Потенциальная коммерциализация полос U-NII с частотой 5 ГГц с нелицензируемыми технологиями LTE вызвала серьезные споры во всей беспроводной индустрии и за ее пределами. В данной статье будет рассмотрено текущее состояние исследований способности нелицензированных технологий LTE сосуществовать совместно с существующими реализациями Wi-Fi и обсудить некоторые из связанных с этим последствий.
Ключевые слова: LTE-U, нелицензированный спектр, Wi-Fi, LTE, LAA.
В бесконечном стремлении к большей пропускной способности одним из последних подходов, предпринимаемых телекоммуникационной отраслью, является использование радиолинии Unlicensed National Information Infrastructure (U-NII) как способ увеличить доступную пропускную способность для своих пользователей. К сожалению, есть уже довольно много пользователей в этой полосе распространения в диапазоне 5.150–5.825 ГГц, используемой для 802.11a/n/ac передачи Wi-Fi. Это привело к значительному количеству споров по мотивам и правам и честной игре в практически открытой песочнице нелицензионного спектра.
В декабре 2013 года Qualcomm опубликовала технический документ [1], в котором описывается, как последние обновления LTE Advanced (LTE-A), которые добавили концепцию объединения несущих (CA) на LTE, могут использоваться для расширения LTE-A в нелицензированный спектр. Поскольку начальные реализации CA касаются увеличения полосы пропускания по нисходящей линии связи, несущие могут легко реализовать один или несколько несущих вторичных компонент нисходящей линии связи (SCC) с каналами шириной 20 МГц в нелицензированной полосе частот, чтобы обеспечить значительное увеличение полосы пропускания в их сети с помощью локализованной малой ячейки развертывания. В дополнение к этому режиму Supplemental Downlink (SDL) [2–4] они также описывают, как можно использовать режим TDD для обеспечения как полосы пропускания нисходящей линии связи, так и полосы восходящей линии связи, как и лицензионный сетевой диапазон TD-LTE. С TD-LTE сумма нисходящего канала по сравнению с восходящей пропускной способностью, обеспеченной в нелицензированном спектре, могла быть легко скорректирована, чтобы удовлетворить независимо от того, что условия требования существовали в сети.
Далее в документе рассматривается тема сосуществования с Wi-Fi и описаны различные функции, которые могут быть использованы для обеспечения того, чтобы LTE мог быть хорошим соседом по Wi-Fi в том же спектре. Они излагают ряд концептуальных гарантий для разведения более 20 каналов 20 МГц, доступных в полосе U-NII с частотой 5 ГГц. Первая концепция заключается в том, чтобы сеть LTE прослушивала каналы с самым низким уровнем шума и использовала их в первую очередь. Это в дополнение к обязательным нормативным требованиям для динамического выбора частоты (DFS) и управления мощностью передачи (TPC). Qualcomm быстро указывает, что, поскольку все сигналы управления поддерживаются в лицензированном диапазоне, для нелицензионного спектра не требуется никакого трафика, кроме случаев, когда есть активные пользователи, которым требуется дополнительная пропускная способность. Используя управляемую архитектуру, которая использует только участки спектра, находящиеся далеко от занимаемой полосы пропускания, могут быть уменьшены помехи между соседними каналами между различными технологиями.
Ряд технических документов, некоторые с фактическими данными, показали как феноменальную производительность LTE-U, так и способствовали сосуществованию с Wi-Fi, в то время как другие утверждали, что любая такая попытка эффективно разрушает способность Wi-Fi работать в полосе U-NII. К сожалению, этим усилиям мешает нехватка реального эксплуатационного оборудования LTE-U, и поэтому они часто основаны на несигнальных реализациях, которые могут не отражать реального результата возможной реализации.
Форум LTE-U сосредоточился на технических требованиях для сценариев объединения, несущих дополнительного нисходящего канала. Однако основной интерес представляет их технический отчет [5], который документирует с февраля 2015 года. Рассмотренные сценарии охватывают шесть вариантов использования, основанных на одном канале в одном из трех основных диапазонов LTE (2, 4 и 13), объединенном в одном нелицензированном поддиапазоне с одним или двумя внутриполосными вторичными компонентами несущих в один нелицензированный поддиапазон. Сценарии далее подразделяются между использованием поддиапазона U-NII-1 (5150–5250 МГц) или U-NII-3 (5725–5850 МГц) для SCC, которые они обозначили как полосы LTE 252 и 255 соответственно. (Номера диапазона 253 и 254 зарезервированы для полосы U-NII-2 (5250–57825 МГц) для будущего использования.). В зависимости от доступной полосы пропускания для лицензированного основного компонента несущей (PCC), которая обычно составляет 5–10 МГц, эти сценарии LTE-U увеличивают доступную пропускную способность одного пользователя в 2–9 раз по сравнению с одноканальным лицензированным спектром, доступным от оператора.
Основной сценарий в нелицензированной полосе включал две соседние несущие 20 МГц для LTE-U и одну несущую 40 МГц для Wi-Fi, работающие в одном правиле FCC предельные уровни мощности для моделей потерь на внутренних и наружных трассах. Трафик Wi-Fi поддерживался как нисходящий канал только с ACK-трафиком только по восходящей линии связи. Это эмулирует потоковое видео или другой трафик нисходящей линии связи, который может быть выгружен несущей для LTE-U SDL, но не может представлять собой более общий двунаправленный трафик случайного пользователя Wi-Fi в игровом или другом сценарии случайного использования. Тем не менее, в качестве меры необработанной передачи данных по ссылке это обеспечило бы разумную метрику. Базовые настройки Wi-Fi были основаны на обязательных функциях 802.11ac, с 2x2 однопользовательским MIMO. Интерференция была смоделирована путем оценки эффективного отношения сигнал / помеха плюс шум (SINR), определяемого путем разделения передач на 72 мс слотов, оценки SINR для каждого временного интервала, а затем определения наихудшего SINR-слота для Wi-Fi и среднего SINR-интервала для LTE-U.
Был оценен ряд показателей эффективности, начиная с пропускной способности пользователя, определяемой как скорость передачи данных за время от прибытия пакета до доставки, скорость обмена пакетами или ожидаемая пропускная способность. Другие показатели нижнего уровня на нелицензированном уровне включали SINR, загрузку, использование ресурсов и перегрузку. Были оценены четыре набора наружных сценариев (всего 14), классифицированных как низкая плотность, высокая плотность и очень высокая плотность, между двумя операторами и три случая оператора.
В отчете перечислены три механизма, которые могут быть использованы для обеспечения того, чтобы LTE был «хорошим соседом» в нелицензированных диапазонах без изменения существующего стандарта LTE Release 10–12 PHY / MAC. Первый — это просто выбор канала для работы на незанятой полосе. Регулярно контролируя канал, при необходимости можно перейти к более подходящей конфигурации. Если нет чистого канала, алгоритм прерывистой передачи (DTX) вторичной ячейки (SCell) может использоваться для применения адаптивной или статической передачи TDM к небольшим ячейкам LTE-U на основе от десятков до сотен миллисекунд зондирования несущей, совместного использования Wi-Fi. Это предназначено для обеспечения того, что даже при очень плотном развертывании узлы LTE-U совместно используют канал с соседними точками доступа Wi-Fi. Третий метод, называемый «Opportunistic SCell Switch-OFF», — это просто не использовать нелицензированную полосу, когда нет необходимости в этом.
Все тестовые сценарии сравнивали, по существу, одинаковые четыре комбинации сетей при разных конфигурациях сети и плотности. Базовой линией была двойная сеть Wi-Fi, которую затем сравнивали с сетью LTE и сетью Wi-Fi без механизмов сосуществования, одна с сетью LTE-U и сетью Wi-Fi, и, наконец, одна с двумя сетями LTE-U в тот же спектр. Первый полностью ожидаемый вывод состоит в том, что, когда LTE развернут в нелицензированном спектре без какого-либо механизма сосуществования, сигнал LTE вызывает значительное снижение производительности на существующем Wi-Fi. При развертывании LTE-U с Wi-Fi он действует как сопоставимый или даже несколько лучший сосед, чем при другом развертывании Wi-Fi, что приводит к небольшому увеличению максимальной пропускной способности Wi-Fi. В то же время большая спектральная эффективность LTE приводит к значительному улучшению производительности по каналу Wi-Fi. И, наконец, когда реализация двойной Wi-Fi заменяется сценарием двойной LTE-U, оба оператора значительно выигрывают в сценарии двойной Wi-Fi. С точки зрения оператора, исследование четко иллюстрирует преимущества замены развертываний Wi-Fi более эффективными развертываниями LTE-U.
Литература:
- “Extending LTE Advanced to unlicensed spectrum,” Qualcomm Incorporated, December 2013.
- “LTE-U SDL Coexistence Specifications,” Version 1.2, LTE-U Forum, June 2015.
- “eNB Minimum Requirements for LTE-U SDL (Modifications to 3GPP TS 36.104),” Version 1.0, LTE-U Forum, February 2015.
- “eNB Conformance Test Specifications for LTE-U SDL (Modifications to 3GPP TS 36.141),” Version 1.0, LTE-U Forum, June 2015.
- “LTE-U Technical Report, Coexistence Study for LTE-U SDL,” Version 1.0, LTE-U Forum, February 2015.
