Организация связи в сетях LTE

Владимир Иванович Шлома, 2018

Одним из наиболее перспективных направлений развития мобильной радиосвязи является стандарт LTE (Long-Term Evolution – Долговременное развитие), часто обозначается как 4G или 5G – стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными. Цель написания этой работы – облегчить жизнь тем энтузиастам, которые пытаются самостоятельно изучать стандарт LTE.

Организация каналов в LTE

В сети LTE существуют каналы трех уровней: логические, транспортные и физические.

Логические каналы

Логические каналы по типу передаваемой информации делятся на логические каналы управления и логические каналы трафика. Логические каналы управления используются для передачи различных сигнальных и информационных сообщений. По логическим каналам трафика передают пользовательские данные. В нисходящем направлении определены пять управляющих логических каналов:

Broadcast Control Channel (BCCH) — канал, по которому передают системную информацию всем пользователям (UE), находящимся в соте. Перед входом в систему пользовательское устройство считывает информацию, которая передается по каналу BCCH, и определяет параметры сети.

Paging Control Channel (PCCH) — канал для передачи пейджинговых сообщений, которые передаются пользовательским устройствам, местоположение которых не определено с точностью до соты.

Common Control Channel (CCCH) — общий канал управления, предназначенный для решения общих для всех пользовательских терминалов задач.

Dedicated Control Channel (DCCH) — индивидуальный выделенный канал управления для обмена командными сообщениями с пользовательским терминалом.

Multicast Control Channel (MCCH) — канал передачи групповой служебной информации. Используется для передачи служебной информации необходимой при приеме канала MTCH.

И два трафиковых логических канала:

Multicast Traffic Channel (MTCH) — канал передачи трафика для выделенной группы пользовательских терминалов, используется для передачи услуги мультимедийного вещания MBMS.

Dedicated Traffic Channel (DTCH) — выделенный канал типа"точка-точка"для передачи пользовательских данных. Предназначен только для одного пользовательского терминала.

На рис. 2 приведена классификация логических каналов.

Рис. 2 Классификация логических каналов

Транспортные каналы

Информацию логических каналов после обработки на RLC/MAC уровнях размещают в транспортных каналах для дальнейшей передачи по радио интерфейсу в физических каналах. Транспортный канал определяет, как и с какими характеристиками происходит передача информации по радио интерфейсу. Информационные сообщения на транспортном уровне разбивают на транспортные блоки. В каждом временном интервале передачи (Transmission Time Interval, TTI) по радио интерфейсу передают хотя бы один транспортный блок. При использовании технологии MIMO возможна передача до четырех блоков в одном TTI.

Определены следующие транспортные каналы:

Broadcast Channel (BCH) — транспортный вещательный канал для передачи информации логического канала BCCH, имеет фиксированный формат.

Paging Channel (PCH) — транспортный канал для передачи информации логического канала PCCH. Данный канал поддерживает прием с перерывами (режим Discontinuous Reception, DRX), что позволяет пользовательскому устройству дольше сохранять заряд батареи.

Downlink Shared Channel (DL-SCH) — транспортный канал с разделением пользователей, который используется для передачи информации"вниз". Данный канал поддерживает адаптацию скорости передачи, планирование передач во временной и частотной области, модифицированный автоматический запрос на повторную передачу непринятых пакетов (Hybrid Automatic Repeat Request, HARQ), а также режим DRX.

Multicast Channel (MCH) — транспортный канал групповой передачи, используется для поддержки услуг мультимедийного вещания MBMS.

Uplink Shared Channel (UL-SCH) — транспортный канал с разделением пользователей"вверх", аналогичный каналу DL-SCH.

Random Access Channel (RACH) — транспортный канал случайного доступа. Используется для передачи запросов на подключение к сети, при хэндовере (handover, HO), для восстановления синхронизации"вверх".

На рис. 3 приведена классификация транспортных каналов.

Рис. 3 Классификация транспортных каналов

Физические каналы

В LTE определены следующие физические каналы:

Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) — физический канал для передачи информации"вниз"с разделением пользователей. Используется для передачи информации каналов DL-SCH и PCH.

Physical Downlink Control Channel (PDCCH) — физический канал управления"вниз". Используется для передачи информации о назначении канального ресурса для передачи транспортных блоков каналов PCH, DL-SCH, UL-SCH и HARQ информации, относящейся к каналу DL-SCH. Также по этому каналу передаются ответы на запросы на доступ к сети. Передача осуществляется с помощью модуляции 4-ФМ.

Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) — физический канал для передачи HARQ ACK/NACK в ответ при передаче информации"вверх".

Physical Broadcast Channel (PBCH) — физический канал передачи вещательной информации.

Physical Multicast Channel (PMCH) — физический канал групповой передачи пакетов мультимедийного вещания.

Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH) — физический канал передачи формата, который используется для канала PDCCH.

Physical Random Access Channel (PRACH) — физический канал передачи запросов случайного доступа.

Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) — физический канал передачи пользовательского трафика и сигнализации Uplink Control Information (UCI).

Physical Uplink Control Channel (PUCCH) — физический канал передачи сигнализации UCI в отсутствии канала PUSCH.

На рисунке 4 и 5 приводится взаимосвязь между логическими, транспортными и физическими каналами в нисходящем направлении и восходящем направлении (от eNodeB к UE).

Рис. 4 Взаимосвязь между логическими, транспортными и физическими каналами в нисходящем направлении

Рис. 5 Взаимосвязь между логическими, транспортными и физическими каналами в восходящем направлении