“LTE هو مشروع بحثي من الجيل الجديد للأنظمة اللاسلكية بدأ بواسطة 3GPP في 2005. تعتمد تقنية LTE على تصميم الواجهة الهوائية استنادًا إلى تقنية OFDM ، والهدف هو بناء نظام وصول لاسلكي عالي السرعة وزمن وصول منخفض ومحسّن للحزم لتوفير معدل بيانات أعلى واستخدام الطيف.
“
1 نظرة عامة
LTE هو مشروع بحثي من الجيل الجديد للأنظمة اللاسلكية بدأ بواسطة 3GPP في 2005. تعتمد تقنية LTE على تصميم الواجهة الهوائية استنادًا إلى تقنية OFDM ، والهدف هو بناء نظام وصول لاسلكي عالي السرعة وزمن وصول منخفض ومحسّن للحزم لتوفير معدل بيانات أعلى واستخدام الطيف.
يتكون النظام بأكمله من الشبكة الأساسية (EPC) والشبكة اللاسلكية (E-UTRAN) ومعدات المستخدم (UE) ، كما هو موضح في الشكل أعلاه. من بينها ، EPC مسؤول عن جزء الشبكة الأساسية ؛ E-UTRAN (LTE) مسؤول عن جزء شبكة الوصول ، الذي يتكون من عقد eNodeB ؛ يشير UE إلى المعدات الطرفية للمستخدم. يدعم النظام وضعين مزدوجين من FDD و TDD ، ويحسن بنية شبكة UMTS التقليدية ، حيث تتضمن LTE فقط eNodeB ، لا RNC ؛ تم أيضًا تبسيط EPC بشكل كبير. هذا يجعل النظام بأكمله بالارض.
يعمل التصميم المسطح للنظام أيضًا على تبسيط الواجهة. يتم توصيل eNodeB و EPC من خلال الواجهة S1 ؛ ويتم توصيل eNodeBs من خلال الواجهة X2 ؛ ويتم توصيل eNodeB و UE من خلال واجهة Uu.
الشكل 1-1 بنية شبكة نظام LTE
2. عملية الطبقة المادية
تركز هذه المقالة على بعض العمليات الرئيسية للطبقة المادية للواجهة الهوائية LTE.
2.1 عملية الطبقة المادية للوصلة الهابطة
2.1.1 عملية البحث في الخلية
تستخدم تجهيزات المستعمل عملية البحث في الخلية لتحديد مزامنة الوصلة الهابطة للخلية والحصول عليها ، بحيث يمكنها قراءة معلومات البث الخلوي. يتم استخدام هذه العملية في كل من الوصول الأولي والتسليم.
لتبسيط عملية البحث في الخلية ، تحتل قناة التزامن دائمًا الحاملات الفرعية الوسطى البالغ عددها 63 من الطيف المتاح. وبغض النظر عن مقدار عرض النطاق الذي تخصصه الخلية ، فإن تجهيزات المستعمل تحتاج فقط إلى معالجة هذه الموجات الحاملة الفرعية البالغ عددها 63.
تُكمل تجهيزات المستعمل البحث في الخلية بالحصول على ثلاث إشارات مادية. الإشارات الثلاث هي إشارة P-SCH وإشارة S-SCH والإشارة المرجعية للوصلة الهابطة (دليلية).
تتكون قناة التزامن من إشارة P-SCH وإشارة S-SCH. يتم إرسال قناة المزامنة مرتين لكل إطار.
تحدد المواصفة 3 إشارات P-SCH باستخدام تسلسل Zadoff-Chu لمجال التردد بطول 62. تتوافق كل إشارة P-SCH مع هوية خلية طبقة مادية في مجموعة هوية خلية الطبقة المادية. هناك 168 مجموعة من إشارات S-SCH تتوافق مع 168 مجموعة هوية لخلية الطبقة المادية.
بعد الحصول على إشارات P-SCH و S-SCH ، يمكن لتجهيزات المستعمل تحديد هوية الخلية الحالية.
تُستخدم الإشارات المرجعية للوصلة الهابطة لمزيد من الدقة في مزامنة الوقت والتردد.
بعد الانتهاء من البحث في الخلية ، يمكن أن تحصل تجهيزات المستعمل على مزامنة الوقت / التردد ، وتحديد هوية الخلية ، واكتشاف طول CP.
الشكل 2.1.1-1 عملية البحث في الخلية
2.1.2 التحكم في طاقة الوصلة الهابطة
ينطبق التحكم في قدرة الوصلة الهابطة على قناة البيانات (PDSCH) وقنوات التحكم (PBCH و PDCCH و PCFICH و PHICH).
يقرر eNodeB قدرة إرسال الوصلة الهابطة لكل وحدة موارد. بالنسبة لقناة البيانات (PDSCH) تكون الطريقة كما يلي:
2.1.2.1 قيود eNodeBRNTP
يدعم النظام تنسيق قدرة الوصلة الهابطة من خلال تعريف “RNTP (RelativeNarrowbandTXPower)” ، والذي يتم تبادله بين المحطات الأساسية من خلال السطح البيني X2.
يحدد RNTPtreshold عتبة ، ويشير RNTP (nPRB) في شكل صورة نقطية إلى ما إذا كانت طاقة الإرسال التي سيتم استخدامها من قبل كل PRB تتجاوز العتبة. يتم تحديد RNTP (nPRB) من خلال:
عدد nPRBPRBs
EA: قدرة إرسال البيانات الحاملة الفرعية في رموز OFDM التي لا تحتوي على رموز مرجعية
EB: قدرة إرسال الموجة الحاملة الفرعية للبيانات في رمز OFDM الذي يحتوي على الرمز المرجعي
2.1.3 الطبقة المادية C الترحيل
يُستخدم الترحيل لإجراءات إعداد المكالمة التي تبدأ من الشبكة. يمكن أن تسمح عملية الترحيل الفعالة بأن تكون تجهيزات المستعمل في حالة سكون معظم الوقت ، وأن تستيقظ فقط في وقت محدد مسبقًا لمراقبة معلومات الترحيل الخاصة بالشبكة.
في WCDMA ، تراقب تجهيزات المستعمل قناة مؤشر استدعاء الطبقة المادية (PICH) في وقت محدد مسبقًا ، وتشير هذه القناة إلى ما إذا كانت تجهيزات المستعمل ستستقبل معلومات الترحيل. نظرًا لأن مدة معلومات مؤشر الاستدعاء أقصر بكثير من مدة معلومات الاستدعاء ، فإن هذه الطريقة يمكن أن تطيل وقت سكون تجهيزات المستعمل.
يعتمد الترحيل في LTE على PDCCH. تراقب UE PDCCH في وقت محدد مسبقًا وفقًا لدورة DRX محددة. نظرًا لأن وقت إرسال PDCCH قصير جدًا ، فإن الطاقة الموفرة عن طريق إدخال PICH محدودة للغاية ، لذلك لا يتم استخدام قناة مؤشر ترحيل الطبقة المادية في LTE.
إذا اكتشفت هوية مجموعة الاستدعاء الخاصة بها على PDCCH ، فستقوم تجهيزات المستعمل بتفسير PDSCH وتنقل البيانات المشفرة إلى طبقة MAC عبر قناة نقل الاستدعاء (PCH). وترد هوية تجهيزات المستعمل التي يجري ترحيلها في فدرة نقل PCH. سوف تتجاهل UEs التي لا تجد هويتها الخاصة على PCH هذه المعلومات وتذهب إلى وضع السكون وفقًا لدورة DRX.
2.2 عملية الطبقة المادية المنبع
2.2.1 إجراء الوصول العشوائي
يتضمن إجراء الوصول العشوائي للطبقة 1 إرسال تمهيد الوصول العشوائي واستجابة الوصول العشوائي. لا تنتمي باقي الرسائل إلى إجراء الوصول العشوائي للطبقة الأولى.
2.2.1.1 إجراء الوصول العشوائي غير المتزامن المادي
يتضمن إجراء الوصول العشوائي للطبقة 1 الخطوات التالية:
1. يؤدي طلب إرسال التمهيد عالي المستوى إلى بدء عملية الوصول العشوائي L1 ؛
2. مؤشر التمهيد المطلوب للنفاذ العشوائي ، واستقبلت التمهيد المستهدف الطاقة (PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER) ، وموارد RA-RNTI و PRACH المقابلة تُشار إليها بواسطة الطبقة العليا كجزء من الطلب ؛
3. يتم حساب قوة الإرسال التمهيدية PPRACH بالصيغة التالية:
4. تستخدم تجهيزات المستعمل الفهرس التمهيدي للاختيار العشوائي لتسلسل التمهيد في مجموعة تسلسل التمهيد ؛
5. يرسل UE تسلسل التمهيد المحدد مع Power PPRACH على PRACH المعين ؛
6. تحاول تجهيزات المستعمل الكشف عن PDCCH باستخدام RA-RNTI ضمن نافذة القبول التي تحددها الطبقات العليا. إذا تم الكشف عنها ، يتم إرسال فدرة نقل PDSCH المقابلة إلى طبقات أعلى. تفسر الطبقات العليا كتلة النقل وتستخدم 20 بت UL-SCHgrant للإشارة إلى الطبقة المادية.
2.2.1.2 منحة استجابة الوصول العشوائي
تستخدم الطبقات العليا منحة UL-SCH 20 بت للإشارة إلى الطبقة المادية ، والتي تسمى منحة استجابة الوصول العشوائي للطبقة المادية. تتضمن محتويات UL-SCHgrant 20 بت ما يلي:
-تحديد قفز التردد C1bit
– حجم ثابت تعيين RB C10bits
– MCSC4bits مقطوعة
-PUSCH TPC الأمر C3bits
تأخير UL C1bit
-CQI طلب C1bit
2.2.2 الإبلاغ عن CQI / PMI / RI
يتم التحكم في موارد التردد الزمني التي تستخدمها UE للإبلاغ عن CQI (ChannelQualityIndication) و PMI (PrecodingMatrixIndicator) و RI (RankIndication) بواسطة eNB. هناك نوعان من طرق الإبلاغ: دورية وغير دورية. قد يستخدم UE PUCCH لإعداد التقارير الدورية و PUSCH لإعداد التقارير غير الدورية.
الحد الأدنى لوحدة الحساب والتغذية الراجعة لـ CQI أو PMI هو نطاق فرعي (حوالي 2 إلى 8 RBs ، إذا كان عرض نطاق النظام أقل من 8 RBs ، فلا يوجد نطاق فرعي محدد) ، انظر الجدول 1-2.2-1.
الجدول 2-2-2-1: الحجم الفرعي (k) مقابل عرض النطاق الترددي للنظام (onPUSCH)
ينقسم حساب CQI والإبلاغ عنه إلى ثلاثة أنواع: النطاق العريض CQI و UE المحدد (النطاق الفرعي CQI) و Highlayer المكون (النطاق الفرعي CQI). تختار محطة القاعدة MCS لإرسال البيانات وفقًا لـ CQI وخوارزمية التنبؤ التي يغذيها المطراف ، انظر الجدول 2.2.2.-2.
بالنسبة لتعدد الإرسال المكاني ، تحتاج تجهيزات المستعمل إلى تحديد قيمة RI تقابل عدد طبقات الإرسال الفعالة. لتنوع الإرسال ، RI يساوي واحد.
الجدول 2.2.2-2: 4 بت CQITable
2.2.3 التحكم في طاقة الوصلة الصاعدة
يستخدم التحكم في طاقة الوصلة الصاعدة للتحكم في قدرة الإرسال للقنوات المادية المختلفة للوصلة الصاعدة. تشمل هذه القنوات المادية القناة المشتركة المادية للصعود (PUSCH) وقناة التحكم في الوصلة الصاعدة المادية (PUCCH) والرموز المرجعية الصوتية.
2.2.3.1 قناة مشتركة للوصلة الصاعدة المادية
يتم تحديد قدرة الإرسال للقناة المشتركة للوصلة الصاعدة المادية PUSCH في الإطار الفرعي i بالصيغة التالية:
2.2.3.2 قناة التحكم المادية في الوصلة الصاعدة
يتم تحديد قدرة الإرسال لقناة التحكم المادية للوصلة الصاعدة PUCCH في الإطار الفرعي i بالمعادلة التالية:
2.2.4 قفز تردد UEPUSCH
إذا كان الحقل FH في PDCCH (تنسيق DCI 0) مضبوطًا على 1 ، فسيقوم UE بقفزات تردد PUSCH.
تعني قفزات التردد PUSCH أن الموارد المادية المستخدمة لإرسال الوصلة الصاعدة في فترتين زمنيتين في إطار فرعي لا تشغل نفس نطاق التردد.
يحتاج تجهيزات المستعمل التي تقوم بقفزات تردد PUSCH إلى تحديد تخصيص موارد PUSCH للفتحة الزمنية الأولى من رتلها الفرعي ، والتي تتضمن رقم دليل PRB.
عند إغلاق PUSCHhopping للوصلة الصاعدة ، أو عند تنفيذ التنقل عبر ULgrant ، يكون رقم فهرس PUSCHPRB مساويًا لرقم الفهرس المخصص في ULgrant ؛
عند تمكين ربط الوصلة الصاعدة ، يتم تحديد رقم فهرس PUSCHPRB بشكل مشترك من خلال رقم الفهرس المخصص في ULgrant ونمط التنقل المحدد مسبقًا المرتبط بـ cellID.
2.3 الجدولة شبه المستمرة
توفر الجدولة الديناميكية في LTE مرونة كبيرة ولكنها تولد أيضًا حمولة إشارات عالية. بالنسبة للخدمات ذات السرعة المنخفضة العادية نسبيًا ، يمكن ملاحظة الحمل الزائد للإشارة بشكل خاص. من أجل تقليل حمل التشوير لهذه الخدمات ، تحدد 3GPP مفهومًا جديدًا: الجدولة شبه المستمرة. تتمثل فكرة مفهوم الجدولة هذا في تخصيص الموارد لفترة زمنية أطول للخدمات العادية منخفضة السرعة (مثل VoIP) دون تخصيص ديناميكي لكل إرسال لتوفير النفقات العامة للإشارة. تستخدم جميع عمليات إعادة إرسال HARQ جدولة ديناميكية. يوضح الشكل 2-3-1 مفهوم الجدولة شبه الدائمة وإعادة إرسال HARQ.
تسمح مواصفات الوصلة الهابطة بالجدولة شبه الدائمة بناءً على الكشف الأعمى ، أي التكوين المسبق لعدد قليل من التنسيقات (مجموعات من التشفير والتشكيل والموارد المادية) مسبقًا ، ويمكن استخدام أي تنسيق مُعد مسبقًا في الإطارات الفرعية المكونة. يحتاج تجهيزات المستعمل إلى إجراء كشف أعمى لتحديد النسق المُكوَّن مسبقًا المستخدم في الرتل الفرعي. لكن مواصفات اتجاه المنبع تسمح فقط بتنسيق واحد ، أي أن الكشف الأعمى غير مسموح به.