Long Term Evolution (LTE)

Rel-8/Rel-9

UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) als een 3e generatie systeem, met de door High Speed Packet Access (HSPA) geboden uitbreidingen, zowel voor downlink als uplink, zal nog verscheidene jaren zeer concurrerend blijven. Niettemin heeft de industrie die de 3GPP-technologieën heeft ontwikkeld, in december 2004 een project gestart onder de naam Long Term Evolution (LTE) om de eisen te bestuderen voor een nieuwe etherinterface, Evolved UTRA (E-UTRA) genaamd.

Note: De termen LTE en E-UTRA zijn synoniem, maar in de radiospecificaties wordt veeleer over E-UTRA gesproken.

De resultaten van deze studie, d.w.z. de E-UTRA/LTE-eisen, zijn gedocumenteerd in Rel-7 3GPP TR 25.913:

• Significant verhoogde piekdatasnelheden b.v. 100 Mbps in downlink/50 Mbps in uplink
• Verhoogde bitrates aan de rand van cellen uitgaande van de huidige sitelocaties
• Verbeterd spectrumrendement b.v. 2-4 x Rel-6
• Verminderde latency
• Schaalbare bandbreedte voor een grotere flexibiliteit bij frequentietoewijzingen
• Verminderde kapitaal- en operationele uitgaven, inclusief backhaul
• Aanvaardbare systeem- en eindcomplexiteit, kosten en stroomverbruik
• Ondersteuning van interworking met bestaande 3G-systemen en niet-3GPP gespecificeerde systemen
• Efficiënte ondersteuning van de verschillende soorten diensten, met name uit het PS-domein (bijv.Voice over IP, Presence)
• Geoptimaliseerd voor lage mobiele snelheid, maar ondersteunt hoge mobiele snelheid (tot 500 km/u).

Na de definitie van de E-UTRA/LTE-eisen, leverde dezelfde Rel-7 studie een 3GPP TR 25.912 “Haalbaarheidsstudie voor geëvolueerde Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) en Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)” op om te beschrijven hoe het radiogedeelte van het systeem zou kunnen worden ontworpen. Overeenkomstige normatieve E-UTRA/LTE-werkzaamheden volgden vervolgens van september 2006 tot maart 2009 in Rel-8-specificaties.

Gelijktijdig met de evolutie van de radioarchitectuur werd een studie naar 3GPP System Architecture Evolution (SAE) uitgevoerd met als doel een kader te ontwikkelen voor een evolutie of migratie van het 3GPP-systeem naar een systeem met hogere datasnelheid, lagere latency en geoptimaliseerde packet-technologieën die meerdere radiotoegangstechnologieën ondersteunen. De nadruk van dit werk lag op het PS-domein met de aanname dat spraakdiensten in dit domein worden ondersteund.
Deze studie resulteerde in Rel-8 3GPP TR 23.882 en werd gevolgd door dienovereenkomstig normatief Rel-8-werk.

Hoewel de term “Evolved UTRA” een geleidelijke verbetering van het bestaande UMTS-systeem van de derde generatie impliceert, werd het uiteindelijk een andere radiotoegangstechnologie:

• terwijl UMTS begon met een focus op circuit-geschakelde data dat vervolgens meer en meer werd verbeterd via gedeelde kanalen en HSPA in de richting van een pakketgeschakeld systeem, is LTE een puur pakket-geschakeld systeem
• terwijl UMTS gebruik maakte van CDMA, LTE maakt gebruik van OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) in de downlink (geëvolueerde NodeB (eNodeB) => User Equipment (UE)) en SC-FDMA (Single Carrier- Frequency Division Multiple Access) in de uplink (UE => eNodeB)
  Note 1: SC-FDMA heeft lagere piek/gemiddelde vermogensverhoudingen (PAPR) dan OFDMA, waaraan de voorkeur werd gegeven voor een gemakkelijker UE-vermogensversterkerontwerp/een hogere efficiëntie (grotere dekking/lager stroomverbruik)
  Noot 2: SC-FDMA wordt ook wel DFT-S-OFDM genoemd wat aangeeft dat het kan worden opgevat als een precoding (door Discrete Fourier transform) plus dezelfde OFDMA die wordt gebruikt in downlink
• terwijl UMTS (ten minste FDD en 3,84Mcps TDD) een kanaalbandbreedte van 5MHz gebruikte, laat LTE 6 verschillende kanaalbandbreedtes toe: 1,4/3/5/10/15/20MHz
• terwijl UMTS een RNC (radio network controler) heeft tussen NodeB en kernnetwerk, zijn de functionaliteiten van deze netwerk entiteit gesplitst tussen eNodeB en kernnetwerk in LTE => geen RNC in LTE => vlakke/simpelere radio architectuur

Niettemin, UMTS/UTRA zowel als LTE/E-UTRA gebruiken een 10ms radio frame, beide hebben FDD en TDD modes en LTE/E-UTRA ondersteunt volledige interoperabiliteit met UMTS/UTRA en GSM/GERAN/EDGE.

LTE-Advanced

Rel-10/Rel-11/Rel-12

Aanvullend spectrum dat op WRC-07 in 2007 is voorgesteld voor IMT-systemen (in de 450 MHz-band, in de UHF-band (698-960 MHz), in de 2,3-2.4 GHz-band, in de C-band (3400-4200 MHz)) en het verzoek van de ITU-R voor de ontwikkeling van een IMT-Advanced radio-interface (circulaire van maart 2008) hebben de aanzet gegeven tot de ontwikkeling van de vierde generatie mobiele communicatiesystemen.

Volgens ITU-R M.1645 (algemene doelstellingen voor IMT-2000) en M.2134 (IMT-Advanced-vereisten) zijn de belangrijkste kenmerken voor IMT-Advanced als volgt samengevat:

• een hoge mate van wereldwijde gemeenschappelijkheid van functionaliteit met behoud van de flexibiliteit om een breed scala van diensten en toepassingen op kostenefficiënte wijze te ondersteunen
• compatibiliteit van diensten binnen IMT en met vaste netwerken
• mogelijkheid tot interworking met andere radiotoegangssystemen
• mobiele diensten van hoge kwaliteit
• gebruikersapparatuur die geschikt is voor wereldwijd gebruik
• gebruikersvriendelijke toepassingen, diensten en apparatuur
• wereldwijd roamingvermogen
• verbeterde piekdatasnelheden ter ondersteuning van geavanceerde diensten en toepassingen (100 Mbit/s voor hoge en 1 Gbit/s voor lage mobiliteit werden vastgesteld als doelstellingen voor onderzoek)

3GPP bevond zich op dat moment in de fase van voltooiing van zijn Rel-8 LTE WI en startte in maart 2008 een vroeg Rel-9 studieonderwerp (FS_RAN_LTEA, RP-091360) om in 3GPP TR 36.913 de vereisten te definiëren voor een mobiel communicatiesysteem genaamd LTE-Advanced onder de volgende voorwaarden:

• LTE-Advanced zal een evolutie zijn van het Release 8 LTE systeem
• Alle vereisten van LTE van 3GPP TR 25.913 zijn ook geldig voor LTE-Advanced
• LTE-Advanced zal voldoen aan de IMT-Advanced-eisen of deze overtreffen binnen het ITU-R-tijdsplan

Note: De termen LTE-Advanced en Advanced E-UTRA zijn synoniem.

3GPP TR 36.913 inzake “Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) (LTE-Advanced)” werd goedgekeurd op RAN # 40 in juni 2008 (nog onder Rel-8).

De volgende figuur uit ITU-R M.1645 illustreert de verschillen tussen IMT-2000 (3e generatie) en IMT-Advanced (4e generatie):

Daarnaast is in maart 2008 een 3GPP TR 36.912 over haalbaarheidsstudie voor “Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)” om bepaalde gebieden te analyseren waarop LTE zou kunnen worden verbeterd, bijv.

• Ondersteuning van grotere bandbreedte: aggregatie van meerdere componentdragers met tot 20MHz bandbreedte,
• Spatiale multiplexing: DL tot 8 lagen, UL tot 4 lagen,
• Gecoördineerde multiple point transmissie en ontvangst: ter verbetering van de dekking van hoge datasnelheden, de cell-edge doorvoer en/of ter verhoging van de systeemdoorvoer
• Relaying functionaliteit: ter verbetering van bijv. de dekking van hoge datasnelheden, groepsmobiliteit, tijdelijke netwerkimplementatie, de cell-edge throughput en/of om dekking te bieden in nieuwe gebieden

om te voldoen aan de IMT-Advanced vereisten en deze te overtreffen.

Deze TR 36.912 werd goedgekeurd in sep.2009 (RAN #45) als Rel-9 TR en verder bijgewerkt op RAN #46 en RAN #47 (maart 2010) waar de SI werd voltooid.

In Release 10 werden afzonderlijke werkitems gestart die verbeteringen van LTE introduceren die werden besproken in het Rel-9 studiepunt voor LTE-Advanced:

• Carrier Aggregation for LTE (LTE_CA): Dec.09 – juni 11; RP-100661
• UL transmissie met meerdere antennes voor LTE (LTE_UL_MIMO): Dec.09 – juni 11; RP-100959
• Enhanced Downlink Multiple Antenna Transmission for LTE (LTE_eDL_MIMO): Dec.09 – maart 11; RP-100196
• Coordinated Multi-Point Operation for LTE: in Rel-10 werd slechts een studie gestart die in Rel-11 werd afgerond en resulteerde in normatief werk in Rel-11 met verdere verbeteringen in Rel-13 en Rel-15
• Relays voor LTE (LTE_Relay): Dec.09 – juni 11; RP-110911
• Latency reduction: WI werd gestopt omdat het niet mogelijk was om dit in Rel-10 af te ronden (het kwam terug een L2 latency reductie in Rel-14 en werd daar afgerond)
• Volgende verbeteringen aan MBMS voor LTE (MBMS_LTE_enh): 10 juni – 11 maart; RP-101244
• LTE Self Optimizing Networks (SON) verbeteringen (SONenh_LTE): 10 maart – 11 juni; RP-101004
• Minimalisatie van drive tests voor E-UTRAN en UTRAN (MDT_UMTSLTE): Dec.09 – juni 11; RP-100360

Note: Er is geen aparte Radio Access Technologie “LTE-Advanced”. Alle verbeteringen van LTE in Rel-10 en daarna zijn geïntegreerd in de LTE-specificaties zoals die in Rel-8 en Rel-9 zijn ontwikkeld.

3GPP heeft bijgedragen aan het IMT-Advanced-project van ITU-R via een vroege voorlopige input van RAN #41 in sep.2008 (RP-080763) en een definitieve bijdrage inclusief zelfevaluatieresultaten van RAN #45 in sep.2009 (RP-090939).

Note: RP-090939 omvat RP-090745 die de kenmerken van LTE-Advanced in een verkort sjabloonformaat verstrekt.

In jan. 2012 heeft de Radiocommunicatie-Assemblee ITU-R Aanbeveling M.2012 “Detailed specifications of the terrestrial radio interfaces of International Mobile Telecommunications-Advanced (IMT-Advanced)” (RP-120005) goedgekeurd en LTE-Advanced bevestigd als IMT-Advanced radio interface technology.

Note 1: Er is slechts één andere IMT-Advanced radio interface technology genaamd “WirelessMAN-Advanced” ontwikkeld door IEEE).

Note 2: Ongeveer elke 2 jaar wordt ITU-R M.2012 bijgewerkt door 3GPP met de nieuwste verbeteringen.

LTE-Advanced Pro

Rel-13 en hoger

Alle verbeteringen van LTE van Rel-13 en hoger (voor zover niet gerelateerd aan 5G) worden uitgevoerd onder het handelsmerk “LTE Advanced Pro”, bijvoorbeeld:

Rel-13 (sep.14-15 dec., ASN.1 bevriezing: 16 maart):

• Narrowband Internet of Things (IOT)
• Verdere LTE Fysieke Layer Verbeteringen voor MTC
• Dubbele Connectiviteit Verbeteringen voor LTE
  Uitbreiding van Dubbele Connectiviteit in E-UTRAN
• Licensed-Assisted Access (LAA) met LTE
• Elevation Beamforming/Full-Dimension (FD) MIMO voor LTE
• Verbeteringen van positiebepaling in de binnenlucht voor UTRA en LTE
• Verdere verbeteringen van minimalisatie van aandrijvingstests voor E-UTRAN
• Verbeteringen van minimalisatie van aandrijvingstests voor E-UTRAN

.UTRAN

• Betere LTE Device to Device Proximity Services
• Multicarrier Load Distribution van UE’s in LTE
• Ondersteuning van single-cell point-to-multipoint transmissie in LTE
• Betere signalering voor inter-eNB Coordinated Multi-Point (CoMP) voor LTE
• RAN-verbeteringen voor uitgebreide DRX in LTE
• LTE-WLAN-integratie op radioniveau en verbetering van de interworking,
  LTE-WLAN Integratie op RAN-niveau ter ondersteuning van verouderd WLAN
• RAN-aspecten van Toepassingsspecifieke congestiebeheersing voor datacommunicatie
• Basisstation (BS) RF-vereisten voor Actief antennesysteem (AAS),
  SON voor op AAS gebaseerde implementaties
• Dedicated Core Networks
• RAN-aspecten van RAN Sharing Enhancements voor LTE
• Afgestraalde eisen voor de verificatie van multi-antenne ontvangstperf. van UE’s
• UE core-vereisten voor uplink 64 QAM
• LTE DL 4 Rx antennepoorten

Rel-14 (dec.15-17 maart, ASN.1 bevriezing: 17 juni):

• Verbeteringen van NB-IoT
• Verder verbeterde MTC voor LTE
• Flexibele eNB-ID en Cell-ID in E-UTRAN
• Verbeterde LAA voor LTE
• Ondersteuning voor V2V-diensten op basis van LTE sidelink, V2X-diensten op basis van LTE
• Verbeteringen op FullDimension (FD) MIMO voor LTE
• Downlink Multiuser Superposition Transmission voor LTE
• SRS (sounding reference signal) switching between LTE component carriers
• Verdere verbeteringen van indoor positionering voor UTRA en LTE
• Uplinkcapaciteitsverbeteringen voor LTE
• eMBMS-verbeteringen voor LTE
• L2-vertragingsreductietechnieken voor LTE
• Verdere mobiliteitsverbeteringen in LTE
• Voice and Video Enhancement voor LTE
• Verbeterde LTE-WLAN Aggregatie (LWA), Verbeterde LTE WLAN Radio Level Integration met IPsec Tunnel (eLWIP)
• Verbeteringen van Dedicated Core (DECOR) Networks voor UMTS en LTE
• LTE Measurement Gap Enhancement
• Eisen voor een nieuwe UE-categorie met enkelvoudige ontvanger op basis van Cat.1 voor LTE
• Prestatieverbeteringen voor hogesnelheidsscenario in LTE
• 4 ontvangers (RX) antennepoorten met Carrier Aggregation voor LTE downlink (DL)
• Multi-Band basisstation testen met drie of meer banden
• Gestraalde perf. vereisten voor de verificatie van multi-antenne ontvangst van UE’s

Rel-15 (maart 17-juni 18, ASN.1 bevriezing: sep.18):

• Versterkte NB-IoT-verbeteringen
• Versterkte MTC voor LTE
• Versterkte LTE-werking in vergunningsvrij spectrum
• V2X fase 2 gebaseerd op LTE
• Versterkte verbeteringen aan gecoördineerde Multi-Point (CoMP) werking voor LTE
• Nauwkeurigheid van positiebepaling voor LTE
• Verbeteringen voor stationaire draadloze link met hoge capaciteit en intro van DL 1024 QAM
• Bluetooth/WLAN-meetverzameling in LTE Minimalisatie van Drive Tests
• Verbetering van de kwaliteit van ervaring-meetverzameling voor streaming diensten in E-UTRAN
• UL-datacompressie in LTE
• Verhoogd aantal datadragers in E-UTRAN
• Verdere videoverbeteringen voor LTE
• Kortere TTI en verwerkingstijd voor LTE, Ultrabetrouwbare communicatie met lage latentie voor LTE
• LTE-connectiviteit met 5G-CN
• Verbeterde LTE-ondersteuning voor luchtvoertuigen
• Verbeterde LTE CA-benutting
• UE-vereisten voor netwerk-gebaseerde CRS-interferentiebeperking voor LTE
• UE vereisten voor LTE DL 8Rx antennepoorten
• Versterkingen van BS RF- en EMC-vereisten voor Active Antenna System

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

• Extra verbeteringen voor NB-IoT
• Extra MTC-verbeteringen voor LTE
• Extra MIMO-efficiëntieverbeteringen voor LTE
• Verder mobiliteitsverbetering in E-UTRAN
• Steun voor NavIC-navigatiesatellietsysteem voor LTE
• Volgende prestatieverbeteringen voor LTE in hogesnelheidsscenario
• LTE-gebaseerde 5G-terrestrische uitzending

En een aantal door LTE & NR aangestuurde werkpunten:

• 5G V2X met NR sidelink
• Multi-RAT Dual-Connectivity en Carrier Aggregation verbeteringen (LTE, NR)
• Optimalisatie van de signalering van radiocapaciteiten van de UE – NR/E-UTRA Aspecten
• Evolutie van de architectuur van eNB(‘s) voor E-UTRAN en NG-RAN
• Invoering van capaciteitenset(s) in multinorm-radiospecificaties

Rel-17 (sinds juni 20):

• Aanvullende verbeteringen voor NB-IoT en LTE-MTC
• Verbeterde LTE Carrier Aggregation combinaties

En een aantal werkitems aangedreven door LTE & NR:

• Verdere Multi-RAT Dual-Connectivity verbeteringen
• Support voor Multi-SIM apparaten voor LTE/NR
• Verbeterde eNB(s) architectuur evolutie voor E-UTRAN en NG-RAN
• Verbetering van dataverzameling voor SON (Self-Organising Networks)/MDT (Minimization of Drive Tests) in NR en EN-DC
• Hoog vermogen UE (vermogensklasse 2) voor EN-DC
• Bandcombinaties voor gelijktijdige werking van NR/LTE Uu-banden/bandcombinaties en één NR/LTE V2X PC5-band
• Volgende bandcombinaties voor Dual Connectivity LTE/NR

LTE-specificaties kunnen worden gevonden onder: 3GPP TS 36.-series specificaties (als het alleen om LTE gaat) of 3GPP TS 37.-series specificaties (als ook andere radiotoegangstechnologieën zoals UMTS of GERAN of NR onder deze specificatie vallen), bijv. fase 2 in 3GPP TS 36.300.

3GPP TS 21.201 geeft een lijst van alle specificaties in verband met de 4e generatie (inclusief kernnetwerk EPC (Evolved Packet Core) en systeemaspecten). De 4G-netwerkarchitectuur wordt beschreven in 3GPP TS 23.003