фактора, упрощение терминала |
|
Организация канальных ресурсов |
Параллельные поднесущие |
Поднесущие с учетом коррелированности |
Повышение спектральной эффективности |
|
Диспетчеризация частотных ресурсов |
Рандоминзированная |
Селективная |
Преимущество по энергозатратам |
|
Задержка обработки пакетов |
30 мс |
10 мс |
Снижение задержки за счет упрощения архитектуры |
|
Адаптация к характеристикам канала |
Низкая точность (2-3) Дб |
Высокая точность (1-2) Дб |
Повышение спектральной эффективности |
|
Управление мощностью |
Классический алгоритм |
Частичное управление мощностью |
Изменение пропускной способностью в зависимости от положения объекта |
|
Средняя пропускная способность соты |
на линии вниз составляет 5,0 Мб/с на линии вверх – 1,5 Мб/с. |
на линии вниз составляет 11,8 Мб/с на линии вверх – 4,8 Мб/с. |
Пропускная способность соты LTE выше, чем WiMAX |
|
Пиковая пропускная способность соты |
на линии вниз составляет 13,0 Мб/с на линии вверх – 5,0 Мб/с. |
на линии вниз составляет 60,0 Мб/с на линии вверх – 20,0 Мб/с. |
Рассмотрим некоторые особенности технологических решений LTE:
Для передачи сигнала с большим пик-фактором отказались от технологии OFDM, т.к. требуется высоко линейный и дорогостоящий усилитель. Используют технологию SC-FDMA – мультиплексирование на одной поднесущей [2].
При использовании MIMO в технологии WiMax ресурсы выделяются пользователям слотами, формируемыми из поднесущих и символов OFDM; при этом применяется метод расстановки поднесущих PUSC. В пределах одного ресурсного блока (180 кГц) поднесущие коррелированы, что позволяет сократить количество поднесущих. Доля поднесущих в LTE в 1,5 раза меньше, чем в WiMax.
В сетях LTE для каждой абонентской станции и каждого частотного блока несущей формируются индикаторы качества канала. Пользователям выделяются ресурсные блоки с наивысшим качеством (отношение сигнал/шум). В WiMax поднесущие распределены по всему спектру канала [3].
Благодаря упрощенной архитектуре (отсутствие контроллера базовых станций) сократилось время на обработку пакетов до 10 мс, против 30 мс в WiMax [3].
Используются несколько десятков схем модуляции и кодирования. Выбирается та, которая в данных условиях распространения радиоволн обеспечивает максимальную пропускную способность. Точность настройки на канал в зависимости от отношения сигнал/шум составляет 1-2 Дб. В WiMax число схем в несколько раз меньше, точность настройки более грубая – 2-3 Дб.
Используется модифицированный алгоритм частичного управления мощностью. Пороговое отношение сигнал/шум меняется для пользователей в зависимости от их положения. Вблизи базовой станции абонентский терминал работает с более высоким отношением сигнал/шум, с более высокой скоростью кодирования и кратностью модуляции, следовательно, с более высокой спектральной эффективностью. В WiMax мощность излучения устанавливается с отношением сигнал/шум, равным некоторому пороговому значению.
Рассмотренные методы обработки сигнала позволили стандарту LTE достичь высокой пропускной способности сети (таблица 1). Такие скорости близки к скоростям кабельного доступа (технология ADSL) и позволяют реализовать полноценную передачу мультимедийной информации.
Вывод. Задача локализации источников радиоизлучений в сетях мобильной связи и выбор соответствующего метода является достаточно сложной, так как необходимо учитывать множество факторов. Это связано с различной структурой сетей, использованием в них отличающихся способов передачи сообщений, а также множество специальных характеристик системы: количество излучаемых антенн; наличие мультиплексирования и многолучевости; спектральные характеристики сигналов.