ETSI - 4G - Long Term Evolution | Padrões LTE

4th Generation (LTE)

Dez 30, 2021

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Long Term Evolution (LTE)

Rel-8/Rel-9

UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) como um sistema de 3ª geração, com as melhorias proporcionadas pelo High Speed Packet Access (HSPA), tanto para downlink como para uplink, continuará a ser altamente competitivo durante vários anos. No entanto, a indústria que desenvolveu as tecnologias 3GPP, lançou em dezembro de 2004 um projeto chamado Long Term Evolution (LTE) para estudar os requisitos para uma nova interface aérea chamada Evolved UTRA (E-UTRA).

Note: Os termos LTE e E-UTRA são sinônimos, porém as especificações de rádio falam mais sobre E-UTRA.

Os resultados deste estudo, ou seja, os requisitos E-UTRA/LTE foram documentados em Rel-7 3GPP TR 25.913:

Aumento significativo das taxas de pico de dados, por exemplo, 100 Mbps no downlink/50 Mbps no uplink
Áreas de bits não aumentadas na borda das células assumindo a localização atual do local
Eficiência de espectro melhorada, por exemplo 2-4 x Rel-6

Latência reduzida
Largura de banda escalável para maior flexibilidade nas alocações de frequência
Despesa de capital e operacional reduzida, incluindo backhaul

Complexidade aceitável do sistema e do terminal, custo e consumo de energia
Apoio ao interfuncionamento com os sistemas 3G existentes e sistemas não específicos de 3GPP
Suporte eficiente dos vários tipos de serviços, especialmente a partir do domínio PS (e.g. Voz sobre IP, Presença)
Optimizado para baixa velocidade móvel mas suportando alta velocidade móvel (até 500 km/h).

Segundo a definição dos requisitos E-UTRA/LTE, o mesmo estudo Rel-7 produziu um 3GPP TR 25.912 “Estudo de viabilidade para o Acesso Rádio Terrestre Universal Evoluído (UTRA) e Rede de Acesso Rádio Terrestre Universal (UTRAN)” para descrever como a parte de rádio do sistema poderia ser projetada. O correspondente trabalho normativo E-UTRA/LTE seguiu então desde setembro de 2006 até março de 2009 nas especificações Rel-8.

Em paralelo à evolução da arquitetura de rádio, foi realizado um Estudo sobre a Evolução da Arquitetura do Sistema 3GPP (SAE) com o objetivo de desenvolver uma estrutura para uma evolução ou migração do sistema 3GPP para um sistema otimizado para pacotes de maior taxa de dados e menor latência que suporte múltiplas tecnologias de acesso via rádio. O foco deste trabalho foi o domínio PS com o pressuposto de que os serviços de voz são suportados neste domínio.
Este estudo resultou no Rel-8 3GPP TR 23.882 e foi seguido pelo correspondente trabalho normativo do Rel-8.

LTE Histórico de padronização

Embora o termo “Evolved UTRA” implique um aprimoramento gradual do sistema UMTS de 3ª geração existente, ele se tornou finalmente uma tecnologia de acesso de rádio diferente:

enquanto que o UMTS começou com um foco em dados comutados por circuito que foi então cada vez mais melhorado através de canais partilhados e HSPA na direcção de um sistema comutado por pacotes, o LTE é um sistema comutado por pacotes puro
enquanto que o UMTS estava a usar CDMA, LTE está usando OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) em downlink (NodeB evoluído (eNodeB) => User Equipment (UE)) e SC-FDMA (Single Carrier- Frequency Division Multiple Access) em uplink (UE => eNodeB)
Nota 1: O SC-FDMA tem rácios de potência pico a médio (PAPR) inferiores ao OFDMA, o que foi preferido para um design de amplificador de potência mais fácil da UE / maior eficiência (maior cobertura / menor consumo de potência)
Nota 2: SC-FDMA também é chamado DFT-S-OFDM o que indica que ele pode ser entendido como uma pré-codificação (pela transformada Discreta de Fourier) mais o mesmo OFDMA que é usado em downlink
enquanto UMTS (pelo menos FDD e 3,84Mcps TDD) usou uma largura de banda de canal de 5MHz, LTE permite 6 larguras de banda de canal diferentes: 1,4/3/5/10/15/20MHz
enquanto o UMTS tem um RNC (radio network controler) entre o NodeB e a rede core, as funcionalidades desta entidade de rede estão divididas entre eNodeB e rede core em LTE => sem RNC em LTE => arquitetura de rádio plana/simpler

Simples, UMTS/UTRA, bem como LTE/E-UTRA usam ambos uma estrutura de rádio de 10ms, ambos têm modos FDD e TDD e LTE/E-UTRA suporta total interoperabilidade com UMTS/UTRA e GSM/GERAN/EDGE.

LTE-Advanced

Rel-10/Rel-11/Rel-12

Espectro adicional proposto para sistemas IMT pela WRC-07 em 2007 (na banda de 450 MHz, na banda UHF (698-960 MHz), em 2,3-2.4 GHz, na banda C (3400-4200 MHz)), bem como o pedido da UIT-R para o desenvolvimento de uma interface rádio IMT-Advanced Radio Interface (Carta Circular de Março de 2008) desencadeou desenvolvimentos da 4ª geração de sistemas de comunicação móvel.

Segundo a UIT-R M.1645 (objectivos globais para além do IMT-2000) e M.2134 (Requisitos IMT-Advanced) as principais características para o IMT-Advanced foram resumidas como se segue:

um elevado grau de funcionalidade comum em todo o mundo, mantendo a flexibilidade para suportar uma vasta gama de serviços e aplicações de uma forma rentável
compatibilidade de serviços dentro de IMT e com redes fixas
capacidade de interfuncionamento com outros sistemas de acesso via rádio
serviços móveis de alta qualidade

equipamento de utilizador adequado para uso mundial
aplicações amigas do utilizador, serviços e equipamentos
capacidade de roaming mundial
tarifas de dados de pico aprimoradas para suportar serviços e aplicações avançadas (100 Mbit/s para alta e 1 Gbit/s para baixa mobilidade foram estabelecidos como metas para pesquisa)

3GPP estava nessa época na fase de completar seu Rel-8 LTE WI e iniciou um item de estudo Rel-9 inicial (FS_RAN_LTEA, RP-091360) em março de 2008 para definir no 3GPP TR 36.913 os requisitos para um sistema de comunicação móvel chamado LTE-Advanced sob as seguintes condições:

LTE-Advanced deve ser uma evolução do sistema LTE Release 8 LTE
Todos os requisitos de LTE do 3GPP TR 25.913 também são válidos para LTE-Advanced
LTE-Advanced deve atender ou exceder os requisitos do IMT-Advanced dentro do plano de tempo ITU-R

Note: Os termos LTE-Advanced e Advanced E-UTRA são sinônimos.

3GPP TR 36.913 em “Requisitos para novos avanços para Acesso Rádio Universal Terrestre Evoluído (E-UTRA) (LTE-Advanced)” foi aprovado na RAN #40 em junho de 2008 (ainda sob Rel-8).

A seguinte figura da ITU-R M.1645 ilustra as diferenças entre IMT-2000 (3ª geração) e IMT-Advanced (4ª geração):

Illustration IMT 2000 capacidades

Além disso, o mesmo estudo começou em março de 2008 um 3GPP TR 36.912 sobre Estudo de Viabilidade para “Outros Avanços para E-UTRA (LTE-Advanced)” a fim de analisar certas áreas nas quais o LTE poderia ser melhorado, por exemplo.

Suporte de maior largura de banda: agregação de portadores de múltiplos componentes com largura de banda de até 20MHz,

Spatial multiplexing: DL até 8 camadas,UL até 4 camadas,
Transmissão e recepção coordenadas de múltiplos pontos: para melhorar a cobertura de altas taxas de dados, a taxa de transferência de células e/ou aumentar a taxa de transferência do sistema,
Funcionalidade de relaying: para melhorar, por exemplo a cobertura de altas taxas de dados, mobilidade de grupo, implantação temporária da rede, a taxa de transferência de dados na fronteira celular e/ou para fornecer cobertura em novas áreas

para cumprir e exceder os requisitos IMT-Advanced.

Esta TR 36.912 foi aprovada em setembro de 2009 (RAN #45) como Rel-9 TR e atualizado em RAN #46 e RAN #47 (março 2010) onde o SI foi concluído.

No Release 10 itens de trabalho individuais foram iniciados introduzindo melhorias de LTE que foram discutidas no item de estudo Rel-9 para LTE-Advanced:

Aggregation for LTE (LTE_CA): Dez.09 – 11 de junho; RP-100661
UL transmissão de antena múltipla para LTE (LTE_UL_MIMO): Dez.09 – 11 de junho; RP-100959
Transmissão Múltipla de Antena Downlink Avançada para LTE (LTE_eDL_MIMO): Dez.09 – 11 de março; RP-100196
Operação Coordenada Multi-Ponto para LTE: apenas um estudo foi iniciado no Rel-10 que foi concluído no Rel-11 e resultou em trabalho normativo no Rel-11 com melhorias adicionais no Rel-13 e Rel-15
Relays para LTE (LTE_Relay): Dez.09 – 11 de junho; RP-110911
Redução de latência: WI foi parado porque não foi possível completar isto em Rel-10 (voltou uma redução de latência L2 em Rel-14 e foi completado lá)
Outras melhorias para MBMS para LTE (MBMS_LTE_enh): 10 de junho – 11 de março; RP-101244
Aprimoramentos para Redes de Auto-Otimização de LTE (SON) (SONenh_LTE): 10 de março – 11 de junho; RP-101004
Minimização de testes de drive para E-UTRAN e UTRAN (MDT_UMTSLTE): Dez.09 – 11 de junho; RP-100360

Nota: Não há tecnologia de acesso de rádio “LTE-Advanced” separada. Todos os aprimoramentos de LTE no Rel-10 e além são integrados nas especificações de LTE como foram desenvolvidos no Rel-8 e Rel-9.

3GPP contribuiu para o projeto IMT-Advanced do ITU-R através de uma entrada preliminar antecipada da RAN #41 em set.2008 (RP-080763) e uma apresentação final incluindo resultados de auto-avaliação da RAN #45 em Set.2009 (RP-090939).

Nota: RP-090939 inclui RP-090745 que fornece as características do LTE-Advanced em um formato de modelo condensado.

Em Jan. 2012, a Assembléia de Radiocomunicação aprovou a Recomendação ITU-R M.2012 “Especificações detalhadas das interfaces de rádio terrestres do IMT-Advanced International Mobile Telecommunications-Advanced” (RP-120005) e confirmado LTE-Advanced como IMT-Advanced radio interface technology.

Note 1: Existe apenas uma outra tecnologia de interface de rádio IMT-Advanced chamada “WirelessMAN-Advanced” desenvolvida pelo IEEE).

Note 2: A cada 2 anos, ITU-R M.2012 é atualizado pelo 3GPP com os últimos aprimoramentos.

LTE-Advanced Pro

Rel-13 e superiores

Todos os melhoramentos do LTE do Rel-13 e superiores (se não estiverem relacionados com 5G) estão a correr sob a marca comercial “LTE Advanced Pro”, por exemplo:

Rel-13 (Sep.14-Dez.15, ASN.1 congelamento: 16 de março):

Internet de Coisas de Banda Larga (IOT)
Outras Melhorias na Camada Física LTE para MTC
Aprimoramentos na Conectividade Dupla para LTE
Extensão da Conectividade Dupla em E-UTRAN
Licença…Acesso Assistido (LAA) usando LTE
Feltragem de Elevação/Fornecimento de Feixe (FD) MIMO para LTE
Aprimoramentos de posicionamento interno para UTRA e LTE
Outros aperfeiçoamentos de Minimização de Testes de Acionamento para E-UTRAN
Serviços de Proximidade de Dispositivos LTE para Dispositivos Melhorados
Distribuição de Carga Multiportadora de UEs em LTE
Suporte de transmissão ponto-a-multiponto de célula única em LTE

Arranqueamento de Sinalização para Inter-eNB Coordinated Multi-Point (CoMP) for LTE
RAN Enhancement for extended DRX in LTE
LTE-WLAN Radio Level Integration and Interworking Enhancement,
LTE-WLAN RAN Level Integration support legacy WLAN
RAN aspects of Application specific Congestion control for Data Communication
Base Station (BS) RF requirements for Active Antenna System (AAS),
SON para implantações baseadas em AAS
Redes de núcleos dedicados
RAN Aspectos de melhorias de compartilhamento de RAN para LTE
Requisitos radiados para a verificação do desempenho de recepção multi-antena. de UEs
Requisitos do núcleoUE para uplink 64 QAM
LTE DL 4 portas de antena Rx

Rel-14 (Dez.15->RAN)17 de março, ASN.1 congelamento: 17 de junho):

Aumentamentos de NB-IoT
Outros MTC melhorados para LTE
Flexível eNB-ID e Cell-ID em E-UTRAN
Aumentado LAA para LTE
Suporte para serviços V2V baseados em LTE sidelink, Serviços V2X baseados em LTE
Enhancements on Full-Dimensão (FD) MIMO para LTE
Downlink Multiuser Superposition Transmission para LTE
SRS (sinal de referência sonoro) comutação entre portadores de componentes LTE
Outras melhorias de posicionamento interno para UTRA e LTE
Aprimoramentos de capacidade de ligação para LTE
Aprimoramentos de MBMS para LTE
Técnicas de redução de latência de LTE
Outras melhorias de mobilidade em LTE
Aprimoramentos de Vídeo e Vídeo para LTE
Aprimoramentos de LTE-Agregação de WLAN (LWA), Melhoria da Integração do Nível de Rádio LTE WLAN com o Túnel IPsec (eLWIP)
Aprimoramentos de Redes de Núcleo Dedicado (DECOR) para UMTS e LTE
Aprimoramento da Lacuna de Medição LTE
Requisitos para uma nova categoria UE com um único receptor baseado em Cat.1 para LTE
Aprimoramentos de desempenho para cenário de alta velocidade em LTE
4 portas de antena receptora (RX) com Agregação de Portadora para downlink LTE (DL)
Testes de Estação Base de Banda Múltipla com três ou mais bandas
Requisitos de desempenho para a verificação de recepção multi-antena de UEs

Rel-15 (17 de março a 18 de junho, ASN.1 congelamento: 18 de setembro):

Outros melhoramentos NB-IoT
Aumento do MTC para LTE
Aumento da operação LTE em espectro não licenciado
V2X fase 2 baseado em LTE
Outros melhoramentos para Multi-Operação Point (CoMP) para LTE
Aumento da Precisão de Posicionamento para LTE
Aumento para link sem fio estacionário de alta capacidade e introdução do DL 1024 QAM

Recolha de medições em LTE Minimização de Testes de Drive

Recolha de medições de qualidade de experiência para serviços de streaming em E-UTRAN
Compressão de dados UTRAN em LTE
Número crescente de portadores de dados E-UTRAN
Outras melhorias de vídeo para LTE
Curtado TTI e tempo de processamento para LTE, Ultra Fiável Comunicação de Baixa Latência para LTE
Conectividade LTE para 5G-CN
Suporte LTE Avançado para Veículos Aéreos
Aumento da utilização da CA LTE
Requisitos de UE para trabalho em rede-redução de interferência CRS baseada em LTE
RequisitosUE para portas de antena LTE DL 8Rx
Enhancements of BS RF and EMC requirements for Active Antenna System

Rel-16 (18 de junho – 20 de junho, ASN.1 congelamento: 20 de junho):

Aprimoramentos adicionais para NB-IoT
Aprimoramentos adicionais do MTC para LTE
Aprimoramentos adicionais da eficiência do MIMODL para LTE
Aprimoramentos adicionais da mobilidade em E-UTRAN
Suporte para o sistema de navegação por satélite NavIC para LTE
Outras melhorias de desempenho para LTE em cenário de alta velocidade
Transmissão terrestre 5G baseada em LTE

E uma série de itens de trabalho conduzidos por LTE & NR:

5G V2X com NR sidelink
Multi-RAT Dual-Connectivity and Carrier Aggregation enhancements (LTE, NR)
Optimizações na sinalização de capacidade de rádio da UE – Aspectos NR/E-UTRA
eNB(s) Evolução da arquitetura para E-UTRAN e NG-RAN
Introdução do(s) conjunto(s) de capacidade para especificações de rádio multi-padrão

Rel-17 (desde 20 de junho):

Aprimoramentos adicionais para NB-IoT e LTE-MTC
Outras combinações de agregação de portadoras LTE