Az LTE (mind a rádió-, mind a maghálózat fejlesztése) már a piacon van. A 8. kiadást 2008 decemberében fagyasztották be, és ez volt az alapja az LTE-berendezések első hullámának. Az LTE specifikációk nagyon stabilak, ami azzal a további előnnyel jár, hogy minden későbbi 3GPP-kiadásban fejlesztéseket vezettek be.
Az LTE motivációja
- A 3G rendszer versenyképességének folytonosságát kell biztosítani a jövőben
- A felhasználók igénye a magasabb adatátviteli sebesség és a szolgáltatásminőség iránt
- Packet Switch optimalizálva. rendszer
- Költségcsökkentés iránti folyamatos igény (CAPEX és OPEX)
- alacsony komplexitás
- A technológiák szükségtelen fragmentálódásának elkerülése a párosított és nem párosított sávú működéshez
LTE áttekintés
Author: A 3GPP R8-ban bevezetett LTE (Long Term Evolution) vagy E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Access Network) az Evolved Packet System (EPS) hozzáférési része. Az új hozzáférési hálózattal szemben támasztott fő követelmények a nagy spektrális hatékonyság, a nagy csúcs adatátviteli sebesség, a rövid átfutási idő, valamint a frekvencia és a sávszélesség rugalmassága.
A GSM-t valós idejű szolgáltatások közvetítésére fejlesztették ki, áramkörkapcsolásos módon (kék az 1. ábrán), az adatszolgáltatás csak áramkörkapcsolásos modemkapcsolaton keresztül lehetséges, nagyon alacsony adatátviteli sebességgel. Az első lépést az IP-alapú csomagkapcsolt megoldás (zöld az 1. ábrán) felé a GSM GPRS-é történő továbbfejlesztésével tették meg, ugyanazt a légi interfészt és hozzáférési módszert, a TDMA-t (Time Division Multiple Access) használva.
Az UMTS (Universal Mobile Terrestrial System) magasabb adatátviteli sebességének eléréséhez egy új hozzáférési technológiát, a WCDMA-t (Wideband Code Division Multiple Access) fejlesztették ki. Az UMTS hozzáférési hálózata a valós idejű szolgáltatásokhoz egy áramköri kapcsolású kapcsolatot, az adatátviteli szolgáltatásokhoz pedig egy csomagkapcsolt kapcsolatot emulál (fekete az 1. ábrán). Az UMTS-ben az IP-cím az adatátviteli szolgáltatás létrehozásakor kerül kiosztásra az UE számára, és a szolgáltatás felszabadításakor kerül felszabadításra. A bejövő adatkommunikációs szolgáltatások ezért még mindig az áramköri kapcsolású magra támaszkodnak a csipogtatáshoz.
Az Evolved Packet System (EPS) tisztán IP-alapú. Mind a valós idejű szolgáltatásokat, mind az adatátviteli szolgáltatásokat az IP protokoll fogja szállítani. Az IP-cím a mobil bekapcsolásakor kerül kiosztásra, és kikapcsoláskor felszabadul.
Az új hozzáférési megoldás, az LTE az OFDMA-n (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) alapul, és magasabb rendű modulációval (akár 64QAM), nagy sávszélességgel (akár 20 MHz) és térbeli multiplexeléssel (akár 4×4) kombinálva a lefelé irányuló irányban nagy adatátviteli sebesség érhető el. A legmagasabb elméleti csúcs adatátviteli sebesség a szállítási csatornán 75 Mbit/s az uplinkben, a downlinkben pedig a térbeli multiplexálás alkalmazásával a sebesség elérheti a 300 Mbit/s-ot.
Az LTE hozzáférési hálózat egyszerűen a bázisállomások, a fejlett NodeB (eNB) hálózata, amely egy lapos architektúrát hoz létre (2. ábra). Nincs központi intelligens vezérlő, és az eNB-k általában az X2-interfészen keresztül, a maghálózat felé pedig az S1-interfészen keresztül vannak összekapcsolva (2. ábra). Az LTE-ben az intelligencia bázisállomások közötti elosztásának oka a kapcsolatfelépítés felgyorsítása és az átadáshoz szükséges idő csökkentése. A végfelhasználó számára a valós idejű adatátviteli munkamenet kapcsolatépítési ideje sok esetben döntő fontosságú, különösen az online játékokban. A valós idejű szolgáltatások esetében, ahol a végfelhasználók hajlamosak megszakítani a hívásokat, ha az átadás túl sokáig tart, az átadási idő alapvető fontosságú.
Az elosztott megoldás további előnye, hogy az ütemezésért felelős MAC protokollréteg csak az UE-ban és a bázisállomáson van jelen, ami gyors kommunikációt és döntéseket eredményez az eNB és az UE között. Az UMTS-ben a MAC protokoll és az ütemezés a vezérlőben található, és a HSDPA bevezetésekor egy további, a HSPA ütemezésért felelős MAC alréteg került az NB-be.
Az ütemező a gyorsan beállított és hatékonyan kihasznált rádióerőforrás elérésének kulcsfontosságú eleme. Az átviteli időintervallum (TTI) mindössze 1 ms.
Minden TTI alatt az eNB ütemezőnek:
– figyelembe kell vennie a fizikai rádiós környezetet UE-nként. Az UE-k jelentik az érzékelt rádióminőségüket, ami az ütemező számára inputként szolgál annak eldöntéséhez, hogy milyen modulációs és kódolási sémát használjon. A megoldás a csatornaváltozásokhoz való gyors alkalmazkodásra támaszkodik, HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) alkalmazásával, lágy kombinációval és sebességadaptációval.
– a QoS szolgáltatási követelményeket rangsorolja az UE-k között. Az LTE támogatja mind a késleltetésre érzékeny valós idejű szolgáltatásokat, mind a nagy adatcsúcssebességet igénylő adatátviteli szolgáltatásokat.
– tájékoztatja az UE-kat a kiosztott rádióerőforrásokról. Az eNB ütemezi az UE-kat mind a lefelé, mind a felfelé irányuló útvonalon. Minden egyes TTI-ben ütemezett UE esetében a felhasználói adatokat egy szállítási blokkban (TB) szállítják. DL – térbeli multiplexálás használata esetén – TTI-nként és UE-nként legfeljebb két TB generálható. A TB-t egy szállítási csatornán szállítják. Az LTE-ben a csatornák száma az UMTS-hez képest csökkent. A felhasználói síkban mindkét irányban csak egy megosztott szállítási csatorna van. A csatornán küldött TB ezért több szolgáltatásból származó biteket tartalmazhat, együttesen multiplexelve.
A nagy rádiós spektrális hatékonyság elérése, valamint az idő- és frekvenciatartományban egyaránt hatékony ütemezés lehetővé tétele érdekében a 3GPP a többhordozós megközelítést választotta a többszörös hozzáféréshez. A lefelé irányuló kapcsolatra az OFDMA-t (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), a felfelé irányuló kapcsolatra pedig az SC-FDMA-t (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access), más néven DFT (Discrete Fourier Transform) elterjedt OFDMA-t választották (3. ábra).
Az OFDM egy többszörös sávszélességű technológia, amely a rendelkezésre álló sávszélességet több, egymással ortogonális, keskeny sávú hordozóra osztja fel. Az OFDMA-ban ezek az altartók több felhasználó között oszthatók meg. Az OFDMA megoldás magas csúcsteljesítmény-átlagteljesítmény-arányhoz (PAPR) vezet, ami drága, a linearitással szemben magas követelményeket támasztó teljesítményerősítőket igényel, ami növeli a küldő energiafogyasztását. Ez az eNB-ben nem jelent problémát, de nagyon drága kézi készülékeket eredményezne. Ezért az UL esetében más megoldást választottunk. Amint a 3. ábrán látható, az SC-FDMA megoldás egyetlen vivő karakterisztikájú, tehát alacsony PAPR-rel rendelkező jelet generál.
Azért, hogy az LTE-t az egész világon a lehető legtöbb szabályozási követelményt támogatva lehessen telepíteni, számos frekvenciasávra – E-UTRA működési sávokra – fejlesztették ki, amelyek jelenleg 700 MHz-től 2,7 GHz-ig terjednek. A rendelkezésre álló sávszélességek is rugalmasak, 1,4 MHz-től kezdve egészen 20 MHz-ig. Az LTE-t úgy fejlesztették ki, hogy támogassa mind az időosztásos duplex technológiát (TDD), mind a frekvenciaosztásos duplexet (FDD). Az R8-ban 15 sáv van meghatározva FDD-re és nyolc sáv TTD-re. Az R9-ben négy sávot adtak hozzá az FDD-hez. Az R9-ben hozzáadták például a multimédiás műsorszóró multicast szolgáltatást (MBMS) és az otthoni eNB-t (HeNB) is, lásd a 4. ábrát. Az MBMS-t arra használják, hogy az összes felhasználónak sugárzott információt, például reklámot, illetve egy adott szolgáltatásra előfizető zárt csoportnak, például a streaming TV-nek multisugárzást biztosítson. A HeNB-ket elsősorban a beltéri, otthoni vagy irodai lefedettség biztosítására vezetik be.A HeNB egy kis teljesítményű eNB, amelyet kis cellákban – femto cellákban – fognak használni. Általában az ügyfél tulajdonában van, hálózattervezés nélkül telepítik, és a szolgáltató EPC-jéhez (Evolved Packet Core) csatlakozik.
4. ábra Újdonságok az LTE R9-ben: a) MBMS, b) HeNB.
További olvasmány
– TS 36.211 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation
– TS 36.212 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexelés és csatornakódolás
– TS 36.213 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures
– TS 36.300 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) és Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Általános leírás; 2. szakasz
– 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); Protokoll specifikáció
– 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 Historical Information
Az UTRA-UTRAN Long Term Evolution (LTE) és a 3GPP System Architecture Evolution (SAE) című műszaki dokumentum jó kiindulópont.
A 2004-ben indult Long Term Evolution (LTE) projekt a földfelszíni egyetemes rádió-hozzáférés (UTRA) továbbfejlesztésére és a 3GPP rádió-hozzáférési architektúrájának optimalizálására összpontosított.
A 3GPP 36-os specifikációsorozata, az “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA)”-re vonatkozik.
Lásd még – az LTE-Advanced technológiákkal foglalkozó oldalt, amely az LTE 8/9-es kiadása utáni munkát írja le.
…Részletek az LTE és az LTE-Advanced logók használatáról
.