1 / 123

LTE architekt úra

LTE architekt úra. Maros D óra. 2012. Fejlődési irányok a 3G után. 3G hálózatok kapacitása végesnek bizonyult Előfizetői igények nőnek Fejlesztés szükséges: Növelni a meglévő rendszer spektrális hatékonyságát 3G Nagyobb sávszélességet támogató új rendszer kialakítása LTE.

nero-ryan
Download Presentation

LTE architekt úra

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. LTE architektúra Maros Dóra 2012

  2. Fejlődési irányok a 3G után • 3G hálózatok kapacitása végesnek bizonyult • Előfizetői igények nőnek • Fejlesztés szükséges: • Növelni a meglévő rendszer spektrális hatékonyságát • 3G • Nagyobb sávszélességet támogató új rendszer kialakítása • LTE

  3. 1. 3G fejlesztése • 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

  4. 1. 3G fejlesztése - 2 • 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

  5. 2. Új rendszer kialakítása • 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

  6. 2. Új rendszer kialakítása - 2 • 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

  7. Az LTE rádiós követelményei • 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 támogatása • Teljesen IP alapú hálózat • 5ms alatti késleltetés kis IP csomagokra

  8. Az LTE rádiós követelményei - 2 • 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)

  9. LTE átviteli sebességek

  10. LTE további jellemzői • 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)

  11. 3GPP release-k • Release 99, 4- • 3G (WCDMA) és fejlesztések • Release 7-10: • LTE (3,75G vagy 3,9G), LTE Advanced (a valódi 4G) Rel 9-10!

  12. 3.75G - 3.9G - 4G • 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)

  13. SAE és a hálózat • 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

  14. SAE architektúra • Fejlődés – egyszerűsödés: • Csomagkapcsolt működésre optimalizált • Válaszidő és késleltetés csökkenése

  15. SAE architektúra • 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 közötti Mobility Management Entity (MME), Serving GateWay (S-GW) EPC

  16. SAE architektúra

  17. EPC • 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

  18. E-UTRAN változások • Nincs makro diverzitás • Komplex megoldás lenne, nincs akkora nyereség • Nincs soft handover • Csomagalapú átvitellel megoldható az adatvesztés elkerülése

  19. eNB funkciók • 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

  20. MME funkciók: • 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

  21. S-GW funkciók • 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

  22. P-GW funkciók • 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

  23. SAE Roaming • Két megvalósítás: • Alapértelmezés szerint: a honos hálózat P-GW-én keresztül • Idegen hálózathoz kapcsolódással

  24. Roaming, honos hálózattal • 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

  25. Roaming, idegen hálózattal • 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

  26. LTE - Rádiós interfész Maros Dóra 2012

  27. Duplexitás • 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

  28. FDD-TDD • 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

  29. Támogatott frekvencia sávok • 2009-ben: • 15 FDD • 8 TDD

  30. Frekvencia sávok • 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

  31. Többszörös hozzáférés • 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

  32. DL többszörös hozzáférés • 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

  33. OFDM története • 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

  34. OFDM vs CDMA • 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.

  35. OFDM vs CDMA • 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

  36. OFDM vs CDMA • 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

  37. OFDM – CDMA összehasonlítás

  38. DL - OFDM • Egymáshoz közeli vivőfrekvenciákon párhuzamos adatátvitel • Vivőfrekvenciák ortogonálisak • Csatornák között nincs áthallás

  39. DL - OFDM • 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

  40. DL - OFDM • A segédvivők közötti frekvencia és a szimbólumidő egymásnak reciproka • vivőfrekvenciák ortogonálisak, nincs csatornák közötti áthallás • frekvenciatartomány

  41. OFDM ISI • 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:

  42. OFDM védőidő, CP • Többutas terjedés ellen rezisztancia: • Védőidők az adási távolság függvényében • Védőidő alatt a CP (Cyclic prefix) kerül kisugárzásra, ami a szimbólum végénekmásolata

  43. CP paraméterei • Normál CP: 1.4km távolságig megfelelő • Kiterjesztett CP: 10 km-ig • (ekkor kevesebb szimbólum fér el 0..5, vagy 0,1,2)

  44. OFDM példa • 5 MHz teljes sávszélesség, n db segédvivő • Segédvivők színekkel jelölve, frekv tartományban • Védőidők feketével időtartományban

  45. OFDM - OFDMA • 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

  46. Keretszerkezet • 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)

  47. Rádiós erőforrás egység • Fizikai erőforrás blokk - PhysicalResourceBlock – 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)

  48. Átviteli sebességek • Fizikai szintű pillanatnyi átviteli sebességek egy PRB-vel: • Egy bázisállomás min6 PRB-t kell tudnia: • 6*180kHz=1.08 MHz • Védősávokkal 1.4MHz

  49. UL: SC-FDMA • 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

  50. SC-FDMA • Jel előállítása: • Az időtartományi szimbólumok DFT-vel frekvenciatartományba transzformálása • A frekvenciatartományban a megfelelő frekvenciára helyezés • IFFT-vel visszatranszformálás • CP hozzáillesztése

More Related