LTE (atât evoluția rețelei radio, cât și a rețelei de bază) este acum pe piață. Versiunea 8 a fost înghețată în decembrie 2008 și aceasta a constituit baza pentru primul val de echipamente LTE. Specificațiile LTE sunt foarte stabile, cu avantajul suplimentar că au fost introduse îmbunătățiri în toate versiunile ulterioare ale 3GPP.
Motivația pentru LTE
- Nevoia de a asigura continuitatea competitivității sistemului 3G în viitor
- Domanda utilizatorilor pentru viteze de transfer de date mai mari și calitate a serviciului
- Comutarea pachetelor optimizată system
- Continuarea cererii de reducere a costurilor (CAPEX și OPEX)
- Complexitate redusă
- Evitați fragmentarea inutilă a tehnologiilor pentru operarea în bandă împerecheată și neîmperecheată
LTE Prezentare generală
Autor: Magdalena Nohrborg, pentru 3GPP
LTE (Long Term Evolution) sau E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Access Network), introdusă în 3GPP R8, este partea de acces a sistemului de pachete evoluat (Evolved Packet System – EPS). Principalele cerințe pentru noua rețea de acces sunt o eficiență spectrală ridicată, viteze de vârf ridicate de transfer de date, timp scurt de călătorie dus-întors, precum și flexibilitate în ceea ce privește frecvența și lățimea de bandă.
GSM a fost dezvoltat pentru a transporta servicii în timp real, într-o manieră de comutare a circuitelor (albastru în figura 1), serviciile de date fiind posibile doar printr-o conexiune modem cu comutare de circuite, cu viteze de transfer de date foarte mici. Primul pas către o soluție de comutare a pachetelor bazată pe IP (verde în figura 1) a fost făcut odată cu evoluția GSM în GPRS, folosind aceeași interfață aeriană și aceeași metodă de acces, TDMA (Time Division Multiple Access).
Pentru a atinge rate de date mai mari în UMTS (Universal Mobile Terrestrial System) a fost dezvoltată o nouă tehnologie de acces WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Rețeaua de acces în UMTS emulează o conexiune cu comutare de circuite pentru servicii în timp real și o conexiune cu comutare de pachete pentru servicii de comunicații de date (negru în figura 1). În UMTS, adresa IP este alocată UE atunci când se stabilește un serviciu de comunicații de date și este eliberată atunci când serviciul este eliberat. Prin urmare, serviciile de comunicații de date primite se bazează în continuare pe nucleul cu comutare de circuite pentru paging.
Sistemul cu pachete evoluate (EPS) este bazat exclusiv pe IP. Atât serviciile în timp real, cât și serviciile datacom vor fi transportate prin protocolul IP. Adresa IP este alocată la pornirea telefonului mobil și eliberată la oprirea acestuia.
Noua soluție de acces, LTE, se bazează pe OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) și, în combinație cu o modulație de ordin superior (până la 64QAM), lățimi de bandă mari (până la 20 MHz) și multiplexare spațială în downlink (până la 4×4), se pot obține viteze mari de transfer de date. Cea mai mare rată de vârf teoretică a datelor pe canalul de transport este de 75 Mbps pe legătura ascendentă, iar pe legătura descendentă, folosind multiplexarea spațială, rata poate ajunge la 300 Mbps.
Rețeaua de acces LTE este pur și simplu o rețea de stații de bază, Evolved NodeB (eNB), care generează o arhitectură plată (figura 2). Nu există un controler inteligent centralizat, iar eNB-urile sunt în mod normal interconectate prin interfața X2 și spre rețeaua centrală prin interfața S1 (figura 2). Motivul pentru care se distribuie inteligența între stațiile de bază în LTE este acela de a accelera stabilirea conexiunii și de a reduce timpul necesar pentru o transferare. Pentru un utilizator final, timpul de stabilire a conexiunii pentru o sesiune de date în timp real este, în multe cazuri, crucial, în special în cazul jocurilor online. Timpul de transfer este esențial pentru serviciile în timp real, unde utilizatorii finali au tendința de a încheia apelurile dacă transferul durează prea mult.
Un alt avantaj al soluției distribuite este acela că stratul de protocol MAC, care este responsabil cu programarea, este reprezentat doar în UE și în stația de bază, ceea ce conduce la o comunicare și decizii rapide între eNB și UE. În UMTS, protocolul MAC și programarea se află în controler, iar când a fost introdus HSDPA, în NB a fost adăugat un substrat MAC suplimentar, responsabil pentru programarea HSPA.
Programatorul este o componentă cheie pentru realizarea unei resurse radio rapid ajustate și eficient utilizate. Intervalul de timp de transmisie (TTI) este stabilit la numai 1 ms.
În timpul fiecărui TTI, planificatorul eNB trebuie:
– să ia în considerare mediul radio fizic pentru fiecare UE. UE-urile raportează calitatea radio percepută, ca intrare pentru planificator pentru a decide ce schemă de modulație și codificare să utilizeze. Soluția se bazează pe adaptarea rapidă la variațiile canalului, utilizând HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) cu soft-combinare și adaptare a ratei.
– să prioritizeze cerințele serviciului QoS între UE-uri. LTE suportă atât servicii în timp real sensibile la întârzieri, cât și servicii de comunicații de date care necesită viteze de vârf ridicate ale datelor.
– informează UE-urile cu privire la resursele radio alocate. eNB programează UE-urile atât pe legătura descendentă, cât și pe cea ascendentă. Pentru fiecare UE programat într-un TTI, datele utilizatorului vor fi transportate într-un bloc de transport (TB). În cazul în care se utilizează multiplexarea spațială, în DL pot fi generate maximum două TB pe TTI pentru fiecare UE. TB este livrat pe un canal de transport. În LTE, numărul de canale este redus față de UMTS. Pentru planul utilizatorului există doar un singur canal de transport partajat în fiecare direcție. Prin urmare, TB trimis pe acest canal poate conține biți din mai multe servicii, multiplexate împreună.
Pentru a obține o eficiență spectrală radio ridicată, precum și pentru a permite o programare eficientă atât în domeniul timpului, cât și în cel al frecvenței, 3GPP a ales o abordare multipurtătoare pentru accesul multiplu. Pentru legătura descendentă a fost ales OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), iar pentru legătura ascendentă SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access), cunoscut și sub numele de DFT (Discrete Fourier Transform) spread OFDMA (figura 3).
OFDM este o tehnologie multipurtătoare care subdivizează lățimea de bandă disponibilă într-o multitudine de subpurtătoare ortogonale reciproce în bandă îngustă. În OFDMA, aceste subpurtătoare pot fi împărțite între mai mulți utilizatori. Soluția OFDMA conduce la un raport ridicat al puterii medii de vârf (PAPR) care necesită amplificatoare de putere costisitoare, cu cerințe ridicate de liniaritate, ceea ce crește consumul de energie pentru emițător. Acest lucru nu reprezintă o problemă pentru eNB, dar ar duce la apariția unor telefoane mobile foarte scumpe. Prin urmare, a fost aleasă o soluție diferită pentru UL. După cum este ilustrat în figura 3, soluția SC-FDMA generează un semnal cu caracteristici de purtătoare unică, deci cu un PAPR scăzut.
Pentru a permite o posibilă implementare în întreaga lume, susținând cât mai multe cerințe de reglementare, LTE este dezvoltat pentru o serie de benzi de frecvență – benzile de operare E-UTRA – care variază în prezent de la 700 MHz până la 2,7 GHz. Lățimile de bandă disponibile sunt, de asemenea, flexibile, începând cu 1,4 MHz până la 20 MHz. LTE este dezvoltat pentru a suporta atât tehnologia duplex cu diviziune în timp (TDD), cât și tehnologia duplex cu diviziune în frecvență (FDD). În R8 există 15 benzi specificate pentru FDD și opt benzi pentru TTD. În R9 au fost adăugate patru benzi pentru FDD. De asemenea, în R9 au fost adăugate, de exemplu, Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS) și Home eNB (HeNB), a se vedea figura 4. MBMS este utilizat pentru a furniza informații de difuzare către toți utilizatorii, de exemplu reclame, și multicast către un grup închis de abonați la un anumit serviciu, de exemplu, streaming TV. HeNB sunt introduse în principal pentru a oferi acoperire în interior, în locuințe sau birouri.HeNB este un eNB de mică putere care va fi utilizat în celule mici – femto-celule. În mod normal, acesta va fi deținut de client, va fi implementat fără nicio planificare a rețelei și va fi conectat la EPC (Evolved Packet Core) al operatorului.
Figura 4 Noutăți în LTE R9: a) MBMS, b) HeNB.
Lecturi suplimentare
– TS 36.211 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Canale fizice și modulație
– TS 36.212 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexare și codificarea canalelor
– TS 36.213 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Proceduri ale stratului fizic
– TS 36.300 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) și Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Descriere generală; Etapa 2
– TS 36.321 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Specificația protocolului de control al accesului mediu (MAC)
– TS 36.331 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); Specificație de protocol
– 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
Documentul tehnic UTRA-UTRAN Long Term Evolution (LTE) și 3GPP System Architecture Evolution (SAE) este un bun punct de plecare.
Început în 2004, proiectul Long Term Evolution (LTE) s-a axat pe îmbunătățirea accesului radio universal terestru (UTRA) și pe optimizarea arhitecturii de acces radio 3GPP.
Seria de specificații 3GPP 36, acoperă „Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA)”.
Vezi, de asemenea, – pagina de tehnologii privind LTE-Advanced, care descrie activitatea dincolo de LTE Release 8/9.
…Obțineți detalii despre modul de utilizare a logo-urilor LTE și LTE-Advanced