Long Term Evolution (LTE) – standard bezprzewodowego przesyłu danych będący następcą systemów trzeciej generacji, rozwijany przez konsorcjum 3GPP. Głównymi celami nowego standardu jest zwiększenie możliwości telefonii komórkowej poprzez zwiększenie prędkości przesyłania danych, zmniejszenie opóźnień, zwiększenie efektywności spektralnej łączy radiowych, zmniejszenie kosztów transmisji danych, uproszczenie architektury.
Interfejs radiowy LTE używa technologii OFDM do transmisji danych od stacji bazowej do telefonu. Transmisja w kierunku przeciwnym (od telefonu w górę) wykorzystuje SC-FDMA (DFTS-FDMA). Jest to jedna z najbardziej widocznych różnic w stosunku do UMTS, który bazuje na WCDMA.
Wersje standardu LTE
Pierwsza wersja standardu została wydana w grudniu 2008 roku jako Release 8, Release 9 został wydany w grudniu 2009, natomiast zgodność z IMT-Advanced, czyli zbiorem wymagań dla czwartej generacji sieci radiowych, została osiągnięta wraz z wydaniem LTE-Advanced oznaczonego Release 10[1].
HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest) znacznie zmniejsza skutki błędów w transmisji danych.
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) technika OFDM została wykorzystana w LTE, gdyż zapewnia wysoką przepustowość i jest jednocześnie odporna na zakłócenia spowodowane odbiciami i interferencją.
MIMO (Multiple Input Multiple Output) system ten wykorzystuje kilka anten (matryce antenowe) w celu dostrzeżenia różnych ścieżek sygnału. Matryca wyłapuje składowe sygnału, które są potem odpowiednio sumowane, a efektem tego jest poprawna wartość sygnału.
SAE (System Architecture Evolution) zwiększa pojemność sieci zapewniająca przepustowości na poziomie 150 Mbps, a także wykorzystuje nowoczesne protokoły IP (IPv4, IPv6).
SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access) stosowany jest w uplink. Zaletą SC-FDMA jest lepszy w porównaniu z OFDMA współczynnik PAPR (peak-to-average power ratio). Jest on osiągany dzięki wykorzystaniu tylko jednej nośnej.
SON (Self-Organizing Networks) zmniejsza koszty operacji związanych z konfiguracją, optymalizowaniem i naprawianiem sieci. Wyróżnia się trzy główne funkcje SON: samokonfiguracja, samooptymalizacja i samonaprawianie.
Typy kanałów wykorzystywane w LTE
Kanały logiczne LTE
Kanały kontrolne
Kanały przepływu
Broadcast Control Channel (BCCH)
Paging Control Channel (PCCH)
Common Control Channel (CCCH)
Multicast Control Channel (MCCH)
Dedicated Control Channel (DCCH)
Dedicated Traffic Channel (DTCH)
Multicast Traffic Channel (MTCH)
Kanały transportowe LTE
Downlink
Uplink
Broadcast Channel (BCH)
Downlink Shared Channel (DL-SCH)
Paging Channel (PCH)
Multicast Channel (MCH)
Uplink Shared Channel (UL-SCH)
Random Access Channel (RACH)
Kanały fizyczne LTE
Downlink
Uplink
Physical Broadcast Channel (PBCH)
Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH)
Rodzaj modulacji, którą wykorzystuje się w kierunku uplink, jest QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Jej zaletą jest to, że im większa liczba bitów na Symbol, tym większa ilość przesyłanych informacji i lepsze wykorzystanie pasma. Wadą QAM jest to, że im większa liczba bitów na symbol, tym mniejsza odporność na zakłócenia. Drugą modulacją stosowaną w LTE jest QPSK. Jej zaletą jest zwiększenie efektywności wykorzystania pasma, przy jednoczesnym braku negatywnego wpływu na bitową stopę błędów (BER).
Konsorcjum 3GPP pracuje aktualnie nad technologią, która ma spełniać wymogi ITU względem technologii IMT-Advanced, a jest nią technologia LTE-Advanced. Prace nad LTE-A rozpoczęły się w kwietniu 2008 r. Operatorzy i producenci uzgodnili podczas wstępnych prac podstawowe założenia LTE-Advanced:
ma być z technologicznego punktu widzenia rozszerzeniem LTE
ma spełniać wymogi ITU dotyczące IMT-Advanced i stać się pierwszą na świecie telefonią komórkową czwartej generacji (4G)
współpracować ma w pełni z LTE i innymi technologiami radiowymi.
Wymagania techniczne LTE-A
W czerwcu 2008 roku ukazał się dokument TR 36.913, w którym ustalono wymagania techniczne LTE-A. Główne wymagania względem technologii LTE-A zaprezentowane są poniżej w tabeli.
Parametry
Dane
Przepustowość
do abonenta 1 Gb/s
od abonenta 500 Mb/s
Maksymalna szerokość pasma
powyżej 70 MHz
około 100 MHz DL
około 40 MHz UL
Opóźnienia
w płaszczyźnie sterowania < 50 ms
w płaszczyźnie użytkownika 5-10 ms
Wydajność widmowa
30 b/s/Hz DL
15 b/s/Hz UL
Zasięg
do 1 km
Mobilność
taka sama jak w LTE
Pojemność
3-krotnie większa niż w LTE
Agregacja pasm
Agregacja pasma to rozwiązanie, które pozwala na zapewnienie m.in. wyższych prędkości transferu danych w sieci 4G LTE. Oznacza ona łączenie kilku częstotliwości nośnych w jeden kanał o większej szerokości. Maksymalna szerokość pasma określona w wydaniu 8 i 9 standardu, wynosząca 20 MHz uniemożliwiała spełnienie wymagań IMT-Advanced dotyczących przepustowości łącza radiowego. Definiując LTE-Advanced, 3GPP zaproponowało rozwiązanie tego problemu w postaci agregacji pasma – operator ma możliwość agregacji do pięciu, niekoniecznie sąsiednich, pasm o maksymalnej szerokości 20 MHz, formując w ten sposób jedno szerokie pasmo o maksymalnej szerokości 100 MHz, co pozwoli na przesyłanie danych w kierunku urządzenia mobilnego z prędkością do 1 Gb/s[2][3].
Charakterystyka
Agregacja nośnych w LTE Advanced umożliwia korzystanie przez terminal użytkownika z szerszego pasma co przekłada się na większe możliwe do uzyskania prędkości transmisji danych. Mechanizm agregacji nośnych w LTE został wprowadzony w standardzie 3GPP Rel-10. Aby uzyskać pełną kompatybilność wstecz każda agregowana nośna jest zgodna z poprzednimi wersjami standardu LTE – 3GPP Rel-8 i Rel-9.[4]
3 podstawowe typy konfiguracji agregacji pasma
Początkowo zakładano agregację do 5 nośnych LTE (w sumie do 100 MHz pasma) co zostało rozszerzone w ramach 3GPP Rel-13 do 32 nośnych LTE (do 640 MHz agregowanego pasma).
Możliwe są 3 podstawowe konfiguracje CA:
Intra-band contiguous (wewnątrz jednego pasma, ciągłe)
Intra-band non-contiguous (wewnątrz jednego pasma, nieciągłe)
Inter-band (pomiędzy różnymi pasmami)
Poszczególne nośne w agregacji pasm nie są równorzędne, dzielimy je na:
PCC (Primary Component Carrier) – podstawowa nośna, na której odbywa się komunikacja na protokole RRC. Zawsze istnieje tylko jedna podstawowa nośna w łączu do terminala (w dół) i do stacji bazowej (w górę).
SCC (Secondary Component Carrier) – nośna drugorzędna, takich nośnych może być wiele.
Agregacja nośnych osobno traktuje łącze w dół i w górę. Zdecydowanie bardziej popularna jest agregacja w łączu w dół gdzie terminale są już w stanie agregować do 4 nośnych (jedna downlink PCC, trzy downlink SCC). Taki terminal używa do 4 nośnych w łączu do terminala, ale tylko jednego w łączu do stacji bazowej (tego, na którym ma PCC)[5].
Kombinacje agregacji pasm
Standard 3GPP Rel-10 zakładał agregację do 100 MHz pasma na 5 nośnych jednak zdefiniowane kombinacje nośnych ograniczały realne implementacje do 40 MHz agregacji. W ramach testów przeprowadzonych przez Orange Polska w 2016 roku w oparciu o pasma szerokości 20 MHz na częstotliwościach 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz i 2600 MHz połączonych w jeden „superkanał” o szerokości 100 MHz udało się osiągnąć prędkość 1,91 Gb/s[6]. Każda konfiguracja agregacji pasm LTE musi być zdefiniowana w standardzie 3GPP TS 36.101 aby była wspierana przez urządzenia różnych producentów. Jednocześnie dla agregacji pasm jako funkcjonalności ustalono zasadę, że kombinacje agregacji pasm są niezależne od wersji standardu 3GPP. Oznacza to, że kombinacja CA wyspecyfikowana w ramach standardu 3GPP Release N (gdzie N>10) może być wspierana przez terminal zgodny z wcześniejszym standardem 3GPP Release (N-x).
Standard 3GPP
W kolejnych wersjach standardu 3GPP dodawało nowe funkcjonalności związane z CA[7]:
Wersja 3GPP Release
Rel-10
Rel-11
Rel-12
Rel-13
Funkcjonalność związana z agregacją pasm LTE
Agregacja dwóch nośnych w łączu do klienta (downlink)
Agregacja trzech nośnych w łączu do klienta (downlink) z sumrycznym pasmem szerszym niż 40 MHz
Agregacja dwóch bądź trzech nośnych w łączu do klienta (downlink) – jednoczesna agregacja nośnych o wielodostępie częstotliwościowym (FDD) i czasowym (TDD)
Agregacja czterech nośnych w łączu do klienta (downlink)
Agregacja dwóch nośnych w łączu do stacji bazowej (uplink) – tylko wewnątrz jednego pasma, ciągłe
Agregacja dwóch nośnych w łączu do stacji bazowej (uplink) – pomiędzy różnymi pasmami, nieciągłe
Przygotowanie standardu do obsłużenia kombinacji agregacji do 32 nośnych
Agregacja trzech nośnych w łączu do klienta (downlink) z sumrycznym pasmem nie szerszym niż 40 MHz
Agregacja nośnych pomiędzy różnymi stacjami (przy różnym opóźnieniu czasowym i różnych lokalizacjach stacji bazowych)
Long Long, Long, Long Long Beach Vĩnh Long Walter Long Downtown Long Beach Hạ Long (zatoka) Walter Long (1. wicehrabia Long) Long Xuyên Grand Prix of Long Beach Huey Long Hạ Long (miasto) Prowincja Vĩnh Long Hạ Long George Washington De Long Long Beach Boulevard EPrix Long Beach 2015 Long Beach Convention and Entertainment Center Long Island (ujednoznacznienie) Luz Long Prowincja Long An USS Long Island (CVE-1) Long Road Out of Eden As Long as I Fall All Nightmare Long Thelma Coyne Long Port Long Beach Góry De Longa Bitwa o Long Định Port lotniczy Long Thành Nabój .22 Extra Long…
USS Long Beach (CGN-9) Long, Long Way to Go Long Island Dark & Long Long bob All Night Long 5 Long Qingquan I’ll Be Lovin’ U Long Time Bình Long Long Creek Jackob Long Long play Long Live Rock ’n’ Roll Lista odcinków serialu animowanego Amerykański smok Jake Long So long! Long Mynd Ma Long Long Preston Long Bredy Phan Xích Long Gia Long Matt Long Rocket Man (I Think It’s Going to Be a Long, Long Time) Long Man Marguerite Long The Long Lost Long Ditton Long Lake Shane Long Long Sutton Wicehrabia Long Long & Junior Long Island Sound Long Whatton Nabój .22 Long Rifle Alphonse Nguyễn Hữu Long Audrey Long Long Acre Long Newnton Breckinridge Long Long Stratton Long path Richard Long Liczba całkowita (typ danych) Long Branch Long Island Rail Road Port lotniczy Long Beach Long COVID Long Marton Long Ashton Billy Long How Long Long (ujednoznacznienie) Long Eaton Kevin Long Sing-A-Long How Long, How Long Blues Gongsun Long Long Wittenham Long Clawson Matthew Long Long Hill It’s a Long Way to the Top (If You Wanna Rock ’n’ Roll) Long Rock It’s a Long Way to Tipperary Silent So Long Long Prairie Long Point Jodi Long Long Riston Ladignac-le-Long Long Mesangat Sancey