на рівні доступу до середовища передачі даних. Таким чином, технологічний прорив на шляху до 4G слід очікувати саме в області технологій фізично-го (PHY) і МАС-рівнів (рис. 8.16) [31-34].
З метою підтримки всіляких IP-додатків і забезпечення безперервного-ності послуги LTE при переміщенні користувача між різними беспровод-ними мережами (включаючи і ті, що не відповідають стандартам 3GPP) пазрабати ється мережева інфраструктура SAE / ESP (System Architecture Evolution / Evolution Packet System Architecture ) [35, 36]. Необхідно відзначити, що перехід до LTE від мереж на основі технологій UMTS і HSPA + по суті має на увазі не модернізує-цію, а фактичну заміну існуючої інфраструктури UMTS.
Радіоінтерфейс LTE заснований на відомій радіотехнології OFDMA (див главу 2, 5) для лінії «вниз» і на новому методі частотного поділу з однією несучою (Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access - SC-FDMA) для лінії «вгору». У LTE передбачено застосування згортальної коди або турбо- коду зі швидкістю 1/3. Крім цього, до ключових особливостей, що характеризується щих цей радиоинтерфейс, слід віднести [37]:
1) гнучкість використання радіоспектра завдяки підтримці як частотного, (FDD) так і тимчасового (TDD) видів дуплексу і масшабіруемості рабо-чей смуги частот. Перша особливість дозволяє системі працювати як в парних, так і непарних смугах частот, підтримуючи частотний (FDD) і тимчасової (TDD) види дуплексу. Це відкриває шлях до освоєння ринку як старим операторам, які мають парні смуги частот, так і новим гравцям. Друга особливість дає і тим і іншим можливість використовувати частот-ні смуги різної ширини: від 1.25 до 20 МГц;
2) ефективний механізм диспетчеризації (планувальник) і схема Адапту-ції до характеристик каналу (АМС). В технології LTE передбачена динамічна диспетчеризація (розподіл ресурсів між користування земельними діл-ками) у висхідному і низхідному каналах (в залежності від стану каналу) з метою оптимізації загальної продуктивності системи. Для послуг з регулярною пересиланням пакетів через рівні проміжки време-ні передбачена статична діспетчерізацпя (тому що в цьому випадку обсяг трафіку сигналізації, необхідний для динамічної диспетчеризації, невиправдано великий у порівнянні з корисним трафіком);
3) застосування антенних технологій (MIMO) і схем просторово частотного кодування з одночасним використанням 4-х антен на базової станції і від 2-х до 4-х - в обладнанні користувача. Це позво-ляет, передаючи чотири практично незалежних потоку даних в одній і тій же частотній смузі шириною 20 МГц, забезпечити швидкість передачі даних до 300 Мбіт / с.
Типові значення агрегатних швидкостей передачі даних, досягну: ті в смузі 20 МГц, дещо менше: 100 Мбіт / с для лінії «вниз» і 50 Мбіт / с для лінії «вгору». Передбачається, що радіоінтерфеіс LTE позво-лит підтримувати безперервні з'єднання з користувачами, переміщаю-щимися зі швидкістю до 350 км / год [38]
8.4.3.2. Особливості радіоінтерфейсу LTE. Як ^ зазначалося вище, падіоінтепфейс E-UTRA, стандартизований про рамках 3GPP Release 8 вва-ється розвитком радіотехнології 3G (UMTS Terrestrial Radio Access - UTRA) [39]. Проте, технічний профіль LTE має не ™ зі своїм «попередником». Розглянемо особливості E-UTR А подроонее.
Принцип сігналообразованія в LTE заснований на OFDM, спосіб застосований-ня шторою в низхідному і висхідному каналах істотно відрізняється. По лінії «вниз» OFDM звичайним чином використовується для інформаційної мо-дуляціі і мультиплексування призначених для користувача каналів (схема множествен-ного доступу технології OFDMA).
Лінія «вгору» відрізняється набагато меншим енергетичним бюджетом - для малопотужних абонентських терміналів енергетична ефективність схе-ми модуляції є одним з пріоритетів. Відомим недоліком OFDM, де радіосигнал утворюється суперпозицією безлічі незалежно Модулюючи-мих несучих, є високе відношення пікової потужності сигналу до його середньої потужності, зване пік-фактором. У зв'язку з цим для лінії «вгору» LTE запропонована технологія SC-FDMA [40]. На відміну від схеми OFDMA, в якій на кожній піднесе одночасно передається цілий мо-дуляціонний символ, все поднесущие SC-FDMA модулюються одним і тим же символом (рис. 8.17). Інакше кажучи, в OFDMA символи даних передаються па-раллельно, а в SC-FDMA - послідовно. Це помітно знижує пік-фактор формуються на передачу сигналів, а також пом'якшує вимоги до динамічн-ському діапазону і ступеня лінійності вихідної характеристики підсилювача потужності.
Мал. 8.17. Особливості передачі послідовності QPSK-символів в системах з радіоінтерфейсом OFDMA і SC-FDMA [7]
Символ SC-FDMA займає всю доступну смугу частот. При цьому він з-тримає N модуляційних символів (стільки, скільки піднесуть), але - в N раз коротших за часом, ніж символ OFDMA. За структурою спектра сигналу схема SC-FDMA по суті еквівалентна схемі CDMA з мультінесущей - MultiCarrier CDMA (MC-CDMA) [41].
Крок між поднесущими LTE / OFDMA дорівнює Л / І 5 кГц (відповідно, тривалість OFDM-символу - 66,7 мкс). Поднесущие модулюються за допомогою на-гою QPSK, 16-QAM або 64-QAM, так що передаються на них символи содер-жать по 2, 4 або 6 біт. При стандартному циклічному префікс тривалістю 4.7 мкс (який дозволяє протистояти многолучевости при радіусі стільники до 1.5 км) символьна швидкість дорівнює 14 Ксимв / с, що в режимі FDD відпо-ствует швидкості передачі інформації від 28 до 84 кбіт / с на поднесущую.
Функціонування систем LTE прив'язане до елементарного кванта часу
відповідного тактовій частоті 30.72 = 8 × 3.84МГц. Системна частота LTE, таким чином, кратна стандартної тактовій частоті WCDMAUMTS з шириною смуги 5 МГц. Основні параметри радіоінтерфейсу LTE для лінії «вниз» наведені в табл. 8.7.
Параметри сигналу в радіоінтерфейсу LTE, лінія «вниз»
Інформаційний обмін в мережі LTE організовується за принципом циклічно повторюваних фреймів тривалістю 10 мс. Фрейм містить 20 тимчасових слотів (0.5 мс), по 15360 квантів часу кожен [37]. Користувачеві в межах слота призначений свій канальний ресурс - ресурсна сітка в частотно-часової області. Осередок сітки (ресурсний елемент) відповідає одній піднесе по частоті і одному OFDM-символу в часі. Мінімальною ресурсної едини-цей є ресурсний блок. Це група ресурсних елементів, переданих на 12 піднесуть (смуга 180 кГц) в 6-7 OFDM-символах (залежить від длитель-ності префікса: довгий / стандартний). Таким чином, загальна тривалість слота становить 0.5 мс. Розподіл ресурсів в межах слота осуществля-ет БС, використовуючи для цього спеціальний керуючий канал. Загальна кількість ре-ресурсних блоків у ресурсній сітці залежить від ширини каналу і становить від 6 до 110 (в смузі 20 МГц).
1 Випадковий вибір великих простих чисел р і q заснований на теоремі Чебишева, яка говорить, що частка позитивних цілих чисел, менших деякого цілого m і є простими, поблизу-ка до (In т) -1. Так, частка цілих чисел, менших 10100 і є простими, близька до 1/230. Оскільки 90% з них розташовані між 1099 і 10100, частка простих чисел в цьому діапазоні також становить приблизно 1/230. Тому випадкове число, вибране в межах від 1099 до 10100, виявиться простим з імовірністю близько 1/230. Цю ймовірність можна подвоїти, вибираючи тільки непарні числа; в середньому для знаходження простого числа потрібно близько 115 проб.
Просте числа можна відрізнити від складеного, грунтуючись на теоремі Ферма (1601-1665 рр.), Яка стверджує, що для будь-якого позитивного цілого R, що не перевершує деякого простого числа Р, R p '1 = 1 (mod Р). Наприклад, 24 = 1 (mod 5). Якщо треба визначити, чи є Р простим, то вибирають будь-яке позитивне ціле R
Виявляється, складові числа є псевдопростимі лише для менш ніж половини віз-мужніх R. Таким чином, якщо L різних підстав R обрані випадково і незалежно, то складене число Р витримає тести Ферма по всіх цих підставах з ймовірністю не більше 2 В числі, витримала L = 100 тестів, можна бути практично впевненим. Так відшукують пари простих випадкових чисел, необхідних для генерації ключа.