Лекция 1. 4G LTE. Архитектура сетей. Категории абонентских устройств UE. 3GPP. Требования к сетям 4G

• LTE расшифровывается как Long Term Evolution, долгосрочная эволюция систем мобильной связи.  

• Первая коммерческая сеть LTE была запущена в Швеции в 2009 году компанией Ericsson.  

• Спецификации на технологию LTE появились в 2008 году.  

• Организация 3GPP занимается стандартизацией технологий мобильной связи.  

• Первый релиз спецификаций для LTE вышел в 2008 году.  

• 3GPP выпускает обновления спецификаций ежегодно.  

• 3GPP была создана в 1998 году для стандартизации технологий 3G.  

• Организация продолжает разрабатывать новые поколения технологий, включая LTE и 5G.  

• Спецификации LTE сгруппированы в серии, начинающиеся с 36.  

• Примеры спецификаций: 36.211 для физического уровня, 236 для MAC-уровня и т.д.  

• Примеры спецификаций можно найти на портале 3GPP.org.  

• Первые коммерческие сети LTE появятся в 2009 году, полноценное развертывание в 2010 году.  

• Спецификации описывают структуру кадров, физические каналы и модуляцию.  

• Обновления спецификаций включают новые решения и дополнения.  

• Текущие спецификации LTE включают более 20 документов.  

• Каждый документ содержит сотни или тысячи страниц текста.  

• В 2000-х годах начали появляться смартфоны с большими экранами и высокими требованиями к скорости передачи данных.  

• Сети 3G не могли обеспечить достаточную скорость передачи данных.  

• Международный союз электросвязи сформулировал требования к сетям 4G.  

• Цель: достичь скорости передачи данных в 1 Гбит/с и уменьшить задержку до 10-20 мс.  

• LTE важен для геймеров и других приложений, требующих малых задержек.  

• В будущем LTE будет использоваться для интернета вещей и беспилотного транспорта.  

• Малые задержки важны для управления беспилотниками.  

• Необходимо радикально изменить архитектуру и протоколы для достижения 10-20 миллисекунд.  

• Важно учитывать различные режимы доплексирования и полосы частот у операторов.  

• Технология LTE должна быть гибкой и масштабируемой.  

• LTE может работать в полосах частот от 1.4 до 20 МГц.  

• Возможность дуплекса и частотного рефарминга для перераспределения спектра.  

• Переход от иерархической архитектуры к плоской.  

• Использование IP-протоколов для пакетного трафика.  

• Оптимизация сети для пакетного трафика с малыми задержками.  

• Новые технологии физического уровня, такие как Single Carrier и MIMO.  

• Высокопозиционные кодово-модуляционные схемы для увеличения скоростей передачи данных.  

• Плоская архитектура LTE ориентирована на пакетный трафик.  

• Сравнение с иерархической архитектурой сетей предыдущих поколений.  

• Минимизация задержек и улучшение обработки трафика.  

• Архитектура LTE в релизе 6.0.  

• Трафик идет напрямую на внешние узлы, минуя управляющие элементы.  

• Объединение функций базовых станций и контроллеров в одной системе.  

• Пакетное ядро на основе IP-протоколов.  

• Возможность интеграции с другими технологиями, такими как Wi-Fi и LTE.  

• Функция "IP-якорь" для взаимодействия с внешними сетями.  

• Возможность локального роутинга для минимизации задержек.  

• Развертывание VPN-сетей для повышения надежности передачи данных.  

• Архитектура состоит из двух ключевых компонентов: эволюционировавшая наземная сеть и радиоподсистема.  

• Радиоподсистема включает базовые станции и интерфейсы для передачи данных и управления.  

• Пользовательские терминалы подключаются к базовым станциям через радиоинтерфейс.  

• Трафик с базовых станций направляется в пакетное ядро.  

• Интерфейс между ядром и радиоподсистемой называется S1.  

• Интерфейс S5 используется для передачи трафика внутри сети, а S8 — для роуминга.  

• MME управляет аутентификацией, аккаунтингом и маршрутами.  

• Интерфейс S11 используется для взаимодействия с серверами и базовыми станциями.  

• MME имеет доступ к базе данных домашних абонентов HSM.  

• Динамическое распределение ресурсов радиоинтерфейса.  

• Бродкастинг системной информации.  

• Управление мощностью и хэндовер абонентов.  

• Перебалансировка нагрузки и шифрование радиоинтерфейса.  

• Хранит данные пользователей, включая ключи аутентификации и местоположение.  

• Поддерживает контекст-хранилище пользовательских данных.  

• Хранит информацию о подписке и качестве обслуживания.  

• Управляет конфигурацией соединений и взаимодействует с другими MME.  

• Общается с базовыми станциями и пользователями через S1.  

• Обеспечивает безопасность и авторизацию пользователей.  

• MME взаимодействует с сетями 2G и 3G через интерфейсы.  

• Обеспечивает сигнальные сообщения и безопасность.  

• Контексты пользователей передаются по мере необходимости.  

• ММИ инициирует вызов пользователя через пейджинг.  

• Пейджинговые сообщения отслеживаются и передаются на базовую станцию.  

• Роуминг контрол и лоуфул интерсепшн обеспечивают перехват сигнального трафика.  

• Сервинги ТВ перебрасывает трафик локально внутри сети LTE.  

• Интерфейс CSGS обеспечивает взаимодействие с 3GPP технологиями.  

• Трафик может быть переброшен напрямую на радио нет контроллер.  

• Трафик буферизируется до момента, когда пользователь будет прозвонен.  

• Лоуфул интерсепшн позволяет перехватывать трафик.  

• Дополнительные функции включают создание туннелей и участие в чарджинге.  

• Дейта-шлюз выделяет IP-адреса и назначает их пользователям.  

• Чарджинг и лоуфул интерсепшн происходят через дейта-шлюз.  

• Дейта-шлюз поддерживает внешние 3GPP технологии и выполняет функции пакетного фильтра.  

• В польс чарджи ру факшн писи рф управляет политиками и чарджингом.  

• Спецификации 3GPP описывают архитектуру и интерфейсы сети LTE.  

• Пользовательское оборудование делится на категории в зависимости от их способностей.  

• До релиза 11 существовало общее название для всех абонентских терминалов.  

• С релиза 12 категории делятся на даун-линковские и алинковские.  

• Категории отличаются параметрами обработки сигнала и скоростью передачи данных.  

• Категории 1-5 различаются по количеству обрабатываемых бит в секунду.  

• Категории 1 и 2 поддерживают один поток, категории 3-5 — два потока.  

• Категории 6-8 поддерживают до четырех потоков и обеспечивают высокие скорости передачи данных.  

• В релизе 10 добавлены категории 6-8 с высокими скоростями передачи данных.  

• В релизе 11 добавлены категории 9-12, включая категорию 12 с скоростью до 600 Мбит/с.  

• LTE поддерживает до 600 Мбит/с в нисходящем канале и 100 Мбит/с в восходящем.  

• Категории 11 и 12 поддерживают КАМ-256, а категории 5 и 8 - КАМ-64.  

• LTE-A поддерживает КАМ-16, а другие категории - только КАМ-16.  

• С 12-го релиза появились отдельные категории для нисходящего и восходящего каналов.  

• Новые категории включают M1, M2, 0, 1B и другие для устройств IoT.  

• Эти категории предназначены для маломощных устройств, которые не требуют высокой скорости.  

• Устройства после 12-го релиза могут поддерживать комбинации категорий.  

• Пример: устройство может тестировать категории 15 для нисходящего и 19 для восходящего каналов.  

• Для проверки категорий устройств можно использовать сайт SheaTech.  

• Базовая станция должна понимать категорию устройства для корректного распределения ресурсов.  

• Устройства отправляют сообщения при установлении соединения, чтобы сообщить свою категорию.  

• Пример сообщения из спецификации 36331 описывает поля, включая категорию устройства.  

• Пример смартфона Xiaomi Mi Note показывает его категорию и скорости.  

• Чипсет Qualcomm Snapdragon 730 используется для обработки данных.  

• Для первого раза этого достаточно, продолжение на следующем занятии.