Long Term Evolution (LTE)

Rel.8/Rel-9

UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) ca un sistem de a treia generație, cu îmbunătățirile aduse de High Speed Packet Access (HSPA), atât pentru legătura descendentă, cât și pentru cea ascendentă, va rămâne foarte competitiv timp de mai mulți ani. Cu toate acestea, industria care a dezvoltat tehnologiile 3GPP a lansat în decembrie 2004 un proiect numit Long Term Evolution (LTE) pentru a studia cerințele pentru o nouă interfață aeriană numită Evolved UTRA (E-UTRA).

Nota: Termenii LTE și E-UTRA sunt sinonimi, însă specificațiile radio vorbesc mai degrabă despre E-UTRA.

Rezultatele acestui studiu, adică cerințele E-UTRA/LTE, au fost documentate în Rel-7 3GPP TR 25.913:

• Creșterea semnificativă a vitezelor maxime de transfer de date, de exemplu, 100 Mbps în legătura descendentă/50 Mbps în legătura ascendentă
• Creșterea vitezelor de transfer de date la marginea celulelor, presupunând locațiile actuale ale site-urilor
• Eficiența spectrală îmbunătățită, de exemplu, o eficiență mai mare. 2-4 x Rel-6
• Laritate de latență redusă
• Lățime de bandă scalabilă pentru o mai mare flexibilitate în alocarea frecvențelor
• Cheltuieli de capital și operaționale reduse, inclusiv backhaul
• Complexitate acceptabilă a sistemului și a terminalelor, cost și consum de energie
• Suport pentru interfuncționarea cu sistemele 3G existente și cu sistemele specificate non-3GPP
• Suport eficient al diferitelor tipuri de servicii, în special din domeniul PS (de ex.g. Voice over IP, Presence)
• Optimizat pentru o viteză mobilă redusă, dar suportând o viteză mobilă ridicată (până la 500 km/h).

În urma definirii cerințelor E-UTRA/LTE, același studiu Rel-7 a produs un 3GPP TR 25.912 „Feasibility study for evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) and Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)” (Studiu de fezabilitate pentru accesul radio universal terestru evoluat (UTRA) și rețeaua de acces radio universal terestru (UTRAN)” pentru a descrie modul în care ar putea fi proiectată partea radio a sistemului. Activitatea normativă corespunzătoare E-UTRA/LTE a urmat apoi, din septembrie 2006 până în martie 2009, în specificațiile Rel-8.

În paralel cu evoluția arhitecturii radio, a fost realizat un studiu privind evoluția arhitecturii de sistem 3GPP (SAE), cu obiectivul de a dezvolta un cadru pentru o evoluție sau o migrare a sistemului 3GPP către un sistem cu viteză de date mai mare, latență mai mică, optimizat pentru pachete, care acceptă mai multe tehnologii de acces radio. Lucrările s-au concentrat pe domeniul PS, presupunând că serviciile de voce sunt suportate în acest domeniu.
Acest studiu a avut ca rezultat Rel-8 3GPP TR 23.882 și a fost urmat de lucrări normative Rel-8 corespunzătoare.

Deși termenul „UTRA evoluat” implică o îmbunătățire treptată a sistemului UMTS existent de a treia generație, acesta a devenit în final o tehnologie de acces radio diferită:

• în timp ce UMTS a început cu un accent pe date cu comutare de circuite, care a fost apoi îmbunătățit din ce în ce mai mult prin canale partajate și HSPA în direcția unui sistem cu comutare de pachete, LTE este un sistem pur cu comutare de pachete
• în timp ce UMTS folosea CDMA, LTE utilizează OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) în downlink [evolved NodeB (eNodeB) => User Equipment (UE)] și SC-FDMA (Single Carrier- Frequency Division Multiple Access) în uplink (UE => eNodeB)
  Nota 1: SC-FDMA are rapoarte de putere de vârf la putere medie (PAPR) mai mici decât OFDMA, ceea ce a fost preferat pentru o proiectare mai ușoară a amplificatorului de putere al UE/un randament mai mare (acoperire crescută/consum mai mic de energie)
  Nota 2: SC-FDMA se mai numește și DFT-S-OFDM, ceea ce indică faptul că poate fi înțeles ca o precodificare (prin transformată discretă Fourier) plus același OFDMA care este utilizat în legătura descendentă
• în timp ce UMTS (cel puțin FDD și 3,84Mcps TDD) a utilizat o lățime de bandă a canalului de 5MHz, LTE permite 6 lățimi de bandă diferite ale canalului: 1,4/3/3/5/5/10/15/20MHz
• în timp ce UMTS are un RNC (radio network controler) între NodeB și rețeaua centrală, funcționalitățile acestei entități de rețea sunt împărțite între eNodeB și rețeaua centrală în LTE => nu există RNC în LTE => arhitectură radio plată/simplă

Cu toate acestea, UMTS/UTRA, precum și LTE/E-UTRA utilizează atât o ramă radio de 10 ms, ambele au moduri FDD și TDD, iar LTE/E-UTRA acceptă interoperabilitatea deplină cu UMTS/UTRA și GSM/GERAN/EDGE.

LTE-Advanced

Rel-10/Rel-11/Rel-12

Spectrul suplimentar propus pentru sistemele IMT de către WRC-07 în 2007 (în banda de 450 MHz, în banda UHF (698-960 MHz), în 2.3-2.4 GHz, în banda C (3400-4200 MHz)), precum și solicitarea UIT-R pentru dezvoltarea unei interfețe radio IMT-Advanced (Scrisoarea circulară din martie 2008) au declanșat dezvoltări ale celei de-a patra generații de sisteme de comunicații mobile.

Potrivit ITU-R M.1645 (obiective generale pentru dincolo de IMT-2000) și M.2134 (cerințele IMT-Advanced), caracteristicile cheie pentru IMT-Advanced au fost rezumate după cum urmează:

• un grad ridicat de funcționalitate comună la nivel mondial, păstrând în același timp flexibilitatea de a susține o gamă largă de servicii și aplicații într-un mod eficient din punct de vedere al costurilor
• compatibilitatea serviciilor în cadrul IMT și cu rețelele fixe
• capacitatea de interfuncționare cu alte sisteme de acces radio
• servicii mobile de înaltă calitate
• echipamente de utilizator adecvate pentru utilizare la nivel mondial
• aplicații ușor de utilizat, servicii și echipamente
• capacitate de roaming la nivel mondial
• ratele de vârf de date îmbunătățite pentru a sprijini serviciile și aplicațiile avansate (100 Mbit/s pentru mobilitate ridicată și 1 Gbit/s pentru mobilitate redusă au fost stabilite ca obiective de cercetare)

3GPP se afla la acel moment în faza de finalizare a Rel-8 LTE WI și a început un element de studiu timpuriu Rel-9 (FS_RAN_LTEA, RP-091360) în martie 2008 pentru a defini în 3GPP TR 36.913 cerințele pentru un sistem de comunicații mobile denumit LTE-Advanced în următoarele condiții:

• LTE-Advanced trebuie să fie o evoluție a sistemului LTE Release 8
• Toate cerințele LTE din 3GPP TR 25.913 sunt valabile și pentru LTE-Advanced
• LTE-Advanced trebuie să îndeplinească sau să depășească cerințele IMT-Advanced în cadrul planului de timp ITU-R

Nota: Termenii LTE-Advanced și Advanced E-UTRA sunt sinonimi.

3GPP TR 36.913 privind „Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) (LTE-Advanced)” a fost aprobat la RAN #40 în iunie 2008 (încă în Rel-8).

Următoarea figură din ITU-R M.1645 ilustrează diferențele dintre IMT-2000 (a 3-a generație) și IMT-Advanced (a 4-a generație):

În plus, același studiu a demarat în martie 2008 un TR 36 al 3GPP.912 privind studiul de fezabilitate pentru „Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)” pentru a analiza anumite domenii în care LTE ar putea fi îmbunătățit, de exemplu:

• Susținerea unei lățimi de bandă mai mari: agregarea mai multor purtătoare componente cu o lățime de bandă de până la 20 MHz,
• Multiplexare spațială: DL până la 8 straturi, UL până la 4 straturi,
• Transmisie și recepție coordonată în puncte multiple: pentru a îmbunătăți acoperirea vitezelor mari de transfer de date, debitul la marginea celulei și/sau pentru a crește debitul sistemului
• Funcționalitate de retransmitere: pentru a îmbunătăți de ex. acoperirea vitezelor mari de transfer de date, mobilitatea grupurilor, desfășurarea temporară a rețelei, debitul la marginea celulei și/sau pentru a oferi acoperire în zone noi

pentru a îndeplini și depăși cerințele IMT-Advanced.

Acest TR 36.912 a fost aprobat în sept.2009 (RAN #45) ca TR Rel-9 și actualizat în continuare la RAN #46 și RAN #47 (martie 2010), unde SI a fost finalizat.

În versiunea 10 au fost demarate elemente de lucru individuale care introduc îmbunătățiri ale LTE care au fost discutate în elementul de studiu Rel-9 pentru LTE-Advanced:

• Carrier Aggregation for LTE (LTE_CA): Dec.09 – iunie 11; RP-100661
• Transmisie cu antene multiple pentru LTE (LTE_UL_MIMO): Dec.09 – iunie 11; RP-100959
• Transmisie îmbunătățită cu antene multiple pe legătura descendentă pentru LTE (LTE_eDL_MIMO): Dec.09 – martie 11; RP-100196
• Coordinated Multi-Point Operation for LTE: în Rel-10 a fost demarat doar un studiu care s-a finalizat în Rel-11 și a dus la lucrări normative în Rel-11 cu îmbunătățiri suplimentare în Rel-13 și Rel-15
• Relais pentru LTE (LTE_Relay): Dec.09 – iunie 11; RP-110911
• Reducerea latenței: WI a fost oprit deoarece nu a fost posibil să se finalizeze acest lucru în Rel-10 (a revenit o reducere a latenței L2 în Rel-14 și a fost finalizată acolo)
• Ambunătățiri suplimentare la MBMS pentru LTE (MBMS_LTE_enh): iunie 10 – martie 11; RP-101244
• Ambunătățiri pentru rețelele de auto-optimizare (SON) LTE (SONenh_LTE): martie 10 – iunie 11; RP-101004
• Minimizarea testelor de conducere pentru E-UTRAN și UTRAN (MDT_UMTSLTE): Dec.09 – iunie 11; RP-100360

Nota: Nu există o tehnologie de acces radio separată „LTE-Advanced”. Toate îmbunătățirile aduse LTE în Rel-10 și ulterior sunt integrate în specificațiile LTE, așa cum au fost dezvoltate în Rel-8 și Rel-9.

3GPP a contribuit la proiectul IMT-Advanced al ITU-R prin intermediul unei contribuții preliminare timpurii din RAN #41 în sept.2008 (RP-080763) și o prezentare finală care include rezultatele autoevaluării de la RAN #45 în sept.2009 (RP-090939).

Nota: RP-090939 include RP-090745 care oferă caracteristicile LTE-Advanced într-un format de șablon condensat.

În ian. 2012, Adunarea Radiocomunicațiilor a aprobat Recomandarea UIT-R M.2012 „Specificații detaliate ale interfețelor radio terestre ale telecomunicațiilor mobile internaționale avansate (IMT-Advanced)” (RP-120005) și a confirmat LTE-Advanced ca tehnologie de interfață radio IMT-Advanced.

Nota 1: Mai există doar o singură altă tehnologie de interfață radio IMT-Advanced numită „WirelessMAN-Advanced” dezvoltată de IEEE).

Nota 2: Aproximativ la fiecare 2 ani, ITU-R M.2012 este actualizat de 3GPP cu cele mai recente îmbunătățiri.

LTE-Advanced Pro

Rel-13 și mai sus

Toate îmbunătățirile LTE din Rel-13 și mai departe (dacă nu sunt legate de 5G) rulează sub marca comercială „LTE Advanced Pro”, de exemplu:

Rel-13 (Sep.14-Dec.15, ASN.1 freeze: 16 martie):

• Internetul lucrurilor (IOT) în bandă îngustă
• Ambunătățiri suplimentare ale stratului fizic LTE pentru MTC
• Ambunătățiri ale conectivității duale pentru LTE
  Extensiunea conectivității duale în E-UTRAN
• Licențiat-.Assisted Access (LAA) utilizând LTE
• Elevation Beamforming/Full-Dimension (FD) MIMO pentru LTE
• Ambunătățiri ale poziționării în interior pentru UTRA și LTE
• Ambunătățiri suplimentare ale minimizării testelor de antrenare pentru E-UTRAN
• Servicii LTE îmbunătățite de proximitate de la dispozitiv la dispozitiv
• Distribuție multipurtătoare a încărcăturii UE în LTE
• Susținerea transmisiunii punct la multipunct cu o singură celulă în LTE
• Semnalare îmbunătățită pentru inter-eNB Coordonated Multi-Point (CoMP) pentru LTE
• Îmbunătățiri RNAN pentru DRX extins în LTE
• Integrarea la nivel radio LTE-WLAN și îmbunătățirea interfuncționării,
  LTE-WLAN RAN Level Integration supporting legacy WLAN
• Aspecte RAN de control al congestiei specifice aplicației pentru comunicații de date
• Cerințe RF ale stației de bază (BS) pentru sistemul de antene active (AAS),
  SON pentru implementări bazate pe AAS
• Rețele de bază dedicate
• Aspecte RAN ale îmbunătățirii partajării RAN pentru LTE
• Cerințe RF pentru verificarea perf. de recepție multi-antena. a UE-urilor
• Cerințe de bază UE pentru legătura ascendentă 64 QAM
• LTE DL 4 porturi de antenă Rx

Rel-14 (Dec.15-)17 martie, ASN.1 freeze: iunie 17):

• Ambunătățiri ale NB-IoT
• MTC îmbunătățit în continuare pentru LTE
• Flexibil eNB-ID și Cell-ID în E-UTRAN
• LAA îmbunătățit pentru LTE
• Suport pentru servicii V2V bazate pe legătura laterală LTE, servicii V2X bazate pe LTE
• Îmbunătățiri pe LTE pe Full-.Dimensiune (FD) MIMO pentru LTE
• Downlink Multiuser Superposition Transmission pentru LTE
• Comutarea SRS (semnal de referință de sondare) între purtătoarele componente LTE
• Majorări suplimentare ale poziționării în interior pentru UTRA și LTE
• .
• Ambunătățiri ale capacității de legătură ascendentă pentru LTE
• Ambunătățiri eMBMS pentru LTE
• Tehnici de reducere a latenței L2 pentru LTE
• Ambunătățiri suplimentare ale mobilității în LTE
• Ambunătățiri vocale și video pentru LTE
• Ambunătățiri LTE-Agregarea WLAN (LWA), Îmbunătățirea integrării la nivel radio LTE WLAN cu tunel IPsec (eLWIP)
• Îmbunătățiri ale rețelelor de bază dedicate (DECOR) pentru UMTS și LTE
• Îmbunătățirea decalajului de măsurare LTE
• Cerințe pentru o nouă categorie de UE cu un singur receptor bazat pe Cat.1 pentru LTE
• Ambunătățiri ale performanțelor pentru scenariul de mare viteză în LTE
• 4 porturi de antenă receptoare (RX) cu Agregarea purtătoarelor pentru LTE downlink (DL)
• Testarea stațiilor de bază multibandă cu trei sau mai multe benzi
• Exigențe de perf. radiată pentru verificarea recepției multi-antena a UE-urilor

Rel-15 (17 martie-18 iunie, ASN.1 înghețare: sept.18):

• Îmbunătățiri suplimentare ale NB-IoT
• Îmbunătățiri suplimentare ale MTC pentru LTE
• Îmbunătățiri ale funcționării LTE în spectrul nelicențiat
• V2X faza 2 bazată pe LTE
• Îmbunătățiri suplimentare ale MTC coordonate multi-Point (CoMP) pentru funcționarea LTE
• Îmbunătățiri ale acurateței poziționării UE pentru LTE
• Îmbunătățiri pentru legătura wireless staționară de mare capacitate și introducerea DL 1024 QAM
• Colectarea măsurătorilor Bluetooth/WLAN în LTE Minimizarea testelor de conducere
• Colectarea măsurătorilor de calitate a experienței pentru serviciile de streaming în E-UTRAN
• Comprimarea datelor UL în LTE
• Creșterea numărului de purtători de date E-UTRAN
• Mai multe îmbunătățiri video pentru LTE
• Curtarea TTI și a timpului de procesare pentru LTE, Comunicații ultrafiabile cu latență redusă pentru LTE
• Conectivitate LTE la 5G-CN
• Suport LTE îmbunătățit pentru vehiculele aeriene
• Îmbunătățirea utilizării LTE CA
• Exigențe UTE pentru rețelelebazate pe rețea pentru atenuarea interferențelor CRS pentru LTE
• Cerințe UE pentru porturile de antenă LTE DL 8Rx
• Îmbunătățirea cerințelor BS RF și EMC pentru sistemul de antene active

Rel-16 (18 iunie – 20 iunie, ASN.1 îngheț: 20 iunie):

• Ambunătățiri suplimentare pentru NB-IoT
• Ambunătățiri MTC suplimentare pentru LTE
• Ambunătățiri ale eficienței MIMODL pentru LTE
• Ambunătățiri suplimentare ale mobilității în E-UTRAN
• Sprijin pentru sistemul de navigație prin satelit NavIC pentru LTE
• Îmbunătățirea suplimentară a performanțelor pentru LTE în scenariul de mare viteză
• Transmisie terestră 5G bazată pe LTE

Și o serie de elemente de lucru determinate de LTE & NR:

• 5G V2X cu legătura laterală NR
• Multi-RAT Dual-Connectivity and Carrier Aggregation enhancements (LTE, NR)
• Optimizări privind semnalizarea capacităților radio ale UE – Aspecte NR/E-UTRA
• Evoluția arhitecturii eNB(s) pentru E-UTRAN și NG-RAN
• Introducerea setului (seturilor) de capacități în specificațiile radio multistandard

Rel-17 (din 20 iunie):

• Ambunătățiri suplimentare pentru NB-IoT și LTE-MTC
• Combinații suplimentare de agregare a purtătoarelor LTE

Și o serie de elemente de lucru determinate de LTE & NR:

• Mai multe îmbunătățiri ale conectivității duale Multi-RAT
• Susținerea dispozitivelor Multi-SIM pentru LTE/NR
• Evoluție îmbunătățită a arhitecturii eNB(s) pentru E-UTRAN și NG-RAN
• Îmbunătățirea colectării de date pentru SON (Self-Organising Networks)/MDT (Minimization of Drive Tests) în NR și EN-.DC
• Un UE de mare putere (clasa de putere 2) pentru EN-DC
• Combinații de benzi pentru operarea concomitentă a benzilor/combinațiilor de benzi Uu NR/LTE și a unei benzi NR/LTE V2X PC5
• Combinații de benzi suplimentare pentru specificațiile Dual Connectivity LTE/NR

LTE pot fi găsite la: Specificațiile 3GPP TS 36.-series (în cazul în care numai LTE este afectată) sau specificațiile 3GPP TS 37.-series (în cazul în care și alte tehnologii de acces radio, cum ar fi UMTS sau GERAN sau NR, sunt acoperite de această specificație), de exemplu, etapa 2 din 3GPP TS 36.300.

3GPP TS 21.201 oferă o listă a tuturor specificațiilor legate de a patra generație (inclusiv rețeaua de bază EPC (Evolved Packet Core) și aspecte de sistem). Arhitectura rețelei 4G este descrisă în 3GPP TS 23.003

.