Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

LTE LTE architektúra 2012 Maros Dóra. LTE  3G hálózatok kapacitása végesnek bizonyult  Előfizetői igények nőnek  Fejlesztés szükséges: 1. Növelni a.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "LTE LTE architektúra 2012 Maros Dóra. LTE  3G hálózatok kapacitása végesnek bizonyult  Előfizetői igények nőnek  Fejlesztés szükséges: 1. Növelni a."— Előadás másolata:

1 LTE LTE architektúra 2012 Maros Dóra

2 LTE  3G hálózatok kapacitása végesnek bizonyult  Előfizetői igények nőnek  Fejlesztés szükséges: 1. Növelni a meglévő rendszer spektrális hatékonyságát ▪ 3G 2. Nagyobb sávszélességet támogató új rendszer kialakítása ▪ LTE Fejlődési irányok a 3G után

3 LTE  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 1. 3G fejlesztése

4 LTE  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 1. 3G fejlesztése - 2

5 LTE  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 2. Új rendszer kialakítása

6 LTE  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 2. Új rendszer kialakítása - 2

7 LTE  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 Az LTE rádiós követelményei

8 LTE  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) Az LTE rádiós követelményei - 2

9 LTE LTE átviteli sebességek Maximális letöltési sebességek (FDD,TDD, 1-es típusú keret, 64QAM) Antenna konfigurációSISO2x2MIMO4x4MIMO Max. sebesség (Mbps) Maximális feltöltési sebességek (FDD/TDD, 1-es típusú keret, SISO) Moduláció típusQPSK16QAM64QAM Max. sebesség (Mbps) Maximális letöltési sebességek (TDD, 2-es típusú keret, 64QAM) Antenna konfigurációSISO2x2MIMO4x4MIMO Max. sebesség (Mbps) Maximális feltöltési sebességek (TDD, 2-es típusú keret, 64QAM) Antenna konfigurációSISO2x2MIMO4x4MIMO Max. sebesség (Mbps)5062.7

10 LTE  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) LTE további jellemzői

11 LTE UMTS specifikációk fejlődése ReleaseVéglegesítésFőbb UMTS jellemzők Rel-99March 2000Basic 3.84 Mcps W-CDMA (FDD & TDD) Rel-4March MMps TDD (aka TD-SCDMA) Rel-5June 2002HSDPA Rel-6March 2005HSUPA (E-DCH) Rel-7December 2007HSPA+ (64QAM downlink, MIMO, 16QAM uplink) LTE and SAE feasibility study Rel-8December 2008LTE work item – OFDMA/SC-FDMA air interface SAE work item – new IP core network Further HSPA improvements  Release 99, 4-  3G (WCDMA) és fejlesztések  Release 7-10:  LTE (3,75G vagy 3,9G), LTE Advanced (a valódi 4G) 3GPP release-k Rel 9-10!

12 LTE  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) 3.75G - 3.9G - 4G

13 LTE  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 SAE és a hálózat

14 LTE  Fejlődés – egyszerűsödés:  Csomagkapcsolt működésre optimalizált  Válaszidő és késleltetés csökkenése SAE architektúra

15 LTE EPC  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) SAE architektúra

16 LTE SAE architektúra

17 LTE  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 EPC

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

19 LTE  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 eNB funkciók

20 LTE  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 MME funkciók:

21 LTE  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 S-GW funkciók

22 LTE  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 P-GW funkciók

23 LTE  Két megvalósítás: 1. Alapértelmezés szerint: a honos hálózat P- GW-én keresztül 2. Idegen hálózathoz kapcsolódással SAE Roaming

24 LTE  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 Roaming, honos hálózattal

25 LTE  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 Roaming, idegen hálózattal

26 LTE LTE - Rádiós interfész 2012 Maros Dóra

27 LTE  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 Duplexitás

28 LTE  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 FDD-TDD

29 LTE  2009-ben:  15 FDD  8 TDD Támogatott frekvencia sávok

30 LTE  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 Frekvencia sávok

31 LTE  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 Többszörös hozzáférés

32 LTE  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 DL többszörös hozzáférés

33 LTE  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 OFDMtörténete

34 LTE  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. OFDM vs CDMA

35 LTE  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 OFDM vs CDMA

36 LTE  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 OFDM vs CDMA

37 LTE OFDM – CDMA összehasonlítás

38 LTE  Egymáshoz közeli vivőfrekvenciákon párhuzamos adatátvitel  Vivőfrekvenciák ortogonálisak  Csatornák között nincs áthallás DL - OFDM

39 LTE  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 DL - OFDM

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

41 LTE  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: OFDM ISI

42 LTE  Többutas terjedés ellen rezisztancia:  Védőidők az adási távolság függvényében  Védőidő alatt a CP (Cyclic prefix) kerül kisugárzásra, ami a szimbólum végének másolata OFDM védőidő, CP

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

44 LTE  5 MHz teljes sávszélesség, n db segédvivő  Segédvivők színekkel jelölve, frekv tartományban  Védőidők feketével időtartományban OFDM példa

45 LTE  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 OFDM - OFDMA

46 LTE  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) Keretszerkezet

47 LTE  Fizikai erőforrás blokk - Physical Resource Block – 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) Rádiós erőforrás egység

48 LTE  Fizikai szintű pillanatnyi átviteli sebességek egy PRB-vel:  Egy bázisállomás min 6 PRB-t kell tudnia:  6*180kHz=1.08 MHz  Védősávokkal 1.4MHz Átviteli sebességek Átviteli sebesség konfigurációk Csatorna sávszélesség védősávval (MHz) 1, Átviteli sávszélesség védősáv nélkül 1,082,74,5913,518 RB-k száma

49 LTE  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 UL: SC-FDMA

50 LTE  Jel előállítása: 1. Az időtartományi szimbólumok DFT-vel frekvenciatartományba transzformálása 2. A frekvenciatartományban a megfelelő frekvenciára helyezés 3. IFFT-vel visszatranszformálás 4. CP hozzáillesztése SC-FDMA

51 LTE OFDMA SC-FDMA összehas.

52 LTE  4 segédvivő (M), 2 szimbólum idő, QPSK OFDMA SC-FDMA összehas.

53 LTE SC-FDMA jel

54 LTE LTE - Antennák 2012 Maros Dóra

55 LTE  Többutas terjedés saját hasznunkra fordítása  Elsősorban beltéren, vagy városi környezetben  Antennák száma  Adónál 1,2,4  Vevőnél 2,(4)  Megfelelő jelfeldolgozás szükséges  Adás előtt  Vétel után  Antennák elhelyezése minél messzebb:  Kicsi mobil terminálokon problémás Több antennás átviteli módok

56 LTE  Nyalábformálás, (beamsteering)  Lefedettség növelése adott irányban  Az adott irányban nagyobb antennaerősítés  Diverziti  jobb jel-zaj viszony elérése, lefedettség növelése  Adó- és vevőoldali  több antennán adott/vett jelek megfelelő kombinálásával  Interferencia törlés  több vevő antennával bizonyos irányból jövő jelek törlése (kb. a nyalábformálás fordítottja) Alkalmazási lehetőségek

57 LTE  Térbeli multiplexálás: SDMA  Adatátviteli sebesség többszörözése  Azonos időben  Azonos frekvencián  Több adóantennán ▪ párhuzamosan különböző adatfolyamok továbbítása  Többfelhasználós MU-MIMO  Több előfizető kiszolgálása SDMA-val (ld. előbb)  párhuzamos adatfolyamok más előfizetőhöz tartoznak Alkalmazási lehetőségek

58 LTE  A realizálható előnyök függenek:  Az adó és vevő antennák számától: több - jobb  Jel-zaj viszonytól: magas SNR a kedvező  Az adó képességeitől ▪ Mennyire és milyen gyorsan tud a változó körülményekhez alkalmazkodni  Az adó-vevő közvetlen rálátása minimális legyen ▪ Ekkor a terjedési utak korreláltsága alacsony Ideális eset:  Az utak teljesen korrelálatlanak  Ekkor pl. 2x2 esetben az átviteli sebesség 2x-es Jellemzők

59 LTE  Single - Multiple  Input - Output Rádiócsatorna hozzáférés módok Egy adó Több adó Egy vevő Több vevő

60 LTE  Klasszikus rádiózási mód  Egy adóval egy vevővel  A többantennás átviteli módok előnyei ehhez hasonlíthatóak SISO

61 LTE  Egy adó, több vevő  Vevő oldali diverziti valósítható meg  Alacsony SNR esetén jobb vételi lehetőséget lehet teremteni vele  Lefedettség növelésére használható  Cellahatárokon  Adatsebességre nincs hatással  Csak egy adatfolyam kerül kisugárzásra SIMO

62 LTE  Több adó, egy vevő  Adás diverziti valósítható meg  Fading ellen hatásos  Alacsony SNR esetén növelhető a hatékonyság  több antennán  Ugyanazon adatok továbbítása  De más kódolással ▪ így a vevő azonosítani tudja az adókat  Adatsebességet nem növeli  Ugyanaz az adatsebesség kisebb energiával továbbítható MISO

63 LTE  Több adó, egy vevő  Visszacsatolással kiegészítve:  A vevő a vételi viszonyokat az adónak visszaküldi  Az adó optimális ▪ Sugárzott teljesítmény ▪ Fázisviszonyokat állít be  Adaptív működés  Korrekciók akár több százszor másodpercenként MISO

64 LTE  Több adó, több vevő  Legjobban kihasználható a többutas terjedés  A spektrális kapacitás kibővíthető vele  Vevők száma≥ adatfolyamok száma  Adók száma≥ adatfolyamok szám  Több különböző adatfolyamot (streamet) továbbít  egy frekvencián  egy időben  több adóval MIMO

65 LTE  Mindegyik antenna által kisugárzott jel  Azonosítható a vevő oldalán, honnan érkezett  Azonosítás rendszerint ortogonális pilot jelekkel  Vevő oldalon az adatfolyamok visszaállíthatók:  Az egyes utak korrelációja alacsony  Jel-zaj viszony kellően magas  Single User MIMO  Adatátviteli sebesség növelése  Multi User MIMO  Több felhasználó kiszolgálása MIMO

66 LTE  MIMO legegyszerűbb esete (Direct mapping)  Adó oldalon:  Egy adatfolyam - egy antennán kerül kisugárzásra  Vevő oldalon:  Két adatfolyam vegyesen érkezik  Megfelelő algoritmussal szétválaszthatók MIMO direkt adás

67 LTE  Speciális kód (precode) használata:  Adó oldal:  Különböző adatfolyamok  Antennákon keveredve kerülnek kisugárzásra  Vevő oldal:  Adatfolyamok szétválaszthatók MIMO precoding

68 LTE  Átvitel a csatorna jellemzőire optimalizálható  Bonyolultabb rendszer  Nagyobb kapacitás  Szükség van a csatorna pillanatnyi paramétereire is visszacsatolással a vevő felől  Referencia jelek segítségével  FDD esetén UL-en külön továbbítja a vevő  TDD esetén (UL, DL frekvencia közös) ▪ az adó a vett jel mért paraméterei alapján automatikusan alkalmazza a megfelelő korrekciót MIMO precoding jellemzői

69 LTE  Terminológiák  Kódszó: ▪ Felhasználói adat, mielőtt az átviteli formázás megtörténne ▪ Egy vagy két kódszó használatos  Réteg (layer): ▪ Adatfolyamot jelenti ▪ A térbeli multiplexeléshez legalább 2 réteg használandó ▪ Jelölés: rétegek száma: ν, görög nü  Prekódolás (precoding)  Módosítja a jelet kisugárzás előtt  Ezzel valósul meg a diverziti, nyalábformálás, térbeli multiplexelés MIMO és az LTE

70 LTE  DL UL irányban különböző többantennás működési módok definiáltak  DL irányban 7 féle  UL irányban 3 féle LTE többantennás módok

71 LTE  7 féle működési mód: LTE DL többantennás módok 1.Single-antenna port; port 0SIMO 2.Transmit diversityMISO 3.Open-loop spatial multiplexingMIMO, no precoding 4.Closed-loop spatial multiplexingMIMO, precoding 5.Multi-user MIMOMIMO, separate UE 6.Closed-loop Rank = 1 precodingMISO, beamsteering 7.Single-antenna port; port 5MISO, beamsteering

72 LTE  SIMO  Vevő oldali diverziti megvalósításához  GyengeSNR viszonyok között előnyös  Jó vételi viszonyok esetén nincs számottevő előnye 1. Single-antenna port

73 LTE  MISO  Nyílt hurkú adó oldali diverziti  Direkt adásos (precoding nélküli) mód  CW0 és CW1 kódszavak azonosak  2, vagy 4 antenna támogatott  (UMTS Rel.99 –ben rögzített eljárással egyező)  (UMTS Rel.99-ben lévő a zárt hurkú, összetettebb eljárás nem került bele az LTE-be, helyette a MIMO megoldások vannak) 2. Transmit diversity

74 LTE  2, vagy 4 antenna támogatott  Tipikusan 2 csatornás UE esetén  4x2, 2x2-es konfiguráció a tipikus ▪ 4x4 is definiált, de 4 vevős UE nincs még  SU-MIMO  CW0 és CW1 kódszavak különbözők  Nyílt hurkú, mert nincs előkódolás  De az adás optimalizására használatos két paraméter ▪ UE-preferred rank ▪ Channel Quality Indicator (CQI) 3. Open-loop spatial multiplexing

75 LTE  MIMO, előkódolással  Antennákon minden kódszóra lehet különböző érték a  Teljesítményre  Fázisra  Zárt hurkú visszacsatolás  Csatorna jellemzőinek mérésére szüksége van  FDD esetén a vevő küldi az uplinken ▪ Channel Quality Indicator (CQI) ▪ precoding matrix indicator (PMI) ▪ Rank indicator (RI) (egész sávra vonatkozik) 4. Closed-loop sp. multiplexing

76 LTE  precoding matrix indicator (PMI)  Kódgyűjtemény alapján küld visszajelzést ▪ előre letárolt értékeknek az indexét ▪ 2x2 - 3 féle kód ▪ 4x féle kód  Nem annyira pontos, de hatékony  Egyszerűsíti a csatorna minőségének értékelését  UL is kisebb a visszajelzés forgalma  Visszajelzések: több száz per sec 4. Closed-loop sp. multiplexing

77 LTE  Speciális esete a 3-as típusnak  SDMA megvalósítása  Több UE kiszolgálása ▪ Kódszavak itt UE-ket azonosítanak  Zárt hurkú MIMO (4. típus) nem használható 5. Multi-user MIMO

78 LTE  Előkódolt, MISO, nyalábformálás  Megfelelő irányba fókuszálja a kisugárzott teljesítményt  Főként 4 antenna esetén alkalmazott  4. típus esetén, ha a reportban RI=1, ez a típus lép életbe  Felhasználónkénti nyalábformálásra lehetőség van:  Resource blokkonként állítható az amplitúdó és fázis  Hatékony 6. Closed-loop Rank=1

79 LTE  MISO, nyalábformálás  6. típushoz hasonló  Egy 5. antenna (port 5) is sugároz a UE felé  UE specifikus referencia jelet is visz 7. Single-antenna port, port 5

80 LTE  3 típus:  1. típus = DL 1.típus LTE UL többantennás módok 1.Vevőoldali diverziti az eNB-ben 2.SU-MIMO (egy felhasználós MIMO) 3.MU-MIMO (több felhasználós MIMO)

81 LTE  Rel.8-ban még nem specifikálták teljesen  UE: 2 adóra van szükség, ez probléma:  Méretben  Árban  Energiában  UL irányban a sebesség növelése nem fontos  Ezek miatt e típus fejlesztése nem indokolt 2. SU-MIMO

82 LTE  Több UE kiszolgálása (SDMA)  Egy UE sebessége nem nő  Cellakapacitás nő  2 UE egymástól távolabb van:  Előnyös, mert kis korreláció a csatornák között  Hátrányos, mert nem keverhetőek a kisugárzott jelek a két antennán ▪ Két UE nem kommunikál egymással 3. MU-MIMO

83 LTE  CoMP – Cooperative multipoint, vagy  Network MIMO  Adók különböző cellákban  Antennák más helyeken – nagy távolság  eNB-k szinkronizálása fontos  MU MIMO-hoz hasonlít  Nem teljesen specifikált, LTE Advancedben van! Kooperatív MIMO

84 LTE  Antenna konfigurációtól,  Modulációk típusától függ  Antennák 1..4-ig Maximális sebességek

85 LTE LTE - protokollok 2012 Maros Dóra

86 LTE  LTE rádiós interfész protokoll rétegei:  3 réteg Protokoll szerkezet

87 LTE  Fizikai csatornák modulációja és demodulációja  Frekvencia és idő szinkronizáció  MIMO antenna jelfeldolgozás  Adás diverziti  Nyalábformálás  Rádiófrekvenciás jelfeldolgozás  Rádiós csatorna karakterisztika mérések  Eredmények továbbítása felsőbb rétegek felé  Fizikai csatornák teljesítményszabályzása Fizikai réteg feladatai

88 LTE  Hibadetektálás a szállítási (transport) csatornákon  Forward error correction (FEC)  Szállítási csatornák kódolása/dekódolása  Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ)  adatintegritás ellenőrzés  Szállítási csatornák sebesség igazítása és enkapszulációja a fizikai csatornákba Fizikai réteg feladatai 2

89 LTE 1. Fizikai csatornák és modulálás 2. Multiplexálás és csatornakódolás 3. Fizikai rétegbeli eljárások 4. Fizikai rétegbeli mérések 5. Rádiós erőforrás menedzsment Fizikai réteg alegységei

90 LTE  A fizikai jeleket a legalsó réteg állítja elő  Rendszer szinkronizáció  Cellaazonosítás  Rádiós csatorna karakterisztikájának becslése  Adatszállítás:  Vezérlés  ütemezés  felhasználói adatok továbbítása Fizikai csatornák és modulálás

91 LTE  DL UL irányban van RS (reference signal ) – pilot jel  A vevő használja a csatorna paraméterek megállapítására: ▪ Amplitudó hibák ▪ Fázis hibák ▪ Ami a továbbított jel hibáiból és hozzáadódó zajokból tevődik össze ▪ RS nélkül főként a magasszintű modulációknál a demoduláció képtelenség lenne, itt kis fázis és amplitúdó hiba is sokat számit Fizikai csatornák és moduláció

92 LTE Fizikai csatorna pilot jelei

93 LTE  Fizikai jelek fizikai csatornákat alkotnak, melyek az adatokat és a jelzéseket továbbítják Fizikai csatornák

94 LTE  Keretek felépítése:  Fizikai réteg támogatja a két többszörös hozzáférési technikát:  OFDMA  SC-FDMA  Emelett mindezt páros és páratlan UL DL sávban is!  FDD  TDD  Az UL DL más hozzáférési módot használ a keret struktúra közös Keretszerkezet

95 LTE  Szabvány definiálja a  Keretet  Az időrést (timeslot)  Szimbólumokat az időtartományban  Két keretstruktúra alkalmazható:  Type 1, FDD-hez  Type 2, TDD-hez Keretszerkezet

96 LTE  10 ms hosszú  10 alkeret  1 alkeretben 2 slot Type 1 FDD keret

97 LTE  5 ms periodicitású  2 db 5ms-os félkeret 10 ms hosszig  A félkeret tartalmaz 5 alkeretet (1 ms)  Az alkeret lehet  UL vagy DL átvitel  Speciális alkeret: DL UL pilot timeslottal köztük védőidővel. Type 2 TDD keret

98 LTE  Az alkeretek közül UL DL-hoz rendelésnek 7 konfigurációja lehetséges:  Alkeret 0 és 5 mindig DL  Alkeret 1 speciális  Alkeret 2 mindig UL  A többi alkeret a keretkonfigurációtól függ  5ms-os konfig esetén a 6. alkeret is speciális  10 ms-os esetén általános Type 2 TDD keret

99 LTE  Az alkeret 2 slotot tartalmaz, 0.5 ms  Az OFDMA, SC-FDMA védett a többutas késleltetéstől  A hosszú OFDMA szimbólumok közötti védőidők meggátolják a szimbólumok közötti áthallást ▪ Ha a védőidő hosszabb mint a csatorna késleltetése ▪ ha az OFDM szimbólum végét az elejére másoljuk  Kiküszöbölhető az ISI. Type 2 TDD keret

100 LTE  Egy alkereten belül 2 slot van  Egy sloton belül 7 symbol lehet az alábbi példa alapján  ( )* =15360*Ts OFDM Symbol

101 LTE  Normal: 1.4km távolságig megfelelő  Extended: 10 km-ig Ciklikus prefix

102 LTE  Erőforrás elem (RU) a legkisebb egység a fizikai rétegben  Egy szimbólumot foglal el időtartományban  Egy segédvivőt a frekvenciatartományban Erőforrás elem és blokk

103 LTE  RB legkisebb egység ami az átvitelkor lefoglalható, pl. egy UE forgalmának  1 RB:  0.5 ms (1 slot) időt foglal el időtartományban  180 kHz-et frekvencia tartományban RB – Resource Block

104 LTE  RB-ban a segédvivők és a szimbólumok száma az alábbiaktól függ:  Segédvivők távolságától  CP hosszától RB paraméterei

105 LTE Fizikai csatornák modulációi

106 LTE Szállítási csatornák

107 LTE  Fizikai és szállítási csatornák összerendelése Csatornák összerendelése

108 LTE  Minőségi paraméterek:  Késleltetés  Átviteli sebesség  LTE-ben mind a kettőt a fizikai rétegben mérik és kezelik  Cél: mindkettő előnyös értéken tartása  HARQ - Hybrid Automatic Repeat Request  AMC – Adaptive Modulation and Coding  Együtt működve rendkívül adaptív lesz! Csatorna minőség kezelése

109 LTE  Két végpont között figyeli az adatok átvitelének megbízhatóságát  Azonosítja a hibákat, és újra küldést kezdeményez a forrás felől  LTE-ben Type-II HARQ protocols (HSPA,HSPA+ is ilyet használ) HARQ

110 LTE  Link alkalmazkodóképességét valósítja meg  Átviteli sebességet növelje  Fadinges csatornában  A csatorna minőségének függvényében felhasználónként képes állítani a moduláció típusát  Jó minőségű csatorna:  magasabb szintű moduláció  Alacsonyabb szintű csatorna kódolás  és fordítva…. AMC

111 LTE 4G rendszerek LTE-Adv 2012 Maros Dóra

112 LTE 4G rendszerek megvalósítása:  ITU-R  International Telecommunications Union - Radiocommunications sector  Felhívás 4G szabványok fejlesztésére:  IMT – Advanced rendszerekre  Követelmények kiadása ▪ 2011 februárban fejeződött be a rádiós interfész specifikálása  Legesélyesebb LTE Advanced - 3GPP ▪ WIMAX is vetélytárs (volt) LTE, IMT

113 LTE  Maximálisan elérhető spektrum hatékonyság  (DL: 30 bps/Hz; UL 15 bps/Hz)  Spektrum rugalmas kihasználása:  Skálázható sávszélesség  Több különálló sáv aggregációja  Erre az OFDM kifejezetten alkalmas  A rádiós átvitel alapja továbbra is:  DL: OFDMA, UL: SC-FDMA IMT Advanced követelményei

114 LTE  100 Mbps magas mobilitás mellett  1 Gbps alacsony mobilitás mellett  Globális roaming lehetősége  Működő rádiós hozzáférési hálózatokkal együttműködés  Szolgáltatások kompatibilitása IMT és fix hálózatokon IMT Advanced követelményei 2

115 LTE  CA - Carrier Aggregation  Nagyon nagy sebességhez - nagy sávszélesség szükséges ~ n x 20MHz  Szabad frekvenciasávok korlátozottak  Több különálló sáv(ok)ból állítható csak össze ▪ Folytonos, egymás melletti sávok ▪ Különálló sávok összefogása  Készülékek számára ez még jelentős tecnhikai kihívás ▪ Nagy sávszélességben adott sávokat használva képes legyen kommunikálni Vivő aggregáció

116 LTE  LTE Release 10 (LTE‐Advanced)  A 4G-re adott maximális spektrális hatékonyság követelményét már az LTE is teljesítette részben:  DL: 15 bps/Hz (300Mbps/20MHz) OK  UL: 3.75 bps/Hz KEVÉS  ITU szerint 6.75 bps/Hz a minimum. 3GPP LTE Advanced

117 LTE  UL DL moduláció ugyanaz, mint LTE  Kompatibilitás visszafelé  Rendelkezésre álló sávszélesség kapott kiterjesztést:  1.4, 3, 5, 10, 15 és 20 MHz sávok támogatása marad  N*20MHz sávok aggregálása lehetséges ▪ Maximum 100 MHz-ig ▪ UE és eNB max ekkora sávszélességben kell tudni forgalmazni  Az aggregálás 20 MHz-es alapegységekre vonatkozik ▪ Vivő aggregáció: folytonos és nem folytonos esetben

118 LTE  Allokált sávok az E-UTRA számára:  450−470 MHz  698−862 MHz  790−862 MHz  2.3−2.4 GHz  3.4−4.2 GHz  GHz E-UTRA sávok

119 LTE  3 típus: A. Egy sávon belül folytonos tartományban B. Egy sávon belül, de nem folytonos tartományban, hanem két vagy több, egymástól adott távolságban lévő csatornákon. C. Több sávon belül, ekkor nyilvánvalóan nem folytonosan. D. E. F. Vizsgálati stádiumban  Max MHz-es vivő aggregálása  Technikailag jelenleg 2-3 x 20 MHz aggregáció lehetséges Csatorna aggregáció

120 LTE  Aggregáció esetén:  1 20 MHz-es fővivő (elsődleges komponens)  Többi másodlagos vivő  Elsődleges komponens vivő konfiguráció:  Terminálfüggő  több tényező határozza meg, hálózat alakítja ki: ▪ Egyes vivők terheltsége ▪ csatorna minőségi paraméterei alapján Csatorna aggregáció 2.

121 LTE  8x8 MIMO alkalmazások vizsgálata  eNB esetén használható inkább ▪ Kérdéses az előnyök és a költségek aránya ▪ Antennák per szektorok száma is kérdéses: ▪ 8 antenna helyett lehet kifizetődőbb 2 szektor 4-4 antennával  Kooperatív MIMO  Több bázisállomás jelenti a több antennát adó oldalon  Csak DL MIMO fejlesztések

122 LTE  ~Repeaterek új generációja  Lefedettséget növeli, de kapacitást nem  Új generációs eszközök  Dekódolják az információt és csak a szükséges csatornákat továbbítják  Interferencia minimális lehet  Több lépéses jelismétlés is lehetséges. In-channel relay

123 LTE  Cellahatáron fellépő interferencia  Koordinációja  Eliminálása  „Ön-optimalizáló hálózat”  Femtocellák További fejlesztési lehetőségek


Letölteni ppt "LTE LTE architektúra 2012 Maros Dóra. LTE  3G hálózatok kapacitása végesnek bizonyult  Előfizetői igények nőnek  Fejlesztés szükséges: 1. Növelni a."

Hasonló előadás


Google Hirdetések