Системотехника. Проектирование радиотехнических систем

сравнения в UMTS скорости передачи данных редко поднимаются свыше 20 Мбит/сек,

а задержки могут колебаться от 40 до 100 мс.

Принципы построения радиоинтерфейса LTE в Uplink (от МС к БС)

Всетях связи стандарта LTE скорость передачи данных в направлении от UE (МС)

кeNodeB (БС) может достигать 50 Мбит/сек, а задержки не превышают 10мс. Эти показатели на много превышают значения в сетях третьего поколения и практически сравнялись с проводными выделенными каналами связи. Рассмотрим главные особенности построения радиоинтерфейса Uplink в стандарте LTE.

Вотличие от радиоинтерфейса Downlink, где информация одного пользователя может передаваться на разных поднесущих, в Uplink данные каждого пользователя передаются в одной полосе частот, причем в одно и то же время. Однако это не означает, что информационные потоки накладываются друг на друга и необратимо искажаются. Это обеспечивается благодаря использованию множественного доступа с частотным разделением с единственной несущей частотой SC-FDMA (Single Carrier

Frequency Devision Multiple Access). Рассмотрим основные принципы работы SC-FDMA

– модулятора.

Рис. 5.100. SC-FDMA – модулятор

Первым этапом исходная информационная последовательность, предназначенная для передачи от абонента, преобразуется в частное представление с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Далее, в зависимости от скорости потока от данного абонента, сеть выделяет UE (МС) несколько поднесущих, среди которых распределяются преобразованный поток. Те поднесущие, которые используют другие пользователи не занимаются в данном абонентском терминале, а соответствующие поднесущие перемножаются с «0». После обратного быстрого преобразования Фурье

(ОБПФ) модулированные потоки объединяются и переводятся обратно во временную область. Не смотря на то, что данные передаются от разных устройств в сети в одно и то же время в одной и той же полосе частот, на приемной стороне после обратных сказанным выше процедур, можно выделить информационные потоки от отдельных UE (МС).

341

Благодаря использованию SC-FDMA в системе LTE удалось достигнуть трехкратного увеличения спектральной эффективности на линии «вверх», по сравнению с сетями 3G.

Логические каналы на радиоинтерфейсе в LTE

Одной из важнейших составляющих радиоинтерфейса любой подвижной системы связи, которая обеспечивает заданные характеристики ее работы, является структура логических, транспортных и физических каналов. Рассмотрим логические параметры сети связи LTE.

Рис. 5.101. Логические каналы LTE

Логические каналы подразделяются по типам передаваемой информации на каналы управления и на трафиковые каналы.

К каналам управления относятся:

– вещательный канал управления – служит для передачи системной служебной информации в Downlink.

– пейджинговый канал управления – предназначен для передачи пейджинговых сообщений к UE (МС) от eNodeB (БС).

– многопользовательский канал управления – необходим для передачи служебной информации одновременно к нескольким абонентским устройствам.

– выделенный канал управления – служит для передачи служебной информации между конкретным абонентским устройством и сетью.

– общий канал управления – предназначен для обмена служебной информацией между UE (МС) и сетью в процедурах начального доступа UE (МС) в сеть до организации выделенного канала.

К трафиковым каналам относятся:

342

– выделенный трафиковый канал – основной канал для передачи пользовательских данных между одним конкретным UE (МС) и

сетью.

ffic Channel) – многопользовательский трафиковый канал – служит для передачи широковещательной трафиковой информации. Хорошим примером использования этого канала может служить трансляция радио или ТВ-

программ.

Транспортные каналы на радиоинтерфейсе в LTE

На радиоинтерфейсе в сети стандарта LTE применяется стек каналов для передачи данных между абонентским терминалом и сетью. Низший уровень в этом стеке образуют физические каналы. По ним передаются транспортные, которые в свою очередь несут логические каналы.

Рис. 5.102. Транспортные каналы LTE

Рассмотрим виды транспортных каналов на радиоинтерфйсе сети стандарта LTE.

Все транспортные каналы можно классифицировать по направлению передачи: Uplink

(от UE (МС) к eNodeB (БС)) и Downlink (от eNodeB (БС) к UE (МС)).

Ктранспортным каналам в Downlink относятся:

–широковещательный канал.

– канал для пейджинга.

-SCH (Downlink Shared Channel) – общий канал для передачи данных вниз.

–многопользовательский канал.

Ктранспортным каналам в Uplink относятся:

–канал случайного доступа.

-SCH (Downlink Shared Channel) – общий канал для передачи данных вверх.

Как было сказано выше, транспортные каналы передаются в логических каналах.

На рисунке ниже представлена связь между логическими и транспортными каналами в

LTE.

343

Рис. 5.103. Связь логических и транспортных каналов

Физические каналы на радиоинтерфейсе в LTE

Информация между UE (МС) и eNodeB (БС) передается не произвольным образом,

а через четко организованную структуру каналов. Рассмотрим классификацию, виды и назначение физических каналов в сети LTE.

Рис. 5.104. Физические каналы LTE

Физические каналы можно классифицировать по направлению передачи информации: Downlink и Uplink.

К физическим каналам в Downlink относятся:

PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) - физический распределенный канал

внаправлении «вниз» - служит для высокоскоростной передачи мультимедийной информации.

PDCCH (Physical Downlink Control Channel) – физический канал управления в направлении «вниз» - предназначен для передачи информации для управления конкретным UE (МС).

CCPCH (Common Control Physical Channel) – общий физический канал управления – необходим для передачи общей для всех информации.

К физическим каналам в Uplink относятся:

PRACH (Physical Random Access Channel) – физический канала произвольного

доступа – служит для первичного доступа в сеть.

344

PUCCH (Physical Uplink Control Channel) – физический канал управления в направлении «вверх» - необходим для передачи служебной информации от конкретной

UE (МС) к eNodeB (БС).

PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) – физический распределенный канал в направлении «вверх» - предназначен для высокоскоростной передачи данных в Uplink.

Связь между транспортными и физическими каналами представлена на рисунке ниже.

Рис. 5.105. Связь физических и транспортных каналов

Основные параметры LTE

Таблица 3.16. Основные параметры LTE

Как было сказано выше, на практике будет реализован канал Downlink системы

мобильной связи стандарта LTE. Структура данного канала представлена на рисунке

3.106 [25].

346

Рис. 5.106. Канал Downlink LTE Simulink MATLAB 2015b

Рассмотрим более подробно данный канал.

Рис. 5.107. Разделение исходного потока бит на параллельные потоки

Кодирование помехоустойчивым кодом, в процессе которого значительно увеличивается число символов в отдельных потоках. В данной схеме используется код

CRC.

Каждый отдельный параллельный поток кодируется данным кодом с заданным полиномом.

Рис. 5.108. Кодирование помехоустойчивым кодом

Рис. 5.109. Параметры CRC кодера

347

Манипуляция выбранным в данный конкретный момент способом модуляции. В

канале Downlink используются методы манипуляции: QPSK, 16QAM, 64QAM. Далее перемножение полученной последовательности каждого потока на свою поднесущую и БПФ (так называемая OFDM – модуляция). Где в результате получаем один сложный сигнал.

Рис. 5.110. Манипуляция выбранным в данный конкретный момент способом модуляции

Структура этого блока имеет следующий вид:

Рис. 5.111. Квадратурная манипуляция и получение OFDM символов

Передача в эфир. Для этого используется технология MIMO 2х2 или 4х4

приемных/передающих антенн. Где один общий поток (сигнал) разделяется на 2 потока

(2х2 антенна) или 4 потока (4х4 антенна).

348

Рис. 5.114. Передача в эфир

Рис. 5.111. Характеристики блока БГШ (AWGN)

Далее подпотоки MIMO объединяются в один поток, который приходит на мобильную станцию под воздействием помех.

Далее мобильная станция производит обратные преобразования, реализованные выше, а именно, получаем паралельные потоки. Потом производится обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ). Затем производится демодуляция.

Рис. 5.113. Паралельные потоки-ОБПФ-демодуляция

Схема, входящая в данный блок:

Рис. 5.114. Паралельные потоки-ОДПФ-демодуляция

Далее производится декодирование по соответствующему алгоритму CRC:

349

Рис. 5.115. Декодирование CRC

Рис. 5.116. Характеристики декодера CRC

После декодирования производится преобразование параллельных потоков в один исходный поток:

Рис. 5.117. Получение исходного потока

350