Пояснительная записка Корнет Н.А (Проектирование сети LTE-A для микрорайона Строитель), страница 11

Он служит для передачипользовательских данных для обеспечения мобильности между LTE и 2G/3Gсетями;- S5 – интерфейс между SAE и PDN-Gateway. S5 предназначен для передачипользовательских данных между SAE и PDN-Gateway;- S6 – интерфейс между MME и HSS. Он используется для передачи данныхабонентского профиля, а также осуществления процедур аутентификации в сети LTE;- Gx – интерфейс между PDN-Gateway и PCRF. Gxпредназначен для передачи правил тарификации от PCRF к PDN-Gateway;- SGi - интерфейс между PDN-Gateway и внешними IP-сетями.1.5 Использование технологии MIMO в сетях LTE Advanced (Rel.10)Технология MIMO в сетях LTE Advanced (Rel.10) обеспечивает основу передачиданныхбеспроводнойсвязи.ТехнологияMIMO(MultipleInputMultipleOutput – множественный вход – множественный выход)организует работу мультиантенной системы, которая обеспечивает беспроводной доступ.

Данная технология использует несколько антенн-передатчиков иантенн-приемников для одновременной передачи большого объема данных.Технология MIMO основана на учете особенностей передачи радиоволн, называемой многолучевым распространением. Передаваемые сигналы отражаютсяот множества объектов и препятствий, таких как здания, машины, дома и др.Антенна приемника считывает сигналы под разными углами, а главное - в разное время. Это свойство используется для различения и разделения принятыхсигналов. С применением технологии MIMO становится возможным увеличить92помехоустойчивость каналов связи, уменьшить относительное число битов,принятых с ошибкой.Суть технологии лежит в использование нескольких антенн, которые разносят друг от друга для того, чтобы они не мешали передаче.

Рекорды скоростипередачи данных беспроводным методом, в основном, сейчас устанавливаютсяпри помощи этой технологии.Более распространѐнной является методика частотного уплотнения, илиFDM (FrequencyDivisionMultiplexing). Благодаря этой методике, большое количество устройств функционируют на одной территории. Рисунок 1.5 иллюстрирует принцип частотного уплотнения.Рис.1.4—Принцип частотного уплотнения(FDM)Данная диаграмма показывает, как распределяется частота, время и энергиямежду потоками, обозначенными разными цветами. Значительным недостатком является необходимость оставлять частотные промежутки между различными потоками для исключения взаимных помех.

Частотный ресурс при этомне используется в полной мере.93A.Принцип технологии MIMO.Работа систем MIMO может быть организована по двум принципам: попринципу пространственного уплотнения и по принципу пространственновременного кодирования.В первом случае различные передающие антенны передают различные части блока информационных символов или различные информационные блоки.Передача данных ведется параллельно с двух или с четырех антенн. На приемной стороне производится прием и разделение сигналов различных антенн.

Вовтором случае со всех передающих антенн осуществляется передача одного итого же потока данных с использованием схем предварительного кодирования.Таким образом, создание большего числа разнесенных каналов реализуетсяпутем добавления нескольких антенн в передатчике или приемнике, или использования набора антенных блоков в приемо-передатчике. На рисунке 1.6показана система MIMO 2 × 2 с коэффициентом разновременности, равным 2 ×2 = 4.Рис.1.5— Схема прохождения сигнала по технологии MIMOВ данной ситуации под MIMO понимается пространственное мультиплексирование (Spatial Multiplexing) - тот вариант MIMO, который позволяет до94стичь более высокой пропускной способности посредством пространственновременного блочного кодирования.Пространственно-временное блочное кодирования (STBC) основано на схеме, представленной Аламоути .

Эта схема обеспечивает передачу и прием вразные моменты времени для MIMO. Эта цифра показывает максимальное отношение полученной комбинации (MRRC) . Основные функции схемы Аламоути заключаются в[2]:- кодировании и детектирование последовательности передаваемых символов на передатчике- объединение сигналов с шумомами на приемнике.-Осуществление демодуляции методом максимальной вероятность обнаружения (Maximum likelihood detection)Механизм формирования данных в двухканальной передающей системеотражен на рисунке 1.7.Предположим, что мы имеем две антенны как на передаче, так и на приеме.

Тогда S1 -символ, переданный от антенны 1 ,а S2- символ ,переданный от антенны 2 в момент времени Т. Тогда -S2 * будет передаваться от антенны 1 и s1 * передается от антенны 2 в момент времени Т + 1 , где(*) обозначает сопряженную величину. [2]Рис.1.6—Пространственно- временное блочное кодированиеУравнение передачи будет выглядеть следующим образом:(1.1)95Выше приведенная матрица показывает, что две строки / столбцы матрицыSTBC являются ортогональными друг к другу. R11 и R12 определяет характеристики первого приемникаи,R21 и R22 обозначает характеристики второгоприемника приемник 2.

Матрица канала является матрица с наименованиям H .W является белым гауссовым шумом. В S1 и S2 символы и их сопряженные величины размещаются на OFDM поднесущей для дальнейшей передачи по каналу.1.6 Модуляция OFDM в многоантенной системе передачиOFDM-сигнал генерируется в цифровой форме. Сигнал состоит из суммыподнесущих, которые модулируются с использованием BPSK, QPSK или QAM.Отношения между всеми поднесущими должны постоянно контролироваться,чтобы сохранялась ортогональность. После модуляции входных данных в цифровом виде результирующий спектр преобразуется обратно в его временнуюобласть с помощью обратного преобразования Фурье (ОБПФ). Рис 1.8.

показывает блок-схему приемо-передатчика OFDM.Рис.1.7 Приемо-передатчик OFDMРассмотримосновныефункции,которыереализуютсявприемо-передатчике.Преобразование последовательного кода в параллельный методом конверсии. В OFDM каждый символ, как правило, передает 40-4000 бит, так что необходимо последовательно-параллельное преобразование. Данные, выделенные96для каждого символа, зависит от схемы модуляции и количества поднесущих.Например, в модуляции QPSK каждая поднесущая несет 2 бита и, таким образом, для передачи с использованием 100 поднесущих количество бит на символбудет 200.Схема модуляции представляет собой отображение данных по реальной координате (по фазе) или в комплексной системе координат (квадратуре), называемой системой IQ.

По типу модуляции определить количество битов на символочень легко. Например, если используется 16 QAM (М=16), расчет по формуле:log2 (М) - дает 4 бита на символ.ОБПФ используется для переноса сигнала из частотной во временную область. Это преобразование сокращает объем вычислений за счет использованияоднотипности и регулярности математических операций. В системе LTE используется алгоритм Radix-2. N-точечное ОБПФ требует только (N/2)log2Nкомплексных умножений.Введение охранного интервала (Guard period). Одним из наиболее важныхпреимуществ OFDM является его устойчивым к разбросу задержек многолучевого распространения. Это достигается путем деления входного потока на N sподнесущих.

Длительность символа берется в Ns раз меньше по отношению кдлине символа, что также уменьшает относительную величину разброса задержки. Время охраны вводится для каждого символа с целью устранения интерференции между несущими. Компонент из одного символа не может помешать следующему символу.Существует еще одна проблема, которая называется взаимодействием между несущими (Inter Carrier Interference - ICI). Наличие ICI означает, что несущиебольше не являются ортогональными. Для устранения ICI, символ OFDM должен быть циклически расширен в защитном интервале.В качестве статистической модели канала для представления влияния средымноголучевого распространения на передающиеся символы используется распределение Рэлея. Рэлеевское замирание в основном применяется тогда, когда97нет прямой видимости между передатчиком и приемником.

Если передаетсяs(T), то принятый символ имеет вид:R(T) = s(t) * A(t) + η(t)(1.2)Известно, что R(T) определяется с помощью функции распределения Рэлея,если η(t) является аддитивным белым гауссовым шумом.Демодуляция сигнала OFDM осуществляется точно таким же образом. Вприемнике быстрое преобразование Фурье используется для оценки амплитудыи фазы каждой поднесущей.. Первой задачей ,выполняемой приемником (примоделировании) является удаление циклического префикса. Это устраняет помехи в последовательности символов. Затем данные передаются через последовательно-параллельный преобразователь, а затем переходят через преобразователь БПФ для преобразования в частотную область.

Сигнал исказился , тем неменее, чтобы восстановить исходный сигнал в системе OFDM применяетсяоценки канала Maximum Likelihood (ML) и интерполяции. Далее выполняетсяобратный процесс (включая декодирование) и на выходе получем исходные биты.В технологии LTE-Advanced добавляется поддержка схемы MIMO 8x8 внисходящем канале (от базовой станции к мобильным станциям) и схеме MIMO4x4 в восходящем канале (от мобильной станции к базовой станции). Для этоговводятся новые режимы передачи и добавляются новые категории мобильныхстанций. Новые режимы передачи отличаются от режимов, определенных вранних версиях стандарта (Release 8 & 9), в следующих аспектах:- различается число потоков данных, то есть, сколько различных потоковданных может передаваться одновременно;- используются различные антенные порты;- используются различные пилот-сигналы (CRS, DM-RS);- используется оригинальное предварительное кодирование.98Технология LTE-A предусматривает поддержку до 8 передающих антеннпри нисходящей передаче данных и использование улучшенной структурыопорных сигналов.