LTE (無線とコアネットワークの両方の進化) が市場に登場した。 2008 年 12 月にリリース 8 が凍結され、これが LTE 機器の第一波のベースとなっています。 LTEの仕様は非常に安定しており、その後のすべての3GPPリリースで拡張が導入されているという利点もあります。
LTEの動機
- 将来にわたって3Gシステムの競争力を維持する必要性
- より高速なデータレートとサービス品質に対するユーザーの要求
- パケットスイッチによる最適化された システム
- コスト削減の継続的な要求（CAPEXとOPEX）
- 低い複雑性
- ペアバンドおよびアンペアバンド運用のための技術の不必要な断片化を避ける
LTE概要
著者。 Magdalena Nohrborg, for 3GPP
LTE (Long Term Evolution) または 3GPP R8 で導入された E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Access Network) は、EPS (Evolved Packet System) のアクセス部分である。 新しいアクセス ネットワークの主な要件は、高いスペクトル効率、高いピーク データ レート、短い往復時間、および周波数と帯域幅の柔軟性です。
GSM はリアルタイム サービスを回線交換方式で運ぶように（図 1 では青）開発されており、非常に低いデータ レートの回線切り替えモデム接続でのみデータ サービスを利用できます。 IP ベースのパケット交換（図 1 の緑）ソリューションへの第一歩は、同じエアインターフェースとアクセス方法である TDMA（時分割多重アクセス）を使用した GSM から GPRS への進化で踏み出されました。
UMTS（地上移動通信システム）でより高速なデータ転送を行うために、新しいアクセス技術 WCDMA（広帯域符号分割多重アクセス）が開発されました。 UMTSのアクセスネットワークは、リアルタイムサービス用の回線交換接続とデータコムサービス用のパケット交換接続をエミュレートしています（図1の黒）。 UMTSでは、データコム・サービスの確立時にUEにIPアドレスが割り当てられ、サービスの終了時に解放されます。 したがって、着信データコム・サービスは、ページングのために回線交換コアに依存したままです。
Evolved Packet System（EPS）は純粋にIPベースです。 リアルタイム・サービスとデータコム・サービスの両方がIPプロトコルによって運ばれることになります。 新しいアクセスソリューションであるLTEは、OFDMA（直交周波数分割多重アクセス）をベースに、高次変調（最大64QAM）、広帯域（最大20MHz）、ダウンリンクの空間多重（最大4×4）の組み合わせにより、高いデータレートを達成することができる。 トランスポートチャネルにおける理論上のピーク最高速度は、アップリンクで75Mbps、ダウンリンクでは空間多重を利用して300Mbpsまで可能です。
LTEのアクセスネットワークは、単純に基地局、eNB（evolved NodeB）のネットワークで、フラットなアーキテクチャを生成している（図2）。 中央集権的なインテリジェント・コントローラは存在せず、eNBは通常、X2インタフェースで相互接続され、S1インタフェースでコアネットワークに向かいます（図2）。 LTEで基地局間にインテリジェンスを分散させる理由は、接続のセットアップを高速化し、ハンドオーバーに必要な時間を短縮するためです。 エンドユーザにとって、リアルタイムのデータ・セッションの接続セットアップ時間は、特にオンライン・ゲームなど、多くの場合非常に重要です。 ハンドオーバーにかかる時間は、ハンドオーバーに時間がかかりすぎるとエンドユーザーが通話を終了する傾向があるリアルタイム・サービスには不可欠です。 X2およびS1インタフェース
分散ソリューションのもう1つの利点は、スケジューリングを担当するMACプロトコル層がUEと基地局のみに存在し、eNBとUE間の高速通信と決定を可能にすることである。 UMTSでは、MACプロトコルとスケジューリングはコントローラにあり、HSDPA導入時には、HSPAスケジューリングを担当するMACサブレイヤがNBに追加されました
スケジューラは、高速調整と無線リソースの効率利用を実現するための重要なコンポーネントです。 送信時間間隔（TTI）はわずか1msに設定されています。
各TIの間、eNBスケジューラは、
– UEごとの物理無線環境を考慮すること。 UE は、どの変調およびコーディング方式を使用するかを決定するためのスケジューラへの入力として、認識された無線品質を報告します。 このソリューションは、ソフト結合とレート適応を備えたHARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）を採用し、チャネルの変動に迅速に適応することに依存しています。 LTEは、遅延に敏感なリアルタイム・サービスと、高いデータ・ピーク・レートを必要とするデータコム・サービスの両方をサポートします。
-UEに割り当てられた無線リソースを通知します。 eNBは、ダウンリンクとアップリンクの両方でUEをスケジューリングします。 TTIでスケジュールされた各UEについて、ユーザー・データはトランスポート・ブロック（TB）で伝送されます。 DLでは、空間多重化が使用されている場合、UEごとにTTIあたり最大2つのTBが生成されることがあります。 TBはトランスポート・チャネルで配信されます。 LTE では、チャネルの数は UMTS よりも少なくなっています。 ユーザ・プレーンでは、各方向に 1 つの共有トランスポート・チャネルのみが存在します。 したがって、チャネル上で送信されるTBは、複数のサービスからのビットを含むことができ、一緒に多重化される。
高い無線スペクトラム効率と、時間および周波数領域での効率的なスケジューリングを実現するために、3GPPはマルチキャリアアプローチを選択しました。 下りリンクではOFDMA（直交周波数分割多重アクセス）、上りリンクではDFT（離散フーリエ変換）拡散OFDMAとも呼ばれるSC-FDMA（シングルキャリア-周波数分割多重アクセス）が選択されました（図3）。
OFDM はマルチキャリア技術で、利用できる帯域を多数の相互直交狭帯域サブキャリアに細分化するものである。 OFDMAでは、これらのサブキャリアを複数のユーザー間で共有することができます。 OFDMAの場合、PAPR（Peak-to-Average Power Ratio）が高くなるため、線形性の高い高価な電力増幅器が必要となり、送信側の電力消費量が増加します。 これは、eNBでは問題ありませんが、非常に高価な携帯電話につながります。 そのため、ULには別のソリューションが選択されました。 図 3 に示すように、SC-FDMA ソリューションは、シングルキャリア特性の信号を生成するため、低 PAPR となります。
世界中で展開し、できるだけ多くの規制要件をサポートできるように、LTE は、現在 700 MHz から 2.7 GHz までの多くの周波数帯域（E-UTRA 動作帯域）用に開発されています。 また、利用可能な帯域幅も1.4MHzから最大20MHzまでと柔軟性に富んでいます。 LTEは、時分割複信（TDD）と周波数分割複信（FDD）の両方をサポートするように開発されています。 R8では、FDD用に15バンド、TTD用に8バンドが指定されている。 R9では、FDD用に4バンドが追加された。 また、R9では、MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）やHeNB（Home eNB）などが追加されています（図4参照）。 MBMSは、広告などのブロードキャスト情報を全ユーザに提供したり、ストリーミングTVなどの特定のサービスに加入している閉じたグループにマルチキャストを提供するために使用されます。 HeNBは、主に家庭やオフィスなどの屋内をカバーするために導入されます。HeNBは、スモールセル（フェムトセル）で使用される低電力eNBです。 通常、HeNB は顧客が所有し、ネットワーク計画なしで展開され、通信事業者の EPC (Evolved Packet Core) に接続されます。
図 4 LTE R9 の新機能： a) MBMS, b) HeNB.
Further reading
– 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 進化した地上波ラジオアクセス (E-UTRA); 物理層の手順
– TS 36.300 進化型地上波ユニバーサル無線アクセス（E-UTRA）および進化型地上波ユニバーサル無線アクセスネットワーク（E-UTRAN）；全体記述；段階2
– TS 36.321 進化型地上波ユニバーサル無線アクセス（E-UTRA）；媒体アクセス制御（MAC）プロトコル仕様
– TS 36.321 進化型地上波ユニバーサル無線アクセス（E-UTRA）；物理層手順
– TS 36.321 進化型地上波ユニバーサル無線アクセス（E-UTRA）；物理層手順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 36.36.413 進化型地上波無線アクセス(E-UTRA);無線資源制御(RRC);プロトコル仕様
LTE Historical Information
技術論文 UTRA-UTRAN Long Term Evolution (LTE) と 3GPP System Architecture Evolution (SAE) は良い出発点となります。
2004年に開始されたLong Term Evolution (LTE) プロジェクトは、Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) の強化と 3GPPの無線アクセス アーキテクチャの最適化に焦点を当てました。
LTE-Advancedの技術ページもご覧ください。LTE Release 8/9以降の作業について説明しています。
…LTE および LTE-Advanced ロゴの使用方法の詳細
をご覧ください。