ETSI - 4G - Long Term Evolution | LTE-standarder

4. generation (LTE)

dec 30, 2021

admin

extra_toc

Long Term Evolution (LTE)

Rel-8/Rel-9

UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) som et 3. generationssystem, med de forbedringer, som High Speed Packet Access (HSPA) giver, for både downlink og uplink, vil forblive yderst konkurrencedygtigt i flere år endnu. Ikke desto mindre lancerede industrien, der har udviklet 3GPP-teknologierne, i december 2004 et projekt kaldet Long Term Evolution (LTE) for at undersøge kravene til en ny luftgrænseflade kaldet Evolved UTRA (E-UTRA).

Note: Udtrykkene LTE og E-UTRA er synonyme, men radiospecifikationerne taler snarere om E-UTRA.

Resultaterne af denne undersøgelse, dvs. E-UTRA/LTE-kravene, blev dokumenteret i Rel-7 3GPP TR 25.913:

Signifikant øgede spidsdatahastigheder, f.eks. 100 Mbps i downlink/50 Mbps i uplink
Øgede bitrater i kanten af cellerne under forudsætning af de nuværende lokaliteters placering
Forbedret spektrumeffektivitet, f.eks. 2-4 x Rel-6
Reduceret latenstid
Skalerbar båndbredde for større fleksibilitet i frekvensallokeringer
Reducerede kapital- og driftsudgifter, herunder backhaul
Acceptabel kompleksitet af system og terminal, omkostninger og strømforbrug
Support for interworking med eksisterende 3G-systemer og ikke-3GPP-specificerede systemer
Effektiv understøttelse af de forskellige typer af tjenester, især fra PS-domænet (f.eks.f.eks. Voice over IP, Presence)
Optimeret til lav mobilhastighed, men understøtter høj mobilhastighed (op til 500 km/t)

I forlængelse af definitionen af E-UTRA/LTE-kravene blev der i samme Rel-7-undersøgelse udarbejdet en 3GPP TR 25.912 “Feasibility study for evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) and Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)” for at beskrive, hvordan radiodelen af systemet kunne udformes. Det tilsvarende normative E-UTRA/LTE-arbejde fulgte derefter fra september 2006 til marts 2009 i Rel-8-specifikationer.

Parallelt med udviklingen af radioarkitekturen blev der gennemført en undersøgelse af udviklingen af 3GPP-systemarkitekturen (SAE) med det formål at udvikle en ramme for en udvikling eller migration af 3GPP-systemet til et system med højere datahastighed, lavere latenstid og pakkeoptimeret system, der understøtter flere radioadgangsteknologier. Fokus i dette arbejde var på PS-domænet med den antagelse, at taletjenester understøttes i dette domæne.
Denne undersøgelse resulterede i Rel-8 3GPP TR 23.882 og blev fulgt op af tilsvarende normativt Rel-8-arbejde.

LTE-standardiseringens historie

Og selv om betegnelsen “Evolved UTRA” indebærer en gradvis forbedring af det eksisterende UMTS-system af tredje generation, blev det i sidste ende en anden radioadgangsteknologi:

Mens UMTS startede med et fokus på kredsløbskoblede data, som derefter blev mere og mere forbedret via delte kanaler og HSPA i retning af et pakkekoblet system, er LTE et rent pakkekoblet system
, mens UMTS anvendte CDMA, LTE anvender OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) i downlink (evolved NodeB (eNodeB) => brugerudstyr (UE)) og SC-FDMA (Single Carrier- Frequency Division Multiple Access) i uplink (UE => eNodeB)
Note 1: SC-FDMA har lavere peak-to-average power ratios (PAPR) end OFDMA, hvilket blev foretrukket for at gøre det nemmere at designe UE-effektforstærkere og opnå en højere effektivitet (øget dækning/lavere strømforbrug)
Note 2: SC-FDMA kaldes også DFT-S-OFDM, hvilket indikerer, at det kan forstås som en forkodning (ved diskret Fouriertransformation) plus den samme OFDMA, der anvendes i downlink
Mens UMTS (i det mindste FDD og 3,84Mcps TDD) anvendte en kanalbåndbredde på 5 MHz, tillader LTE 6 forskellige kanalbåndbredder: 1,4/3/3/5/5/10/10/10/15/15/20MHz
Mens UMTS har en RNC (radio network controler) mellem NodeB og kernenetværket, er funktionerne i denne netværksenhed delt mellem eNodeB og kernenetværket i LTE => ingen RNC i LTE => flad/enklere radioarkitektur

Nuanceret set, UMTS/UTRA såvel som LTE/E-UTRA anvender begge en 10 ms radioramme, begge har FDD- og TDD-tilstande, og LTE/E-UTRA understøtter fuld interoperabilitet med UMTS/UTRA og GSM/GERAN/EDGE.

LTE-Advanced

Rel-10/Rel-11/Rel-12

Der er yderligere frekvenser foreslået til IMT-systemer af WRC-07 i 2007 (i 450 MHz-båndet, i UHF-båndet (698-960 MHz), i 2.3-2.4 GHz-båndet, i C-båndet (3400-4200 MHz)) samt ITU-R’s anmodning om udvikling af en IMT-Advanced radiogrænseflade (cirkulærskrivelse af marts 2008) udløste udviklingen af den fjerde generation af mobilkommunikationssystemer.

I henhold til ITU-R M.1645 (overordnede mål for tiden efter IMT-2000) og M.2134 (IMT-Advanced-krav) blev de vigtigste træk ved IMT-Advanced opsummeret som følger:

en høj grad af fælles funktionalitet på verdensplan, samtidig med at der bevares fleksibilitet til at understøtte en bred vifte af tjenester og applikationer på en omkostningseffektiv måde
kompatibilitet af tjenester inden for IMT og med faste net
mulighed for interworking med andre radioadgangssystemer
mobiltjenester af høj kvalitet
brugerudstyr, der er egnet til brug over hele verden
brugervenlige applikationer, tjenester og udstyr
dækkende roamingkapacitet
forbedrede spidsdatahastigheder til understøttelse af avancerede tjenester og applikationer (100 Mbit/s for høj og 1 Gbit/s for lav mobilitet blev fastsat som mål for forskning)

3GPP var på det tidspunkt i færd med at færdiggøre sin Rel-8 LTE WI og startede et tidligt Rel-9-studiepunkt (FS_RAN_LTEA, RP-091360) i marts 2008 med henblik på at definere det i 3GPP TR 36.913 kravene til et mobilkommunikationssystem kaldet LTE-Advanced under følgende betingelser:

LTE-Advanced skal være en videreudvikling af Release 8 LTE-systemet
Alle krav til LTE i 3GPP TR 25.913 gælder også for LTE-Advanced
LTE-Advanced skal opfylde eller overgå IMT-Advanced-kravene inden for ITU-R’s tidsplan

Note: Betegnelserne LTE-Advanced og Advanced E-UTRA er synonyme.

3GPP TR 36.913 om “Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) (LTE-Advanced)” blev godkendt på RAN #40 i juni 2008 (stadig under Rel-8).

Den følgende figur fra ITU-R M.1645 illustrerer forskellene mellem IMT-2000 (3. generation) og IMT-Advanced (4. generation):

Illustration IMT 2000-kapaciteter

Dertil kommer, at samme undersøgelse startede i marts 2008 en 3GPP TR 36.912 on Feasibility study for “Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)” med henblik på at analysere visse områder, hvor LTE kan forbedres, f.eks.

Support of wider bandwidth: aggregation of multiple component carriers with up to 20MHz bandwidth,
Spatial multiplexing: DL op til 8 lag, UL op til 4 lag,
Koordineret transmission og modtagelse i flere punkter: for at forbedre dækningen af høje datahastigheder, gennemstrømningen i cellekanten og/eller for at øge systemgennemstrømningen
Relaying-funktionalitet: for at forbedre f.eks. dækningen af høje datahastigheder, gruppemobilitet, midlertidig netværksudbygning, gennemstrømningen på cellekanten og/eller til at sikre dækning i nye områder

for at opfylde og overgå IMT-Advanced-kravene.

Denne TR 36.912 blev godkendt i sep.2009 (RAN #45) som Rel-9 TR og blev yderligere opdateret i RAN #46 og RAN #47 (marts 2010), hvor SI blev afsluttet.

I Release 10 blev der påbegyndt individuelle arbejdspunkter, der introducerer forbedringer af LTE, som blev drøftet i Rel-9-studiepunktet for LTE-Advanced:

Carrier Aggregation for LTE (LTE_CA): RP-100661
UL transmission med flere antenner til LTE (LTE_UL_MIMO): RP-100959
Forbedret downlink multipelantennetransmission for LTE (LTE_eDL_MIMO): Dec.09 – juni 11; RP-100959
Forbedret downlink multipelantennetransmission for LTE (LTE_eDL_MIMO): RP-100196
Coordinated Multi-Point Operation for LTE: Der blev kun påbegyndt en undersøgelse i Rel-10, som blev afsluttet i Rel-11 og resulterede i normativt arbejde i Rel-11 med yderligere forbedringer i Rel-13 og Rel-15
Relæer for LTE (LTE_Relay): Dec.09 – juni 11; RP-110911
Latency reduction: WI blev stoppet, da det ikke var muligt at færdiggøre dette i Rel-10 (det kom tilbage som en L2 latensreduktion i Rel-14 og blev færdiggjort der)
Flere forbedringer af MBMS for LTE (MBMS_LTE_enh): 10. juni – 11. marts; RP-101244
LTE Self Optimizing Networks (SON) forbedringer (SONenh_LTE): 10. marts – 11. juni; RP-101004
Minimering af køreprøver for E-UTRAN og UTRAN (MDT_UMTSLTE): Dec.09 – juni 11; RP-100360

Note: Der findes ikke en separat radioadgangsteknologi “LTE-Advanced”. Alle forbedringer af LTE i Rel-10 og fremefter er integreret i LTE-specifikationerne, som de blev udviklet i Rel-8 og Rel-9.

3GPP bidrog til IMT-Advanced-projektet under ITU-R via et tidligt foreløbigt input fra RAN #41 i september 2008. (RP-080763) og et en endelig indsendelse med selvevalueringsresultater fra RAN #45 i sep. 2009 (RP-090939)

Note: RP-090939 omfatter RP-090745, som indeholder LTE-Advanced-karakteristika i et komprimeret skabelonformat.

I januar 2012 godkendte Radiocommunication Assembly ITU-R’s anbefaling M.2012 “Detailed specifications of the terrestrial radio interfaces of International Mobile Telecommunications-Advanced (IMT-Advanced)” (RP-120005) og bekræftede LTE-Advanced som IMT-Advanced radiogrænsefladeteknologi.

Note 1: Der findes kun én anden IMT-Advanced radiogrænsefladeteknologi kaldet “WirelessMAN-Advanced” udviklet af IEEE).

Note 2: Omkring hvert andet år udsender ITU-R M.2012 opdateres af 3GPP med de seneste forbedringer.

LTE-Advanced Pro

Rel-13 og derover

Alle forbedringer af LTE i Rel-13 og derover (hvis ikke relateret til 5G) kører under varemærket “LTE Advanced Pro”, for eksempel:

Rel-13 (sept.14-dec.15, ASN.1 freeze: 16. marts):

Narrowband Internet of Things (IOT)
Videre LTE Physical Layer Enhancements for MTC
Dual Connectivity enhancements for LTE
Udvidelse af Dual Connectivity i E-UTRAN
Licensed-Assisted Access (LAA) med LTE
Elevation Beamforming/Full-Dimension (FD) MIMO for LTE
forbedringer af indendørs positionering for UTRA og LTE
videre forbedringer af minimering af køreprøver for E-UTRAN
UTRAN
Forbedrede LTE-tjenester for nærhedstjenester fra enhed til enhed
Multicarrier-belastningsfordeling af UE’er i LTE
Støtte til punkt-til-multipunkt-transmission fra enkeltcelle i LTE
Forbedret signalering for inter-eNB Coordinated Multi-Point (CoMP) for LTE
RAN-forbedringer for udvidet DRX i LTE
LTE-WLAN-radioniveauintegration og interworkingforbedring,
LTE-WLAN RAN-integration på RAN-niveau, der understøtter ældre WLAN
RAN-aspekter af applikationsspecifik overbelastningskontrol for datakommunikation
Base stations (BS) RF-krav til Active Antenna System (AAS),
SON for AAS-baserede implementeringer
Dedikerede kernenetværk
RAN-aspekter af RAN Sharing Enhancements for LTE
Radiatoriske krav til verifikation af multiantenne-modtagelse perf. af UE’er
UE-kernekrav til uplink 64 QAM
LTE DL 4 Rx-antenneporte

Rel-14 (Dec.15-17. marts, ASN.1 freeze: juni 17):

Forbedringer af NB-IoT
Fortsat forbedret MTC for LTE
Fleksibelt eNB-ID og Cell-ID i E-UTRAN
Forbedret LAA for LTE
Understøttelse af V2V-tjenester baseret på LTE sidelink, LTE-baserede V2X-tjenester
Forbedringer på Full-Dimension (FD) MIMO for LTE
Downlink Multiuser Superposition Transmission for LTE
SRS (sounding reference signal) skift mellem LTE komponentbærere
Flere indendørs positioneringsforbedringer for UTRA og LTE
Uplink-kapacitetsforbedringer for LTE
EMBMS-forbedringer for LTE
L2-latensreduktionsteknikker for LTE
Flere mobilitetsforbedringer i LTE
Samtale- og videoforbedringer for LTE
Forbedret LTE-WLAN-aggregation (LWA), Forbedret LTE WLAN Radio Level Integration med IPsec Tunnel (eLWIP)
Forbedringer af dedikerede kernenetværk (DECOR) for UMTS og LTE
LTE Measurement Gap Enhancement
Krav til en ny UE-kategori med enkeltmodtager baseret på Cat.1 for LTE
Forbedringer af ydeevnen for højhastighedsscenarie i LTE
4 modtager-(RX)-antenneporte med Carrier Aggregation for LTE downlink (DL)
Multiband-basisstationsafprøvning med tre eller flere bånd
Krav til udstrålede perf. til verifikation af multiantennemodtagelse af UE’er

Rel-15 (17. marts-18. juni, ASN.1 frysning: sep.18):

Flere NB-IoT-forbedringer
Endnu bedre MTC for LTE
Forbedringer af LTE-drift i ulicenseret spektrum
V2X fase 2 baseret på LTE
Flere forbedringer af koordineret multikoordinering
Flere forbedringer af koordineret multikoordinering
.Point (CoMP)-drift for LTE
Forbedringer af præcisionen i forbindelse med positionering af UE for LTE
Forbedringer af stationær trådløs forbindelse med høj kapacitet og introduktion af DL 1024 QAM
Bluetooth/WLAN-måling i LTE Minimering af køreprøver
Måling af oplevelseskvalitet for streamingtjenester i E-UTRAN
UL-datakomprimering i LTE
Øget antal E-UTRAN-datadatagere
Flere videoforbedringer for LTE
Forkortet TTI og behandlingstid for LTE, Ultra pålidelig kommunikation med lav latenstid for LTE
LTE-forbindelse til 5G-CN
Forbedret LTE-understøttelse for luftfartøjer
Forbedret LTE CA-anvendelse
UE-krav til net-baseret CRS interferensbegrænsning for LTE
UE-krav til LTE DL 8Rx-antenneporte
Forbedringer af BS RF- og EMC-krav for aktive antennesystemer

Rel-16 (18. juni – 20. juni, ASN.1 frysning: 20. juni):

Supplerende forbedringer til NB-IoT
Supplerende MTC-forbedringer til LTE
DEL MIMO-effektivitetsforbedringer til LTE
Endnu flere mobilitetsforbedringer i E-UTRAN
Støtte til NavIC-navigationssatellitsystemet for LTE
Flere ydelsesforbedringer for LTE i højhastighedsscenarier
LTE-baseret 5G-terrestrisk udsendelse

Og en række arbejdspunkter, der drives af LTE & NR:

5G V2X med NR sidelink
Multi-RAT Dual-Connectivity og Carrier Aggregation-forbedringer (LTE, NR)
Optimeringer af signaleringen af UE-radiofunktioner – NR/E-UTRA-aspekter
eNB(s)-arkitekturudvikling for E-UTRAN og NG-RAN
Indførelse af funktionssæt(er) i radiospecifikationer for flere standarder

Rel-17 (siden juni 20):

Yderligere forbedringer for NB-IoT og LTE-MTC
Flere LTE Carrier Aggregation-kombinationer