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3GPP Long Term Evolution (LTE) 1
Lehrstuhl Netzarchitekturen und NetzdiensteInstitut für InformatikTechnische Universität München
3GPP Long Term Evolution (LTE)
Krisna Haryantho27. November 2008
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3GPP Long Term Evolution (LTE) 2
1. Übersicht
Übersicht Genauere Betrachtung MIMO Downlink Transmission Uplink Transmission Zusammenfassung
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3GPP Long Term Evolution (LTE) 3
1.1 Entwicklung der letzten Jahren
3GPP (3rd Generation Partnership Project) Release 8 (Pre 4G)
Alle 3GPP Release und die ungefähren RollOut Terminen
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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.
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2. Genauere Betrachtung
Übersicht Genauere Betrachtung Downlink Transmission Uplink Transmission MIMO Zusammenfassung
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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
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3GPP Long Term Evolution (LTE) 7
EUTRAN(Evolved UMTS Terrestrial RAN)
2.1. Netzwerk Architektur 2/3
eNodeB
eNodeB
eNodeB
SAE(System Architecture
Evolution)
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2.1. Netzwerk Architektur 3/3
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
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2.2. LTE Protokoll (DL)
eNodeB UE
Ip Paket Ip Paket
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2.3. PHY Layer Prozess
eNodeB UE
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3. Downlink Transmission
Übersicht Genauere Betrachtung Downlink Transmission Uplink Transmission MIMO Zusammenfassung
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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).
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3GPP Long Term Evolution (LTE) 13
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
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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
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and
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3.2. Optimale Resourcenallokation
Quelle: Ingo Viering, Folie zur Vorlesung „System Aspect in Communications“, TUM 2008
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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)
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3.4. Berechung der max. Datenrate
≈ 112 Mbps
Annahme:20MHz Bandbreite64QAM Modulation
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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
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4. Uplink Transmission
Übersicht Genauere Betrachtung Downlink Transmission Uplink Transmission MIMO Zusammenfassung
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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)
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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
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5. MIMO
Übersicht Genauere Betrachtung Downlink Transmission Uplink Transmission MIMO Zusammenfassung
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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
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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
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6. Zusammenfassung
Übersicht Genauere Betrachtung Downlink Transmission Uplink Transmission MIMO Zusammenfassung
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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)
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Geschafft !
Danke für EureAufmerksamkeit
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