LTE (både radio- og kernenetværksudvikling) er nu på markedet. Udgave 8 blev fastfrosset i december 2008, og den har dannet grundlag for den første bølge af LTE-udstyr. LTE-specifikationerne er meget stabile og har den ekstra fordel, at der er indført forbedringer i alle efterfølgende 3GPP-udgaver.
Motivationen for LTE
- Nødvendigt at sikre 3G-systemets fortsatte konkurrenceevne i fremtiden
- Brugernes efterspørgsel efter højere datahastigheder og tjenestekvalitet
- Packet Switch optimeret system
- Kontinuerlig efterspørgsel efter omkostningsreduktion (CAPEX og OPEX)
- Lav kompleksitet
- Unødig fragmentering af teknologier til parret og uparret bånddrift undgås
LTE-overblik
Author: Magdalena Nohrborg, for 3GPP
LTE (Long Term Evolution) eller E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Access Network), der blev indført i 3GPP R8, er adgangsdelen af Evolved Packet System (EPS). De vigtigste krav til det nye adgangsnet er høj spektral effektivitet, høje spidsdatahastigheder, kort tur/retur-tid samt fleksibilitet i frekvens og båndbredde.
GSM blev udviklet til at overføre realtidstjenester på en kredsløbskoblet måde (blå i figur 1), hvor datatjenester kun var mulige via en kredsløbskoblet modemforbindelse med meget lave datahastigheder. Det første skridt i retning af en IP-baseret pakkekoblet løsning (grøn i figur 1) blev taget med udviklingen af GSM til GPRS, hvor der blev anvendt den samme luftgrænseflade og adgangsmetode, TDMA (Time Division Multiple Access).
For at opnå højere datahastigheder i UMTS (Universal Mobile Terrestrial System) blev der udviklet en ny adgangsteknologi WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Adgangsnettet i UMTS emulerer en kredsløbskoblet forbindelse til realtidstjenester og en pakkekoblet forbindelse til datakommunikationstjenester (sort i figur 1). I UMTS tildeles IP-adressen til UE’en, når en datacom-tjeneste etableres, og den frigives, når tjenesten frigives. Indgående datatjenester er derfor stadig afhængige af den kredsløbskoblede kerne til personsøgning.
Evolved Packet System (EPS) er rent IP-baseret. Både realtidstjenester og datakommunikationstjenester vil blive transporteret via IP-protokollen. IP-adressen tildeles, når mobilen tændes, og frigives, når den slukkes.
Den nye adgangsløsning, LTE, er baseret på OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), og i kombination med modulation af højere orden (op til 64QAM), store båndbredder (op til 20 MHz) og spatial multiplexing i downlinket (op til 4×4) kan der opnås høje datahastigheder. Den højeste teoretiske spidsdatahastighed på transportkanalen er 75 Mbps i opstrømsforbindelsen, og i nedstrømsforbindelsen kan hastigheden ved hjælp af spatial multiplexing være så høj som 300 Mbps.
LTE-adgangsnetværket er simpelthen et netværk af basisstationer, evolved NodeB (eNB), der genererer en flad arkitektur (figur 2). Der er ingen centraliseret intelligent controller, og eNB’erne er normalt indbyrdes forbundet via X2-interface og mod kernenettet via S1-interface (figur 2). Grunden til at distribuere intelligensen mellem basisstationerne i LTE er at fremskynde forbindelsesopbygningen og reducere den tid, der er nødvendig for en overdragelse. For en slutbruger er forbindelsesopbygningstiden for en realtidsdatasession i mange tilfælde afgørende, især i forbindelse med onlinespil. Tiden til en overdragelse er afgørende for realtidstjenester, hvor slutbrugerne har en tendens til at afslutte opkald, hvis overdragelsen tager for lang tid.
En anden fordel ved den distribuerede løsning er, at MAC-protokollaget, som er ansvarligt for planlægning, kun er repræsenteret i den mobile enhed og i basestationen, hvilket fører til hurtig kommunikation og hurtige beslutninger mellem eNB og den mobile enhed. I UMTS er MAC-protokollen og planlægningen placeret i controlleren, og da HSDPA blev indført, blev der tilføjet et yderligere MAC-underlag, der er ansvarligt for HSPA-planlægning, i NB.
Planlæggeren er en nøglekomponent for at opnå en hurtigt tilpasset og effektivt udnyttet radioressource. Transmissionstidsintervallet (TTI) er sat til kun 1 ms.
Under hvert TTI skal eNB-planlæggeren:
– tage hensyn til det fysiske radiomiljø pr. UE. UE’erne rapporterer deres opfattede radiokvalitet som et input til scheduleren for at beslutte, hvilken modulations- og kodningsordning der skal anvendes. Løsningen bygger på hurtig tilpasning til kanalvariationer ved hjælp af HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) med soft-combining og hastighedstilpasning.
– prioritere QoS-tjenestekravene blandt de enkelte UE’er. LTE understøtter både forsinkelsesfølsomme realtidstjenester og datakommunikationstjenester, der kræver høje spidsdatahastigheder.
– informere UE’erne om de tildelte radioressourcer. eNB’en planlægger UE’erne både på downlink og på uplink. For hver UE, der er planlagt i en TTI, vil brugerdataene blive transporteret i en transportblok (TB). DL kan der maksimalt genereres to TB’er pr. TTI pr. UE – hvis der anvendes spatial multiplexing. TB’en leveres på en transportkanal. I LTE er antallet af kanaler reduceret i forhold til UMTS. For brugerplanet er der kun én delt transportkanal i hver retning. Den TB, der sendes på kanalen, kan derfor indeholde bits fra en række tjenester, der er multiplexet sammen.
For at opnå høj radiospektral effektivitet og muliggøre effektiv planlægning i både tids- og frekvensdomænet valgte 3GPP en multicarrier-tilgang til multiple access. For downlink blev OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) valgt og for uplink SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access), også kendt som DFT (Discrete Fourier Transform) spredt OFDMA (figur 3).
OFDM er en multicarrier-teknologi, der opdeler den tilgængelige båndbredde i et væld af indbyrdes ortogonale smalbåndsunderbærere. I OFDMA kan disse underbærere deles mellem flere brugere. OFDMA-løsningen fører til et højt Peak-to-Average Power Ratio (PAPR), som kræver dyre effektforstærkere med høje krav til linearitet, hvilket øger afsenderens strømforbrug. Dette er ikke noget problem i eNB’en, men ville føre til meget dyre håndsæt. Derfor blev der valgt en anden løsning for UL. Som illustreret i figur 3 genererer SC-FDMA-løsningen et signal med en enkelt bærerkarakteristik og dermed et lavt PAPR.
For at muliggøre en mulig udbredelse over hele verden, der understøtter så mange lovkrav som muligt, er LTE udviklet til en række frekvensbånd – E-UTRA-operationsbånd – der i øjeblikket spænder fra 700 MHz til 2,7 GHz. De tilgængelige båndbredder er også fleksible og starter med 1,4 MHz op til 20 MHz. LTE er udviklet til at understøtte både tidsdelingsduplexteknologi (TDD) og frekvensdelingsduplex (FDD). I R8 er der 15 bånd specificeret til FDD og otte bånd til TTD. I R9 blev der tilføjet fire bånd til FDD. I R9 blev der også tilføjet f.eks. Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS) og Home eNB (HeNB), jf. figur 4. MBMS bruges til at udsende oplysninger til alle brugere, f.eks. reklamer, og multicast til en lukket gruppe, der abonnerer på en bestemt tjeneste, f.eks. tv-streaming. HeNB’er indføres hovedsagelig for at give dækning indendørs i hjem eller på kontorer HeNB’en er en eNB med lav effekt, som vil blive anvendt i små celler – femtoceller. Normalt ejes den af kunden, installeres uden netplanlægning og forbindes med operatørens EPC (Evolved Packet Core).
Figur 4 Nyt i LTE R9: a) MBMS, b) HeNB.
Videre læsning
– 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 36.213 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures
– TS 36.213 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures300 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) og Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overordnet beskrivelse; Trin 2
– TS 36.321 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Medium Access Control (MAC) protocol specification
– 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); Protokolspecifikation
– TS 36.413 Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); S1 Application Protocol (S1AP)
– 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)
LTE Historiske oplysninger
Det tekniske dokument UTRA-UTRAN Long Term Evolution (LTE) and 3GPP System Architecture Evolution (SAE) er et godt udgangspunkt.
Projektet Long Term Evolution (LTE), der blev indledt i 2004, fokuserede på at forbedre Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) og optimere 3GPP’s radioadgangsarkitektur.
Specifikationerne i 3GPP 36-serien dækker “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA)”.
Se også – teknologisiden om LTE-Advanced, som beskriver arbejdet efter LTE Release 8/9.
…Få oplysninger om, hvordan man bruger LTE- og LTE-Advanced-logoer