LTE (zowel radio als core network evolution) is nu op de markt. Release 8 werd in december 2008 bevroren en dit vormde de basis voor de eerste golf LTE-apparatuur. De LTE-specificaties zijn zeer stabiel, met als bijkomend voordeel dat in alle volgende 3GPP-releases verbeteringen zijn aangebracht.
De motivatie voor LTE
- Noodzaak om de continuïteit van het concurrentievermogen van het 3G-systeem voor de toekomst te waarborgen
- Vraag van gebruikers naar hogere datasnelheden en kwaliteit van de dienstverlening
- Packet Switch geoptimaliseerd systeem
- Aanhoudende vraag naar kostenverlaging (CAPEX en OPEX)
- Lage complexiteit
- Voorkom onnodige fragmentatie van technologieën voor gepaarde en ongepaarde bandwerking
LTE-overzicht
Auteur: Magdalena Nohrborg, voor 3GPP
LTE (Long Term Evolution) of E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Access Network), geïntroduceerd in 3GPP R8, is het toegangsgedeelte van het Evolved Packet System (EPS). De belangrijkste vereisten voor het nieuwe toegangsnetwerk zijn een hoge spectrale efficiëntie, hoge piekdatasnelheden, een korte omlooptijd en flexibiliteit in frequentie en bandbreedte.
GSM werd ontwikkeld om real-time diensten te vervoeren, op circuitgeschakelde wijze (blauw in figuur 1), waarbij datadiensten alleen mogelijk waren via een circuitgeschakelde modemverbinding, met zeer lage datasnelheden. De eerste stap naar een op IP gebaseerde pakketgeschakelde oplossing (groen in figuur 1) werd gezet met de evolutie van GSM naar GPRS, waarbij gebruik werd gemaakt van dezelfde luchtinterface en toegangsmethode, TDMA (Time Division Multiple Access).
Om hogere datasnelheden te bereiken in UMTS (Universal Mobile Terrestrial System) werd een nieuwe toegangstechnologie ontwikkeld, WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Het toegangsnetwerk in UMTS emuleert een circuitgeschakelde verbinding voor real-time-diensten en een pakketgeschakelde verbinding voor datacomdiensten (zwart in figuur 1). In UMTS wordt het IP-adres aan de UE toegewezen wanneer een datacomdienst tot stand wordt gebracht en wordt het vrijgegeven wanneer de dienst wordt vrijgegeven. Inkomende datacomdiensten zijn derhalve nog steeds afhankelijk van de circuitgeschakelde kern voor paging.
Het Evolved Packet System (EPS) is zuiver op IP gebaseerd. Zowel real time-diensten als datacom-diensten zullen door het IP-protocol worden overgedragen. Het IP-adres wordt toegewezen wanneer de mobiele telefoon wordt ingeschakeld en weer vrijgegeven wanneer hij wordt uitgeschakeld.
De nieuwe toegangsoplossing, LTE, is gebaseerd op OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) en in combinatie met modulatie van hogere orde (tot 64QAM), grote bandbreedten (tot 20 MHz) en ruimtelijke multiplexing in de downlink (tot 4×4) kunnen hoge datasnelheden worden bereikt. De hoogste theoretische piekdatasnelheid op het transportkanaal is 75 Mbps in de uplink, en in de downlink, met gebruikmaking van ruimtelijke multiplexing, kan de snelheid oplopen tot 300 Mbps.
Het LTE-toegangsnetwerk is eenvoudigweg een netwerk van basisstations, geëvolueerde NodeB (eNB), die een vlakke architectuur genereren (figuur 2). Er is geen gecentraliseerde intelligente controller, en de eNB’s zijn normaal gesproken onderling verbonden viat de X2-interface en naar het kernnetwerk via de S1-interface (figuur 2). De reden voor het verdelen van de intelligentie over de basisstations in LTE is het versnellen van het opzetten van de verbinding en het verkorten van de tijd die nodig is voor een handover. Voor een eindgebruiker is de tijd die nodig is voor het opzetten van een verbinding voor een real-time datasessie in veel gevallen van cruciaal belang, met name bij on-line spelletjes. De tijd voor een handover is van essentieel belang voor real-time diensten, waar eindgebruikers geneigd zijn gesprekken te beëindigen als de handover te lang duurt.
Een ander voordeel van de gedistribueerde oplossing is dat de MAC-protocollaag, die verantwoordelijk is voor de planning, alleen in de UE en in het basisstation aanwezig is, wat leidt tot snelle communicatie en beslissingen tussen de eNB en de UE. In UMTS bevindt het MAC-protocol en de planning zich in de controller en toen HSDPA werd geïntroduceerd, werd een extra MAC-sublaag, verantwoordelijk voor de HSPA-scheduling, toegevoegd in de NB.
De scheduler is een sleutelcomponent voor het bereiken van een snel aangepaste en efficiënt gebruikte radiofrequentie. De zendtijdinterval (TTI) is vastgesteld op slechts 1 ms.
Tijdens elke TTI zal de eNB-planner:
– rekening houden met de fysieke radio-omgeving per UE. De UE’s rapporteren hun waargenomen radiokwaliteit, als input voor de planner om te beslissen welke modulatie- en coderingsregeling moet worden gebruikt. De oplossing berust op een snelle aanpassing aan kanaalvariaties, waarbij gebruik wordt gemaakt van HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) met soft-combining en aanpassing van de snelheid.
– de QoS-dienstvereisten tussen de UE’s prioriteren. LTE ondersteunt zowel vertragingsgevoelige real-time diensten als datacomdiensten die hoge gegevenspieken vereisen.
– de UE’s op de hoogte te brengen van de toegewezen radiohulpbronnen. De eNB plant de UE’s zowel op de downlink als op de uplink. Voor elke UE die in een TTI is gepland, worden de gebruikersgegevens in een transportblok (TB) overgebracht. DL Er kunnen maximaal twee TB’s per TTI per UE worden gegenereerd – indien ruimtelijke multiplexing wordt gebruikt. De TB wordt geleverd op een transportkanaal. In LTE is het aantal kanalen verminderd in vergelijking met UMTS. Voor het gebruikersvlak is er slechts één gedeeld transportkanaal in elke richting. Het TB dat over het kanaal wordt verzonden, kan derhalve bits van een aantal diensten bevatten, die met elkaar worden gemultiplexed.
Om een hoge radiospectrumefficiëntie te bereiken en tevens een efficiënte planning in zowel het tijds- als het frequentiedomein mogelijk te maken, werd door 3GPP gekozen voor een multicarrier-benadering voor meervoudige toegang. Voor de downlink werd gekozen voor OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) en voor de uplink voor SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access), ook bekend als DFT (Discrete Fourier Transform) spread OFDMA (figuur 3).
OFDM is een multicarrier-technologie waarbij de beschikbare bandbreedte wordt onderverdeeld in een veelheid van wederzijdse orthogonale smalbandige subcarriers. Bij OFDMA kunnen deze subcarriers door meerdere gebruikers worden gedeeld. De OFDMA-oplossing leidt tot een hoge PAPR (Peak-to-Average Power Ratio), waarvoor dure vermogensversterkers met hoge eisen aan de lineariteit nodig zijn, waardoor het stroomverbruik voor de verzender toeneemt. Dit is geen probleem in de eNB, maar zou leiden tot zeer dure handsets. Daarom werd een andere oplossing gekozen voor de UL. Zoals geïllustreerd in figuur 3 genereert de SC-FDMA-oplossing een signaal met single carrier-karakteristieken, dus met een lage PAPR.
Om een wereldwijde invoering mogelijk te maken, waarbij aan zoveel mogelijk wettelijke eisen wordt voldaan, is LTE ontwikkeld voor een aantal frequentiebanden – E-UTRA operating bands- die momenteel variëren van 700 MHz tot 2,7 GHz. Ook de beschikbare bandbreedtes zijn flexibel, beginnend bij 1,4 MHz tot 20 MHz. LTE is ontwikkeld om zowel de time division duplex-technologie (TDD) als de frequency division duplex-technologie (FDD) te ondersteunen. In R8 zijn er 15 banden gespecificeerd voor FDD en acht banden voor TTD. In R9 werden vier banden voor FDD toegevoegd. Ook werden in R9 bijvoorbeeld Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS), en Home eNB (HeNB) toegevoegd, zie figuur 4. MBMS wordt gebruikt om broadcast-informatie te verstrekken aan alle gebruikers, bijvoorbeeld reclame, en multicast aan een gesloten groep die zich op een specifieke dienst abonneert, bijvoorbeeld streaming TV. HeNB’s worden voornamelijk geïntroduceerd om dekking te bieden binnenshuis, in huizen of kantoren. De HeNB is een eNB met laag vermogen die zal worden gebruikt in kleine cellen – femto-cellen. De HeNB is een eNB met een laag vermogen die wordt gebruikt in kleine cellen – femto-cellen. Normaal gesproken is de HeNB eigendom van de klant, wordt hij ingezet zonder netwerkplanning en is hij verbonden met de EPC (Evolved Packet Core) van de exploitant.
Figuur 4 Nieuw in LTE R9: a) MBMS, b) HeNB.
Verder lezen
– TS 36.211 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Fysieke kanalen en modulatie
– TS 36.212 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexing en kanaalcodering
– TS 36.213 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Procedures voor de fysieke laag
– TS 36.213 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Procedures voor de fysieke laag
– TS 36.300 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) en Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Algemene beschrijving; Fase 2
– TS 36.321 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Specificatie van het Medium Access Control (MAC) protocol
– TS 36.331 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Medium Access Control (MAC) protocol specificatie
– TS 36.331 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); protocolspecificatie
– 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 Historische informatie
Het technisch document UTRA-UTRAN Long Term Evolution (LTE) en 3GPP System Architecture Evolution (SAE) is een goed startpunt.
Het in 2004 gestarte Long Term Evolution (LTE)-project richtte zich op het verbeteren van de Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) en het optimaliseren van 3GPP’s radiotoegangsarchitectuur.
De 3GPP 36-serie specificaties, heeft betrekking op de “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA)”.
Zie ook – de technologie-pagina over LTE-Advanced, waarin de werkzaamheden na LTE Release 8/9 worden beschreven.
…Meer informatie over het gebruik van de LTE- en LTE-Advanced-logo’s