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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