LTE (både radio- och kärnnätets utveckling) finns nu på marknaden. Release 8 frystes i december 2008 och detta har utgjort grunden för den första vågen av LTE-utrustning. LTE-specifikationerna är mycket stabila, med den extra fördelen att förbättringar har införts i alla efterföljande 3GPP-utgåvor.
Motiveringen för LTE
- Behovet av att säkerställa 3G-systemets fortsatta konkurrenskraft i framtiden
- Användarnas efterfrågan på högre datahastigheter och högre tjänstekvalitet
- Optimerad paketväxling. system
- Kontinuerlig efterfrågan på kostnadsreducering (CAPEX och OPEX)
- Låg komplexitet
- Undvik onödig fragmentering av tekniker för drift i parade och oparade band
LTE Översikt
Författare: Magdalena Nohrborg, för 3GPP
LTE (Long Term Evolution) eller E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Access Network), som infördes i 3GPP R8, är accessdelen av Evolved Packet System (EPS). De viktigaste kraven för det nya accessnätet är hög spektraleffektivitet, höga toppdatahastigheter, kort tur och returtid samt flexibilitet när det gäller frekvens och bandbredd.
GSM utvecklades för att överföra realtidstjänster, på ett kretskopplat sätt (blått i figur 1), med datatjänster som endast var möjliga via en kretskopplad modemförbindelse, med mycket låga datahastigheter. Det första steget mot en IP-baserad paketförmedlad lösning (grönt i figur 1) togs i och med utvecklingen av GSM till GPRS, som använde samma luftgränssnitt och åtkomstmetod, TDMA (Time Division Multiple Access).
För att nå högre datahastigheter i UMTS (Universal Mobile Terrestrial System) utvecklades en ny åtkomstteknik, WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Tillträdesnätet i UMTS emulerar en kretskopplad förbindelse för realtidstjänster och en paketkopplad förbindelse för datakommunikationstjänster (svart i figur 1). I UMTS tilldelas IP-adressen till UE när en datakommunikationstjänst etableras och frigörs när tjänsten upphör. Inkommande datatjänster är därför fortfarande beroende av den kretskopplade kärnan för personsökning.
Evolved Packet System (EPS) är rent IP-baserat. Både realtidstjänster och datakommunikationstjänster kommer att transporteras av IP-protokollet. IP-adressen tilldelas när mobiltelefonen sätts på och frigörs när den stängs av.
Den nya åtkomstlösningen, LTE, bygger på OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) och i kombination med modulation av högre ordning (upp till 64QAM), stora bandbredder (upp till 20 MHz) och rumslig multiplexering i nedlänken (upp till 4×4) kan man uppnå höga datahastigheter. Den högsta teoretiska toppdatahastigheten på transportkanalen är 75 Mbps i upplänken, och i nedlänken kan hastigheten vara så hög som 300 Mbps med hjälp av rumslig multiplexering.
LTE-åtkomstnätet är helt enkelt ett nätverk av basstationer, evolved NodeB (eNB), som genererar en platt arkitektur (figur 2). Det finns ingen centraliserad intelligent styrenhet, och eNB:erna är normalt sammankopplade via X2-gränssnittet och mot kärnnätet via S1-gränssnittet (figur 2). Anledningen till att intelligensen fördelas mellan basstationerna i LTE är att man vill påskynda uppkomsten av anslutningen och minska den tid som krävs för en överlämning. För en slutanvändare är anslutningstiden för en datasession i realtid i många fall avgörande, särskilt vid onlinespel. Tiden för en överlämning är viktig för realtidstjänster där slutanvändarna tenderar att avsluta samtalen om överlämningen tar för lång tid.
En annan fördel med den distribuerade lösningen är att MAC-protokollskiktet, som ansvarar för schemaläggning, endast finns representerat i den mobila enheten och i basstationen, vilket leder till snabb kommunikation och snabba beslut mellan eNB och den mobila enheten. I UMTS finns MAC-protokollet och schemaläggningen i styrenheten, och när HSDPA infördes lades ytterligare ett MAC-underlager med ansvar för HSPA-schemaläggning till i NB.
Schemaläggaren är en nyckelkomponent för att uppnå en snabbt justerad och effektivt utnyttjad radioresurs. Överföringstidsintervallet (TTI) är satt till endast 1 ms.
Under varje TTI ska eNB:
– planeringen av eNB:
– ta hänsyn till den fysiska radiomiljön per UE. UE:s rapporterar sin upplevda radiokvalitet, som ett indata till schemaläggaren för att bestämma vilket modulerings- och kodningsschema som ska användas. Lösningen bygger på snabb anpassning till kanalvariationer och använder HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) med mjuk kombination och hastighetsanpassning.
– Prioritera kraven på QoS-tjänster bland de enskilda enheterna. LTE stöder både fördröjningskänsliga realtidstjänster och datakommunikationstjänster som kräver höga topphastigheter.
– informera UE:s om tilldelade radioresurser. eNB schemalägger UE:erna både i nedlänken och i upplänken. För varje UE som schemaläggs i ett TTI kommer användardata att transporteras i ett transportblock (TB). DL kan generera högst två TB per TTI per UE – om spatial multiplexering används. TB levereras på en transportkanal. I LTE har antalet kanaler minskat jämfört med UMTS. För användarplanet finns det endast en delad transportkanal i varje riktning. Den TB som sänds på kanalen kan därför innehålla bitar från ett antal tjänster som multiplexats tillsammans.
För att uppnå hög radiospektraleffektivitet och möjliggöra effektiv schemaläggning i både tids- och frekvensdomänen valde 3GPP en multicarrier-strategi för multipel åtkomst. För nedlänken valdes OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) och för upplänken SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access), även känt som DFT (Discrete Fourier Transform) spread OFDMA (figur 3).
OFDM är en teknik med flera bärare som delar upp den tillgängliga bandbredden i en mängd ömsesidiga ortogonala smalbandiga underbärare. I OFDMA kan dessa underbärare delas mellan flera användare. OFDMA-lösningen leder till ett högt PAPR-förhållande (Peak-to-Average Power Ratio) som kräver dyra effektförstärkare med höga krav på linjäritet, vilket ökar sändarens energiförbrukning. Detta är inget problem för eNB, men skulle leda till mycket dyra mobiltelefoner. Därför valdes en annan lösning för UL. Som framgår av figur 3 genererar SC-FDMA-lösningen en signal med egenskaper för en enda bärare och därmed en låg PAPR.
För att möjliggöra en möjlig utbyggnad runt om i världen, med stöd för så många lagstadgade krav som möjligt, utvecklas LTE för ett antal frekvensband – E-UTRA-operationsband – som för närvarande sträcker sig från 700 MHz upp till 2,7 GHz. De tillgängliga bandbredderna är också flexibla och börjar med 1,4 MHz upp till 20 MHz. LTE utvecklas för att stödja både tidsdelningsduplexteknik (TDD) och frekvensdelningsduplex (FDD). I R8 finns 15 band specificerade för FDD och åtta band för TTD. I R9 lades fyra band till för FDD. I R9 lades också till exempel Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS) och Home eNB (HeNB), se figur 4. MBMS används för att sända information till alla användare, t.ex. annonser, och multicast till en sluten grupp som prenumererar på en viss tjänst, t.ex. strömmande TV. HeNB:s introduceras främst för att ge täckning inomhus, i hemmen eller på kontoret HeNB är en eNB med låg effekt som kommer att användas i små celler – femtoceller. Normalt kommer den att ägas av kunden, installeras utan någon nätplanering och anslutas till operatörens EPC (Evolved Packet Core).
Figur 4 Nytt i LTE R9: a) MBMS, b) HeNB.
Fortsatt läsning
– 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 36.300 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) och Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Övergripande beskrivning; Steg 2
– TS 36.321 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Specifikation av MAC-protokoll
– TS 36.331 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); Protokollspecifikation
– 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
Det tekniska dokumentet UTRA-UTRAN Long Term Evolution (LTE) and 3GPP System Architecture Evolution (SAE) är en bra utgångspunkt.
Projektet Long Term Evolution (LTE), som inleddes 2004, var inriktat på att förbättra Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) och optimera 3GPP:s radioaccessarkitektur.
Specifikationerna i 3GPP:s 36-serie omfattar ”Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA)”.
Se även – tekniksidan om LTE-Advanced, som beskriver arbetet efter LTE Release 8/9.
…Få information om hur man använder logotyperna LTE och LTE-Advanced
.