E-UTRA - E-UTRA

Arhitectura EUTRAN ca parte a unei rețele LTE și SAE

E-UTRA este interfața aeriană a traseului de actualizare pe termen lung (LTE) pentru proiectul de parteneriat de generația a treia ( 3GPP ) pentru rețelele mobile. Este un acronim pentru accesul radio terestru al sistemului de telecomunicații mobile evolutiv ( UMTS ) , denumit și elementul de lucru 3GPP pe evoluția pe termen lung (LTE), cunoscut și sub numele de acces radio universal terestru evoluat ( E-UTRA ) în primele versiuni din specificația 3GPP LTE. E-UTRAN este inițialismul rețelei de acces radio terestru Evolved UMTS și este combinația dintre E-UTRA, echipament de utilizator (UE) și E-UTRAN Node B sau Evolved Node B ( eNodeB ).

Este o rețea de acces radio (RAN) la care se face referire sub denumirea de standard EUTRAN menit să fie un înlocuitor al tehnologiilor UMTS și HSDPA / HSUPA specificate în versiunile 3GPP 5 și ulterioare. Spre deosebire de HSPA, E-UTRA de la LTE este un sistem de interfață de aer complet nou, fără legătură și incompatibil cu W-CDMA . Oferă rate de date mai mari, o latență mai mică și este optimizat pentru date de pachete. Folosește acces radio OFDMA pentru legătura descendentă și SC-FDMA pe legătura ascendentă. Încercările au început în 2008.

Caracteristici

EUTRAN are următoarele caracteristici:

• Viteze maxime de descărcare de 299,6 Mbit / s pentru antenele 4 × 4 și 150,8 Mbit / s pentru antenele 2 × 2 cu 20 MHz de spectru. LTE Advanced acceptă configurații de antenă 8 × 8 cu rate maxime de descărcare de 2.998,6 Mbit / s într-un canal agregat de 100 MHz.
• Viteze maxime de încărcare de 75,4 Mbit / s pentru un canal de 20 MHz în standardul LTE, cu până la 1.497,8 Mbit / s într-un operator LTE Advanced 100 MHz.
• Latențe reduse de transfer de date (latență sub 5 ms pentru pachete IP mici în condiții optime), latențe mai mici pentru predare și timp de configurare a conexiunii.
• Suport pentru terminale care se deplasează cu până la 350 km / h sau 500 km / h în funcție de banda de frecvență.
• Suport atât pentru duplexurile FDD și TDD, cât și pentru FDD semi-duplex cu aceeași tehnologie de acces radio
• Suport pentru toate benzile de frecvență utilizate în prezent de sistemele IMT de ITU-R .
• Lățime de bandă flexibilă: 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz și 20 MHz sunt standardizate. Prin comparație, W-CDMA utilizează bucăți de spectru de 5 MHz de dimensiune fixă.
• Eficiență spectrală crescută de 2-5 ori mai mult decât în versiunea 3GPP ( HSPA ) 6
• Suport pentru dimensiuni de celule de la zeci de metri de rază ( femto și picocelule ) până la peste 100 km de rază macrocelule
• Arhitectură simplificată: partea de rețea a EUTRAN este compusă numai din eNodeBs
• Suport pentru inter-operare cu alte sisteme (de exemplu, GSM / EDGE , UMTS , CDMA2000 , WiMAX etc.)
• Interfață radio cu comutare de pachete .

Motivarea E-UTRA

Deși UMTS , împreună cu HSDPA și HSUPA și evoluția acestora , oferă rate de transfer de date ridicate, se așteaptă ca utilizarea datelor fără fir să crească semnificativ în următorii câțiva ani datorită ofertei și cererii crescute de servicii și conținut în mișcare și reducerea costurilor pentru utilizatorul final. Se așteaptă ca această creștere să necesite nu numai rețele și interfețe radio mai rapide, ci și o rentabilitate mai mare decât ceea ce este posibil prin evoluția standardelor actuale. Astfel, consorțiul 3GPP a stabilit cerințele pentru o nouă interfață radio (EUTRAN) și o evoluție a rețelei centrale ( System Architecture Evolution SAE ) care ar satisface această nevoie.

Aceste îmbunătățiri ale performanței permit operatorilor fără fir să ofere servicii de redare cvadruple - aplicații interactive de voce, de mare viteză, inclusiv transferuri mari de date și IPTV bogat în funcții, cu mobilitate completă.

Începând cu versiunea 3GPP 8, E-UTRA este conceput pentru a oferi o singură cale de evoluție pentru interfețele radio GSM / EDGE , UMTS / HSPA , CDMA2000 / EV-DO și TD-SCDMA , oferind creșteri ale vitezei datelor și eficiență spectrală, și care permite furnizarea de mai multe funcționalități.

Arhitectură

EUTRAN constă numai din eNodeB-uri din partea rețelei. ENodeB efectuează sarcini similare cu cele efectuate de nodeBs și RNC (controler de rețea radio) împreună în UTRAN. Scopul acestei simplificări este de a reduce latența tuturor operațiunilor de interfață radio. eNodeB-urile sunt conectate între ele prin interfața X2 și se conectează la rețeaua de bază cu comutare de pachete (PS) prin interfața S1.

Stiva de protocol EUTRAN

Stiva de protocol EUTRAN

Stiva de protocol EUTRAN constă din:

• Stratul fizic: transportă toate informațiile de pe canalele de transport MAC prin interfața aeriană. Se ocupă de adaptarea legăturii (ACM) , controlul puterii , căutarea celulei (pentru sincronizare inițială și scopuri de predare) și alte măsurători (în interiorul sistemului LTE și între sisteme) pentru stratul RRC.
• MAC: Substratul MAC oferă un set de canale logice pentru substratul RLC pe care îl multiplexează în canalele de transport ale stratului fizic. De asemenea, gestionează corectarea erorilor HARQ, gestionează prioritizarea canalelor logice pentru același UE și planificarea dinamică între UE, etc.
• RLC : Transportă PDU- urile PDCP . Poate funcționa în 3 moduri diferite, în funcție de fiabilitatea oferită. În funcție de acest mod, acesta poate oferi: corectarea erorilor ARQ , segmentarea / concatenarea PDU-urilor, reordonarea pentru livrarea în ordine, detectarea duplicatelor etc.
• PDCP : Pentru stratul RRC asigură transportul datelor sale cu cifrare și protecție a integrității. Și pentru transportul stratului IP al pachetelor IP, cu compresie header ROHC , cifrare și în funcție de livrarea în ordine a modului RLC, detectarea duplicatului și retransmiterea propriilor SDU-uri în timpul predării.
• RRC : Între altele are grijă de: informațiile despre sistemul de difuzare legate de stratul de acces și transportul mesajelor din stratul de non-acces (NAS), paginarea, stabilirea și eliberarea conexiunii RRC, gestionarea cheii de securitate, predarea, măsurările UE legate de la mobilitatea inter-sistem (inter-RAT), QoS, etc.

Interfațarea straturilor cu stiva de protocol EUTRAN:

• NAS: Protocol între UE și MME pe partea de rețea (în afara EUTRAN). Între alții efectuează autentificarea UE, controlul de securitate și generează o parte din mesajele de paginare.
• IP

Proiectarea stratului fizic (L1)

E-UTRA folosește tehnologia de antenă cu divizare în frecvență ortogonală (OFDM), tehnologia antenei cu intrare multiplă (MIMO) în funcție de categoria terminalului și poate utiliza, de asemenea, formarea fasciculului pentru legătura descendentă pentru a sprijini mai mulți utilizatori, rate mai mari de date și putere de procesare mai mică necesare pentru fiecare receptor.

În legătura ascendentă, LTE folosește atât OFDMA, cât și o versiune precodificată a OFDM numită Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access (SC-FDMA), în funcție de canal. Aceasta este pentru a compensa un dezavantaj cu OFDM normal, care are un raport de putere de vârf-la-medie foarte ridicat (PAPR) . PAPR ridicat necesită amplificatoare de putere mai scumpe și mai ineficiente, cu cerințe ridicate de liniaritate, ceea ce crește costul terminalului și scurge mai repede bateria. Pentru legătura în sus, în versiunea 8 și 9 este acceptat accesul multiplu MIMO / Divizia spațială (SDMA); lansarea 10 introduce și SU-MIMO .

În ambele moduri de transmisie OFDM și SC-FDMA se adaugă un prefix ciclic la simbolurile transmise. Două lungimi diferite ale prefixului ciclic sunt disponibile pentru a suporta diferențieri de canale diferite datorită dimensiunii celulei și mediului de propagare. Acestea sunt un prefix ciclic normal de 4,7 μs și un prefix ciclic extins de 16,6 μs.

Bloc de resurse LTE în domenii de timp și frecvență: 12 subpurtători , interval de timp de 0,5 ms (prefix ciclic normal).

LTE acceptă atât modurile duplex cu diviziune în frecvență (FDD), cât și modul duplex cu diviziune în timp (TDD). În timp ce FDD folosește spectre asociate pentru transmisia UL și DL separate printr-un decalaj de frecvență duplex, TDD împarte o purtătoare de frecvență în perioade de timp alternative pentru transmisia de la stația de bază la terminal și invers. Ambele moduri au propria structură de cadru în cadrul LTE și acestea sunt aliniate între ele, ceea ce înseamnă că hardware similar poate fi utilizat în stațiile de bază și terminale pentru a permite economia de scară. Modul TDD în LTE este aliniat cu TD-SCDMA , permițând și coexistența. Sunt disponibile chipset-uri unice care acceptă atât modurile de operare TDD-LTE, cât și FDD-LTE.

Cadrele și blocurile de resurse

Transmisia LTE este structurată în domeniul timpului în cadre radio. Fiecare dintre aceste cadre radio are o lungime de 10 ms și este format din 10 sub cadre de 1 ms fiecare. Pentru subcadrele non- Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS), spațierea sub-purtătorului OFDMA în domeniul frecvenței este de 15 kHz. Doisprezece dintre acești sub-purtători alocați împreună într-un interval de timp de 0,5 ms sunt numiți bloc de resurse. Un terminal LTE poate fi alocat, în legătura descendentă sau în sus, un minim de 2 blocuri de resurse pe parcursul unui sub-cadru (1 ms).

Codificare

Toate datele de transport L1 sunt codificate folosind codul turbo și un interleaver intern cu cod turbo polinomial permutation quadratic (QPP) fără conținut . L1 HARQ cu 8 (FDD) sau până la 15 (TDD) procese este utilizat pentru legătura descendentă și până la 8 procese pentru UL

Semnalele și canalele fizice EUTRAN

Legătură descendentă (DL)

În legătura descendentă există mai multe canale fizice:

• Canalul de control al legăturii descendente fizice (PDCCH) transportă între altele informațiile de alocare a legăturii descendente, alocațiile de alocare a legăturii în sus pentru terminal / UE.
• Canalul indicator al formatului de control fizic (PCFICH) utilizat pentru a semnaliza CFI (indicatorul formatului de control).
• Canalul indicator fizic hibrid ARQ (PHICH) folosit pentru a transmite confirmările de la transmisiile de legătură în sus.
• Canalul partajat cu legătură descendentă fizică (PDSCH) este utilizat pentru transmiterea datelor de transport L1. Formatele de modulare acceptate pe PDSCH sunt QPSK , 16QAM și 64QAM .
• Canalul de difuzare fizică (PMCH) este utilizat pentru transmisia difuzată utilizând o rețea cu o singură frecvență
• Canalul de difuzare fizică (PBCH) este utilizat pentru a difuza informațiile de bază ale sistemului în celulă

Și următoarele semnale:

• Semnalele de sincronizare (PSS și SSS) sunt destinate ca UE să descopere celula LTE și să facă sincronizarea inițială.
• Semnalele de referință (specifice celulei, MBSFN și specifice UE) sunt utilizate de UE pentru a estima canalul DL.
• Semnalele de referință de poziționare (PRS), adăugate în versiunea 9, menite să fie utilizate de UE pentru poziționarea OTDOA (un tip de multilaterare )

Uplink (UL)

În legătura ascendentă există trei canale fizice:

• Canalul de acces aleator fizic (PRACH) este utilizat pentru accesul inițial și atunci când UE își pierde sincronizarea legăturii în sus,
• Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) transportă datele de transport L1 UL împreună cu informațiile de control. Formatele de modulație acceptate pe PUSCH sunt QPSK , 16QAM și în funcție de categoria de echipamente a utilizatorului 64QAM . PUSCH este singurul canal care, din cauza BW mai mare, folosește SC-FDMA
• Canalul de control fizic în sus (PUCCH) transportă informații de control. Rețineți că informațiile de control Uplink constau numai în confirmările DL, precum și în rapoartele legate de CQI, deoarece toți parametrii de codificare și alocare UL sunt cunoscuți de partea rețelei și semnalizați UE în PDCCH.

Și următoarele semnale:

• Semnalele de referință (RS) utilizate de eNodeB pentru a estima canalul de legătură în sus pentru a decoda transmisia în legătură în sus a terminalului.
• Semnalele de referință sonore (SRS) utilizate de eNodeB pentru a estima condițiile canalului de legătură în sus pentru ca fiecare utilizator să decidă cea mai bună programare în legătură în sus.

Categorii de echipamente pentru utilizatori (UE)

3GPP Release 8 definește cinci categorii de echipamente de utilizator LTE, în funcție de rata maximă de date de vârf și de capacitățile MIMO acceptate. Cu 3GPP Release 10, denumită LTE Advanced , au fost introduse trei noi categorii. Urmează încă patru cu versiunea 11, încă două cu versiunea 14 și încă cinci cu versiunea 15.

Notă: Viteza maximă de date afișată este pentru lățimea de bandă a canalului de 20 MHz. Categoriile 6 și mai sus includ rate de date de la combinarea mai multor canale de 20 MHz. Viteza maximă de date va fi mai mică dacă se utilizează o lățime de bandă mai mică.

Notă: Acestea sunt rate de date de transport L1, care nu includ diferitele straturi de protocol. În funcție de lățimea de bandă a celulei , încărcarea celulei (numărul de utilizatori simultani), configurația rețelei, performanța echipamentului utilizator utilizat, condițiile de propagare etc., ratele practice de date vor varia.

Notă: Rata de date de 3,0 Gbit / s / 1,5 Gbit / s specificată ca categoria 8 este aproape de rata de date de vârf agregată pentru un sector de stație de bază. O rată de date maximă mai realistă pentru un singur utilizator este de 1,2 Gbit / s (downlink) și 600 Mbit / s (uplink). Nokia Siemens Networks a demonstrat viteze de downlink de 1,4 Gbit / s folosind 100 MHz de spectru agregat.

Lansări EUTRAN

Ca și restul componentelor standard 3GPP , E-UTRA este structurat în versiuni.

• Versiunea 8, blocată în 2008, a specificat primul standard LTE
• Versiunea 9, înghețată în 2009, a inclus câteva adăugiri la stratul fizic, cum ar fi transmisia sau formarea fasciculului cu strat dublu (MIMO) sau suportul de poziționare
• Versiunea 10, înghețată în 2011, introduce standardului mai multe caracteristici LTE Advanced , cum ar fi agregarea purtătorului, legătura în sus SU-MIMO sau relele, urmărind o creștere considerabilă a ratei de vârf a datelor L1.

Toate versiunile LTE au fost proiectate până acum ținând cont de compatibilitatea cu versiunile anterioare. Adică, un terminal compatibil cu versiunea 8 va funcționa într-o rețea cu versiunea 10, în timp ce terminalul 10 va fi capabil să-și folosească funcționalitatea suplimentară.

Benzi de frecvență și lățimi de bandă ale canalelor

Implementări pe regiuni

Demo-uri de tehnologie

• În septembrie 2007, NTT Docomo a demonstrat rate de date E-UTRA de 200 Mbit / s cu consum de energie sub 100 mW în timpul testului.
• În aprilie 2008, LG și Nortel au demonstrat rate de date E-UTRA de 50 Mbit / s în timp ce călătoreau cu 110 km / h.
• 15 februarie 2008 - Skyworks Solutions a lansat un modul frontal pentru E-UTRAN.

Vezi si

• 4G (IMT-Advanced)
• Lista ratelor de biți ale dispozitivului
• LTE
• LTE-A
• Evoluția arhitecturii sistemului (SAE)
• UMTS
• WiMAX

Referințe

linkuri externe

• Calculator EARFCN și referință de bandă
• Proceduri S1-AP E-RAB Configurați, modificați și eliberați
• Pagina Evoluție pe termen lung 3GPP
• Enciclopedia LTE 3GPP
• 3G Americas - UMTS / HSPA accelerează foaia de parcurs pentru tehnologia wireless. 3G Americas publică Cartea albă despre versiunea 3GPP 7 până la lansarea 8. Bellevue, WA, 10 iulie 2007