Long Term Evolution

17 Luglio 2013Simone Sassi

Topics

•Obiettivi

•Introduzione

•Caratteristiche e Vantaggi

•Tecnologie Utilizzate

•Contesto Italiano

•Considerazioni Finali

Obiettivi sviluppo tecnologia mobile

• “Banda larga” in mobilità

• Efficienza e velocità trasm. dati

• Riduzione tempo di latenza

• Supporto multi-antenna

• Rete packet-oriented (All-IP)

• Riduzione dei costi

• Integrazione con sistema attuale

Mercato

Operatori

Che cos’è l’LTE?

• LTE è il recente standard 3GPP di Mobile Broadband

• Evoluzione della tecnologia 3G-UMTS

• Data-rates di 100 MB/s (in DownLink)

• Usa tecniche OFDMA e SC-FDMA

Release Specifiche 3GPP

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Release 99

Release 4

Release 5

Release 6

Release 7

Release 8

Release 9

Release 10

GSM/GPRS/EDGE enhancements

W-CDMA

1.28 Mcps TDD

HSDPA, IMS

HSUPA, MBMS, IMS+

HSPA+ (MIMO, HOM etc.)

LTE, SAE

Small LTE/SAE enhancements

LTE-Advanced

ITU-R M.1457IMT-2000

Recommendations

Caratteristiche e Vantaggi

• Aumento bitrate in DownLink fino a 100 Mb/s(300 Mb/s per terminali cat.5)

• Aumento UpLink fino a 50 Mb/s (75 Mb/s per terminali cat.5)

• Banda scalabile -> 1,4 - 3 - 5 -10 -15 - 20 MHz (UMTS ha 5 MHz fissi)

• Latenza ~ 5 mS - Round Trip Time inferiore a 10 mS

• Utilizzo duplexing di tipo FDD e TDD

• Integrazione sistemi precedenti

• Velocità ottimizzata a bordo cella

• Mobilità fino a 500 km/h (ottimizzata per 0 - 15 km/h)

• Integrazione con sistemi MIMO

• Consumo energia terminali teoricamente più basso

Confronto con tecnologie precedenti

UMTS HSDPA/HSUPA HSPA+ LTE

Max DownLink

Speed385 Kb/s 14 Mb/s 42 Mb/s

100(cat3) -300(cat5)

Mb/s

Max UpLinkSpeed 128 Kb/s 5,7 Mb/s 11 Mb/s

50(cat3) - 75(cat5)

Mb/s

Spectral Eff.(bit/s/Hz)

0,6-8 DL / 0,35 UL

5 DL / 2,5 UL

Latency Time 75 mS 50 mS 25 mS 5 mS

Access Methodology WCDMA WCDMA WCDMA

OFDMA/SC-FDMA

3GPP Release Rel 99/4 Rel 5/6 Rel 7 Rel 8

Tecnologie Utilizzate

• OFDM e OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing / Multiple Access) per il DownLink

• SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access) per l’UpLink

• MIMO (Multiple Input Multiple Output)

• SAE (System Architecture Evolution)

OFDM• Tecnica di multiplazione/modulazione

multiportante a divisione di frequenza

• Segnale suddiviso in sottoflussi e trasmesso su portanti ortogonali fra di loro

• Sottoflussi poi modulati con QPSK, 16QAM o 64QAM in base alla qualità del canale trasmissivo

Simbolo OFDM

combinazione lineare segnali su sottoportanti ad un certo istante

tempo di simbolo maggiore rispetto all’uso di sistemi single-carrier con

stessa data-rate

preceduto da Cycle Prefix (CP)

• Conversione simboli in segnale da trasmettere con IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)

• Riconversione del segnale ricevuto in simboli con FFT (Fast Fourier Transform)

Schema trasmissione segnale OFDM

Segnale OFDM(rappresentazione dominio tempo e

frequenza)

Vantaggi

• Riduzione distorsione del canale di trasmissione (robustezza al multipath)

• Riduzione interferenza intersimbolo (ISI)

• Assenza (teorica) di interferenza da canale adiacente (ICI)

• Incremento significativo efficienza spettrale (capacità canale)

OFDMA

• Standard del DownLink LTE

• Tecnica di accesso multiplo basata su mod. OFDM e FDMA/TDMA

• Assegna a ciascun utente un sottoinsieme di sottoportanti nel tempo necessario alla trasmissione dei dati (time slot)

• Possibilità di variare potenza di trasmissione per comunicare con utenti in base alle necessità

SC-FDMA

• Standard dell’UpLink LTE

• Come l’OFDMA divide il segnale in sottoportanti, ma le trasmissione è sequenziale (in serie)

• Fluttuazioni dell’inviluppo ridotte, quindi minore PAPR

• Maggior efficienza potenza in cellulari, minore complicazione e costo nella costruzione di amplificatori e convertitori

Segnali OFDMA e SC-FDMA a confronto

MIMO

•Multiple Input - Multiple Output

•Utilizzo di antenne multiple in Tx e Rx

•Migliori prestazioni in velocità trasmissione

Due modalità:

Spacial Multiplexing

• Trasmissione diversi fussi dati in singolo blocco risorse DownLink

• SU-MIMO: flussi dati appartengono al singolo utente -> magg. velocità trasm

• MU-MIMO: flussi dati appartengono a diversi utenti -> magg. capacità comunicaz

• Trasmissione singolo flusso da più antenne

• Ricevitore ottiene repliche dello stesso segnale

• Aumento di SNR e robustezza dati in trasmissione

Transmit Diversity

Architettura•Base progetto LTE derivante da studio di

E-UTRA e E-UTRAN

•Lo standard SAE (System Architecture Evolution) ha parallelemente definito un All-IP packet network -> EPC (Evolvet Packet Core)

•Combinazione di EPC e E-UTRA/N -> EPS (Evolved Packet System) -> minimizzazione numero di nodi, ottimizzazione prestazioni ed efficienza costi

Contesto Italiano

Considerazioni Finali

• LTE a regime permetterà quindi agli operatori di fornire servizi con requisiti di banda, bit rate e latenza maggiori

• Essendo evoluzione di UMTS-3G può coesistere con esso, permettendo agli operatori di fornire entrambi i servizi a seconda delle necessità

• LTE permetterà lo sviluppo di un nuovo mercato bilanciando il declino dei profitti del 3G

• I costi di gestione con LTE sono minori essendo una rete con architettura semplificata All-IP

• Paragone con WiMAX importante avendo prestazioni confrontabili