Long Term Evolution (LTE)

Rel-8/Rel-9

UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) jako systém třetí generace, s vylepšeními, která poskytuje vysokorychlostní paketový přístup (HSPA), a to jak pro downlink, tak pro uplink, zůstane po několik let vysoce konkurenceschopný. Nicméně průmysl, který vyvinul technologie 3GPP, zahájil v prosinci 2004 projekt nazvaný Long Term Evolution (LTE), jehož cílem je prozkoumat požadavky na nové vzdušné rozhraní nazvané Evolved UTRA (E-UTRA).

Poznámka: Termíny LTE a E-UTRA jsou synonyma, avšak rádiové specifikace hovoří spíše o E-UTRA.

Výsledky této studie, tj. požadavky na E-UTRA/LTE, byly zdokumentovány v dokumentu Rel-7 3GPP TR 25.913:

• Významně zvýšené špičkové přenosové rychlosti, např. 100 Mb/s v downlinku/50 Mb/s v uplinku
• Zvýšené přenosové rychlosti na okraji buněk za předpokladu současného umístění lokalit
• Zlepšená účinnost spektra, např. 2-4 x Rel-6
• Snížená latence
• Šířka pásma s možností škálování pro větší flexibilitu při přidělování frekvencí
• Snížené kapitálové a provozní výdaje včetně backhaulu
• Přijatelná složitost systému a terminálu, nákladů a spotřeby energie
• Podpora vzájemné spolupráce se stávajícími systémy 3G a systémy nespecifikovanými pro 3GPP
• Efektivní podpora různých typů služeb, zejména z oblasti PS (např.např. Voice over IP, Presence)
• Optimalizováno pro nízkou mobilní rychlost, ale podporující vysokou mobilní rychlost (až 500 km/h)

V návaznosti na definici požadavků E-UTRA/LTE vznikl v rámci téže studie Rel-7 dokument 3GPP TR 25.912 „Feasibility study for evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) and Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)“, který popisuje, jak by mohla být navržena rádiová část systému. Odpovídající normativní práce E-UTRA/LTE pak následovaly od září 2006 do března 2009 ve specifikacích Rel-8.

Souběžně s vývojem rádiové architektury byla provedena studie o vývoji architektury systému 3GPP (SAE), jejímž cílem bylo vyvinout rámec pro vývoj nebo migraci systému 3GPP na systém s vyšší přenosovou rychlostí, nižší latencí a optimalizací paketů, který podporuje více technologií rádiového přístupu. Tato práce se zaměřila na doménu PS s předpokladem, že v této doméně jsou podporovány hlasové služby.
Tato studie vyústila v TR 23.882 Rel-8 3GPP a následovala odpovídající normativní práce Rel-8.

Ačkoli termín „Evolved UTRA“ znamená postupné vylepšování stávajícího systému UMTS 3. generace, stala se z něj nakonec jiná technologie rádiového přístupu:

• Zatímco UMTS začínal se zaměřením na přenos dat s přepojováním okruhů, který byl poté stále více zdokonalován prostřednictvím sdílených kanálů a HSPA směrem k systému s přepojováním paketů, LTE je čistě systém s přepojováním paketů
• , zatímco UMTS používal CDMA, LTE používá OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) v downlinku (evolved NodeB (eNodeB) => User Equipment (UE)) a SC-FDMA (Single Carrier- Frequency Division Multiple Access) v uplinku (UE => eNodeB)
  Poznámka 1: SC-FDMA má nižší poměr špičkového a průměrného výkonu (PAPR) než OFDMA, což bylo upřednostněno pro snazší návrh výkonového zesilovače UE/vyšší účinnost (větší pokrytí/nižší spotřeba energie)
  Poznámka 2: SC-FDMA se také nazývá DFT-S-OFDM, což znamená, že jej lze chápat jako předkódování (diskrétní Fourierovou transformací) plus stejné OFDMA, které se používá v downlinku
• Zatímco UMTS (alespoň FDD a 3,84Mcps TDD) používalo šířku pásma kanálu 5 MHz, LTE umožňuje 6 různých šířek pásma kanálu: Zatímco UMTS má mezi uzlovým bodem a páteřní sítí řídicí jednotku rádiové sítě (RNC), v LTE jsou funkce této síťové jednotky rozděleny mezi eNodeB a páteřní síť => žádná RNC v LTE => plochá/jednodušší rádiová architektura

Však, UMTS/UTRA i LTE/E-UTRA používají rádiový rámec 10 ms, oba mají režimy FDD a TDD a LTE/E-UTRA podporuje plnou interoperabilitu s UMTS/UTRA a GSM/GERAN/EDGE.

LTE-Advanced

Rel-10/Rel-11/Rel-12

Další spektrum navržené pro systémy IMT organizací WRC-07 v roce 2007 (v pásmu 450 MHz, v pásmu UHF (698-960 MHz), v pásmu 2.3-2. generace).4 GHz, v pásmu C (3400-4200 MHz)), jakož i požadavek ITU-R na vývoj rádiového rozhraní IMT-Advanced (oběžník z března 2008) podnítily vývoj 4. generace mobilních komunikačních systémů.

Podle ITU-R M.1645. (celkové cíle pro období po IMT-2000) a M.2134 (požadavky na IMT-Advanced) byly klíčové vlastnosti IMT-Advanced shrnuty takto:

• vysoký stupeň jednotnosti funkcí na celém světě při zachování flexibility pro podporu široké škály služeb a aplikací nákladově efektivním způsobem
• kompatibilita služeb v rámci IMT a s pevnými sítěmi
• možnost vzájemné spolupráce s jinými systémy rádiového přístupu
• vysoká kvalita mobilních služeb
• uživatelské vybavení vhodné pro celosvětové použití
• uživatelsky přívětivé aplikace, služby a zařízení
• možnost celosvětového roamingu
• zvýšené špičkové přenosové rychlosti pro podporu pokročilých služeb a aplikací (100 Mbit/s pro vysokou a 1 Gbit/s pro nízkou mobilitu byly stanoveny jako cíle pro výzkum)

3GPP bylo v té době ve fázi dokončování svého Rel-8 LTE WI a v březnu 2008 začalo s vypracováním bodu studie Rel-9 (FS_RAN_LTEA, RP-091360), který bude definován v 3GPP TR 36.913 požadavky na mobilní komunikační systém nazvaný LTE-Advanced za těchto podmínek:

• LTE-Advanced musí být evolucí systému LTE Release 8
• Všechny požadavky LTE z 3GPP TR 25.913 platí i pro LTE-Advanced
• LTE-Advanced musí splňovat nebo překračovat požadavky IMT-Advanced v rámci časového plánu ITU-R

Poznámka: Termíny LTE-Advanced a Advanced E-UTRA jsou synonyma.

3GPP TR 36.913 „Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) (LTE-Advanced)“ byl schválen na RAN #40 v červnu 2008 (stále v rámci Rel-8).

Následující obrázek z ITU-R M.1645. ilustruje rozdíly mezi IMT-2000 (3. generace) a IMT-Advanced (4. generace):

Kromě toho byla v březnu 2008 zahájena stejná studie 3GPP TR 36.912 o studii proveditelnosti „Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)“ s cílem analyzovat určité oblasti, v nichž by LTE mohlo být vylepšeno, například

• Podpora širšího pásma: agregace více složkových nosných s šířkou pásma až 20 MHz,
• prostorové multiplexování: DL až 8 vrstev, UL až 4 vrstvy,
• Koordinovaný vícebodový přenos a příjem: pro zlepšení pokrytí vysokých rychlostí přenosu dat, propustnosti na okraji buňky a/nebo zvýšení propustnosti systému
• Funkce přesměrování: pro zlepšení např. pokrytí vysokých rychlostí přenosu dat, skupinové mobility, dočasného nasazení sítě, propustnosti na okraji buňky a/nebo k zajištění pokrytí v nových oblastech

pro splnění a překročení požadavků IMT-Advanced.

Tento TR 36.912 byl schválen v září 2009. (RAN #45) jako TR Rel-9 a dále aktualizován na RAN #46 a RAN #47 (březen 2010), kde byla dokončena SI.

V Release 10 byly zahájeny jednotlivé pracovní body zavádějící vylepšení LTE, která byla projednána v bodě studie Rel-9 pro LTE-Advanced:

• Carrier Aggregation for LTE (LTE_CA): Prosinec 09 – červen 11; RP-100661
• UL víceanténní přenos pro LTE (LTE_UL_MIMO): Prosinec 09 – červen 11; RP-100959
• Zvýšený vícenásobný anténní přenos downlinku pro LTE (LTE_eDL_MIMO): prosinec 09 – březen 11; RP-100196
• Koordinovaný vícebodový provoz pro LTE: v Rel-10 byla zahájena pouze studie, která byla dokončena v Rel-11 a vyústila v normativní práci v Rel-11 s dalšími vylepšeními v Rel-13 a Rel-15
• Relay pro LTE (LTE_Relay): Prosinec 09 – červen 11; RP-110911
• Snížení zpoždění: WI byla zastavena, protože ji nebylo možné dokončit v Rel-10 (vrátila se redukce latence L2 v Rel-14 a tam byla dokončena)
• Další vylepšení MBMS pro LTE (MBMS_LTE_enh): RP-101244
• Vylepšení samooptimalizačních sítí LTE (SON) (SONenh_LTE): RP-101004
• Minimalizace jízdních zkoušek pro E-UTRAN a UTRAN (MDT_UMTSLTE): RP-100360

Poznámka: Neexistuje žádná samostatná technologie rádiového přístupu „LTE-Advanced“. Všechna vylepšení LTE v Rel-10 a dalších jsou integrována do specifikací LTE tak, jak byla vyvinuta v Rel-8 a Rel-9.

3GPP přispělo k projektu IMT-Advanced ITU-R prostřednictvím včasného předběžného vstupu z RAN #41 v září 2008. (RP-080763) a konečným příspěvkem včetně výsledků sebehodnocení od RAN #45 v září 2009 (RP-090939).

Poznámka: RP-090939 zahrnuje RP-090745, který poskytuje charakteristiky LTE-Advanced ve formátu zhuštěné šablony.

V lednu 2012 schválilo Radiokomunikační shromáždění ITU-R doporučení M.2012. „Podrobné specifikace pozemních rádiových rozhraní mezinárodních mobilních telekomunikací-Advanced (IMT-Advanced)“ (RP-120005) a potvrdilo LTE-Advanced jako technologii rádiového rozhraní IMT-Advanced.

Poznámka 1: Existuje pouze jedna další technologie rádiového rozhraní IMT-Advanced s názvem „WirelessMAN-Advanced“ vyvinutá IEEE).

Poznámka 2: Přibližně každé dva roky ITU-R M.2012 aktualizuje 3GPP o nejnovější vylepšení.

LTE-Advanced Pro

Rel-13 a vyšší

Všechna vylepšení LTE z Rel-13 a vyšších (pokud se netýkají 5G) probíhají pod obchodní značkou „LTE Advanced Pro“, například:

Rel-13 (Sep.14-15. prosince, ASN.1 zmrazení: 16. března):

• Úzkopásmový internet věcí (IOT)
• Další vylepšení fyzické vrstvy LTE pro MTC
• Vylepšení duálního připojení pro LTE
  Rozšíření duálního připojení v E-UTRAN
• Licencované-Assisted Access (LAA) s využitím LTE
• Elevation Beamforming/Full-Dimension (FD) MIMO pro LTE
• Vylepšení vnitřního určování polohy pro UTRA a LTE
• Další vylepšení minimalizace jízdních testů pro E-UTRAN
• Vylepšené služby přiblížení mezi zařízeními LTE
• Multicarrier Load Distribution of UEs in LTE
• Podpora přenosu z jednoho bodu do více bodů v LTE
• Vylepšená signalizace pro inter-eNB Coordinated Multi-Point (CoMP) pro LTE
• Vylepšení sítě RAN pro rozšířený DRX v LTE
• Vylepšení integrace rádiové úrovně a propojení LTE-WLAN,
  Integrace na úrovni sítě LTE-WLAN RAN podporující starší sítě WLAN
• Aspekty sítě RAN týkající se řízení přetížení specifického pro aplikaci pro datovou komunikaci
• Požadavky základnové stanice (BS) na rádiové frekvence pro aktivní anténní systém (AAS),
  SON pro nasazení na bázi AAS
• Vyhrazené páteřní sítě
• RAN aspekty vylepšení sdílení RAN pro LTE
• Požadavky na ověření perf. příjmu více antén. UE
• Požadavky na jádro UE pro uplink 64 QAM
• LTE DL 4 anténní porty Rx

Rel-14 (Dec.15-)17. března, ASN.1 zmrazení: červen 17):

• Vylepšení NB-IoT
• Další vylepšení MTC pro LTE
• Pružné eNB-ID a Cell-ID v E-UTRAN
• Vylepšená LAA pro LTE
• Podpora služeb V2V založených na LTE sidelink, Služby V2X založené na LTE
• Vylepšení v oblasti Full-Dimension (FD) MIMO pro LTE
• Downlink Multiuser Superposition Transmission pro LTE
• SRS (sounding reference signal) switching between LTE component carriers
• Další vylepšení Indoor Positioning pro UTRA a LTE
• Vylepšení kapacity příjmu pro LTE
• Vylepšení eMBMS pro LTE
• Techniky snížení latence L2 pro LTE
• Další vylepšení mobility v LTE
• Vylepšení hlasu a videa pro LTE
• Vylepšení LTE-WLAN Agregace (LWA), Vylepšená integrace rádiové úrovně LTE WLAN s tunelem IPsec (eLWIP)
• Vylepšení vyhrazených sítí jádra (DECOR) pro UMTS a LTE
• Vylepšení měřicí mezery LTE
• Požadavky na novou kategorii UE s jedním přijímačem na základě kat.1 pro LTE
• Zvýšení výkonnosti pro vysokorychlostní scénář v LTE
• 4 anténní porty přijímače (RX) s Carrier Aggregation pro LTE downlink (DL)
• Testování vícepásmových základnových stanic se třemi nebo více pásmy
• Požadavky na vyzařovaný perf. pro ověření příjmu UE s více anténami

Rel-15 (17. března až 18. června, ASN.1 zmrazení: září 18):

• Další vylepšení NB-IoT
• Další vylepšení MTC pro LTE
• Vylepšení provozu LTE v bezlicenčním spektru
• V2X fáze 2 na bázi LTE
• Další vylepšení koordinované multifunkční sítě (Coordinated Multi-).Point (CoMP) Operation pro LTE
• Zlepšení přesnosti určování polohy pro LTE
• Vylepšení pro vysokokapacitní stacionární bezdrátový spoj a intro DL 1024 QAM
• Sběr měření Bluetooth/WLAN v LTE Minimalizace testů řízení
• Sběr měření kvality zkušeností pro streamovací služby v E-UTRAN
• UL komprese dat v LTE
• Zvýšení počtu datových nosičů E-UTRAN
• Další vylepšení videa pro LTE
• Zkrácení TTI a doby zpracování pro LTE, Ultra spolehlivá komunikace s nízkou latencí pro LTE
• Připojení LTE k 5G-CN
• Vylepšená podpora LTE pro letecká vozidla
• Vylepšení využití LTE CA
• Požadavky EU na síť-založené na zmírňování rušení CRS pro LTE
• Požadavky EU na anténní porty LTE DL 8Rx
• Vylepšení požadavků na BS RF a EMC pro aktivní anténní systém

Rel-16 (18. června – 20. června, ASN.1 zmrazení: 20. června):

• Další vylepšení pro NB-IoT
• Další vylepšení MTC pro LTE
• Vylepšení účinnosti DL MIMO pro LTE
• Další vylepšení mobility v E-.UTRAN
• Podpora navigačního družicového systému NavIC pro LTE
• Další zvýšení výkonu pro LTE ve vysokorychlostním scénáři
• Pozemní vysílání 5G založené na LTE

A řada pracovních bodů řízených LTE & NR:

• 5G V2X s vedlejším spojením NR
• Vylepšení duální konektivity a agregace nosné (LTE, NR)
• Optimalizace signalizace rádiových schopností UE – aspekty NR/E-UTRA
• Vývoj architektury eNB(s) pro E-UTRAN a NG-RAN
• Zavedení souboru(ů) schopností do více standardních rádiových specifikací

Rel-17 (od 20. června):

• Další vylepšení pro NB-IoT a LTE-MTC
• Další kombinace LTE Carrier Aggregation

A řada pracovních položek řízených LTE & NR:

• Další vylepšení duálního připojení Multi-RAT
• Podpora zařízení Multi-SIM pro LTE/NR
• Vývoj architektury eNB(s) pro E-UTRAN a NG-RAN
• Vylepšení sběru dat pro SON (Self-Organising Networks)/MDT (Minimization of Drive Tests) v NR a EN-DC
• Vysoký výkon UE (výkonová třída 2) pro EN-DC
• Kombinace pásem pro souběžný provoz pásem/kombinací pásem NR/LTE Uu a jednoho pásma NR/LTE V2X PC5
• Další kombinace pásem pro duální konektivitu LTE/NR

Specifikace LTE lze nalézt pod: 3GPP TS 36.-series specifications (pokud se týká pouze LTE) nebo 3GPP TS 37.-series specifications (pokud jsou v této specifikaci zahrnuty i další technologie rádiového přístupu jako UMTS nebo GERAN nebo NR), např. etapa 2 v 3GPP TS 36.300.

3GPP TS 21.201 poskytuje seznam všech specifikací týkajících se 4. generace (včetně jádra sítě EPC (Evolved Packet Core) a systémových aspektů). Architektura sítě 4G je popsána v 3GPP TS 23.003

.