3GPP Long Term Evolution (LTE)

Transkript

1 Lehrstuhl Netzarchitekturen und Netzdienste Institut für Informatik Technische Universität München Krisna Haryantho 27. November

2 1. Übersicht Übersicht Genauere Betrachtung MIMO Downlink Transmission Uplink Transmission Zusammenfassung 2

3 1.1 Entwicklung der letzten Jahren 3GPP (3rd Generation Partnership Project) Release 8 (Pre 4G) Alle 3GPP Release und die ungefähren Roll Out Terminen 3

4 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 Energie Effizienz Bandbreite Flexibilität 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. 4

5 2. Genauere Betrachtung Übersicht Genauere Betrachtung Downlink Transmission Uplink Transmission MIMO Zusammenfassung 5

6 2.1. Netzwerk Architektur 1/3 Von der höchsten Ebene betrachtet, kann die Netzwerk Elemente in 3 Gruppe geteilt werden Radio interface UE: kommuniziert mit User. Besteht aus Mobile Equipment (z.b. Handy) und Subscriber Identity Module (SIM) RAN: handles all radio related functionality CN: verantwortlich für Umleitung/Routing von Anrufen, Verbindung zu externen Netzwerken 6

7 2.1. Netzwerk Architektur 2/3 enodeb enodeb enodeb SAE (System Architecture Evolution) EUTRAN (Evolved UMTS Terrestrial RAN) 7

8 2.1. Netzwerk Architektur 3/3 L T E U M T S enodeb SAE (System Architecture Evolution) enodeb Uu Iu Iub MSC/VLR USIM Cu ME Iur HLR Iub SGSN UE GSMC RAN GGSN CN PLMN, PSTN, ISDN,... Internet Ext. Netzwork 8

9 2.2. LTE Protokoll (DL) Ip Paket Ip Paket enodeb UE 9

10 2.3. PHY Layer Prozess enodeb UE 10

11 3. Downlink Transmission Übersicht Genauere Betrachtung Downlink Transmission Uplink Transmission MIMO Zusammenfassung 11

12 3. Downlink Multiplexing: Paralle Übertragung von (mehreren) Daten über ein gemeinsames Medium. Bsp. FDM, TDM, OFDM Multiple Access: gemeinsame Nutzung von Medium für mehrere User. Bsp. FDMA, TDMA, OFDMA Grundlage: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Ansatz von Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA). 12

13 3.1. Einführung Wir kennen FDMA und TDMA f f Feste Zeitschlitze User 5 User 5 User 4 User 3 User 2 User 1 User 5 User 4 User 2 User 3 User 1 User 3 User 2 User 4 User 1 t Frequency Division Multiple Access Jede Nutzer ein festes Bandbreite Problem: bei Kanalstörung t Time Division Multiple Access Jede Nutzer ein festes Bandbreite Problem: unoptimale Resourcenverteilung 13

14 3.2. OFDMA in LTE Idee: Nimm doch beide! ü gbare Band Gesamt verf f OFDMA Resourcenzuteilung (Farben repräsentieren versch. User) Resource Block 1 ms (14 Symbole) 12 Subträger (180KHz) Symbole repräsentiert Bitfolgen. Bsp. : Modulationsart t Bits pro Symbol PSK 1 QPSK 2 16QAM 4 64QAM 6 14

15 3.2. Optimale Resourcenallokation Quelle: Ingo Viering, Folie zur Vorlesung System Aspect in Communications, TUM

16 3.3. Orthogonalität der Subträger A Reiner FDMA f Bei OFDMA Wichtig: Die Subträger sind zueinander orthogonal Erinnerung! Sampling Point der Subträger Resource Block: 12 Subträger 1 ms (14 Symbole) A Bandbreitengewinn f 16

17 3.4. Berechung der max. Datenrate Annahme: 20MHz Bandbreite 64QAM Modulation 112 Mbps 17

18 3.4. Stärke & Schwäche von OFDMA Stärke Schwäche Größere & flexiblere Bandbeite Frequenz Synchronization aufwändig Gleichzeitige/paralelle Übertragung von vielen Subträger kürzere/konstante Verzögerung Hohe Peak to Average Power Ratio (PAPR) (!!) Spektrum effizient Robust gegen Multipath Propagation Simplere MIMO Operation 18

19 4. Uplink Transmission Übersicht Genauere Betrachtung Downlink Transmission Uplink Transmission MIMO Zusammenfassung 19

20 4. Uplink Problem! OFDMA hat hohe PAPR Hoher Energie Verbrauch. UE möglichst Energie sparend! OFDMA für Uplink = Was nun? PAPR irgendwie sinken Wie? Idee: SC OFDMA (Single Carrier) 20

21 4. Uplink SC FDMA ist: OFDMA Jede Nutzer wird zu einem Zeitintervall nur benachbarte Resource Block zugeteilt f t Vorteil: niedriegere PAPR energie Effizient Aber geringere Flexibilität wg. Resourcenzuteilung 21

22 5. MIMO Übersicht Genauere Betrachtung Downlink Transmission Uplink Transmission MIMO Zusammenfassung 22

23 5.1. Hintergrund Man will: Kapazität Deckung Datenrate erhöhen. Aber: Bandbreite ist beschränkt Idee: Modulation höherer Ordnung (evtl. technisch beschränkt) Alternative: MIMO (Multiple Input Multiple Output) Bild: kompendium.de 23

24 5.2. Vorteile Gruppengewinn Mehrere Empfangsantenne mehr Empfangsleistung Gezieltes Senden Energie effizient Interferenzunterdrückungsgewinn durch gezieltes Senden (räumliche Trennung) Räumliche Trennung unmöglich andere Mehrnutzertechniken verwenden (Raum )Multiplexgewinn im Optimalfall bis zu N fache Datenrate (bei N Sende und Empfangsantenne) Umso bessere Performanz bei Mehrwegausbreitung Bilder: mimoon GmbH 24

25 6. Zusammenfassung Übersicht Genauere Betrachtung Downlink Transmission Uplink Transmission MIMO Zusammenfassung 25

26 6. Zusammenfassung LTE System: UE Radio Access Network (RAN) Core Network OFDMA in Downlink Bis zu 300MBps Flexible & effiziente Resourceallokation SC FDMA 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) 26

27 Geschafft! Danke für Eure Aufmerksamkeit 27

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