LTE
LTE architektúra2012
Maros Dóra
LTE
3G hálózatok kapacitása végesnek bizonyult
Előfizetői igények nőnek
Fejlesztés szükséges:1. Növelni a meglévő rendszer spektrális
hatékonyságát▪ 3G
2. Nagyobb sávszélességet támogató új rendszer kialakítása
▪ LTE
Fejlődési irányok a 3G után
LTE
Spektrális hatékonyság növelése: Magasabb rendű modulációk
▪ DL: 64QAM, UL: 16QAM Többantennás megoldások
▪ MIMO (Multiple Input Multiple Output) antenna 2 vivőfrekvenciás működés bevezetése
▪ Szomszédos sávok szimultán használata
1. 3G fejlesztése
LTE
Előnyök: Fejlesztések fokozatosan bevezethetők Szoftverfrissítéssel megoldható Új hardver nem feltétlen szükséges Visszafelé kompatibilitás biztosított
Hátrányok: 5 MHz-es sávok adottak
▪ Csatornakiegyenlítés 5MHz felett bonyolult, drága
▪ UMTS csatornák nem összefoghatóak Áramkörkapcsolt szolgáltatások
támogatása
1. 3G fejlesztése - 2
LTE
Új elvek alkalmazhatóak: Korszerű rádiós technológia Tisztán IP hálózati kialakítás
Előnyök: 3G-hez képest szélesebb frekvenciasávok
használata Rugalmas sávkiosztás lehetősége Csatornaviszonyokhoz adaptív
alkalmazkodás Hozzáférési sebességek rugalmas
változtatása MIMO könnyebb megvalósítása OFDM-mel
2. Új rendszer kialakítása
LTE
Hátrányok: Teljesen új hálózat kialakítása Kétmódú készülékek szükségessége a
teljes lefedettség hiánya esetén Visszafelé kompatibilitás nincs
Új rendszer: LTE – Long Term Evolution
Vetálytárs (volt): Wimax
2. Új rendszer kialakítása - 2
LTE
Megnövelt fel- és letöltési maximális sebességek
Legalább DL:100Mbps, UL: 50Mbps Skálázható csatorna sávszélességek: 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz Rel. 6 HSPA-hoz képest relatív javulás Spektrális hatékonyságban: UL:2-3x, DL:3-
4x Cella széli átviteli sebességben:UL,DL:2-3x FDD és TDD támogatásaTeljesen IP alapú hálózat 5ms alatti késleltetés kis IP csomagokra
Az LTE rádiós követelményei
LTE
5 MHz-en legalább 200 előfizető kiszolgálása
A maximális teljesítmény alacsony mobilitásra optimalizált: 0-15 km/h sebességig
Nagyobb sebességek – korlátozások:▪ 120 km/h-ig nagy teljesítmény, 350 km/h-ig
kapcsolat működőképessége Együttműködés korábbi hálózatokkal Handover 3G és GSM felé (300, 500 ms
késleltetéssel) Lefedettség: 5km-en belül javulás, 30km-en belül
korlátozott Multicast/broadcast támogatása
(MBMS)
Az LTE rádiós követelményei - 2
LTE
LTE átviteli sebességekMaximális letöltési sebességek (FDD,TDD, 1-es típusú keret, 64QAM)
Antenna konfiguráció
SISO 2x2MIMO 4x4MIMO
Max. sebesség (Mbps)
100 172.8 326.4
Maximális feltöltési sebességek (FDD/TDD, 1-es típusú keret, SISO)
Moduláció típus QPSK 16QAM 64QAM
Max. sebesség (Mbps)
50 57.6 86.4Maximális letöltési sebességek (TDD, 2-es típusú keret, 64QAM)
Antenna konfiguráció
SISO 2x2MIMO 4x4MIMO
Max. sebesség (Mbps)
100 142 270
Maximális feltöltési sebességek (TDD, 2-es típusú keret, 64QAM)
Antenna konfiguráció
SISO 2x2MIMO 4x4MIMO
Max. sebesség (Mbps)
50 62.7 62.7
LTE
Többantennás megoldások támogatása
MIMO – max. 4x4 Csatornaviszonyokhoz
alkalmazkodás: Adaptív moduláció és csatornakódolás Gyors második rétegbeli újraküldés OFDM alapú rádiós interfész DL:OFDMA
(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
UL:Single Carrier-FDMA, más néven DFTS-OFDM(Discrete Fourier Transform Spread OFDM)
LTE további jellemzői
LTE
UMTS specifikációk fejlődése
Release Véglegesítés Főbb UMTS jellemzők
Rel-99 March 2000 Basic 3.84 Mcps W-CDMA (FDD & TDD)
Rel-4 March 2001 1.28 MMps TDD (aka TD-SCDMA)
Rel-5 June 2002 HSDPA
Rel-6 March 2005 HSUPA (E-DCH)
Rel-7 December 2007 HSPA+ (64QAM downlink, MIMO, 16QAM uplink)LTE and SAE feasibility study
Rel-8 December 2008 LTE work item – OFDMA/SC-FDMA air interface SAE work item – new IP core networkFurther HSPA improvements
Release 99, 4- 3G (WCDMA) és fejlesztések Release 7-10: LTE (3,75G vagy 3,9G), LTE Advanced (a
valódi 4G)
3GPP release-k
Rel 9-10!
LTE
3GPP terminológa szerint : 3. generációs rendszerek továbbfejlesztett
változatát tekinthetjük az LTE-nek A Release 8 szabvány szerinti mobil
rendszerek számítanak az első LTE rendszereknek
Az ITU-R szerint megfogalmazott 4. generációs követelményeket a Release 8 szerinti LTE nem teljesíti
A valóban 4. generációs rendszernek csak az LTE-Advanced tekinthető (Rel.10)
3.75G - 3.9G - 4G
LTE
System Architecture Evolution (SAE) 3GPP projekt Célja: teljesen IP alapú, tisztán
csomagkapcsolt gerinchálózat kialakítása:▪ Evolved Packet Core (EPC)
Az EPC és az evolved RAN = Evolved Packet System (EPS).
▪ RAN = E-UTRA és az E-UTRAN együtt LTE, E-UTRA, E-UTRAN, SAE, EPC és
EPS mind utalhatnak a rendszerre, a helyes elnevezés az EPS lenne, de leggyakrabban az LTE használatos
SAE és a hálózat
LTE
Fejlődés – egyszerűsödés:
Csomagkapcsolt működésre optimalizált
Válaszidő és késleltetés csökkenése
SAE architektúra
LTE
EPC
Fő részei: maghálózat (Core Network, CN):
▪ EPC (Evolved Packet Core) rádiós hozzáférési hálózat
▪ Radio Access Network, RAN:E-UTRAN
Interfészek: X2: új! eNodeB között
▪ ~3G Iur (RNC-k közti interfész)▪ HSPA+-ban van hasonló
S1: RAN – EPC közöttiMobility Management Entity (MME), Serving GateWay (S-GW)
SAE architektúra
LTE
SAE architektúra
LTE
Fejlett csomagkapcsolt maghálózat funkcionális architektúra egy csomópont végez minden maghálózati
funkciót fizikailag viszont nem egy berendezés HSS megmaradt a korábbi
hálózatokból: HLR és AuC funkciók Interfészek: EPC-HSS között: S6 EPC-Internet között: SGi
EPC
LTE
Nincs makro diverzitás Komplex megoldás lenne, nincs akkora
nyereség Nincs soft handover Csomagalapú átvitellel megoldható az
adatvesztés elkerülése
E-UTRAN változások
LTE
Radiós erőforrás menedzsment, handover
IP fejléc tömörítés és titkosítás UE csatlakozásakor MME kiválasztása Felhasználói adatok továbbítása az S-
GW felé Paging és broadcast üzenetek
ütemezése és átvitele Mérések és kiértékelésük Mobilitás támogatására Ütemezéshez ETWS üzenetek ütemezése és átvitele Earthquake and Tsunami Warning System
eNB funkciók
LTE
Fő vezérlő elem (több is lehet!) UE első csatlakozásakor Autentikációs és biztonsági feladatok Alvó módú UE Keresés és paging Handoverkor együttműködés más
MME-vel Egy UE egy időben csak egy MME-hez
kapcsolódik
MME funkciók:
LTE
Csomagtovábbítás EPC és eNB között (felh. síkon végpont) S1-U interfész felhasználó IP forgalmának alagutazása az
eNB felé▪ alagút: UE helyétől függő új IP fejléc
Mobilitás menedzsment és handover funkciók
Paging végzése
S-GW funkciók
LTE
interfész más csomagkapcsolt hálózatok felé
UE IP címének allokációja Felhasználónkénti csomagszűrés Törvényes lehallgatás LTE mobilitás fix pontja: Egy kapcsolat esetén a forgalom azonos P-
GW-en keresztül megy, mozgástól függetlenül
Mobilitás nyoma a CN-ben:▪ cellaváltásoknál új alagút felépítése
P-GW funkciók
LTE
Két megvalósítás:1. Alapértelmezés szerint: a honos
hálózat P-GW-én keresztül2. Idegen hálózathoz kapcsolódással
SAE Roaming
LTE
UE az idegen hálózathoz kapcsolódik Kommunikáció az idegen hálózati S-
GW és honos P-GW között lévő az S8 interfészen
Honos EPC jelöli ki az IP címet a UE számára
Az idegen hálózati S-GW a honos P-GW felé továbbítja a UE csomagjait
Honos P-GW-nél kerül ki a forgalom az EPC-ből
Hátrány: nem eléggé hatékony a mobil IP háromszög routing problémája
miatt Előny: a szolgáltató a saját
előfizetőjét kontrollálhatja
Roaming, honos hálózattal
LTE
UE az idegen hálózathoz kapcsolódik Idegen EPC jelöli ki az IP címet a UE
számára Előny: UE közvetlenül az idegen hálózaton
keresztül kapcsolódik az Internethez Hátrány: nagyobb bizalom szükséges a szolgáltatók
között Nincs közvetlen kontrollálhatóság a
roamingoló UE felett
Roaming, idegen hálózattal
LTE
LTE - Rádiós interfész2012
Maros Dóra
LTE
LTE követelmény: FDD és TDD támogatása
Maximálisan használható 20 MHz-es sáv
Helyi frekvenciagazdálkodás miatt egységes sáv(ok) nem alakíthatók ki
FDD/TDD adottság sokszor nem választható
Páros és páratlan frekvenciasávok kerültek kijelölésre ezek száma folyamatosan nő
2G és 3G-vel ellentétben itt a UE sok sávban kell tudni működni
Kétmódú, FDD/TDD készülékek globális roaminghoz szükséges
Duplexitás
LTE
FDD - páros spektrumon, klasszikus megoldás
3G rendszerek többsége is FDD, ezek mintájára
Hátrány:▪ Spektrumkihasználtság rosszabb:
▪ Pl. asszimmetrikus forgalom esetén (UL/DL)
TDD: Kínában már a 3G is TDD Előny:
▪ Nincs szükség páros spektrumra▪ Spektrumkihasználtság kedvezőbb
FDD-TDD
LTE
2009-ben:
15 FDD 8 TDD
Támogatott frekvencia sávok
LTE
Többféle sávszélesség helyi frekvencia gazdálkodásokhoz
illeszkedjen 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz-es sávok
Követelmény: Különböző sávszélesség adottságokhoz
alkalmazkodási képesség Rendszer működésére minimális kihatással
Frekvencia sávok
LTE
DL irány: OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple
Access ▪ OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing) egy változata
UL irány: SC-FDMA Single-Carrier Frequency Division Multiple
Access▪ Másik neve:▪ DFT-SOFDM – Discrete Fourier Transform Spread
OFDM
Többszörös hozzáférés
LTE
Digitális többvivős moduláció Wlan rendszerekben már régebben Cellás rendszerekben újdonság Nagy számú, kis védőtávolságú vivők
egymás mellett Párhuzamos átvitel ezeken a csatornákon Csatornákra nézve QPSK, 16, 64 QAM
modulációk▪ alacsony szimbólumsebesség
Szimbólumok között időtartományban védősávok▪ Szimbólumáthallás elkerülésére
DL többszörös hozzáférés
LTE
1980-ban már a GSM kapcsán is felmerült az alkalmazása
Nagyszámú FFT számítás az alapja Túl sok energiát emésztett volna fel 1998-ban az UMTS esetén is felmerült A technológia még ekkor sem volt alkalmas Az LTE megszületéskor a DSP alapú
számítási költségek nagyon lecsökkentek ezért került implementálásra
OFDM története
LTE
OFDM előnyei: Széles csatornák használatára hangolható Fading ellen sokkal jobban védett Csatornakiegyenlítés egyszerűbb
▪ Mivel az OFDM jelek a frekv. tartományban reprezentáltak az időtartomány helyett
Lehetőség van teljes rezisztanciára a többutas terjedés hatásai ellen
MIMO-hoz alkalmasabb:▪ A frekvenciatartománybeli jelkezeléssel
megfelelően előkódolható a jel a többutas terjedésű csatorna számára.
OFDM vs CDMA
LTE
OFDM hátrányai: A segédvivők közelsége miatt vivők közötti
áthallás könnyen előfordulhat:▪ Frekvencia és fázis érzékenység▪ Doppler-szórásra érzékeny
Az OFDM magas átlagenergiával dolgozik▪ Sok energia szükséges a jelek kisugárzásához▪ Uplink irányban ezért van más moduláció
OFDM vs CDMA
LTE
OFDM hátrányai: Cellahatárok menti interferencia
elkerülésére a frekvencia használat megfelelő szabályozása szükséges:▪ Cellák közepén nagy kis energiával azonos
frekvenciák▪ Cella határokon különböző frekvenciák nagy
energiával
OFDM vs CDMA
LTE
OFDM – CDMA összehasonlítás
LTE
Egymáshoz közeli vivőfrekvenciákon párhuzamos adatátvitel
Vivőfrekvenciák ortogonálisak Csatornák között nincs áthallás
DL - OFDM
LTE
segédvivők (alvivők) távolsága Δf=15 kHz
▪ Δf=7.5 kHz is lehet eMBMS esetén (műsorszórás)
Ennek reciproka a szimbólumidő T=66.67 μs Időtartományban: négyszög Frekvenciatartományban: six
DL - OFDM
LTE
A segédvivők közötti frekvencia és a szimbólumidő egymásnak reciproka
vivőfrekvenciák ortogonálisak, nincs csatornák közötti áthallás
frekvenciatartomány
DL - OFDM
LTE
ISI – inter symbol interference Szimbólumközi áthallás Időtartomány segédvivők között is áthallást okoz ortogonalitás elvész: szimbólumidőnyi
integrálásban nem egész számú periódus lesz az egyik jelből!
Különböző terjedési utakon érkezett jelek okozzák:
OFDM ISI
LTE
Többutas terjedés ellen rezisztancia: Védőidők az adási távolság függvényében Védőidő alatt a CP (Cyclic prefix) kerül
kisugárzásra, ami a szimbólum végénekmásolata
OFDM védőidő, CP
LTE
Normál CP: 1.4km távolságig megfelelő
Kiterjesztett CP: 10 km-ig (ekkor kevesebb szimbólum fér el 0..5,
vagy 0,1,2)
CP paraméterei
LTE
5 MHz teljes sávszélesség, n db segédvivő
Segédvivők színekkel jelölve, frekv tartományban
Védőidők feketével időtartományban
OFDM példa
LTE
Az OFDM-ben keskeny sávot használ egy UE
Fading vagy interferencia elnyomhatja a jelet
OFDMA TDMA jelleg bevitele a vivők kiosztásába UE időben több vivőn forgalmaznak
OFDM - OFDMA
LTE
alap időegység a mintavételi idő Ts=1/(15000x2048) másodperc minden időegység ennek többszöröse FDD módú keretszerkezet: 10 ms keret, 10 db 1 ms alkeret 20 db 0.5 ms időrés (timeslot)
Keretszerkezet
LTE
Fizikai erőforrás blokk - Physical Resource Block – PRB
12 segédvivő (12*15 kHz = 180 kHz) egy időrésben (0.5 ms) Ez a legkisebb egység, ami egy
előfizetőnek adható 12*6= vagy 12*7 szimbólum
időrésenként (eMBMS esetén 24 segédvivő, 7.5
kHz-es távolságban)
Rádiós erőforrás egység
LTE
Fizikai szintű pillanatnyi átviteli sebességek egy PRB-vel:
Egy bázisállomás min6 PRB-t kell tudnia:
6*180kHz=1.08 MHz Védősávokkal 1.4MHz
Átviteli sebességek
Átviteli sebesség konfigurációk
Csatorna sávszélesség védősávval (MHz)
1,4 3 5 10 15 20
Átviteli sávszélesség védősáv nélkül 1,08 2,7 4,5 9 13,5 18
RB-k száma 6 15 25 50 75 100
LTE
Magas PAR (peak-to-average ratio) miatt az OFDMA, drágább
Nem alkalmas a kézi készülékeknél, akku miatt
Bázisállomásban jó SC-FDMA PAR értéke kedvezőbb, és
olcsóbb is Egyvivős átviteli rendszerekre jellemzően Előnyök: a többutas terjedésre továbbra is
érzéketlen sávszélességben rugalmas
UL: SC-FDMA
LTE
Jel előállítása:1. Az időtartományi szimbólumok DFT-
vel frekvenciatartományba transzformálása
2. A frekvenciatartományban a megfelelő frekvenciára helyezés
3. IFFT-vel visszatranszformálás4. CP hozzáillesztése
SC-FDMA
LTE
OFDMA SC-FDMA összehas.
LTE
4 segédvivő (M), 2 szimbólum idő, QPSK
OFDMA SC-FDMA összehas.
LTE
SC-FDMA jel
LTE
LTE - Antennák2012
Maros Dóra
LTE
Többutas terjedés saját hasznunkra fordítása
Elsősorban beltéren, vagy városi környezetben
Antennák száma Adónál 1,2,4 Vevőnél 2,(4) Megfelelő jelfeldolgozás szükséges Adás előtt Vétel után Antennák elhelyezése minél
messzebb: Kicsi mobil terminálokon problémás
Több antennás átviteli módok
LTE
Nyalábformálás, (beamsteering) Lefedettség növelése adott irányban Az adott irányban nagyobb
antennaerősítés Diverziti jobb jel-zaj viszony elérése, lefedettség
növelése Adó- és vevőoldali több antennán adott/vett jelek megfelelő
kombinálásával Interferencia törlés több vevő antennával bizonyos irányból
jövő jelek törlése (kb. a nyalábformálás fordítottja)
Alkalmazási lehetőségek
LTE
Térbeli multiplexálás: SDMA Adatátviteli sebesség többszörözése Azonos időben Azonos frekvencián Több adóantennán
▪ párhuzamosan különböző adatfolyamok továbbítása
Többfelhasználós MU-MIMO Több előfizető kiszolgálása SDMA-val (ld.
előbb) párhuzamos adatfolyamok más
előfizetőhöz tartoznak
Alkalmazási lehetőségek
LTE
A realizálható előnyök függenek: Az adó és vevő antennák számától: több -
jobb Jel-zaj viszonytól: magas SNR a kedvező Az adó képességeitől
▪ Mennyire és milyen gyorsan tud a változó körülményekhez alkalmazkodni
Az adó-vevő közvetlen rálátása minimális legyen▪ Ekkor a terjedési utak korreláltsága alacsony
Ideális eset: Az utak teljesen korrelálatlanak Ekkor pl. 2x2 esetben az átviteli sebesség
2x-es
Jellemzők
LTE
Single - Multiple Input - Output
Rádiócsatorna hozzáférés módok
Egy adó Több adó
Egy vevő
Több vevő
LTE
Klasszikus rádiózási mód Egy adóval egy vevővel
A többantennás átviteli módok előnyei ehhez hasonlíthatóak
SISO
LTE
Egy adó, több vevő Vevő oldali diverziti valósítható meg Alacsony SNR esetén jobb vételi
lehetőséget lehet teremteni vele Lefedettség növelésére használható Cellahatárokon Adatsebességre nincs hatással Csak egy adatfolyam kerül
kisugárzásra
SIMO
LTE
Több adó, egy vevő Adás diverziti valósítható meg Fading ellen hatásos Alacsony SNR esetén növelhető a
hatékonyság több antennán Ugyanazon adatok továbbítása De más kódolással
▪ így a vevő azonosítani tudja az adókat Adatsebességet nem növeli Ugyanaz az adatsebesség
kisebb energiával továbbítható
MISO
LTE
Több adó, egy vevő Visszacsatolással kiegészítve: A vevő a vételi viszonyokat az adónak
visszaküldi Az adó optimális
▪ Sugárzott teljesítmény▪ Fázisviszonyokat állít be
Adaptív működés Korrekciók akár több százszor
másodpercenként
MISO
LTE
Több adó, több vevő Legjobban kihasználható a többutas
terjedés A spektrális kapacitás kibővíthető
vele
Vevők száma ≥ adatfolyamok száma Adók száma ≥ adatfolyamok szám Több különböző adatfolyamot
(streamet) továbbít egy frekvencián egy időben több adóval
MIMO
LTE
Mindegyik antenna által kisugárzott jel
Azonosítható a vevő oldalán, honnan érkezett
Azonosítás rendszerint ortogonális pilot jelekkel
Vevő oldalon az adatfolyamok visszaállíthatók:
Az egyes utak korrelációja alacsony Jel-zaj viszony kellően magas Single User MIMO Adatátviteli sebesség növelése Multi User MIMO Több felhasználó kiszolgálása
MIMO
LTE
MIMO legegyszerűbb esete (Direct mapping)
Adó oldalon: Egy adatfolyam - egy antennán kerül
kisugárzásra Vevő oldalon: Két adatfolyam vegyesen érkezik Megfelelő algoritmussal
szétválaszthatók
MIMO direkt adás
LTE
Speciális kód (precode) használata: Adó oldal: Különböző adatfolyamok Antennákon keveredve kerülnek
kisugárzásra Vevő oldal: Adatfolyamok szétválaszthatók
MIMO precoding
LTE
Átvitel a csatorna jellemzőire optimalizálható
Bonyolultabb rendszer Nagyobb kapacitás Szükség van a csatorna pillanatnyi
paramétereire is visszacsatolással a vevő felől
Referencia jelek segítségével FDD esetén UL-en külön továbbítja a vevő TDD esetén (UL, DL frekvencia közös)
▪ az adó a vett jel mért paraméterei alapján automatikusan alkalmazza a megfelelő korrekciót
MIMO precoding jellemzői
LTE
Terminológiák Kódszó:
▪ Felhasználói adat, mielőtt az átviteli formázás megtörténne
▪ Egy vagy két kódszó használatos Réteg (layer):
▪ Adatfolyamot jelenti▪ A térbeli multiplexeléshez legalább 2 réteg
használandó▪ Jelölés: rétegek száma: ν, görög nü
Prekódolás (precoding) Módosítja a jelet kisugárzás előtt Ezzel valósul meg a diverziti,
nyalábformálás, térbeli multiplexelés
MIMO és az LTE
LTE
DL UL irányban különböző többantennás működési módok definiáltak
DL irányban 7 féle UL irányban 3 féle
LTE többantennás módok
LTE
7 féle működési mód:
LTE DL többantennás módok
1. Single-antenna port; port 0 SIMO
2. Transmit diversity MISO
3.Open-loop spatial multiplexing
MIMO, no precoding
4.Closed-loop spatial multiplexing
MIMO, precoding
5. Multi-user MIMOMIMO, separate UE
6.Closed-loop Rank = 1 precoding
MISO, beamsteering
7. Single-antenna port; port 5MISO, beamsteering
LTE
SIMO Vevő oldali diverziti megvalósításához Gyenge SNR viszonyok között
előnyös Jó vételi viszonyok esetén nincs
számottevő előnye
1. Single-antenna port
LTE
MISO Nyílt hurkú adó oldali diverziti Direkt adásos (precoding nélküli) mód CW0 és CW1 kódszavak azonosak 2, vagy 4 antenna támogatott (UMTS Rel.99 –ben rögzített eljárással
egyező) (UMTS Rel.99-ben lévő a zárt hurkú,
összetettebb eljárás nem került bele az LTE-be, helyette a MIMO megoldások vannak)
2. Transmit diversity
LTE
2, vagy 4 antenna támogatott Tipikusan 2 csatornás UE esetén 4x2, 2x2-es konfiguráció a tipikus
▪ 4x4 is definiált, de 4 vevős UE nincs még SU-MIMO CW0 és CW1 kódszavak különbözők Nyílt hurkú, mert nincs előkódolás De az adás optimalizására használatos két
paraméter▪ UE-preferred rank▪ Channel Quality Indicator (CQI)
3. Open-loop spatial multiplexing
LTE
MIMO, előkódolással Antennákon minden kódszóra lehet
különböző érték a Teljesítményre Fázisra Zárt hurkú visszacsatolás Csatorna jellemzőinek mérésére szüksége
van FDD esetén a vevő küldi az uplinken
▪ Channel Quality Indicator (CQI)▪ precoding matrix indicator (PMI)▪ Rank indicator (RI) (egész sávra vonatkozik)
4. Closed-loop sp. multiplexing
LTE
precoding matrix indicator (PMI) Kódgyűjtemény alapján küld visszajelzést
▪ előre letárolt értékeknek az indexét▪ 2x2 - 3 féle kód▪ 4x2 - 16 féle kód
Nem annyira pontos, de hatékony Egyszerűsíti a csatorna minőségének
értékelését UL is kisebb a visszajelzés forgalma Visszajelzések: több száz per sec
4. Closed-loop sp. multiplexing
LTE
Speciális esete a 3-as típusnak SDMA megvalósítása Több UE kiszolgálása
▪ Kódszavak itt UE-ket azonosítanak
Zárt hurkú MIMO (4. típus) nem használható
5. Multi-user MIMO
LTE
Előkódolt, MISO, nyalábformálás Megfelelő irányba fókuszálja a
kisugárzott teljesítményt Főként 4 antenna esetén alkalmazott 4. típus esetén, ha a reportban RI=1,
ez a típus lép életbe Felhasználónkénti nyalábformálásra
lehetőség van: Resource blokkonként állítható az
amplitúdó és fázis Hatékony
6. Closed-loop Rank=1
LTE
MISO, nyalábformálás 6. típushoz hasonló Egy 5. antenna (port 5) is sugároz a
UE felé UE specifikus referencia jelet is visz
7. Single-antenna port, port 5
LTE
3 típus:
1. típus = DL 1.típus
LTE UL többantennás módok
1. Vevőoldali diverziti az eNB-ben
2.SU-MIMO (egy felhasználós MIMO)
3.MU-MIMO (több felhasználós MIMO)
LTE
Rel.8-ban még nem specifikálták teljesen
UE: 2 adóra van szükség, ez probléma:
Méretben Árban Energiában
UL irányban a sebesség növelése nem fontos
Ezek miatt e típus fejlesztése nem indokolt
2. SU-MIMO
LTE
Több UE kiszolgálása (SDMA) Egy UE sebessége nem nő Cellakapacitás nő 2 UE egymástól távolabb van: Előnyös, mert kis korreláció a csatornák
között Hátrányos, mert nem keverhetőek a
kisugárzott jelek a két antennán▪ Két UE nem kommunikál
egymással
3. MU-MIMO
LTE
CoMP – Cooperative multipoint, vagy Network MIMO
Adók különböző cellákban Antennák más helyeken – nagy távolság eNB-k szinkronizálása fontos MU MIMO-hoz hasonlít
Nem teljesen specifikált, LTE Advancedben van!
Kooperatív MIMO
LTE
Antenna konfigurációtól, Modulációk típusától függ
Antennák 1..4-ig
Maximális sebességek
LTE
LTE- protokollok2012
Maros Dóra
LTE
LTE rádiós interfész protokoll rétegei: 3 réteg
Protokoll szerkezet
LTE
Fizikai csatornák modulációja és demodulációja
Frekvencia és idő szinkronizáció MIMO antenna jelfeldolgozás Adás diverziti Nyalábformálás Rádiófrekvenciás jelfeldolgozás Rádiós csatorna karakterisztika
mérések Eredmények továbbítása felsőbb rétegek
felé Fizikai csatornák
teljesítményszabályzása
Fizikai réteg feladatai
LTE
Hibadetektálás a szállítási (transport) csatornákon
Forward error correction (FEC) Szállítási csatornák
kódolása/dekódolása Hybrid Automatic Repeat Request
(HARQ) adatintegritás ellenőrzés Szállítási csatornák sebesség
igazítása és enkapszulációja a fizikai csatornákba
Fizikai réteg feladatai 2
LTE
1. Fizikai csatornák és modulálás2. Multiplexálás és csatornakódolás3. Fizikai rétegbeli eljárások4. Fizikai rétegbeli mérések5. Rádiós erőforrás menedzsment
Fizikai réteg alegységei
LTE
A fizikai jeleket a legalsó réteg állítja elő
Rendszer szinkronizáció Cellaazonosítás Rádiós csatorna karakterisztikájának
becslése Adatszállítás: Vezérlés ütemezés felhasználói adatok továbbítása
Fizikai csatornák és modulálás
LTE
DL UL irányban van RS (reference signal ) – pilot jel
A vevő használja a csatorna paraméterek megállapítására:▪ Amplitudó hibák▪ Fázis hibák
▪ Ami a továbbított jel hibáiból és hozzáadódó zajokból tevődik össze
▪ RS nélkül főként a magasszintű modulációknál a demoduláció képtelenség lenne, itt kis fázis és amplitúdó hiba is sokat számit
Fizikai csatornák és moduláció
LTE
Fizikai csatorna pilot jelei
LTE
Fizikai jelek fizikai csatornákat alkotnak, melyek az adatokat és a jelzéseket továbbítják
Fizikai csatornák
LTE
Keretek felépítése: Fizikai réteg támogatja a két
többszörös hozzáférési technikát: OFDMA SC-FDMA Emelett mindezt páros és páratlan UL
DL sávban is! FDD TDD Az UL DL más hozzáférési módot
használ a keret struktúra közös
Keretszerkezet
LTE
Szabvány definiálja a Keretet Az időrést (timeslot) Szimbólumokat az időtartományban
Két keretstruktúra alkalmazható: Type 1, FDD-hez Type 2, TDD-hez
Keretszerkezet
LTE
10 ms hosszú 10 alkeret 1 alkeretben 2 slot
Type 1 FDD keret
LTE
5 ms periodicitású 2 db 5ms-os félkeret 10 ms hosszig A félkeret tartalmaz 5 alkeretet (1
ms) Az alkeret lehet UL vagy DL átvitel Speciális alkeret: DL UL pilot timeslottal
köztük védőidővel.
Type 2 TDD keret
LTE
Az alkeretek közül UL DL-hoz rendelésnek 7 konfigurációja lehetséges:
Alkeret 0 és 5 mindig DL Alkeret 1 speciális Alkeret 2 mindig UL A többi alkeret a keretkonfigurációtól függ 5ms-os konfig esetén a 6. alkeret is
speciális 10 ms-os esetén általános
Type 2 TDD keret
LTE
Az alkeret 2 slotot tartalmaz, 0.5 ms Az OFDMA, SC-FDMA védett a
többutas késleltetéstől A hosszú OFDMA szimbólumok közötti
védőidők meggátolják a szimbólumok közötti áthallást▪ Ha a védőidő hosszabb mint a csatorna
késleltetése▪ ha az OFDM szimbólum végét az elejére
másoljuk Kiküszöbölhető az ISI.
Type 2 TDD keret
LTE
Egy alkereten belül 2 slot van Egy sloton belül 7 symbol lehet az
alábbi példa alapján (2048+144)*6+2048+160=15360*Ts
OFDM Symbol
LTE
Normal: 1.4km távolságig megfelelő Extended: 10 km-ig
Ciklikus prefix
LTE
Erőforrás elem (RU) a legkisebb egység a fizikai rétegben
Egy szimbólumot foglal el időtartományban Egy segédvivőt a frekvenciatartományban
Erőforrás elem és blokk
LTE
RB legkisebb egység ami az átvitelkor lefoglalható, pl. egy UE forgalmának
1 RB: 0.5 ms (1 slot) időt foglal el
időtartományban 180 kHz-et frekvencia tartományban
RB – Resource Block
LTE
RB-ban a segédvivők és a szimbólumok száma az alábbiaktól függ:
Segédvivők távolságától CP hosszától
RB paraméterei
LTE
Fizikai csatornák modulációi
LTE
Szállítási csatornák
LTE
Fizikai és szállítási csatornák összerendelése
Csatornák összerendelése
LTE
Minőségi paraméterek: Késleltetés Átviteli sebesség LTE-ben mind a kettőt a fizikai
rétegben mérik és kezelik Cél: mindkettő előnyös értéken
tartása
HARQ - Hybrid Automatic Repeat Request
AMC – Adaptive Modulation and Coding
Együtt működve rendkívül adaptív lesz!
Csatorna minőség kezelése
LTE
Két végpont között figyeli az adatok átvitelének megbízhatóságát
Azonosítja a hibákat, és újra küldést kezdeményez a forrás felől
LTE-ben Type-II HARQ protocols (HSPA,HSPA+ is ilyet használ)
HARQ
LTE
Link alkalmazkodóképességét valósítja meg
Átviteli sebességet növelje Fadinges csatornában A csatorna minőségének
függvényében felhasználónként képes állítani a moduláció típusát
Jó minőségű csatorna: magasabb szintű moduláció Alacsonyabb szintű csatorna kódolás és fordítva….
AMC
LTE
4G rendszerek LTE-Adv2012
Maros Dóra
LTE
4G rendszerek megvalósítása: ITU-R International Telecommunications Union -
Radiocommunications sector Felhívás 4G szabványok fejlesztésére: IMT – Advanced rendszerekre Követelmények kiadása
▪ 2011 februárban fejeződött be a rádiós interfész specifikálása
Legesélyesebb LTE Advanced - 3GPP▪ WIMAX is vetélytárs (volt)
LTE, IMT
LTE
Maximálisan elérhető spektrum hatékonyság
(DL: 30 bps/Hz; UL 15 bps/Hz)
Spektrum rugalmas kihasználása: Skálázható sávszélesség Több különálló sáv aggregációja Erre az OFDM kifejezetten alkalmas
A rádiós átvitel alapja továbbra is: DL: OFDMA, UL: SC-FDMA
IMT Advanced követelményei
LTE
100 Mbps magas mobilitás mellett 1 Gbps alacsony mobilitás mellett Globális roaming lehetősége Működő rádiós hozzáférési
hálózatokkal együttműködés Szolgáltatások kompatibilitása IMT és
fix hálózatokon
IMT Advanced követelményei 2
LTE
CA - Carrier Aggregation Nagyon nagy sebességhez - nagy
sávszélesség szükséges ~ n x 20MHz Szabad frekvenciasávok korlátozottak Több különálló sáv(ok)ból állítható csak
össze▪ Folytonos, egymás melletti sávok▪ Különálló sávok összefogása
Készülékek számára ez még jelentős tecnhikai kihívás▪ Nagy sávszélességben adott sávokat használva
képes legyen kommunikálni
Vivő aggregáció
LTE
LTE Release 10 (LTE‐Advanced) A 4G-re adott maximális spektrális
hatékonyság követelményét már az LTE is teljesítette részben:
DL: 15 bps/Hz (300Mbps/20MHz) OK UL: 3.75 bps/Hz KEVÉS ITU szerint 6.75 bps/Hz a minimum.
3GPP LTE Advanced
LTE
UL DL moduláció ugyanaz, mint LTE Kompatibilitás visszafelé Rendelkezésre álló sávszélesség
kapott kiterjesztést: 1.4, 3, 5, 10, 15 és 20 MHz sávok
támogatása marad N*20MHz sávok aggregálása lehetséges
▪ Maximum 100 MHz-ig▪ UE és eNB max ekkora sávszélességben kell
tudni forgalmazni Az aggregálás 20 MHz-es alapegységekre
vonatkozik▪ Vivő aggregáció: folytonos és nem folytonos
esetben
LTE
Allokált sávok az E-UTRA számára: 450−470 MHz 698−862 MHz 790−862 MHz 2.3−2.4 GHz 3.4−4.2 GHz 4.4-4.99 GHz
E-UTRA sávok
LTE
3 típus:A. Egy sávon belül folytonos tartománybanB. Egy sávon belül, de nem folytonos
tartományban, hanem két vagy több, egymástól adott távolságban lévő csatornákon.
C. Több sávon belül, ekkor nyilvánvalóan nem folytonosan.
D. E. F. Vizsgálati stádiumban Max. 5 20 MHz-es vivő aggregálása Technikailag jelenleg 2-3 x 20 MHz
aggregáció lehetséges
Csatorna aggregáció
LTE
Aggregáció esetén: 1 20 MHz-es fővivő (elsődleges
komponens) Többi másodlagos vivő
Elsődleges komponens vivő konfiguráció:
Terminálfüggő több tényező határozza meg, hálózat
alakítja ki:▪ Egyes vivők terheltsége ▪ csatorna minőségi paraméterei alapján
Csatorna aggregáció 2.
LTE
8x8 MIMO alkalmazások vizsgálata eNB esetén használható inkább
▪ Kérdéses az előnyök és a költségek aránya▪ Antennák per szektorok száma is kérdéses:▪ 8 antenna helyett lehet kifizetődőbb 2 szektor 4-
4 antennával Kooperatív MIMO Több bázisállomás jelenti a több antennát
adó oldalon Csak DL
MIMO fejlesztések
LTE
~Repeaterek új generációja Lefedettséget növeli, de kapacitást nem Új generációs eszközök Dekódolják az információt és csak a
szükséges csatornákat továbbítják Interferencia minimális lehet Több lépéses jelismétlés is lehetséges.
In-channel relay
LTE
Cellahatáron fellépő interferencia Koordinációja Eliminálása „Ön-optimalizáló hálózat” Femtocellák
További fejlesztési lehetőségek