LTE - przegląd technologii interfejsu radiowego

MIMO w LTE

Tabela 1. Specyfikacja LTE przewiduje podział urządzeń mobilnych na pięć kategorii (źródło: 3GPP)

W LTE technika MIMO może być realizowana w kilku odmianach, w zależności od właściwości kanału transmisyjnego, ruchu w sieci oraz możliwości terminali użytkowników. W "downlink" możliwa jest m.in. transmisja z pojedynczą anteną (czyli sposobem tradycyjnym), znana z WCDMA technika transmisji jednakowych strumieni danych przez wszystkie anteny (tzw. transmit diversity) oraz technika multipleksowania przestrzennego (spatial multiplexing), czyli transmisja jednocześnie różnych strumieni danych (rys. 3).

Ostatnia metoda może być realizowana w różnych odmianach (np. openloop spatial multiplexing, closed-loop spatial multiplexing). Ponieważ w łączu "w górę" decydującą sprawą jest optymalizacja kosztów, w transmisji od odbiornika mobilnego do stacji bazowej zaleca się głównie technikę MU-MIMO (Multi User MIMO), w której wielu użytkowników nadaje jednocześnie w jednym bloku zasobów.

Dzięki temu terminal mobilny ma tylko jedną antenę nadawczą, co znacząco ogranicza jego koszt. Innym rozwiązaniem, w którym odbiornik wyposaża się w kilka anten przy jednoczesnym utrzymaniu niskich kosztów, jest ich przełączanie. W takim wypadku terminal ma dwie anteny nadawcze, ale tylko jeden układ nadawczy. Specjalny przełącznik wybiera antenę, która w danym momencie zapewni lepsze warunki transmisji do stacji bazowej.

HARQ, AMC, SON

Oprócz opisanych technologii interfejsu radiowego w LTE wprowadzono też szereg innych rozwiązań, które pozwolą uzyskać parametry oraz jakość transmisji wyróżniające się na tle konkurencyjnych technologii sieciowych. Zmieniono np. architekturę systemu, głównie zmniejszając liczbę funkcji realizowanych przez szkielet sieci, dzięki czemu uzyskano mniejsze opóźnienia oraz lepszą organizację routingu. Ponadto w warstwie fizycznej specyfikacji zaimplementowano mechanizmy, które mają na celu zmniejszenie opóźnień, a tym samym poprawę jakości transmisji.

Są to np. protokół HARQ (Hybrid Automatic Repeat Requests) oraz adaptacyjne kodowanie i modulacja, czyli tzw. AMC (Adaptive Modulation And Coding). HARQ gwarantuje, że dane między poszczególnymi węzłami sieci są przesyłane bezbłędnie, a w razie detekcji błędów informacje ze źródła są retransmitowane. W LTE wykorzystano protokół HARQ typu 2, podobny do tego, jaki jest używany w HSPA i HSPA+. AMC z kolei jest techniką zwiększającą przepływność w przypadku transmisji w kanale, w którym występują zaniki.

Polega to na zmianie metody modulacji w łączu "downlink" w zależności od właściwości kanału dla każdego użytkownika. Gdy jakość łącza jest odpowiednio wysoka, można zastosować modulację wyższego rzędu (co oznacza transmisję większej liczby bitów na symbol) lub ograniczyć kodowanie kanałowe, co skutkuje zwiększeniem prędkości transmisji. Z kolei gdy właściwości łącza pogarszają się np. z powodu zaników lub interferencji, system może np. zmniejszyć głębokość modulacji lub wprowadzić więcej informacji nadmiarowej wykorzystywanej w korekcji błędów transmisji.

Inną techniką, o której warto wspomnieć, jest tzw. mechanizm samoorganizującej się sieci (Self-Organizing Network, SON). Obejmuje on różne funkcje, które będą realizowane w systemach LTE bez konieczności ingerencji człowieka. Przykładem jest samokonfiguracja, czyli automatyczna konfiguracja nowej stacji bazowej.

Wprawdzie obecnie operatorzy wykorzystują wiele narzędzi ułatwiających ten proces, takich jak specjalne oprogramowanie np. do automatycznego planowania komórki (Automatic Cell Planning, ACP), jednak większość prac w ramach integracji nowej stacji bazowej z siecią nadal musi być wykonywana "ręcznie" przez inżynierów na miejscu. Oprócz tego wykonują oni też zadania związane z konfiguracją np. parametrów przewodów, typu oraz orientacji anteny, mocy nadawczej itp.

Bywa to kłopotliwe, a przy okazji można popełnić błędy, których usunięcie jest trudne oraz zwiększa koszty. Dlatego w LTE dąży się do ograniczenia ingerencji ludzi w proces instalacji stacji bazowych, tak by w dużym uproszczeniu stały się one urządzeniami typu "plug and play", które m.in. "samodzielnie" ustanowią połączenie z innymi elementami sieci, zaktualizują używane oprogramowanie, skonfigurują początkowe parametry pracy, przeprowadzą konieczne testy oraz ostatecznie przejdą w tryb normalnej pracy.

Podsumowanie

Skrót LTE tłumaczy się jako "długoterminową ewolucję". W praktyce jest to technologia przejściowa między systemami 3G a 4G, do której zaliczany będzie już następca LTE, rozwijany obecnie standard LTE-Advanced. Według planów w LTE Advanced maksymalna prędkość transmisji dla łącza "downlink" ma wynosić 1 Gb/s oraz 500 Mb/s w łączu "uplink". To jednak odległa przyszłość, a na razie tempa nabierają prace nad wdrożeniem samego LTE.

W niektórych państwach, jak np. w Polsce, operatorzy dopiero przymierzają się do zainteresowania tą technologią, w innych natomiast prace nad jej praktyczną realizacją są już dość zaawansowane. Z kolei w niektórych krajach, np. w Skandynawii, pierwsze sieci LTE zostały już nawet uruchomione.

Monika Jaworowska