Функциональные отличия сети LTE от сети UMTS

Построение сетей LTE за рубежом

По данным на июнь 2010 года около 110 операторов из 48 стран мира инвестировали в LTE. А до конца 2010 года планировалось запустить в коммерческую эксплуатацию 22 такие сети. Это говорит об огромной заинтересованности мировых телекоммуникационных компаний к технологии LTE.

Первая коммерческая сеть LTE в мире была запущена в 4 квартале 2009 года в столицах Норвегии и Швеции – городах Осло и Стокгольм. Об их запуске объявила шведская телекоммуникационная компания TeliaSonera совместно с Ericsson.

В 2010 году уже большее число компаний последовали по стопам скандинавских коллег.

Компания Vodafone выбрала Huawei и Ericsson в качестве технических партнеров для эволюции своей сети до LTE. Vodafone начал работу по LTE в конце сентября 2010 года и обещал, что в 2011 году технологию LTE будут поддерживать уже 1500 базовых станций.

В Северной Америке первопроходцами стала компания MetroPCS. С запуском сети LTE для MetroPCS в городском районе Даллас/Форт-Уорт, компании Ericsson и MetroPCS Communications подтвердила своё лидерство в развитии новых технологий мобильного широкополосного доступа. Ericsson выступила ключевым поставщиком оборудования для компании MetroPCS и ее сети 4-го поколения.

Запуск предоставил абонентам компании MetroPCS в городском районе Даллас/Форт-Уорт возможность более быстрой передачи данных, изображений и другой информации, тогда как оператор смог достичь более эффективной структуры операционных затрат. В рамках проекта по строительству сети для MetroPCS специалисты Ericsson специально разработали и реализовали на практике новый подход для ускорения развертывания сети, позволяющий повторно использовать уже имеющиеся элементы сетевой инфраструктуры.

Летом 2010 года МТС сообщил о запуске в эксплуатацию сети 4G на базе технологии Long-Term Evolution (LTE) в Узбекистане – первой постоянно действующей коммерческой сети 4G в СНГ и Центральной Азии.

Сеть 4G развернута в центральной части Ташкента, в будущем компания планирует значительно расширить зону покрытия сети. Созданная инфраструктура позволяет при помощи модема с поддержкой технологии LTE передавать данные со скоростью до 100 Мбит/сек.

Сеть развернута в частотном диапазоне 2,5 – 2,7 ГГц, лицензию на использование которого «МТС Узбекистан» получила в октябре 2009 года. Поставщиком оборудования для строительства сети LTE от МТС в Узбекистане является компания Huawei Technologies.

Компания TDC, ведущий оператор Дании, планирует перейти на технологии 4G/LTE. Для поставки и управления общенациональной сетью TDC заключает контракт с Ericsson. Договор основывается на существующем стратегическом партнерстве двух компаний. В рамках сделки Ericsson развернет комплексное решение в области 4G/LTE, включая радиодоступ и оборудование уровня ядра сети, а также начнет оказывать услуги управления/аутсорсинга сети. Этот договор станет первым всесторонним соглашением Ericsson на предоставление управляемых услуг в рамках сети LTE/Evolved Packet Core (EPC). После внедрения решения датчане смогут пользоваться преимуществами расширенного доступа к сервисам, активно потребляющим дата-трафик, с высокой скоростью. В рамках новой сети LTE будут существенно улучшены такие показатели как время ожидания и пропускная способность.

Договор предусматривает развертывание сети радиодоступа на базе семейства продуктов RBS 6000, внедрение комплексного решения Evolved Packet Core и полный ассортимент услуг управления/аутсорсинга сетью.

В конце 2010 года телекоммуникационная компания TELE2 анонсировала коммерческий запуск сети 4G. Она заработала в четырех шведских городах – Стокгольме, Гетеборге, Мальме и Карлскроне.

Заявленная скорость работы мобильного интернета составляет 80 Мбит/с, что примерно в 10 раз быстрее, чем в существующей сети 3G. Благодаря высокой скорости абоненты TELE2 могут пользоваться различными интерактивными сервисами (онлайн-игры, мобильное ТВ, потоковое видео). Предприятия могут организовывать мобильные видеоконференции и устраивать передачу файлов большого объема.

Вслед за МТС ТОО «КаР-Тел» (торговая марка Beeline) объявил о запуске в тестовом режиме outdoor-сети четвертого поколения на базе технологии LTE (Long-Term Evolution) в диапазоне частот 700 МГц в Астане. В зоне покрытия находится новый административный и деловой центр столицы. Разрешение на тестовую эксплуатацию 4G-сети в Астане было получено 24 ноября, его действие продлится до окончания 7-х Зимних Азиатских Игр (1-я неделя февраля 2011 г.).

Сеть Beeline LTE, развернутая в Астане, в реальных условиях способна обеспечить максимальную скорость до 60 Мб/с в направлении к абоненту (DL), и до 15 Мб/с – от абонента (UL). Средние скорости – 8-10 Мб/с (DL), 2-4 Мб/с (UL).

В октябре 2010 года Beeline осуществил пилотный запуск outdoor–сети LTE в деловой столице Казахстана - Алматы. Поставщиком оборудования выступила компания Alcatel-Lucent.

В то же время «МТС Узбекистан» получила разрешение на использование радиочастот в диапазоне 700 МГц для расширения зоны и качества покрытия действующей сети «четвёртого поколения» LTE.

А 5 декабря 2010 года была запущена крупнейшая в мире сеть LTE. Американский оператор Verizon Wireless запустил свою сеть в коммерческую эксплуатацию. Это первая в мире масштабная сеть четвертого поколения LTE, крупнейшая в своем роде. В США уже работала сеть LTE другого оператора – MetroPCS – но пока только в 6 городах с пригородами. У Verizon Wireless покрытие гораздо обширнее: 38 городов различных штатов и 60 крупнейших аэропортов США. К официальному запуску сети приурочено начало поставок первого USB-модема для сети LTE – LG VL600. Абоненты Verizon, воспользовавшись устройством, могут в зоне покрытия 4G сети загружать данные со скоростью от 5 до 12 Мбит/сек. или отправлять их на скорости от 2 до 5 Мбит/сек. Телефонов с поддержкой LTE, тем не менее, Verizon Wireless пока не предлагает. Создатели MetroPCS оказались проворнее – они уже продают своим абонентам за 299 долларов первый коммерческий смартфон с поддержкой сетей LTE – горизонтальный слайдер Samsung SCH-R900 Craft. В зоне покрытия разворачиваемой сети 4G Verizon Wireless проживают более 110 миллионов американцев, что составляет треть от общего населения страны.

11 мая 2011 года крупнейший оператор Белоруссии СООО «МТС» объявил результаты тестирования сети связи 4G LTE в Минске. Технология 4G полностью подтвердила свою работоспособность и заявленные скорости передачи данных.

В текущем году огромное количество операторов планирует ввести в эксплуатацию сети LTE в различных странах: Австрии, Германии, Иордании, Ирландии, Италии, Канаде, Франции, Южной Корее и других.

Некоторые страны столкнулись с проблемами в построении сетей связи четвёртого поколения, например, Объединённое королевство, где появление сетей LTE может затянуться вплоть до 2013 года из-за нехватки законодательной базы.

Проблема LTE в России

Россия в 2010-2011 годах столкнулась с огромной проблемой в сфере модернизации сотовых систем до 4 поколения. Полосы частот, которые принято использовать для LTE, оказались попросту заняты военными.

На протяжении всего 2010 года государство не могло определиться с правила распределения этих полос частот и способом их расчистки. За это время готовность строить сети LTE высказали операторы «большой тройки», шведский оператор-дисконтер TELE2, Скартел (у данной компании были частоты в диапазоне 2.5-2.7 Ггц в некоторых субъектах РФ, однако, летом они были отобраны государством), компании «Русэнерготелеком» – совместное предприятие «Ростелекома», группы ЕСН и «Основы Телеком», подведомственной Минобороны, Скайлинк, а также РЖД для дочернего предприятия «Транстелекома».

После судебных тяжб Скартела с государством, переносов заседаний ГРЧК по вопросу распределения частот и множества публикаций на эту тему в прессе к концу 2010 году вопрос так и не был решён.

Перед самым Новым годом стало известно, что при рассмотрении вопроса об использовании радиочастот в диапазоне 2,3-2,4 ГГц для сетей мобильного беспроводного доступа было решено разрешить компании "Основа Телеком" построить опытную зону сети связи четвертого поколения стандарта LTE двойного назначения с использованием частот, принадлежащих Минобороны России.

И только в начале 2011 года некоторую ясность внёс министр связи РФ Игорь Олегович Щёголев. Он сообщил, что распределение частот для создания сетей LTE будет производиться посредством конкурсов, а не аукционов, как предполагалось ранее. Эти конкурсы могут состояться в этом году, если операторы в первом полугодии успеют провести испытания и дать свои предложения об условиях конкурсов. В конце 2010 года госкомиссия по радиочастотам (ГКРЧ) поручила консорциуму в составе «Ростелекома» и операторов «большой тройки» (МТС, «ВымпелКом» и «МегаФон») исследовать пригодные для этих сетей частоты. На конкурс будут выставлены не «расчищенные» частоты, занятые военными и прочими структурами. Поэтому победителю конкурса придется заняться конверсией, сопряженной с большими затратами на замену военных и иных средств связи на новое оборудование. По словам министра, только освобождение диапазона 710-860 МГц, в котором сейчас работает аналоговое ТВ («цифровой дивиденд»), будет стоить не меньше 60 млрд руб.

Также Щеголев вспомнил и об «Основе Телеком», которой, как известно, ГКРЧ доверила построить экспериментальную сеть LTE «двойного назначения». Он заверил, что участие «Основы Телеком» в тестировании вовсе не означает, что эти частоты будут переданы именно этому предприятию. Никаких гарантий участия в процессе распределения частот министр связи ни одному из операторов пока не дал.

Вслед за этим заявлением участники «большой четверки» потребовали гарантий возврата инвестиций в 4G, в связи с чем возникает сомнение, что поставленная перед ним задача провести исследования возможности создания 4G-сетей по технологии LTE в диапазонах 800, 900, 1800, 2100 и 2500-2700 МГц и предоставить свои предложения к 1 июля текущего года, будет выполнена в срок.

В настоящее время юристы операторов и Минкомсвязь занимаются проработкой вопроса о гарантиях. Подход резонный – без защиты инвестиций никто не решится на многомиллиардные расходы.

5 Описание технологии LTE

Структура сети LTE

Сеть LTE, согласно спецификации LTE Release 8 группы 3GPP, должна состоять из двух важнейших компонентов: сети радиодоступа E-UTRAN и базовой сети SAE (System Architecture Evolution) (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 – Базовая структура сети LTE

Основными требованиями проекта 3GPP к сети SAE были: максимально возможное упрощение структуры сети и исключение дублирующих функций сетевых протоколов, характерных для системы UMTS.

Сеть радиодоступа E-UTRAN состоит только из базовых станций eNB (evolved Node В). Базовые станции eNB являются элементами полносвязной сети E-UTRAN и соединены между собой при помощи интерфейса Х2. Интерфейс Х2 поддерживает хэндовер мобильного терминала в состоянии LTE_ACTIVE. Каждая базовая станция имеет интерфейс S1 с базовой сетью SAE, построенной по принципу коммутации пакетов.

Базовая сеть SAE, иногда называемая сетью ЕРС (Evolved Packet Core), содержит узлы MME/UPE, состоящие из логических элементов ММЕ и UPE.

Логический элемент ММЕ (Mobility Management Entity) отвечает за решение задач управления мобильностью абонентского терминала и взаимодействует с базовыми станциями eNB сети E-UTRAN с помощью протоколов плоскости управления C-plane (интерфейс S1-С).

Логический элемент UPE (User Plane Entity) отвечает за передачу данных пользователей согласно протоколам плоскости пользователя U-plane и взаимодействует с eNB посредством интерфейса S1-U.

Благодаря интерфейсу S1 базовые станции соединены с несколькими узлами MME/UPE, что позволяет более гибко использовать сетевой ресурс. Такой интерфейс называют S1-flex.

5.2 Основные требования к архитектуре сети LTE

- поддержка сетей радиодоступа как стандартов 3GPP, так и стандартов Не-3GPP. При этом информация о возможных технологиях доступа должна передаваться на абонентский терминал с указанием приоритетов технологий, установленных оператором;

- полная совместимость базовой сети SAE с базовыми сетями стандартов 3GPP, начиная с Release 6;

- обеспечение минимальных задержек передачи данных согласно протоколам плоскости управления C-plane. Например, интервал времени перехода мобильного терминала из состояния Idle (терминал находится в состоянии Attached протокола GMM, выделен IP-адрес, терминал зарегистрирован в подсистеме IMS) в состояние начала приема/передачи данных по протоколам U-plane должно быть не более 200 мс;

- четкое функциональное разделение между элементами сети SAE, позволяющее избежать дополнительных задержек передачи данных согласно протоколам C-plane из-за дублирования функций;

- установление IP-соединения с индивидуальными параметрами QoS при минимальном количестве транзакций;

- функция управления мобильностью сети LTE должна решать задачи управления мобильностью как в сети E-UTRAN, так и между сетями E-UTRAN и сетями радиодоступа других типов;

- функция управления мобильностью сети LTE должна взаимодействовать с терминалами различных типов: фиксированными, номадически мобильными и мобильными;

- функция управления мобильностью сети LTE должна предоставлять оператору сети LTE возможность управлять сетями доступа, используемыми абонентами;

- процедуры поддержки мобильности терминалов (хэндовер) в сетях E-UTRAN, между сетями E-UTRAN и другими сетями радиодоступа 3GPP (процедура Inter-RAT Handover), а также между сетями E-UTRAN/3GPP и сетями радиодоступа He-3GPP должны быть реализованы с минимальной потерей пакетов данных в режиме реального времени (например, для приложений VoIP) и в режиме, инвариантном времени (например, для просмотра web-ресурса);

- процедура обновления данных о местоположении абонентского терминала в сети должна обеспечивать минимальную загрузку каналов сигнализации;

- архитектура сети SАЕ должна обеспечивать оптимальную маршрутизацию при нахождении абонента в межсетевом роуминге;

- в целях предоставления гибкого доступа к сети LTE пользователям, находящимся в роуминге, архитектура сети SAE должна обеспечивать доступ через различные сети беспроводного широкополосного доступа WLAN в соответствии с существующими договорами доступа между оператором визитной сети VPLMN и визитными операторами сети WLAN, причем такие договоры между визитными операторами сети WLAN и оператором домашней сети HPLMN не требуются;

- поддержка IP-протоколов различных версий (IPv4 и IPv6), а также режима вещания IP-Multicast;

- обеспечение такого уровня безопасности пользователей (аутентификация, идентификация, шифрование данных), который был бы не ниже, чем в существующих сетях 3GPP с пакетной коммутацией и коммутацией каналов. Процедура аутентификации не должна зависеть от типа и технологии сети доступа;

- доступ к сетям LTE должен предоставляться абонентам согласно существующим USIM-картам (Release 99). При этом база данных HSS должна соответствовать Release 5;

- поддержка всех существующих в настоящее время принципов тарификации;

- архитектура SAE должна обеспечивать гибкое использование ресурсов сети, когда все элементы сети (узлы) рассматриваются как единый распределенный ресурс. Примером стала структура интерфейса Iu-flex, определенная в Release 5, согласно которой контроллер RNC может иметь интерфейс с несколькими узлами SGSN/MGW.

Функциональные отличия сети LTE от сети UMTS

а) Базовые станции eNB выполняют функции управления радиоресурсами (Radio Resource Management – RRM):

- управление радиоканалами (Radio Bearer Control);

- управление доступом (Radio Admission Control);

- управление мобильностью (Connection Mobility Control);

- динамическое распределение ресурсов (Dynamic Resource Allocation).

Таким образом, в сети радиодоступа E-UTRAN базовые станции eNB управляют протоколами радиоинтерфейса, комбинируя выполнение функций базовых станций Node B и большинство функций контроллера RNC сети UMTS.

б) Сетевой элемент управления мобильностью ММЕ:

- отвечает за распределение сообщений вызова (paging) к базовым станциям eNB;

- управляет протоколами плоскости управления: назначения идентификаторов абонентских терминалов, обеспечения безопасности сети, проверки подлинности сообщений абонентов и управления роумингом.

- сжатие заголовков IP-протоколов;

- шифрование потоков данных;

- терминацию пакетов данных плоскости пользователя;

- коммутацию пакетов данных при обеспечении мобильности пользователя.

- управляет протоколами пользовательского уровня, например, хранением текущего статуса абонентского терминала (AT), прерыванием состояния LET_IDLE на уровне абонентских терминалов.

Одной из важнейших задач управления в сети LTE является максимально эффективное использование радиоресурсов. Данная задача решается с помощью совокупности функций управления радиоресурсами RRM:

а) управление радиоресурсами сети E-UTRAN;

б) управление службой передачи данных в радиоканале;

в) управление мобильностью;

г) управление доступом;

д) динамическое распределение ресурсов;

е) с помощью протокола управления радиоресурсами RRC.

Управление радиоресурсами сети E-UTRAN (Inter Cell RRM) обеспечивает управление ресурсами группы сот в целях повышения эффективности использования частотного спектра и минимизации помехового взаимного влияния абонентских терминалов и базовых станций, а также поддержку мобильности.

Управление службой передачи данных в радиоканале (RB Control) реализовано в базовых станциях eNB сети E-UTRAN и обеспечивает установление, поддержание и освобождение радиоканалов передачи данных с заданными параметрами в сети E-UTRAN. Основными задачами являются контроль и управление всеми активными сессиями передачи данных с учетом параметров качества услуг (QoS), выделение ресурсов для вновь активируемых сессий.

Управление мобильностью (Connection Mobility Control) позволяет выбирать обслуживающую базовую станцию eNB для мобильного терминала, передавать обслуживание мобильного терминала от одной базовой станции eNB (хэндовер) к другой. Выбор обслуживающей eNB осуществляется мобильным терминалом на основе собственных измерений в состоянии RRC_CONNECTED и сравнения полученных измерений с установленными пороговыми значениями. Хэндовер реализован на основе анализа измерений как мобильного терминала, так и базовой станции eNB, а также текущей загрузки обслуживающей и соседних сот, политикой оператора по регулированию трафика.

Поддержку мобильности абонентского терминала в сети SAE обеспечивает логический элемент ММЕ. Основными функциями ММЕ являются:

- управление мобильностью абонентского терминала, находящегося в состоянии RRC_IDLE (Idle State Mobility Handling);

- управление безопасностью мобильной связи (NAS Security) в соответствии с протоколами, относящимися к группе протоколов «уровня без доступа» и обеспечивающими, например, аутентификацию пользователей, управление ключами шифрования данных;

- управление службой передачи данных сети SAE (SAE Bearer Control). Параметры функций управления радиоресурсами сети E-UTRAN (InterCell RRM), управления службой передачи данных в радиоканале (RB Control) и управления мобильностью (Connection Mobility Control) могут быть кастомизированы в соответствии с требованиями оператора.

Основной задачей управления доступом (Radio Admission Control) является формирование решений о предоставлении доступа мобильному терминалу к сети E-UTRAN. Данная задача решается на основе многокритериального анализа загрузки сети радиодоступа, требований мобильного терминала к параметрам QoS.

Динамическое распределение ресурсов (Dynamic Resource Allocation; Scheduler) отвечает за планирование очередности передачи пакетов данных и позволяет динамически выделять и перераспределять ресурсы сети радиодоступа, включая канальные ресурсы, мощность излучения базовых станций, ресурсы буферизации при обработке пакетов данных с учетом параметров QoS.

Протокол управления радиоресурсами RRC плоскости C-plane обеспечивает:

- вещание служебной информации в соответствии с протоколами, относящимися к группам протоколов «уровня с доступом» и «уровня без доступа» (соответственно AS – Access Stratum и NAS – Non-Access Stratum);

- пейджинг мобильного терминала;

- установление, поддержание и закрытие RRC-соединений между абонентским терминалом и сетью E-UTRAN;

- управление ключами шифрования;

- установление, поддержание и закрытие служб передачи данных в радиоканале (Radio Bearers) типа «точка-точка» и «точка-многоточка» с заданными параметрами QoS;

- мобильность абонентских терминалов.

Протокол сходимости пакетных данных (Packet Data Convergence Protocol – PDCP) плоскостей U-plane и C-Plane обеспечивает устранение избыточности (сжатие) служебной информации, объем которой может быть соизмерим с объемом полезной информации, передаваемой в пакетах данных, а также шифрование/дешифрование данных.

Протокол управления радиоканалом (Radio Link Control – RLC) обеспечивает:

- сегментацию и компоновку пакетов данных протоколов более высокого уровня (Protocol Data Unit – PDU) переменной длины в меньшие блоки полезной нагрузки (Packet Unit – PU); размер блока PU определяется в соответствии со скоростью передачи информации в радиоканале;

- конкатенцию (сочленение) коротких пакетов PDU верхнего уровня;

- заполнение остатка поля данных блока PU, если сочленение неприемлемо;

- передачу данных пользователя с подтверждением и неподтверждением приема в соответствии с параметрами QoS;

- исправление ошибок методом повторной передачи (ARQ) пакетов данных;

- сохранение на более высоком уровне порядка доставки пакетов PDU при передаче данных с подтверждением приема;

- обнаружение дублирования пакетов PDU для доставки их на более высокий уровень только один раз;

- управление скоростью передачи данных.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: