Evolution der Mobilfunknetze - LTE

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1 Evolution der Mobilfunknetze - LTE Lasse Stehnken Lehrstuhl Netzarchitekturen und Netzdienste Fakultät für Informatik Technische Universität München 12. April 2013 Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 1

2 Outline 1 Motivation zur Einführung von LTE 2 Funktionsweise von LTE Radio Access Network Packet Core Network Beispiel einer Verbindung 3 Veränderungen gegenüber UMTS 4 LTE - Advanced Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 2

3 Motivation Was sind Mobilfunknetze? Kommunikation über Funk Zellweise aufgebaut Entwicklung der Mobilfunknetze: 1 Analoge Netze 2 GSM Netz 3 UMTS Netz 4 LTE Abbildung : Wabenstruktur von Mobilfunknetzen Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 3

4 Motivation Was sind Mobilfunknetze? Kommunikation über Funk Zellweise aufgebaut Entwicklung der Mobilfunknetze: 1 Analoge Netze 2 GSM Netz 3 UMTS Netz 4 LTE Abbildung : Wabenstruktur von Mobilfunknetzen Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 3

5 Abbildung Lasse Stehnken: : Entwicklung Evolution der Mobilfunknetze des Datenvolumens - LTE im deutschen Mobilfunk 4 Warum wird LTE gebraucht? Höhere Datenraten Größere Nutzerzahlen Geringere Latenzen Vereinfachung der Strukturen

6 Core-Network und Radio Access Network Ein Mobilfunknetz besteht logisch aus zwei Teilen: Das Radio Access Network (RAN) in dem die Verbindung zwischen Basistation und Endgerät hergestellt wird. Bei LTE wird es E-UTRAN genannt. Das Core-Network, über das die Basistationen miteiander und mit dem Internet verbunden sind. In LTE wir es Evolved Packet Core (EPC) genannt. Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 5

7 Core-Network und Radio Access Network Ein Mobilfunknetz besteht logisch aus zwei Teilen: Das Radio Access Network (RAN) in dem die Verbindung zwischen Basistation und Endgerät hergestellt wird. Bei LTE wird es E-UTRAN genannt. Das Core-Network, über das die Basistationen miteiander und mit dem Internet verbunden sind. In LTE wir es Evolved Packet Core (EPC) genannt. Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 5

8 Radio Acess Network Kommunikation zwischen enodeb und Engeräte(UE) Downlink basiert auf OFDMA Uplink auf SC-FDMA Unterstützt MIMO 4x4 Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 6

9 User Equipment (UE) Die Nutzerendgeräte werden im LTE - Netz mit User Equipment (UE) bezeichnet: Energiesparende Sende- und Empfangsmodule Aufwendige Technik für MIMO und unterschiedliche Frequenzbänder nötig Hohe Rechenleistung für Demodulierung und Modulierung nötig Hoher Preis, im Verhältnis zu anderen Sende-/Empfangsmodulen Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 7

10 User Equipment (UE) Die Nutzerendgeräte werden im LTE - Netz mit User Equipment (UE) bezeichnet: Energiesparende Sende- und Empfangsmodule Aufwendige Technik für MIMO und unterschiedliche Frequenzbänder nötig Hohe Rechenleistung für Demodulierung und Modulierung nötig Hoher Preis, im Verhältnis zu anderen Sende-/Empfangsmodulen Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 7

11 enodeb Modem für die Luftschnittstelle Zuteilung der Luftschnittstelle Tunnel Anbindung zum Core-Network Entscheidung und Unterstützung beim Handover Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 8

12 Das Core Netzwerk Abbildung : SAE Architektur Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 9

13 enodeb Abbildung : Verbindungen des enodeb Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 10

14 Serving Gateway (S-GW) Aufgabe des S-GW ist die weiterleitung von Nutzdaten Nutzdatentunnel vom enodeb Nutzdatentunnel zum P-GW Datenumleitung bei Handover ohne X2-Verbindung zwischen den enodebs Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 11

15 Serving Gateway (S-GW) Aufgabe des S-GW ist die weiterleitung von Nutzdaten Nutzdatentunnel vom enodeb Nutzdatentunnel zum P-GW Datenumleitung bei Handover ohne X2-Verbindung zwischen den enodebs Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 11

16 P-GW GTP-Tunnel zum S-GW Verbindung zum Internet und anderen Services Kontroll und QoS funktionen Abbildung : Verbindungen des P-GWs Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 12

17 MME Authentifizierung der Endgeräte Mobilitätsmanagement: Die MME verfolgt die Position der UEs Kommunikation mit dem Home Server, damit die UEs zu den richtigen Datennetzwerken verbunden werden. Abbildung : Verbindungen der MME Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 13

18 Verbindungsaufbau-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 14

19 Verbindungsaufbau-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 15

20 Verbindungsaufbau-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 16

21 Verbindungsaufbau-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 17

22 Verbindungsaufbau-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 18

23 Verbindungsaufbau-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 19

24 Verbindungsaufbau-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 20

25 Handover-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 21

26 Handover-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 22

27 Handover-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 23

28 Handover-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 24

29 Handover-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 25

30 Handover-Beispiel Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 26

31 LTE vs. UMTS Verbesserungen von LTE gegenüber UMTS Datenrate deutlich vergrößert. Reichweite deutlich erhöht. Latenzen deutlich gesenkt. Spektrale effizienz gesteigert. Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 27

32 LTE vs. UMTS E-UTRAN vs. UTRAN UMTS LTE Datenrate Downlink 384kb/s (7,2-42 Mb/s HSDPA) 300Mb/s Datenrate Uplink 128kb/s (5,4 Mb/s HSUPA) 75Mb/s Energieverbrauch relativ hoch relativ niedrig Bandbreite ca. 5Mhz bis zu 20Mhz Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 28

33 LTE vs. UMTS Vergleich der Kernnetze UMTS LTE End-to-End Latenz 40ms 15ms Architektur IP und Circuit switching All IP Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 29

34 LTE -Advanced - Die Zukunft? Erweiterung von LTE, abwärtskompatibel Datenraten von bis zu 1 Gb/s im Downlink 500 Mb/s im Uplink Durch verbesserung in MIMO Nutzung verfünfachung der Bandbreite auf bis zu 100Mhz Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 30

35 Fragen? Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 31

36 Bildquelle: de.wikipedia.org Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 32