Long Term Evolution (LTE)

Rel-8/Rel-9

UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) kolmannen sukupolven järjestelmänä, HSPA:n (High Speed Packet Access) tarjoamilla parannuksilla sekä downlink- että uplink-järjestelmässä pysyy erittäin kilpailukykyisenä useiden vuosien ajan. Siitä huolimatta 3GPP-tekniikoita kehittänyt teollisuus käynnisti joulukuussa 2004 hankkeen nimeltä Long Term Evolution (LTE), jossa tutkitaan vaatimuksia uudelle ilmaliitännälle nimeltä Evolved UTRA (E-UTRA).

Huomautus: Termit LTE ja E-UTRA ovat synonyymejä, mutta radiomäärittelyissä puhutaan kuitenkin pikemminkin E-UTRAsta.

Tämän tutkimuksen tulokset eli E-UTRA/LTE-vaatimukset dokumentoitiin Rel-7 3GPP TR 25.913:ssa:

• Suurennetut huipputiedonsiirtonopeudet esim. 100 Mbit/s downlinkissä/50 Mbit/s uplinkissä
• Nousseet bittinopeudet solujen reuna-alueilla olettaen nykyiset sijainnit
• Spektritehokkuuden parantaminen esim. 2-4 x Rel-6
• Vähennetty viive
• Skaalautuva kaistanleveys, joka mahdollistaa suuremman joustavuuden taajuusvarauksissa
• Vähennetyt pääoma- ja käyttömenot, mukaan lukien takaisinkuljetus
• Hyväksyttävä järjestelmän ja päätelaitteen monimutkaisuus, kustannukset ja virrankulutus
• Tuki yhteistoiminnalle olemassa olevien 3G-järjestelmien ja muiden kuin 3GPP:n määrittelemien järjestelmien kanssa
• Tehokas tuki erityyppisille palveluille, erityisesti PS-alueelta (esim.esim. Voice over IP, Presence)
• Optimoitu matalalle matkaviestinnopeudelle, mutta tukee korkeaa matkaviestinnopeutta (jopa 500 km/h).

E-UTRA/LTE-vaatimusten määrittelyn jälkeen sama Rel-7-tutkimus tuotti 3GPP TR 25.912 ”Feasibility study for evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) and Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)” -julkaisun kuvaamaan sitä, miten järjestelmän radio-osa voitaisiin suunnitella. Vastaava normatiivinen E-UTRA/LTE-työ jatkui syyskuusta 2006 maaliskuuhun 2009 Rel-8-määrityksinä.

Radioarkkitehtuurin kehittämisen rinnalla tehtiin 3GPP:n järjestelmäarkkitehtuurin kehittämistä koskeva tutkimus (Study on 3GPP System Architecture Evolution, SAE), jonka tavoitteena oli kehittää puitteet 3GPP-järjestelmän kehittämiselle tai siirtymiselle korkeamman tiedonsiirtonopeuden, alhaisemman viiveen ja pakettien kannalta optimoituun järjestelmään, jossa tuetaan useita radiolähetystekniikoita. Tässä työssä keskityttiin PS-alueeseen olettaen, että puhepalveluja tuetaan tällä alueella.
Tämän tutkimuksen tuloksena syntyi Rel-8 3GPP TR 23.882 ja sitä seurasi vastaava normatiivinen Rel-8-työ.

Vaikka termi ”Evolved UTRA” viittaa nykyisen 3. sukupolven UMTS-järjestelmän asteittaiseen parantamiseen, siitä tuli lopulta erilainen radioliityntätekniikka:

• Mikäli UMTS aloitti keskittymällä piirikytkentäiseen dataan, jota kehitettiin sitten jaettujen kanavien ja HSPA:n avulla yhä enemmän pakettikytkentäisen järjestelmän suuntaan, LTE on puhdas pakettikytkentäinen järjestelmä
• Mikäli UMTS käytti CDMA:ta, LTE käyttää OFDMA:ta (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) downlinkissä (evolved NodeB (eNodeB) => User Equipment (UE)) ja SC-FDMA:ta (Single Carrier- Frequency Division Multiple Access) uplinkissä (UE => eNodeB)
  Huomautus 1: SC-FDMA:lla on alhaisempi huipputehon ja keskimääräisen tehon suhde (PAPR) kuin OFDMA:lla, mitä pidettiin parempana, jotta UE:n tehovahvistimen suunnittelu olisi helpompaa ja hyötysuhde korkeampi (lisääntynyt peittoalue / alhaisempi tehonkulutus)
  Huomautus 2: SC-FDMA:ta kutsutaan myös DFT-S-OFDM:ksi, mikä osoittaa, että se voidaan ymmärtää esikoodauksena (diskreetin Fourier-muunnoksen avulla) sekä samaksi OFDMA:ksi, jota käytetään downlinkissä
• Kun UMTS:ssä (ainakin FDD:ssä ja TDD:ssä (3,84 Mcps)) käytettiin 5 MHz:n kanavakaistanleveyttä, LTE sallii 6 eri kanavakaistanleveyttä: UMTS:ssä on RNC (radio network controler) NodeB:n ja runkoverkon välissä, mutta LTE:ssä tämän verkkoyksikön toiminnot on jaettu eNodeB:n ja runkoverkon kesken => LTE:ssä ei ole RNC:tä => litteämpi/yksinkertaisempi radioarkkitehtuuri

Kuitenkin, UMTS/UTRA ja LTE/E-UTRA käyttävät molemmat 10 ms:n radiokehystä, molemmissa on FDD- ja TDD-tilat, ja LTE/E-UTRA tukee täyttä yhteentoimivuutta UMTS/UTRA:n ja GSM/GERAN/EDGE:n kanssa.4 GHz:n taajuusalueella, C-taajuusalueella (3400-4200 MHz)) sekä ITU-R:n pyyntö IMT-Advanced-radiorajapinnan kehittämisestä (maaliskuussa 2008 päivätty kiertokirje) käynnistivät neljännen sukupolven matkaviestintäjärjestelmien kehittämisen.

ITU-R M.1645:n mukaan. (yleiset tavoitteet IMT-2000:n jälkeen) ja M.2134. (IMT-Advanced-vaatimukset) IMT-Advancedin keskeiset ominaisuudet on tiivistetty seuraavasti:

• toimintojen suuri yhdenmukaisuus maailmanlaajuisesti säilyttäen samalla joustavuuden, jolla voidaan tukea monenlaisia palveluja ja sovelluksia kustannustehokkaasti
• palveluiden yhteensopivuus IMT:n sisällä ja kiinteiden verkkojen kanssa
• yhteentoimivuus muiden radioliityntäjärjestelmien kanssa
• laadukkaat matkaviestinpalvelut
• maailmalaajuiseen käyttöön soveltuvat käyttäjälähtöiset laitteistot
• käyttäjäystävälliset sovellukset, palvelut ja laitteet
• maailmanlaajuinen verkkovierailukyky
• parannetut huipputason tiedonsiirtonopeudet kehittyneiden palvelujen ja sovellusten tukemiseksi (100 Mbit/s suurelle liikkuvuudelle ja 1 Gbit/s pienelle liikkuvuudelle asetettiin tutkimustavoitteiksi)

3GPP oli tuohon aikaan siinä vaiheessa, että se sai valmiiksi Rel-8 LTE WI:nsä, ja se aloitti maaliskuussa 2008 varhaista Rel-9:n tutkimuskohdetta koskevan tutkimuksen (FS_RAN_LTEA, RP-091360), jonka tarkoituksena oli määritellä se 3GPP:n TR:ssä 36.913 vaatimukset matkaviestinjärjestelmälle nimeltä LTE-Advanced seuraavin ehdoin:

• LTE-Advanced on oltava Release 8 LTE-järjestelmän evoluutio
• Kaikki 3GPP TR 25:n LTE-vaatimukset.913 koskevat myös LTE-Advancedia
• LTE-Advancedin on täytettävä tai ylitettävä IMT-Advancedin vaatimukset ITU-R:n aikataulussa

Huomautus: Termit LTE-Advanced ja Advanced E-UTRA ovat synonyymejä.

3GPP TR 36.913 ”Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) (LTE-Advanced)” hyväksyttiin RAN #40:ssä kesäkuussa 2008 (vielä Rel-8:ssa).

Seuraava kuva ITU-R M.1645:sta. havainnollistaa IMT-2000:n (3. sukupolvi) ja IMT-Advanced:n (4. sukupolvi) välisiä eroja:

Seuraava tutkimus aloitti maaliskuussa 2008 3GPP TR 36:n.912 on Feasibility study for ”Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)” (Toteutettavuustutkimus E-UTRA:n (LTE-Advanced) jatkokehityksestä) analysoidakseen tiettyjä alueita, joilla LTE:tä voitaisiin parantaa, esim.

• Laajemman kaistanleveyden tukeminen: useiden komponenttikantoaaltojen aggregaatio jopa 20 MHz:n kaistanleveydellä,
• spatiaalinen monipuolistaminen: DL jopa 8 kerrosta, UL jopa 4 kerrosta,
• Koordinoidut monipistelähetykset ja -vastaanotot: suurten tiedonsiirtonopeuksien kattavuuden parantaminen, solun reunan läpäisykyky ja/tai järjestelmän läpäisykyvyn kasvattaminen
• Relaying-toiminnallisuus: parantaa esim. suurten tiedonsiirtonopeuksien kattavuutta, ryhmien liikkuvuutta, verkon väliaikaista käyttöönottoa, solun reunan läpäisykykyä ja/tai kattavuuden tarjoamista uusilla alueilla

IMT-Advanced-vaatimusten täyttämiseksi ja ylittämiseksi.

Tämä TR 36.912 on hyväksytty syyskuussa 2009. (RAN #45) Rel-9 TR:nä, ja sitä päivitettiin edelleen RAN #46:ssa ja RAN #47:ssä (maaliskuu 2010), jossa SI valmistui.

Versiossa 10 aloitettiin yksittäiset työkohteet, joissa otettiin käyttöön LTE:n parannuksia, joista keskusteltiin Rel-9:n tutkimuskohteessa LTE-Advancedia varten:

• Carrier Aggregation for LTE (LTE_CA): RP-100661
• UL multiple antenna transmission for LTE (LTE_UL_MIMO): RP-100959
• Enhanced Downlink Multiple Antenna Transmission for LTE (LTE_eDL_MIMO): RP-100196
• Coordinated Multi-Point Operation for LTE: Rel-10:ssä aloitettiin vain tutkimus, joka saatiin päätökseen Rel-11:ssä ja johti normatiiviseen työhön Rel-11:ssä ja lisäparannuksiin Rel-13:ssa ja Rel-15:ssä
• Relays for LTE (LTE_Relay): Dec.09 – June 11; RP-110911
• Latency reduction: WI lopetettiin, koska sitä ei voitu saada valmiiksi Rel-10:ssä (siihen palasi L2-viiveen vähentäminen Rel-14:ssä ja se saatiin valmiiksi siellä)
• Further enhancements to MBMS for LTE (MBMS_LTE_enh): Kesäkuu 10 – maaliskuu 11; RP-101244
• LTE Self Optimizing Networks (SON) parannukset (SONenh_LTE): Maaliskuu 10 – kesäkuu 11; RP-101004
• Minimization of drive tests for E-UTRAN and UTRAN (MDT_UMTSLTE): Joulukuu 09 – kesäkuu 11; RP-100360

Huom: Erillistä radioliityntätekniikkaa ”LTE-Advanced” ei ole. Kaikki LTE:n parannukset Rel-10:ssä ja sen jälkeen on integroitu LTE-määrittelyihin, kuten niitä kehitettiin Rel-8:ssa ja Rel-9:ssä.

3GPP osallistui ITU-R:n IMT-Advanced-projektiin RAN #41:n varhaisen alustavan syötteen kautta syyskuussa 2008. (RP-080763) ja RAN #45:n syyskuussa 2009 antaman lopullisen esityksen, joka sisälsi itsearvioinnin tulokset (RP-090939).

Huom.: RP-090939 sisältää RP-090745:n, jossa esitetään LTE-Advancedin ominaisuudet tiivistetyssä mallimuodossa.

Radioviestintäkokous (Radiocommunication Assembly) hyväksyi tammikuussa 2012 ITU-R:n suosituksen M.2012. ”Detailed specifications of the terrestrial radio interfaces of International Mobile Telecommunications-Advanced (IMT-Advanced)” (RP-120005) ja vahvisti LTE-Advancedin IMT-Advanced-radiorajapintatekniikaksi.

Huomautus 1: On olemassa vain yksi muu IMT-Advanced-radiorajapintatekniikka nimeltä ”WirelessMAN-Advanced”, jonka on kehittänyt IEEE).

Huomautus 2: Noin joka toinen vuosi ITU-R:n julkaisu M.2012. päivitetään 3GPP:n toimesta uusimmilla parannuksilla.

LTE-Advanced Pro

LTE Advanced Pro

LTE Advanced Pro

Rel-13 ja uudemmat

Kaikki LTE:n parannukset Rel-13:sta ja uudemmista versioista alkaen (jos ne eivät liity 5G:hen) kulkevat tavaramerkin ”LTE-Advanced Pro” alaisuudessa, esim.14-Joulukuu 15, ASN.1 freeze: maaliskuu 16):

• Narrowband Internet of Things (IOT)
• Further LTE Physical Layer Enhancements for MTC
• Dual Connectivity enhancements for LTE
  Extension of Dual Connectivity in E-UTRAN
• Licensed-Assisted Access (LAA) LTE:n avulla
• Elevation Beamforming/Full-Dimension (FD) MIMO LTE:ssä
• Sisäpaikannuksen parannukset UTRA:ssa ja LTE:ssä
• Ajotestien minimoinnin parannukset E-UTRANlessa
• E-UTRANlessa
• Ajotestien minimoinnin parannukset E-UTRANissa
• LTE:n laitteiden välisten läheisyyspalveluiden parantaminen
• LTE:n UE:iden monikantoaaltokuormituksen jakaminen LTE:ssä
• Yksisoluisen point-to-multipoint-lähetyksen tukeminen LTE:ssä
• Enhanced Signalling for Inter-eNB Coordinated Multi-Point (CoMP) for LTE
• RAN-parannukset laajennettua DRX:ää varten LTE:ssä
• LTE-WLAN-radiotason integrointi ja yhteentoimivuuden parantaminen,
  LTE-WLAN RAN-tason integrointi, joka tukee perinteistä WLAN:ia
• RAN-näkökohtia sovelluskohtaisesta ruuhkautumisen hallinnasta tiedonsiirtoa varten
• Tukiaseman (BS) RF-vaatimukset aktiivista antennijärjestelmää (AAS) varten,
  SON AAS-pohjaisia käyttöönottoja varten
• Dedicated Core Networks
• RAN Aspects of RAN Sharing Enhancements for LTE
• Radiovaatimukset usean antennin vastaanoton todentamista varten perf. of UEs
• UE core requirements for uplink 64 QAM
• LTE DL 4 Rx antenna ports

Rel-14 (Dec.15-Maaliskuu 17, ASN.1 freeze: kesäkuu 17):

• NB-IoT:n parannukset
• LTE:n parannettu MTC
• Flexible eNB-ID and Cell-ID in E-UTRAN
• Enhanceed LAA for LTE
• Tuki LTE:n sivulinkkiin perustuville V2V-palveluille, LTE-pohjaiset V2X-palvelut
• Parannukset täyden-MIMO:n (FD) parannukset LTE:ssä
• Downlink Multiuser Superposition Transmission LTE:ssä
• SRS:n (sounding reference signal) kytkentä LTE:n kantoaaltokomponenttien välillä
• Lisäparannuksia UTRA:n ja LTE:n sisäpaikannukseen
• .
• Uplink-kapasiteetin parannukset LTE:ssä
• eMBMS:n parannukset LTE:ssä
• L2-viiveen vähennystekniikat LTE:ssä
• Liikkuvuuden lisäparannukset LTE:ssä
• Puhe- ja videokapasiteetin parannukset LTE:ssä
• LTE:n parannetut LTE-WLAN-aggregointi (LWA), Enhanced LTE WLAN Radio Level Integration with IPsec Tunnel (eLWIP)
• Enhancements of Dedicated Core (DECOR) Networks for UMTS and LTE
• LTE Measurement Gap Enhancement
• Tarpeet uudelle yksivastaanottimella varustetulle UE-luokalle, joka perustuu Cat.1 LTE:tä varten
• Suorituskyvyn parantaminen LTE:n suurnopeusskenaariota varten
• 4 vastaanottimen (RX) antenniporttia Carrier Aggregationin kanssa LTE:n downlinkiä (DL) varten
• Multi-Band-tukiasemien testaaminen kolmella tai useammalla taajuuskaistalla
• Säteilyä koskevat suorituskykyvaatimukset UE:iden moniantennivastaanottoa koskevien vaatimusten todentamista varten

Rel-15 (17.3.18.-18.6.18. välisenä aikana, ASN.1). Freeze: Sep.18):

• Lisäyksiä NB-IoT:n parannuksiin
• LTE:n MTC:n parantaminen entisestään
• Lisäyksiä LTE:n toimintaan lisensoimattomilla taajuuksilla
• LTE:hen perustuva V2X-vaihe 2
• Lisäyksiä koordinoituun monimerkkiseen monimerkkiseen MTC:hen.Point (CoMP) Operation for LTE
• UE Positioning Accuracy Enhancements for LTE
• Enhancements for high capacity stationary wireless link and intro of DL 1024 QAM
• Bluetooth/WLAN measurement collection in LTE Minimization of Drive Tests
• Quality of Experience Measurement Collection for streaming services in E-UTRAN
• UL-tiedonpakkaus LTE:ssä
• E-UTRAN-datakantajien lukumäärän lisääminen
• Videopalvelujen lisäparannukset LTE:ssä
• TTI:n ja käsittelyajan lyhentäminen LTE:ssä, Erittäin luotettava matalan viiveen viestintä LTE:lle
• LTE-yhteydet 5G-CN:ään
• Lentokoneiden LTE-tuen parantaminen
• LTE CA:n käytön parantaminen
• UE-vaatimukset verkkoon-based CRS interference mitigation for LTE
• UE requirements for LTE DL 8Rx antenna ports
• Enhancements of BS RF and EMC requirements for Active Antenna System

Rel-16 (June 18 – June 20, ASN.1 freeze: 20. kesäkuuta):

• Lisäparannuksia NB-IoT:hen
• Lisäparannuksia MTC:hen LTE:hen
• Lisäparannuksia LTE:n MIMO-tehokkuuteen
• Lisäparannuksia liikkuvuuden parantamiseen E-UTRANissa
• NavIC-navigointisatelliittijärjestelmän tuki LTE:lle
• LTE:n suorituskyvyn jatkuva parantaminen suurnopeusskenaariossa
• LTE-pohjainen 5G-maakaapelilähetys

Ja useita LTE:n ohjaamia työkohteita & NR:

• 5G V2X with NR sidelink
• Multi-RAT Dual-Connectivity ja Carrier Aggregation parannukset (LTE, NR)
• Optimisations on UE radio capability signalling – NR/E-UTRA Aspects
• eNB(s)-arkkitehtuurin evoluutio E-UTRAN:ia ja NG-RAN:ia varten
• Kyvykkyysjoukon (-joukkojen) käyttöönotto monistandardisiin radiomäärittelyihin

Rel-17 (kesäkuusta 20 lähtien):

• Lisäparannukset NB-IoT:tä ja LTE-MTC:tä varten
• Lisäparannukset LTE Carrier Aggregation -yhdistelmiä varten

Ja useita LTE:n & NR:n ajamia työkohteita:

• Lisäyksiä Multi-RAT Dual-Connectivity -parannuksiin
• Tuki Multi-SIM-laitteille LTE/NR:ssä
• Lisäyksiä eNB:n (eNB:iden) arkkitehtuurin evoluutiosta E-UTRAN:ia ja NG-RAN:ia varten
• Tiedonkeruun parantaminen SON:ia (itseorganisoituvat verkot)/MDT:tä (ajotestien minimoiminen) varten NR:ssä ja EN-liikenteessä.DC
• Suuritehoinen UE (teholuokka 2) EN-DC:ssä
• Kaistayhdistelmät NR/LTE Uu -kaistojen/kaistayhdistelmien ja yhden NR/LTE V2X PC5 -kaistan samanaikaista käyttöä varten
• Muut kaistayhdistelmät Dual Connectivity LTE/NR

LTE-eritelmiä varten löytyvät osoitteesta: 3GPP TS 36.-sarjan spesifikaatioista (jos kyseessä on vain LTE) tai 3GPP TS 37.-sarjan spesifikaatioista (jos tämä spesifikaatio kattaa myös muita radioliityntätekniikoita, kuten UMTS:n tai GERANin tai NR:n), esim. vaihe 2 3GPP TS 36.300:ssa.

3GPP TS 21.201 sisältää luettelon kaikista neljänteen sukupolveen liittyvistä spesifikaatioista (mukaan luettuna runkoverkon EPC-osa (Evolved Packet Core) ja järjestelmänäkökohdat). 4G-verkkoarkkitehtuuri on kuvattu 3GPP TS 23.003

.