Jaka jest podstawowa architektura LTE?

Architektura Long-Term Evolution (LTE) została zaprojektowana w celu zapewnienia szybkiej transmisji danych, małych opóźnień i lepszej wydajności widmowej w sieciach bezprzewodowych. Architektura LTE składa się z kilku kluczowych komponentów, które współpracują ze sobą, aby zapewnić bezproblemową łączność i wydajną transmisję danych. Oto szczegółowe omówienie podstawowej architektury LTE:

Przegląd architektury LTE:

1. Rozwinięty węzełB (eNodeB):

Funkcjonalność:
- eNodeB to rozwinięta stacja bazowa w architekturze LTE. Służy jako węzeł dostępu radiowego i jest odpowiedzialny za zarządzanie zasobami radiowymi, komunikację z urządzeniami użytkownika (UE) i ułatwianie transmisji danych pomiędzy urządzeniami UE a siecią szkieletową.
Kluczowe funkcje:
- eNodeB realizuje takie funkcje, jak zarządzanie zasobami radiowymi, przekazywanie oraz adaptacja schematu modulacji i kodowania. Jest to podstawowy element LTE, będący rozwiniętą wersją tradycyjnej stacji bazowej stosowanej we wcześniejszych technologiach bezprzewodowych.

2. Rozwinięty rdzeń pakietu (EPC):

Składniki:
- The Evolved Packet Core to sieć rdzeniowa w LTE, składająca się z kilku kluczowych komponentów:
  - Podmiot zarządzający mobilnością (MME): Odpowiedzialny za śledzenie i zarządzanie mobilnością UE w sieci LTE, obsługę sygnalizacji związaną z mobilnością i zarządzanie sesją.
  - Serving Gateway (SGW): Zarządza routingiem i przesyłaniem danych w sieci LTE, służąc jako punkt zakotwiczenia dla płaszczyzny użytkownika podczas wydarzeń związanych z mobilnością.
  - Brama sieci danych pakietowych (PGW): Łączy się z zewnętrznymi sieciami danych pakietowych, takimi jak Internet, zarządza alokacją adresów IP i egzekwuje zasady.

3. Sprzęt użytkownika (UE):

Definicja:
- UE to urządzenia użytkowników końcowych, takie jak smartfony, tablety i inne urządzenia bezprzewodowe, które komunikują się z siecią LTE.
Funkcje:
- UE ustanawiają połączenia z eNodeB, przesyłają i odbierają dane oraz angażują się w procedury mobilności, takie jak przełączenia podczas przemieszczania się między różnymi komórkami w sieci LTE.

4. Widmo i kanały radiowe:

Pasma częstotliwości:
- LTE działa w różnych pasmach częstotliwości, w tym zarówno w pasmach Dupleks z Podziałem Częstotliwości (FDD), jak i Dupleks z Podziałem Czasu (TDD). Do komunikacji w łączu w górę i w dół przydzielane są różne pasma.
Kanały radiowe:
- LTE wykorzystuje do komunikacji określone kanały radiowe. Kanały te obejmują między innymi fizyczny kanał kontrolny łącza w górę (PUCCH), fizyczny kanał kontrolny łącza w dół (PDCCH) i fizyczny współdzielony kanał łącza w dół (PDSCH).

5. Koncepcja Nosiciela:

Definicja nośnika:
- LTE wprowadza koncepcję nośników, reprezentujących logiczne kanały komunikacji pomiędzy UE a siecią.
Typy nosicieli:
- Different służą różnym celom, w tym nośnikom domyślnym do dostępu do Internetu i nośnikom dedykowanym do określonych usług. Każdy nośnik jest powiązany z określonymi parametrami QoS.

6. MIMO (wiele wejść, wiele wyjść):

Wykorzystanie:
- LTE wykorzystuje technologię MIMO, dzięki czemu wiele anten zarówno w eNodeB, jak i UE zwiększa szybkość transmisji danych i pojemność systemu.
Multipleksowanie przestrzenne:
- MIMO umożliwia multipleksowanie przestrzenne, podczas którego przesyłanych jest jednocześnie wiele strumieni danych, poprawiając wydajność widmową i ogólną wydajność sieci.

7. X2 Interfejs:

Zamiar:
- Interfejs X2 ułatwia bezpośrednią komunikację pomiędzy sąsiadującymi eNodeB. Obsługuje takie funkcjonalności, jak przekazywanie między komórkami obsługiwanymi przez różne eNodeB, zwiększając efektywność zarządzania mobilnością.

8. Stos protokołów E-UTRAN:

Definicja:
- Do komunikacji poprzez interfejs radiowy używany jest stos protokołów E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network).
Warstwy:
- Obejmuje między innymi takie warstwy, jak warstwa fizyczna, warstwa kontroli dostępu do nośnika (MAC), warstwa kontroli łącza radiowego (RLC) i warstwa protokołu konwergencji danych pakietowych (PDCP).

9. Funkcjonalność związana z bezpieczeństwem:

Uwierzytelnianie i szyfrowanie:
- LTE zawiera solidne funkcje bezpieczeństwa, w tym mechanizmy uwierzytelniania i szyfrowania, aby zapewnić poufność i integralność danych użytkownika.
Algorytmy bezpieczeństwa:
- Algorytmy bezpieczeństwa, takie jak uwierzytelnianie i umowa klucza Evolved Packet System (EPS-AKA), są wykorzystywane do ustanawiania bezpiecznych połączeń między UE a siecią LTE.

10. Procedury przekazania:

Rodzaje przekazania:
- LTE obsługuje różne typy przełączeń, w tym przełączenia wewnątrzczęstotliwościowe, międzyczęstotliwościowe i oparte na X2. Procedury te zapewniają nieprzerwaną komunikację podczas przemieszczania się urządzeń UE w sieci.

11. Integracja IMS:

IMS (podsystem multimedialny IP):
- LTE integruje się z IMS, umożliwiając świadczenie usług multimedialnych w sieciach IP. IMS ułatwia świadczenie usług takich jak Voice over LTE (VoLTE) i połączenia wideo.

12. Ewolucja sieci do 5G (NR):

Kontynuacja koncepcji:
- W miarę ewolucji LTE do 5G (NR – New Radio) wiele podstawowych koncepcji, takich jak wykorzystanie nośników, MIMO i stosów protokołów, jest kontynuowanych. Jednak 5G wprowadza nowe funkcje, wyższe szybkości transmisji danych i ulepszone możliwości, aby sprostać zmieniającym się wymaganiom komunikacyjnym.

Wniosek:

Podstawowa architektura LTE obejmuje eNodeB, Evolved Packet Core i sprzęt użytkownika, współpracujące w celu zapewnienia szybkiej komunikacji bezprzewodowej. Dzięki funkcjom takim jak nośniki, MIMO i mechanizmy bezpieczeństwa, LTE stanowi podstawę ewolucji do 5G, zapewniając użytkownikom lepszą łączność i zaawansowane usługi.