Мобил алоқа тармоқларини лойиҳалаш. LTE тизимининг радиоинтерфейсини ташкил этилиши

1.

ЎЗБЕКИСТОН РЕСПУБЛИКАСИ АХБОРОТ
ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ВА КОММУНИКАЦИЯЛАРИНИ
РИВОЖЛАНТИРИШ ВАЗИРЛИГИ
Муҳаммад ал-Хоразмий номидаги
ТОШКЕНТ АХБОРОТ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ
УНИВЕРСИТЕТИ
«МОБИЛ АЛОҚА ТАРМОҚЛАРИНИ
ЛОЙИҲАЛАШ»
фанидан маъруза
BТS1
BТS2
BТS3
5350100 – Телекоммуникация технологиялари (Телекоммуникациялар,
Телерадиоэшиттириш, Мобиль тизимлар)
МАТ КАФЕДРАСИ МУДИРИ
Ҳ .Х.МАДАМИНОВ

2.

Маъруза мундарижаси
LTE тизимининг радиоинтерфейсини
ташкил этилиши

3.

LTE тизимининг радиоинтерфейсини ташкил
этилиши
LTE тизимининг (шунингдек барча замонавий юқори
тезликли технологияларнинг ҳам) ютуқлари асосан икки
технология:
OFDM технологияси
MIMO ларнинг қўлланилиши туфайли мумкин бўлди.

4.

OFDM технологияси
OFDM (ингл. Ortogonal Frequency Division Multiplexing), ортогонал
частотавий мультиплекслаш технологияси - яқин жойлашган кўп сонли
ортогонал нимэлтувчилардан фойдаланадиган модуляция ва
каналларни ажратишнинг рақамли схемаси ҳисобланади.
Ортогоналлик (грек. orthogonios - тўғри бурчакли, orthos – тўғри ва
gonia
бурчак)
бу
перпендикулярлик
тушунчасининг
умумлаштирилиши, кўпинча агар иккита вектор уч ўлчамли фазода
перпендикуляр бўлса, у ҳолда уларнинг скаляр кўпайтмаси (бу
векторларнинг узунликлари ва улар орасидаги бурчакнинг косинуси
кўпайтмаси) нолга тенг бўлади.

5.

OFDM технологияси
Ҳар бир нимэлтувчи оддий модуляция схемаси бўйича (масалан
QAM – квадратура-амплитудавий модуляция) паст символ тезлигида
модуляцияланади, лекин умуман олганда худди шундай ўтказиш
полосасида бир нимэлтувчи асосидаги оддий модуляция схемаларига
қараганда юқорироқ маълумот узатиш тезлигини таъминлайди. Яъни
маълумотлар канални ташкил этувчи кўплаб нимэлтувчи частоталар
бўйича бир вақтни ўзида узатилади.

6.

OFDM технологияси
Бир нимэлтувчили схемаларга қараганда OFDM нинг асосий
афзаллиги бу унинг каналдаги мураккаб вазиятларга бардош бериш
қобилятидир.
Масалан
юқори
частоталардаги
сўнишлар,
радиосигналнинг кўп нурли тарқалиши туфайли келиб чиқувчи тор
полосали ҳалақитлар ва айрим-частотавий сўнишлар билан мураккаб
фильтр-эквалайзерлардан фойдаланмаган холда кураша олиши
ҳисобланади. Сигнални қайта ишлаш соддалашади, чунки энди
битта тез модуляцияланадиган кенг полосали сигнал билан эмас,
балки кўплаб секин модуляцияланадиган тор полосали сигналлар
билан ишланади.

7.

OFDM
сигналларининг
ўзига
хусусиятлари қуйидагилар:
хос
Танланган усул асосида (QPSK, 16-QAM,
64-QAM) ахборот символлари билан
модуляцияланган
нимэлтувчи
частоталарни мультиплекслаш;
Нимэлтувчилар
ортогонал
(ўзаро
корреляцион функцияси 0 га тенг) ёки
ақалли квазиортогонал (амалда) асосда
ажратилади;
Ҳар бир OFDM–символ СаИ ни йўқотиш
учун ҳимоя вақт интервалига эга. Бу ҳимоя
интервалининг вақти алоқа линиясининг
(радиосигналнинг
физик
тарқалиш
муҳити) импульсли характеристикасини
ҳисобга олиб танланади.

8.

OFDM технологияси
Ҳар бир нимэлтувчи мустақил равишда квадратура-фазавий ёки квадратураамплитудавий модуляция орқали ишланади. Танланган модуляция схемасидан
(BPSK/QPSK/16-QAM/64-QAM) келиб чиққан холда, блок модуляцион
символларга мос битлар гуруҳлари кетма-кетлиги (1, 2, 4, 6 бит) кўринишида
тақдим этилади.
OFDM модуляторини чиқишидан кучайтиргичга бир неча частотавий
нимканаллар келади. Ҳар бир нимканалнинг сигнали фаза ва амплитуда бўйича
модуляцияланган. Мос равишда йиғинди OFDM сигнали юқори-чизиқли
кучайтиргичда кучайтирилиши керак ва умумий сигналнинг максимал ва чўққи
қийматлари бузилишларсиз узатилиши керак. OFDM сигналнинг чўққи қиймати
сигналнинг ўртача қиймати сатҳидан ўнлаб мартагача юқори. Чиқиш сигнали
бузилса барча каналлар сигналлари у ёки бу даражада бузилади. Бундай
бузилган сигнал демодуляцияланганда 16-QAM ёки 64-QAM канал детектори
сигналнинг амплитуда-фазавий оний ҳолатини аниқлай олмайди, бу чиқиш
рақамли оқимда хатоликларни келтириб чиқаради.

9.

QPSK, 16-QAM ва 64QAM
учун
Грей
вектор диаграммалари

10.

Узаткич
ФТТЎ – Тескари Фурье тезкор ўзгартириш
Қабул қилгич
OFDM сигналининг узаткичда ва қабул қилгичда шаклланиш принципи

11.

Замонавий мобил алоқа, кенг полосали уланиш, теле- ва
радиоузатиш тизимларида мультиплекслаш технологиялари
Стандартлар
Мультиплекслаш
Wi-Fi (IEEE802.11a.g.n)
OFDM
WiMAX (IEEE802.16d)
OFDM/OFDMA
WiMAX(IEEE802.16e)
OFDMA
3GPP 7-Релиз (HSPA)
W-CDMA
3GPP 8,9,10-Релизлар (LTE, LTE Advanced)
OFDMA
DVD (Рақамли телеузатиш)
OFDM
Eureka-147, DRM, IBOC (Рақамли радиоузатиш)
OFDM
IEEE802.20 (КСУ тизими: тезлик 800 Мбит/сек. дан OFDM
юқори, диапазон 3.5 ГГц дан паст, мобиллик 250
км/соат)
IEEE802.22 (КСУ, регионал масштабдаги корпоратив OFDM
радио
WRAN
тизими,
диапазони
-телеузатиш
каналлари)

12.

LTE (E-UTRA) радиоуланиш технологияси қўйилган
талаблар
LTE радиоуланиш технологияси (E-UTRA) га қўйилган талаблар
асосан юқори маълумот тезлигига ва қисқа жавоб кечикиш вақтига
эга пакетли коммутация асосида ишлайдиган оптималлаштирилган
радиоуланиш тизимини яратишдан иборат. Белгиланган хизматларга,
масалан, юқори аниқликдаги телевидение (HDTV), “талаб асосидаги
кино” (ингл. Movie on Demand) ва IP-тармоқлари бўйича нутқ (VoIP)
мисол бўлиши мумкин.
E-UTRA-evolved UMTS Terrestrial Radio
Access

13.

LTE E-UTRA технологияси талаблар
Талаблар
Маълумот
узатишнинг
юқори тезлиги
3GPP 6 релизи (HSPA)
энг 14Мбит/сек – «пастга»;
5,76Мбит/сек – «юқорига»
3GPP 8 релизи (LTE)
100Мбит/сек – «пастга»;
50Мбит/сек – «юқорига»
Спектрал
самарадорлик 0,6 - 0,8 – «пастга»;
(бит/сек/Гц/сектор)
0,35 – «юқорига »
3-4 марта кўп – «пастга»;
2-3 марта кўп – «юқорига»
Пакет учун
қобилияти
3-4 марта кўп – «пастга»;
2-3 марта кўп – «юқорига»
ўртача
ўтказиш 64кбит/сек. – «пастга»;
5кбит/сек. – «юқорига »
Абонент учун ўртача ўтказиш 900кбит/сек. – «пастга»;
қобилияти
150кбит/сек. – «юқорига»
3-4 марта кўп – «пастга»;
2-3 марта кўп – «юқорига»
Жавоб кечикиши вақти
50мс.
Алоқани ўрнатиш вақти
2сек.
Кенг
қамровли
узатиш 384кбит/сек
режимида маълумот узатиш
тезлиги
Абонент мобиллиги
250км/соат гача
Кўп антеннали тизимларни Йўқ
қўллаб-қувватлаш
Канал кенглиги
5МГц
5мс.
50мс.
6-8 марта юқори
350км/соат гача
Бор
20МГц гача кенгаяди

14.

LTE тизимининг радиоинтерфейсини
ташкил этилиши
LTE тизимлари функционаллигига қўйилган талабларни хамда абонентлар
харажатларини камайтириш ва уларга мўлжалланган хизматлар таркибини
ва сифатини яхшилаш, шунингдек операторларнинг эксплуатацион
сарфларини камайтириш бўйича талабларни ҳисобга олган холда LTE
тизими радиоинтерфейсини ташкил этишни асосий принциплари
қуйидагилардан иборат:
1 бит ахборотни узатишга тақсимланган тармоқ эксплуатацияси
қийматини тушириш;
абонентлар талаб қилган хизматлар сонини кўпайтириш;
мавжуд ва янги частота диапазонларидан фойдаланишни
мослашувчанлигини ошириш;
тармоқ архитектурасини соддалаштириш, тармоқ интерфейсларини
унификациялаш ва ортиқча функцияларни қисқартириш;
абонент ускуналари томондан батарея қувватини тежамлироқ ишлатиш.

15.

LTE тизимининг радиоинтерфейсини
ташкил этилиши
Бу принципларни ишлатиш учун LTE тизим интерфейсида қатор истиқболли
ечимлар, айнан OFDM ва MIMO технологияларининг ишлатилиши,
шунингдек, FDD ва TDD дуплекслаш режимларидан фойдаланиш
қўлланилган.
LTE стандартида частотавий (FDD) ва вақтли (TDD) дуплекслаш учун
радиокадрларнинг ҳар хил турлари кўзда тутилган.
FDD учун радиокадр ҳам тўлиқ дуплекс, ҳам ярим дуплекс режимлари учун
ишлатилиши мумкин. Бундай кадр 0 дан 19 гача рақамланган 20 та слотдан
иборат. Иккита ёнма-ён турган слотлар субкадрни ташкил этади
LTE радиокадрининг FDD режими учун тузилиши

16.

LTE тизимининг радиоинтерфейсини
ташкил этилиши
eNB - базавий станция (БС) ва абонент ускунаси (АУ) орасида
алмашув жараёни даврий равишда такрорланадиган кадрлар асосида
амалга ошади. Радиокадрларнинг узунлиги 10мс ни ташкил этади.
Ўз навбатида, радиокадрлар 0,5мс узунликдаги вақт кесимчалари –
слот (ингл. time slot - вақт орлиғи, қисқартирилганда - слот)лардан
ташкил топган.
LTE спецификациясидаги барча вақт параметрлари Тs = 1/(2048*Δf) =
0,32552мкс минимал вақт бирлигига боғланган бўлиб, Фуръе тезкор
ўзгартириш усули учун максимал мумкин бўлган нимэлтувчилар сонига
(20МГц ли полосада 2048 та бўлади) ва LTE стандартида 15кГц қилиб
ўрнатилган нимэлтувчи частоталар кенглиги (Δf) га боғлиқ бўлади.
Радиокадрнинг узунлиги 307200 Тs ни ташкил этишини ҳисоблаш қийин
эмас. Тs - вақт бирлиги эса, ўз навбатида, 3G тизимларидаги стандарт
3,84МГц такт частотасига каррали бўлган 30,72МГц такт частотасига мос
келади (8*3,84МГц = 30,72МГц). Айнан шу такт частоталарининг
карралилиги LTE тармоқларининг UMTS ва GSM тармоқлари билан ўзаро
“юмшоқ” ишлаш имконини беради.

17.

LTE тизимининг радиоинтерфейсини
ташкил этилиши
Тўлиқ дуплексли режимда радиокадрлар “пастга” ва “юқорига”
каналларда параллел равишда, лекин стандартда кўрсатилган вақт
сурилиши билан узатилади.
Бу режим трафик катта бўлган холларда қулайроқ ва
самаралироқдир, аммо АҚ да юқори сифатли дуплекс фильтрлари
бўлишини талаб қилади. Амалиётда АҚ хар доим ҳам катта трафик
билан ишламайди ва шунинг учун LTE стандартида ярим дуплексли
режим ишлатилиши ҳам кўзда тутилган. Бу режимда АҚ бир
вақтнинг ўзида ё узатади, ёки қабул қилади. Шу билан АҚ нинг
қурилмаси соддалашади (яъни, арзонлашади) ва тармоқнинг канал
ресурслари самаралироқ ишлатилади.

18.

LTE тизимининг радиоинтерфейсини
ташкил этилиши
TDD режими учун радиокадр 5мс ли иккита яримкадрдан иборат
бўлиб, улардан ҳар бири 1мс ли 5 та субкадрларни ўз ичига олади.
LTE cтандарти вақтли дуплекслашнинг 5 ва 10 мс ли икки циклидан
фойдаланишни кўзда тутади.
Биринчи ҳолда 1-чи ва 6-чи субкадрлар бир хил бўлиб, “пастга” ва
”юқорига” йўналишларда каналларнинг хизмат майдонлари (мос
равишда DwPTS ва UpPTS) дан хамда ”пастка” йўналишдан
“юқорига” йўналишга ўтишда каналлараро интерференцияни олдини
олиш учун ишлатиладиган ҳимоя интервали - GP (ингл. Guard
Period) дан иборат. Қолган субкадрлар трафикни узатиш учун
ишлатилади.

19.

LTE тизимининг радиоинтерфейсини
ташкил этилиши
TDD режимининг 10мс ли циклида радиокадрнинг тузилиши
олдингисидан бир оз фарқ қилади. Бу ерда 0-чи ва 5-чи субкадрлар
DwPTS майдони билан бирга доим “юқорига” каналга, 2-чи субкадр ва
UpPTS майдони эса доим “пастга” каналга тегишли. Олтинчи субкадр
“юқорига” каналда трафикни узатиш учун хизмат қилади. Қолган
субкадрларни тақсимланиши 3.4-жадвалда келтирилган. DwPTS, UpPTS
ва GP майдонларининг узунликларини бир неча вариантлари бўлиши
мумкин, лекин уларнинг умумий йиғиндиси хар доим 1мс ли субкадрга
тенг бўлади.
LTE радиокадрининг TDD режими учун тузилиши

20. TDD учун радиокадрда субкадрларнинг тақсимланиши

TDD УЧУН РАДИОКАДРДА СУБКАДРЛАРНИНГ
ТАҚСИМЛАНИШИ
Субкадр номери
Конфигурация
номери
TDD цикли,
мс
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
5
D
S
U
U
U
D
S
U
U
U
1
5
D
S
U
U
D
D
S
U
U
D
2
5
D
S
U
D
D
D
S
U
D
D
3
10
D
S
U
U
U
D
D
D
D
D
4
10
D
S
U
U
D
D
D
D
D
D
5
10
D
S
U
D
D
D
D
D
D
D
6
5
D
S
U
U
U
D
S
U
U
D
D - «пастга» йўналишдаги канал, U – «юқорига» йўналишдаги канал, S –
хизмат канали

21.

LTE тизимининг радиоинтерфейсини
ташкил этилиши
LTE тизимларида бошқа технологиялар (масалан, Wi-Fi ва
WiMAX) да ўз афзалликларини кўрсатган OFDM кўплаб уланиш
технологияси ишлатилади. OFDM технологияси частота бўйича
маълум кенглик Δf да ва бир-бирларига нисбатан ортогонал
жойлашган қисқа нимэлтувчиларни мустақил модуляциялаш
воситасида кенг полосали сигналларни узатишни бажаради
(3.4.1 параграфини кўринг). Кетма-кет маълумотларнинг
оқимлари N параллел нимоқимларга бўлинади, сўнг уларнинг
ҳар бирининг элтувчилари маълум бир QPSK, 16-QAM ёки 64QAM модуляция усуллари билан кичик тезликларда
модуляцияланади. Бунда бир OFDM-символ бир неча
нимэлтувчилар воситасида узатилиши мумкин.

22.

23.

24.

25.

Назорат савол ва топшириқлари:
1. Радиоалоқани ташкил этиш асослари
2. Модуляция деб нимага айтилади.
3. Кўп каналли радиоалоқа деб нимага айтилади
4. Симплекс ва дуплекс алоқа турлари қанақа амлга оширилади
Мустақил иш топшириқлари:
1. «Радиоалоқани ташкил этиш асослари» мавзусида реферат
2. «Радио-релей линиялари қуриш» мавзусида реферат
3. «Модуляция турлари» ҳақида реферат
Тавсия этиладиган қўшимча адабиётлар:
1. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи.
М.:Эко- Трендз Ко, 1997.-238 с.
2. Андрианов В.И., Соколов А.В. Средства мобильной связи. ВНVСанкт- Петербург, 1998.- 256 с.
3. Невдяев Л. CDMA: IS-95. Сети, 2000, № 3
4. Невдяев Л. Стандарты 3G. Сети, 2000, № 6
5. Ибраимов Р.Р. Мобильные системы связи. Учеб. пос., ТУИТ,
2004.