Пилипенко А
Безжичните мрежи от четвърто поколение (4G) започнаха да се разработват през 2000 г., а от 2010 г. 4G мрежите бяха въведени в много страни по света. В съответствие с изискванията на Международния съюз по телекомуникации (ITU), 4G мрежите (International Mobile Telecommunications Advanced - IMT-Advanced) трябва да осигуряват скорост на трансфер на данни до 100 Mbps за високомобилни абонати (абонати, движещи се във влакове или автомобили) и до 1 Gbps за абонати с ниска мобилност (пешеходци и стационарни абонати) [1]. През 2010 г. ITU одобри технологиите LTE-Advanced (LTE Release 10) и WirelessMAN-Advanced (WiMAX Release 2 или IEEE 802.16m) като официални комуникационни стандарти от четвърто поколение [2]. Нека направим сравнителен анализ на стандартите LTE-Advanced (LTE-A) и WirelessMAN-Advanced (WiMAX-2) въз основа на следните технически характеристики на безжичните комуникационни мрежи, които определят тяхната ефективност и качество на предоставяните услуги [3 - 6]: - честотният диапазон, в който ITU препоръчва и разрешава от Държавната комисия по радиочестотите (SCRF) разполагането на безжична комуникационна мрежа; - максимална спектрална ефективност - съотношението на максималната скорост на предаване на информация към използваната честотна лента, измерено в битове / s / Hz и се определя за комуникационната линия от базовата станция до абоната (downlink - връзка надолу) и от абоната към базовата станция (uplink - uplink); - латентност на мрежата - времето за подготовка за предаване на информация по комуникационния канал, включително времето на преход на потребителското оборудване от режим на готовност към активен режим на пренос на данни (закъснение на контролната равнина - C-равнина) и времето, след което данните от потребителското оборудване ще пристигнат в базовата станция (закъснение на потребителската равнина - C-равнина); - продължителност на предаването– време за превключване на активна връзка от един канал към друг: а) в рамките на една и съща носеща честота (вътре в носещата), б) между две различни носители в една и съща честотна лента (между носители в лентата), в) между две различни носители, разположени в различни честотни ленти (между лентите). Трябва да се отбележи, че в допълнение към традиционната оценка на максималната спектрална ефективност в bit/s/Hz, има и други подходи за изчисляване на този показател. Например спектралната ефективност често се определя като съотношението на скоростта на предаване на данни на всички мрежови абонати в определена географска област (в клетка или на ръба на клетка) към използваната честотна лента [4]. Основните технически характеристики на комуникационните мрежи от четвърто поколение са показани в таблица 1, от която следва, че стандартите LTE-A и WiMAX-2 са практически еквивалентни в повечето параметри. Освен това и двата стандарта поддържат схемата MIMO с обратна връзка (затворен контур MIMO - CL-MIMO), използвайки която характеристиките на канала за разпространение на радиовълните се оценяват в приемника, след което информацията за характеристиките на канала се изпраща от приемника към предавателя. Това ви позволява да създавате оптимални модели на излъчване на многоелементни антени на предавателната и приемащата страна, така че пространствените канали да си пречат най-малко, което значително увеличава енергийния бюджет на връзката.
Таблица 1. Основни технически характеристики на 4G стандартите
Така технологиите LTE-A и WiMAX-2 теоретично позволяват сравнима скорост на трансфер на информация. От друга страна, разглежданите технологии имат някои разлики, представени по-долу. Основната структура на мрежата WiMax се основава на използването на три честотни канала итрисекторна клетъчна конфигурация. В този случай във всеки от секторите на мрежата WiMax се използва един от трите честотни канала (коефициентът на повторно използване на честотата е 3), което е показано на фиг. 1, а. [3, 7, 8]. Коефициентът на повторно използване на честотата за основната структура на LTE мрежата е 1, т.е. всички базови станции работят на един и същи носител. В този случай вътрешносистемните смущения се свеждат до минимум с помощта на гъвкав честотен план, един от които е показан на фиг. 1б. На потребителите в центъра на всяка клетка могат да бъдат разпределени ресурси от цялата честотна лента на канала (сива зона), като по този начин LTE технологията използва разпределения спектър по-ефективно от WiMAX. На потребителите в краищата на клетките се разпределят различни честотни блокове (обозначени със съответния цвят на фиг. 1, b), което позволява минимизиране на вътрешносистемните смущения.
Инфраструктурата на WiMAX мрежите е по-проста от тази на LTE мрежите и следователно е технически по-надеждна. От друга страна, LTE мрежите са съвместими с предишни поколения стандарти за клетъчна комуникация - GSM и UMTS. Например LTE мрежите могат да използват ресурсите на GSM и UMTS мрежите за пренос на глас, които са внедрени почти навсякъде в България [9]. Поради описаните по-горе предимства, LTE технологията в момента се използва от по-голямата част от телекомуникационните оператори за изграждане на 4G мрежи в България. Технологията WiMAX от своя страна не е широко разпространена в България. LTE мрежа, чиято структура е показана на фиг. 2 се състои от два основни компонента: мрежа за радио достъп (Evolution UMTS Terrestrial Radio Access Network - E-UTRAN) и основна мрежа (System Architecture Evolution - SAE).
Таблица 2. Характеристики на комуникационния канал на LTE мрежата