Э-УТРА

Архитектура EUTRAN как часть LTE и SAE сети

E-UTRA — это радиоинтерфейс проекта партнерства третьего поколения ( 3GPP ) в рамках долгосрочного развития (LTE) для мобильных сетей. Это аббревиатура от Evolved UMTS Terrestrial Radio Access . также известный как Evolved Universal Terrestrial Radio Access в ранних проектах спецификации 3GPP LTE. E-UTRAN представляет собой комбинацию E-UTRA, пользовательского оборудования (UE) и узла B (узла B E-UTRAN или развитого узла B, eNodeB ).

Это сеть радиодоступа (RAN), предназначенная для замены технологий универсальной системы мобильной связи (UMTS), высокоскоростного пакетного доступа по нисходящей линии связи (HSDPA) и высокоскоростного пакетного доступа по восходящей линии связи (HSUPA), указанных в версиях 3GPP 5. и за его пределами. В отличие от HSPA, E-UTRA LTE представляет собой совершенно новую систему радиоинтерфейса, не имеющую отношения к W-CDMA и несовместимую с ней . Он обеспечивает более высокие скорости передачи данных, меньшую задержку и оптимизирован для пакетной передачи данных. Он использует с множественным доступом с ортогональным частотным разделением каналов радиодоступ (OFDMA) для нисходящей линии связи и множественный доступ с частотным разделением каналов с одной несущей (SC-FDMA) на восходящей линии связи. Испытания начались в 2008 году.

Функции

EUTRAN имеет следующие особенности:

• Пиковая скорость загрузки 299,6 Мбит/с для антенн 4×4 и 150,8 Мбит/с для антенн 2×2 с полосой спектра 20 МГц. LTE Advanced поддерживает конфигурации антенн 8×8 с пиковой скоростью загрузки 2998,6 Мбит/с в совокупном канале 100 МГц.
• Пиковая скорость загрузки составляет 75,4 Мбит/с для канала 20 МГц в стандарте LTE и до 1497,8 Мбит/с в несущей LTE Advanced 100 МГц.
• Низкие задержки передачи данных (задержка менее 5 мс для небольших IP-пакетов в оптимальных условиях), меньшие задержки при передаче обслуживания и времени установки соединения.
• Поддержка терминалов, движущихся со скоростью до 350 км/ч или 500 км/ч в зависимости от диапазона частот.
• Поддержка дуплексов FDD и TDD , а также полудуплексного FDD с одной и той же технологией радиодоступа.
• Поддержка всех диапазонов частот, используемых в настоящее время IMT системами МСЭ-R .
• Гибкая полоса пропускания: стандартизированы 1,4 МГц, 3 МГц, 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц и 20 МГц. Для сравнения, UMTS использует фрагменты спектра фиксированного размера по 5 МГц.
• Повышенная спектральная эффективность в 2–5 раз больше, чем в 3GPP ( HSPA ) версии 6.
• Поддержка размеров ячеек от десятков метров радиуса ( фемто- и пикосоты ) до макросот радиусом более 100 км.
• Упрощенная архитектура: сетевая часть EUTRAN состоит только из eNodeB.
• Поддержка взаимодействия с другими системами (например, GSM / EDGE , UMTS , CDMA2000 , WiMAX и т. д.)
• с коммутацией пакетов . Радиоинтерфейс

Rationale for E-UTRA

Хотя UMTS с HSDPA и HSUPA и их эволюция обеспечивают высокие скорости передачи данных, ожидается, что использование беспроводной передачи данных продолжит значительно расти в течение следующих нескольких лет из-за увеличения предложения и спроса на услуги и контент в движении, а также продолжающегося роста спроса на услуги и контент в движении. снижение затрат для конечного потребителя. Ожидается, что это увеличение потребует не только более быстрых сетей и радиоинтерфейсов, но и более высокой экономической эффективности, чем это возможно при развитии текущих стандартов. Таким образом, консорциум 3GPP установил требования к новому радиоинтерфейсу (EUTRAN) и развитию базовой сети ( SAE ), которые удовлетворят эту потребность.

Эти улучшения в производительности позволяют операторам беспроводной связи предлагать услуги Quadrup Play – голосовую связь, высокоскоростные интерактивные приложения, включая передачу больших объемов данных, и многофункциональное IPTV с полной мобильностью.

Начиная с версии 3GPP Release 8, E-UTRA предназначен для обеспечения единого пути развития радиоинтерфейсов GSM / EDGE , UMTS / HSPA , CDMA2000 / EV-DO и TD-SCDMA , обеспечивая увеличение скорости передачи данных и спектральной эффективности. и позволяя предоставлять больше функциональных возможностей.

Архитектура

EUTRAN состоит только из eNodeB на стороне сети. eNodeB выполняет задачи, аналогичные тем, которые выполняются узлами nodeB и RNC (контроллером радиосети) вместе в UTRAN. Целью этого упрощения является уменьшение задержки всех операций радиоинтерфейса. eNodeB подключаются друг к другу через интерфейс X2 и подключаются к базовой сети с коммутацией пакетов (PS) через интерфейс S1.

Стек протоколов EUTRAN

Стек протоколов EUTRAN

EUTRAN Стек протоколов состоит из:

• Физический уровень: Переносит всю информацию из транспортных каналов MAC по радиоинтерфейсу. Заботится об адаптации канала (ACM) , управлении мощностью , поиске соты (для целей начальной синхронизации и передачи обслуживания) и других измерениях (внутри системы LTE и между системами) для уровня RRC.
• МАК: Подуровень MAC предлагает подуровню RLC набор логических каналов, которые он мультиплексирует в транспортные каналы физического уровня. Он также управляет коррекцией ошибок HARQ, управляет определением приоритетов логических каналов для одного и того же UE, динамическим планированием между UE и т. д.
• РЛК : PDCP Он транспортирует PDU . Может работать в 3 различных режимах в зависимости от обеспеченной надежности. В зависимости от этого режима он может обеспечивать: исправление ошибок ARQ , сегментацию/объединение PDU, переупорядочение для последовательной доставки, обнаружение дубликатов и т. д.
• ПДКП : Для уровня RRC он обеспечивает транспортировку данных с шифрованием и защитой целостности. А для транспортировки IP-пакетов на уровне IP со сжатием заголовка ROHC , шифрованием и, в зависимости от режима RLC, последовательной доставкой, обнаружением дубликатов и повторной передачей собственных SDU во время передачи обслуживания.
• РРК : Между прочим, он заботится о: широковещательной системной информации, относящейся к уровню доступа , и транспортировке сообщений уровня без доступа (NAS), пейджинговой связи, установлению и освобождению RRC-соединения, управлению ключами безопасности, передаче обслуживания, измерениям UE, связанным с межсетевым взаимодействием. -системная (между RAT) мобильность, QoS и т. д.

Уровни взаимодействия со стеком протоколов EUTRAN:

• В: Протокол между UE и MME на стороне сети (за пределами EUTRAN). Между другими осуществляет аутентификацию UE, контроль безопасности и формирует часть пейджинговых сообщений.
• ИП

Проектирование физического уровня (L1)

E-UTRA использует мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), антенную технологию с несколькими входами и множеством выходов (MIMO) в зависимости от категории терминала, а также может использовать формирование диаграммы направленности для нисходящей линии связи для поддержки большего количества пользователей, более высоких скоростей передачи данных и меньшей требуемой вычислительной мощности. на каждой трубке.

В восходящей линии связи LTE использует как OFDMA , так и версию OFDM с предварительным кодированием, называемую множественным доступом с частотным разделением каналов с одной несущей (SC-FDMA), в зависимости от канала. Это делается для того, чтобы компенсировать недостаток обычного OFDM, который имеет очень высокое отношение пиковой мощности к средней (PAPR) . Высокий PAPR требует более дорогих и неэффективных усилителей мощности с высокими требованиями к линейности, что увеличивает стоимость терминала и быстрее разряжает батарею. Для восходящей линии связи в версиях 8 и 9 поддерживается многопользовательский MIMO/множественный доступ с пространственным разделением (SDMA); В выпуске 10 также представлен SU-MIMO .

В обоих режимах передачи OFDM и SC-FDMA циклический префикс к передаваемым символам добавляется . Доступны две разные длины циклического префикса для поддержки различных расширений каналов в зависимости от размера ячейки и среды распространения. Это обычный циклический префикс длительностью 4,7 мкс и расширенный циклический префикс длительностью 16,6 мкс.

LTE Блок ресурсов во временной и частотной областях: 12 поднесущих , временной интервал 0,5 мс (обычный циклический префикс).

LTE поддерживает режимы дуплекса с частотным разделением каналов (FDD) и дуплексного режима с временным разделением каналов (TDD). В то время как FDD использует парные спектры для передачи UL и DL, разделенные дуплексным частотным интервалом, TDD разделяет одну несущую частоты на чередующиеся периоды времени для передачи от базовой станции к терминалу и наоборот. Оба режима имеют собственную структуру кадров в LTE, и они согласованы друг с другом, что означает, что в базовых станциях и терминалах можно использовать одинаковое оборудование для обеспечения экономии за счет масштаба. Режим TDD в LTE согласован с TD-SCDMA и обеспечивает сосуществование. Доступны отдельные наборы микросхем, которые поддерживают режимы работы TDD-LTE и FDD-LTE.

Фреймы и блоки ресурсов

Передача LTE структурирована во временной области в радиокадрах. Каждый из этих радиокадров имеет длину 10 мс и состоит из 10 подкадров по 1 мс каждый. Для подкадров, не относящихся к службе мультимедиа-вещания и многоадресной рассылки (MBMS), разнос поднесущих OFDMA в частотной области составляет 15 кГц. Двенадцать из этих поднесущих, выделенных вместе во временном интервале 0,5 мс, называются блоком ресурсов. Терминалу LTE может быть выделено в нисходящей или восходящей линии связи минимум 2 блока ресурсов в течение 1 подкадра (1 мс).

Кодирование

Все транспортные данные L1 кодируются с использованием турбокодирования и бесконкурентного с квадратичным полиномом перестановки турбокода внутреннего перемежителя (QPP) . L1 HARQ с 8 (FDD) или до 15 (TDD) процессами используется для нисходящей линии связи и до 8 процессов для UL.

Физические каналы и сигналы EUTRAN

Нисходящая линия связи (DL)

В нисходящем канале имеется несколько физических каналов:

• Физический канал управления нисходящей линии связи (PDCCH) передает между другими информацию о выделении нисходящей линии связи и гранты выделения восходящей линии связи для терминала/UE.
• Канал индикатора физического формата управления (PCFICH), используемый для сигнализации CFI (индикатора формата управления).
• Физический канал индикатора гибридного ARQ (PHICH), используемый для переноса подтверждений от передач восходящей линии связи.
• Физический общий канал нисходящей линии связи (PDSCH) используется для передачи транспортных данных L1. Поддерживаемые форматы модуляции в PDSCH: QPSK , 16QAM и 64QAM .
• Физический многоадресный канал (PMCH) используется для широковещательной передачи с использованием одночастотной сети.
• Физический широковещательный канал (PBCH) используется для трансляции основной системной информации внутри соты.

И следующие сигналы:

• Сигналы синхронизации (PSS и SSS) предназначены для того, чтобы UE могло обнаружить соту LTE и выполнить начальную синхронизацию.
• Опорные сигналы (специфичные для соты, MBSFN и определенные для UE) используются UE для оценки канала DL.
• Опорные сигналы позиционирования (PRS), добавленные в версии 9, предназначены для использования UE для OTDOA позиционирования (тип мультилатерации ).

Восходящая линия связи (UL)

В восходящем канале имеется три физических канала:

• Физический канал произвольного доступа (PRACH) используется для начального доступа, и когда UE теряет синхронизацию восходящей линии связи,
• Физический общий канал восходящей линии связи (PUSCH) передает транспортные данные L1 UL вместе с управляющей информацией. Поддерживаемые форматы модуляции на PUSCH: QPSK , 16QAM и в зависимости от пользовательского оборудования категории 64QAM . PUSCH — единственный канал, который из-за большей полосы пропускания использует SC-FDMA.
• Физический канал управления восходящей линии связи (PUCCH) передает управляющую информацию. Обратите внимание, что информация управления восходящей линией связи состоит только из подтверждений DL, а также отчетов, связанных с CQI, поскольку все параметры кодирования и выделения UL известны сетевой стороне и сообщаются UE в PDCCH.

И следующие сигналы:

• Опорные сигналы (RS), используемые eNodeB для оценки канала восходящей линии связи, чтобы декодировать передачу восходящей линии связи терминала.
• Опорные сигналы зондирования (SRS), используемые eNodeB для оценки условий канала восходящей линии связи для каждого пользователя, чтобы выбрать наилучшее планирование восходящей линии связи.

Категории пользовательского оборудования (UE)

Версия 3GPP 8 определяет пять категорий пользовательского оборудования LTE в зависимости от максимальной пиковой скорости передачи данных и поддержки возможностей MIMO. В версии 3GPP Release 10, которая называется LTE Advanced , были представлены три новые категории. За ними следуют еще четыре с Выпуском 11, еще два с Выпуском 14 и еще пять с Выпуском 15.

Пользователь оборудование Категория	Макс. Л1 скорость передачи данных Нисходящая линия связи (Мбит/с)	Макс. число DL MIMO слои	Макс. Л1 скорость передачи данных восходящая линия связи (Мбит/с)	Релиз 3GPP
НБ1	0.68	1	1.0	Выпуск 13
М1	1.0	1	1.0
0	1.0	1	1.0	Выпуск 12
1	10.3	1	5.2	Выпуск 8
2	51.0	2	25.5
3	102.0	2	51.0
4	150.8	2	51.0
5	299.6	4	75.4
6	301.5	2 или 4	51.0	Выпуск 10
7	301.5	2 или 4	102.0
8	2,998.6	8	1,497.8
9	452.2	2 или 4	51.0	Выпуск 11
10	452.2	2 или 4	102.0
11	603.0	2 или 4	51.0
12	603.0	2 или 4	102.0
13	391.7	2 или 4	150.8	Выпуск 12
14	3,917	8	9,585
15	750	2 или 4	226
16	979	2 или 4	105
17	25,065	8	2,119	Выпуск 13
18	1,174	2 или 4 или 8	211
19	1,566	2 или 4 или 8	13,563
20	2,000	2 или 4 или 8	315	Выпуск 14
21	1,400	2 или 4	300
22	2,350	2 или 4 или 8	422	Выпуск 15
23	2,700	2 или 4 или 8	528
24	3,000	2 или 4 или 8	633
25	3,200	2 или 4 или 8	739
26	3,500	2 или 4 или 8	844

Примечание. Указанные максимальные скорости передачи данных указаны для полосы пропускания канала 20 МГц. Категории 6 и выше включают скорости передачи данных при объединении нескольких каналов по 20 МГц. Максимальная скорость передачи данных будет ниже, если используется меньшая полоса пропускания.

Примечание. Это скорости передачи данных L1, не включая служебные данные различных уровней протокола. В зависимости от пропускной способности соты , загрузки соты (количества одновременных пользователей), конфигурации сети, производительности используемого пользовательского оборудования, условий распространения и т. д. практические скорости передачи данных будут различаться.

Примечание. Скорость передачи данных 3,0 Гбит/с / 1,5 Гбит/с, указанная как Категория 8, близка к пиковой совокупной скорости передачи данных для сектора базовой станции. Более реалистичная максимальная скорость передачи данных для одного пользователя составляет 1,2 Гбит/с (нисходящий канал) и 600 Мбит/с (восходящий канал). Nokia Siemens Networks продемонстрировала скорость нисходящей линии связи 1,4 Гбит/с при использовании 100 МГц совокупного спектра.

EUTRAN выпускает

Как и остальные части стандарта 3GPP, E-UTRA структурирован в виде выпусков.

• Версия 8, замороженная в 2008 году, определила первый стандарт LTE.
• Версия 9, замороженная в 2009 году, включала некоторые дополнения к физическому уровню, такие как двухуровневая (MIMO) передача с формированием луча или позиционирования. поддержка
• Версия 10, замороженная в 2011 году, вводит в стандарт несколько расширенных функций LTE, таких как агрегация несущих, SU-MIMO восходящей линии связи или ретрансляции, с целью значительного увеличения пиковой скорости передачи данных L1.

Все версии LTE разрабатывались с учетом обратной совместимости. То есть терминал, соответствующий версии 8, будет работать в сети версии 10, а терминалы версии 10 смогут использовать ее дополнительные функции.

Полосы частот и ширина полосы канала

Основная статья: Полосы частот LTE § Полосы частот и полоса пропускания канала

Развертывания по регионам

Основная статья: Полосы частот LTE § Развертывания по регионам

Демонстрации технологий

• В сентябре 2007 года компания NTT Docomo во время испытаний продемонстрировала скорость передачи данных E-UTRA 200 Мбит/с при потребляемой мощности менее 100 мВт.
• В апреле 2008 года LG и Nortel продемонстрировали скорость передачи данных E-UTRA 50 Мбит/с при движении со скоростью 110 км/ч.
• 15 февраля 2008 г. – Skyworks Solutions выпустила внешний модуль для E-UTRAN.

См. также

• 4G (IMT-расширенный)
• Список битрейтов интерфейса
• ЛТЕ
• LTE-А
• Эволюция системной архитектуры (SAE)
• UMTS
• WiMAX

Внешние ссылки

• Калькулятор EARFCN и справочник диапазонов
• Процедуры S1-AP Настройка, изменение и выпуск E-RAB
• Страница долгосрочного развития 3GPP
• Энциклопедия LTE 3GPP
• 3G в Америке — UMTS/HSPA ускоряет развитие дорожной карты беспроводных технологий. Компания 3G Americas публикует технический документ по версиям 3GPP с 7 по 8. Белвью, Вашингтон, 10 июля 2007 г.