Long Term Evolution (Advanced) - LTE(-A)

5.1 Úvod

Další vývojový krok mobilních sítí UMTS je znám jako LTE (Long Term Evolution). Technologie LTE je definována 8. a 9. vydáním standardu 3GPP (Release 8 a 9). Na rozdíl od UMTS, LTE využívá ve směru k uživateli přístup OFDMA a ve směru od uživatele přístup SC-FDMA (Single Carrier OFDMA) místo WCDMA používané v UMTS. Proto se přenosové vlastnosti technologie LTE liší od UMTS. Nicméně, technologie LTE je stále považována za součást systémů 3G, neboť nesplňuje požadavky definované organizací ITU pro sítě 4G. První vydání standardu, které je označováno jako 4G je až technologie LTE-A (Long Term Evolution - Advanced) definované standardem 3GPP Release 10 standardizovaným v červnu 2011. LTE-A vychází z LTE Release 8 a 9 a je také založen na podobných principech jako obě verze LTE. Na rozdíl od LTE je LTE- A v souladu se souborem požadavků známých jako IMT-Advanced definovaných organizací ITU. LTE-A kpůvodní technologii LTE přidává nové funkce a možnosti. V porovnání s LTE umožňuje sdružovat nosné, koordinovat interferenci mezi buňkami a vylepšit paralelní přenos s využitím více antén (MIMO). Všechny tyto vylepšení umožňují splnit požadavky IMT-Advanced na mobilní sítě 4G a nabízí maximální přenosovou rychlost až 1 Gb/s. Kromě LTE-A, byla pro 4G sítě schválena také technologie WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) podle standardu IEEE 802.16m, standardizovaným organizací IEEE (Institute of Electrical a Electronics Engineers). Nicméně, u technologie WiMAX se neočekává v Evropě výrazné nasazení do praxe. Proto je tato kapitola zaměřená pouze na LTE/LTE-A. Vprvním kroku se nejprve zaměříme na evoluci z LTE/LTE-A z hlediska vydání jednotlivých verzí a jejich inovaci, které s ohledem na předchozí verze přinášejí.

Release 8

Tato vydání využívá modulaci OFDMA pro přístup uživatele. Kromě toho může buňka, zpravidla pouze v sestupném směru, využít větší šířku rádiového kanálu za pomoci sdružení dvou nosných (Dual Carrier). Tím je dosaženo přenosové rychlosti v sestupném směru až 84 Mbit/s (při využití modulace 64 QAM společně s metodou DC).

Release 9

Toto vydání zavádí do síťové architektury femtobuňky, označované jako Home eNodeB (HeNB). Dále je umožněna podpora multimediálních broadcastových a multicastových služeb MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Services) a jsou rozšířeny lokalizační služby LBS (Location Based Services).

Release 10

Tato verze je první verzí mobilních sítí 4. generace. Jsou zde využívány nové techniky jako např. sdružování nosných, podpora retranslačních stanic, MIMO ve směru od uživatele a zároveň je rozšířena technika MIMO ve směru k uživateli. Dále jsou definovány pokročilé techniky pro potlačení mezibuňkové interference, aby bylo možné efektivně implementovat femtobuňky.

Release 11

Tato verze standardu je stále ještě ve vývoji a měla by rozšiřovat předchozí verzi zejména voblasti sdružování nosných, zvýšení efektivity využití rádiového spektra a snížení energetické náročnosti bezdrátových sítí. Kromě toho je uvedena technika kooperativní vícebodová komunikace Cooperative MultiPoint (CoMP).

5.2 Architektura sítě

Architektura sítě LTE je odvozena z architektury sítí GSM a UMTS. Narozdíl od obou předchozích architektur je LTE navržena tak, že umožnuje pouze přepojování paketů. Přepojování okruhů již není podporováno. Síť LTE je složena z přístupové části, nazývané E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) a jádra sítě EPC (Evolved Packet Core), jak je znázorněno na na následujícím obrázku.

Síťová architektura LTE

Přístupová část sítě, označovaná jako E-UTRAN, se skládá ze základnových stanic eNodeB (název je odvozen z označení základnových stanic v UMTS a písmeno “e” je zkrácením slova Evolved). Základnové stanice jsou zodpovědné za řízení přidělování rádiových prostředků, řízení mobility uživatelů, plánování přenosu dat pro oba směry, šifrování nebo propojení přístupové části s jádrem sítě (tedy s EPC). V případě, že jsou v sítí umístěny femtobuňky, jsou také součástí E- UTRAN. V případě femtobuněk může být navíc mezi femtobuňkou a EPC vložena ještě brána (HeNB GW), díky které je možné připojit najednou větší množství femtobuněk.

Jádro sítě obsahuje několik prvků. Prvním je obsluhující brána S-GW, která přenáší IP pakety od všech uživatelů v síti. Kromě toho také směruje a přeposílá pakty od a k uživatelům nebo se stará o aktivity spojené s poplatky mezi operátory při roamingu. Druhým prvkem je MME, který se stará o řídící signalizaci mezi uživatelem a jádrem sítě. Mezi nejvýznamější úkoly MME patří autentifikace a autorizace uživatelů, zajištění bezpečnosti přenosu dat, vytvoření spojení mezi uživatelem a sítí, roamingem, a procedurami spojenými s polohou uživatele. Posledním prvkem je P-GW, který se stará o úkony spojené s kvalitou služeb a řízení toku dat. To znamená například filtrování uživatelských paketů, vynucování kvality služby, garance přenosové rychlosti nebo řízení úrovně služeb jak ve směru k uživateli tak i od uživatele.

Kromě těchto tří prvků jsou součástí jádra LTE-A také dvě logické funkce:

• PCRF (Policy Control and Charging Rules Function), která definuje pravidla pro účtování a dodržování pravidel. To znamená, že určuje procedury a akce pro případ, že uživatelský profil a poskytované služby nejsou v souladu.

• HSS (Home Subscriber Server) obsahuje uživatelské informace jako je profil kvality služeb nebo profil pro roaming. Také zajišťuje informace o domovském MME pro každého uživatele. Domovským MME se v tomto případě rozumí MME, ke kterému je uživatel připojen.

5.3 Fyzická vrstva LTE/LTE-A

Komunikace na fyzické vrstvě u technologie LTE(-A) se od UMTS výrazně liší. V LTE i v LTE-A je ve směru k uživateli použit přístup OFDMA a ve směru od uživatele pak SC-FDMA. Navíc je pro LTE/LTE-A definováno větší spektrum frekvenčních pásem. V současné době je to 25 frekvenčních pásem (17 párových pro FDD a 8 nepárových pro TDD). Mezi pásma určená pro přenos dat pomocí LTE/LTE-A patří například pásma v okolí 2 a 2,6 GHz, 3,5 GHz nebo i pásma pod 1 GHz (700 – 900 MHz).

Přístupová multiplexní metoda OFDMA vychází z metody OFDM, která reprezentuje přenos na více nosných a kombinuje časový (TDMA) a frekvenční (FDMA) přístupový multiplex (jak je ukázáno na následujícím obrázku). Celé frekvenční pásmo je rozděleno do velkého množství subnosných. Jednotlivé subnosné jsou od sebe poměrně málo vzdáleny, čímž je dosaženo velkého počtu těchto subnosných v rámci pásma. Aby bylo možné subnosné umístit blízko sebe, tak musí být modulovány tím způsobem, aby spektrum signálu bylo na jednotlivých subnosných ortogonální. To znamená, že maximum spektra na jedné subnosné se překrývá s minimy spektra ostatních subnosných. Každá subnosná je dále dělena mezi uživatele ještě v časové oblasti. To znamená, že každý uživatel má přiřazen časový interval, ve kterém je mu umožněno na dané subnosné přenášet data. Ve výsledku je pak tedy celé pásmo rozděleno jak v časové tak i ve frekvenční oblasti mezi více uživatelů. Každý časový interval na jednotlivých subnosných je označován jako symbol OFDM, který obsahuje modulovaná data, přičemž modulace každého symbolu může být vždy jiná (podporovány jsou modulace QPSK, 16-QAM a 64-QAM). Aby nedocházelo k rušení mezi sousedními symboly tím, že by docházelo k jejich překryvu v časové oblasti, je vždy několik posledních vzorků symbolu zkopírováno na začátek symbolu jako tzv. cyklická předpona (anglicky cyclic prefix).

---

---

Přidělování přenosových prostředků v LTE/LTE-A prostřednictvím OFDMA

Nevýhodou OFDMA přístupu je výrazný rozdíl mezi energií alokovanou na jednotlivé subnosné, protože data od uživatelů jsou modulována po jednotlivých symbolech a mezi jednotlivými symboly není žádná spojitost. To může vést k tomu, že na jednu subnosnou je alokováno velké množství energie a na jinou velmi malé množství. Pak dochází k častému střídání vysoké a nízké úrovně vysílané energie (parametr, který definuje poměr mezi maximem a střední hodnotu se nazývá PAPR (Peak to Average Power Ratio)). Při vysokých hodnotách parametru PAPR, jako je tomu v případě OFDMA, dochází k vysoké spotřebě energie, což je nežádoucí zejména na straně mobilních uživatelských zařízení. Tento problém může být omezen použitím SC-FDMA. V případě SC- FDMA jsou jednotlivé symboly navzájem závislé. To znamená, že při modulování každého symbolu jsou zohledněna i data modulovaná v okolních symbolech. Přesněji, všechna data vysílaná v rámci jednoho časového intervalu jsou modulována jako lineární kombinace všech symbolů v daném časovém intervalu. Tímto způsobem je zajištěn pozvolnější přechod úrovně vysílané energie, čímž je snížen PAPR a zároveň i spotřeba na straně uživatelského terminálu.

Stejně jako v UMTS, i LTE/LTE-A podporuje jak TDD, tak i FDD duplex pro přenos dat. Z toho důvodu jsou definovány dva typy rámce, Typ 1 a Typ 2. První typ je určen pro přenos dat pomocí plného nebo polovičního duplexu FDD, zatímco Typ 2 je určen pro TDD. V obou případech jsou data přenášena na fyzické vrstvě v rámci o délce 10 ms. Každý rámec je rozdělen na deset stejně dlouhých podrámců a každý podrámec je poté ještě rozdělen na dva sloty s délkou trvání 0,5 ms. Sloty se skládají z přenosových elementů (resource elements), které jsou seskupeny do tzv. přenosových bloků (resource blocks). Počet elementů v jednom bloku je dán součinem počtu subnosných a počtu symbolů. Počet symbolů závisí na délce cyklické předpony a může nabývat hodnoty šest (pro prodlouženou cyklickou předponu) nebo sedm (pro normální předponu). Šířka jednoho bloku ve frekvenční oblasti je 180 kHz. Jelikož jsou subnosné od sebe vzdáleny 15 kHz je jich v jednom bloku sdruženo 12.

Stejně jako v HSDPA je pro přenos dat využito adaptivní modulace a kódování. To znamená, že aktuální modulační a kódové schéma (MCS - Modulation and Coding Scheme) je vybráno na základě kvality signálu měřené na straně přijímače. Proto je i počet bitů přenášených v jednom elementu závislý na úrovni přijímaného signálu.

Struktura rámce LTE-A pro TDD a FDD

V případě frekvenčního dělení je vyhrazeno oddělené frekvenční pásmo pro sestupný i vzestupný směr přenosu dat. V obou směrech pak může být současně využito všech deset subrámců pro každý z přenosových směrů.

Naopak, v případě TDD je stejné frekvenční pásmo sdíleno jak pro sestupný tak pro vzestupný směr. V tomto případě je tedy deset subrámců rozděleno mezi oba směry. Poměr v jakém jsou subrámce přiděleny pro sestupný a vzestupný směr se pohybuje mezi 2:3 až do 9:1 a jsou definovány tzv. konfigurací DL-UL. Obecně může být každý ze subrámců vyhrazen sestupnému (v tabulce označen jako D) nebo vzestupnému (U) směru nebo jejich kombinaci v takzvaném speciálním subrámci (S). První a šestý subrámec jsou vždy přiřazeny sestupnému směru. Druhý subrámec je naopak vždy vyhrazen pro speciální subrámec a třetí je vždy pro vzestupný směr. V závislosti na délce přepínací periody mezi vzestupným a sestupným směrem je pak subrámec číslo šest (sedmý subrámec) vyhrazen pro sestupný směr (pro přepínací periodu 10 ms) nebo speciálnímu subrámci (5 ms). Obsah ostatních subrámců je definován pro různé DL-UL konfigurace podle tabulky.

Přiřazení subrámců podle DL-UL konfigurace pro TDD

DL-UL konfigurace	Přepínací perioda [ms]	Číslo subrámce
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	5	D	S	U	U	U	D	S	U	U	U
1	5	D	S	U	U	D	D	S	U	U	D
2	5	D	S	U	D	D	D	S	U	D	D
3	10	D	S	U	U	U	D	D	D	D	D
4	10	D	S	U	U	D	D	D	D	D	D
5	10	D	S	U	D	D	D	D	D	D	D
6	5	D	S	U	U	U	D	S	U	U	D

Speciální subrámec se skládá ze tří částí: přenos v sestupném směru (Downlink Pilot Time Slot - DwPTS), ochranný interval (Guard Period - GP) a přenos v vzestupném směru (Uplink Pilot Time Slot - UpPTS). Část DwPTS je zpravidla využívána pro přenos dat stejně jako v subrámci D, pouze s omezenou délkou. Její délka se pohybuje mezi třemi a dvanácti symboly podle konfigurace S subrámce. Část UpPTS není narozdíl od DwPTS určena pro přenos uživatelských dat, ale je využívána pro přenos řídících kanálů. Její rozsah je jeden až dva symboly. Ochranný interval GP je umístěn mezi oběma částmi pro přenos a slouží k přepnutí antény z vysílacího do přijímacího módu a naopak. Proto v této části nemohou být přenášena žádná uživatelská data. Doba trvání GP je úměrná velikosti buňky, protože je odvozena od doby šíření signálu mezi nejvzdálenějším uživatelem a základnovou stanicí. To znamená, že pro větší poloměr buňky musí být pro GP vyhrazen větší počet symbolů.

5.4 Tvarování paprsku

V případě, že je pro vysílaná použita jedna anténa, tak jsou každá data vyslaná jednomu uživateli zároveň zdrojem interference (rušení) pro ostatní uživatele, kteří také přijímají data. Pokud by bylo na vysílací straně využito více antén pro přenos dat, může dojít k snížení interference pomocí tzv. tvarování paprsku (anglicky beamforming). Tento způsob je založena na principu směrování vysílané energie pouze ve směru k cílovému uživateli, zatímco energie vysílaná ostatními směry je snížena a tím je omezena i interference k ostatním uživatelům. V praxi je toto realizováno vynásobením vysílaného signálu komplexními čísly (kódy) s různou váhou tak, aby došlo k požadované úpravě amplitudy a fáze signálu na jednotlivých vysílacích anténách. Komplexní váhované kódy musí být nastaveny na základě znalosti směru, ve kterém se daný uživatel, přijímající data, nachází. Komplexní váhy jsou poté buďto vypočítány nebo je vybrán vektor vah z předdefinované tabulky kódů určené standardem. Problém nalezení polohy uživatele není definován standardem. Jednou z možností je určení polohy na základě měření kvality signálu uživatelským zařízením.

Princip tvarování paprsku

5.5 Technologie využívající více antén

Pro zvýšení přenosové rychlosti je možné využít paralelního přenosu dat mezi více anténami na vysílací straně a/nebo na přijímací straně. Využití více antén navíc umožňuje zmírnit některé selektivní nepříznivé jevy, jako například pomalé nebo rychlé úniky, jejichž následkem dochází k dočasnému zhoršení kvality signálu, zejména pokud jsou vysílací (nebo přijímací) antény umístěny v dostatečné vzdálenosti od sebe. Více antén může být použito buďto na jedné z komunikujících stran (pouze u přijímače nebo pouze u vysílače) nebo na obou stranách (přijímač a zároveň i vysílač). První případ lze rozdělit podle toho, zda je více antén umístěno na přijímací nebo vysílací straně na SIMO (Single Input/Multiple Output) nebo MISO (Multiple Input / Single Output). Pokud je více antén na obou stranách, pak se jedná o tzv. MIMO (Multiple Input / Multiple Output). Komunikace se dvěma anténami na vysílací a přijímací straně je umožněna už v technologii UMTS. V LTE byla tato možnost rozšířena na čtyři antény a v LTE-A dokonce na osm antén.

Jelikož dochází k paralelnímu přenosu dat po více cestách, je nutné určit, jaká část modulovaných dat (symbolů) bude přenášena po jaké cestě. O to se stará blok mapování dat. Tento blok musí zajistit, aby si data přenášená ve stejný čas na stejné frekvenci mezi různými anténami nezpůsobovala vzájemné rušení. Toho je dosaženo, podobně jako v případě tvarování paprsku, pokročilým zpracováním signálu. To znamená, že každý datový tok přicházející z antény je vynásoben komplexním váhovaným kódem, který zajistí změnu fáze signálu tak, aby nedocházelo k vzájemnému rušení mezi jednotlivými toky.

5.6 Sdružování nosných

I když LTE-A podle Release 10 ve srovnání s LTE zaručuje vyšší spektrální účinnosti, nelze dosáhnout maximální rychlosti 1Gbit/s, kterou vyžaduje IMT- Advances pro mobilní sítě 4G. Důvodem je nedostatečná šířka frekvenčního pásma se šířkou do 20 MHz. Pro splnění požadavků na sítě 4G se musí šířka vlnového pásma navýšit. Z toho důvodu umožňuje LTE-A spojení radiových zdrojů z více pásem a provádět paralelní přenos dat směrem k UE. Tento postup je znám jako sdružování nosných. Jedná se o rozšíření techniky DC využívané vUMTS, kde mohou být spojena až dvě pásma. Každé ze sdružovaných frekvenčních pásem je v LTE-A označována jako nosná komponenta. LTE-A umožňuje použití až pěti nosných komponent ve směru k uživateli a pěti ve směru od uživatele. Výsledkem je šířka vlnového pásma až do 100 MHz. Ve směru od uživatele i k uživateli je jedna komponenta označována jako primární a všechny ostatní jako sekundární. To znamená, že každé UE má jednu primární komponentu a žádnou nebo více (až čtyři) sekundární komponenty. Primární komponenta je využita pro trvalou signalizaci v klidovém režimu (baterie je v úsporném režimu a nedochází k přenosu dat). Sekundární komponenty jsou využívány ke zvýšení vlnového rozsahu pro přenos dat, ale ne k signalizaci v klidovém režimu. Přidělení primární a sekundární komponenty je specifické pro každé UE, to znamená, že se může lišit pro jednotlivé UE.

Komponenty přiřazené jedné UE nemusí být ve frekvenční oblasti souvislé. Existují tři typy přiřazení:

• Sdružování uvnitř pásma se sousedními komponentami – tento typ je nejjednodušší způsob sdružování nosných, protože pásmo může být považováno za jednu komponentu z hlediskaUE. Ztoho důvodu nejsou kladeny žádné speciální požadavky na UE nebo HeNB (žádné přidané vysílače nebo přijímače nejsou nutné).

• Sdružování uvnitř pásma s nesousedními komponentami – přijímaný signál není možné považovat za přenos v jednom pásmu, protože jednotlivá pásma spolu nesousedí. Proto je vyžadováno více vysílačů/přijímačů. Toto způsobuje nárůst nákladů na vybavení.

• Sdružování mimo pásmo (s nepřilehlými komponenty) – opět, je vyžadováno více vysílačů/přijímačů, kvůli oddělení frekvencí pásem.

Typy sdružování nosných

Všechny UE spodporou sdružených nosných mohou přistupovat ke všem komponentám paralelně. Pokud ale UE nepodporuje sdružené nosné, pak se zdůvodu zajištění zpětné kompatibility přistupuje ke každé komponentě individuálně, tak jak je obvyklé v LTE.

---

---

5.7 Služby a aplikace v LTE/LTE-A

Stejně jako v předchozích technologiích mobilních sítí, i LTE/LTE-A umožňuje současný běh více aplikací s různou úrovní QoS (jako je hlasový hovor a FTP stahování nebo video konference). Je zřejmé, že hlasový nebo video hovor vyžadují nižší rozptyl zpoždění jednotlivých paketů (neboli menší jitter) než např. v případě stahování dat s využitím přenosového protokolu FTP. Na druhou stanu, stahování prostřednictvím FTP vyžaduje vyšší přenosové rychlosti a nižší ztrátovost paketů, aby byla minimalizována doba stahování souborů. Aby bylo možné splnit různé úrovně požadavků uživatelů na kvalitu služby, LTE-A umožňuje definovat několik různých typů nosných služeb (bearers) se specifickými požadavky každého z nich. K rozlišení jednotlivých požadavků je zaveden tzv. identifikátor třídy QoS (QoS Class Identifier - QCI). QCI definuje devět tříd v závislosti na čtyřech přenosových parametrech, jak je ukázáno v tabulce.

První parametr určuje, zda je garantována přenosová rychlost (GBR - Guaranteed Bit rate) nebo ne (Non-GBR). Pro GBR je trvale přiděleno určité množství radiových zdrojů, a není nutné pravidelně a opakovaně žádat o přidělení rádiových prostředků pro přenos dat. Množství rádiových prostředků je nastaveno na začátku spojení a odpovídá maximální očekávané přenosové rychlosti danou službou. V případě Non-GBR nejsou přenosové prostředky trvale rezervovány pro služby. Velikost přiřazených prostředků závisí na aktuálním požadavku služby a na velikosti dostupných prostředků v síti. Proto tento typ služeb neumožňuje garanci přenosové rychlosti.

Druhý důležitý parametr definuje důležitost (prioritu) paketů při jejich zpracování. Tento parametr je využit například, jestliže je přenosový uzel přetížen. Pak jsou pakety s vyšší prioritou zpracovány dříve než pakety s nižší prioritou.

Další parametr označuje zpoždění paketů a představuje maximální dovolené zpoždění pro danou třídu QCI.

Poslední parametr, ztrátovost a chybovost paketů, je spojený s frekvencí ztráty paketů během přenosu. Představuje množství ztracených paketů nebo paketů obdržených s chybou vzniklou při přenosu. Tyto pakety není možné dále zpracovávat a musí být přeposlány.

Třídy služeb v LTE-A

QCI	GBR / Non-GBR	Priorita	Zpoždění paketů	Chybovost a ztrátovost paketů	Příklad služby
1	GBR	2	100	10-2	Hlasový hovor (konverzace)
2	GBR	4	150	10-3	Video hovor (konverzace)
3	GBR	5	300	10-6	Streamované video
4	GBR	3	50	10-3	Real-time hry
5	Non- GBR	1	100	10-6	Signalizace
6	Non- GBR	7	100	10-3	Hlas, video (přímý přenos)
7	Non- GBR	6	300	10-6	Video (zpožděný stream, film)
8	Non- GBR	8	300	10-6	WWW, FTP, email, messaging
9	Non- GBR	9	300	10-6	Jako QCI 8, ale nižší priorita

5.8 Femtobuňky

Jak ukazuje několik studií, většina přenášených dat je odesílána z vnitřních prostor (například uvnitř budov). Sítě 4G předpokládají užívání nejen nízkofrekvenčních pásem (např. 800/900 MHz), ale také frekvence vyšší než 2 GHz. S použitím vyšších frekvencí je ale spojeno horší šíření signálu. Tento problém je ještě zvýrazněn zvláště pro prostředí uvnitř budov. Z toho důvodu nejsou často uživatelé uvnitř budov schopni dosáhnout dostatečné kvality signálu odpovídající jejich požadavkům. Tyto problémy jsou řešeny novým konceptem zvaným femtobuňky (v LTE-A, označované jako HeNB). Femtobuňky mohou zvyšovat propustnost pro vnitřní uživatele a také umožňují snížit zátěž makrobuněk, tím že obslouží část uživatelů přijímajících od makrobuněk signál nízké kvality.

---

---

---

---

Femtobuňky mohou poskytovat tři typy přístupu:

• Otevřený přístup: Všichni uživatelé v rámci pokrytí femtobuňkami se mohou kotevřeným femtobuňkám připojit. Radiové zdroje i kapacita páteřního připojení jsou sdíleny se stejnou prioritou pro všechny uživatele připojené k femtobuňkám. Výhodou otevřeného přístupu je možnost snížit zatížení makrobuněk tím, že obslouží několik venkovních uživatelů v oblasti s velkými nároky na přenosové prostředky nebo obslouží uživatele daleko od makrobuňky. Na druhou stranu, husté rozmístění femtobuňek s otevřeným přístupem může vést k významnému zvýšení množství handoverů.

• Uzavřený přístup: Femtobuňka s uzavřeným přístupem umožní přístup pouze uživatelům zahrnutých v tzv. seznamu CSG (Close Subscriber Group). CSG definuje uživatele, kteří mohou využít femtobuňky k přístupu k Internetu. Seznam uživatelů v CSG je upravován a definován majitelem femtobuňky, což je uživatel, který platí za femtobuňku a který si ji zakoupil. Obvykle se předpokládá jen několik málo uživatelů zahrnutých do CSG (je předpokládáno zhruba čtyři až osm uživatelů pro domácí femtobuňky). V případě uzavřeného přístupu, jsou rádiové prostředky i prostředky páteřní sítě sdíleny pouze omezeným počtem uživatelů, kteří jsou uvedeni vCSG. Proto těmto uživatelům může být zaručena vyšší kvalita služby ve srovnání s otevřeným přístupem. Na druhou stranu, interference způsobené femtobuňkou uživateli, který není v CSG, by mělo být omezeno a řízeno, aby se zabránilo zhoršení kvality signálu pro tyto uživatele.

• Hybridní přístup: Hybridní přístup je kombinací otevřeného a uzavřeného přístupu. V tomto případě je definován seznam CSG a část přenosové kapacity femtobuňky (rádiové prostředky i páteřní připojení) je přístupné pouze pro CSG uživatele. Ostatní radiové zdroje a prostředky páteřní sítě mohou být sdíleny ostatními uživateli, kteří nejsou v CSG.

Zásadní problém týkající se femtobuněk spočívá ve zvýšení rušení. Rušení může být děleno na rušení uživatelů makrobuněk femtobuňkou (cross-tier rušení) a rušení od femtobuňky k ostatním femtobuňkám (co-tier rušení). Úroveň negativního účinku rušení závisí také na rozdělení radiových zdrojů mezi femtobuňky a makrobuňky. Jsou definovány dva způsoby rozdělení radiových zdrojů.

• Společné pásmo (Co-channel): Frekvence pásem pro makro a femtobuňky se překrývají. To znamená, že stejné nosné jsou sdíleny makrobuňkami a femtobuňkami. V tomto případě, muže být rušení zmírněno důkladnou kontrolou vysílací úrovně femtobuněk nebo přidělováním radiových zdrojů, tak aby se minimalizovalo rušení.

• Ortogonalní přidělování nosných: Různá frekvenční pásma jsou určena pro makrobuňky a femtobuňky. Tento způsob úplně odstraňuje rušení mezi femto a makro rovinou (cross-tier). Na druhou stranu, radiové zdroje nejsou efektivně využity.

5.9 Retranslační stanice

Spolu s femtobuňkami, jsou definovány pro sítě 4G také takzvané retranslační stanice. Obecně jsou retranslační stanice zjednodušené základnové stanice, které přeposílají data z eNodeB uživateli a naopak. Data mezi uživatelem a eNodeB mohou být směrována přes jednu nebo několik retranslačních stanic.

---

---

Retranslační stanice může být využita buď k rozšíření pokrytí eNodeB nebo ke zvýšení propustnosti ve specifické oblasti jak je ukázáno na obrázku. Pro zvýšení propustnosti jsou retranslační stanice rozmístěny v oblasti pokrytí eNodeB. Zvýšení propustnosti je dosaženo díky snížení vzdálenosti mezi komunikačními jednotkami. Tím dochází ke zvýšení úrovně signálu v cílovém bodě. Pro rozšíření pokrytí je retranslační stanice umístěná blízko kraje buněk nebo může být rozmístěna i mimo oblast buňky. I když by v tomto místě již uživatel nebyl schopen komunikace, retranslační stanice je schopna s eNodeB komunikovat například díky tomu, že je umístěna tak, aby byla mezi eNodeB a jí přímá viditelnost.

Oproti femtobuňkám jsou retranslační stanice plně kontrolovány operátorem a jsou připojeny do sítě bezdrátovým spojením sdíleným sdatovými přenosy uživatelů obsluhovanými základnovou stanicí.

Účel a rozmístění retranslačních stanic

Retranslační stanice mohou být klasifikovány podle pohyblivosti na:

• Pevné – jsou trvale umístěny na stejném místě bez možnosti pohybu. Tyto stanice jsou podporovány od LTE-A Release 10.

• Pohyblivé – jsou rozmístěny zpravidla na pohyblivých zařízeních, jako jsou autobusy nebo vlaky. V tomto případě je nutné počítat s handoverem retranslační stanice mezi základnovými stanicemi. Během přesunu pohybu retranslační stanice musí být handover zajištěn i vpřípadě, že jsou obsluhování uživatelé. Mobilní retranslační stanice nejsou definovány v Release 10, předpokládají se až vpozdějších verzích (pravděpodobně v Release 11).