3GPP Long Term Evolution (LTE) - media.net.in.tum.de11+27_1600... · 3GPP Long Term Evolution (LTE) 1 Lehrstuhl Netzarchitekturen und Netzdienste Institut für Informatik Technische

3GPP Long Term Evolution (LTE) 1

Lehrstuhl Netzarchitekturen und NetzdiensteInstitut für InformatikTechnische Universität München

3GPP Long Term Evolution (LTE)

Krisna Haryantho27. November 2008


1. Übersicht

Übersicht Genauere Betrachtung MIMO Downlink Transmission Uplink Transmission Zusammenfassung


1.1 Entwicklung der letzten Jahren

3GPP (3rd Generation Partnership Project) Release 8 (Pre 4G)

Alle 3GPP Release und die ungefähren RollOut Terminen


1.2. LTE Anforderungen

Die LTE Spezifikation verlangt: UL/DL von 50/100 Mbps Server UE RTT von < 30ms, Access Delay (Zugriffsverzögerung?) von

<300ms Verbesserte UE EnergieEffizienz BandbreiteFlexibilität mit 1.4, 3, 10, 15, und 20 MHz Möglichkeit zusammen mit älteren Technologien (z.B. UMTS, GSM) zu

betreiben Bessere Spektrum Effizienz (d.h. mehr Bits pro Sekunde pro eine Hz

Bandbreite) Etc.


2. Genauere Betrachtung

Übersicht Genauere Betrachtung Downlink Transmission Uplink Transmission MIMO Zusammenfassung


2.1. Netzwerk Architektur 1/3

Von der höchsten Ebene betrachtet, kann die NetzwerkElemente in 3 Gruppe geteilt werden

UE: kommuniziert mit User. Besteht aus Mobile Equipment (z.B. Handy) und Subscriber Identity Module (SIM)RAN: handles all radiorelated functionalityCN: verantwortlich für Umleitung/Routing von Anrufen, Verbindung zu externen Netzwerken

Radio interface


EUTRAN(Evolved UMTS Terrestrial RAN)


eNodeB

eNodeB

eNodeB

SAE(System Architecture

Evolution)



eNodeB

eNodeB

SAE(System

Architecture Evolution)

USIM

ME

GSMC

SGSN

MSC/VLR

GGSN

HLR

PLMN, PSTN,

ISDN, ...

Internet

Uu Iub

Iub

IurCu

Iu

UE RAN CN Ext. Netzwork

LTE

UMTS


2.2. LTE Protokoll (DL)

eNodeB UE

Ip Paket Ip Paket


2.3. PHY Layer Prozess

eNodeB UE


3. Downlink Transmission



3. Downlink

Multiplexing: Paralle Übertragung von (mehreren) Daten über ein gemeinsames Medium.Bsp. FDM, TDM, OFDM

MultipleAccess: gemeinsame Nutzung von Medium für mehrere User.Bsp. FDMA, TDMA, OFDMA

Grundlage: Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing (OFDM)

Ansatz von Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access (OFDMA).


3.1. Einführung

Wir kennen FDMA und TDMA

t

f

t

f

User 1

User 2

User 5

User 4

User 3

Use

r 1U

ser 2

Use

r 5U

ser 4

Use

r 3

Use

r 1U

ser 2

Use

r 5U

ser 4

Use

r 3

Feste Zeitschlitze

Frequency Division Multiple Access

Jede Nutzer ein festes BandbreiteProblem: bei Kanalstörung

Time Division Multiple Access

Jede Nutzer ein festes BandbreiteProblem: unoptimale Resourcenverteilung


3.2. OFDMA in LTE

Idee: Nimm doch beide!

t

f

OFDMA Resourcenzuteilung(Farben repräsentieren versch. User)

Resource Block 1 ms (14 Symbole) 12 Subträger (180KHz)

Symbole repräsentiert Bitfolgen. Bsp. :

Modulationsart Bits pro Symbol

PSK 1

QPSK 2

16QAM 4

64QAM 6

Ges

amt v

erf

ü gbar

e B

and


3.2. Optimale Resourcenallokation

Quelle: Ingo Viering, Folie zur Vorlesung „System Aspect in Communications“, TUM 2008


3.3. Orthogonalität der Subträger

Bei OFDMA Wichtig: Die Subträger sind zueinander orthogonalf

A

f

ABandbreitengewinn

Reiner FDMA

Sampling Point der Subträger

Erinnerung!

Resource Block:12 Subträger1 ms (14 Symbole)


3.4. Berechung der max. Datenrate

≈ 112 Mbps

Annahme:20MHz Bandbreite64QAM Modulation


3.4. Stärke & Schwäche von OFDMA

Stärke Schwäche

Größere & flexiblere Bandbeite FrequenzSynchronization aufwändig

Gleichzeitige/paralelle Übertragung von vielen Subträger kürzere/konstante Verzögerung

Hohe PeaktoAveragePowerRatio (PAPR) (!!)

Spektrum effizient

Robust gegen Multipath Propagation

Simplere MIMO Operation


4. Uplink Transmission



4. Uplink

Problem ! OFDMA hat hohe PAPR Hoher EnergieVerbrauch.

UE möglichst Energie sparend! OFDMA für Uplink =

Was nun? PAPR irgendwie sinkenWie?

Idee: SCOFDMA (Single Carrier)


4. Uplink

SCFDMA ist: OFDMA Jede Nutzer wird zu einem Zeitintervall nur benachbarte Resource Block

zugeteilt

Vorteil: niedriegere PAPR energie EffizientAber geringere Flexibilität wg. Resourcenzuteilung

t

f


5. MIMO



5.1. Hintergrund

Man will: Kapazität Deckung Datenrateerhöhen.

Aber: Bandbreite ist beschränkt

Idee: Modulation höherer Ordnung (evtl. technisch beschränkt)

Alternative: MIMO (Multiple Input Multiple Output)

Bild: www.elektronikkompendium.de


5.2. Vorteile

Gruppengewinn Mehrere Empfangsantenne mehr Empfangsleistung Gezieltes Senden Energieeffizient

Interferenzunterdrückungsgewinn durch gezieltes Senden (räumliche Trennung) Räumliche Trennung unmöglich andere Mehrnutzertechnikenverwenden

(Raum)Multiplexgewinn im Optimalfall bis zu Nfache Datenrate (bei N Sende und Empfangsantenne) Umso bessere Performanz bei Mehrwegausbreitung

Bilder: mimoOn GmbH


6. Zusammenfassung



6. Zusammenfassung

LTE System: UE Radio Access Network (RAN) Core Network

OFDMA in Downlink Bis zu 300MBps Flexible & effiziente Resourceallokation

SCFDMA in Uplink Niedrige Energie Verbrauch

MIMO Wirtschaftlicher Weg zur Erhöhung der Kapazität, Deckung, Datenrate Im optimalen Fall bis zu 4x höheren Datenrate (bei 4x4 MIMO)


Geschafft !

Danke für EureAufmerksamkeit



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