Long Term Evolution (LTE)

Relaterad-8/Rel-9

UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) som ett tredje generationens system, med de förbättringar som erbjuds genom High Speed Packet Access (HSPA), både för nedlänkning och upplänkning, kommer att förbli mycket konkurrenskraftigt under flera år. Den bransch som har utvecklat 3GPP-tekniken inledde dock i december 2004 ett projekt kallat Long Term Evolution (LTE) för att studera kraven på ett nytt luftgränssnitt kallat Evolved UTRA (E-UTRA).

Notera: Termerna LTE och E-UTRA är synonyma, men i radiospecifikationerna talas det snarare om E-UTRA.

Resultaten av denna studie, dvs. E-UTRA/LTE-kraven, dokumenterades i Rel-7 3GPP TR 25.913:

• Signifikant ökade toppdatahastigheter, t.ex. 100 Mbit/s i nedlänken/50 Mbit/s i uppåtgående länk
• Ökade bithastigheter vid cellens utkant, om man utgår från de nuvarande platserna
• Förbättrad sporteffektivitet, t.ex. 2-4 x Rel-6
• Reducerad latenstid
• Skalerbar bandbredd för större flexibilitet i frekvensallokeringarna
• Reducerade kapital- och driftskostnader, inklusive backhaul
• Acceptabel system- och terminalkomplexitet, kostnad och energiförbrukning
• Stöd för samverkan med befintliga 3G-system och icke-3GPP-specificerade system
• Effektivt stöd för de olika typerna av tjänster, särskilt från PS-domänen (t.ex.t.ex. Voice over IP, Presence)
• Optimerat för låg mobilhastighet men med stöd för hög mobilhastighet (upp till 500 km/h)

Efter definitionen av E-UTRA/LTE-kraven producerade samma Rel-7-studie en 3GPP TR 25.912 ”Feasibility study for evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) and Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)” för att beskriva hur radiodelen av systemet kan utformas. Motsvarande normativa E-UTRA/LTE-arbete följde sedan från september 2006 till mars 2009 i Rel-8-specifikationer.

Parallellt med utvecklingen av radioarkitekturen genomfördes en studie om utvecklingen av 3GPP:s systemarkitektur (SAE) i syfte att utveckla ett ramverk för en utveckling eller migrering av 3GPP-systemet till ett system som är optimerat för högre dataflöde, lägre latenstid och optimerat för paket, och som har stöd för flera olika tekniker för radioåtkomst. Arbetet inriktades på PS-domänen med antagandet att rösttjänster stöds inom denna domän.
Denna studie resulterade i Rel-8 3GPP TR 23.882 och följdes av motsvarande normativt Rel-8-arbete.

Till trots att termen ”Evolved UTRA” antyder en gradvis förbättring av det befintliga UMTS-systemet av tredje generationen, blev det till slut en annan teknik för radioaccess:

• Medan UMTS startade med fokus på kretskopplade data som sedan mer och mer förbättrades via delade kanaler och HSPA i riktning mot ett paketförmedlat system, är LTE ett rent paketförmedlat system
• medan UMTS använde CDMA, LTE använder OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) i nedlänken (evolved NodeB (eNodeB) => User Equipment (UE)) och SC-FDMA (Single Carrier- Frequency Division Multiple Access) i upplänken (UE => eNodeB)
  Note 1: SC-FDMA har lägre topp-till-genomsnittseffektförhållande (PAPR) än OFDMA, vilket föredrogs för att underlätta utformningen av UE:s effektförstärkare/en högre effektivitet (ökad täckning/lägre energiförbrukning)
  Anm. 2: SC-FDMA har lägre topp-till-genomsnittseffektförhållande (PAPR) än OFDMA: SC-FDMA kallas också DFT-S-OFDM, vilket innebär att det kan förstås som en förkodning (genom diskret Fouriertransform) plus samma OFDMA som används i nedlänken
• Medan UMTS (åtminstone FDD och 3,84Mcps TDD) använde en kanalbandbredd på 5 MHz, tillåter LTE 6 olika kanalbandbredder: 1,4/3/5/5/10/10/15/20MHz
• Medan UMTS har en RNC (radio network controler) mellan NodeB och kärnnätet, är funktionaliteten hos denna nätverksenhet uppdelad mellan eNodeB och kärnnätet i LTE => ingen RNC i LTE => platt/enklare radioarkitektur

Nåväl, UMTS/UTRA och LTE/E-UTRA använder båda en radioram på 10 ms, båda har FDD- och TDD-lägen och LTE/E-UTRA stöder fullständig driftskompatibilitet med UMTS/UTRA och GSM/GERAN/EDGE.

LTE-Advanced

Rel-10/Rel-11/Rel-12

Tillkommande spektrum som föreslogs för IMT-systemen av WRC-07 2007 (i 450 MHz-bandet, i UHF-bandet (698-960 MHz), i 2.3-2.4 GHz-bandet, i C-bandet (3400-4200 MHz)) samt ITU-R:s begäran om utveckling av ett IMT-Advanced radiogränssnitt (cirkulärbrev från mars 2008) utlöste utvecklingen av den fjärde generationens mobilkommunikationssystem.

Enligt ITU-R M.1645 (övergripande mål för tiden efter IMT-2000) och M.2134 (krav för IMT-Advanced) sammanfattas de viktigaste egenskaperna för IMT-Advanced enligt följande:

• en hög grad av gemensam funktionalitet över hela världen samtidigt som man behåller flexibiliteten att stödja ett brett utbud av tjänster och tillämpningar på ett kostnadseffektivt sätt
• kompatibilitet mellan tjänster inom IMT och med fasta nät
• möjlighet till samverkan med andra system för radiotillträde
• mobila tjänster av hög kvalitet
• användarutrustning som lämpar sig för användning över hela världen
• användarvänliga tillämpningar, tjänster och utrustning
• världsövergripande roamingförmåga
• förbättrade toppdatahastigheter för att stödja avancerade tjänster och tillämpningar (100 Mbit/s för hög och 1 Gbit/s för låg mobilitet fastställdes som mål för forskningen)

3GPP befann sig vid den tidpunkten i fasen för att slutföra sin Rel-8 LTE WI och startade en tidig Rel-9-studiepunkt (FS_RAN_LTEA, RP-091360) i mars 2008 för att definiera den i 3GPP TR 36.913 kraven för ett mobilkommunikationssystem kallat LTE-Advanced enligt följande villkor:

• LTE-Advanced ska vara en utveckling av Release 8 LTE-systemet
• Alla krav på LTE i 3GPP TR 25.913 gäller även för LTE-Advanced
• LTE-Advanced ska uppfylla eller överträffa IMT-Advanced-kraven inom ITU-R:s tidsplan

Anmärkning: Termerna LTE-Advanced och Advanced E-UTRA är synonyma.

3GPP TR 36.913 on ”Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) (LTE-Advanced)” godkändes vid RAN #40 i juni 2008 (fortfarande under Rel-8).

Följande figur från ITU-R M.1645 illustrerar skillnaderna mellan IMT-2000 (tredje generationen) och IMT-Advanced (fjärde generationen):

I mars 2008 inledde samma undersökning dessutom en 3GPP TR 36.912 on Feasibility study for ”Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)” för att analysera vissa områden där LTE kan förbättras, t.ex.

• Stöd för större bandbredd: aggregering av flera komponentbärare med upp till 20 MHz bandbredd,
• Spatial multiplexing: DL upp till 8 lager, UL upp till 4 lager,
• Koordinerad sändning och mottagning i flera punkter: för att förbättra täckningen av höga datahastigheter, genomströmningen i cellkanten och/eller för att öka systemets genomströmning
• Funktionalitet för vidarebefordran: för att förbättra t.ex. täckning av höga datahastigheter, gruppmobilitet, tillfällig utbyggnad av nät, genomströmning i cellkanten och/eller för att ge täckning i nya områden

för att uppfylla och överträffa kraven för IMT-Advanced.

Denna TR 36.912 godkändes i september 2009. (RAN #45) som TR Rel-9 och uppdaterades ytterligare vid RAN #46 och RAN #47 (mars 2010) där SI färdigställdes.

I Release 10 påbörjades enskilda arbetsmoment för att införa förbättringar av LTE som diskuterades i Rel-9-studiemomentet för LTE-Advanced:

• Carrier Aggregation for LTE (LTE_CA): RP-100661
• UL multipelantennöverföring för LTE (LTE_UL_MIMO): RP-100959
• Förbättrad flerantennöverföring i nedlänken för LTE (LTE_eDL_MIMO): RP-100196
• Coordinated Multi-Point Operation for LTE: endast en studie påbörjades i Rel-10 som avslutades i Rel-11 och resulterade i normativt arbete i Rel-11 med ytterligare förbättringar i Rel-13 och Rel-15
• Relays för LTE (LTE_Relay): Dec.09 – June 11; RP-110911
• Latency reduction: WI stoppades eftersom det inte var möjligt att slutföra detta i Rel-10 (det återkom en L2 latensreduktion i Rel-14 och slutfördes där)
• Förbättringar av MBMS för LTE (MBMS_LTE_enh): Juni 10 – mars 11; RP-101244
• Förbättringar för LTE Self Optimizing Networks (SON) (SONenh_LTE): RP-101004
• Minimering av körtester för E-UTRAN och UTRAN (MDT_UMTSLTE): RP-100360

Notera: Det finns ingen separat radioaccessteknik ”LTE-Advanced”. Alla förbättringar av LTE i Rel-10 och därefter integreras i LTE-specifikationerna såsom de utvecklades i Rel-8 och Rel-9.

3GPP bidrog till IMT-Advanced-projektet inom ITU-R genom ett tidigt preliminärt bidrag från RAN #41 i september 2008. (RP-080763) och en slutlig inlämning inklusive självutvärderingsresultat från RAN #45 i september 2009 (RP-090939).

Notera: RP-090939 inkluderar RP-090745 som ger egenskaperna hos LTE-Advanced i ett komprimerat format.

I januari 2012 godkände radiokommunikationsförsamlingen ITU-R:s rekommendation M.2012. ”Detailed specifications of the terrestrial radio interfaces of International Mobile Telecommunications-Advanced (IMT-Advanced)” (RP-120005) och bekräftade LTE-Advanced som IMT-Advanced radiogränssnittsteknik.

Anm. 1: Det finns endast en annan IMT-Advanced radiogränssnittsteknik som heter WirelessMAN-Advanced och som har utvecklats av IEEE).

Anm. 2: Ungefär vartannat år uppdateras ITU-R M.2012. uppdateras av 3GPP med de senaste förbättringarna.

LTE-Advanced Pro

Rel-13 och högre

Alla förbättringar av LTE i Rel-13 och högre (om de inte är relaterade till 5G) körs under varumärket ”LTE Advanced Pro”, till exempel:

Rel-13 (sep.14-dec.15, ASN.1 frysning: 16 mars):

• Småbandigt sakernas Internet (IOT)
• Fortsatta förbättringar av LTE:s fysiska lager för MTC
• Förbättringar av dubbla anslutningar för LTE
  Utvidgning av dubbla anslutningar i E-UTRAN
• Licensierad-Assisted Access (LAA) med LTE
• Elevation Beamforming/Full-Dimension (FD) MIMO för LTE
• Förbättringar av inomhuspositionering för UTRA och LTE
• Fortsatta förbättringar av minimering av körtester för E-UTRAN
• .UTRAN
• Förbättrade LTE-tjänster för närhet mellan enheter
• Multicarrier-lastfördelning av UEs i LTE
• Stöd för punkt-till-multipunkt-överföring från en enda cell i LTE
• Förbättrad signalering för Inter-eNB Coordinated Multi-Point (CoMP) för LTE
• RAN-förbättringar för utökad DRX i LTE
• LTE-WLAN Radio Level Integration and Interworking Enhancement,
  LTE-WLAN RAN-nivåintegration med stöd för äldre WLAN
• RAN-aspekter av tillämpningsspecifik kongresskontroll för datakommunikation
• Basstationens (BS) RF-krav för aktiva antennsystem (AAS),
  SON för AAS-baserade installationer
• Dedikerade kärnnät
• RAN-aspekter av RAN Sharing Enhancements for LTE
• Radiated requirements for the verification of multi-antenna reception perf. av UEs
• UE kärnkrav för uplink 64 QAM
• LTE DL 4 Rx-antennportar

Rel-14 (dec.15-)17 mars, ASN.1 frysning: juni 17):

• Förbättringar av NB-IoT
• Förbättrad MTC för LTE
• Flexibelt eNB-ID och Cell-ID i E-UTRAN
• Förbättrad LAA för LTE
• Stöd för V2V-tjänster baserade på LTE sidolänk, LTE-baserade V2X-tjänster
• Förbättringar av Full-Dimension (FD) MIMO för LTE
• Downlink Multiuser Superposition Transmission för LTE
• SRS (sounding reference signal) switching between LTE component carriers
• Förbättringar av inomhuspositionering för UTRA och LTE
• Förbättringar av uplinkkapaciteten för LTE
• EMBMS-förbättringar för LTE
• Tekniker för att minska LTE:s latenstid i L2 för LTE
• Fortsatta mobilitetsförbättringar i LTE
• Tal- och videoförbättringar för LTE
• Förbättrade LTE-WLAN-aggregation (LWA), Förbättrad integration på radionivå för LTE WLAN med IPsec-tunnel (eLWIP)
• Förbättringar av dedikerade kärnnät (DECOR) för UMTS och LTE
• Förbättring av LTE:s mätgap
• Krav för en ny UE-kategori med en enda mottagare som bygger på Cat.1 för LTE
• Prestationsförbättringar för höghastighetsscenario i LTE
• 4 mottagarantennportar (RX) med Carrier Aggregation för LTE-downlink (DL)
• Multibandsbasstationsmätning med tre eller fler band
• Krav på utstrålad perf. för verifiering av multiantennmottagning av UEs

Rel-15 (17 mars-18 juni, ASN.1). frysning: sep.18):

• Förbättringar av NB-IoT
• Även ytterligare förbättrad MTC för LTE
• Förbättringar av LTE-drift i olicensierat spektrum
• V2X fas 2 baserad på LTE
• Förbättringar av Coordinated Multi-Point (CoMP) drift för LTE
• Förbättringar av noggrannheten vid positionering avUE för LTE
• Förbättringar för stationär trådlös länk med hög kapacitet och introduktion av DL 1024 QAM
• Mätinsamling av Bluetooth/WLAN-mätningar i LTE Minimering av körtester
• Mätinsamling av mätningar av upplevelsens kvalitet för streamingtjänster i E-UTRAN
• UL-datakomprimering i LTE
• Ökat antal E-UTRAN-databärare
• Fortsatta videoförbättringar för LTE
• Förkortad TTI och bearbetningstid för LTE, Ultratillförlitlig kommunikation med låg latenstid för LTE
• LTE-anslutning till 5G-CN
• Förbättrat LTE-stöd för luftfarkoster
• Förbättrat LTE CA-utnyttjande
• UE-krav för nätverk-baserad CRS-störningsreducering för LTE
• UE-krav för LTE DL 8Rx-antennportar
• Förbättringar av BS RF- och EMC-krav för aktiva antennsystem

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

• Övriga förbättringar för NB-IoT
• Övriga MTC-förbättringar för LTE
• DDL MIMO-effektivitetsförbättringar för LTE
• Även ytterligare mobilitetsförbättringar i E-UTRAN
• Stöd för NavIC Navigation Satellite System för LTE
• Fortsatt prestandaförbättring för LTE i höghastighetsscenarier
• LTE-baserad 5G marksändning

Och ett antal arbetsuppgifter som drivs av LTE & NR:

• 5G V2X med NR sidlänk
• Multi-RAT Dual-Connectivity och Carrier Aggregation-förbättringar (LTE, NR)
• Optimeringar av signaleringen av UE:s radiofunktioner – NR/E-UTRA-aspekter
• E-NB(s)-arkitekturutveckling för E-UTRAN och NG-RAN
• Introduktion av funktionsuppsättningar i radiospecifikationer för flera standarder

Rel-17 (sedan juni 20):

• Förbättringar för NB-IoT och LTE-MTC
• Fler kombinationer av LTE Carrier Aggregation

Och ett antal arbetsuppgifter som drivs av LTE & NR:

• Förbättringar av dubbelanslutningsmöjligheter för multi-RAT
• Stöd för Multi-SIM-enheter för LTE/NR
• Förbättrad utveckling av eNB-arkitekturen för E-UTRAN och NG-RAN
• Förbättring av datainsamlingen för SON (Self-Organising Networks)/MDT (Minimization of Drive Tests) i NR och EN-DC
• Hög effekt för UE (effektklass 2) för EN-DC
• Bandkombinationer för samtidig drift av NR/LTE Uu-band/bandkombinationer och ett NR/LTE V2X PC5-band
• Fler bandkombinationer för Dual Connectivity LTE/NR

LTE-specifikationer finns under: 3GPP TS 36.-series specifikationer (om endast LTE berörs) eller 3GPP TS 37.-series specifikationer (om även andra tekniker för radiotillträde som UMTS, GERAN eller NR omfattas av denna specifikation), t.ex. steg 2 i 3GPP TS 36.300.

3GPP TS 21.201 innehåller en förteckning över alla specifikationer som rör den fjärde generationen (inklusive kärnnätet EPC (Evolved Packet Core) och systemaspekter). 4G-nätarkitekturen beskrivs i 3GPP TS 23.003

.