LTEArhitectură. Scheme de transmisie.

Comparaţie cu UMTS

Profesor coordonator:Roxana Zoican

Studenţi realizatori:Bacău Ionuţ Dobrotă Valentina Vitan Ioana Andreea

AGENDĂIntroducere

Arhitectura UMTS

Arhitectura LTE

Tehnologii LTE

Scheme de trasmisiuni

LTE vs. UMTS

Concluzii

INTRODUCERE Nevoile utilizatorilor în ceea ce priveşte

comunicaţiile mobile s-au schimbat de-a lungul timpului. Dacã la inceput un serviciu de transmisiune de voce mobilă era suficient, acest lucru s-a schimbat radical cu fiecare generaţie de reţea de telecomunicaţii mobilã;

Operatorii de telecomunicaţii au început sã livreze, pe langã voce, şi date video, muzică, Internet de viteză şi calitate superioară;

Lupta s-a dat în continuare la nivelul vitezei cu care puteau fi accesate datele de pe un terminal mobil.

Scurt istoric al terminalelor mobile

Generaţia 1 (1G) a fost proiectată să ofere un singur serviciu, cel vocal, cuprinzând sisteme cu prelucrarea analogică a semnalului.

Genereţia 2 (2G) introduce pe lângă serviciul vocal şi transmisii de date (transmisii multimedia), dar la viteze relativ reduse. Se trece de la prelucrarea analogică la cea digitală.

Generaţia 3 (3G) oferă viteze de transmisie sporită, de până la 2 - 8 Mbit/s şi prezintă posibilităţi multiple pentru servicii multimedia de calitate şi pentru operare în medii diferite. Un sistem 4G oferă internet mobil de mare viteză. De acest sistem pot beneficia laptopurile cu o conexiune prin modem USB fără-fir, smartphonurile și alte sisteme mobile. Aplicațiile compatibile includ televiziunea mobilă high-definition, televizunea 3D, sistemele pentru conferinţe video. Recent noile sisteme de operare mobile: Android, iOS, Windows Phone intră în categoria 4G.

ARHITECTURA UMTS Universal Mobile Telecommunications System

Elementele de reţea ale sistemului UMTS sunt împărţite în trei grupe:

Prima grupă corespunde reţelei de acces radio, RAN (Radio Access Network), care suportă toate funcţionalităţile radio. În cazul sistemelor UMTS se utilizează denumirea de UTRAN (UMTS Terrestrial RAN) sau UTRA. UTRAN este format din unul sau mai multe RNS-uri (Radio Network Subsystems), care la rândul lor sunt formate din :

-staţii de bază (NodeBs); -RNC-uri (Radio Network Controllers).

Cea de-a doua grupă corespunde reţelei centrale, CN (Core Network), care este responsabilă de comutaţia şi de rutarea comunicaţiilor spre reţelele externe (PTSN - Public Switched Telephone Network şi Internet ).

Pentru a completa sistemul, se defineşte, de asemenea, terminalul utilizator UE (User Equipment). UE este format la rândul lui din:

-USIM ( UMTS Subscriber Identification Module);

-ME (Mobile Equipment).

Elementele reţelei UMTS interacţionează între ele prin intermediul interfeţelor: IUB este interfaţa de comunicare între un NodeB şi un RNC IUR este interfaţa de comunicare între RNC-uri IU este inerfaţa de comunicare între RNC si CN Uu este interfaţa radio ce reprezintă punctul de legătură dintre terminalul mobil (UE)

şi reţeaua UMTS

NodeB este o staţie de bază, ce comunică cu UE prin interfaţa Uu. Realizează conversia datelor de pe interfaţa Uu radio la interfaţa logică lub şi participă la gestionarea resurselor radio ;

RNC controlează resursele radio; este responsabil pentru controlul NodeB-urilor care sunt conectate la el. Este punctul în care se realizează criptarea înainte ca date utilizatorului să fie trimise de la/către staţia mobilă. Are 3 roluri logice:

-de control (CRNC);-de servire (SRNC);-drift RNC (DRNC).

LTE ( Long Term Evolution)

LTE vine de la Long Term Evolution și a fost început ca un proiect în anul 2004 de către organizaţia de telecomunicații cunoscută sub numele de 3GPP (The Third Generation Partnership Project). LTE şi WiMax au aderat la standardul 4G.

LTE a evoluat de la un sistem anterior 3GPP cunoscut sub numele de UMTS, care la rândul său a evoluat de la Sistemul global de comunicații mobile (GSM).

Arhitectura reţelei LTE este similară cu cea GSM şi UMTS, fiind împărţită în:

partea de reţea radio (E – UTRAN - Evolved UMTS Terrestrial Radio Access ) partea de nucleu a reţelei (EPC – Evolved Packet Core). dispozitivul mobil este referit ca echipament al utilizatorului (User Equipment

- UE), la fel ca la UMTS. Interfețele intre diferitele părți ale sistemului sunt notate Uu, S1 și SGI

ARHITECTURA LTE

Arhitectura internă a echipamentului utilizatorului pentru LTE este identică cu ca utilizată de către UMTS și GSM şi conţine următoarele module importante: Terminaţia mobilă (MT – Mobile Termination): aceasta se ocupă de toate funcțiile de

comunicare. Echipamentul terminal (TE – Terminal Equipment): aici se încheie fluxurile de date

UICC ( Universal Integrated Circuit Card ): este, de asemenea, cunoscut sub numele de cardul SIM pentru echipamente LTE. Rulează o aplicație cunoscută sub numele de Subscriber Identity Module Universal (USIM).

 

EU - Echipamentul utilizatorului ( UE - User Equipment)

Un USIM stochează date specifice utilizatorului foarte asemănătoare cu cardul 3G SIM. Stochează informații despre numărul de telefon al utilizatorului, identitatea rețelei locale și cheile de securitate, etc.

E-UTRAN

Staţia mobilă LTE comunică doar cu o singură staţie de bază şi o celulă la un moment.  

Fiecare eNB se conectează cu EPC prin intermediul interfeței S1 și poate fi, de asemenea, conectat la stații de bază din apropiere prin intermediul interfeței X2, care este folosită, în principal, pentru semnalizare și expediere de pachete în timpul handover-ului.

E-UTRAN se ocupă de comunicațiile radio între staţia mobilă și EPC prin intermediul unei singure componente, stația de bază evoluată, numită eNodeB sau eNB. Fiecare eNB este o stație de bază care controlează mobilele din una sau mai multe celule.

EPC ( Evolved Packet Core )

 HSS (Home Subscriber Server ) este o bază de date centrală care conține informații despre toți abonații operatorului de rețea.

Packet Data Network (PDN) Gateway (P-GW), comunică cu exteriorul, cum ar fi rețelele de pachete de date PDN, folosind interfața SGI. Acesta primeşte pachetele utilizatorilor şi le trimite spre S-GW.

Gateway-ul servire (S-GW) acționează ca un router, și transmite date între stația de bază și poarta de acces PDN.

MME ( Mobility Management Entity ) este elementul de arhitectură al reţelei LTE care este responsabil de toate schimburile de semnalizări între staţiile de bază şi nucleul reţelei şi între utilizatori şi nucleu.

Interfața dintre gateway-urile PDN este cunoscută ca S5 / S8. S5 pentru comunicația non-roaming si S8 pentru comunicație roaming.

eNodeB

este cel mai complex element din reţeaua LTE, numele provine din UMTS cu adăugarea termenului “evolved” (evoluat) conţine trei elemente majore:

- antenele- modulele radio care modulează şi demodulează toate semnalele primite şi recepţionate pe interfaţa radio

- module digitale

asigurarea latenței şi lăţimii de bandă minime pentru servicii de timp real (asigură QoS) asigură managementul interferenţelor şi mobilităţii asigură managementul utilizatorilor în general

Interfaţa Uu reprezintă interfaţa dintre UE şi eNode-B şi este singura interfaţă din reţea care este întotdeauna wireless. Pe această interfaţă se foloseşte şi tehnologia MIMO.

S1 - interfaţa dintre staţia de bază şi nucleul reţelei. Este împărţită în două părţi logice, care transportă informaţia prin acelaşi canal fizic:

- S1 User Plane, pentru datele utilizatorilor- S1 Control Plane, pentru datele de control ale reţelei LTE

X2 – interfaţă folosită pentru comunicarea între staţiile de bază LTE .

Interfeţele S1 şi X2 oferă funcţii de rutare şi funcţii de reţea şi redundanţă în reţeaua de semnalizare.

TEHNOLOGII LTE

MIMO

OFDM

LTE se bazează pe aceste două

tehnologii principale.

OFDMOrthogonal Frequency-Division Multiplexing

În loc de a împrăştia spectrul semnalului în banda disponibilă (5 MHz la WCDMA), LTE foloseşte multiplexarea cu divizare a frecvenţelor ortogonale OFDM care permite transmiterea datelor prin mai multe subpurtătoare de bandă îngustă de 180kHz fiecare.

În locul unui singur flux rapid de date, apar mai multe fluxuri mai lente, transmise simultan.

Ca o consecință, rata binară la LTE este similară cu cea de la UMTS dar efectele multi propagării sunt considerabil diminuate, din cauza pașilor de transmisie mai lungi.

MIMOMultiple Input Multiple Output

Căile de propagare ale acestora sunt independente (decorelate).

Receptorul RX trebuie să aibă cel puţin la fel de multe antene ca şi transmiţătorul.

Tehnologia MIMO

Transmiţătorul TX are mai multe antene şi poate transmite un şir independent de date.

Dacă există multi-propagare, UE distinge între semnalele recepţionate şi recrează semnalul original.

Folosirea MIMO presupune transmiterea a mai multor şiruri de date pe aceeaşi frecvenţă purtătoare de la mai multe antene de la staţia de bază la echipamentul mobil.

MIMO&OFDM

Rate mari de transfer şi valori mici ale interferenţei intersimbol

MIMOMIMO satisfice nevoia pentru rate mari de transfer

OFDMOFDM ajută la reducerea interferenţei intersimbol chiar şi la rate mari de

transfer

SCHEMA DE TRANSMISIE LTE ÎN DOWNLINK Se folosește varianta ortogonală; aceasta are o eficiență spectrală mult mai mare, oferind

așadar posibilitatea de a transmite o cantitate de date considerabil mai mare pe același canal. Ecartamentul între sub-purtătoare la downlink-ul OFDM este de 15 kHz şi sunt disponibile un număr maxim de 2.048 de sub-purtătoare. În cadrul unui sistem OFDM, spectrul total disponibil este divizat în mai mulţi transportori care se numesc sub-transportori ortogonali. Datele sunt reprezentate prin simboluri independent modulate şi transmise într-un numãr cât mai mare de către sub-transportorii ortogonali strâns grupaţi.

În cazul E-UTRAN se folosesc ca scheme de modulare principale pentru downlink: QPSK, 16QAM, 64QAM.

OFDMA permite acces multiplu a utilizatorilor pe lățimea de bandă disponibilă. Fiecarui utilizator i se atribuie o resursă timp/frecvenţă specifică.

SCHEMA DE TRANSMISIE LTE ÎN UPLINK Tipul de uplink propus în prezent foloseşte modulare QPSK sau 16QAM (opţional

64QAM) şi multiplexing SC-FDMA. SC-FDMA este folosit deoarece are un raport de putere medie/peak (PAPR) scăzut.

În uplink, datele sunt alocate în multipli de un bloc de resurse. Mărimea blocului de resurse în domeniul frecvenţă este de 12 sub-purtatori, aceeaşi ca şi în downlink.

Intervalul de timp pentru transmisia în uplink este de 1 ms (la fel ca in downlink).Prelucrarea DFT este diferenţa fundamentală dintre generarea semnalelor SC-FDMA şi OFDMA.

Într-un semnal SC-FDMA, fiecare sub-purtator folosit in transmisie conţine informaţii despre toate simbolurile de modulare transmise, deoarece fluxul de date de intrare a fost răspândit de către transformarea DFT peste sub-purtatorii disponibili.

În contrast cu aceasta, fiecare sub-purtator de semnal OFDMA conţine numai informaţii referitoare la simbolurile de modulaţie specifice.

Proprietăţi LTE:

Download de până la 299.6 Mbps în sistem 4×4 antene, şi 150.8 Mbps în sistem 2×2 antene (folosind spectrul de 20 MHz);

Upload de până la 75.4 Mbps pentru fiecare spectru de 20 MHz folosind o singură antenă;

Cel puţin 200 de useri activi pe fiecare celulă de 5 MHz;

Pachete mici cu înterziere de sub 5ms;

Este o tehnologie ideală pentru a susține rate ridicate de date pentru VoIP(Voice over IP), pentru streaming multimedia şi conferințe video;

Toate interfețele dintre nodurile de rețea în LTE sunt acum bazate pe IP;

Funcționează cu sisteme GSM / EDGE / UMTS.

LTE VS. UMTS

3G 4G

Volum date transferate

Până la 3.1 Mbps Curent: între 2 şi 12 Mbps

Rată de Upload maxim

5 Mbps 500 Mbps

Rată de Download maxim

100 Mbps 1 Gbps

Arhitectura reţelei Zone largi de celule Integrare hibrida cu WLAN şi WANBanda de frecvenţe

1.8-2.4 GHz 2-8 GHz

Condiţii majore ce condiţionează

arhitectura

Transmisii vocale şi date

Convergenţa transmisiilor de date şi voce prin IP

Modul de comutare Circuit şi pachet PachetTehnologia de

accesWCDMA OFDM MCDMA (Multicarrier CDMA)

Proiectare componente

Proiectare de antene optimizate, adaptor

multibandă

Antene inteligente, soft multibandă şi de bandă largă

Protocol Internet IPv4 şi IPv6 IPv4 şi IPv6

CSFB Circuit Switched FallBack (CSFB) este o tehnologie în care serviciile de voce şi cele de

mesaje scurte sunt livrate dispozitivelor cu capacități LTE utilizând reţeaua GSM sau o altã reţea pe bazã de circuite.

Circuit Switched FallBack este necesar deoarece LTE fiind o reţea bazatã pe pachete, funcţionând integral IP nu poate tratata un apel prin comutarea circuitelor.

Când dispozitivul cu LTE este utilizat pentru apeluri de voce sau SMS, dispozitivul va trece într-o reţea 3G sau 2G pentru a îndeplini solicitarea utilizatorului.

CSFB este specificat în Release-ul 8 al 3GPP şi implementarea acestuia se concretizeazã într-un update software la nivelul reţelei de core a operatorului şi a celei radio. CSFB este o soluţie temporarã, de compromis.

Voice over LTE(VoLTE) este unul din obiectivele operatorilor pe termen lung când vine vorba de livrarea serviciilor de voce în reţele LTE.

QOEQuality of Experience

Concluzii

LTE este succesorul atât tehnologiei UMTS, cât și a tehnologiei CDMA 2000 şi a reprezentat un pas major în evoluția rețelelor mobile către nevoile tot mai mari ale pieței;

Aduce îmbunătăţiri de peste 50% a performanțelor și eficienței spectrale a rețelelor celulare.

Tehnologiile importante folosite de LTE sunt: OFDM şi MIMO

Vitezele 4G sunt mult mai mari pentru a face faţă cererii de transfer de date de cãtre diverse servicii.

Suportă streaming HD. Apar smartphone-uri noi. În 4G portabilitatea este mult crescută.

Se trece de la de la comutarea de circuite folosită la UMTS la transferul de pachete.

Dezvoltarea tehnologiei LTE continuă. Se elaborează specificări de urmatoarea generație, așa numita LTE-Advanced

Bibliografie

http://www.inforetele.com/wireless/ce-este-lte/http://playtech.ro/2010/totul-despre-4g/http://www.go4it.ro/internet/4g-in-romania.-avantaje-dezavantaje-oferte-si-asteptari-10253923/http://ro.wikipedia.org/wiki/4Ghttp://www.itablete.com/ce-inseamna-4g-si-lte/http://tweet4tutorial.com/tutorial/lte-basic-concepts/http://www.artizanetworks.com/lte_tut_sae_tec.htmlhttp://www.soc.staffs.ac.uk/rac1/mobile%20computing/mobile_computing.doc http://cpk.auc.dk/~tatiana/Courses/ComSys2/Chapter9.pdfhttp://www.seas.upenn.edu/~tcom510/AdobeFiles_pdf/ch2.2.pdf

Vă mulţumim pentru atenţia

acordată!