Сети сотовой связи четвертого поколения (4 g )

Стандарты третьего поколения позволяют предоставить широкий перечень мультимедийных услуг и поддерживают скорости передачи данных до 14Мбит/сек. Это вполне соответствует запросам абонентов в настоящее время. Однако, объемы передаваемой информации в телекоммуникационных сетях растут с каждым днем. Чтобы удовлетворить потребности пользователей по скорости передачи данных и набору услуг хотя бы на 20 лет вперед необходим новый стандарт, уже четвертого поколения.

Работа над первым стандартом четвертого поколения - LTE (Long Term Evolution) началась в 2004 году организацией 3GPP. Главными требованиями, которые предъявлялись в процессе работы над стандартом были следующие:

· Скорость передачи данных выше 100 Мбит/сек.

· Высокий уровень безопасности системы

· Высокая энергоэффективность

· Низкие задержки в работе системы

· Совместимость со стандартами второго и третьего поколений

В конце 2009 года в Швеции была запущена в коммерческую эксплуатацию первая сеть стандарта LTE.

Сети LTE поддерживают скорости передачи данных до 326,4 Мбит/сек. К примеру, загрузка фильма в хорошем качестве займет менее одной минуты. Таким образом, верхняя планка по скорости передачи данных практически снимается.

Состояния мобильного терминала в сети LTE

Для обеспечения минимальных задержек передачи данных в сети LTE сетевая архитектура и протоколы претерпели значительные изменения. К примеру, количество транспортных каналовсокращено более чем в 2 раза. Существенное упрощение принципов построения сети повлекло и сокращение числа состояний, в которых может находиться мобильный терминал UE.

В сети доступа UTRAN телефонный аппарат может быть в 5 состояниях: CELL_DCH, CELL FACH, CELL_PCH, URA_PCH, IDLE. В зависимости от того установлено RRC-соединение или нет в сети E-UTRAN предусмотрено всего 2 состояния RRC_CONNECTED и RRC_IDLE. Рассмотрим их основные отличия.

Для RRC-IDLE:

· отсутствует RRC-соединение между UE и сетью LTE

· абонентский терминал контролирует информацию о сети по широковещательным состояниям

· UE осуществляет периодический мониторинг состояния эфира, считывает информацию соседних сот, осуществляет процедуру cell reselection (перевыбор соты)

· абонентский терминал слушает пейджинговые каналы для получения информации о входящих данных

· сеть не знает точного местоположения UE

Для RRC-CONNECTED:

· установлено RRC соединение между UE и сетью LTE

· используются выделенные или широковещательные каналы для передачи данных

· UE осуществляет периодический мониторинг состояния эфира, считывает информацию соседних сот, осуществляет процедуру хэндовера, контролируемого E-UTRAN

· сеть знает местоположение UE с точностью до соты.

· Кроме уменьшения возможных состояний UE в сети LTE также упрощены и процедуры перехода между ними.

Рассмотрим структуру сети LTE:

Рис.13. Структура сети стандарта LTE

Из схемы сети LTE, представленной выше, уже видно, что структура сети сильно отличается от сетей стандартов 2G и 3G. Существенные изменения претерпела и подсистема базовых станций, и подсистема коммутации. Была изменена технология передачи данных между оборудованием пользователя и базовой станцией. Также подверглись изменению и протоколы передачи данных между сетевыми элементами. Вся информация (голос, данные) передается в виде пакетов. Таким образом, уже нет разделения на части обрабатывающие либо только голосовую информацию, либо только пакетные данные.

Можно выделить следующие основные элементы сети стандарта LTE:

· Serving SAE Gateway или просто Serving Gateway (SGW) – обслуживающий шлюз сети LTE. Предназначен для обработки и маршрутизации пакетных данных поступающих из/в подсистему базовых станций. По сути, заменяет MSC, MGW и SGSN сети UMTS. SGW имеет прямое соединение с сетями второго и третьего поколений того же оператора, что упрощает передачу соединения в /из них по причинам ухудшения зоны покрытия, перегрузок и т.п.

· Public Data Network (PDN) SAE Gateway или просто PDN Gateway (PGW) – шлюз к/от сетей других операторов. Если информация (голос, данные) передаются из/в сети данного оператора, то они маршрутизируются именно через PGW.

· Mobility Management Entity (MME) – узел управления мобильностью. Предназначен для управления мобильностью абонетов сети LTE.

· Home Subscriber Server (HSS) – сервер абонентских данных. HSS представляет собой объединение VLR, HLR, AUC выполненных в одном устройстве.

· Policy and Charging Rules Function (PCRF) – узел выставления счетов абонентам за оказанные услуги связи.

Все перечисленные выше элементы относятся к системе коммутации сети LTE. В системе базовых станций остался лишь один знакомый нам элемент – базовая станция, которая получила название eNodeB. Этот элемент выполняет функции и базовой станции, и контроллера базовых станций сети LTE. За счет этого упрощается расширение сети, т.к. не требуется расширение емкости контроллеров или добавления новых.