Портал о современных технологиях мобильной и беспроводной связи
В данном справочном материале рассмотрены расшифровки основных англоязычных терминов по тематике «Мобильная связь». Описание и принцип работы отмеченных в таблице технологий приведен в книге «Мобильная связь на пути к 6G». Русскоязычные аббревиатуры и их расшифровки рассмотрены в материале по ссылке.
Система связи 3-го поколения
3rd Generation Partnership Project
Партнерский проект по разработке стандартов мобильной связи 3, 4 и 5-го поколений
Система связи 4-го поколения
Система связи 5-го поколения
5th Generation Non-Orthogonal Waveforms
Европейский проект по стандартизации обработки неортогональных сигналов для сетей 5G
Authentication, Authorization, Accounting
Система аутентификации, авторизации и тарификации
Active Antenna Systems
Активная антенная система
Almost Blank Subframe
Технология почти пустого субфрейма
Advanced Encryption Standard
Улучшенный стандарт шифрования
Assisted Global Navigation Satellite Systems
Cпутниковая система навигации, основанная на вспомогательных данных
Authentication and key agreement
Процедура аутентификации и соглашения о ключах
Adaptive Modulation Coding
Адаптивная модуляция и кодирование
Authentication Management Field
Поле управления аутентификацией
Adaptive Multi Rate
Адаптивное кодирование с переменной скоростью
Automatic Neighbor Relation
Автоматическое определение соседей
Угол прихода сигнала
Application Programming Interface
Интерфейс прикладного программирования
Название точки доступа
per APN Aggregate Maximum Bit Rate
Агрегированная максимальная скорость передачи для UE через точку доступа
Average Price per Minute
Средняя стоимость 1 минуты голосового трафика
Automatic Repeat reQuest
Автоматический запрос на повтор передачи
Allocation and Retention Priority
Приоритет распределения сетевых ресурсов
Average Monthly Revenue Per Data Services User
Выручка на одного пользователя мобильного интернета в месяц
Average revenue per user
Средняя выручка в расчете на одного абонента
Как определить местоположение по сетям сотовой связи (Cell ID)
Карта Участники OpenStreetMap
Существует множество способов определения местоположения, такие как спутниковая навигация (GPS), местоположение по беспроводным сетям WiFi и по сетям сотовой связи.
В данном посте мы попытались проверить, насколько хорошо работает технология определения местоположения по вышкам сотовой связи в городе Минске (при условии использования только открытых баз данных координат передатчиков GSM).
Принцип действия заключается в том, что сотовый телефон (или модуль сотовой связи) знает, каким приемопередатчиком базовой станции он обслуживается и имея базу данных координат передатчиков базовой станции можно приблизительно определить своё местоположение.
Как указано на странице Cell ID, открытых баз данных с координатами передатчиков сотовой связи не так уж и много. Например, это OpenCellID.org, содержащая 2 611 805 передатчиков (13042 из них в Беларуси) и openbmap.org, содержащая 695 294 передатчиков.
Ниже приведен скриншот с обозначенными передатчиками в западной части Минска. Как видно число базовых станций не равно нулю, что вселяет оптимизм и возможный положительный исход эксперимента.
Карта Участники OpenStreetMap
Теперь немного о том, что такое передатчик в понимании OpenCellID и каким образом наполняется база данных OpenCellID. Эта БД наполняется различными способами, наиболее простой — это установка на смартфон приложения, которое записывает координаты телефона и обслуживающую базовую станцию, а затем отсылает на сервер все измерения. На сервере OpenCellID происходит вычисление приблизительного местоположения базовой станции на основании большого числа измерений (см. рисунок ниже). Таким образом, координаты беспроводной сети вычисляются автоматически и являются очень приблизительными.
Карта Участники OpenStreetMap
Теперь перейдем к вопросу о том, как использовать эту базу данных. Есть два варианта: использовать сервис перевода Cell ID в координаты, который предоставляется сайтом OpenCellID.org, либо выполнять локальный поиск. В нашем случае локальный способ предпочтительней, т.к. мы собираемся проехать по 13-километровому маршруту, и работа через веб будет медленной и неэффективной. Соответственно нам необходимо скачать базу данных на ноутбук. Это можно сделать, скачав файл cell_towers.csv.gz c сайта downloads.opencellid.org.
База данных представляет собой таблицу в CSV-формате, описанном ниже:
Все сотовые модули поддерживают следующие команды: AT+CREG, AT+COPS (обслуживающая базовая станция), AT+CSQ (уровень сигнала от базовой станции). Некоторые модули позволяют узнать кроме обслуживающего передатчика также и соседние, т.е. выполнять мониторинг базовых станций с помощью команд AT^SMONC для Siemens и AT+CCINFO для Simcom. У меня в распоряжении был модуль SIMCom SIM5215Е.
Соответственно мы воспользовались командой AT+CCINFO, ее формат приведен ниже.
Мониторинг работает – можно ехать.
Маршрут пролег в западной части Минска по ул. Матусевича, пр. Пушкина, ул. Пономаренко, ул. Шаранговича, ул. Максима Горецкого, ул. Лобанка, ул. Кунцевщина, ул. Матусевича.
Карта Участники OpenStreetMap
Запись лога велась с интервалом в 1 секунду. Выполняя преобразование CellID в координаты, выяснилось что 6498 обращений к базе данных OpenCellID были результативными, а 3351 обращений не нашли соответствий в БД. Т.е. hit rate для Минска составляет примерно 66 %.
На рисунке ниже показаны все передатчики, которые встречались в логе и были в БД.
Карта Участники OpenStreetMap
На рисунке ниже показаны все обслуживающие передатчики, которые встречались в логе и были в базе данных. Т.е. подобный результат можно получить на любом сотовом модуле или телефоне.
Карта Участники OpenStreetMap
Как видим, в один из моментов нас обслуживал передатчик, находящийся за транспортной развязкой на пересечении ул. Притыцкого и МКАД. Скорее всего, это загородная базовая станция, обслуживающая абонентов на расстоянии в несколько километров, что ведет к значительным ошибкам в определении местоположения по Cell ID.
Поскольку наш SIMCom SIM5215Е в каждый момент времени показывает не только обслуживающий передатчик, но также соседние и уровни сигнала от них, то попробуем рассчитать координаты аппарата на основании всех данных, имеющихся в конкретный момент времени.
Расчет координат абонента будем выполнять как взвешенное среднее координат передатчиков:
Latitude = Sum (w[n] * Latitude[n] ) / Sum(w[n])
Longitude = Sum (w[n] * Longitude[n]) / Sum(w[n])
Как известно из теории распространения радиоволн, затухание радиосигнала в вакууме пропорционально квадрату расстояния от передатчика до приемника. Т.е. при удалении в 10 раз (например, с 1 км до 10 км) сигнал станет в 100 раз слабее, т.е. уменьшится на 20 дБ по мощности. Соответственно вес при каждом слагаемом определяется как:
w[n] = 10^(RSSI_in_dBm[n] / 20)
Здесь мы допустили, что мощность всех передатчиков одинаковая, это допущение ошибочно. Но ввиду отсутствия информации о мощности передатчика базовой станции приходится идти на заведомо грубые допущения.
В результате получаем более подробную картину местоположений.
Карта Участники OpenStreetMap
По итогу маршрут оказался неплохо прочерчен за исключением выброса в сторону развязки на МКАД, по ранее описанной причине. Кроме того, со временем база данных координат будет наполнятся, что также должно повысить точность и доступность технологии определения местоположения по Cell ID.
Спасибо за внимание. Вопросы и комментарии приветствуются.
LTE Краткое руководство
LTE означает Long Term Evolution, и он был начат как проект в 2004 году телекоммуникационным органом, известным как Проект партнерства третьего поколения (3GPP). SAE (эволюция системной архитектуры) является соответствующей эволюцией эволюции базовой сети GPRS / 3G. Термин LTE обычно используется для обозначения как LTE, так и SAE.
LTE возникла из более ранней системы 3GPP, известной как Универсальная система мобильной связи (UMTS), которая, в свою очередь, возникла из Глобальной системы мобильной связи (GSM). Даже связанные спецификации были формально известны как развитая наземная радиодоступ UMTS (E-UTRA) и развитая наземная сеть радиодоступа UMTS (E-UTRAN). Первая версия LTE была задокументирована в Выпуске 8 спецификаций 3GPP.
Стремительный рост использования мобильных данных и появление новых приложений, таких как MMOG (мультимедийные онлайн-игры), мобильное телевидение, Web 2.0, потоковое содержимое, побудили Проект партнерства третьего поколения (3GPP) работать над долгосрочной эволюцией (LTE). на пути к мобильной четвертого поколения.
Основная цель LTE — обеспечить высокую скорость передачи данных, низкую задержку и оптимизированную пакетную технологию радиодоступа, поддерживающую гибкое развертывание полосы пропускания. В то же время его сетевая архитектура была разработана с целью поддержки трафика с коммутацией пакетов с беспрепятственной мобильностью и отличным качеством обслуживания.
LTE Evolution
| Год | Событие |
|---|---|
| Март 2000 | Выпуск 99 — UMTS / WCDMA |
| Март 2002 | Rel 5 — HSDPA |
| Март 2005 | Rel 6 — HSUPA |
| Год 2007 | Rel 7 — DL MIMO, IMS (мультимедийная IP-подсистема) |
| Ноябрь 2004 | Начата работа над спецификацией LTE |
| Январь 2008 | Спецификация доработана и утверждена с выпуском 8 |
| 2010 | Целевое первое развертывание |
Факты о LTE
LTE — это технология-преемник не только UMTS, но и CDMA 2000.
LTE важен, потому что он обеспечит повышение производительности в 50 раз и намного лучшую спектральную эффективность для сотовых сетей.
LTE введен для получения более высоких скоростей передачи данных, пиковой нисходящей линии связи 300 Мбит / с и пиковой восходящей линии связи 75 Мбит / с. На несущей частоте 20 МГц скорость передачи данных свыше 300 Мбит / с может быть достигнута при очень хороших условиях сигнала.
LTE является идеальной технологией для поддержки высоких скоростей передачи данных для таких услуг, как передача голоса по IP (VOIP), потоковая передача мультимедиа, видеоконференции или даже высокоскоростной сотовый модем.
LTE использует как дуплекс с временным разделением (TDD), так и дуплекс с частотным разделением (FDD). В FDD восходящей линии связи и нисходящей линии связи используются разные частоты, в то время как в TDD и восходящая линия связи, и нисходящая линия связи используют одну и ту же несущую и разделены по времени.
LTE поддерживает гибкую полосу пропускания несущей от 1,4 МГц до 20 МГц, а также как FDD, так и TDD. LTE, спроектированный с масштабируемой полосой пропускания несущей от 1,4 МГц до 20 МГц, используемая ширина полосы которой зависит от полосы частот и объема спектра, доступного у оператора сети.
Все устройства LTE должны поддерживать передачи (MIMO) с несколькими входами и несколькими выходами, которые позволяют базовой станции одновременно передавать несколько потоков данных по одной несущей.
Все интерфейсы между сетевыми узлами в LTE теперь основаны на IP, включая транзитное соединение с базовыми радиостанциями. Это большое упрощение по сравнению с более ранними технологиями, которые первоначально основывались на каналах E1 / T1, ATM и Frame Relay, причем большинство из них были узкополосными и дорогими.
Механизм качества обслуживания (QoS) был стандартизирован на всех интерфейсах, чтобы гарантировать, что требование голосовых вызовов для постоянной задержки и пропускной способности, все еще может быть удовлетворено, когда пределы емкости достигнуты.
Работает с системами GSM / EDGE / UMTS, используя существующий спектр 2G и 3G и новый спектр. Поддерживает передачу и роуминг в существующие мобильные сети.
LTE — это технология-преемник не только UMTS, но и CDMA 2000.
LTE важен, потому что он обеспечит повышение производительности в 50 раз и намного лучшую спектральную эффективность для сотовых сетей.
LTE введен для получения более высоких скоростей передачи данных, пиковой нисходящей линии связи 300 Мбит / с и пиковой восходящей линии связи 75 Мбит / с. На несущей частоте 20 МГц скорость передачи данных свыше 300 Мбит / с может быть достигнута при очень хороших условиях сигнала.
LTE является идеальной технологией для поддержки высоких скоростей передачи данных для таких услуг, как передача голоса по IP (VOIP), потоковая передача мультимедиа, видеоконференции или даже высокоскоростной сотовый модем.
LTE использует как дуплекс с временным разделением (TDD), так и дуплекс с частотным разделением (FDD). В FDD восходящей линии связи и нисходящей линии связи используются разные частоты, в то время как в TDD и восходящая линия связи, и нисходящая линия связи используют одну и ту же несущую и разделены по времени.
LTE поддерживает гибкую полосу пропускания несущей от 1,4 МГц до 20 МГц, а также как FDD, так и TDD. LTE, спроектированный с масштабируемой полосой пропускания несущей от 1,4 МГц до 20 МГц, используемая ширина полосы которой зависит от полосы частот и объема спектра, доступного у оператора сети.
Все устройства LTE должны поддерживать передачи (MIMO) с несколькими входами и несколькими выходами, которые позволяют базовой станции одновременно передавать несколько потоков данных по одной несущей.
Все интерфейсы между сетевыми узлами в LTE теперь основаны на IP, включая транзитное соединение с базовыми радиостанциями. Это большое упрощение по сравнению с более ранними технологиями, которые первоначально основывались на каналах E1 / T1, ATM и Frame Relay, причем большинство из них были узкополосными и дорогими.
Механизм качества обслуживания (QoS) был стандартизирован на всех интерфейсах, чтобы гарантировать, что требование голосовых вызовов для постоянной задержки и пропускной способности, все еще может быть удовлетворено, когда пределы емкости достигнуты.
Работает с системами GSM / EDGE / UMTS, используя существующий спектр 2G и 3G и новый спектр. Поддерживает передачу и роуминг в существующие мобильные сети.
Преимущества LTE
Высокая пропускная способность: высокая скорость передачи данных может быть достигнута как в нисходящей линии связи, так и в восходящей линии связи. Это вызывает высокую пропускную способность.
Низкая задержка: время, необходимое для подключения к сети, находится в диапазоне нескольких сотен миллисекунд, и теперь состояния энергосбережения можно вводить и выходить очень быстро.
FDD и TDD на одной платформе: дуплекс с частотным разделением (FDD) и дуплекс с временным разделением (TDD), обе схемы могут использоваться на одной платформе.
Превосходное взаимодействие с конечным пользователем: Оптимизированная сигнализация для установления соединения и других процедур радиоинтерфейса и управления мобильностью еще больше улучшила взаимодействие с пользователем. Уменьшенная задержка (до 10 мс) для лучшего взаимодействия с пользователем.
Бесшовное соединение: LTE также будет поддерживать бесшовное соединение с существующими сетями, такими как GSM, CDMA и WCDMA.
Подключи и играй: пользователю не нужно вручную устанавливать драйверы для устройства. Вместо этого система автоматически распознает устройство, загружает новые драйверы для оборудования, если это необходимо, и начинает работать с вновь подключенным устройством.
Простая архитектура: из-за простой архитектуры низкие эксплуатационные расходы (OPEX).
Высокая пропускная способность: высокая скорость передачи данных может быть достигнута как в нисходящей линии связи, так и в восходящей линии связи. Это вызывает высокую пропускную способность.
Низкая задержка: время, необходимое для подключения к сети, находится в диапазоне нескольких сотен миллисекунд, и теперь состояния энергосбережения можно вводить и выходить очень быстро.
FDD и TDD на одной платформе: дуплекс с частотным разделением (FDD) и дуплекс с временным разделением (TDD), обе схемы могут использоваться на одной платформе.
Превосходное взаимодействие с конечным пользователем: Оптимизированная сигнализация для установления соединения и других процедур радиоинтерфейса и управления мобильностью еще больше улучшила взаимодействие с пользователем. Уменьшенная задержка (до 10 мс) для лучшего взаимодействия с пользователем.
Бесшовное соединение: LTE также будет поддерживать бесшовное соединение с существующими сетями, такими как GSM, CDMA и WCDMA.
Подключи и играй: пользователю не нужно вручную устанавливать драйверы для устройства. Вместо этого система автоматически распознает устройство, загружает новые драйверы для оборудования, если это необходимо, и начинает работать с вновь подключенным устройством.
Простая архитектура: из-за простой архитектуры низкие эксплуатационные расходы (OPEX).
LTE — QoS
Архитектура LTE поддерживает жесткий QoS с сквозным качеством обслуживания и гарантированной скоростью передачи битов (GBR) для радиоканалов. Например, как Ethernet и Интернет имеют различные типы QoS, например, различные уровни QoS могут применяться к трафику LTE для различных приложений. Поскольку LTE MAC полностью запланирован, QoS является естественным соответствием.
Каналы-носители Evolved Packet System (EPS) обеспечивают однозначное соответствие с однонаправленными радиоканалами RLC и обеспечивают поддержку шаблонов потока трафика (TFT). Существует четыре типа носителей EPS:
Ресурсы канала GBR, постоянно распределяемые посредством контроля доступа
Носитель без GBR без контроля доступа
Выделенный Носитель, связанный с определенным TFT (GBR или не-GBR)
Носитель по умолчанию, не GBR, универсальный для неназначенного трафика
Ресурсы канала GBR, постоянно распределяемые посредством контроля доступа
Носитель без GBR без контроля доступа
Выделенный Носитель, связанный с определенным TFT (GBR или не-GBR)
Носитель по умолчанию, не GBR, универсальный для неназначенного трафика
Основные параметры LTE
В этом разделе будут обобщены основные параметры LTE:
UL: QPSK, 16QAM, 64QAM (опционально)
DL: QPSK, 16QAM, 64QAM
UL: SC-FDMA (множественный доступ с частотным разделением с одной несущей) поддерживает 50 Мбит / с + (спектр 20 МГц)
DL: OFDM (множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов) поддерживает 100 Мбит / с + (спектр 20 МГц)
UL: многопользовательская совместная MIMO
DL: TxAA, пространственное мультиплексирование, CDD, массив 4×4 макс.
UL: 75 Мбит / с (полоса пропускания 20 МГц)
DL: 150 Мбит / с (UE категории 4, 2×2 MIMO, полоса пропускания 20 МГц)
DL: 300 Мбит / с (UE категории 5, 4×4 MIMO, полоса пропускания 20 МГц)
(Множественный вход, множественный выход)
DL: 2 x 2, 4 x 2, 4 x 4
UL: QPSK, 16QAM, 64QAM (опционально)
DL: QPSK, 16QAM, 64QAM
UL: SC-FDMA (множественный доступ с частотным разделением с одной несущей) поддерживает 50 Мбит / с + (спектр 20 МГц)
DL: OFDM (множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов) поддерживает 100 Мбит / с + (спектр 20 МГц)
UL: многопользовательская совместная MIMO
DL: TxAA, пространственное мультиплексирование, CDD, массив 4×4 макс.
UL: 75 Мбит / с (полоса пропускания 20 МГц)
DL: 150 Мбит / с (UE категории 4, 2×2 MIMO, полоса пропускания 20 МГц)
DL: 300 Мбит / с (UE категории 5, 4×4 MIMO, полоса пропускания 20 МГц)
(Множественный вход, множественный выход)
DL: 2 x 2, 4 x 2, 4 x 4
E-UTRA Рабочие группы
Ниже приведена таблица рабочих диапазонов E-UTRA, взятая из спецификации LTE 36.101 (v860), таблица 5.5.1:
Сетевая архитектура LTE
Сетевая архитектура высокого уровня LTE состоит из следующих трех основных компонентов:
Оборудование пользователя (UE).
Развитая наземная сеть радиодоступа UMTS (E-UTRAN).
Эволюционное пакетное ядро (EPC).
Оборудование пользователя (UE).
Развитая наземная сеть радиодоступа UMTS (E-UTRAN).
Эволюционное пакетное ядро (EPC).
Усовершенствованное пакетное ядро связывается с сетями пакетной передачи данных во внешнем мире, такими как Интернет, частные корпоративные сети или мультимедийная IP-подсистема. Интерфейсы между различными частями системы обозначены как Uu, S1 и SGi, как показано ниже:
Пользовательское оборудование (UE)
Внутренняя архитектура пользовательского оборудования для LTE идентична архитектуре, используемой UMTS и GSM, которая фактически является мобильным оборудованием (ME). Мобильное оборудование состояло из следующих важных модулей:
Мобильное завершение (MT) : это обрабатывает все функции связи.
Терминальное оборудование (TE) : завершает потоки данных.
Универсальная карта с интегральной микросхемой (UICC) : она также известна как SIM-карта для оборудования LTE. Он запускает приложение, известное как универсальный модуль идентификации абонента (USIM).
Мобильное завершение (MT) : это обрабатывает все функции связи.
Терминальное оборудование (TE) : завершает потоки данных.
Универсальная карта с интегральной микросхемой (UICC) : она также известна как SIM-карта для оборудования LTE. Он запускает приложение, известное как универсальный модуль идентификации абонента (USIM).
USIM хранит пользовательские данные, очень похожие на SIM-карту 3G. Здесь хранится информация о номере телефона пользователя, идентификаторе домашней сети, ключах безопасности и т. Д.
E-UTRAN (сеть доступа)
Архитектура развитой наземной сети радиодоступа UMTS (E-UTRAN) была проиллюстрирована ниже.
LTE Mobile связывается только с одной базовой станцией и одной сотой за раз, и eNB поддерживает следующие две основные функции:
ENB отправляет и принимает радиопередачи на все мобильные устройства, используя функции обработки аналогового и цифрового сигналов радиоинтерфейса LTE.
ENB управляет работой на всех своих мобильных устройствах низкого уровня, отправляя им сигнальные сообщения, такие как команды передачи обслуживания.
ENB отправляет и принимает радиопередачи на все мобильные устройства, используя функции обработки аналогового и цифрового сигналов радиоинтерфейса LTE.
ENB управляет работой на всех своих мобильных устройствах низкого уровня, отправляя им сигнальные сообщения, такие как команды передачи обслуживания.
Каждый eNB соединяется с EPC посредством интерфейса S1, и он также может быть подключен к соседним базовым станциям через интерфейс X2, который в основном используется для сигнализации и пересылки пакетов во время передачи обслуживания.
Домашний eNB (HeNB) — это базовая станция, которая была приобретена пользователем для обеспечения покрытия фемтосот внутри дома. Домашний eNB принадлежит к закрытой группе абонентов (CSG) и может быть доступен только с мобильных телефонов с USIM, который также принадлежит к закрытой группе абонентов.
Evolved Packet Core (EPC) (Базовая сеть)
Архитектура Evolved Packet Core (EPC) была проиллюстрирована ниже. Есть еще несколько компонентов, которые не показаны на диаграмме для простоты. Эти компоненты похожи на Систему предупреждения о землетрясениях и цунами (ETWS), Регистр идентификации оборудования (EIR) и Функцию управления политиками и правил зарядки (PCRF).
Ниже приводится краткое описание каждого из компонентов, показанных в приведенной выше архитектуре:
