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Che cos'è LTE: tutorial e panoramica sull'evoluzione a lungo termine

Che cos'è LTE: tutorial e panoramica sull'evoluzione a lungo termine


LTE è stato il successore 4G del sistema 3G UMTS, sviluppato per fornire un'ulteriore evoluzione del sistema di telecomunicazioni mobili disponibile.

Fornendo velocità dei dati molto più elevate e prestazioni notevolmente migliorate, nonché costi operativi inferiori, il sistema ha iniziato a essere implementato nella sua forma di base intorno al 2008.

Le distribuzioni iniziali davano pochi miglioramenti rispetto a 3G HSPA e talvolta venivano soprannominate 3.5G o 3.99G, ma presto si realizzò la piena capacità di LTE che forniva un livello di prestazioni 4G completo.

Le prime implementazioni erano conosciute semplicemente come LTE, ma le implementazioni successive furono designate 4G LTE Advanced e successivamente ancora 4G LTE Pro.

Non solo la rete di accesso radio è stata migliorata per 4G LTE, ma l'architettura di rete è stata revisionata consentendo una minore latenza e un'interconnettività molto migliore tra gli elementi della rete di accesso radio, RAN.

Inizi LTE

3GPP, il progetto di partnership di terza generazione che ha supervisionato lo sviluppo del sistema UMTS 3G ha avviato il lavoro sull'evoluzione della tecnologia cellulare 3G con un workshop che si è tenuto a Toronto in Canada nel novembre 2004. Il lavoro su LTE è iniziato con uno studio di fattibilità avviato nel dicembre 2004, che è stato finalizzato per l'inclusione nella versione 3GPP 7. Le specifiche di base LTE sono state poi incluse nella versione 8.

Il workshop ha stabilito una serie di requisiti di alto livello per la nuova tecnologia:

  • Costo per bit ridotto
  • Maggiore fornitura di servizi: più servizi a costi inferiori con una migliore esperienza utente
  • Flessibilità di utilizzo delle bande di frequenza esistenti e nuove
  • Architettura semplificata, interfacce aperte
  • Consentire un consumo energetico ragionevole del terminale

In termini di cifre effettive, gli obiettivi per le implementazioni iniziali di LTE includevano velocità di download di 100 Mbps e velocità di caricamento di 50 Mbps per ogni 20 MHz di spettro. Oltre a questo, LTE era necessario per supportare almeno 200 utenti attivi in ​​ogni cella a 5 MHz. (ovvero 200 telefonate attive). Sono stati inoltre fissati obiettivi per la latenza nella consegna dei pacchetti IP. Con il crescente utilizzo di servizi tra cui VoIP, giochi e molte altre applicazioni in cui la latenza è preoccupante, è necessario stabilire cifre per questo. Di conseguenza è stato impostato un valore di latenza inferiore a 10 ms per piccoli pacchetti IP.

Evoluzione 3G LTE

Sebbene ci siano importanti cambiamenti tra LTE e i suoi predecessori 3G, è comunque considerato come un'evoluzione degli standard 3G UMTS / 3GPP. Sebbene utilizzi una forma diversa di interfaccia radio, utilizzando OFDMA / SC-FDMA invece di CDMA, ci sono molte somiglianze con le prime forme di architettura 3G e c'è spazio per un grande riutilizzo.

Nel determinare cosa è LTE e in che modo differisce da altri sistemi cellulari, una rapida occhiata alle specifiche del sistema può fornire molte risposte. LTE può essere visto per fornire un'ulteriore evoluzione della funzionalità, maggiori velocità e prestazioni generali migliorate.

Cos'è 4G LTE?
Confronto con altre tecnologie di comunicazione mobile
WCDMA
(UMTS)
HSPA
HSDPA / HSUPA
HSPA +LTE
Massima velocità di downlink
bps
384 k14 M28 M100M
Massima velocità di uplink
bps
128 k5.7 M11 M50 M
Latenza
tempo di andata e ritorno
ca.
150 ms100 ms50 ms (massimo)~ 10 ms
Versioni 3GPPRel 99/4Rel 5/6Rel 7Rel 8
Circa anni di lancio iniziale2003 / 42005/6 HSDPA
2007/8 HSUPA
2008 / 92009 / 10
Metodologia di accessoCDMACDMACDMAOFDMA / SC-FDMA

Inoltre, LTE è una rete interamente basata su IP, che supporta sia IPv4 che IPv6.


Nozioni di base su LTE: - panoramica delle specifiche

Vale la pena riassumere i parametri chiave della specifica 3G LTE. In considerazione del fatto che ci sono una serie di differenze tra il funzionamento dell'uplink e del downlink, queste differiscono naturalmente per le prestazioni che possono offrire.

Specifiche di base LTE
ParametroDettagli
Massima velocità di downlink
64QAM
(Mbps)
100 (SISO), 172 (2x2 MIMO), 326 (4x4 MIMO)
Velocità di uplink di picco
(Mbps)
50 (QPSK), 57 (16QAM), 86 (64QAM)
Tipo di datiTutti i dati a commutazione di pacchetto (voce e dati). Nessun circuito acceso.
Schemi di accessoOFDMA (downlink)
SC-FDMA (uplink)
Tipi di modulazione supportatiQPSK, 16QAM, 64QAM (uplink e downlink)
Efficienza spettraleDownlink: 3-4 volte Rel 6 HSDPA
Uplink: 2-3 x Rel 6 HSUPA
Larghezze di banda del canale
(MHz)
1.4, 3, 5, 10, 15, 20
Schemi duplexFDD e TDD
Mobilità0-15 km / h (ottimizzato),
15-120 km / h (prestazioni elevate)
LatenzaDa inattivo ad attivo per meno di 100 ms
Pacchetti piccoli ~ 10 ms

Queste specifiche di evidenziazione danno una visione generale delle prestazioni che offrirà LTE. Soddisfa i requisiti del settore per elevate velocità di download dei dati e latenza ridotta, un fattore importante per molte applicazioni, dal VoIP al gioco e all'uso interattivo dei dati. Fornisce inoltre miglioramenti significativi nell'uso dello spettro disponibile.

Nuove funzionalità LTE

LTE ha introdotto una serie di nuove tecnologie rispetto ai precedenti sistemi cellulari. Consentono a LTE di essere in grado di operare in modo più efficiente rispetto all'uso dello spettro e anche di fornire le velocità di trasmissione dati molto più elevate richieste.

  • OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex): La tecnologia OFDM è stata utilizzata per il formato del segnale per LTE perché ha consentito la trasmissione efficiente di larghezze di banda di dati elevate pur fornendo un alto grado di resilienza ai riflessi e alle interferenze. Poiché i dati venivano trasportati su un gran numero di portanti, se alcuni mancavano a causa di interferenze dovute a riflessioni, ecc., Il sistema era ancora in grado di farcela. Gli schemi di accesso differivano tra uplink e downlink: OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access è stato utilizzato nel downlink; mentre SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) è stato utilizzato nell'uplink. SC-FDMA è stato utilizzato in vista di il fatto che il suo rapporto di potenza da picco a medio sia inferiore a quello per OFDMA - il rapporto di potenza da picco a medio più basso che consente di ottenere livelli migliori dell'amplificatore di potenza RF finale - questo era ed è un fattore importante per la durata della batteria del telefono cellulare.
  • MIMO (Multiple Input Multiple Output): Uno dei problemi principali che i precedenti sistemi di telecomunicazioni hanno riscontrato è stato quello dei segnali multipli derivanti dalle tante riflessioni che si sono incontrate. Utilizzando MIMO, questi percorsi di segnale aggiuntivi potrebbero essere utilizzati in modo vantaggioso e potevano essere utilizzati per aumentare il throughput.

    Quando si utilizza MIMO, è necessario utilizzare più antenne per consentire di distinguere i diversi percorsi. Di conseguenza è possibile utilizzare schemi che utilizzano matrici di antenna 2 x 2, 4 x 2 o 4 x 4. Sebbene sia relativamente facile aggiungere ulteriori antenne a una stazione base, lo stesso non era vero per i telefoni mobili, dove le dimensioni dell'equipaggiamento utente limitavano il numero di antenne che dovrebbero essere posizionate almeno a mezza lunghezza d'onda l'una dall'altra.

  • SAE (System Architecture Evolution): Con la velocità di trasmissione dati molto elevata e i requisiti di bassa latenza per 3G LTE, era necessario evolvere l'architettura del sistema per consentire di ottenere prestazioni migliorate. Un cambiamento è stato che un certo numero di funzioni precedentemente gestite dalla rete centrale sono state trasferite alla periferia. Essenzialmente questo ha fornito una forma molto più "piatta" di architettura di rete. In questo modo i tempi di latenza potrebbero essere ridotti e i dati instradati più direttamente a destinazione. Come parte dell'aggiornamento di un Evolved Packet Core, EPC è stato sviluppato per garantire che i dati a pacchetto fossero instradati nel modo più efficiente possibile.
  • Dati IP: 4G LTE è un sistema dati interamente IP. 3G UMTS aveva incluso la voce a commutazione di circuito, ma LTE non prevedeva alcuna voce a commutazione di circuito. Inizialmente era stato previsto che gli operatori avrebbero fornito la capacità di dati e la voce sarebbe stata tramite applicazioni OTT. Poiché gli operatori avrebbero perso entrate significative, la voce, all'epoca, costituiva un elemento importante delle entrate. Per superare questo problema GSMA ha stabilito lo standard per la connettività vocale come lo schema Voice over LTE, VoLTE.

    VoLTE ha richiesto l'implementazione di un core IMS e questo ha rallentato la diffusione di questa funzionalità in considerazione della spesa. Per aiutare gli operatori a superare questo problema, è stata sviluppata un'implementazione limitata di IMS che ha ridotto notevolmente la spesa in conto capitale richiesta dagli operatori.

4G LTE è diventata la principale tecnologia di comunicazione mobile. Entrambe le tecnologie di prima e seconda generazione erano focalizzate sulla voce e 3G, quindi spostate verso i dati mobili. 4G LTE ha migliorato gli aspetti dei dati mobili delle comunicazioni mobili, concentrandosi principalmente su questo aspetto per consentire la connettività dati mobile generale.

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