Long Term Evolution (LTE)

Rel-8/Rel-9

UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) comme système de 3ème génération, avec les améliorations apportées par le High Speed Packet Access (HSPA), tant pour la liaison descendante que pour la liaison montante, restera très compétitif pendant plusieurs années. Néanmoins, l’industrie qui a développé les technologies 3GPP, a lancé en déc. 2004 un projet appelé Long Term Evolution (LTE) pour étudier les exigences d’une nouvelle interface radio appelée Evolved UTRA (E-UTRA).

Note : Les termes LTE et E-UTRA sont synonymes, cependant les spécifications radio parlent plutôt de E-UTRA.

Les résultats de cette étude c’est-à-dire les exigences E-UTRA/LTE ont été documentés dans le Rel-7 3GPP TR 25.913:

• Augmentation significative des débits de données de pointe par exemple 100 Mbps en liaison descendante/50 Mbps en liaison montante
• Augmentation des débits binaires à la périphérie des cellules en supposant l’emplacement actuel des sites
• Amélioration de l’efficacité du spectre par exemple. 2-4 x Rel-6
• Réduction de la latence
• Largeur de bande extensible pour une plus grande flexibilité dans les attributions de fréquences
• Réduction des dépenses d’investissement et d’exploitation, y compris le backhaul
• Complexité acceptable du système et du terminal, coût et consommation d’énergie acceptables
• Support de l’interfonctionnement avec les systèmes 3G existants et les systèmes non spécifiés par le 3GPP
• Support efficace des différents types de services, notamment du domaine PS (par ex.par exemple, voix sur IP, présence)
• Optimisé pour une faible vitesse mobile mais supportant une vitesse mobile élevée (jusqu’à 500 km/h).

Suite à la définition des exigences E-UTRA/LTE, la même étude Rel-7 a produit un TR 3GPP 25.912 « Feasibility study for evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) and Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) » pour décrire comment la partie radio du système pourrait être conçue. Les travaux normatifs correspondants E-UTRA/LTE ont ensuite suivi de septembre 2006 à mars 2009 dans les spécifications Rel-8.

Parallèlement à l’évolution de l’architecture radio, une étude sur l’évolution de l’architecture du système 3GPP (SAE) a été réalisée dans le but de développer un cadre pour une évolution ou une migration du système 3GPP vers un système à débit de données plus élevé, à latence plus faible, optimisé pour les paquets et prenant en charge plusieurs technologies d’accès radio. L’accent de ce travail a été mis sur le domaine PS avec l’hypothèse que les services vocaux sont pris en charge dans ce domaine.
Cette étude a abouti à la Rel-8 3GPP TR 23.882 et a été suivie de travaux normatifs Rel-8 correspondants.

Bien que le terme « Evolved UTRA » implique une amélioration progressive du système UMTS de 3ème génération existant, il est devenu finalement une technologie d’accès radio différente :

• alors que l’UMTS a commencé en se concentrant sur les données à commutation de circuits qui ont ensuite été de plus en plus améliorées via les canaux partagés et le HSPA dans la direction d’un système à commutation de paquets, le LTE est un système à commutation de paquets pur
• alors que l’UMTS utilisait le CDMA, Le LTE utilise OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) en liaison descendante (evolved NodeB (eNodeB) => User Equipment (UE)) et SC-FDMA (Single Carrier- Frequency Division Multiple Access) en liaison montante (UE => eNodeB)
  Note 1 : SC-FDMA a des rapports de puissance de crête à moyenne (PAPR) plus faibles que OFDMA, ce qui a été préféré pour une conception plus facile de l’amplificateur de puissance de l’UE/une plus grande efficacité (couverture accrue/ consommation d’énergie plus faible)
  Note 2 : SC-FDMA est également appelé DFT-S-OFDM ce qui indique qu’il peut être compris comme un précodage (par transformée de Fourier discrète) plus le même OFDMA qui est utilisé en liaison descendante
• alors que l’UMTS (au moins FDD et 3,84Mcps TDD) utilisait une largeur de bande de canal de 5MHz, le LTE permet 6 largeurs de bande de canal différentes : 1,4/3/5/10/15/20MHz
• alors que l’UMTS dispose d’un RNC (contrôleur de réseau radio) entre le NodeB et le réseau central, les fonctionnalités de cette entité réseau sont réparties entre l’eNodeB et le réseau central dans le LTE => pas de RNC dans le LTE => architecture radio plate/simple

Néanmoins, L’UMTS/UTRA ainsi que le LTE/E-UTRA utilisent tous deux une trame radio de 10 ms, les deux ont des modes FDD et TDD et le LTE/E-UTRA supporte une interopérabilité complète avec l’UMTS/UTRA et le GSM/GERAN/EDGE.

LTE-Advanced

Rel-10/Rel-11/Rel-12

Spectre supplémentaire proposé pour les systèmes IMT par la CMR-07 en 2007 (dans la bande 450 MHz, dans la bande UHF (698-960 MHz), dans la bande 2,3-2.4 GHz, dans la bande C (3400-4200 MHz)) ainsi que la demande de l’UIT-R pour le développement d’une interface radioélectrique IMT-avancée (lettre circulaire de mars 2008) ont déclenché les développements de la 4ème génération de systèmes de communication mobile.

Selon la norme UIT-R M.1645 (objectifs généraux pour l’après IMT-2000) et M.2134 (exigences des IMT avancées), les principales caractéristiques des IMT avancées ont été résumées comme suit :

• un haut degré d’uniformité des fonctionnalités dans le monde entier tout en conservant la souplesse nécessaire pour prendre en charge une large gamme de services et d’applications de manière rentable
• compatibilité des services au sein des IMT et avec les réseaux fixes
• capacité d’interfonctionnement avec d’autres systèmes d’accès radioélectrique
• services mobiles de haute qualité
• équipement d’utilisateur adapté à une utilisation mondiale
• applications conviviales, services et équipements
• capacité d’itinérance dans le monde entier
• débits de données de pointe améliorés pour prendre en charge des services et des applications avancés (100 Mbit/s pour la haute mobilité et 1 Gbit/s pour la faible mobilité ont été établis comme objectifs pour la recherche)

Le 3GPP était à ce moment-là dans la phase d’achèvement de son WI LTE Rel-8 et il a commencé un point d’étude Rel-9 précoce (FS_RAN_LTEA, RP-091360) en mars 2008 pour définir dans le 3GPP TR 36.913 les exigences pour un système de communication mobile appelé LTE-Advanced dans les conditions suivantes:

• LTE-Advanced doit être une évolution du système LTE de la version 8
• Toutes les exigences du LTE du 3GPP TR 25.913 sont également valables pour le LTE-Advanced
• Le LTE-Advanced doit satisfaire ou dépasser les exigences de l’IMT-Advanced dans le cadre du plan temporel de l’UIT-R

Note : les termes LTE-Advanced et Advanced E-UTRA sont synonymes.

Le TR 36.913 du 3GPP sur les « Exigences pour de nouvelles avancées pour l’accès radio terrestre universel évolué (E-UTRA) (LTE-Advanced) » a été approuvé au RAN #40 en juin 2008 (toujours sous Rel-8).

La figure suivante de l’UIT-R M.1645 illustre les différences entre IMT-2000 (3ème génération) et IMT-Advanced (4ème génération) :

En outre, la même étude a commencé en mars 2008 un 3GPP TR 36.912 sur l’étude de faisabilité pour « Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced) » afin d’analyser certains domaines dans lesquels le LTE pourrait être amélioré, par exemple :

• Support d’une plus grande largeur de bande : agrégation de plusieurs porteuses composantes avec une largeur de bande allant jusqu’à 20MHz,
• Multiplexage spatial : DL jusqu’à 8 couches, UL jusqu’à 4 couches,
• Émission et réception coordonnées en plusieurs points : pour améliorer la couverture de débits de données élevés, le débit de bord de cellule et/ou pour augmenter le débit du système
• Fonctionnalité de relais : pour améliorer par ex. la couverture des débits de données élevés, la mobilité des groupes, le déploiement temporaire de réseaux, le débit de bord de cellule et/ou pour fournir une couverture dans de nouvelles zones

afin de satisfaire et de dépasser les exigences de l’IMT-Advanced.

Ce TR 36.912 a été approuvé en Sep.2009 (RAN #45) en tant que TR Rel-9 et mis à jour lors des RAN #46 et RAN #47 (mars 2010) où le SI a été complété.

Dans la version 10, des éléments de travail individuels ont été lancés pour introduire des améliorations du LTE qui ont été discutées dans l’élément d’étude Rel-9 pour le LTE-Advanced :

• Agrégation de porteuses pour le LTE (LTE_CA) : Déc.09 – Juin 11 ; RP-100661
• Transmission par antennes multiples pour le LTE (LTE_UL_MIMO) : Déc.09 – Juin 11 ; RP-100959
• Transmission à antennes multiples en liaison descendante améliorée pour le LTE (LTE_eDL_MIMO) : Déc.09 – Mars 11 ; RP-100196
• Opération coordonnée multipoint pour le LTE : seule une étude a été lancée dans la Rel-10 qui s’est achevée dans la Rel-11 et a donné lieu à un travail normatif dans la Rel-11 avec des améliorations supplémentaires dans les Rel-13 et Rel-15
• Relais pour le LTE (LTE_Relais) : Déc.09 – Juin 11 ; RP-110911
• Réduction de latence : WI a été arrêté car il n’était pas possible de le terminer dans la Rel-10 (il est revenu une réduction de latence L2 dans la Rel-14 et a été complété là)
• Améliorations supplémentaires de MBMS pour LTE (MBMS_LTE_enh) : Juin 10 – Mars 11 ; RP-101244
• Améliorations des réseaux auto-optimisants (SON) pour le LTE (SONenh_LTE) : 10 mars – 11 juin ; RP-101004
• Minimisation des tests d’entraînement pour E-UTRAN et UTRAN (MDT_UMTSLTE) : Déc.09 – Juin 11 ; RP-100360

Note : Il n’existe pas de technologie d’accès radio distincte « LTE-Advanced ». Toutes les améliorations du LTE dans le Rel-10 et au-delà sont intégrées dans les spécifications du LTE telles qu’elles ont été développées dans le Rel-8 et le Rel-9.

Le 3GPP a contribué au projet IMT-Advanced de l’UIT-R via une contribution préliminaire précoce du RAN #41 en Sep.2008. (RP-080763) et une soumission finale comprenant les résultats de l’auto-évaluation du RAN #45 en Sep.2009 (RP-090939).

Note : la RP-090939 inclut la RP-090745 qui fournit les caractéristiques de la LTE-Advanced dans un format de modèle condensé.

En janv. 2012, l’Assemblée des radiocommunications a approuvé la recommandation M.2012 de l’UIT-R « Spécifications détaillées des interfaces radioélectriques terrestres des télécommunications mobiles internationales avancées (IMT-Advanced) » (RP-120005) et a confirmé le LTE-Advanced comme technologie d’interface radioélectrique IMT-Advanced.

Note 1 : Il n’existe qu’une seule autre technologie d’interface radioélectrique IMT-Advanced appelée « WirelessMAN-Advanced » développée par l’IEEE).

Note 2 : Tous les 2 ans environ, l’UIT-R M.2012 est mise à jour par le 3GPP avec les dernières améliorations.

LTE-Advanced Pro

Rel-13 et au-delà

Toutes les améliorations du LTE du Rel-13 et au-delà (si elles ne sont pas liées à la 5G) sont exploitées sous la marque « LTE Advanced Pro », par exemple :

Rel-13 (sept.14-Déc.15, ASN.1 gelée : 16 mars) :

• Internet des objets à bande étroite (IOT)
• Améliorations supplémentaires de la couche physique du LTE pour le MTC
• Améliorations de la double connectivité pour le LTE
  Extension de la double connectivité dans l’E-UTRAN
• Accès assisté par licence (LAA) utilisant le LTE Advanced Pro.Assisted Access (LAA) using LTE
• Elevation Beamforming/Full-Dimension (FD) MIMO for LTE
• Indoor Positioning enhancements for UTRA and LTE
• Further Enhancements of Minimization of Drive Tests for E-.UTRAN
• Services de proximité de dispositif à dispositif LTE améliorés
• Distribution de charge multiporteuse des UE dans le LTE
• Prise en charge de la transmission point à multipoint à cellule unique dans le LTE
• Signalisation améliorée pour la transmission multipoint coordonnée inter-.eNB Coordinated Multi-Point (CoMP) pour le LTE
• Améliorations duRAN pour le DRX étendu dans le LTE
• LTE-WLAN Intégration au niveau radio et amélioration de l’interfonctionnement,
  Intégration de niveau RAN LTE-WLAN supportant les WLAN hérités
• Aspects RAN du contrôle de congestion spécifique à l’application pour la communication de données
• Exigences RF de la station de base (BS) pour le système d’antenne active (AAS),
  SON pour les déploiements basés sur l’AAS
• Réseaux centraux dédiés
• Aspects RAN des améliorations du partage du RAN pour le LTE
• Exigences RF pour la vérification des perf. de réception multi-antennes. des UE
• Exigences du noyau de l’UE pour la liaison montante 64 QAM
• LTE DL 4 ports d’antenne Rx

Rel-14 (Déc.15-17 mars, ASN.1 gelée : 17 juin) :

• Améliorations du NB-IoT
• MTC encore amélioré pour le LTE
• Identification flexible de l’eNB et de la cellule dans l’E-UTRAN
• LAA améliorée pour le LTE
• Support des services V2V basés sur la liaison latérale LTE, Services V2X basés sur le LTE
• Améliorations sur le MIMO pleine dimension (FD) pour le LTE.Dimension (FD) MIMO pour le LTE
• Transmission par superposition multi-utilisateurs en liaison descendante pour le LTE
• Commutation SRS (signal de référence de sondage) entre les porteuses composantes du LTE
• Améliorations supplémentaires du positionnement intérieur pour l’UTRA et le LTE

.

• Améliorations de la capacité de liaison montante pour le LTE
• Améliorations de l’eMBMS pour le LTE
• Techniques de réduction de la latence L2 pour le LTE
• Améliorations supplémentaires de la mobilité dans le LTE
• Amélioration de la voix et de la vidéo pour le LTE
• Amélioration de l’agrégation LTE-.WLAN Aggregation (LWA), Intégration améliorée du niveau radio LTE WLAN avec tunnel IPsec (eLWIP)
• Amélioration des réseaux centraux dédiés (DECOR) pour l’UMTS et le LTE
• Amélioration de l’écart de mesure du LTE
• Requêtes pour une nouvelle catégorie d’UE avec récepteur unique basée sur la Cat.1 pour le LTE
• Améliorations des performances pour le scénario à haut débit dans le LTE
• 4 ports d’antenne de récepteur (RX) avec agrégation de porteuses pour la liaison descendante (DL) du LTE
• Tests de stations de base multibandes avec trois bandes ou plus
• Exigences de perf. rayonnées pour la vérification de la réception multi-antennes des UE

Rel-15 (17 mars-18 juin, ASN.1. gel : Sep.18):

• Améliorations supplémentaires du NB-IoT
• MTC encore plus amélioré pour le LTE
• Améliorations du fonctionnement du LTE dans le spectre sans licence
• V2X phase 2 basé sur le LTE
• Améliorations supplémentaires du fonctionnement coordonné multipoint (CoMP) pour le LTE.Point (CoMP) pour le LTE
• Améliorations de la précision du positionnement de l’UE pour le LTE
• Améliorations pour la liaison sans fil stationnaire à haute capacité et introduction de DL 1024 QAM
• Collecte de mesures Bluetooth/WLAN dans le LTE Minimisation des Drive Tests
• Collecte de mesures de la qualité de l’expérience pour les services de streaming dans E-.UTRAN
• Compression des données en LTE
• Augmentation du nombre de supports de données E-UTRAN
• Améliorations vidéo supplémentaires pour le LTE
• Réduction du TTI et du temps de traitement pour le LTE, Communication ultra-fiable à faible latence pour le LTE
• Connectivité LTE à la 5G-CN
• Support amélioré du LTE pour les véhicules aériens
• Amélioration de l’utilisation de l’AC LTE
• Exigences de l’UE pour les réseaux.atténuation des interférences CRS basée sur le réseau pour le LTE
• Exigences UE pour les ports d’antenne LTE DL 8Rx
• Améliorations des exigences RF et CEM de la BS pour le système d’antenne active

Rel-16 (18 juin – 20 juin, ASN.1 gel : 20 juin) :

• Améliorations supplémentaires pour NB-IoT
• Améliorations supplémentaires pour MTC pour LTE
• Améliorations de l’efficacité MIMO pour LTE
• Encore plus d’amélioration de la mobilité dans E-.UTRAN
• Support du système de navigation par satellite NavIC pour le LTE
• Poursuite de l’amélioration des performances du LTE dans le scénario à haut débit
• Diffusion terrestre 5G basée sur le LTE

Et un certain nombre de travaux pilotés par le LTE & NR :

• V2X 5G avec liaison latérale NR
• Améliorations de la double-connectivité multi-RAT et de l’agrégation de porteuses (LTE, NR)
• Optimisations sur la signalisation des capacités radio de l’UE – Aspects NR/E-UTRA
• Évolution de l’architecture des eNB(s) pour E-UTRAN et NG-RAN
• Introduction d’ensemble(s) de capacités dans les spécifications radio multistandard

Rel-17 (depuis juin 20) :

• Améliorations supplémentaires pour NB-IoT et LTE-MTC
• Combinaisons supplémentaires d’agrégation de porteuses LTE

Et un certain nombre de travaux pilotés par LTE &NR :

• Poursuite des améliorations de la double connectivité multi-RAT
• Support des dispositifs Multi-SIM pour LTE/NR
• Évolution de l’architecture eNB(s) améliorée pour E-UTRAN et NG-RAN
• Amélioration de la collecte de données pour SON (Self-Organising Networks)/MDT (Minimization of Drive Tests) dans NR et EN-.DC
• UE à haute puissance (classe de puissance 2) pour EN-DC
• Combinaisons de bandes pour l’exploitation simultanée de bandes/ combinaisons de bandes NR/LTE Uu et d’une bande NR/LTE V2X PC5
• Combinaisons de bandes supplémentaires pour la double connectivité LTE/NR

LTE spécifications peuvent être trouvées sous : 3GPP TS 36.-series (si seul le LTE est concerné) ou 3GPP TS 37.-series (si également d’autres technologies d’accès radio comme l’UMTS ou GERAN ou NR sont couvertes par cette spécification), par exemple l’étape 2 dans 3GPP TS 36.300.

3GPP TS 21.201 fournit une liste de toutes les spécifications liées à la 4e génération (y compris le cœur de réseau EPC (Evolved Packet Core) et les aspects système). L’architecture du réseau 4G est décrite dans 3GPP TS 23.003

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