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Was ist LTE: Long Term Evolution Tutorial & Übersicht

Was ist LTE: Long Term Evolution Tutorial & Übersicht


LTE war der 4G-Nachfolger des 3G-UMTS-Systems, das entwickelt wurde, um das verfügbare mobile Telekommunikationssystem weiterzuentwickeln.

Das System bietet viel höhere Datengeschwindigkeiten und eine deutlich verbesserte Leistung sowie niedrigere Betriebskosten und wurde ab 2008 in seiner Grundform bereitgestellt.

Anfängliche Bereitstellungen führten zu einer geringen Verbesserung gegenüber 3G-HSPA und wurden manchmal als 3,5G oder 3,99G bezeichnet. Bald wurde jedoch die volle Leistungsfähigkeit von LTE erkannt, die ein volles 4G-Leistungsniveau bot.

Die ersten Bereitstellungen wurden einfach als LTE bezeichnet, aber spätere Bereitstellungen wurden als 4G LTE Advanced und später noch als 4G LTE Pro bezeichnet.

Das Funkzugangsnetz wurde nicht nur für 4G LTE verbessert, sondern auch die Netzwerkarchitektur wurde überarbeitet, um eine geringere Latenz und eine viel bessere Interkonnektivität zwischen Elementen des Funkzugangsnetzes RAN zu ermöglichen.

LTE-Anfänge

3GPP, das Partnerschaftsprojekt der dritten Generation, das die Entwicklung des UMTS 3G-Systems überwachte, begann die Arbeit an der Entwicklung der 3G-Mobilfunktechnologie mit einem Workshop, der im November 2004 in Toronto, Kanada, stattfand. Die Arbeit an LTE begann mit einer Machbarkeitsstudie im Dezember 2004, das für die Aufnahme in 3GPP Release 7 fertiggestellt wurde. LTE-Kernspezifikationen wurden dann in Release 8 aufgenommen.

Der Workshop stellte eine Reihe von hohen Anforderungen an die neue Technologie:

  • Reduzierte Kosten pro Bit
  • Verbesserte Servicebereitstellung - mehr Services zu geringeren Kosten bei besserer Benutzererfahrung
  • Flexibilität bei der Nutzung bestehender und neuer Frequenzbänder
  • Vereinfachte Architektur, offene Schnittstellen
  • Sorgen Sie für einen angemessenen Stromverbrauch des Terminals

In Bezug auf die tatsächlichen Zahlen umfassten die Ziele für die ersten Bereitstellungen von LTE Download-Raten von 100 Mbit / s und Upload-Raten von 50 Mbit / s für jedes 20-MHz-Spektrum. Zusätzlich musste LTE mindestens 200 aktive Benutzer in jeder 5-MHz-Zelle unterstützen. (d. h. 200 aktive Telefonanrufe). Es wurden auch Ziele für die Latenz bei der Zustellung von IP-Paketen festgelegt. Angesichts der zunehmenden Nutzung von Diensten wie VoIP, Spielen und vielen anderen Anwendungen, bei denen die Latenz von Bedeutung ist, müssen hierfür Zahlen festgelegt werden. Infolgedessen wurde eine Latenz von weniger als 10 ms für kleine IP-Pakete festgelegt.

3G LTE Evolution

Obwohl es zwischen LTE und seinen 3G-Vorgängern große Änderungen gibt, wird es dennoch als Weiterentwicklung der UMTS / 3GPP 3G-Standards angesehen. Obwohl eine andere Form der Funkschnittstelle verwendet wird, wobei OFDMA / SC-FDMA anstelle von CDMA verwendet wird, gibt es viele Ähnlichkeiten mit den früheren Formen der 3G-Architektur, und es gibt Raum für viel Wiederverwendung.

Bei der Bestimmung, was LTE ist und wie es sich von anderen zellularen Systemen unterscheidet, kann ein kurzer Blick auf die Spezifikationen für das System viele Antworten liefern. LTE bietet eine weitere Weiterentwicklung der Funktionalität, höhere Geschwindigkeiten und eine allgemein verbesserte Leistung.

Was ist 4G LTE?
Vergleich mit anderen Mobilkommunikationstechnologien
WCDMA
(UMTS)
HSPA
HSDPA / HSUPA
HSPA +LTE
Maximale Downlink-Geschwindigkeit
bps
384 k14 M.28 M.100M
Maximale Uplink-Geschwindigkeit
bps
128 k5,7 M.11 M.50 M.
Latenz
Zeit für eine Rundreise
ca.
150 ms100 ms50 ms (max)~ 10 ms
3GPP-VersionenRel 99/4Rel 5/6Rel 7Rel 8
Ungefähr Jahre der ersten Einführung2003 / 42005/6 HSDPA
2007/8 HSUPA
2008 / 92009 / 10
ZugriffsmethodeCDMACDMACDMAOFDMA / SC-FDMA

Darüber hinaus ist LTE ein IP-basiertes Netzwerk, das sowohl IPv4 als auch IPv6 unterstützt.


LTE-Grundlagen: - Spezifikationsübersicht

Es lohnt sich, die wichtigsten Parameter der 3G LTE-Spezifikation zusammenzufassen. Angesichts der Tatsache, dass es eine Reihe von Unterschieden zwischen dem Betrieb des Uplinks und des Downlinks gibt, unterscheiden sich diese natürlich in der Leistung, die sie bieten können.

Grundlegende LTE-Spezifikationen
ParameterEinzelheiten
Spitzen-Downlink-Geschwindigkeit
64QAM
(Mbit / s)
100 (SISO), 172 (2 × 2 MIMO), 326 (4 × 4 MIMO)
Spitzen-Uplink-Geschwindigkeiten
(Mbit / s)
50 (QPSK), 57 (16QAM), 86 (64QAM)
DatentypAlle paketvermittelten Daten (Sprache und Daten). Kein Stromkreis geschaltet.
ZugangsschemataOFDMA (Downlink)
SC-FDMA (Uplink)
Modulationstypen unterstütztQPSK, 16QAM, 64QAM (Uplink und Downlink)
Spektrale EffizienzDownlink: 3 - 4 mal Rel 6 HSDPA
Uplink: 2 -3 x Rel 6 HSUPA
Kanalbandbreiten
(MHz)
1.4, 3, 5, 10, 15, 20
Duplex-SchemataFDD und TDD
Mobilität0 - 15 km / h (optimiert),
15 - 120 km / h (hohe Leistung)
LatenzLeerlauf bis weniger als 100 ms aktiv
Kleine Pakete ~ 10 ms

Diese Highlight-Spezifikationen geben einen Überblick über die Leistung, die LTE bieten wird. Es erfüllt die Anforderungen der Industrie nach hohen Download-Geschwindigkeiten für Daten sowie nach reduzierter Latenz - ein Faktor, der für viele Anwendungen von VoIP über Spiele bis hin zur interaktiven Nutzung von Daten wichtig ist. Es bietet auch signifikante Verbesserungen bei der Nutzung des verfügbaren Spektrums.

Neue LTE-Funktionen

LTE hat im Vergleich zu früheren zellularen Systemen eine Reihe neuer Technologien eingeführt. Sie ermöglichen es LTE, in Bezug auf die Nutzung des Spektrums effizienter zu arbeiten und auch die viel höheren Datenraten bereitzustellen, die erforderlich sind.

  • OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex): Die OFDM-Technologie wurde für das Signalformat für LTE verwendet, da sie eine effiziente Übertragung hoher Datenbandbreiten ermöglichte und gleichzeitig ein hohes Maß an Widerstandsfähigkeit gegenüber Reflexionen und Interferenzen bietet. Da Daten auf einer großen Anzahl von Trägern übertragen wurden und einige aufgrund von Störungen durch Reflexionen usw. fehlten, war das System immer noch in der Lage, diese zu bewältigen. Die Zugriffsschemata unterschieden sich zwischen Uplink und Downlink: OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access wurde im Downlink verwendet, während SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) im Uplink verwendet wurde. SC-FDMA wurde im Hinblick auf verwendet Die Tatsache, dass das Verhältnis von Spitze zu durchschnittlicher Leistung kleiner ist als bei OFDMA - das niedrigere Verhältnis von Spitze zu durchschnittlicher Leistung, mit dem bessere Pegel des endgültigen HF-Leistungsverstärkers erzielt werden können - war und ist ein wichtiger Faktor für die Akkulaufzeit von Mobiltelefonen.
  • MIMO (Multiple Input Multiple Output): Eines der Hauptprobleme, auf das frühere Telekommunikationssysteme gestoßen sind, war das mehrerer Signale, die sich aus den vielen Reflexionen ergeben, die auftreten. Durch die Verwendung von MIMO konnten diese zusätzlichen Signalpfade vorteilhaft genutzt und zur Erhöhung des Durchsatzes genutzt werden.

    Bei Verwendung von MIMO müssen mehrere Antennen verwendet werden, damit die verschiedenen Pfade unterschieden werden können. Dementsprechend könnten Schemata verwendet werden, die 2 × 2, 4 × 2 oder 4 × 4 Antennenmatrizen verwenden. Während es relativ einfach ist, einer Basisstation weitere Antennen hinzuzufügen, galt dies nicht für Mobiltelefone, bei denen die Abmessungen der Benutzerausrüstung die Anzahl der Antennen begrenzten, die mindestens eine halbe Wellenlänge voneinander entfernt sein sollten.

  • SAE (System Architecture Evolution): Angesichts der sehr hohen Datenrate und der geringen Latenz für 3G LTE war es erforderlich, die Systemarchitektur weiterzuentwickeln, um die verbesserte Leistung zu erzielen. Eine Änderung bestand darin, dass einige der Funktionen, die zuvor vom Kernnetzwerk ausgeführt wurden, an die Peripherie übertragen wurden. Im Wesentlichen lieferte dies eine viel "flachere" Form der Netzwerkarchitektur. Auf diese Weise könnten die Latenzzeiten reduziert und die Daten direkter an ihr Ziel weitergeleitet werden. Im Rahmen des Upgrades eines Evolved Packet Core wurde EPC entwickelt, um sicherzustellen, dass die Paketdaten so effizient wie möglich weitergeleitet werden.
  • IP-Daten: 4G LTE ist ein All-IP-Datensystem. 3G UMTS hatte leitungsvermittelte Sprache enthalten, aber LTE hatte keine leitungsvermittelte Sprache vorgesehen. Ursprünglich war erwartet worden, dass die Betreiber die Datenfähigkeit bereitstellen und die Sprache über OTT-Anwendungen erfolgen würde. Da die Betreiber erhebliche Einnahmen verlieren würden, war die Stimme zu dieser Zeit ein wesentlicher Bestandteil der Einnahmen. Um dies zu überwinden, setzte GSMA den Standard für Sprachkonnektivität als Voice-over-LTE-Schema VoLTE.

    VoLTE erforderte die Implementierung eines IMS-Kerns, und dies verlangsamte die Einführung dieser Funktion im Hinblick auf die Kosten. Um den Betreibern dabei zu helfen, dies zu überwinden, wurde eine begrenzte Implementierung von IMS entwickelt, die die von den Betreibern erforderlichen Investitionen erheblich reduzierte.

4G LTE wurde zur wichtigsten Mobilkommunikationstechnologie. Sowohl die Technologien der ersten als auch der zweiten Generation konzentrierten sich auf Sprache, und 3G wurde dann auf mobile Daten umgestellt. 4G LTE hat die Aspekte mobiler Daten in der Mobilkommunikation verbessert und sich hauptsächlich auf diesen Aspekt konzentriert, um die allgemeine Konnektivität mobiler Daten zu ermöglichen.

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Schau das Video: - LTE 4G ARCHITECTURE BASICS - INTRODUCTION (Oktober 2020).