LTE (vývoj rádiové i páteřní sítě) je nyní na trhu. V prosinci 2008 byla zmrazena verze 8, která se stala základem pro první vlnu zařízení LTE. Specifikace LTE jsou velmi stabilní, přičemž další výhodou jsou vylepšení, která byla zavedena ve všech následujících vydáních 3GPP.
Motivace pro LTE
- Potřeba zajistit kontinuitu konkurenceschopnosti systému 3G do budoucna
- Poptávka uživatelů po vyšších rychlostech přenosu dat a kvalitě služeb
- Optimalizovaný přepínač paketů. systému
- Pokračující požadavek na snížení nákladů (CAPEX a OPEX)
- Nízká složitost
- Vyloučení zbytečné fragmentace technologií pro provoz v párovém a nepárovém pásmu
Přehled LTE
Autor: Magdalena Nohrborg, za 3GPP
LTE (Long Term Evolution) neboli E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Access Network), zavedený v 3GPP R8, je přístupová část systému EPS (Evolved Packet System). Hlavními požadavky na novou přístupovou síť jsou vysoká spektrální účinnost, vysoké špičkové přenosové rychlosti, krátká doba zpáteční cesty a také flexibilita frekvence a šířky pásma.
GSM byl vyvinut pro přenos služeb v reálném čase, a to způsobem přepojování okruhů (modrá barva na obrázku 1), přičemž datové služby bylo možné poskytovat pouze prostřednictvím modemového připojení s přepojováním okruhů, a to s velmi nízkými přenosovými rychlostmi. První krok k řešení s přepojováním paketů na bázi IP (zelená na obrázku 1) byl učiněn vývojem GSM na GPRS s použitím stejného vzdušného rozhraní a přístupové metody TDMA (Time Division Multiple Access).
Pro dosažení vyšších přenosových rychlostí v UMTS (Universal Mobile Terrestrial System) byla vyvinuta nová přístupová technologie WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Přístupová síť v UMTS emuluje spojení s přepojováním okruhů pro služby reálného času a spojení s přepojováním paketů pro datové služby (černá barva na obrázku 1). V UMTS je IP adresa přidělena UE při zřízení datové služby a uvolněna při ukončení služby. Příchozí datové služby proto stále spoléhají na jádro s přepojováním okruhů pro stránkování.
Evolved Packet System (EPS) je založen výhradně na protokolu IP. Protokol IP bude přenášet jak služby reálného času, tak datové služby. IP adresa je přidělena při zapnutí mobilního telefonu a uvolněna při jeho vypnutí.
Nové přístupové řešení LTE je založeno na OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) a v kombinaci s modulací vyššího řádu (až 64QAM), velkou šířkou pásma (až 20 MHz) a prostorovým multiplexováním v downlinku (až 4×4) lze dosáhnout vysokých přenosových rychlostí. Nejvyšší teoretická špičková rychlost přenosu dat na transportním kanálu je 75 Mb/s ve vzestupném směru a v sestupném směru může být při použití prostorového multiplexování rychlost až 300 Mb/s.
Přístupová síť LTE je jednoduše síť základnových stanic, evolved NodeB (eNB), vytvářející plochou architekturu (obr. 2). Neexistuje žádný centralizovaný inteligentní řadič a eNB jsou obvykle vzájemně propojeny rozhraním X2 a směrem k páteřní síti rozhraním S1 (obr. 2). Důvodem pro rozdělení inteligence mezi základnové stanice v LTE je urychlení sestavení spojení a zkrácení doby potřebné pro předání. Pro koncového uživatele je doba sestavení spojení pro datovou relaci v reálném čase v mnoha případech rozhodující, zejména při on-line hrách. Doba pro předání je zásadní pro služby v reálném čase, kde mají koncoví uživatelé tendenci ukončovat hovory, pokud předání trvá příliš dlouho.
Další výhodou distribuovaného řešení je, že vrstva protokolu MAC, která je odpovědná za plánování, je zastoupena pouze v UE a v základnové stanici, což vede k rychlé komunikaci a rozhodování mezi eNB a UE. V UMTS je protokol MAC a plánování umístěno v řídicí jednotce a při zavedení HSDPA byla v NB přidána další podvrstva MAC odpovědná za plánování HSPA.
Plánovač je klíčovou složkou pro dosažení rychle přizpůsobeného a efektivně využívaného rádiového zdroje. Časový interval přenosu (TTI) je nastaven na pouhý 1 ms.
Při každém TTI musí plánovač eNB:
– zohlednit fyzické rádiové prostředí na UE. UE hlásí svou vnímanou rádiovou kvalitu jako vstup pro plánovač, aby rozhodl, které modulační a kódovací schéma má použít. Řešení se opírá o rychlé přizpůsobení změnám kanálu, přičemž využívá HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) s měkkým kombinováním a přizpůsobením rychlosti.
– upřednostňuje požadavky na služby QoS mezi UE. LTE podporuje jak služby v reálném čase citlivé na zpoždění, tak datové služby vyžadující vysoké datové špičky.
– informuje UE o přidělených rádiových zdrojích. eNB plánuje UE jak na downlinku, tak na uplinku. Pro každou UE naplánovanou v TTI budou uživatelská data přenášena v transportním bloku (TB). DL mohou být vytvořeny maximálně dva TB na TTI na UE – pokud se používá prostorový multiplexing. TB je dodáván na transportním kanálu. V LTE je počet kanálů oproti UMTS snížen. Pro uživatelskou rovinu existuje pouze jeden sdílený transportní kanál v každém směru. TB vysílaný na tomto kanálu proto může obsahovat bity z několika služeb, které jsou multiplexovány dohromady.
Pro dosažení vysoké rádiové spektrální účinnosti a také pro umožnění účinného plánování v časové i frekvenční oblasti byl v rámci 3GPP zvolen přístup s více nosnými pro vícenásobný přístup. Pro downlink byl zvolen OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) a pro uplink SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access) známý také jako DFT (Discrete Fourier Transform) spread OFDMA (obr. 3).
OFDM je vícenosová technologie rozdělující dostupnou šířku pásma na množství vzájemně ortogonálních úzkopásmových subnosných. V OFDMA mohou být tyto subnosné sdíleny mezi více uživateli. Řešení OFDMA vede k vysokému poměru špičkového a průměrného výkonu (PAPR), který vyžaduje drahé výkonové zesilovače s vysokými požadavky na linearitu, což zvyšuje spotřebu energie odesílatele. To není problém v eNB, ale vedlo by to k velmi drahým telefonům. Proto bylo pro UL zvoleno jiné řešení. Jak je znázorněno na obrázku 3, řešení SC-FDMA generuje signál s charakteristikou jedné nosné, a tedy s nízkým PAPR.
Aby bylo možné nasazení po celém světě a podpořit co nejvíce regulačních požadavků, je LTE vyvíjeno pro řadu frekvenčních pásem – provozních pásem E-UTRA – v současné době v rozsahu od 700 MHz do 2,7 GHz. Dostupné šířky pásem jsou rovněž flexibilní, počínaje 1,4 MHz až po 20 MHz. LTE je vyvinuto tak, aby podporovalo jak technologii duplexu s časovým dělením (TDD), tak i duplex s frekvenčním dělením (FDD). V R8 je specifikováno 15 pásem pro FDD a osm pásem pro TTD. V R9 byla přidána čtyři pásma pro FDD. V R9 byly také přidány například Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS) a Home eNB (HeNB), viz obrázek 4. Služba MBMS se používá k poskytování vysílaných informací všem uživatelům, například reklamy, a multicastu uzavřené skupině, která odebírá určitou službu, např. streamovanou televizi. HeNB se zavádějí především pro zajištění pokrytí uvnitř budov, v domácnostech nebo kancelářích. heNB je eNB s nízkým výkonem, který se bude používat v malých buňkách – femto buňkách. Obvykle ji bude vlastnit zákazník, bude nasazena bez plánování sítě a připojena k EPC (Evolved Packet Core) operátora.
Obrázek 4 Novinky v LTE R9: a) MBMS, b) HeNB.
Další literatura
– TS 36.211 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation
– TS 36.212 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexing and channel coding
– TS 36.213 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures
– TS 36.300 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2
– TS 36.321 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Medium Access Control (MAC) protocol specification
– TS 36.331 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); Protocol specification
– TS 36.413 Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); S1 Application Protocol (S1AP)
– TS 36.423 Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); X2 Application Protocol (X2AP)
Historické informace o LTE
Vhodným východiskem je technický dokument UTRA-UTRAN Long Term Evolution (LTE) and 3GPP System Architecture Evolution (SAE).
Projekt Long Term Evolution (LTE), zahájený v roce 2004, se zaměřil na zdokonalení univerzálního pozemního rádiového přístupu (UTRA) a optimalizaci architektury rádiového přístupu 3GPP.
Série specifikací 3GPP 36, zahrnuje „Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA)“.
Podívejte se také – na stránku o technologiích LTE-Advanced, která popisuje práce nad rámec LTE Release 8/9.
…Získejte podrobnosti o tom, jak používat loga LTE a LTE-Advanced
.