E-UTRA - E-UTRA

Architektura EUTRAN jako součást a LTE a SAE síť

E-UTRA je vzduchové rozhraní projektu partnerství třetí generace (3GPP ) dlouhodobý vývoj (LTE) cesta k upgradu pro mobilní sítě. Je to zkratka pro Vyvinutý univerzální mobilní telekomunikační systém (UMTS ) Pozemní rádiový přístup, označovaný také jako 3GPP pracovní položka na Long Term Evolution (LTE)[1] také známý jako Vyvinutý univerzální pozemský rádiový přístup (E-UTRA) v raných verzích specifikace 3GPP LTE.[1] E-UTRAN je inicializací vyvinuté pozemní rádiové přístupové sítě UMTS a je kombinací E-UTRA, uživatelské vybavení (UE) a uzel E-UTRAN B nebo rozvinutý uzel B (EnodeB ).

Je to rádiová přístupová síť (RAN), na který se odkazuje pod jménem EUTRAN standard měl být náhradou za UMTS a HSDPA /HSUPA technologie uvedené v 3GPP vydávají 5 a vyšší verze. Na rozdíl od HSPA je LTE E-UTRA zcela nový systém vzduchového rozhraní, který nesouvisí a není kompatibilní s W-CDMA. Poskytuje vyšší datové rychlosti, nižší latenci a je optimalizován pro paketová data. Využívá to OFDMA rádiový přístup pro downlink a SC-FDMA na uplinku. Zkoušky začaly v roce 2008.

Funkce

EUTRAN má následující funkce:

  • Špičkové rychlosti stahování 299,6 Mbit / s pro antény 4 × 4 a 150,8 Mbit / s pro 2 × 2 antény s 20 MHz spektrem. LTE Advanced podporuje konfigurace antény 8 × 8 se špičkovými rychlostmi stahování 2998,6 Mbit / s v agregovaném kanálu 100 MHz.[2]
  • Špičkové rychlosti nahrávání 75,4 Mbit / s pro kanál 20 MHz ve standardu LTE, s až 1497,8 Mbit / s na nosiči LTE Advanced 100 MHz.[2]
  • Nízká latence přenosu dat (latence pod 5 ms pro malé IP pakety za optimálních podmínek), nižší latence pro předat a čas nastavení připojení.
  • Podpora terminálů pohybujících se až 350 km / h nebo 500 km / hv závislosti na frekvenčním pásmu.
  • Podpora pro oba FDD a TDD duplexy i poloduplexní FDD se stejnou technologií rádiového přístupu
  • Podpora všech frekvenčních pásem, která aktuálně používá IMT systémy od ITU-R.
  • Flexibilní šířka pásma: 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz a 20 MHz jsou standardizovány. Pro srovnání, W-CDMA využívá pevné části spektra o velikosti 5 MHz.
  • Zvýšené spektrální účinnost na 2–5krát více než v 3GPP (HSPA ) vydání 6
  • Podpora velikostí buněk od desítek metrů poloměru (femto a pikocelly ) až do poloměru více než 100 km makrobuněk
  • Zjednodušená architektura: Síťovou stránku EUTRAN tvoří pouze enodeBs
  • Podpora spolupráce s jinými systémy (např. GSM /OKRAJ, UMTS, CDMA2000, WiMAX, atd.)
  • Paket přepnut rádiové rozhraní.

Odůvodnění pro E-UTRA

Ačkoli UMTS, s HSDPA a HSUPA a jejich vývoj „Poskytují vysoké rychlosti přenosu dat, očekává se, že využití bezdrátových dat bude v příštích několika letech významně narůstat kvůli zvýšené nabídce a poptávce po službách a obsahu na cestách a pokračujícímu snižování nákladů pro konečného uživatele. Očekává se, že toto zvýšení bude vyžadovat nejen rychlejší sítě a rádiová rozhraní, ale také vyšší nákladovou efektivitu, než je možné díky vývoji současných standardů. Konsorcium 3GPP tedy stanovilo požadavky na nové rádiové rozhraní (EUTRAN) a vývoj základní sítě (Systémová architektura Evolution SAE ), které by tuto potřebu splnily.

Tato vylepšení výkonu umožňují bezdrátový operátoři nabídnout čtyřnásobná hra služby - hlasové, vysokorychlostní interaktivní aplikace včetně přenosu velkých dat a bohatý na funkce IPTV s plnou mobilitou.

Počínaje verzí 3GPP Release 8 je E-UTRA navržen tak, aby poskytoval jedinou vývojovou cestu pro GSM /OKRAJ, UMTS /HSPA, CDMA2000 /EV-DO a TD-SCDMA rádiová rozhraní, která zvyšují rychlost dat a spektrální účinnost a umožňují poskytovat více funkcí.

Architektura

EUTRAN se skládá pouze z enodeB na straně sítě. EnodeB provádí úkoly podobné těm, které provádí uzly uzlů a RNC (radič bezdrátové sítě) společně v UTRANU. Cílem tohoto zjednodušení je snížit latenci všech operací rádiového rozhraní. eNodeB jsou vzájemně propojeny prostřednictvím rozhraní X2 a připojují se k přepojování paketů (PS) hlavní síť přes rozhraní S1.[3]

Zásobník protokolu EUTRAN

Zásobník protokolu EUTRAN

EUTRAN zásobník protokolu skládá se z:[3]

  • Fyzická vrstva:[4] Přenáší všechny informace z transportních kanálů MAC přes vzduchové rozhraní. Stará se o propojení adaptace (ACM), řízení výkonu, vyhledávání buněk (pro počáteční synchronizaci a předání) a další měření (uvnitř systému LTE a mezi systémy) pro vrstvu RRC.
  • MAC:[5] Subvrstva MAC nabízí sadu logických kanálů do podvrstvy RLC, kterou má multiplexy do transportních kanálů fyzické vrstvy. Rovněž spravuje korekci chyb HARQ, zpracovává prioritizaci logických kanálů pro stejné UE a dynamické plánování mezi UE atd.
  • RLC:[6] Přenáší PDCP PDU. Může pracovat ve 3 různých režimech v závislosti na poskytované spolehlivosti. V závislosti na tomto režimu může poskytovat: ARQ korekce chyb, segmentace / zřetězení PDU, změna pořadí pro doručování v pořadí, detekce duplikátů atd.
  • PDCP:[7] Pro vrstvu RRC zajišťuje transport svých dat šifrování a ochrana integrity. A pro transport IP vrstvy IP paketů s Komprese záhlaví ROHC, šifrování a v závislosti na in-sekvenci doručování v režimu RLC duplicitní detekce a opakovaný přenos vlastních SDU během předávání.
  • RRC:[8] Mezi ostatními se stará o: informace o vysílacím systému týkající se přístupová vrstva a přeprava vrstva bez přístupu (NAS) zprávy, stránkování, navázání a uvolnění připojení RRC, správa bezpečnostních klíčů, předání, měření UE související s mobilitou mezi systémy (inter-RAT), QoS atd.

Propojení vrstev do zásobníku protokolu EUTRAN:

  • NAS:[9] Protokol mezi UE a EU MME na straně sítě (mimo EUTRAN). Mezi ostatními provádí ověřování UE, kontrolu zabezpečení a generuje část stránkovacích zpráv.
  • IP

Návrh fyzické vrstvy (L1)

E-UTRA používá ortogonální multiplexování s frekvenčním dělením (OFDM), více vstupů více výstupů (MIMO) anténní technologie v závislosti na kategorii terminálu a lze ji také použít tvarování paprsku aby downlink podporoval více uživatelů, vyšší přenosové rychlosti a nižší výkon potřebný pro každý telefon.[10]

V uplinku LTE používá obojí OFDMA a volala předkódovaná verze OFDM Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access (SC-FDMA) v závislosti na kanálu. To má kompenzovat nevýhodu s normálním OFDM, který má velmi vysokou hodnotu poměr špičkového k průměrnému výkonu (PAPR). Vysoký PAPR vyžaduje dražší a neefektivní výkonové zesilovače s vysokými požadavky na linearitu, což zvyšuje náklady na terminál a rychleji vybíjí baterii. Uplink ve verzi 8 a 9 podporuje víceuživatelský přístup MIMO / Spatial Division (SDMA); vydání 10 také zavádí SU-MIMO.

V režimech přenosu OFDM i SC-FDMA a cyklická předpona je připojen k přenášeným symbolům. K dispozici jsou dvě různé délky cyklické předpony, které podporují různé kanálové spready kvůli velikosti buněk a prostředí šíření. Jedná se o normální cyklickou předponu 4,7 μs a rozšířenou cyklickou předponu 16,6 μs.

LTE Blokování zdrojů v časové a frekvenční doméně: 12 subnosiče, 0,5 ms timeslot (normální cyklická předpona).

LTE podporuje obojí Frekvenční dělení duplex (FDD) a Časově dělený duplex (TDD) režimy. Zatímco FDD využívá spárovaná spektra pro UL a DL přenos oddělené duplexní frekvenční mezerou, TDD rozděluje jednu frekvenční nosnou do střídavých časových období pro přenos ze základnové stanice do terminálu a naopak. Oba režimy mají svou vlastní rámcovou strukturu v rámci LTE a jsou vzájemně sladěny, což znamená, že podobný hardware lze použít v základnových stanicích a terminálech, aby se umožnila úspora rozsahu. Režim TDD v LTE je sladěn s TD-SCDMA a také umožnění soužití. K dispozici jsou jednotlivé čipové sady, které podporují provozní režimy TDD-LTE a FDD-LTE.

Rámečky a bloky zdrojů

Přenos LTE je strukturován v časové doméně v rádiových rámcích. Každý z těchto rádiových rámců je dlouhý 10 ms a skládá se z 10 dílčích rámců o délce 1 ms. Pro ne-Multicast Broadcast Multicast Service (MBMS) dílčí rámce, OFDMA vzdálenost mezi nosnými ve frekvenční doméně je 15 kHz. Dvanáct z těchto dílčích nosných společně přidělených během 0,5 ms časového úseku se nazývá blok prostředků.[11] Terminálu LTE lze přidělit v sestupném nebo vzestupném směru minimálně 2 bloky zdrojů během 1 dílčího rámce (1 ms).[12]

Kódování

Všechna data přenosu L1 jsou kódována pomocí turbo kódování a bez sporů kvadratický permutační polynom (QPP) turbo kód interní prokládač.[13] L1 HARQ s 8 (FDD) nebo až 15 (TDD) procesy se používá pro downlink a až 8 procesů pro UL

Fyzické kanály a signály EUTRAN

Downlink (DL)

V sestupném směru existuje několik fyzických kanálů:[14]

  • Fyzický downlink řídící kanál (PDCCH) nese mezi ostatními informace o alokaci downlinku, uplinkové alokační granty pro terminál / UE.
  • Channel Control Format Indicator Channel (PCFICH) používaný k signalizaci CFI (indikátor kontrolního formátu).
  • Fyzický hybridní indikátor ARQ (PHICH) používaný k přenosu potvrzení z uplinkových přenosů.
  • K přenosu transportních dat L1 se používá fyzický downlink sdílený kanál (PDSCH). Podporované modulační formáty na PDSCH jsou QPSK, 16QAM a 64QAM.
  • Fyzický multicastový kanál (PMCH) se používá pro přenos vysílání pomocí jednofrekvenční sítě
  • Fyzický vysílací kanál (PBCH) se používá k vysílání základních systémových informací v buňce

A následující signály:

  • Synchronizační signály (PSS a SSS) jsou určeny pro UE, aby objevilo LTE buňku a provedlo počáteční synchronizaci.
  • Referenční signály (specifické pro buňky, MBSFN a specifické pro UE) používá UE k odhadu DL kanálu.
  • Polohové referenční signály (PRS), přidané ve verzi 9, určené pro použití pro UE OTDOA umístění (typ multilaterace )

Uplink (UL)

V uplinku jsou tři fyzické kanály:

  • Fyzický kanál s náhodným přístupem (PRACH) se používá pro počáteční přístup a když UE ztratí synchronizaci uplink,[15]
  • Sdílený fyzický uplinkový kanál (PUSCH) přenáší transportní data UL L1 spolu s řídicími informacemi. Podporované modulační formáty na PUSCH jsou QPSK, 16QAM a v závislosti na uživatelské vybavení kategorie 64QAM. PUSCH je jediný kanál, který díky své větší BW používá SC-FDMA
  • Fyzický uplinkový řídicí kanál (PUCCH) nese řídicí informace. Všimněte si, že řídicí informace Uplink sestávají pouze z DL potvrzení a zpráv souvisejících s CQI, protože všechny parametry kódování a přidělení UL jsou známé ze strany sítě a signalizovány do UE v PDCCH.

A následující signály:

  • Referenční signály (RS) používané enodeB k odhadu uplinkového kanálu k dekódování terminálového uplinkového přenosu.
  • Znějící referenční signály (SRS) používané enodeB k odhadu podmínek uplinkového kanálu pro každého uživatele k rozhodnutí o nejlepším plánování uplinků.

Kategorie uživatelského vybavení (UE)

3GPP Release 8 definuje pět kategorií uživatelského vybavení LTE v závislosti na maximální špičkové rychlosti přenosu dat a podpoře funkcí MIMO. S 3GPP Release 10, který je označován jako LTE Advanced, byly zavedeny tři nové kategorie a další čtyři s 3GPP Release 11 a další dvě s 3GPP Release 14.

Uživatel
zařízení
Kategorie		Max. L1
rychlost přenosu dat
Downlink
(Mbit / s)		Max. číslo
DL MIMO
vrstvy		Max. L1
rychlost přenosu dat
Uplink
(Mbit / s)		Uvolnění 3GPP
NB10.6811.0Rel 13
M11.011.0
01.011.0Rel 12
110.315.2Rel 8
251.0225.5
3102.0251.0
4150.8251.0
5299.6475.4
6301.52 nebo 451.0Rel 10
7301.52 nebo 4102.0
82,998.681,497.8
9452.22 nebo 451.0Rel 11
10452.22 nebo 4102.0
11603.02 nebo 451.0
12603.02 nebo 4102.0
13391.72 nebo 4150.8Rel 12
14391.789,585
157502 nebo 4226
169792 nebo 4n / a
1725,0658n / aRel 13
181,1742 nebo 4 nebo 8n / a
191,5662 nebo 4 nebo 8n / a
202,0002 nebo 4 nebo 8315Rel 14
211,4002 nebo 4300Rel 14

Poznámka: Maximální zobrazené datové rychlosti platí pro šířku pásma kanálu 20 MHz. Kategorie 6 a vyšší zahrnují přenosové rychlosti z kombinace více kanálů 20 MHz. Maximální přenosové rychlosti budou nižší, pokud se využije menší šířka pásma.

Poznámka: Jedná se o rychlosti přenosu dat L1, které nezahrnují různé režijní vrstvy protokolu. V závislosti na buňce šířka pásma, zatížení buněk (počet současných uživatelů), konfigurace sítě, výkon použitého uživatelského zařízení, podmínky šíření atd. Praktické rychlosti dat se budou lišit.

Poznámka: Datová rychlost 3,0 Gbit / s / 1,5 Gbit / s uvedená v kategorii 8 se blíží maximální agregované datové rychlosti pro sektor základnových stanic. Realističtější maximální rychlost dat pro jednoho uživatele je 1,2 Gbit / s (downlink) a 600 Mbit / s (uplink).[16] Nokia Siemens Networks prokázala downlink rychlosti 1,4 Gbit / s při použití 100 MHz agregovaného spektra.[17]

Vydání EUTRAN

Jako zbytek 3GPP standardní součásti E-UTRA je strukturována ve verzích.

  • Vydání 8, zmrazené v roce 2008, specifikovalo první standard LTE
  • Vydání 9, zmrazené v roce 2009, zahrnovalo některé dodatky k fyzické vrstvě, jako je dvouvrstvý (MIMO) přenos tvořící paprsek nebo umístění Podpěra, podpora
  • Vydání 10, zmrazené v roce 2011, zavádí do standardu několik LTE Advanced funkce jako agregace operátorů, uplink SU-MIMO nebo relé, jejichž cílem je značné zvýšení maximální rychlosti dat L1.

Všechna vydání LTE byla doposud navržena s ohledem na zpětnou kompatibilitu. To znamená, že terminál kompatibilní s vydáním 8 bude fungovat v síti s vydáním 10, zatímco terminály s vydáním 10 budou moci využívat jeho další funkce.

Frekvenční pásma a šířky pásma kanálu

Hlavní článek: Frekvenční pásma LTE § Frekvenční pásma a šířky pásma kanálu

Nasazení podle regionů

Hlavní článek: Frekvenční pásma LTE § Nasazení podle regionů

Ukázky technologií

  • V září 2007 společnost NTT Docomo během testu prokázala datové rychlosti E-UTRA 200 Mbit / s při spotřebě energie pod 100 mW.[18]
  • V dubnu 2008 společnosti LG a Nortel prokázaly rychlost přenosu dat E-UTRA 50 Mbit / s při cestování rychlostí 110 km / h.[19]
  • 15. února 2008 - Skyworks Solutions vydala front-end modul pro E-UTRAN.[20][21][22]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Stránka 3GPP UMTS Long Term Evolution
  2. ^ A b 3GPP TS 36.306 E-UTRA uživatelské vybavení, možnosti rádiového přístupu
  3. ^ A b 3GPP TS 36.300 E-UTRA Celkový popis
  4. ^ 3GPP TS 36.201 E-UTRA: fyzická vrstva LTE; Obecný popis
  5. ^ 3GPP TS 36.321 E-UTRA: Specifikace protokolu Access Control (MAC)
  6. ^ 3GPP TS 36.322 E-UTRA: Specifikace protokolu Radio Link Control (RLC)
  7. ^ 3GPP TS 36.323 E-UTRA: Specifikace paketového datového konvergenčního protokolu (PDCP)
  8. ^ 3GPP TS 36.331 E-UTRA: Specifikace protokolu Radio Resource Control (RRC)
  9. ^ 3GPP TS 24.301 Non-Access-Stratum (NAS) protokol pro Evolved Packet System (EPS); Fáze 3
  10. ^ „3GPP LTE: Představujeme FDMA s jedním nosičem“ (PDF). Citováno 2018-09-20.
  11. ^ TS 36.211 rel.11, LTE, Evolve Universal Terrestrial Radio Access, Physical channels and modulation - kapitoly 5.2.3 a 6.2.3: Bloky zdrojů etsi.org, leden 2014
  12. ^ Struktura rámce LTE a architektura bloků zdrojů Teletopix.org, získaný v srpnu 2014.
  13. ^ 3GPP TS 36.212 E-UTRA Multiplexování a kódování kanálů
  14. ^ 3GPP TS 36.211 E-UTRA Fyzické kanály a modulace
  15. ^ „Newsletter Nomor Research: LTE Random Access Channel“. Archivovány od originál dne 19. 7. 2011. Citováno 2010-07-20.
  16. ^ „Standardizace 3GPP LTE / LTE-A: stav a přehled technologie, snímek 16“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 29. 12. 2016. Citováno 2011-08-15.
  17. ^ „Rekord rychlosti 4G byl rozbit s mobilním hovorem 1,4 Gigabitů za sekundu # MWC12 | Nokia“. Nokia. Citováno 2017-06-20.
  18. ^ NTT DoCoMo vyvíjí čip s nízkou spotřebou pro mobilní telefony 3G LTE Archivováno 27. září 2011, v Wayback Machine
  19. ^ „Nortel a LG Electronics Demo LTE na ČOI a s vysokými rychlostmi vozidla“. Archivovány od originál 6. června 2008. Citováno 2008-05-23.
  20. ^ „Skyworks uvádí na trh přední modul pro bezdrátové aplikace 3,9 G. (Skyworks Solutions Inc.)“ (vyžaduje se bezplatná registrace). Bezdrátové zprávy. 14. února 2008. Citováno 2008-09-14.
  21. ^ „Wireless News Briefs - 15. února 2008“. Bezdrátový týden. 15. února 2008. Citováno 2008-09-14.[trvalý mrtvý odkaz ]
  22. ^ „Skyworks představuje první front-end modul pro bezdrátové aplikace 3,9 G v oboru“. Tisková zpráva Skyworks. Zdarma s registrací. 11. února 2008. Citováno 2008-09-14.

externí odkazy