LTE (zarówno ewolucja sieci radiowej, jak i rdzeniowej) jest już na rynku. Wydanie 8 zostało zamrożone w grudniu 2008 r. i stanowiło podstawę dla pierwszej fali urządzeń LTE. Specyfikacje LTE są bardzo stabilne, a dodatkową zaletą jest to, że ulepszenia zostały wprowadzone we wszystkich kolejnych wydaniach 3GPP.
Motywacja dla LTE
- Potrzeba zapewnienia ciągłości konkurencyjności systemu 3G w przyszłości
- Zapotrzebowanie użytkowników na wyższe szybkości przesyłania danych i jakość usług
- Zoptymalizowany system Packet Switch system
- Ciągły popyt na redukcję kosztów (CAPEX i OPEX)
- Niska złożoność
- Unikanie niepotrzebnej fragmentacji technologii dla pracy w paśmie sparowanym i niesparowanym
Przegląd LTE
Autor: Magdalena Nohrborg, dla 3GPP
LTE (Long Term Evolution) lub E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Access Network), wprowadzona w 3GPP R8, jest częścią dostępową Evolved Packet System (EPS). Główne wymagania dla nowej sieci dostępowej to wysoka wydajność widmowa, wysoka szczytowa szybkość transmisji danych, krótki czas podróży w obie strony, a także elastyczność w zakresie częstotliwości i szerokości pasma.
GSM została opracowana w celu przenoszenia usług w czasie rzeczywistym, w sposób komutowany (kolor niebieski na rysunku 1), przy czym usługi transmisji danych były możliwe tylko za pośrednictwem komutowanego połączenia modemowego, przy bardzo niskiej szybkości transmisji danych. Pierwszy krok w kierunku rozwiązania opartego na IP z komutacją pakietów (kolor zielony na rys. 1) został zrobiony wraz z ewolucją GSM do GPRS, przy użyciu tego samego interfejsu powietrznego i metody dostępu, TDMA (Time Division Multiple Access).
Aby osiągnąć wyższe prędkości przesyłu danych w UMTS (Universal Mobile Terrestrial System), opracowano nową technologię dostępu WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Sieć dostępowa w UMTS emuluje połączenie komutowane dla usług czasu rzeczywistego i połączenie komutowane pakietów dla usług datacom (kolor czarny na rysunku 1). W UMTS adres IP jest przydzielany UE w momencie ustanowienia usługi datacom i zwalniany w momencie zwolnienia usługi. Przychodzące usługi datacom są zatem nadal zależne od rdzenia komutowanego obwodu dla przywoływania.
Evolved Packet System (EPS) jest oparty wyłącznie na IP. Zarówno usługi czasu rzeczywistego, jak i usługi datacom będą przenoszone przez protokół IP. Adres IP jest przydzielany po włączeniu telefonu komórkowego i zwalniany po jego wyłączeniu.
Nowe rozwiązanie dostępowe, LTE, opiera się na technologii OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), a w połączeniu z modulacją wyższego rzędu (do 64QAM), dużymi szerokościami pasma (do 20 MHz) i multipleksowaniem przestrzennym w łączu „w dół” (do 4×4) można osiągnąć duże szybkości transmisji danych. Najwyższa teoretyczna szczytowa szybkość transmisji danych w kanale transportowym wynosi 75 Mb/s w uplinku, a w downlinku, przy zastosowaniu multipleksacji przestrzennej, szybkość ta może wynosić nawet 300 Mb/s.
Sieć dostępowa LTE to po prostu sieć stacji bazowych, ewoluowanych NodeB (eNB), generujących płaską architekturę (rys. 2). Nie ma scentralizowanego inteligentnego kontrolera, a eNB są zwykle wzajemnie połączone viathe X2-interface i w kierunku sieci rdzeniowej przez S1-interface (rysunek 2). Powodem rozłożenia inteligencji pomiędzy stacje bazowe w LTE jest przyspieszenie zestawiania połączenia i skrócenie czasu potrzebnego na przełączenie. Dla użytkownika końcowego czas zestawienia połączenia dla sesji danych w czasie rzeczywistym jest w wielu przypadkach kluczowy, szczególnie w grach on-line. Czas przekazania jest istotny dla usług czasu rzeczywistego, gdzie użytkownicy końcowi mają tendencję do kończenia połączeń, jeśli przekazanie trwa zbyt długo.
Inną zaletą rozwiązania rozproszonego jest to, że warstwa protokołu MAC, która jest odpowiedzialna za szeregowanie, jest reprezentowana tylko w UE i w stacji bazowej, co prowadzi do szybkiej komunikacji i podejmowania decyzji między eNB i UE. W UMTS protokół MAC i szeregowanie znajduje się w kontrolerze, a gdy wprowadzono HSDPA, w NB dodano dodatkową podwarstwę MAC, odpowiedzialną za szeregowanie HSPA.
Sterowanie jest kluczowym elementem dla osiągnięcia szybko dostosowanego i efektywnie wykorzystanego zasobu radiowego. Interwał czasowy transmisji (TTI) jest ustawiony na zaledwie 1 ms.
Podczas każdego TTI algorytm szeregowania eNB:
– uwzględnia fizyczne środowisko radiowe dla każdego UE. UE zgłaszają swoją postrzeganą jakość radiową, jako dane wejściowe do schedulera, aby zdecydować, który schemat modulacji i kodowania zastosować. Rozwiązanie opiera się na szybkiej adaptacji do zmian w kanale, wykorzystując HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) z miękkim łączeniem i adaptacją szybkości.
– nadanie priorytetu wymaganiom usług QoS wśród UE. LTE obsługuje zarówno wrażliwe na opóźnienia usługi czasu rzeczywistego, jak i usługi datacom wymagające dużych szybkości szczytowych danych.
– informowanie UE o przydzielonych zasobach radiowych. eNB ustala harmonogramy dla UE zarówno w downlinku, jak i w uplink. Dla każdego UE zaplanowanego w TTI dane użytkownika będą przenoszone w bloku transportowym (TB). W DL mogą być wygenerowane maksymalnie dwa TB na TTI na UE – jeśli stosowane jest multipleksowanie przestrzenne. TB jest dostarczany w kanale transportowym. W LTE liczba kanałów jest mniejsza niż w UMTS. Dla płaszczyzny użytkownika istnieje tylko jeden współdzielony kanał transportowy w każdym kierunku. TB przesyłany na kanale może zatem zawierać bity z wielu usług, multipleksowane razem.
Aby osiągnąć wysoką radiową wydajność widmową, jak również umożliwić efektywne planowanie zarówno w dziedzinie czasu jak i częstotliwości, 3GPP wybrało podejście wielodostępu do wielu nośnych. Dla downlink wybrano OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), a dla uplink SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access) znany również jako DFT (Discrete Fourier Transform) spread OFDMA (rysunek 3).
OFDM jest technologią wielodrożną dzielącą dostępne pasmo na wiele wzajemnie ortogonalnych wąskopasmowych podnośnych. W OFDMA podnośne te mogą być współdzielone przez wielu użytkowników. Rozwiązanie OFDMA prowadzi do wysokiego współczynnika PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) wymagającego drogich wzmacniaczy mocy o wysokich wymaganiach odnośnie liniowości, co zwiększa pobór mocy przez nadawcę. Nie stanowi to problemu dla eNB, ale prowadziłoby do powstania bardzo drogich aparatów telefonicznych. Z tego powodu dla UL wybrano inne rozwiązanie. Jak pokazano na rysunku 3, rozwiązanie SC-FDMA generuje sygnał o charakterystyce pojedynczej nośnej, a więc o niskim PAPR.
Aby umożliwić wdrożenie na całym świecie, spełniając jak najwięcej wymagań regulacyjnych, LTE jest rozwijane dla wielu pasm częstotliwości – E-UTRA operating bands – obecnie od 700 MHz do 2,7GHz. Dostępne szerokości pasma są również elastyczne, począwszy od 1,4 MHz aż do 20 MHz. LTE jest rozwijane tak, aby wspierać zarówno technologię time division duplex (TDD), jak i frequency division duplex (FDD). W R8 jest 15 pasm określonych dla FDD i osiem pasm dla TTD. W R9 dodano cztery pasma dla FDD. W R9 dodano również na przykład Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS) oraz Home eNB (HeNB), patrz rysunek 4. MBMS jest wykorzystywany do dostarczania informacji rozgłoszeniowych do wszystkich użytkowników, np. ogłoszeń, oraz multicastowych do zamkniętej grupy abonentów określonej usługi, np. telewizji strumieniowej. HeNB są wprowadzane głównie w celu zapewnienia zasięgu wewnątrz budynków, w domach lub biurach. HeNB to eNB małej mocy, który będzie wykorzystywany w małych komórkach – femto komórkach. Zazwyczaj będzie on własnością klienta, wdrażany bez planowania sieci i podłączany do EPC (Evolved Packet Core) operatora.
Rysunek 4 Nowości w LTE R9: a) MBMS, b) HeNB.
Dalsza lektura
– TS 36.211 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation
– TS 36.212 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multipleksowanie i kodowanie kanałów
– TS 36.213 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Procedury warstwy fizycznej
– TS 36.300 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) i Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Ogólny opis; Etap 2
– TS 36.321 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Specyfikacja protokołu kontroli dostępu do medium (MAC)
– TS 36.331 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Specyfikacja protokołu kontroli dostępu do medium (MAC)
– TS 36.331331 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); Specyfikacja protokołu
– 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)
Informacje historyczne dotyczące LTE
Dobrym punktem wyjścia jest dokument techniczny UTRA-UTRAN Long Term Evolution (LTE) i 3GPP System Architecture Evolution (SAE).
Początkowany w 2004 roku projekt Long Term Evolution (LTE) skupiał się na ulepszeniu uniwersalnego naziemnego dostępu radiowego (UTRA) i optymalizacji architektury dostępu radiowego 3GPP.
Seria specyfikacji 3GPP 36, obejmuje „Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA)”.
Zobacz także – stronę technologii na temat LTE-Advanced, która opisuje prace wykraczające poza LTE Release 8/9.
…Uzyskaj szczegółowe informacje na temat używania logo LTE i LTE-Advanced
.