Гигантский рост объёмов мультимедийной информации вызвал высокий потребительский спрос на технологии мобильной связи четвёртого поколения (4G). Теперь с нею связаны большие ожидания. Стандарт 3GPP (3GPP — Консорциум по координации разработки стандартов для технологий мобильной передачи данных третьего поколения.) Long Term Evolution – LTE (LTE в переводе означает «долгосрочное развитие») возник как основной претендент на звание технологии 4G. Операторы мобильной связи только приступили к длительному процессу развёртывания и тестирования сетей LTE, а консорциум 3GPP опубликовал следующую версию спецификации LTE (релиз 10), известную как «усовершенствованный LTE» (LTE-Advanced). Благодаря значительному повышению производительности, в частности, пиковой скорости передачи данных до 1 Гбит/с, LTE-Advanced соответствует (а в чём-то даже превосходит) требованиям стандарта Международного союза электросвязи (МСЭ) для технологии радиосвязи четвёртого поколения IMT-Advanced.
В подготовленном консорциумом 3GPP анализе технической осуществимости технологии LTE-Advanced указывается, что существующие версии LTE (релизы 8 и 9) могут соответствовать большинству требований, установленных спецификациями МСЭ для технологий 4G, кроме спектральной эффективности и пиковой скорости передачи данных в восходящем канале (от абонента к станции). Эти требования были учтены при разработке релиза 10 LTE-Advanced, в котором благодаря возможности агрегации несущих обеспечивается более широкая полоса пропускания, а за счёт расширенного многостанционного доступа в восходящем канале и улучшенной системы передачи с множественными входом и выходом (усовершенствованная технология MIMO) достигается более высокая эффективность.
Уже сам релиз 8 LTE является передовой и достаточно сложной технологией с рядом  новых возможностей, в числе которых использование полосы пропускания нескольких каналов, различные схемы передачи данных для восходящего и нисходящего каналов, передача в режиме частотного (FDD) и временного (TDD) дуплекса, а также технологии использования нескольких антенн (MIMO). Спецификация LTE-Advanced значительно повышает планку производительности, в результате новые технологии должны будут сосуществовать и взаимодействовать друг с другом и с действующими системами 2G и 3G несколько ближайших лет. Таким образом, перед инженерами, которые занимаются разработкой, тестированием и внедрением технологии LTE-Advanced, возникнет множество достаточно сложных задач.

Возможности, обеспечиваемые новой технологией

Повышенные требования спецификации IMT-Advanced были учтены в релизе 10 3GPP. Кроме того, в нем были учтены дополнительные возможности LTE-Advanced:
– Агрегация несущих. Для достижения пиковой скорости передачи данных 1 Гбит/с LTE-Advanced поддерживает ширину полосы канала до 100 МГц, которая может быть сформирована путём объединения до пяти компонентных несущих по 20 МГц каждая. При этом допускается объединение как смежных, так и несмежных компонентных несущих. Простейший пример объединения показан на рисунке 1.

 

Рис. 1. Объединение смежных компонентных несущих

 

Предполагается, что агрегация несущих на уровне базовой станции большой сложности не представит. Основная проблема предвидится на уровне абонентского оборудования (смартфонов и других беспроводных устройств), которое должно будет контролировать одновременно несколько приёмопередатчиков. Одновременно работающие несмежные передатчики способствуют созданию очень сложной обстановки в эфире с точки зрения борьбы с паразитными откликами и самоблокировками. Требование одновременного приёма или передачи с обязательной поддержкой режима MIMO значительно усложнит разработку антенн.
– Расширенный множественный доступ в восходящем канале. В стандарте LTE восходящие каналы построены на основе технологии многостанционного доступа с частотным разделением и одной несущей (SC-FDMA), в которой реализовано распределение несущих по смежным блокам спектра, что ограничивает гибкость диспетчеризации. В LTE-Advanced используется кластерный SC-FDMA, обеспечивающий частотно-избирательную диспетчеризацию компонентных несущих для увеличения пропускной способности канала. Чтобы уменьшить время задержки, допускается совместная диспетчеризация физического восходящего канала управления (PUCCH) и физического восходящего общего канала (PUSCH). Кластерный SC-FDMA способствует увеличению значения отношения пикового и среднего уровней мощности (PAPR), что может привести к проблемам с линейностью передатчика. В свою очередь наличие сигналов нескольких несущих повышает вероятность генерации внутриканальных паразитных откликов и помех от соседнего канала.
– Усовершенствованная технология MIMO. С целью увеличения пиковой скорости передачи данных для одного пользователя и для соответствия требованиям по спектральной эффективности в LTE-Advanced предусмотрено до восьми передатчиков в нисходящем канале. При этом необходимо не менее восьми приёмников в абонентском оборудовании, что позволяет обеспечить в нисходящем канале пространственное мультиплексирование 8×8. Абонентское оборудование поддерживает до четырёх передатчиков, благодаря чему в восходящем канале осуществляется передача в режиме вплоть до 4×4, при условии что в базовой станции имеются четыре приёмника (см. рис. 2).

 

Рис. 2. Максимальное количество антенных портов и пространственных уровней в LTE-Advanced (релиз 10).

Технология MIMO позволяет увеличить количество антенн в системе, при этом антенны MIMO должны быть декоррелированы. Основной проблемой для разработчиков будет проектирование многополосных антенн MIMO с хорошими показателями декорреляции, способными функционировать в ограниченном объёме абонентского оборудования LTE-Advanced. Для прогнозирования фактических параметров излучения усовершенствованного терминала MIMO в условиях действующей сети требуются новые методы, поэтому консорциум 3GPP изучает способы беспроводного (эфирного) тестирования LTE-Advanced.
Для использования в последующих релизах 3GPP рассматриваются и другие усовершенствования, даже если они и не столь важны с точки зрения соответствия требованиям 4G:
– координированная многоточечная передача и приём (CoMP);
– ретрансляция;
– поддержка гетерогенных сетей;
– усовершенствование самоорганизующихся сетей (SON) LTE;
– повышение мобильности «домашних» базовых станций (HeNB);
оборудование на территории абонента (СРЕ) фиксированной беспроводной связи.

Развёртывание LTE-Advanced

Промышленные испытания уже доказали перспективность многих технических решений LTE-Advanced. Операторы беспроводной связи всерьёз заинтересованы в повышении скорости передачи данных и улучшении спектральной эффективности. Вместе с тем конкретные сроки развертывания систем LTE-Advanced предсказать достаточно сложно, они будут зависеть от потребностей промышленности и успеха реализации существующих релизов 8 и 9 LTE. Внедрение стандарта LTE-Advanced влечёт за собой значительное усложнение как всей системы, так и отдельных устройств, поэтому промышленности потребуется некоторое время, чтобы отреагировать на эти изменения.
Ожидается, что при использовании LTE-Advanced в полевых условиях главную проблему (помимо тех, которые уже имеются в LTE) будут представлять помехи и паразитные сигналы. В условиях сложной радиочастотной обстановки для мониторинга спектра и выявления источников помех особое значение приобретают высокопроизводительные портативные приборы, такие как РЧ-анализатор Agilent FieldFox и ручные анализаторы спектра серии N934xC (см. рис. 3).

 

Рис. 3. Портативный РЧ-анализатор помогает быстро выявлять источники помех в полевых условиях