Long Term Evolution (LTE)

Rel-.8/Rel-9

UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) jako system trzeciej generacji, z udoskonaleniami zapewnianymi przez High Speed Packet Access (HSPA), zarówno dla downlink, jak i uplink, pozostanie wysoce konkurencyjny przez kilka lat. Niemniej jednak, przemysł, który opracował technologie 3GPP, uruchomił w grudniu 2004 roku projekt o nazwie Long Term Evolution (LTE) w celu zbadania wymagań dla nowego interfejsu powietrznego o nazwie Evolved UTRA (E-UTRA).

Uwaga: Terminy LTE i E-UTRA są synonimami, jednak specyfikacje radiowe mówią raczej o E-UTRA.

Wyniki tego badania tj. wymagania E-UTRA/LTE zostały udokumentowane w Rel-7 3GPP TR 25.913:

• Wyraźnie zwiększone szczytowe przepływności danych np. 100 Mbps w downlinku/50 Mbps w uplinku
• Zwiększone przepływności na brzegach komórek przy założeniu obecnych lokalizacji
• Poprawiona efektywność widmowa np. 2-4 x Rel-6
• Zmniejszone opóźnienia
• Skalowalna szerokość pasma dla większej elastyczności w przydziałach częstotliwości
• Zmniejszone nakłady kapitałowe i operacyjne, w tym backhaul
• Dopuszczalna złożoność systemu i terminali, kosztów i zużycia energii
• Wsparcie dla współdziałania z istniejącymi systemami 3G i systemami nie określonymi przez 3GPP
• Wydajna obsługa różnych typów usług, szczególnie z domeny PS (np.Voice over IP, Presence)
• Optymalizowany dla niskich prędkości mobilnych, ale wspierający wysokie prędkości mobilne (do 500 km/h).

Po zdefiniowaniu wymagań E-UTRA/LTE, w ramach tego samego badania Rel-7 opracowano 3GPP TR 25.912 „Feasibility study for evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) and Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)” w celu opisania, jak można zaprojektować radiową część systemu. Odpowiednie prace normatywne E-UTRA/LTE trwały od września 2006 r. do marca 2009 r. w specyfikacji Rel-8.

Równolegle do ewolucji architektury radiowej przeprowadzono badania nad ewolucją architektury systemu 3GPP (SAE), których celem było opracowanie ram dla ewolucji lub migracji systemu 3GPP do systemu o wyższej przepływności danych, niższych opóźnieniach, zoptymalizowanego pod kątem pakietów, obsługującego wiele technologii dostępu radiowego. Prace koncentrowały się na domenie PS z założeniem, że usługi głosowe są obsługiwane w tej domenie.
W wyniku tych badań powstał TR 23.882 Rel-8 3GPP, po którym nastąpiły odpowiednie prace normatywne Rel-8.

Chociaż termin „Evolved UTRA” sugeruje stopniowe ulepszanie istniejącego systemu UMTS trzeciej generacji, to ostatecznie stał się on inną technologią dostępu radiowego:

• podczas gdy UMTS zaczynał z naciskiem na dane komutowane obwodowo, które następnie były coraz bardziej ulepszane poprzez kanały współdzielone i HSPA w kierunku systemu komutowanego pakietowo, LTE jest czystym systemem komutowanym pakietowo
• podczas gdy UMTS używał CDMA, LTE używa OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) w downlink (evolved NodeB (eNodeB) => User Equipment (UE)) i SC-FDMA (Single Carrier- Frequency Division Multiple Access) w uplink (UE => eNodeB)
  Uwaga 1: SC-FDMA ma niższy współczynnik PAPR (peak-to-average power ratio) niż OFDMA, co było preferowane ze względu na łatwiejsze projektowanie wzmacniacza mocy UE/wyższą sprawność (zwiększony zasięg/mniejszy pobór mocy)
  Uwaga 2: SC-FDMA jest również nazywany DFT-S-OFDM co wskazuje, że może być rozumiany jako prekodowanie (przez Dyskretną Transformatę Fouriera) plus ten sam OFDMA, który jest używany w downlinku
• Podczas gdy UMTS (przynajmniej FDD i 3,84Mcps TDD) używał szerokości pasma kanału 5MHz, LTE pozwala na 6 różnych szerokości pasma kanału: 1,4/3/5/10/15/20MHz
• podczas gdy UMTS posiada RNC (radio network controler) pomiędzy NodeB a siecią rdzeniową, funkcjonalności tej jednostki sieciowej są rozdzielone pomiędzy eNodeB i sieć rdzeniową w LTE =>brak RNC w LTE =>płaska/prostsza architektura radiowa

Niemniej jednak, UMTS/UTRA jak i LTE/E-UTRA używają zarówno ramki radiowej 10ms, oba mają tryby FDD i TDD, a LTE/E-UTRA wspiera pełną interoperacyjność z UMTS/UTRA i GSM/GERAN/EDGE.

LTE-Advanced

Rel-10/Rel-11/Rel-12

Dodatkowe widmo zaproponowane dla systemów IMT przez WRC-07 w 2007 r. (w paśmie 450 MHz, w paśmie UHF (698-960 MHz), w paśmie 2,3-2.4 GHz, w paśmie C (3400-4200 MHz)), jak również wniosek ITU-R o opracowanie interfejsu radiowego IMT-Advanced (Circular Letter z marca 2008 r.) spowodowały rozwój systemów łączności ruchomej czwartej generacji.

Zgodnie z ITU-R M.1645 (ogólne cele dla poza IMT-2000) i M.2134 (wymagania dla IMT-Advanced) kluczowe cechy IMT-Advanced zostały podsumowane w następujący sposób:

• wysoki stopień wspólności funkcjonalności na całym świecie przy jednoczesnym zachowaniu elastyczności umożliwiającej obsługę szerokiego zakresu usług i aplikacji w sposób efektywny kosztowo
• kompatybilność usług w ramach IMT i z sieciami stacjonarnymi
• możliwość współpracy z innymi radiowymi systemami dostępu
• wysoka jakość usług mobilnych
• sprzęt użytkownika nadający się do użytku na całym świecie
• aplikacje przyjazne dla użytkownika, usługi i urządzenia
• możliwość roamingu na całym świecie
• zwiększone szczytowe szybkości transmisji danych w celu wsparcia zaawansowanych usług i aplikacji (100 Mbit/s dla wysokiej i 1 Gbit/s dla niskiej mobilności zostały ustanowione jako cele badań)

3GPP było w tym czasie w fazie kończenia Rel-8 LTE WI i rozpoczęło wczesne badanie Rel-9 (FS_RAN_LTEA, RP-091360) w marcu 2008 w celu zdefiniowania w 3GPP TR 36.913 wymagania dla systemu komunikacji mobilnej o nazwie LTE-Advanced na następujących warunkach:

• LTE-Advanced będzie ewolucją systemu LTE Release 8
• Wszystkie wymagania LTE z 3GPP TR 25.913 obowiązują również dla LTE-Advanced
• LTE-Advanced spełnia lub przekracza wymagania IMT-Advanced w ramach planu czasowego ITU-R

Uwaga: Terminy LTE-Advanced i Advanced E-UTRA są synonimami.

3GPP TR 36.913 on „Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) (LTE-Advanced)” został zatwierdzony na RAN #40 w czerwcu 2008 (wciąż w Rel-8).

Następujący rysunek z ITU-R M.1645 ilustruje różnice między IMT-2000 (3 generacja) i IMT-Advanced (4 generacja):

W dodatku, to samo studium rozpoczęło w marcu 2008 3GPP TR 36.912 on Feasibility study for „Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)” w celu przeanalizowania pewnych obszarów, w których LTE mogłoby zostać ulepszone, np.

• Obsługa szerszego pasma: agregacja wielu nośnych składowych o szerokości pasma do 20MHz,
• Multipleksacja przestrzenna: DL do 8 warstw, UL do 4 warstw,
• Koordynowane nadawanie i odbiór wielopunktowy: w celu poprawy pokrycia dużych szybkości danych, przepustowości na brzegu komórki i/lub zwiększenia przepustowości systemu
• Funkcjonalność przekazywania: w celu poprawy np. pokrycie dużych szybkości transmisji danych, mobilność grupy, tymczasowe rozmieszczenie sieci, przepustowość brzegu komórki i/lub zapewnienie zasięgu w nowych obszarach

spełnienie i przekroczenie wymagań IMT-Advanced.

Ten TR 36.912 został zatwierdzony we wrześniu 2009 r. (RAN #45) jako Rel-9 TR i dalej aktualizowany na RAN #46 i RAN #47 (marzec 2010), gdzie SI został zakończony.

W Release 10 rozpoczęto poszczególne pozycje robocze wprowadzające ulepszenia LTE, które były omawiane w Rel-9 pozycja studyjna dla LTE-Advanced:

• Carrier Aggregation for LTE (LTE_CA): Dec.09 – June 11; RP-100661
• UL multiple antenna transmission for LTE (LTE_UL_MIMO): Dec.09 – June 11; RP-100959
• Enhanced Downlink Multiple Antenna Transmission for LTE (LTE_eDL_MIMO): Dec.09 – March 11; RP-100196
• Coordinated Multi-Point Operation for LTE: w Rel-10 rozpoczęto tylko studium, które zakończyło się w Rel-11 i zaowocowało pracami normatywnymi w Rel-11 z dalszymi udoskonaleniami w Rel-13 i Rel-15
• Relays for LTE (LTE_Relay): Dec.09 – June 11; RP-110911
• Latency reduction: WI został wstrzymany, gdyż nie udało się tego dokończyć w Rel-10 (powróciła redukcja opóźnień L2 w Rel-14 i tam została dokończona)
• Dalsze ulepszenia MBMS dla LTE (MBMS_LTE_enh): czerwiec 10 – marzec 11; RP-101244
• Ulepszenia sieci samooptymalizujących (SON) LTE (SONenh_LTE): marzec 10 – czerwiec 11; RP-101004
• Minimalizacja testów napędowych dla E-UTRAN i UTRAN (MDT_UMTSLTE): Dec.09 – June 11; RP-100360

Uwaga: Nie ma oddzielnej technologii dostępu radiowego „LTE-Advanced”. Wszystkie ulepszenia LTE w Rel-10 i dalej są zintegrowane ze specyfikacjami LTE, tak jak zostały one opracowane w Rel-8 i Rel-9.

3GPP przyczyniło się do projektu IMT-Advanced ITU-R poprzez wczesny wstępny wkład z RAN #41 we wrześniu 2008 r. (RP-080763) oraz końcowy wkład zawierający wyniki samooceny od RAN #45 we wrześniu 2009 (RP-090939).

Uwaga: RP-090939 zawiera RP-090745, który dostarcza charakterystykę LTE-Advanced w skondensowanym formacie szablonu.

W styczniu 2012, Radiocommunication Assembly zatwierdziło ITU-R Recommendation M.2012 „Detailed specifications of the terrestrial radio interfaces of International Mobile Telecommunications-Advanced (IMT-Advanced)” (RP-120005) i potwierdziło LTE-Advanced jako technologię interfejsu radiowego IMT-Advanced.

Uwaga 1: Istnieje tylko jedna inna technologia interfejsu radiowego IMT-Advanced o nazwie „WirelessMAN-Advanced” opracowana przez IEEE).

Uwaga 2: Mniej więcej co 2 lata, ITU-R M.2012 jest aktualizowany przez 3GPP z najnowszymi ulepszeniami.

LTE-Advanced Pro

Rel-13 i nowsze

Wszystkie ulepszenia LTE z Rel-13 i nowsze (jeśli nie są związane z 5G) są uruchamiane pod znakiem towarowym „LTE Advanced Pro”, na przykład:

Rel-13 (Sep.14-Grudzień.15, ASN.1 freeze: marzec 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) z wykorzystaniem LTE
• Elevation Beamforming/Full-Dimension (FD) MIMO dla LTE
• Ulepszenia pozycjonowania wewnątrz budynków dla UTRA i LTE
• Dalsze ulepszenia minimalizacji testów jazdy dla E-UTRAN
• Wzmocnione usługi zbliżeniowe LTE Device to Device
• Wielokarierowy rozkład obciążenia UE w LTE
• Wsparcie jednokomórkowej transmisji punkt-wielopunkt w LTE
• Wzmocniona sygnalizacja dla skoordynowanych wielopunktowych transmisji międzyeNB Coordinated Multi-Point (CoMP) for LTE
• UsprawnieniaRAN dla rozszerzonego DRX w LTE
• LTE-WLAN Radio Level Integration and Interworking Enhancement,
  LTE-WLAN RAN Level Integration supporting legacy WLAN
• RAN aspects of Application specific Congestion control for Data Communication
• Wymagania RF stacji bazowej (BS) dla Active Antenna System (AAS),
  SON dla wdrożeń opartych na AAS
• Dedykowane sieci rdzeniowe
• RAN Aspekty RAN Sharing Enhancements for LTE
• Wymagania radiowe dla weryfikacji perf. odbioru wieloantenowego. of UEs
• UE core requirements for uplink 64 QAM
• LTE DL 4 Rx antenna ports

Rel-14 (Dec.15-marzec 17, ASN.1 freeze: czerwiec 17):

• Ulepszenia NB-IoT
• Dalej ulepszone MTC dla LTE
• Flexible eNB-ID and Cell-ID in E-UTRAN
• Ulepszone LAA dla LTE
• Wsparcie dla usług V2V opartych na LTE sidelink, Usługi V2X oparte na LTE
• Wzmocnienia w Full-Dimension (FD) MIMO dla LTE
• Downlink Multiuser Superposition Transmission dla LTE
• Przełączanie SRS (dźwiękowy sygnał referencyjny) pomiędzy nośnymi składowymi LTE
• Dalsze ulepszenia pozycjonowania wewnętrznego dla UTRA i LTE
• Usprawnienia dla UTRA i LTE
• Uplink Capacity Enhancements for LTE
• EMBMS enhancements for LTE
• L2 latency reduction techniques for LTE
• Further mobility enhancements in LTE
• Voice and Video Enhancement for LTE
• Enhanced LTE-WLAN Aggregation (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
• Wymagania dla nowej kategorii UE z pojedynczym odbiornikiem w oparciu o Cat.1 dla LTE
• Performance enhancements for high speed scenario in LTE
• 4 porty antenowe odbiornika (RX) z agregacją nośnych dla LTE downlink (DL)
• Testowanie wielopasmowej stacji bazowej z trzema lub więcej pasmami
• Wymagania dotyczące wydajności promieniowania dla weryfikacji odbioru wieloantenowego UE

Rel-15 (marzec 17-czerwiec 18, ASN.1 freeze: wrzesień.18):

• Dalsze ulepszenia NB-IoT
• Dalsze ulepszenia MTC dla LTE
• Ulepszenia do działania LTE w widmie nielicencjonowanym
• V2X phase 2 based on LTE
• Dalsze ulepszenia do Coordinated Multi-Point (CoMP) Operation for LTE
• UE Positioning Accuracy Enhancements for LTE
• Usprawnienia dla stacjonarnego łącza bezprzewodowego o wysokiej przepustowości oraz wprowadzenie DL 1024 QAM
• Gromadzenie pomiarów Bluetooth/WLAN w LTE Minimalizacja testów drive
• Gromadzenie pomiarów jakości doświadczenia dla usług strumieniowych w E-UTRAN
• Kompresja danychUL w LTE
• Zwiększenie liczby nośników danych w E-UTRAN
• Dalsze ulepszenia wideo dla LTE
• Skrócenie TTI i czasu przetwarzania dla LTE, Ultra niezawodna komunikacja o niskiej latencji dla LTE
• Łączność LTE z 5G-CN
• Wzmocnione wsparcie LTE dla pojazdów powietrznych
• Wzmocnienie LTE CA Utilization
• WymaganiaUE dla sieci-
• WymaganiaUE dla sieciowego łagodzenia zakłóceń CRS dla LTE
• WymaganiaUE dla portów antenowych LTE DL 8Rx
• Wymagania BS RF i EMC dla Aktywnego Systemu Antenowego

Rel-16 (18 czerwca – 20 czerwca, ASN.1 zamrożenie: 20 czerwca):

• Dodatkowe usprawnienia dla NB-IoT
• Dodatkowe usprawnienia MTC dla LTE
• Usprawnienia wydajności DL MIMO dla LTE
• Dalsze usprawnienia mobilności w E-UTRAN
• Wsparcie dla NavIC Navigation Satellite System dla LTE
• Dalsze zwiększenie wydajności dla LTE w scenariuszu wysokiej prędkości
• Rozgłaszanie naziemne 5G oparte na LTE

I szereg pozycji roboczych napędzanych przez LTE & NR:

• 5G V2X with NR sidelink
• Multi-RAT Dual-Connectivity and Carrier Aggregation enhancements (LTE, NR)
• Optimisations on UE radio capability signalling – NR/E-UTRA Aspects
• eNB(s) Architecture Evolution for E-UTRAN and NG-RAN
• Introduction of capability set(s) to multi-standard radio specifications

Rel-17 (since June 20):

• Dodatkowe ulepszenia dla NB-IoT i LTE-MTC
• Dalsze kombinacje LTE Carrier Aggregation

I szereg pozycji roboczych napędzanych przez LTE & NR:

• Dalsze ulepszenia Dual-Connectivity Multi-RAT
• Wsparcie dla urządzeń Multi-SIM dla LTE/NR
• Ewolucja architektury eNB(s) dla E-UTRAN i NG-RAN
• Usprawnienie zbierania danych dla SON (Self-Organising Networks)/MDT (Minimization of Drive Tests) w NR i EN-.DC
• Wysoka moc UE (klasa mocy 2) dla EN-DC
• Kombinacje pasm dla jednoczesnego działania pasm NR/LTE Uu/kombinacji pasm i jednego pasma NR/LTE V2X PC5
• Dalsze kombinacje pasm dla Dual Connectivity LTE/NR

Specyfikacje LTE można znaleźć pod: 3GPP TS 36.-series specifications (jeśli dotyczy tylko LTE) lub 3GPP TS 37.-series specifications (jeśli również inne technologie dostępu radiowego, takie jak UMTS lub GERAN lub NR są objęte tą specyfikacją), np. etap 2 w 3GPP TS 36.300.

3GPP TS 21.201 zawiera listę wszystkich specyfikacji związanych z czwartą generacją (w tym sieci rdzeniowej EPC (Evolved Packet Core) i aspektów systemowych). Architektura sieci 4G jest opisana w 3GPP TS 23.003

.