45285

Частотный план сетей UMTS/LTE и его развитие в LTE Advanced. Архитектура сети LTE. Назначение подсистем и узлов. Отличия от сети UMTS. Протоколы интерфейса S1 сети LTE

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Для внедрения решений ВКР-07 по системам мобильной связи семейства IMT (LTE) рабочие группы Партнерского проекта 3GPP и ETSI определили в технических спецификациях 17 полос радиочастот для режима FDD и 8 полос для режима TDD (табл. 2.7) 124]. Кроме того, эти диапазоны также входят в число диапазонов, определенных в рекомендациях МСЭ для развития сетей мобильного беспроводного доступа третьего и четвертого поколени2

Русский

2013-11-16

977 KB

99 чел.

  1.  Частотный план сетей UMTS/LTE и его развитие в LTE Advanced. Архитектура сети LTE. Назначение подсистем и узлов. Отличия от сети UMTS. Протоколы интерфейса S1 сети LTE.

МСЭ  в условиях недостатка ресурса предложил полосы-кандидаты – рисунок

Администрация связи РФ положительно отнеслась только к выделению полосы 450-470 МГц

Страны ЕЭС придерживаются политики по беспроводному доступу для служб электронных коммуникаций, которая называется WAPECS. Основная задача – защита радиослужб от взаимных помех на основе установления критериев защиты радиослужб от помех и критериев совместного использования радиоспектра радиослужбами.

Перспективы использования радиочастотного спектра сетями LTE и LTE Advanced

Для внедрения решений ВКР-07 по системам мобильной связи семейства IMT (LTE) рабочие группы Партнерского проекта 3GPP и ETSI определили в технических спецификациях 17 полос радиочастот для режима FDD и 8 полос для режима TDD (табл. 2.7) 124]. Кроме того, эти диапазоны также входят в число диапазонов, определенных в рекомендациях МСЭ для развития сетей мобильного беспроводного доступа третьего и четвертого поколени2.

Как видно из табл. 2.7, большинство частотных каналов режима FDD в линии «вверх», как правило, используют более низкие частоты, чем в линии

Из сравнения табл. 2.7 и национальной ТРЧ следует, что диапазоны, предназначенные для развития сетей LTE, уже освоены или осваиваются в России для работы сетей мобильной связи и беспроводного доступа различных технологий:

-790...862 МГц (для сетей воздушной радионавигации РСБН, первых сотовых сетей DAMPS-800 и CDMA-800);

-       880. ..915/925. ..960 МГц (для сетей GSM-900);

-1710...1785 МГц/1805...1880 МГц (для сетей GSM-1800); -1900...1980/2010...2025/2110...2170 МГц (для сетей 3G/UMTS); -2300...2400 МГц (для сетей WiMAX);

-      2500...2690 МГц (для сетей WiMAX и MMDS).

Таким образом, для внедрения сетей LTE в России необходимо реформировать использование радиочастотного спектра на основе национальных процедур его высвобождения и перепланирования.

Анализ технических спецификаций 3GPP и стандартов ETSI для систем LTE показывает, что для обеспечения требований МСЭ но скоростям передачи к IMT Advanced (табл. 2.8) диапазонов, выделенных сетям LTE (см. табл. 2.7), может не хватить для равноценного распределения частотного ресурса между национальными операторами.

Поэтому для развития IMT Advanced в варианте LTE Advanced проект 3GPP специфицировал большее, чем для LTE, число полос частот (22 полосы для режима FDD и 9 полос — для режима TDD) (табл. 2.9) [25]. Для гармонизации систем IMT Advanced и LTE Advanced последним было выделено дополнительно 200 МГц в диапазонах 22 и 41, а также применено инверсное использование полос частот для другого специфицированного диапазона — диапазона «цифрового дивиденда» 20 (791...862 МГц). Кроме того, у систем LTE Advanced появилась возможность одновременно использовать полосы 3410...3500 и 3510...3600 МГц как для режима FDD, так и для режима TDD без разделения полосы 3,4...3,6 МГц на непересекающиеся полосы FDD и TDD, как для полосы 2500...2690 МГц. Это свидетельствует о намерении разработчиков системы LTE Advanced внедрить концепцию «гибкого» использование спектра в полосе 3,4..3,6 ГГц

Диапазоны, предназначенные для развития сетей LTE в России в основном заняты, для внедрения сетей LTE в России необходимо контролировать использование радиочастотного спектра на основе национальных процедур его освобождения и перепланирования.

Архитектура сети LTE. Назначение подсистем и узлов. Отличия от сети UMTS. Протоколы интерфейса S1 сети LTE.

СетьLTE, согласно спецификации LTE Release 8 группы 3GPP,должна состоять из двух важнейших компонентов: сети радиодоступа E-UTRAN и базовой сети SAE (System Architecture Evolution) (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 – Взаимодействие сети радиодоступа E-UTRANи базовой сети SAE

Основными требованиями проекта 3GPP к сети SAE были: максимально возможное упрощение структуры сети и исключение дублирующих функций сетевых протоколов, характерных для системы UMTS.

Сеть радиодоступа E-UTRAN состоит только из базовых станций eNB (evolvedNode В). Базовые станции eNB являются элементами полносвязной сети E-UTRAN и соединены между собой при помощи интерфейса Х2. Интерфейс Х2 поддерживает хэндовер мобильного терминала в состоянии LTE_ACTIVE. Каждая базовая станция имеет интерфейс S1 с базовой сетью SAE, построенной по принципу коммутации пакетов.

Базовая сеть SAE, иногда называемая сетью ЕРС (EvolvedPacketCore), содержит узлы MME/UPE, состоящие из логических элементов ММЕ и UPE.

Логический элемент ММЕ (MobilityManagementEntity) отвечает за решение задач управления мобильностью абонентского терминала и взаимодействует с базовыми станциями eNB сети E-UTRAN с помощью протоколов плоскости управления C-plane (интерфейс S1-С).

Логический элемент UPE (UserPlaneEntity) отвечает за передачу данных пользователей согласно протоколам плоскости пользователя U-plane и взаимодействует с eNB посредством интерфейса S1-U.

Благодаря интерфейсу S1 базовые станции соединены с несколькими узлами MME/UPE, что позволяет более гибко использовать сетевой ресурс. Такой интерфейс называют S1-flex.

Функциональные отличия сети LTE от сети UMTS.

  1.  Базовые станции eNB выполняют функции управления радиоресурсами (Radio Resource ManagementRRM):
  •  управление радиоканалами (Radio Bearer Control);
  •  управлениедоступом (Radio Admission Control);
  •  управлениемобильностью (Connection Mobility Control);
  •  динамическое распределение ресурсов (DynamicResourceAllocation).

Таким образом, в сети радиодоступа E-UTRAN базовые станции eNB управляют протоколами радиоинтерфейса, комбинируя выполнение функций базовых станций Node B и большинство функций контроллера RNC сети UMTS.

  1.  Сетевой элемент управления мобильностью ММЕ:
  •  отвечает за распределение сообщений вызова (paging) к базовым станциям eNB;
  •  управляет протоколами плоскости управления: назначения идентификаторов абонентских терминалов, обеспечения безопасности сети, проверки подлинности сообщений абонентов и управления роумингом.
  1.  Сетевой элемент плоскости пользователя UPE:
  •  выполняет сжатие заголовков IP-протоколов;
  •  производит шифрование потоков данных;
  •  осуществляет терминацию пакетов данных плоскости пользователя;
  •  выполняет коммутацию пакетов данных при обеспечении мобильности пользователя;
  •  управляет протоколами пользовательского уровня: хранением текущего статуса абонентского терминала (АТ), прерыванием состояния LET_IDLE на уровне абонентских терминалов и др.

Основные протоколы интерфейса S1 плоскостей C-plane и U-plane

Одной из важнейших задач управления в сети LTE является максимально эффективное использование радиоресурсов. Данная задача решается с помощью совокупности функций управления радиоресурсами RRM:

  1.  управление радиоресурсами сети E-UTRAN;
  2.  управление службой передачи данных в радиоканале;
  3.  управление мобильностью;
  4.  управление доступом;
  5.  динамическое распределение ресурсов;

и с помощью протокола управления радиоресурсами RRC.

Управление радиоресурсами сети E-UTRAN (Inter Cell RRM) обеспечивает управление ресурсами группы сот в целях повышения эффективности использования частотного спектра и минимизации помехового взаимного влияния абонентских терминалов и базовых станций, а также поддержку мобильности.

Управление службой передачи данных в радиоканале (RB Control) реализовано в базовых станциях eNB сети E-UTRAN и обеспечивает установление, поддержание и освобождение радиоканалов передачи данных с заданными параметрами в сети E-UTRAN. Основными задачами являются контроль и управление всеми активными сессиями передачи данных с учетом параметров качества услуг (QoS), выделение ресурсов для вновь активируемых сессий.

Управление мобильностью (Connection Mobility Control) позволяет выбирать обслуживающую базовую станцию eNB для мобильного терминала, передавать обслуживание мобильного терминала от одной базовой станции eNB (хэндовер) к другой. Выбор обслуживающей eNB осуществляется мобильным терминалом на основе собственных измерений в состоянии RRC_CONNECTED и сравнения полученных измерений с установленными пороговыми значениями. Хэндовер реализован на основе анализа измерений как мобильного терминала, так и базовой станции eNB, а также текущей загрузки обслуживающей и соседних сот, политикой оператора по регулированию трафика.

Поддержку мобильности абонентского терминала в сети SAE обеспечивает логический элемент ММЕ. Основными функциями ММЕ являются:

  •  управление мобильностью абонентского терминала, находящегося в состоянии RRC_IDLE (Idle State Mobility Handling);
  •  управление безопасностью мобильной связи (NAS Security) в соответствии с протоколами, относящимися к группе протоколов «уровня без доступа» и обеспечивающими, например, аутентификацию пользователей, управление ключами шифрования данных;
  •  управление службой передачи данных сети SAE (SAE Bearer Control). Параметры функций управления радиоресурсами сети E-UTRAN (Inter Cell RRM), управления службой передачи данных в радиоканале (RB Control) и управления мобильностью (Connection Mobility Control) могут быть кастомизированы в соответствии с требованиями оператора.

Основной задачей управления доступом (Radio Admission Control) является формирование решений о предоставлении доступа мобильному терминалу к сети E-UTRAN. Данная задача решается на основе многокритериального анализа загрузки сети радиодоступа, требований мобильного терминала к параметрам QoS.

Динамическое распределение ресурсов (Dynamic Resource Allocation; Scheduler) отвечает за планирование очередности передачи пакетов данных и позволяет динамически выделять и перераспределять ресурсы сети радиодоступа, включая канальные ресурсы, мощность излучения базовых станций, ресурсы буферизации при обработке пакетов данных с учетом параметров QoS.

Протокол управления радиоресурсами RRC плоскости C-plane обеспечивает:

  •  вещание служебной информации в соответствии с протоколами, относящимися к группам протоколов «уровня с доступом» и «уровня без доступа» (соответственно ASAccess Stratum и NASNon-Access Stratum);
  •  пейджинг мобильного терминала;
  •  установление, поддержание и закрытие RRC-соединений между абонентским терминалом и сетью E-UTRAN;
  •  управление ключами шифрования;
  •  установление, поддержание и закрытие служб передачи данных в радиоканале (Radio Bearers) типа «точка-точка» и «точка-многоточка» с заданными параметрами QoS;
  •  мобильность абонентских терминалов.

Протокол сходимости пакетных данных (Packet Data Convergence ProtocolPDCP) плоскостей U-plane и C-Plane обеспечивает устранение избыточности (сжатие) служебной информации, объем которой может быть соизмерим с объемом полезной информации, передаваемой в пакетах данных, а также шифрование/дешифрование данных.

Протокол управления радиоканалом (Radio Link ControlRLC) обеспечивает:

  •  сегментацию и компоновку пакетов данных протоколов более высокого уровня (Protocol Data UnitPDU) переменной длины в меньшие блоки полезной нагрузки (Packet UnitPU); размер блока PU определяется в соответствии со скоростью передачи информации в радиоканале;
  •  конкатенцию (сочленение) коротких пакетов PDU верхнего уровня;
  •  заполнение остатка поля данных блока PU, если сочленение неприемлемо;
  •  передачу данных пользователя с подтверждением и неподтверждением приема в соответствии с параметрами QoS;
  •  исправление ошибок методом повторной передачи (ARQ) пакетов данных;
  •  сохранение на более высоком уровне порядка доставки пакетов PDU при передаче данных с подтверждением приема;
  •  обнаружение дублирования пакетов PDUдля доставки их на более высокий уровень только один раз;
  •  управление скоростью передачи данных


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16908. Создание WEB – страниц на основе таблиц 117.87 KB
  Лабораторная работа № 11 Создание WEB – страниц на основе таблиц. Оборудование: ПЭВМ Программное обеспечение: Windows Kompozer. Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков работы во Kompozer. Задание: Включите ПК. Запустить Kompozer.
16909. Создание WEB узла 36 KB
  Лабораторная работа № 12 Создание WEB узла. Оборудование: ПЭВМ Программное обеспечение: Windows Kompozer. Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков работы во Kompozer. Задание: Перекопируйте папку...
16910. Создание электронных таблиц в OpenOffice.org Calc 299.5 KB
  Лабораторная работа №13 Создание электронных таблиц в OpenOffice.org Calc Оборудование: ПК Программное обеспечение: Windows OpenOffice.org Calc. Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков работы в OpenOffice.org Calc Теоретическая часть Что такое Calc Calc это модуль электрон
16911. Адресация ячеек в OpenOffice.org Calc 160 KB
  Лабораторная работа № 14Адресация ячеек в OpenOffice.org Calc Оборудование: ПК Программное обеспечение: Windows OpenOffice.org Calc. Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков работы в OpenOffice.org Calc Теоретическая часть У каждой ячейки есть свой адрес. Он однозначно оп
16912. Порядок разработки теста в OpenOffice.org Calc 126.5 KB
  Лабораторная работа № 15 Порядок разработки теста в OpenOffice.org Calc Оборудование: ПЭВМ Программное обеспечение: Windows OpenOffice.org Calc. Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков работы в OpenOffice.org Calc Теоретическая часть. Тест на тему ЛИЧ...
16913. Логические функции в OpenOffice.org Calc 203.5 KB
  Лабораторная работа № 16 Логические функции в OpenOffice.org Calc Оборудование: ПК Программное обеспечение:Windows OpenOffice.org Calc. Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков работы в OpenOffice.org Calc Теоретическая часть Логические функции в OpenOffice.org Calc: 1. IF Условие; Выр
16914. Создание диаграммы в OpenOffice.org Calc 120 KB
  Лабораторная работа №17 Создание диаграммы. Оборудование: ПЭВМ Программное обеспечение: OpenOffice.org Calc. Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков работы в OpenOffice.org Calc. Таблица 1. Запустите OpenOffice.org Calc. Сохраните...
16915. Работа с несколькими листами в OpenOffice.org Calc 89.5 KB
  Лабораторные работы № 18Работа с несколькими листами Оборудование: ПК Программное обеспечение: Windows OpenOffice.org Calc. Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков работы в OpenOffice.org Calc Задание: 1. Запустить OpenOffice.org Calc. 2. Вычислить объем продаж в магазине То
16916. Решение практических задач в Windows EXCEL 53 KB
  Лабораторная работа № 1920 Решение практических задач. Оборудование: ПЭВМ Программное обеспечение: Windows EXCEL. Цель работы: приобретение и закрепление практических навыков работы в EXCEL Логические функции в EXCEL: ЕСЛИ Условие; Выражение