Конструктивно-технологические особенности средств связи

План лекций 8 семестра

LTE/SAE
Термин LTE описывает эволюцию сети радиодоступа относительно сетей GSM и UMTS и появление нового стандарта Evolved UTRAN (E-UTRAN).
Термин SAE (англ. System Architecture Evolution) описывает эволюцию ядрасети в EPC (англ. Evolved Packet Core).
Сеть основана полностью на протоколе IP (англ. Internet Protocol), и больше не включает в себя домен с коммутацией каналов – для передачи речи в LTE используется только технология VoIP.

Основные требования к системе LTE
значительное повышение спектральной эффективности (доведения ее до 5 бит/с/Гц);
Увеличение пропускной способности в линии «вниз» до 100 Мбит/с при ширине полосы одного частотного канала 20 МГц (с возможностью его масштабирования: 1.4; 3; 5; 10; 15 МГц) и до 50 Мбит/с в линии «вверх»,
сокращение времени задержки передачи пакетов данных до 10мс по сравнению с 80 мс при технологии HSDPA (Rel’5)
упрощение архитектуры сети.

Базовые требования к IMT-Advanced
пиковые скорости передачи данных от 100 Мбит/с для пользователей с высокой мобильностью (от 10 км/ч до 120 км/ч) и от 1 Гбит/с для пользователей с низкой мобильностью (до 10 км/ч);
используются динамически разделяемые сетевые ресурсы для поддержки большего количества одновременных подключений к одной соте;
масштабируемая полоса частот канала 40 МГц;
минимальные значения для пиковой спектральной эффективности 15 бит/с/Гц в нисходящем канале и 6,75 бит/с/Гц в восходящем канале (имеется в виду, что скорость передачи информации 1 Гбит/с в нисходящем канале должна быть возможна при полосе пропускания радиоканала менее 67 МГц);
спектральная эффективность на сектор в нисходящем канале от 1,1 до 3 бит/с/Гц/сектор и в восходящем канале от 0,7 до 2,25 бит/с/Гц/сектор;
плавный хэндовер через различные сети;
высокое качество мобильных услуг.

Основные характеристики LTE
1) Технология множественного доступа:
прямой канал (Downlink – DL) – OFDMA;
обратный канал (Uplink – UL) – SC-FDMA;
2) Рабочий диапазон частот:
450 МГц; 700 МГц; 800 МГц; 1800 МГц; 2,1 ГГц; 2,4 - 2,5 ГГц; 2,6 - 2,7 ГГц.
3) Битовая скорость:
прямой канал (DL) MIMO 2TX×2RX: 100 - 300 Мбит/с;
обратный канал (UL): 50 - 172,8 Мбит/с.
4) Ширина полосы радиоканала: 1,4 - 20 МГц.
5) Радиус ячейки: 5 – 30 км.
6) Емкость ячейки (количество обслуживаемых абонентов):
более 200 пользователей при полосе 5 МГц;
более 400 пользователей при полосе больше 5 МГц.
7) Мобильность: скорость перемещения до 250 км/ч.
8) Параметры MIMO:
прямой канал (DL): 2TX×2RX, 4TX×4RX;
обратный канал (UL): 2TX×2RX.
9) Значение задержки (latency): 5мс.
10) Спектральная эффективность: 5 бит/сек/Гц.
11) Поддерживаемые типы модуляции:
прямой канал (DL): 64 QAM, QPSK, 16 QAM.
обратный канал (UL): QPSK, 16 QAM.
12) Дуплексное разделение каналов: FDD, TDD.

Частотные диапазоны сетей LTE
После таблицы также представлен рисунок.

Архитектура LTE

Основные функции SAE/LTE

ММЕ
MME – это центральный элемент опорной сети CN (англ. Core Network).
Его функции - управление и хранение данных пользователя,
создание временных идентификаторов и их передачу пользовательским устройствам,
аутентификацию пользователей,
управление мобильностью и логическими каналами (bearers), а также является оконечной точкой NAS-сигнализации.

S-GW
S-GW (англ. Serving Gateway) является шлюзом пользовательского трафика, а так же трафика от 3GPP-сетей доступа 2G, 3G и LTE.
Весь пользовательский трафик проходит через S-GW, который является опорной точкой (anchor point) при маршрутизации данных, как в случае передвижения пользователя в зоне обслуживания LTE, т.е. при хэндовере между eNB, так и в случае обеспечения мобильности между LTE и другими 3GPP-технологиями доступа, т.е. при выполнении хэндовера от и к 2G/3G-сетей.
S-GW отвечает за передачу, маршрутизацию и буферизацию нисходящего трафика данных для UEs, который находится в неактивном состоянии в LTE-сети, терминирует передачу нисходящего трафика для пользовательского устройства в состоянии ECM-IDLE (англ. Idle State Mobility Handling), т.е. становится представителем пользователя, находящегося в неактивном состоянии,
инициирует запрос на обслуживание входящего сеанса связи, когда трафик требуется доставить к неактивному пользовательскому устройству.
Для задач СОРМ (и не только) именно S-GW дублирует пользовательский трафик в случае его законного перехвата

P-GW
P-GW является пограничным маршрутизатором пользовательского трафика между EPS и внешними пакетными сетями передачи данных.
В функции P-GW входят распределение и назначения IP-адресов между пользовательскими устройствами, обеспечивает выполнение правил политики и тарификации PCEF (англ. Policy and Charging Enforcement Function), а именно – управление скоростью (throttling), управление доступом (gating) и фильтрацию пользовательских данных, а также подсчет использования транспортных ресурсов сети (трафика пользователя или длительности сессии).
При этом пользовательское устройство может иметь несколько одновременных соединений через P-GW со многими внешними сетями.

Эталонная архитектура SAE/LTE