LTE означаетLong Term Evolution , и он был начат как проект в 2004 году телекоммуникационного органа, известного как проект партнерства третьего поколения (3GPP). SAE (System Architecture Evolution) является соответствующая эволюция эволюции сети пакетного ядра GPRS / 3G. Термин LTE обычно используется для представления как LTE и SAE.

LTE эволюционировали от более ранней системы 3GPP известной как система Универсальной мобильной связи (UMTS), которая, в свою очередь, эволюционировала из глобальной системы мобильной связи (GSM). Даже соответствующие спецификации были официально известны как эволюционировали UMTS наземного радиодоступа (E-UTRA) и эволюционировали UMTS наземной сети радиодоступа (E-UTRAN). Первая версия LTE была зарегистрирована в выпуске 8 спецификаций 3GPP.

Быстрое увеличение использования мобильных данных и появлением новых приложений, таких как MMOG (Multimedia Online Gaming), мобильное телевидение, Web 2.0, потоковое содержимое мотивировали проект 3-го поколения партнерства (3GPP) для работы на Long-Term Evolution (LTE) на пути к четвертого поколения мобильной связи.

Основной целью LTE является обеспечение высокой скорости передачи данных, низкой задержкой и пакетной оптимизации технологии радиодоступа с поддержкой гибкого развертывания полосы пропускания. То же время его сетевая архитектура была разработана с целью поддержки с коммутацией пакетов трафика с бесшовной мобильности и высоким качеством обслуживания.

LTE Evolution

Факты о LTE

LTE является преемником технологии не только UMTS, но и CDMA 2000.

LTE имеет важное значение, поскольку она будет довести до 50 раз повышение производительности и намного лучше спектральной эффективности в сетях сотовой связи.

LTE введены, чтобы получить более высокие скорости передачи данных, 300 Мбит пика нисходящего и 75 Мбит пик восходящей линии связи. В качестве носителя 20MHz, скорости передачи данных за пределами 300Mbps может быть достигнуто при очень хороших условиях сигнала.

LTE является идеальной технологией для поддержания высоких темпов сегодняшний день для таких услуг, как передача голоса по IP (VoIP), потоковое мультимедиа, видеоконференции или даже высокоскоростной сотовый модем.

LTE использует как Time Division Duplex (TDD) и режим дуплекса с частотным разделением (FDD). В FDD передачи по нисходящей линии связи и восходящей линии связи используются разные частоты, в то время как TDD и восходящей и нисходящей линий используют один и тот же носитель, и разделены во времени.

LTE поддерживает гибкие ширины полосы несущей, от 1,4 МГц до 20 МГц, а также как FDD и TDD. LTE разработана с масштабированием диапазона рабочих частот несущей от 1,4 МГц до 20 МГц, ширина полосы используется, зависит от частотного диапазона и количества доступного спектра с сетевым оператором.

Все устройства LTE должны поддерживать (MIMO) с множеством входов и множеством передач вывода, которые позволяют базовой станцией для передачи нескольких потоков данных по тем же носителем одновременно.

Все интерфейсы между сетевыми узлами в LTE в настоящее время на основе IP-, в том числе соединение транзитного соединения к базовым станциям радиосвязи. Это большим упрощением по сравнению с более ранними технологиями, которые были первоначально на основе E1 / T1, ATM и ретрансляции кадров ссылки, причем большинство из них узкополосных и дорого.

Качество обслуживания (QoS) механизм стандартизированы для всех интерфейсов, чтобы гарантировать, что требование голосовых вызовов для постоянной задержки и пропускной способности, по-прежнему могут быть удовлетворены, когда ограничения по количеству достигаются.

Работает с системами GSM / EDGE / UMTS с использованием существующего спектра 2G и 3G и новый спектр. Поддержка передачи эстафеты и роуминг существующих сетей мобильной связи.

Преимущества LTE

Высокая пропускная способность : высокие скорости передачи данных могут быть достигнуты и в нисходящей линии связи, а также восходящей линии связи. Это приводит к высокой пропускной способности.

Низкая задержка: Время, необходимое для подключения к сети находится в диапазоне от нескольких сотен миллисекунд и экономии энергетических состояний теперь могут быть введены и вышла очень быстро.

FDD и TDD в той же самой платформе: Частота Division Duplex (FDD) и Time Division Duplex (FDD), обе схемы могут быть использованы на той же платформе.

Улучшенный опыт конечного пользователя: Оптимизированная сигнализации для установления соединения и других процедур воздушного интерфейса и управления мобильностью еще более улучшили пользовательский опыт. Сокращение времени ожидания (до 10 мс) для лучшего пользовательского опыта.

Бесшовные соединения: LTE также будет поддерживать беспрепятственное подключение к существующим сетям, таким как GSM, CDMA и WCDMA.

Подключи и играй: Пользователю не нужно вручную установить драйверы для устройства. Вместо того, чтобы система автоматически распознает устройство, загружает новые драйверы для аппаратного обеспечения, если это необходимо, и начинает работать с новым подключенным устройством.

Простая архитектура: Из - за простой архитектуры низких эксплуатационных расходов (OPEX).

LTE - QoS

Архитектура LTE поддерживаетжесткие QoS, с конца в конец качества обслуживания и гарантированная скорость в битах (GBR) для радиоканалов. Так же, как Ethernet и Интернет имеют различные типы QoS, например, различные уровни QoS могут быть применены к трафика LTE для различных приложений. Поскольку LTE MAC полностью планируется, QoS является естественным.

Evolved Packet System (EPS) носители обеспечивают взаимно-однозначное соответствие с радиоканалами RLC и обеспечивают поддержку трафика шаблонов Flow (TFT). Есть четыре типа носителей EPS:

GBR канальные ресурсы постоянно выделяются контроль допуска

Не Non-GBR Bearer никакого контроля допуска

Выделенный Bearer , связанный с конкретным TFT (GBR или не GBR)

Поумолчанию Bearer Non GBR, поймать-все для неназначенному трафика

LTE Основные параметры

В этом разделе будут подведены основные параметры LTE:

параметры	Описание
Диапазон частот	UMTS FDD и TDD полосы полосы, определенные в 36.101 (V860) Таблица 5.5.1, приведенные ниже,
Duplexing	FDD, TDD, полудуплексный FDD
Канальное кодирование	Турбо-код
мобильность	350 км / ч
Полоса пропускания канала (МГц)
Передача Полоса пропускания Конфигурация НРБ: (1 ресурс блок = 180kHz в 1 мс TTI)
Схемы модуляции	UL: QPSK, 16QAM, 64QAM (по желанию) DL: QPSK, 16QAM, 64QAM
Схем множественного доступа	UL: SC-FDMA (Single Carrier с частотным разделением каналов множественного доступа с) поддерживает 50Mbps + (20МГц спектра) DL: OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов множественного доступа с) поддерживает 100Mbps + (20МГц спектра)
Многоантенных технологии	UL: Многопользовательская совместной MIMO DL: ПАР, пространственное мультиплексирование, CDD, макс 4x4 массив
Пиковая скорость передачи данных в LTE	UL: 75Mbps (полоса 20 МГц)
(Multiple Input Multiple Output)	UL: 1 х 2, 1 х 4 DL: 2 х 2, 4 х 2, 4 х 4
покрытие	5 - 100 км с небольшим ухудшением после 30 км
QoS	E2E QOS позволяет приоритезация различного класса обслуживания
Задержка	Конечный пользователь задержка <10 мс

E-UTRA рабочими полосами частот

Ниже приводится таблица для операционных полос E-UTRA, взятых из LTE Sepecification 36,101 (V860) Таблица 5.5.1:

LTE сетевая архитектура

Сетевая архитектура высокого уровня LTE состоит из следующих трех основных компонентов:

Пользовательское оборудование (UE).

UMTS наземная сеть Evolved радиодоступа (E-UTRAN).

Evolved Packet Core (EPC).

Ядро Evolved Packet обменивается данными с сетями пакетной передачи данных во внешнем мире, таких как Интернет, частных корпоративных сетей или мультимедийной подсистемы IP. Интерфейсы между различными частями системы обозначаются У.У., S1 и SGI, как показано ниже:

Пользовательское оборудование (UE)

Внутренняя архитектура пользовательского оборудования для LTE идентична той, которая используется UMTS и GSM, которая на самом деле мобильного оборудования (ME). Мобильное оборудование состоит из следующих важных модулей:

Мобильный Прекращение (MT): Это обрабатывает все коммуникационные функции.

Терминальном оборудовании (TE): Это завершает потоки данных.

Universal Integrated Circuit Card (UICC): Это также известно как SIM - карты для LTE оборудования. Это запускает приложение, известное как универсальный модуль идентификации абонента (USIM).

USIM - хранит пользовательские данные, очень похожие на 3G SIM - карты. Это сохраняет информацию о количестве пользователя телефона, домашней сети идентичности и ключей безопасности и т.д.

E-UTRAN (сеть доступа)

Архитектура UMTS эволюционировала наземной сетью радиодоступа (E-UTRAN) было показано ниже.

E-UTRAN обрабатывает радиосвязь между мобильным телефоном и усовершенствованным ядром пакета и только имеет один компонент, выделившегося базовые станции, называемыеeNodeB или ENB. Каждый ENB является базовая станция, которая управляет мобильные телефоны в одной или нескольких ячеек. Базовая станция, которая обменивается данными с мобильным называется обслуживающей его ENB.

LTE Mobile осуществляет связь только с одной базовой станцией и одной ячейки в то время, и есть следующие две основные функции, поддерживаемые ENB:

Ebn посылает и принимает радиопередачи на все мобильные телефоны с использованием аналоговых и цифровых функций обработки сигналов радиоинтерфейса LTE.

ENB управляет работой низкоуровневое всех своих мобильных телефонов, отправляя их сообщения, такие как команды передачи обслуживания сигнализации.

Каждый Ebn соединяется с EPC с помощью интерфейса S1, и она также может быть подключен к близлежащих базовых станций через интерфейс X2, который в основном используется для передачи сигналов и пересылки пакетов во время передачи обслуживания.

Домашний ENB (HeNB) является базовой станцией, которая была приобретена пользователем, чтобы обеспечить охват фемтосот в домашних условиях. Домашний ENB принадлежит к закрытой абонентской группы (РГС) и могут быть доступны только мобильные телефоны с USIM, который также принадлежит к закрытой абонентской группы.

Evolved Packet Core (EPC) (Базовая сеть)

Архитектура Evolved Packet Core (EPC) было показано ниже. Есть несколько компонентов, которые не были показаны на диаграмме, чтобы сохранить его простым. Эти компоненты, как системы землетрясения и цунами предупреждения (ГЭВН), Оборудование регистр идентификации (EIR) и контроля политики и правил тарификации Функция (PCRF).

Ниже приводится краткое описание каждого из компонентов, указанных в приведенной выше архитектуре:

(HSS) компонент домашний абонентский сервер был перенесен с UMTS и GSM, и это центральная база данных, которая содержит информацию обо всех абонентов сети оператора.

Пакетной сети передачи данных (PDN) Шлюз (P-GW) осуществляет связь с внешним миром, то есть. сети пакетной передачи данных PDN, используя интерфейс SGI. Каждая сеть пакетной передачи данных идентифицируется с помощью имени точки доступа (APN). Шлюз PDN имеет ту же роль, что и узел поддержки GPRS (GGSN) и обслуживающей поддержки GPRS узла (SGSN) с UMTS и GSM.

Обслуживающий шлюз (S-GW) действует в качестве маршрутизатора, и передает данные между базовой станцией и шлюзом PDN.

Объект управления мобильностью (ММЕ) управляет работой на высоком уровне на мобильном телефоне с помощью сообщений сигнализации и домашний абонентский сервер (HSS).

Функция управления политики и правил тарификации (PCRF) является компонентом, который не показан на приведенной выше схеме, но он отвечает за контроль политики принятия решений, а также для управления потоком на основе зарядки функциональных возможностей в функции политики исполнительного управления (PCEF), который находится в P-GW.

Интерфейс между обслуживающим и PDN шлюзами известен как S5 / S8. Это имеет два несколько различных реализаций, а именно S5, если два устройства находятся в той же сети, и S8, если они находятся в разных сетях.

Функциональное разделение между E-UTRAN и EPC

Следующая диаграмма показывает функциональное разделение между E-UTRAN и EPC для сети LTE:

2G / 3G в сравнении с LTE

В следующей таблице сравниваются различные важные протоколы сетевых элементов и сигнализации, используемый в 2G / 3G абд LTE.

2G / 3G	LTE
GERAN и UTRAN	E-UTRAN
SGSN / PDSN-FA	S-GW
GGSN / PDSN-HA	PDN-GW
HLR / AAA	HSS
VLR	MME
SS7-MAP / ANSI-41 / RADIUS	Диаметр
DiameterGTPc-v0 и v1	GTPc-v2
MIP	PMIP

Сеть управляется одним оператором в одной стране, известна как наземная сеть мобильной связи общего пользования (PLMN) и когда подписался пользователь использует PLMN своего оператора, то говорят Домашняя сеть PLMN оператора, но роуминг позволяет пользователям перемещаться за пределами своей домашней сети и с использованием ресурсов из сети другого оператора. Эта другая сеть называется посещение-PLMN.

Пользователь роуминг подключается к E-UTRAN, MME и S-GW посещаемой сети LTE. Тем не менее, LTE / SAE позволяет P-GW либо посещенный или домашней сети, которые будут использоваться, как показано на ниже:

P-GW в домашней сети позволяет пользователю получить доступ к услугам оператора своей даже в то время как в гостевой сети. P-GW в гостевой сети позволяет "локальный прорыв" к Интернету в гостевой сети.

Интерфейс между обслуживающим и PDN шлюзами известен как S5 / S8. Это имеет два несколько различных реализаций, а именно S5, если два устройства находятся в той же сети, и S8, если они находятся в разных сетях. Для мобильных телефонов, которые не роумингу, обслуживающая и PDN шлюзы могут быть интегрированы в единое устройство, таким образом, что интерфейс S5 / S8 вообще исчезает.

LTE Роуминг Зарядка

Сложности новых механизмов зарядки, необходимых для поддержки 4G роуминг гораздо более многочисленны, чем в среде 3G. Несколько слов о как предоплаченные и с последующей оплатой взимания платы за LTE роуминг приводится ниже:

Prepaid Тарификация - Стандарт CAMEL, что позволяет предварительно оплаченные услуги в 3G, не поддерживается в LTE; Таким образом, предоплаченные информация о клиенте должна быть направлена ​​обратно в домашней сети, а не быть обработаны локальной сети посещения. В результате, операторы должны опираться на новые учета потоков для доступа к предоплаченных данных о клиентах, например, путем их P-шлюзами в обоих IMS и средах без IMS или через их CSCF в среде IMS.

Постоплатная Тарификация - Постоплатная зарядка данных использование работает так же в LTE , как в 3G, используя версии TAP 3.11 или 3.12. С местной прорыве услуг IMS, TAP 3.12 требуется.

Операторы не имеют одинаковое количество видимости в абонентских деятельности, как в сценарии домашней маршрутизации в случае локальных сценариев прорыве, поскольку сеансы абонента данные сохраняются в гостевой сети; Поэтому, для того, чтобы дом оператора для сбора информации в реальном масштабе времени на как до, так и постоплатной клиентов, он должен создать интерфейс между диаметрами зарядных систем и посещаемой сети P-Gateway.

В случае локального прорыва сценария ПИМ услуг, гостевая сеть создает записи о звонках (CDR) из S-Gateway (ов), тем не менее, эти CDRs не содержат всю информацию, необходимую для создания TAP 3.12 мобильной сеанс или обмена сообщениями запись события для использования сервиса. В результате, операторы должны коррелировать с базовой сетью данных ЗОР с IMS CDRs для создания TAP записи.

LTE нумерации и адресации

Область LTE-сеть разделена на три различных типа географических областей описаны ниже:

С.Н.	Площадь и описание
1	Зоны бассейн MME Это область, через которую мобильный может перемещаться без изменения выступающей MME. Каждая зона бассейна ММЕ управляется одним или несколькими множеством MME в сети.
2	Зоны обслуживания S-GW Это область обслуживается одной или более обслуживающих шлюзов S-GW, через которую мобильный может двигаться без изменения шлюз обслуживания.
3	Зоны слежения Районы бассейн MME и зоны обслуживания S-GW оба сделаны из более мелких, непересекающихся блоков, известных как отслеживания областей (TA). Они похожи на местоположение и маршрутизации областей от UMTS и GSM, и будет использоваться для отслеживания местоположения мобильных телефонов, которые находятся в режиме ожидания.

Таким образом, сеть LTE будет состоять из многих бассейнов MME, много зон обслуживания S-GW и множество областей слежения.

Идентификаторы Сеть

Сеть сама по себе будет опознано с помощью наземной сети мобильной связи (идентификатор PLMN-ID), который будет иметь три цифры кода мобильного страны (MCC) и код сети мобильной два или три цифры (МНК). Например, мобильный код страны для Великобритании составляет 234, в то время как в Великобритании сеть Vodafone использует сеть мобильной связи Кодекс 15.

Идентификаторы ММЕ

Каждый MME имеет три основные тождества. Код MME (MMEC) однозначно идентифицирует MME во всех областях бассейна. Группа множеством MME присваивается MME групповой идентичности (Mmegi), который работает вместе с MMEC сделать идентификатор MME (MMEI). MMEI однозначно идентифицирует MME в пределах конкретной сети.

Если мы combile PLMN-ID с MMEI то мы приходим к Unique Identifier MME глобально (GUMMEI), который идентифицирует MME в любой точке мира:

Идентификаторы области отслеживания

Каждая область отслеживания имеет две основные тождества. Код зоны слежения (TAC) идентифицирует область слежения в пределах конкретной сети, и если мы совмещая это с PLMN-ID, то мы приходим к глобально уникальный области отслеживания идентичности (TAI).

Идентификаторы Сотовые

Каждая ячейка в сети имеет три типа идентичности. Идентичность клеток E-UTRAN (ECI) идентифицирует ячейку в конкретной сети, в то время как глобальный идентификатор E-UTRAN клеток (ECGI) идентифицирует ячейку в любой точке мира.

Идентичность физическая клетка, которая представляет собой число от 0 до 503, и это выгодно отличает клетку от своих ближайших соседей.

Мобильное оборудование ID

Международный идентификатор мобильного оборудования (IMEI) является уникальный идентификатор для мобильного оборудования и Международный идентификатор мобильного абонента (IMSI) является уникальный идентификатор для UICC и USIM.

Временный идентификатор мобильного абонента М (М-ВИПС) идентифицирует мобильный к обслуживающей его MME. Добавление кода MME в результатах М-ВИПС во временной идентификатор мобильного абонента S (S-TMSI), который идентифицирует мобильный телефон в пределах бассейна MME.

Наконец добавив групповую идентичность MME и идентичность PLMN с результатами S-ВИПС в глобально уникального временного идентификатора (Гути).

Архитектура протокола радиоинтерфейса для LTE могут быть разделены наплоскости управления архитектуры и пользовательской плоскости архитектуры, как показано ниже:

На плоской стороне пользователя, приложение создает пакеты данных, которые обрабатываются протоколы, такие как TCP, UDP и IP, в то время как в плоскости управления, управление радиоресурсами (RRC) протокол записывает сообщений сигнализации, которыми обмениваются между базовой станцией и мобильный. В обоих случаях информация обрабатывается с помощью протокола сходимости пакетных данных (PDCP), протокол управления радиоканалом (RLC) и протокола управления доступом к среде передачи (MAC), перед передачей на физический уровень для передачи.

Плоскость пользователя

Стек протоколов пользовательской плоскости между электронной Узлом В и UE состоит из следующих подслоев:

PDCP (Packet Data Convergence Protocol)

RLC (радио Link Control)

Управление доступом к среде передачи (MAC)

На плоскости пользователя, пакеты в базовой сети (EPC) инкапсулируются в конкретном протоколе EPC и тоннельного между P-GW и eNodeB. Различные протоколы туннелирования используются в зависимости от интерфейса. Туннелирования GPRS-протокола (GTP) используется на интерфейс S1 между eNodeB и S-GW и на границе раздела S5 / S8 между S-GW и P-GW.

Пакеты, полученные слоем называются Service Unit Data (ВРК), а выходной пакет слоя называется Отделом данных протокола (PDU) и IP-пакетов в плоском потоке пользовательского сверху донизу слоев.

Плоскость управления

Плоскость управления включает в себя дополнительно слой управления радиоресурсами (RRC), который отвечает за настройку нижних слоев.

Плоскость управления обрабатывает радио специфические функции, которая зависит от состояния пользовательского оборудования, которое включает в себя два состояния: в режиме ожидания или связаны между собой.

Режим	Описание
вхолостую	Пользовательское оборудование лагеря на ячейки после выбора ячейки или процесса перевыбора, где такие факторы, как качество радиоканалом, статус ячейки и технологии радиодоступа рассматриваются. Оборудование UE также контролирует канал поискового вызова для определения входящих вызовов и получения информации системы. В этом режиме, плоские протоколы управления включают в себя выбор соты и процедуры перевыбора.
Связанный	Оборудование UE поставляет E-UTRAN с качеством канала нисходящей линии связи и информацию о соседних ячейках, чтобы включить E-UTRAN, чтобы выбрать наиболее подходящую ячейку для UE. В этом случае в плоскости управления, протокол включает в себя протокол управления радиоканалом (RRC).

Стек протоколов для плоскости управления между UE и MME показан ниже. Серая область стека указывает протоколы прослойка доступа (AS). Нижние слои выполняют те же функции, что и для плоскости пользователя, за исключением того, что не существует никакой функции сжатия заголовка для плоскости управления.

LTE Стек протоколов Слои

Давайте внимательно посмотреть на все слои, доступные в E-UTRAN Стек протоколов, которые мы видели в предыдущей главе. Ниже приводится более ellaborated схема E-UTRAN Стек протоколов:

Физический уровень (уровень 1)

Физический уровень передает всю информацию из транспортных каналов, MAC через эфирный интерфейс. Заботится адаптации канала (AMC), управления мощностью, поиска ячейки (для начальных целей синхронизации и передачи обслуживания) и другие измерения (внутри системы LTE и между системами) для слоя РКР.

Доступом к среде передачи (MAC)

MAC-уровень отвечает за отображение между логическими каналами и транспортными каналами, мультиплексирование MAC-SDU, из одного или различных логических каналов на транспортные блоки (ТБ), которые будут доставлены на физический уровень по транспортным каналам, де мультиплексирование MAC-SDU, из одного или изменения логического каналы из транспортных блоков (ТБ), доставленных из физического уровня по транспортным каналам, информация о планировании отчетов, исправление ошибок через HARQ, обработку приоритета между UE, с помощью динамического планирования, обработки приоритета между логическими каналами одного UE, логического определения приоритетов канала.

Управления радиосвязью (RLC)

RLC работает в 3-х режимах: прозрачном режиме (ТМ), режиме без подтверждения (UM) и режиме с подтверждением (AM).

RLC уровень отвечает за передачу блоков PDU верхнего уровня, исправление ошибок с помощью ARQ (только для передачи данных AM), конкатенацию, сегментации и повторной сборки RLC SDU, (только для единой системы обмена сообщениями и передачи данных AM).

RLC также несет ответственность за повторное сегментации блоков PDU RLC данных (только для передачи AM данных), переупорядочение блоков PDU RLC данных (только для единой системы обмена сообщениями и передачи данных AM), обнаружения дубликатов (только для передачи данных UM и AM) RLC SDU выбраковки (только для единой системы обмена сообщениями и передачи данных AM), RLC повторной установки и обнаружения ошибок протокола (только для передачи данных AM).

Управление радиоресурсами (RRC)

Основные услуги и функции подуровня RRC включают трансляцию системной информации, связанные с страта без доступа (NAS), трансляция системы информации, относящейся к слою доступа (AS), оповещение по громкой связи, создание, поддержание и высвобождение соединения RRC между ПУ и E-UTRAN, функции безопасности, включая ключевые управления, создания, конфигурации, технического обслуживания и выпуска точки к точке радиоканалов.

Пакет управления данными Конвергенция (PDCP)

PDCP уровень отвечает за сжатие заголовка и декомпрессия данных IP, передача данных (пользовательской плоскости или плоскости управления), Обслуживание PDCP порядковых номеров (SNS), В-последовательности доставки верхнего БРП слоя при воссоздании нижних слоев, дублируем устранение нижнего блоков SDU слоя при воссоздании нижних слоев для радиоканалов, отображенных на RLC AM, функции шифрования и расшифровки данных плоскости пользователя и данных плоскости управления, защиты целостности и проверки целостности плоскости управления данными, таймер на основе выбраковки, дублированного отбрасывания, PDCP используется для SRBs и DRBs, отображенных на DCCH и DTCH типа логических каналов.

Связанного с предоставлением доступа Stratum (NAS) Протоколы

Слой без доступа (NAS) протоколы образуют самый высокий слой плоскости управления между пользовательским оборудованием (UE) и MME.

протоколы NAS поддерживают мобильность UE и процедуры управления сеансом для установления и поддержания соединения IP между UE и PDN GW.

Ниже приводится логическое биграмма слоев E-UTRAN протокола с изображением потока данных через различные слои:

Пакеты, получаемые с помощью слоя называются служба блока данных (SDU), в то время как выходной пакет слоя называется Отделом данных протокола (PDU). Давайте посмотрим, поток данных сверху вниз:

LTE Каналы связи

Информационные потоки между известны как каналов и сигналов различных протоколов. LTE использует несколько различных типов логических, транспортных и физических каналов, которые отличаются от вида информации, которую они несут, и, кстати, в которых обрабатывается информация.

Логические каналы: Определение whattype информации передается по воздуху, например, каналы трафика, каналов управления, системы вещания и т.д. Данные и сообщения сигнализации осуществляется по логическим каналам между протоколами RLC и MAC.

Транспортные каналы: Определение howis что - то передается по воздуху, например, то, что кодирование, перемежение параметры, которые используются для передачи данных. Данные и сообщения сигнализации на транспортных каналов между MAC и физическим уровнем.

Физические каналы: Определение WhereIs что - то передается по воздуху, например, первые N символов в DL кадре. Данные и сообщения сигнализации осуществляется по физическим каналам между различными уровнями физического уровня.

Логические каналы

Логические каналы определяют, какой тип данных передается. Эти каналы определяют сервисы передачи данных, предлагаемых МАС-уровня. Данные и сообщения сигнализации осуществляется по логическим каналам между протоколами RLC и MAC.

Логические каналы могут быть разделены на каналы управления и каналы трафика. Канал управления может быть общим каналом или выделенным каналом. Общий канал означает, общий для всех пользователей в ячейке (точка-многоточка) в то время как выделенные каналы означает, каналы могут использоваться только одним пользователем (точка-точка).

Логические каналы отличаются информации, которую они несут, и могут быть классифицированы по двум направлениям. Во-первых, логические каналы трафика передают данные в пользовательской плоскости, в то время как логические каналы управления несут сообщений сигнализации в плоскости управления. В следующей таблице перечислены логические каналы, которые используются LTE:

Транспортные каналы

Транспортные каналы определяют, каким образом и с какой тип характеристик данные передаются физическим уровнем. Данные и сообщения сигнализации на транспортных каналов между MAC и физическим уровнем.

Транспортные каналы отличаются способами, в котором процессор транспортный канал манипулирует ими. В следующей таблице перечислены транспортные каналы, которые используются LTE:

Физические каналы

Данные и сообщения сигнализации осуществляется по физическим каналам между различными уровнями физического уровня и, соответственно, они разделены на две части:

Физические каналы данных

Физические каналы управления

Физические каналы передачи данных

Физические каналы данных отличаются способами, в котором процессор физический канал манипулирует ими, а также с помощью способов, в которых они отображаются на символы и поднесущих, используемых мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA). В следующей таблице перечисленыфизические каналы передачи данных, которые используются LTE:

Процессортранспортного канала составляет несколько типов информации управления, для обеспечения работы низкоуровневое физического уровня. Они перечислены в таблице ниже:

Физические каналы управления

Процессор транспортный канал также создает управляющую информацию, которая поддерживает работу на низком уровне физического уровня и отправляет эту информацию на физический процессор канала в виде физических каналов управления.

Информация передается по мере процессора транспортного канала в приемнике, но полностью невидимым для более высоких уровней. Аналогичным образом, процессор физический канал создает физические сигналы, которые поддерживают аспекты нижнего уровня системы.

Физические Каналы управления приведены в таблице ниже:

Базовая станция также передает два других физических сигналов, которые помогают мобильной приобрести базовую станцию ​​после того, как он сначала включается. Они известны как сигнал первичной синхронизации (PSS) и сигнал вторичной синхронизации (SSS).

LTE технологии OFDM

Для того, чтобы преодолеть эффект многогруппо- пути затухающего проблемы доступного в UMTS, LTE использует мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) для нисходящей линии связи - то есть, от базовой станции к терминалу для передачи данных в течение многих узкополосными карьеры 180 КГц каждый вместо распространения одного сигнала по полной пропускной способности, т.е. 5МГц карьеры. OFDM использует большое количество узких поднесущих для передачи с множеством несущих для передачи данных.

Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), представляет собой мультиплексирование с частотным разделением каналов (FDM), схема используется в качестве способа модуляции цифровой с несколькими несущими.

OFDM отвечает требованиям LTE гибкости спектра и обеспечивает экономически эффективные решения для очень широких носителей с высокими показателями пиковой нагрузки. Основной LTE нисходящий физический ресурс может рассматриваться как частотно-временной сетки, как показано на рисунке ниже:

Символы OFDM сгруппированы в блоки ресурсов. Блоки ресурсов имеют общий размер 180kHz в частотной области и 0,5 мс во временной области. Каждый 1 мс интервал времени передачи (TTI), состоит из двух слотов (Tslot).

Каждому пользователю выделяется несколько так называемых ресурсных блоков в time.frequency сетке. Чем больше количество блоков ресурсов пользователь получает, и чем выше модуляции, используемый в элементах ресурса, тем выше скорость передачи битов. Какие блоки ресурсов и сколько пользователь получает в данный момент времени зависит от передовых механизмов планирования в частотных и временных измерений.

Механизмы планирования в LTE аналогичны тем, которые используются в технологии HSPA, и позволяют оптимальную производительность для различных услуг в различных средах радио.

Преимущества OFDM

Основным преимуществом OFDM по схемам с одной несущей является ее способность справляться с тяжелыми условиями канала (например, ослабление высоких частот в длинной медной проволоки, узкополосный наводки и частотно-селективным замиранием вследствие многолучевого распространения), без сложных выравнивающих фильтров.

уравнивание канала упрощается, поскольку OFDM можно рассматривать как с использованием многих медленно-модулированных узкополосных сигналов, а не один быстро-модулированный широкополосный сигнал.

Низкая скорость передачи символов делает использование защитного интервала между символами доступным, что делает возможным устранение помех среди символов (ISI).

Этот механизм также облегчает создание одночастотных сетей (одночастот-), где несколько смежных Передатчики посылают один и тот же сигнал одновременно на той же частоте, поскольку сигналы от нескольких удаленных передатчиков могут быть объединены конструктивно, а не мешая, как обычно происходит в традиционном с одной несущей системы.

Недостатками OFDM

Высокий пик-средний коэффициент

Чувствительность к смещению частоты, следовательно, к Доплера сдвиг, а также

SC-FDMA технологии

LTE использует заранее заданной версии OFDM под названием одной несущей частоты множественного доступа с разделением (SC-FDMA) в восходящей линии связи. Это, чтобы компенсировать недостаток обычной OFDM, который имеет очень высокую пиковую к средней мощности (PAPR).

Высокий PAPR требует дорогих и неэффективных усилителей мощности с высокими требованиями по линейности, что повышает стоимость терминала и разряжает батарею быстрее.

SC-FDMA решает эту проблему путем объединения блоков ресурсов таким образом, что уменьшает потребность в линейности, и поэтому потребление мощности, в усилителе мощности. Низкое PAPR также улучшает охват и эффективность клеточного края.

LTE Глоссарий

Срок	Описание
3GPP	Проект партнерства 3-го поколения
3GPP2	Партнерства 3-го проекта 2
ARIB	Ассоциация радиопромышленности и бизнеса
АТИС	Альянс для телекоммуникационной отрасли решений
AWS	Advanced Wireless Services
CAPEX	Капитальные затраты
ККСД	Китайская ассоциация стандартов связи
CDMA	Кодовым разделением множественного доступа
CDMA2000	Код Division Multiple Access 2000
ДАБ	Digital Audio Broadcast
DSL	Цифровая абонентская линия
DVB	Digital Video Broadcast
eHSPA	эволюционировали высокоскоростного пакетного доступа
ETSI	Европейский институт телекоммуникационных стандартов
FDD	Frequency Division Duplex
FWT	Стационарный беспроводный терминал
GSM	Глобальная система мобильной связи
HSPA	Высокоскоростной доступ пакетов
HSS	Домашний абонентский сервер
IEEE	Институт инженеров электротехники и электроники
IPTV	Internet Protocol Television
LTE	Long Term Evolution
MBMS	Служба Multimedia Broadcast Multicast
MIMO	Multiple Input Multiple Output
MME	Мобильность управления Entity
NGMN	Next Generation Mobile Networks
OFDM	Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов
OPEX	Оперативные расходы
PAPR	Пик к средней мощности
PCI	Peripheral Component Interconnect
PCRF	Охрана общественного порядка и правил тарификации Функция
PDSN	Узел обслуживания пакетных данных
PS	с коммутацией пакетов
QoS	Качество обслуживания
RAN	Сеть радиодоступа
SAE	Архитектура системы Эволюция
SC-FDMA	Одной несущей частоте Division Multiple Access
SGSN	Обслуживающий узел поддержки GPRS
TDD	Time Division Duplex
TTA	Ассоциация телекоммуникационных технологий
TTC	Комитет телекоммуникационные технологии
TTI	Интервал времени передачи
UTRA	Универсальный наземный радиодоступ
UTRAN	Универсальная наземная сеть радиодоступа
WCDMA	Отдел Широкополосного множественного доступа с кодовым
WLAN	Беспроводной локальной сети

Большинство операторов по всему миру используют базовую конструкцию сети. Verizon Wireless, Sprint-Nextel, Leap Wireless, MetroPCS, C Spire Wireless и американские сотовые операторы настроены или будут настроены на той же базовой конструкции с одним существенным изменением: eHRPD заменит связи опорной сети с традиционными сетями UMTS.

Как на самом деле работает LTE

LTE использует два различных типа воздушных интерфейсов (радиолиний): один для нисходящей линии связи (от станции к устройству), и один для восходящего канала (от устройства к станции). При использовании различных типов интерфейсов для нисходящего и восходящего каналов, LTE использует способ сделать беспроводные соединения в обоих направлениях оптимальными, что позволяет лучше оптимизировать сети и продлить срок службы аккумулятора на LTE устройствах.

Для нисходящей линии связи LTE использует OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) воздушный интерфейс, в отличие от CDMA (Code Division Multiple Access) и TDMA (Time Division Multiple Access) воздушного интерфейса, который мы использовали с 1990 года. Что это значит? OFDMA (в отличие от CDMA и TDMA) использут принцип MIMO (Multiple In, Multiple Out). Функционал MIMO означает, что устройства имеют несколько подключений к одной соте, что повышает устойчивость соединения и уменьшает задержки. Это также увеличивает общую пропускную способность соединения. Мы уже видим реальные преимущества MIMO по маршрутизаторам и сетевым адаптерам. MIMO это то, что позволяет 802.11n WiFi достигать скорости до 600 Мбит, хотя большинство работает на скоростях до 300-400 Мбит. Но существует значительный недостаток. MIMO работает лучше, если антенны разных операторов находятся дальше друг от друга. На небольших расстояниях помехи, вызванные близкорасположенными антеннами, приводят к падению LTE производительности. WiMAX также предусматривает использование MIMO, поскольку она использует OFDMA. HSPA +, которая использует W-CDMA для радиоинтерфейса,также может дополнительно использовать MIMO.

Для восходящего канала (от устройства к станции) LTE использует DFTS-OFDMA (discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiple access) схему генерации SC-FDMA (одна несущая частота Division Multiple Access) сигнала. В отличие от регулярных OFDMA, SC-FDMA лучше для восходящего канала, потому что она имеет лучший пик в средней мощности более OFDMA по восходящей линии. LTE-устройства, в целях экономии батареи, как правило, не имеют сильного и мощного сигнала, идущий обратно к станции, таким образом многие преимуществ нормального OFDMA будут потеряны со слабым сигналом. Несмотря на название, SC-FDMA - по прежнему считается системой MIMO. LTE использует SC-FDMA 1 × 2 конфигурацию, которая означает, что для каждой антенны на передающее устройство есть две антенны на базовой станции для приема.

LTE технология сама по себе также поставляется в двух вариантах: FDD (frequency division duplex) вариант и TDD (time division duplex) вариант. Самый распространенный вариант использования является вариант FDD. Вариант FDD использует отдельные частоты для нисходящего и восходящего каналов в виде полосной пары. Это означает, что для каждого канала, поддерживаемого телефоном, он фактически использует два частотных диапазона. Они известны как парные полосы частот. Например, 10 МГц сети Verizon находится в FDD, поэтому полоса пропускания выделяется для восходящей и нисходящей линии связи.

В Соединенных Штатах Clearwire является единственным оператором сотовой сети развертывания LTE в варианте TDD. Все остальные сосредоточились на варианте FDD. Вариант TDD становится все более важным в Азии, так China Mobile (крупнейший оператор сотовой сети в мире с точки зрения количества абонентов) использует TDD частоты для своих 3G-сетей и планирует перейти на вариант TDD в LTE. К счастью, LTE устройства могут быть легко адаптированы для поддержки обоих вариантов на устройстве без особых проблем.

LTE и потребление энергии

Как LTE влияет на срок службы батареи? Причина, почему LTE устройства активно уменьшают заряд батареи в том, что сетевые операторы заставляют эти устройства находиться в активном двойном режиме работы.

Для Verizon Wireless это означает, что все свои LTE-устройства подключаются как CDMA2000 и LTE одновременно и остаются на связи и там, и там. Это означает, что расходуется в два раза больше заряда аккумулятора за каждую минуту, пока вы подключены, чем если бы вы были подключены только к CDMA2000 или LTE. Отправка и получение текстовых сообщений вызывает импульсы CDMA2000 деятельности, которая увеличивает расход зарядки аккумулятора.

Кроме это, есть хэндовер (handover - процедура смены абонентом канала связи во время разговора без потери соединения). Это процедура является важным компонентом, который делает возможным любую сотовую беспроводную сеть. Без хэндовера пользователю придется вручную выбирать нового оператора каждый раз, когда пользователь выходит из диапазона станции. (WiFi - пример технологии беспроводной сети, которая по сути не поддерживает handover.). Когда пользователь путешествует за пределами диапазона Wi-Fi сети, WiFi-радио будет просто разрывать соединение. Для сотовых сетей это даже более важно, потому что диапазон башни не очень предсказуем из-за факторов, находящихся вне чьего-либо контроля (например, погода, и т.д.). LTE поддерживает handover как и все другие сотовые беспроводные сети, но это делает это лучше и быстрее при передаче в поддерживаемый тип сети или ячейки.

Отключения LTE позволит значительно увеличить время автономной работы, потому что телефон переключается в один режим. Или, как в случае AT & T телефонами, пассивный двойной режим работы (для GSM / HSPA + handover), поскольку они обычно находятся в пассивном трехрежимном варианте работы для GSM / HSPA + / LTE handover. Пассивный мультирежим означает, что устройство не постоянно подключено к нескольким сетям, но установит соединение и передаст его, если сигнал на существующей сети слишком слабый или пропадающий. Это идеально подходит для мультирежима, но это не возможно для операторов сетей CDMA / LTE, пока они не позволяют LTE обрабатывать вызовы и текстовые сообщения.

Голосовой трафик в LTE - за счет IP-телефонии поверх LTE?

Конечная цель развертывания операторами сетей LTE – замена всех остальных технологий передачи данных на этот . Это означает, что LTE должна обрабатывать голосовые вызовы, текстовые сообщения, передачу служебных данных и т.д. по сети передачи данных.

Тем не менее, никто не разработал спецификации LTE с голосовыми и текстовыми сообщениями. LTE была разработана только как сеть передачи данных. Как же решаются эти проблемы? Разрабатывая решения VoIP , которые соответствют их потребностям. Появились два основных стандарта: VoLGA (Voice over LTE via Generic Access) и VoLTE-IMS (Voice over LTE via IMS). VoLGA была основанана GAN (Generic Network Access), который также известен как UMA (Unlicensed Mobile Access). Deutsche Telekom был единственным сетевым оператором, который хотел использовать этот метод, поскольку проект для VoLGA был в большой степени получен из реализации США T-Mobile UMA для ее функции Wi-Fi Calling. Никто больше из желал использовать этот вариант в качестве окончательного или промежуточного решения, поскольку это будет означать наличие устаревшей сети ядра GSM.

Все остальные поддерживали VoLTE-IMS (сейчас называется VoLTE), что позволило им полностью отказаться от своих старых сетей и упростить их сети, поскольку они списаны с традиционных сетей. Тем не менее, IMS является гораздо более дорогими и сложными в развертывании, чем VoLGA, по крайней мере, для операторов GSM сети.

VoLTE использует расширенный вариант SIP (Session Initiation Protocol) для обработки голосовых вызовов и текстовых сообщений. Для голосовых вызовов VoLTE использует AMR (Adaptive Multi-Rate) кодек с широкополосным версия используется, если поддерживается сетью и устройством. Кодек AMR уже давно используется в качестве стандарта кодека для GSM и UMTS голосовых звонков. Широкополосная версия поддерживает высокое качество кодирования речи, которая позволила бы сделать четкими голосовые вызовы. Текстовые сообщения поддерживаются с помощью SIP MESSAGE запросов. Видеосвязь использует H.264 CBP (ограничена базовым профилем) с AMR-WB аудио кодеком над RTP (Real-Time Transport Protocol) с VBR (Variable Bit Rate).При этом, видео-звонки через IMS должны быть очень высокого качества, независимо от того, каково качество передачи данных. С VBR вызов может адаптироваться к меняющимся уровеням нагрузки на сеть передачи данных для поддержания качественного видеозвонка.

О будущем 4G LTE

LTE представляет собой значительный скачок в оптимизированных сотовых беспроводных технологиях.

Станет ли LTE историей успеха мобильной индустрии еще предстоит выяснить. Сети операторов по всему миру только сейчас развернули LTE на более - менее видимую величину. И уже сейчас практические решения в области LTE превращаются в кашу.

3GPP уже утвердил более сорока полос частот для LTE. Тридцать из них для LTE FDD, а остальные для LTE TDD. Роуминг будет очень трудным на LTE. В одних только Соединенных Штатах и Канаде есть десять полос FDD и TDD одна полоса для LTE. В Европе есть еще три полосы для FDD LTE. В Азии и Океании есть те же три полосы для FDD, что и в Европе, еще три полосы частот для FDD и еще две полосы TDD. Остальная часть группы еще не используются, но они будут использоваться. Кому-то придется выяснить, как разместить больше полос на LTE устройствах без ущерба для портативности.

Кроме того, непонятно что же считается 4G. Вопреки распространенному мнению, LTE на данном этапе не всегда считается 4G.

Неизвестно, что будущее за у LTE , но оно, безусловно, будет очень интересным. Это самое захватывающее время в мобильной индустрии со времен перехода от аналогового к цифровому еще в начале 1990-х годов. LTE представляет собой сдвиг парадигмы от гибридной передачи голоса и данных в сторону передачи данных только по сети. Вероятнее, беспроводные сетевые технологии станут более широко использоваться, потому что они более доступны, чем кабельные услуги (кабель, DSL, и т.д.). Хотя, конечно, сомнительно, что это могло бы полностью их заменить. Стоит надеяться, что , связанные с LTE, решатся с течением времени. По крайней мере, это могло бы подтолкнуть развитие более продвинутых аккумуляторов и портативных технологий радиосвязи, которые могут обрабатывать больше, чем нынешние.

Привет. В этот раз мы решили написать статью об антеннах, в контексте антенн для USB-модемов. Расскажем о том, какие они бывают, почему так выглядят, какие проблемы решает каждая из антенн.

Мы учли пожелания в комментариях к предыдущей публикации о том, чтобы писать «проще», в то же время мы не можем не использовать технические описания и терминологию. Надеемся, что у нас получился нужный баланс удобного и одновременно полезного содержания.

Периодически, на электронную почту завода приходят вопросы вроде: «Почему купленная мною 3G антенна не ловит LTE?», или «Вскрыл вашу антенну — одни железки/фольга, где же усилитель?» и много других вопросов.

Было решено написать статью в том числе для ответов и на такие вопросы. Цель материала — показать, как работают такие антенны на примере собственных изделий и помочь выбрать нужную антенну для приема интернет-сигнала именно в вашей ситуации.

Вступление

Антенны являются неотъемлемой частью любого устройства беспроводной связи. Из-за тренда к уменьшению габаритов устройств потребительской электроники, к антеннам, предъявляются жесткие требования. Под антенну на печатной плате выделяется небольшой участок (10% и менее от площади платы). Иногда и вовсе используются антенны на гибких печатных платах — FPCB , что позволяет компоновать устройство не только в плоскости, но и в объеме корпуса. Бывает, инженеры просто размещают «закорючку» на плате (например, PIFA-антенна), отвечающую за работу устройства в 2G, 3G, 4G сетях. Такая антенна — ненаправленная, с минимальным коэффициентом усиления, её эффективность мала.

Да, подобные технические решения ориентированы преимущественно на работу устройства в зонах уверенного приема сигнала. Но, иногда мы оказываемся в зонах с плохим покрытием, где встроенной антенны недостаточно. В таких случаях может выручить внешняя антенна.

В зависимости от используемого устройства (смартфон, планшет, модем), понадобится антенна, функционал которой реализован под конкретное устройство. О системах усиления интернет-сигнала Orange-900 и Orange-2600, улучшающих качество связи смартфона/планшета, мы . Теперь мы рассмотрим способы усиления сигнала мобильного интернета модема, на примере нескольких классических вариантов антенн.

Антенны-отражатели

Взгляните, как излучает (принимает сигнал) модем в 4G-диапазоне:
Рис. 1 — Компьютерная симуляция 3D диаграммы направленности 4G-модема (f=2.6GHz)

На Рис. 1 изображена 3D диаграмма направленности модема на рабочей частоте 2.6 GHz (сеть 4G). Давайте рассмотрим её подробнее. Как видим, встроенная антенна модема излучает вокруг на 360 градусов по горизонту с небольшим собственным усилением. Перекос излучения по горизонту обусловлен конструкцией антенны модема — за основу взята модель антенны одного из ранее популярных модемов, для наглядности помещенная в радиопрозрачный корпус.

К плюсам кругового излучения относится тот факт, что пользователю не надо искать направление на БС — модем сам выберет нужную ему БС. Однако, ведя прием со всех направлений, помимо полезного сигнала, такая антенна примет помехи и шумы других передатчиков, что ухудшит соотношение полезный сигнал/шум (S/N). Это соотношение влияет на «пинг» и скорость соединения: чем оно больше, тем меньше «пинг» и выше скорость обмена данными.

Для того, чтобы повысить соотношение S/N модема можно использовать усилитель интернет-сигнала Connect 3.0 — это двухэлементная антенна, состоящая из рефлектора и активного элемента (модема, который вставляется в специальный держатель). Самого усилителя (если под усилителем понимать активное устройство) здесь нет, как и в любой пассивной антенне, однако, говоря об усилении, в первую очередь мы говорим о направленных свойствах антенны, и чем ярче они выражены, тем больше подобного «усиления» придает антенна.

Для базовой настройки достаточно направить усилитель с модемом в сторону лучшего уровня сигнала в помещении (как правило это окно) и качество соединения улучшится. В компьютерной модели это происходит так.

Рис. 2 — Компьютерная симуляция 3D диаграммы направленности 4G-модема
в усилителе Connect 3.0 (f=2.6GHz)
На Рис. 2 излучение модема в направлении от Connect 3.0 теперь выражено сильнее, причем красный цвет (максимум излучения) стал ярче, что говорит о приобретенной направленности (усилении). Справа на картинке приведена цветовая шкала усиления, по которой можно представить в каком направлении излучение модема максимально.

С помощью рефлектора Connect 3.0, встроенная антенна модема приобрела направленные свойства, в результате чего возросло собственное усиление антенны 6.5 dBi (1 dBi — децибел относительно изотропного источника излучения), а вход модема стал менее подвержен шумам и наводкам, что повышает соотношение S/N и улучшает качество интернет-соединения.

Важно: у модемов разных моделей антенны совершенно по-разному размещены, их конструкции различны, поэтому эффект усиления может быть различным в количественной мере, однако, диаграмма направленности во всех случаях будет принимать схожий вид, что важно для улучшения соотношения S/N.

Такой отражатель вы можете собрать и настроить самостоятельно, например, из обычной пивной банки. Это любопытно для любителей DIY, и, да, она тоже будет работать в сторону усиления. Одно «но» — пивная банка не всегда эстетично и презентабельно смотрится дома, в офисе, в магазине.

Небольшой FAQ по антеннам-отражателям:

Вопрос: В технических характеристиках вы пишете что антенна поддерживает практически все стандарты связи — как возможно достигнуть такой широкополосности?"

Ответ: поскольку Connect 3.0 — это двухэлементная антенна, активным элементом которой является модем, все зависит от того — поддерживает ли модем нужный стандарт. Размеры и расположение рефлектора, скрытого в пластиковом корпусе Connect 3.0, позволяют антенне оказывать положительный эффект в таком широком диапазоне частот.

Вопрос: «Почему антенна стоит именно столько (подставьте здесь любую цену)? Продавать за такие деньги штампованный пластик и фольгу — обман»

Ответ: Несмотря на относительную простоту конструкции — антенна работает, выполняет заявленную функцию, что подтверждено сотнями тысяч выпущенных изделий и множеством положительных отзывов от наших клиентов. Мы считаем неправильным обсуждать вопрос экономики и расчета стоимости данного изделия, опираясь лишь на цены материалов, входящих в его стоимость. К сожалению, присутствует множество факторов конечного ценообразования, часто не зависящих от нас.

Антенны направленного действия.

Бывают ситуации, когда решения уровня «Connect 3.0» недостаточно, чтобы «дотянуться» модемом до сигнала БС на расстоянии в несколько километров. Здесь нам помогут направленные антенны типа «волновой канал» и панельные патч-антенны. Эти антенны имеют отличные приемные характеристики в рабочем диапазоне и помогут наладить стабильную связь в условиях слабого приема сигнала (конечно, если он есть вообще).

Современные сети 2-4 поколений используют широкий диапазон частот: от 800 до 2700 МГц, который перекрыть одной направленной антенной с одинаковыми параметрами во всей рабочей полосе очень сложно, но этого и не надо. Нужно лишь правильно выбрать антенну под свою ситуацию, понимая, что если у вас 3G-антенна, то она не поможет, если вы захотите поймать WiFi-сеть или, например, сеть LTE-2600.

Стоит уточнить: из-за специфики частотного распределения, в России есть участки диапазонов, в которых размещены сети разных поколений (принцип технологической нейтральности), как например GSM 1800 (2G) и LTE 1800 (4G), для которых подойдет одна и та же антенна на 1800 МГц, но таких примеров немного.

Рис. 3 — 3G/4G/WiFi панельная антенна «Flat Combi»

Когда нужнее панельная антенна, а когда необходима антенна типа ’’волновой канал’’? У панельной антенны (Пример на Рис.3) широкий рабочий диапазон частот и её проще настроить на базовую станцию. Антенна «Волновой канал» (Пример на Рис.4) более узкополосная — обычно они хорошо работают в одном диапазоне (2G, 3G, 4G), но имеют большее усиление. Панельные антенны менее подвержены механическим повреждениям и «атакам ворон» в виду своей обтекаемой формы. А «волновые каналы», благодаря своей узкополосности менее подвержены наводкам и помехам от других источников сигнала, что положительно сказывается на отношении S/N. Антенны комплектуются разъемами SMA, N или FME, поэтому чтобы подключить их к модему, надо использовать переходник на CRC-9 или TS-9 разъем, в зависимости от модема.

Теперь обсудим расположение наружных антенн. В сетях 3G используется вертикальная поляризация, антенны следует располагать элементами перпендикулярно земле. Об этом написано в паспорте продукта и на сайтах производителей, но не все читают инструкции, поэтому нередко устанавливают связные антенны, как традиционные телевизионные — горизонтально. Результат — антенна в таком положении или вовсе не работает, или почти не работает.

Стандарт 4G/LTE имеет другую поляризацию. Для лучшего приёма антенну стоит располагать под углом 45 градусов к горизонту.

Вопрос: Поддерживают ли подобные антенны технологию MiMo ?

Ответ: Поддерживают. Для работы с технологией MiMo вам понадобятся 2 антенны. Например, для поддержки LTE MiMo рекомендуем использовать 2 волновых канала, расположенных под углами +45 и −45 градусов к горизонту.

Рис. 4 - Антенна «волновой канал» для 4G сетей «Рысь 4G»

Заключение.

Выбирая антенну, определитесь с тем, какой именно сигнал хотите усилить. Для наглядности мы приведем сводную таблицу с характеристиками рассматриваемых антенн:

Благодарим за внимание. До встречи в новых статьях и обзорах!

В сетях LTE вопрос передачи телефонного трафика имеет особенное значение. Стандарт LTE разработан для передачи пакетного трафика, поэтому он не реализует услугу телефонии с коммутацией каналов. Но именно голосовой трафик дает операторам мобильной связи большую часть дохода. В связи с этим в настоящее время предложено несколько вариантов передачи телефонии по сетям LTE.

Первый вариант состоит в переходе на технологию VoIP. В настоящее время в трактах VoIP широко используют вокодеры, например iLBC (Internet Low Bit Rate Code) в системах Skype и Googlenet, уменьшающие скорость передачи речи с 64 до13 кбит/с.

Сейчас предлагаются решения проблемы со сквозными задержками в каналах VoIP и с временным джиттером, что особенно актуально при применении технологии IMS (IP Multimedia Subsystem). Так можно уменьшить сквозную задержку до 300 мс, которую большинство абонентов не замечает.

Также проблемой перехода на VoIP является значительное повышение нагрузки на канал PDCCH, если планирование канального ресурса абонентам VoIP выполнять в динамическом режиме. В качестве решения предлагается применение полупостоянного назначения (Semi-Persistent Scheduling) канального ресурса таким абонентам. Данные о выделенных ресурсных блоках в сответствующих субкадрах отправляют в индивидуальных управляющих сообщениях (по логическому каналу DCCH) на много кадров вперед. В этом случае PDCCH будут применять только при повторной передаче пакетов и для передачи указателя пауз SID (Silence Identifier) в речевом потоке. В качестве еще одного способа сокращения нагрузки на канал PDCCH предлагают передачу VoIP в виде связок пакетов (длинных пакетов – packet bundling), но в этом случае возрастают требования к задержкам и надежности в сети.

Следующим вариантом передачи голоса является переключение абонента (межсистемный хэндовер) во время передачи телефонии на сеть GSM /UMTS . В данном случае важным моментом является качество хэндовера и поддержка параллельных услуг пакетного трафика. Другим вариантом является установка между коммутатором с коммутацией каналов (MSC) и пакетной сетью LTE соответствующего контроллера, преобразующего поток данных телефонии в пакеты с дальнейшей отправкой их по радиоканалу в пакетном режиме.

В настоящее время большинство операторов мобильной связи осуществляют плавный переход на передачу голоса поверх LTE. Целевой моделью предоставления голосовых сервисов является использование на сети IMS – платформы. По вышеуказанным причинам, а также вследствие отсутствия в большом количестве мобильных терминалов, поддерживающих IMS-сервисы, переходным этапом является применение технологии Circuit-Switched Fallback (CSFB), см. рис. 1

Фаза 1 – CSFB (Voice over CS ) .

Все голосовые вызовы, инициируемые в сети LTE, осуществляются в 2G/3G сетях в режиме коммутации каналов (CS-Voice). Для реализации такой возможности применяется функционал CS Fallback (CSFB, Voice Redirection), рис. 2.

Среднее время установления вызова при использовании функционала CSFB составляет 3-6 сек.

Рис. 2. Функционал CSFB

Для работы CSFB необходимо перекрытие радиосетей LTE и GSM/UMTS. Также необходима поддержка CSFB на абонентском оборудовании и на коммутаторах мобильной связи (MSC). На MSC реализуется специальный интерфейс в сторону оборудования LTE/EPC, который предназначен для пейджинга абонентских устройств и управления их переключением между сетями LTE и GSM/UMTS, а также для доставки входящих и исходящих SMS.

Технология CSFB имеет несколько недостатков:

Требует модернизации MME и MSC для сигнализации и SMS;
- Требуется перекрытие зон GERAN/UTRAN и E-UTRAN;
- Увеличение задержки при установлении голосового соединения;
- Снижение скорости передачи данных до скоростей 2,5G/3G;
- Требуется время, чтобы мобильный терминал вернулся в сеть LTE после окончания разговора.

Первым шагом для совершения голосовых вызовов непосредственно в самой сети LTE (VoLTE) является установка платформы IMS (IP Multimedia Subsystem). IMS представляет собой программно-аппаратный комплекс, который является ключевым компонентом практически всех IP-сетей следующего поколения. Об IMS вы можете прочитать в этой статье .

Фаза 2 – SRVCC (Voice over LTE) .

Голосовые вызовы, инициируемые в сети LTE, осуществляются в LTE сети по IP на базе IMS-платформы (VoLTE). В случае потери LTE покрытия голосовой вызов перенаправляется в 2G/3G сеть коммутации каналов (CS-voice). Для этого необходима активация функционала Single Radio Voice Call Continuity, рис. 3.

Рис. 3. Функционал SRVCC

Применение технологии SRVCC позволяет сократить время установления голосового соединения в среднем 1 секунда. Более того, технология позволяет улучшить качество голосового сервиса на 10-15%, чем в сети 2G/3G.

Для реализации этого сервиса сеть должна поддерживать сетевую архитектуру описанную начиная с 3GPP Release 8. Различают несколько видов SRVCC handover – CS_Only и CS_and_PS. Данный параметр настраивается в радио сети, и передаётся в изначальном запросе на handover, что определяет дальнейшие действия MME Технология SRVCC должна поддерживаться мобильными устройствами.

На октябрь 2014 VoLTE поддерживают 12 операторов в 6 странах. Первыми были Южная Корея и США. Они запустили поддержку VoLTE в августе 2012 года.

Название	Оператор
Гонконг	3 HK
Гонконг	HKT-PCCW
Объединенные Арабские Эмираты	du
Сингапур	SingTel
Сингапур	StarHub
США	AT&T
США	T-Mobile (MetroPCS)
США	Verizon Wireless
Южная Корея	KT
Южная Корея	LG U+
Южная Корея	SK Telecom
Япония	NTT DoCoMo

Таблица 1. Страны, в которых поддерживается VoLTE (данные на октябрь 2014)

В России поддержка VoLTE ожидается в 2015 году.

Основными трудностями внедрения данной технологии является:

Высокие затраты на установку IMS платформы
- Отсутствие качественного LTE покрытия
- Малое количество устройств с поддержкой данной функции

Об ОТТ сервисах

Дальнейшему внедрению услуг VoLTE может препятствовать оказание голосовых ОТТ-услуг . На сегодняшний день существует и используется способ голосовой связи посредством OTT (Over-the-Top) сервисов, таких как Skype, Google Voice, WhatsApp, Viber и т.д. Сеть передачи данных, в основе которой лежит IP, дает удобный транспорт для совершенно разных услуг и выводит управление ими за пределы зоны ответственности оператора к самим пользователям. Но такой способ не удовлетворяет пользователей, так как эти сервисы не гарантируют стабильную, качественную работу. Дело в том, что в OTT сервисах используется тип трафика который имеет более низкий приоритет, чем тип трафика при VoLTE.

VoIP – услуга передачи данных в реальном времени.

Проблемы в сотовой сети:

Задержки - Диспетчеризация ресурсов между пользователями;

Скорость передачи данных - Пропускная способность при перегрузках;

Заголовки (служебная информация) - Эффективность передачи коротких пакетов;

Радиопокрытие - Пропускная способность на краю соты;

Энергопотребление абонентских терминалов.

Только услуга VoIP операторского класса – VoLTE – может справиться с этими проблемами

Введение

Стандарт LTE (E-UTRA) рассматривают в настоящее время как наиболее перспективный для реализации широкополосного мобильного радиодоступа. Организация радиоканалов со скоростями в десятки и сотни мегабит/с, возможность предоставления любых видов пакетных услуг: VoIP, видео, игр в реальном времени, чтения файлов из Интернета, совместимость сетей LTE с Интернетом и с действующими пакетными сетями GERAN/UMTS и CDMA2000 – все это способствует большим надеждам, которые операторы телекоммуникационных компаний связывают с развертыванием LTE-структур.

В сравнении с предшествующими стандартами сотовой связи стандарт LTE обладает рядом существенных преимуществ. С появлением сетей LTE стираются различия между сетями сотовой связи (GSM, UMTS, CDMA-2000) и сетями радиодоступа семейства IEEE 802.X: 802.11 (Wi-Fi) и 802.16 (WiMAX). Фактически стандарты 3-го поколения GERAN (модернизированный GSM) и UTRAN в своих аббревиатурах позиционируют себя как сети радиодоступа – Radio Access Network. Это означает, что пользовательское оборудование может быть любым – от компактных мобильных телефонов (“трубок”) до персональных компьютеров различной производительности. Переход к радиосетям 4-го поколения требует предоставления услуг широкополосного доступа с целью увеличения скоростей передачи на порядок. Скорости в десятки мегабит/с в полосе 20 МГц реализованы в сетях Wi-Fi и WiMAX. В сетях LTE Rel.8 полоса рабочих частот также может достигать 20 МГц, что позволяет получить те же скорости, что и в сетях WiMAX. Однако в отличие от сетей WiMAX сети LTE имеют выход на существующую инфраструктуру сотовых сетей и, прежде всего, на глобальную сеть GERAN/UMTS. Абоненты LTE получают услуги глобального роуминга, а при использовании многостандартных терминалов GERAN/UMTS/LTE обслуживание в тех местах, где сети LTE пока не развернуты.

В стандарте LTE гармонически соединились передовые технологии 21 века. На физическом уровне в LTE использована технология OFDM, обеспечивающая высокие скорости передачи в радиоканалах с многолучевым распространением радиоволн. На уровне соединений (L2) и сетевом уровне (L3) за основу взяты протоколы стандарта UTRA (UMTS) при высокоскоростной передаче трафика с коммутацией пакетов. Поэтому стандарт LTE по праву является новым этапом развития сетей радиодоступа Evolved UTRA. За прошедшие 5 лет со дня появления стандарта LTE претерпел существенную модернизацию. Новая версия стандарта LTE-A (Advanced) Rel.10, 11 обеспечивает высокое качество предоставляемых услуг и сквозные скорости в сотни мегабит/с. Для достижения подобных скоростей в LTE-A используют совместно 2 технологии:

Расширение полосы передаваемого сигнала за счет агрегации рабочих полос,

Пространственное мультиплексирование передаваемых сигналов.

Агрегация полос позволяет увеличить суммарную полосу до 5×20 = 100 МГц. Пространственное мультиплексирование предоставляет возможность одновременно передавать в одном частотном канале до 8 различных потоков данных. В результате скорости передачи в радиоканале возрастают на порядок.

Другой отличительной чертой сетей LTE является прописанная в спецификациях неоднородность их структур. Кроме макро, микросот и пикосот в зданиях предполагается широкое использование фемтосот – домашних базовых станций по сути аналогичных точкам доступа в сетях Wi-Fi. При этом появляется возможность высококачественного обслуживания абонентов, находящихся в помещениях, что создает конкурентную среду с другими сетями радиодоступа. Улучшению связи также будет способствовать использование прописанных в спецификациях релейных станций LTE.

В стандарте LTE все типы трафика, включая голосовой, передают с коммутацией пакетов. Сети LTE являются all-IP сетями, где все интерфейсы, кроме радиоинтерфейса, построены на основе IP-протокола. Это позволяет унифицировать структуру интерфейсов транспортной сети, широко использовать туннельные соединения, технологию IMS при организации услуг, применять стандартные в сети Интернета методы защиты информации. Существенно упрощаются межсистемные сигнальные соединения и протоколы передачи пакетов трафика.

Последние годы идет поток публикаций по сетям LTE. Среди учебных изданий на русском языке выделим 2 учебных пособия, вышедших в 2011/2012 гг , . В октябре 2012г. появилось значительное по объему новое учебное пособие . К 2011г была окончательно специфицирована новая версия стандарта, получившая название LTE-A (Advanced, Rel.10). Работа по расширению возможностей в организации структур сетей LTE и в предоставлении услуг интенсивно продолжается и сейчас. Практически завершено формирование Rel.11 спецификаций, появились спецификации Rel.12. Происшедшие за последние 2 года изменения в стандарте отражены в данном издании. Отметим также, что развертывание и успешная эксплуатация сетей LTE требуют изучения процедур обслуживания абонентских станций на уровне соответствующих сетевых протоколов. Публикаций по этим вопросам крайне мало, в том числе и на английском языке, и фактически единственным источником для работы являются спецификации E-UTRA.

Пособие состоит из 4 глав. В главе 1 приведены основные сведения о сетях LTE. Читателям учебных пособий и этот материал будет в основном знаком, но он необходим для тех, кто только начинает изучать стандарт. Глава 1 дополнена новыми сведениями из Rel.10 и 11, относящимся к фемтосотам.

В главе 2 по-новому изложены вопросы применения в LTE технологий OFDM и MIMO, описана технология агрегации частотных полос.

В главе 3 рассмотрены процедуры физического уровня и уровня МАС. Наконец, в главе 4 приведены алгоритмы и описаны процедуры уровня L3 с необходимой для их понимания детализацией. Все материалы пособия основаны на спецификациях E-UTRA Rel.10 и 11.

1. Основные сведения о сетях lte

1.1. Структура сети lte и принципы работы

Сети стандарта E-UTRAN (LTE) предназначены для обмена пакетным трафиком как между различными абонентами сетей радиодоступа, так и для доставки пакетов на абонентский терминал с интернет-серверов. Сети LTE относят к all-IP сетям, где внутрисетевые интерфейсы строят на основе IP-протоколов. Структура сети LTE представлена на рис. 1.1.

Рис.1.1. Структура сети LTE

Сеть включает в себя мобильные терминалы (UE – User Equipment), сеть радиодоступа E - UTRAN ( Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network ) и новое ядро сети Evolved Packet Core ( EPC ) . Для обслуживания абонентов сеть имеет выход на сети с предоставлением услуг по IP-протоколу и на домашние сети абонентов (HSS – Home Subscriber Server).

Сеть радиодоступа E-UTRAN построена как совокупность узлов базовых станций eNB (E-UTRAN NodeB или eNodeB), где соседние eNB соединены между собой интерфейсом Х2. Ядро сети EPC (Evolved Packet Core) (рис.1.1) состоит из обслуживающего шлюза S-GW (Serving Gateway), шлюза для выхода на пакетные сети PDN GW (Packet Data Network Gateway), структуры управления по протоколу Mobility Management MME (Mobility Management Entity), связанной с S-GW и eNodeB сигнальными интерфейсами. На рис. 1.1 соединения для передачи данных показаны толстыми линиями, сигнальные соединения – тонкими.

eNB подключены к EPC посредством интерфейса S1.При этом интерфейс S1 в пользовательской плоскости S1-U (User Plane) непосредственно замыкается на обслуживающий шлюз S-GW (Serving Gateway), в то время как сигнальная часть интерфейса S1-C (Control Plane) следует на MME – Mobility Management Entity.

UE (абонентский терминал) подключенный к сети LTE, может находиться в состоянии CONNECTED (ACTIVE ) или в состоянии IDLE . В состоянии CONNECTED идет обмен сообщениями (как сигнальными, так и пакетами трафика) по радиоинтерфейсу. В состояние IDLE станцию переводят на время пауз в сеансе связи. В этом состоянии абонент сохраняет свой IP-адрес, сеть поддерживает абонентские базы данных, а местоположение абонента определено с точностью до зоны слежения Tracking Area .

eNB объединяет в себе функции базовых станций и контроллеров сетей 3-го поколения. Для каждого активного абонента в eNB открыта база данных. eNB

обеспечивает передачу трафика и сигнализации в радиоканале,

управляет распределением радиоресурсов,

обеспечивает сквозной канал трафика к S-GW,

выбирает обслуживающий MME,

поддерживает синхронизацию передач и контролирует уровень помех в соте,

обеспечивает шифрацию всех пользовательских сообщений и целостность передачи сигнализации по радиоканалу ,

выбирает MME и организует сигнальный обмен с ним,

производит обработку данных и сигнализации на уровне L2 ,

организует хэндоверы,

поддерживает услуги мультимедийного вещания.

MME :

ведет базы данных абонентов, зарегистрированных в сети,

выбирает S-GW и PDN GW при подключении абонентов к сети,

обеспечивает передачу и защиту сигнализации NAS (Non Access Stratum) по протоколам MM (Mobility Management) SM (Session Management) между MME и UE ,

обеспечивает локализацию, аутентификацию и авторизацию абонентов,

участвует в организации межсетевых связей и хэндоверов,

организует вызовы UE, находящихся в состоянии IDLE,

ведет сигнальный обмен с eNB при организации сквозных каналов.

Каждый UE, зарегистрированный в сети, обслуживает один Serving Gateway . S - GW – обслуживающий шлюз:

выполняет функции “якоря” в визитной сети, маршрутизируя трафик при перемещениях UE в состоянии CONNECTED от одного eNB к другому (хэндовере),

ведет базу данных абонентов, зарегистрированных в сети,

участвует в организации сквозных каналов с eNB и PDN GW, а также сигнальных соединений с MME при регистрации абонента в сети и при выполнении процедуры локализации,

предоставляет учетные данные для тарификации и оплаты выполненных услуг.

PDN GW:

является “якорем” при подключении внешним IP-сетям; ведет базу данных абонентов, подключенных к нему,

организует точку доступа к внешним IP-сетям,

активизирует статический IP-адрес абонента; если абонент должен получить на время сеанса связи динамический IP-адрес, PDN GW запрашивает его с сервера DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) или сам выполняет необходимые функции DHCP, после чего обеспечивает доставку IP-адреса абоненту,

обеспечивает качественные характеристики услуг на внешнем соединении через интерфейс SGi и фильтрацию входящих пользовательских пакетов данных,

организует сквозные каналы и сигнальные соединения между S-GW PDN GW,

устанавливает требуемые качественные характеристики сквозных каналов на основе установок, полученных от PCRF, в том числе максимальные и минимальные скорости передачи данных в сквозных каналах в соответствии с качественными характеристиками передаваемого трафика QCI (QoS Class Identifier) ,

ведет учёт предоставленных абонентам услуг.

PDN GW обычно находится в домашней сети абонента, а S-GW, MME и eNB в визитной. Если абонента обслуживает домашняя сеть, то PDN GW и S-GW связаны интерфейсом S5; если S-GW находится в визитной сети, а PDN GW в домашней, то между ними интерфейс S8, представляющий собой межсетевой вариант S5.

Policy and Charging Resource Function (PCRF ) по сути представляет собой управляющий сервер, обеспечивающий централизованное управление ресурсами сети, учет и тарификацию предоставляемых услуг. Как только появляется запрос на новое активное соединение, эта информация поступает на PCRF. Он оценивает имеющиеся в его распоряжении ресурсы сети и направляет в PCEF (Policy and Charging Enforcement Function) шлюза PDN GW команды, устанавливающие требования к качеству услуг и к их тарификации. PCRF находится в домашней сети абонента. Согласно спецификациям PCRF является опциональным узлом, но большинство операторов строят сети с PCRF.

HSS – Home Subscriber Server, обеспечивает выполнение процедур безопасности в сети LTE, исполняя функции HLR и AuC в сетях GSM/UMTS . HSS поддерживает сигнальную сеть IMS при организации услуг. ММЕ имеют прямой выход на HSS через интерфейс S6a по протоколу Diameter.

В сетях LTE при передаче информации в транспортной сети используют IP-технологии. Все элементы сети LTE имеют локальные IP-адреса. Структура интерфейса S1 представлена на рис. 1.2.

Сигнальные сообщения по S1 (S1 – Control Plane) следуют между eNB и MME. Подуровни L2 SCTP (Stream Control Transmission Protocol) и IP поддерживают стандартный транспорт для передачи сигнальных сообщений. В частности, SCTP обеспечивает надежность передачи и последовательность доставки сообщений.

В пользовательской плоскости S1 (S1 - User Plane) для обмена пакетами между eNB и S-GW используют туннельное соединение . Структура туннеля приведена на рис. 1.3, а формат сообщений, передаваемых по туннелю, на рис. 1.4.

a) б)

Рис.1.2. Интерфейс S 1

Рис.1.3. Структура туннельного соединения

Информационное сообщение

Рис.1.4. Формат пакетов, передаваемых по туннелю

Залитая часть пакета (рис.1.4) состоит из трех подзаголовков трех подуровней туннельного протокола, содержащих:

IP – локальные IP-адреса функциональных узлов, между которыми организован туннель;

UDP – номера портов в соответствующих функциональных узлах;

GTP – идентификатор собственно туннеля, помеченный его конечной точкой TEID (Tunnel Endpoint Identifier). TEID – 32-битовое двоичное число, выделяемое при организации туннеля приемной стороной . При создании двунаправленных туннельных соединений, например, на интерфейсе S1 между eNB и S-GW, фактически организуют 2 туннеля, один из которых имеет TEID в eNB для передачи пакетов трафика вниз, а другой в S-GW для передачи вверх. Туннельный протокол используют для передачи трафика и на интерфейсе S5/S8. В сетях LTE туннели организуют не только для передачи пакетов трафика, но и сигнализации . Сигнальные туннели реализованы на интерфейсах S5/S8 и S11.

После подключения к сети абонентской станции для абонента открывают базы данных в ММЕ, S-GW и PDN GW, организуя туннельные соединения на интерфейсе S5/S8. При этом абоненту, имеющему индивидуальный системный номер IMSI (International Mobile Subscriber Identity), ММЕ назначает временный номер M-TMSI (MME Temporary Mobile Subscriber Identity) длиной 32 бита.

Как было сказано, после подключения к сети E-UTRAN UE может находиться в двух состояниях: ECM _ CONNECTED и ECM _ IDLE 1 . В состоянии CONNECTED (ACTIVE ) активизировано соединение на радиоинтерфейсе между UE и eNB, в обслуживающем eNB открыта база данных UE, и организованы сквозные каналы на интерфейсе S1 для передачи сигнализации или трафика. Местоположение абонента известно с точностью до соты, а при перемещении абонента от одного eNB к другому происходит процедура хэндовера (рис.1.5).

Рис.1.5. Процедуры при перемещении абонента по сети LTE

В перерывах передачи трафика по радиоканалу сеть переводит UE в состояние IDLE . В этом состоянии сохраняются базы данных абонента в ММЕ, S-GW, PDN GW и туннели на интерфейсах S5/S8 и S11. Станция в состоянии IDLE локализована с точностью до зон слежения (Tracking Area). Зона слежения – это группа сот, через которые передают одновременно сигналы пейджинга (вызов по радиоканалу при поступлении входящего трафика). Для передачи пейджинга используют идентификатор S-TMSI = MMEC + M-TMSI <40бит>. MMEC – код обслуживающего ММЕ <8 бит>. Аналогично в пакетных сетях GERAN/UTRAN станция локализована в зоне маршрутизации (Routing Area). Однако, в отличие от сетей GERAN/UTRAN, в E-UTRAN, ММЕ может зарегистрировать станцию в нескольких зонах слежения одновременно, сообщив UE список этих зон (TAI-list).

Перемещаясь по сети в состоянии IDLE , UE прослушивает сигналы eNB, совершая процедуру реселекции сот , т.е. переключаясь на eNB с наиболее сильным сигналом. При переключении на eNB, расположенном в зоне, отсутствующей в списке, UE запускает процедуру локализации . При этом происходит обновление базы данных абонента в ММЕ, а абонент получает новый временный номер M-TMSI.

M-TMSI является частью глобального временного идентификатора, который получает абонент, обслуживаемый в сети LTE. Этот идентификатор GUTI (Globally Unique Temporary Identifier) состоит из глобального идентификатора ММЕ GUMMEI и M-TMSI: GUTI = GUMMEI + M-TMSI. GUTI записывают и сохраняют в USIM-карте. После завершения сеанса связи база данных абонента в ММЕ стирается не сразу. Она блокируется на время, установленное оператором. Если в течение этого времени абонент снова подключится к сети LTE, то он может идентифицировать себя как GUTI. В результате упрощается процедура запуска нового сеанса связи (процедура Attach ) и обеспечивается более высокая степень безопасности абонента (см. далее описание процедуры Attach в 4.3).

Сети E-UTRAN (LTE), как правило, строят во взаимодействии с действующими сетями с коммутацией пакетов стандартов GERAN/UTRAN. Структура интегральной сети GERAN/UTRAN/E-UTRAN показана на рис.1.6 В этой сети MME и SGSN связаны сигнальным интерфейсом S3, а трафик в подсеть GERAN/UTRAN следует через S-GW и PDN GW.

Рис.1.6. Интегральная сеть GERAN / UTRAN / E - UTRAN

В сети UTRAN на рис.1.6 показано прямое туннельное соединение в пользовательской плоскости между S-GW и RNC посредством интерфейса S12. Такое соединение возможно при использовании в сети UTRAN оборудования Rel.7 и последующих релизов. Возможно и непрямое соединение, когда передачу пакетов трафика осуществляют по двум последовательным туннелям S-GW ↔ SGSN, SGSN ↔ RNC.

Интерфейс S4 позволяет осуществлять межсистемный хэндовер, т.е. переключение в процессе передачи трафика UE из сети E-UTRAN в GERAN/UTRAN и обратно. Для упрощения процедур смены абонентом сети обслуживания в стандарт LTE введена специальная функция ISR (Idle Mode Signaling Reduction). Идея состоит в том, что при активизации ISR абонента регистрируют параллельно в обеих сетях: в ММЕ и SGSN. О совместной регистрации информируют HSS. UE получает параметры, установленные SGSN (временный номер P-TMSI, идентификатор зоны маршрутизации), ММЕ (GUTI и список зон слежения), а также список активизированных контекстов, общих для обеих сетей. SGSN и ММЕ хранят адреса друг друга. В состоянии IDLE UE может переключаться из одной сети в другую, а сигналы пейджинга можно передавать одновременно по зоне маршрутизации в сети GERAN/UTRAN и зонам слежения в E-UTRAN. Функция ISR обязательна для многомодовых терминалов, которые могут работать в интегральной сети GERAN/UTRAN/E-UTRAN. В свою очередь сеть E-UTRAN поддерживает ISR опционально, индивидуально для каждого UE.