Panduan Cepat LTE

LTE adalah singkatan dari Long Term Evolution dan dimulai sebagai proyek pada tahun 2004 oleh badan telekomunikasi yang dikenal sebagai Proyek Kemitraan Generasi Ketiga (3GPP). SAE (System Architecture Evolution) adalah evolusi yang sesuai dari evolusi jaringan inti paket GPRS / 3G. Istilah LTE biasanya digunakan untuk mewakili LTE dan SAE.

LTE berevolusi dari sistem 3GPP sebelumnya yang dikenal sebagai Sistem Telekomunikasi Seluler Universal (UMTS), yang pada gilirannya berevolusi dari Sistem Global untuk Komunikasi Seluler (GSM). Bahkan spesifikasi terkait secara resmi dikenal sebagai akses radio terestrial UMTS yang berevolusi (E-UTRA) dan jaringan akses radio terestrial UMTS (E-UTRAN) yang berevolusi. Versi pertama LTE didokumentasikan dalam Rilis 8 dari spesifikasi 3GPP.

Peningkatan pesat penggunaan data seluler dan munculnya aplikasi baru seperti MMOG (Multimedia Online Gaming), TV seluler, Web 2.0, konten streaming telah memotivasi Proyek Kemitraan Generasi ke-3 (3GPP) untuk bekerja pada Evolusi Jangka Panjang (LTE) dalam perjalanan menuju seluler generasi keempat.

Tujuan utama LTE adalah menyediakan kecepatan data tinggi, latensi rendah, dan teknologi akses radio yang dioptimalkan untuk paket yang mendukung penyebaran bandwidth yang fleksibel. Pada saat yang sama, arsitektur jaringannya telah dirancang dengan tujuan untuk mendukung lalu lintas packet-switched dengan mobilitas tanpa batas dan kualitas layanan yang hebat.

Evolusi LTE

Tahun Peristiwa
Mar 2000 Rilis 99 - UMTS / WCDMA
Mar 2002 Rel 5 - HSDPA
Mar 2005 Rel 6 - HSUPA
Tahun 2007 Rel 7 - DL MIMO, IMS (Subsistem Multimedia IP)
November 2004 Pekerjaan dimulai pada spesifikasi LTE
Januari 2008 Spesifikasi diselesaikan dan disetujui dengan Rilis 8
2010 Penerapan pertama yang ditargetkan

Fakta tentang LTE

  • LTE adalah teknologi penerus tidak hanya UMTS tetapi juga CDMA 2000.

  • LTE penting karena akan menghadirkan peningkatan kinerja hingga 50 kali lipat dan efisiensi spektral yang jauh lebih baik ke jaringan seluler.

  • LTE diperkenalkan untuk mendapatkan kecepatan data yang lebih tinggi, downlink puncak 300Mbps dan uplink puncak 75 Mbps. Dalam pembawa 20MHz, kecepatan data melebihi 300Mbps dapat dicapai dalam kondisi sinyal yang sangat baik.

  • LTE adalah teknologi yang ideal untuk mendukung tarif tanggal tinggi untuk layanan seperti voice over IP (VOIP), streaming multimedia, konferensi video, atau bahkan modem seluler berkecepatan tinggi.

  • LTE menggunakan mode Time Division Duplex (TDD) dan Frequency Division Duplex (FDD). Pada FDD transmisi uplink dan downlink menggunakan frekuensi yang berbeda, sedangkan pada TDD baik uplink maupun downlink menggunakan carrier yang sama dan dipisahkan dalam Time.

  • LTE mendukung bandwidth operator yang fleksibel, dari 1,4 MHz hingga 20 MHz serta FDD dan TDD. LTE dirancang dengan bandwidth operator yang dapat diskalakan dari 1.4 MHz hingga 20 MHz yang bandwidth yang digunakan bergantung pada pita frekuensi dan jumlah spektrum yang tersedia dengan suatu operator jaringan.

  • Semua perangkat LTE harus mendukung (MIMO) transmisi Multiple Input Multiple Output, yang memungkinkan stasiun pangkalan mengirimkan beberapa aliran data melalui operator yang sama secara bersamaan.

  • Semua antarmuka antara node jaringan di LTE sekarang berbasis IP, termasuk koneksi backhaul ke stasiun pangkalan radio. Ini adalah penyederhanaan yang bagus dibandingkan dengan teknologi sebelumnya yang awalnya didasarkan pada E1 / T1, ATM dan link frame relay, dengan kebanyakan dari mereka adalah narrowband dan mahal.

  • Mekanisme Quality of Service (QoS) telah distandarisasi pada semua antarmuka untuk memastikan bahwa persyaratan panggilan suara untuk penundaan dan bandwidth yang konstan, masih dapat dipenuhi ketika batas kapasitas tercapai.

  • Bekerja dengan sistem GSM / EDGE / UMTS yang memanfaatkan spektrum 2G dan 3G serta spektrum baru. Mendukung penyerahan dan roaming ke jaringan seluler yang ada.

Keuntungan dari LTE

  • High throughput:Kecepatan data tinggi dapat dicapai baik di downlink maupun uplink. Ini menyebabkan throughput yang tinggi.

  • Low latency: Waktu yang diperlukan untuk menyambung ke jaringan berada dalam kisaran beberapa ratus milidetik dan status hemat daya sekarang dapat masuk dan keluar dengan sangat cepat.

  • FDD and TDD in the same platform: Frequency Division Duplex (FDD) dan Time Division Duplex (TDD), kedua skema dapat digunakan pada platform yang sama.

  • Superior end-user experience:Pensinyalan yang dioptimalkan untuk pembuatan koneksi dan antarmuka udara lainnya serta prosedur manajemen mobilitas telah meningkatkan pengalaman pengguna. Mengurangi latensi (menjadi 10 md) untuk pengalaman pengguna yang lebih baik.

  • Seamless Connection: LTE juga akan mendukung koneksi tanpa batas ke jaringan yang ada seperti GSM, CDMA dan WCDMA.

  • Plug and play:Pengguna tidak harus menginstal driver perangkat secara manual. Sebaliknya sistem secara otomatis mengenali perangkat, memuat driver baru untuk perangkat keras jika diperlukan, dan mulai bekerja dengan perangkat yang baru terhubung.

  • Simple architecture: Karena arsitektur sederhana pengeluaran operasi rendah (OPEX).

LTE - QoS

Mendukung arsitektur LTE hard QoS,dengan kualitas layanan ujung-ke-ujung dan bit rate terjamin (GBR) untuk pembawa radio. Seperti halnya Ethernet dan internet yang memiliki jenis QoS yang berbeda, misalnya, berbagai tingkat QoS dapat diterapkan pada lalu lintas LTE untuk aplikasi yang berbeda. Karena MAC LTE sepenuhnya dijadwalkan, QoS adalah pilihan yang tepat.

Pembawa Evolved Packet System (EPS) menyediakan korespondensi satu-ke-satu dengan pembawa radio RLC dan memberikan dukungan untuk Template Arus Lalu Lintas (TFT). Ada empat jenis pembawa EPS:

  • GBR Bearer sumber daya secara permanen dialokasikan oleh kontrol penerimaan

  • Non-GBR Bearer tidak ada kontrol masuk

  • Dedicated Bearer terkait dengan TFT tertentu (GBR atau non-GBR)

  • Default Bearer Non GBR, catch-all untuk lalu lintas yang belum ditetapkan

Bagian ini akan merangkum parameter dasar LTE:

Parameter Deskripsi
Rentang frekuensi Pita UMTS FDD dan pita TDD ditentukan dalam 36.101 (v860) Tabel 5.5.1, diberikan di bawah ini
Merangkap FDD, TDD, FDD setengah dupleks
Pengkodean saluran Kode turbo
Mobilitas 350 km / jam
Bandwidth Saluran (MHz)
  • 1.4
  • 3
  • 5
  • 10
  • 15
  • 20
Konfigurasi Bandwidth Transmisi NRB: (1 blok sumber daya = 180kHz dalam 1ms TTI)
  • 6
  • 15
  • 25
  • 50
  • 75
  • 100
Skema Modulasi

UL: QPSK, 16QAM, 64QAM (opsional)

DL: QPSK, 16QAM, 64QAM

Skema Akses Ganda

UL: SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) mendukung 50Mbps + (spektrum 20MHz)

DL: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) mendukung 100Mbps + (spektrum 20MHz)

Teknologi Multi-Antena

UL: MIMO kolaboratif multi-pengguna

DL: TxAA, multiplexing spasial, CDD, larik maks 4x4

Kecepatan data puncak di LTE

UL: 75Mbps (bandwidth 20MHz)

DL: 150Mbps (UE Kategori 4, 2x2 MIMO, bandwidth 20MHz)

DL: 300Mbps (UE kategori 5, 4x4 MIMO, bandwidth 20MHz)

MIMO

(Beberapa Input Beberapa Output)

UL: 1 x 2, 1 x 4

DL: 2 x 2, 4 x 2, 4 x 4

Cakupan 5 - 100km dengan sedikit degradasi setelah 30km
QoS E2E QOS memungkinkan prioritas kelas layanan yang berbeda
Latensi Latensi pengguna akhir <10mS

Pita Pengoperasian E-UTRA

Berikut adalah tabel pita operasi E-UTRA yang diambil dari LTE Sepecification 36.101 (v860) Tabel 5.5.1:

Arsitektur jaringan tingkat tinggi LTE terdiri dari tiga komponen utama berikut:

  • Peralatan Pengguna (UE).

  • Jaringan Akses Radio Terestrial UMTS (E-UTRAN) yang Berkembang.

  • Evolved Packet Core (EPC).

Inti paket yang berevolusi berkomunikasi dengan jaringan data paket di dunia luar seperti internet, jaringan perusahaan swasta atau subsistem multimedia IP. Antarmuka antara berbagai bagian sistem dilambangkan dengan Uu, S1 dan SGi seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Peralatan Pengguna (UE)

Arsitektur internal perangkat pengguna untuk LTE identik dengan yang digunakan oleh UMTS dan GSM yang sebenarnya merupakan Perangkat Seluler (ME). Peralatan seluler terdiri dari modul penting berikut:

  • Mobile Termination (MT) : Ini menangani semua fungsi komunikasi.

  • Terminal Equipment (TE) : Ini menghentikan aliran data.

  • Universal Integrated Circuit Card (UICC): Ini juga dikenal sebagai kartu SIM untuk peralatan LTE. Ini menjalankan aplikasi yang dikenal sebagai Universal Subscriber Identity Module (USIM).

SEBUAH USIMmenyimpan data khusus pengguna yang sangat mirip dengan kartu SIM 3G. Ini menyimpan informasi tentang nomor telepon pengguna, identitas jaringan rumah dan kunci keamanan dll.

E-UTRAN (Jaringan akses)

Arsitektur dari UMTS Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) yang telah berkembang telah diilustrasikan di bawah ini.

E-UTRAN menangani komunikasi radio antara seluler dan inti paket yang berevolusi dan hanya memiliki satu komponen, stasiun pangkalan yang telah berevolusi, yang disebut eNodeB atau eNB. Setiap eNB adalah stasiun pangkalan yang mengontrol ponsel dalam satu atau lebih sel. Stasiun pangkalan yang berkomunikasi dengan perangkat seluler dikenal sebagai eNB pelayanannya.

LTE Mobile berkomunikasi hanya dengan satu stasiun pangkalan dan satu sel pada satu waktu dan ada dua fungsi utama yang didukung oleh eNB:

  • ENB mengirim dan menerima transmisi radio ke semua ponsel menggunakan fungsi pemrosesan sinyal analog dan digital dari antarmuka udara LTE.

  • ENB mengontrol operasi tingkat rendah dari semua ponselnya, dengan mengirimkan pesan pensinyalan seperti perintah serah terima.

Setiap eNB terhubung dengan EPC melalui antarmuka S1 dan juga dapat dihubungkan ke stasiun basis terdekat dengan antarmuka X2, yang terutama digunakan untuk pensinyalan dan penerusan paket selama penyerahan.

Home eNB (HeNB) adalah stasiun pangkalan yang telah dibeli oleh pengguna untuk menyediakan cakupan femtocell di dalam rumah. ENB rumah milik grup pelanggan tertutup (CSG) dan hanya dapat diakses oleh ponsel dengan USIM yang juga termasuk dalam grup pelanggan tertutup.

The Evolved Packet Core (EPC) (Jaringan inti)

Arsitektur Evolved Packet Core (EPC) telah diilustrasikan di bawah ini. Ada beberapa komponen lagi yang belum ditampilkan dalam diagram agar tetap sederhana. Komponen-komponen ini seperti Sistem Peringatan Gempa dan Tsunami (ETWS), Equipment Identity Register (EIR), dan Policy Control and Charging Rules Function (PCRF).

Di bawah ini adalah deskripsi singkat dari masing-masing komponen yang ditunjukkan pada arsitektur di atas:

  • Komponen Home Subscriber Server (HSS) telah dibawa dari UMTS dan GSM dan merupakan database pusat yang berisi informasi tentang semua pelanggan operator jaringan.

  • Gateway Packet Data Network (PDN) (P-GW) berkomunikasi dengan dunia luar yaitu. jaringan data paket PDN, menggunakan interface SGi. Setiap jaringan data paket diidentifikasi dengan nama titik akses (APN). Gateway PDN memiliki peran yang sama sebagai node dukungan GPRS (GGSN) dan node dukungan GPRS melayani (SGSN) dengan UMTS dan GSM.

  • Gateway layanan (S-GW) bertindak sebagai router, dan meneruskan data antara stasiun pangkalan dan gateway PDN.

  • Entitas manajemen mobilitas (MME) mengontrol operasi tingkat tinggi dari seluler dengan cara memberi sinyal pesan dan Home Subscriber Server (HSS).

  • Fungsi Aturan Pengendalian dan Pengisian Kebijakan (PCRF) adalah komponen yang tidak ditampilkan dalam diagram di atas tetapi bertanggung jawab untuk pengambilan keputusan pengendalian kebijakan, serta untuk mengontrol fungsi pengisian berbasis aliran dalam Fungsi Penegakan Kontrol Kebijakan ( PCEF), yang berada di P-GW.

Antarmuka antara gateway penyajian dan PDN dikenal sebagai S5 / S8. Ini memiliki dua implementasi yang sedikit berbeda, yaitu S5 jika kedua perangkat berada di jaringan yang sama, dan S8 jika berada di jaringan yang berbeda.

Pemisahan fungsional antara E-UTRAN dan EPC

Diagram berikut menunjukkan pemisahan fungsional antara E-UTRAN dan EPC untuk jaringan LTE:

2G / 3G versus LTE

Tabel berikut membandingkan berbagai protokol Network Elements & Signaling penting yang digunakan dalam 2G / 3G abd LTE.

2G / 3G LTE
GERAN dan UTRAN E-UTRAN
SGSN / PDSN-FA S-GW
GGSN / PDSN-HA PDN-GW
HLR / AAA HSS
VLR MME
SS7-MAP / ANSI-41 / RADIUS Diameter
DiameterGTPc-v0 dan v1 GTPc-v2
MIP PMIP

Jaringan yang dijalankan oleh satu operator di satu negara dikenal sebagai Public Land Mobile Network (PLMN) dan ketika pengguna yang berlangganan menggunakan PLMN milik operatornya maka disebut PLMN Rumah tetapi roaming memungkinkan pengguna untuk pindah ke luar jaringan rumah mereka dan menggunakan sumber daya dari jaringan operator lain. Jaringan lain ini disebut Mengunjungi-PLMN.

Seorang pengguna roaming terhubung ke E-UTRAN, MME dan S-GW dari jaringan LTE yang dikunjungi. Namun, LTE / SAE memungkinkan P-GW dari jaringan yang dikunjungi atau jaringan rumah untuk digunakan, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

P-GW jaringan rumah memungkinkan pengguna untuk mengakses layanan operator rumah bahkan saat berada dalam jaringan yang dikunjungi. P-GW di jaringan yang dikunjungi memungkinkan "breakout lokal" ke Internet di jaringan yang dikunjungi.

Antarmuka antara gateway penyajian dan PDN dikenal sebagai S5 / S8. Ini memiliki dua implementasi yang sedikit berbeda, yaitu S5 jika kedua perangkat berada di jaringan yang sama, dan S8 jika berada di jaringan yang berbeda. Untuk ponsel yang tidak sedang roaming, gateway penyajian dan PDN dapat diintegrasikan ke dalam satu perangkat, sehingga antarmuka S5 / S8 hilang sama sekali.

Pengisian Daya LTE Roaming

Kompleksitas mekanisme pengisian daya baru yang diperlukan untuk mendukung roaming 4G jauh lebih banyak daripada di lingkungan 3G. Beberapa kata tentang pengisian prabayar dan pascabayar untuk roaming LTE diberikan di bawah ini:

  • Prepaid Charging- Standar CAMEL, yang memungkinkan layanan prabayar dalam 3G, tidak didukung dalam LTE; oleh karena itu, informasi pelanggan prabayar harus dirutekan kembali ke jaringan asal dan bukan ditangani oleh jaringan lokal yang dikunjungi. Akibatnya, operator harus mengandalkan arus akuntansi baru untuk mengakses data pelanggan prabayar, seperti melalui P-Gateway mereka di lingkungan IMS dan non-IMS atau melalui CSCF mereka dalam lingkungan IMS.

  • Postpaid Charging- Pengisian penggunaan data pascabayar berfungsi sama di LTE seperti di 3G, menggunakan versi TAP 3.11 atau 3.12. Dengan breakout lokal layanan IMS, TAP 3.12 diperlukan.

Operator tidak memiliki jumlah visibilitas yang sama ke dalam aktivitas pelanggan seperti yang mereka lakukan dalam skenario perutean rumah dalam kasus skenario breakout lokal karena sesi data pelanggan disimpan dalam jaringan yang dikunjungi; oleh karena itu, agar operator rumah dapat menangkap informasi waktu nyata baik pada pelanggan pra dan pascabayar, ia harus membuat antarmuka Diameter antara sistem pengisian daya dan P-Gateway jaringan yang dikunjungi.

Dalam kasus breakout lokal dari skenario layanan ims, jaringan yang dikunjungi membuat catatan detail panggilan (CDR) dari S-Gateway, namun, CDR ini tidak berisi semua informasi yang diperlukan untuk membuat sesi seluler atau pesan TAP 3.12 rekaman acara untuk penggunaan layanan. Akibatnya, operator harus menghubungkan CDR jaringan data inti dengan CDR IMS untuk membuat catatan TAP.

Area jaringan LTE dibagi menjadi tiga jenis area geografis yang dijelaskan di bawah ini:

SN Area dan Deskripsi
1

The MME pool areas

Ini adalah area di mana ponsel dapat bergerak tanpa mengubah layanan MME. Setiap area kumpulan MME dikendalikan oleh satu atau lebih MME di jaringan.

2

The S-GW service areas

Ini adalah area yang dilayani oleh satu atau beberapa gateway layanan S-GW, tempat seluler dapat bergerak tanpa mengubah gateway layanan.

3

The Tracking areas

Area kumpulan MME dan area layanan S-GW keduanya dibuat dari unit yang lebih kecil dan tidak tumpang tindih yang dikenal sebagai area pelacakan (TA). Mereka mirip dengan lokasi dan area perutean dari UMTS dan GSM dan akan digunakan untuk melacak lokasi ponsel yang berada dalam mode siaga.

Dengan demikian, jaringan LTE akan terdiri dari banyak area kumpulan MME, banyak area layanan S-GW, dan banyak area pelacakan.

ID Jaringan

Jaringan itu sendiri akan diidentifikasi menggunakan Public Land Mobile Network Identity (PLMN-ID) yang akan memiliki tiga digit kode negara seluler (MCC) dan dua atau tiga digit kode jaringan seluler (MNC). Misalnya, Kode Negara Seluler untuk Inggris adalah 234, sedangkan jaringan Vodafone di Inggris menggunakan Kode Jaringan Seluler 15.

ID MME

Setiap MME memiliki tiga identitas utama. Kode MME (MMEC) secara unik mengidentifikasi MME dalam semua area kolam. Sekelompok MME diberi MME Group Identity (MMEGI) yang bekerja bersama MMEC untuk membuat pengenal MME (MMEI). MMEI secara unik mengidentifikasi MME dalam jaringan tertentu.

Jika kita menggabungkan PLMN-ID dengan MMEI, maka kita sampai pada Pengenal MME Unik Secara Global (GUMMEI), yang mengidentifikasi MME di mana pun di dunia:

ID Area Pelacakan

Setiap area pelacakan memiliki dua identitas utama. Kode area pelacakan (TAC) mengidentifikasi area pelacakan dalam jaringan tertentu dan jika kita menggabungkannya dengan PLMN-ID maka kita sampai pada Identitas Area Pelacakan Unik Secara Global (TAI).

ID Seluler

Setiap sel dalam jaringan memiliki tiga jenis identitas. Identitas sel (ECI) E-UTRAN mengidentifikasi sel dalam jaringan tertentu, sedangkan pengidentifikasi global sel (ECGI) E-UTRAN mengidentifikasi sel di mana pun di dunia.

Identitas sel fisik, berupa angka dari 0 sampai 503 dan membedakan sel dari tetangganya.

ID Peralatan Seluler

Identitas perangkat seluler internasional (IMEI) adalah identitas unik untuk perangkat seluler dan International Mobile Subscriber Identity (IMSI) adalah identitas unik untuk UICC dan USIM.

Identitas pelanggan seluler sementara (M-TMSI) mengidentifikasi seluler ke MME penyajiannya. Menambahkan kode MME di M-TMSI menghasilkan identitas pelanggan seluler sementara (S-TMSI), yang mengidentifikasi seluler dalam area kumpulan MME.

Terakhir, menambahkan identitas grup MME dan identitas PLMN dengan S-TMSI menghasilkan Identitas Sementara Unik Secara Global (GUTI).

Arsitektur protokol radio untuk LTE dapat dipisahkan menjadi control plane arsitektur dan user plane arsitektur seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Di sisi bidang pengguna, aplikasi membuat paket data yang diproses oleh protokol seperti TCP, UDP dan IP, sedangkan di bidang kontrol, protokol kendali sumber daya radio (RRC) menulis pesan pensinyalan yang dipertukarkan antara stasiun pangkalan dan seluler. Dalam kedua kasus, informasi diproses oleh protokol konvergensi data paket (PDCP), protokol radio link control (RLC) dan protokol kontrol akses media (MAC), sebelum diteruskan ke lapisan fisik untuk transmisi.

Pesawat Pengguna

Tumpukan protokol bidang pengguna antara e-Node B dan UE terdiri dari sub-lapisan berikut:

  • PDCP (Packet Data Convergence Protocol)

  • RLC (Kontrol Tautan Radio)

  • Kontrol Akses Sedang (MAC)

Pada bidang pengguna, paket di jaringan inti (EPC) diringkas dalam protokol EPC tertentu dan disalurkan antara P-GW dan eNodeB. Protokol tunneling yang berbeda digunakan tergantung pada antarmuka. GPRS Tunneling Protocol (GTP) digunakan pada antarmuka S1 antara eNodeB dan S-GW dan pada antarmuka S5 / S8 antara S-GW dan P-GW.

Paket yang diterima oleh lapisan disebut Service Data Unit (SDU) sedangkan output paket dari lapisan disebut oleh Protocol Data Unit (PDU) dan paket IP pada aliran bidang pengguna dari lapisan atas ke bawah.

Bidang Kontrol

Bidang kontrol mencakup tambahan lapisan Kontrol Sumber Daya Radio (RRC) yang bertanggung jawab untuk mengkonfigurasi lapisan bawah.

Control Plane menangani fungsionalitas khusus radio yang bergantung pada status peralatan pengguna yang mencakup dua status: idle atau terhubung.

Mode Deskripsi
Diam Peralatan pengguna berkemah di sel setelah pemilihan sel atau proses pemilihan ulang di mana faktor-faktor seperti kualitas hubungan radio, status sel dan teknologi akses radio dipertimbangkan. UE juga memonitor saluran paging untuk mendeteksi panggilan masuk dan memperoleh informasi sistem. Dalam mode ini, protokol bidang kontrol mencakup pemilihan sel dan prosedur pemilihan ulang.
Terhubung UE memasok E-UTRAN dengan kualitas saluran downlink dan informasi sel tetangga untuk memungkinkan E-UTRAN memilih sel yang paling sesuai untuk UE. Dalam hal ini, protokol bidang kendali mencakup protokol Radio Link Control (RRC).

Tumpukan protokol untuk bidang kontrol antara UE dan MME ditampilkan di bawah ini. Wilayah abu-abu tumpukan menunjukkan protokol stratum akses (AS). Lapisan bawah menjalankan fungsi yang sama seperti untuk bidang pengguna dengan pengecualian bahwa tidak ada fungsi kompresi tajuk untuk bidang kontrol.

Mari kita lihat lebih dekat semua layer yang tersedia di E-UTRAN Protocol Stack yang telah kita lihat di bab sebelumnya. Di bawah ini adalah diagram yang lebih terperinci dari E-UTRAN Protocol Stack:

Lapisan Fisik (Lapisan 1)

Lapisan Fisik membawa semua informasi dari saluran transportasi MAC melalui antarmuka udara. Menjaga adaptasi tautan (AMC), kontrol daya, pencarian sel (untuk sinkronisasi awal dan tujuan penyerahan) dan pengukuran lain (di dalam sistem LTE dan antar sistem) untuk lapisan RRC.

Lapisan Akses Menengah (MAC)

Lapisan MAC bertanggung jawab untuk Pemetaan antara saluran logis dan saluran transportasi, Multiplexing MAC SDU dari satu atau saluran logis yang berbeda ke blok transportasi (TB) untuk dikirim ke lapisan fisik pada saluran transportasi, de multiplexing MAC SDU dari satu atau logika yang berbeda saluran dari blok transportasi (TB) yang dikirim dari lapisan fisik pada saluran transportasi, Pelaporan informasi penjadwalan, Koreksi kesalahan melalui HARQ, Penanganan prioritas antara UE melalui penjadwalan dinamis, Penanganan prioritas antara saluran logis dari satu UE, prioritas Saluran Logis.

Radio Link Control (RLC)

RLC beroperasi dalam 3 mode operasi: Transparent Mode (TM), Unacknowledged Mode (UM), dan Acknowledged Mode (AM).

RLC Layer bertanggung jawab untuk transfer PDU lapisan atas, koreksi kesalahan melalui ARQ (Hanya untuk transfer data AM), Penggabungan, segmentasi, dan perakitan ulang RLC SDU (Hanya untuk transfer data UM dan AM).

RLC juga bertanggung jawab atas segmentasi ulang PDU data RLC (Hanya untuk transfer data AM), penataan ulang PDU data RLC (Hanya untuk transfer data UM dan AM), deteksi duplikat (Hanya untuk transfer data UM dan AM), pembuangan RLC SDU (Hanya untuk transfer data UM dan AM), pembentukan kembali RLC, dan deteksi kesalahan protokol (Hanya untuk transfer data AM).

Kontrol Sumber Daya Radio (RRC)

Layanan utama dan fungsi sublayer RRC termasuk siaran Informasi Sistem yang terkait dengan lapisan non-akses (NAS), siaran Informasi Sistem yang terkait dengan lapisan akses (AS), Paging, pembentukan, pemeliharaan, dan pelepasan koneksi RRC antara UE dan E-UTRAN, fungsi Keamanan termasuk manajemen kunci, pembentukan, konfigurasi, pemeliharaan, dan pelepasan Pembawa Radio titik ke titik.

Kontrol Konvergensi Data Paket (PDCP)

Lapisan PDCP bertanggung jawab atas kompresi Header dan dekompresi data IP, Transfer data (bidang pengguna atau bidang kontrol), Pemeliharaan Nomor Urutan PDCP (SN), Pengiriman berurutan dari PDU lapisan atas pada pembentukan kembali lapisan bawah, Duplikat penghapusan SDU lapisan bawah pada pembentukan kembali lapisan bawah untuk pembawa radio yang dipetakan pada RLC AM, Penyandian dan penguraian data bidang pengguna dan data bidang kontrol, Perlindungan integritas dan verifikasi integritas data bidang kontrol, Pembuangan berbasis waktu, pembuangan duplikat, PDCP digunakan untuk SRB dan DRB yang dipetakan pada DCCH dan tipe saluran logis DTCH.

Protokol Non Access Stratum (NAS)

Protokol lapisan non-akses (NAS) membentuk lapisan tertinggi bidang kontrol antara peralatan pengguna (UE) dan MME.

Protokol NAS mendukung mobilitas UE dan prosedur manajemen sesi untuk membangun dan memelihara konektivitas IP antara UE dan PDN GW.

Di bawah ini adalah digram logis dari lapisan Protokol E-UTRAN dengan penggambaran aliran data melalui berbagai lapisan:

Paket yang diterima oleh lapisan disebut Service Data Unit (SDU) sedangkan output paket dari lapisan disebut oleh Protocol Data Unit (PDU). Mari kita lihat aliran data dari atas ke bawah:

  • Lapisan IP mengirimkan SDU PDCP (Paket IP) ke lapisan PDCP. Lapisan PDCP melakukan kompresi header dan menambahkan header PDCP ke SDU PDCP ini. Lapisan PDCP mengirimkan PDCP PDU (RLC SDU) ke lapisan RLC.

    PDCP Header Compression: PDCP menghapus header IP (Minimum 20 byte) dari PDU, dan menambahkan Token 1-4 byte. Yang memberikan penghematan luar biasa dalam jumlah tajuk yang seharusnya harus dilewatkan begitu saja.

  • Lapisan RLC melakukan segmentasi dari SDUS ini untuk membuat PDU RLC. RLC menambahkan header berdasarkan mode operasi RLC. RLC mengirimkan PDU RLC ini (MAC SDU) ke lapisan MAC.

    RLC Segmentation: Jika RLC SDU besar, atau kecepatan data radio yang tersedia rendah (mengakibatkan blok transpor kecil), RLC SDU dapat dibagi di antara beberapa PDU RLC. Jika RLC SDU kecil, atau kecepatan data radio yang tersedia tinggi, beberapa RLC SDU dapat dimasukkan ke dalam satu PDU.

  • Lapisan MAC menambahkan header dan melakukan padding agar sesuai dengan MAC SDU ini di TTI. Lapisan MAC mengirimkan MAC PDU ke lapisan fisik untuk mengirimkannya ke saluran fisik.

  • Saluran fisik mengirimkan data ini ke dalam slot sub frame.

Arus informasi antara protokol yang berbeda dikenal sebagai saluran dan sinyal. LTE menggunakan beberapa jenis saluran logis, transportasi, dan fisik, yang dibedakan menurut jenis informasi yang mereka bawa dan cara informasi tersebut diproses.

  • Logical Channels : Tentukan whattype informasi ditransmisikan melalui udara, misalnya saluran lalu lintas, saluran kontrol, siaran sistem, dll. Data dan pesan pensinyalan dibawa pada saluran logis antara protokol RLC dan MAC.

  • Transport Channels : Tentukan howissesuatu yang ditransmisikan melalui udara, misalnya apa itu pengkodean, opsi interleaving yang digunakan untuk mengirimkan data. Data dan pesan pensinyalan dibawa pada saluran transportasi antara MAC dan lapisan fisik.

  • Physical Channels : Tentukan whereissesuatu yang ditransmisikan melalui udara, misalnya simbol N pertama dalam bingkai DL. Data dan pesan pensinyalan dibawa pada saluran fisik antara berbagai tingkat lapisan fisik.

Saluran Logis

Saluran logis menentukan jenis data yang ditransfer. Saluran ini menentukan layanan transfer data yang ditawarkan oleh lapisan MAC. Data dan pesan pensinyalan dibawa pada saluran logis antara protokol RLC dan MAC.

Saluran logis dapat dibagi menjadi saluran kontrol dan saluran lalu lintas. Saluran Kontrol dapat berupa saluran umum atau saluran khusus. Saluran umum berarti umum untuk semua pengguna dalam sel (Titik ke multipoint) sedangkan saluran khusus berarti saluran hanya dapat digunakan oleh satu pengguna (Titik ke Titik).

Saluran logis dibedakan berdasarkan informasi yang dibawanya dan dapat diklasifikasikan dalam dua cara. Pertama, saluran lalu lintas logis membawa data di bidang pengguna, sedangkan saluran kontrol logis membawa pesan pensinyalan di bidang kontrol. Tabel berikut mencantumkan saluran logis yang digunakan oleh LTE:

nama saluran Akronim Saluran kontrol Saluran lalu lintas
Saluran Kontrol Siaran BCCH X  
Saluran Kontrol Paging PCCH X  
Saluran Kontrol Umum CCCH X  
Saluran Kontrol Khusus DCCH X  
Saluran Kontrol Multicast MCCH X  
Saluran Lalu Lintas Khusus DTCH   X
Saluran Lalu Lintas Multicast MTCH   X

Saluran Transportasi

Saluran transportasi menentukan bagaimana dan dengan jenis karakteristik apa data ditransfer oleh lapisan fisik. Data dan pesan pensinyalan dibawa pada saluran transportasi antara MAC dan lapisan fisik.

Saluran Transpor dibedakan berdasarkan cara prosesor saluran transportasi memanipulasinya. Tabel berikut mencantumkan saluran transportasi yang digunakan oleh LTE:

nama saluran Akronim Downlink Uplink
Saluran Siaran BCH X  
Turunkan Tautan Saluran Bersama DL-SCH X  
Paging Channel PCH X  
Saluran Multicast KIA X  
Saluran Bersama Uplink UL-SCH   X
Saluran Akses Acak RACH   X

Saluran Fisik

Data dan pesan pensinyalan dibawa pada saluran fisik antara berbagai tingkat lapisan fisik dan karenanya dibagi menjadi dua bagian:

  • Saluran Data Fisik

  • Saluran Kontrol Fisik

Saluran data fisik

Saluran data fisik dibedakan dengan cara di mana prosesor saluran fisik memanipulasinya, dan dengan cara mereka dipetakan ke dalam simbol dan sub-carrier yang digunakan oleh Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMA). Tabel berikut mencantumkanphysical data channels yang digunakan oleh LTE:

nama saluran Akronim Downlink Uplink
Saluran bersama downlink fisik PDSCH X  
Saluran siaran fisik PBCH X  
Saluran multicast fisik PMCH X  
Saluran bersama uplink fisik PUSCH   X
Saluran akses acak fisik PRACH   X

Itu transport channelprosesor menyusun beberapa jenis informasi kontrol, untuk mendukung operasi tingkat rendah dari lapisan fisik. Ini tercantum dalam tabel di bawah ini:

Nama Bidang Akronim Downlink Uplink
Informasi kontrol downlink DCI X  
Indikator format kontrol CFI X  
Indikator Hybrid ARQ HAI X  
Informasi kontrol Uplink UCI   X

Saluran Kontrol Fisik

Prosesor saluran transportasi juga membuat informasi kontrol yang mendukung operasi tingkat rendah dari lapisan fisik dan mengirimkan informasi ini ke prosesor saluran fisik dalam bentuk saluran kontrol fisik.

Informasi berjalan sejauh prosesor saluran transportasi di penerima, tetapi sama sekali tidak terlihat oleh lapisan yang lebih tinggi. Demikian pula, prosesor saluran fisik membuat sinyal fisik, yang mendukung aspek tingkat terendah dari sistem.

Saluran Kontrol Fisik tercantum dalam tabel di bawah ini:

nama saluran Akronim Downlink Uplink
Saluran indikator format kontrol fisik PCFICH X  
Saluran indikator ARQ hybrid fisik PHICH X  
Saluran kontrol downlink fisik PDCCH X  
Relay saluran kontrol downlink fisik R-PDCCH X  
Saluran kontrol uplink fisik PUCCH   X

Stasiun pangkalan juga memancarkan dua sinyal fisik lainnya, yang membantu perangkat seluler memperoleh pemancar setelah dinyalakan terlebih dahulu. Ini dikenal sebagai sinyal sinkronisasi primer (PSS) dan sinyal sinkronisasi sekunder (SSS).

Untuk mengatasi efek masalah multi path fading yang tersedia di UMTS, LTE menggunakan Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) untuk downlink - yaitu, dari stasiun pangkalan ke terminal untuk mengirimkan data melalui banyak jalur sempit karir masing-masing 180 KHz sebagai gantinya menyebarkan satu sinyal melalui bandwidth karir 5MHz lengkap yaitu. OFDM menggunakan sejumlah besar sub-carrier sempit untuk transmisi multi-carrier untuk membawa data.

Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM), adalah skema frequency-division multiplexing (FDM) yang digunakan sebagai metode modulasi multi-carrier digital.

OFDM memenuhi persyaratan LTE untuk fleksibilitas spektrum dan memungkinkan solusi hemat biaya untuk operator yang sangat luas dengan tingkat puncak yang tinggi. Sumber daya fisik downlink LTE dasar dapat dilihat sebagai kisi frekuensi waktu, seperti yang diilustrasikan pada Gambar di bawah:

Simbol OFDM dikelompokkan ke dalam blok sumber daya. Blok sumber daya memiliki ukuran total 180kHz dalam domain frekuensi dan 0,5ms dalam domain waktu. Setiap 1ms Transmission Time Interval (TTI) terdiri dari dua slot (Tslot).

Setiap pengguna dialokasikan sejumlah yang disebut blok sumber daya dalam kisi time.frequency. Semakin banyak blok sumber daya yang didapat pengguna, dan semakin tinggi modulasi yang digunakan dalam elemen sumber daya, semakin tinggi kecepatan bitnya. Sumber daya mana yang diblokir dan berapa banyak pengguna pada titik waktu tertentu bergantung pada mekanisme penjadwalan lanjutan dalam dimensi frekuensi dan waktu.

Mekanisme penjadwalan di LTE mirip dengan yang digunakan di HSPA, dan memungkinkan kinerja optimal untuk berbagai layanan di lingkungan radio yang berbeda.

Keuntungan OFDM

  • Keuntungan utama OFDM dibandingkan skema single-carrier adalah kemampuannya untuk mengatasi kondisi saluran yang parah (misalnya, redaman frekuensi tinggi dalam kabel tembaga panjang, interferensi pita sempit, dan pemudaran selektif frekuensi karena multipath) tanpa filter ekualisasi yang rumit.

  • Persamaan saluran disederhanakan karena OFDM dapat dilihat sebagai menggunakan banyak sinyal pita sempit termodulasi lambat daripada satu sinyal pita lebar termodulasi cepat.

  • Tingkat simbol yang rendah membuat penggunaan interval pelindung antar simbol menjadi terjangkau, sehingga memungkinkan untuk menghilangkan gangguan antar simbol (ISI).

  • Mekanisme ini juga memfasilitasi desain jaringan frekuensi tunggal (SFN), di mana beberapa pemancar yang berdekatan mengirim sinyal yang sama secara bersamaan pada frekuensi yang sama, karena sinyal dari beberapa pemancar jauh dapat digabungkan secara konstruktif, daripada mengganggu seperti yang biasanya terjadi dalam sistem tradisional. sistem pembawa tunggal.

Kekurangan OFDM

  • Rasio puncak-ke-rata-rata yang tinggi

  • Peka terhadap offset frekuensi, demikian juga dengan Doppler-shift

Teknologi SC-FDMA

LTE menggunakan versi OFDM yang sudah dikodekan sebelumnya yang disebut Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) di uplink. Ini untuk mengkompensasi kekurangan dengan OFDM normal, yang memiliki Rasio Daya Rata-Rata ke Puncak (PAPR) yang sangat tinggi.

PAPR tinggi memerlukan amplifier daya yang mahal dan tidak efisien dengan persyaratan linieritas tinggi, yang meningkatkan biaya terminal dan menguras baterai lebih cepat.

SC-FDMA memecahkan masalah ini dengan mengelompokkan blok sumber daya sedemikian rupa sehingga mengurangi kebutuhan akan linearitas, dan juga konsumsi daya, dalam penguat daya. PAPR rendah juga meningkatkan cakupan dan kinerja tepi sel.

Istilah Deskripsi
3GPP Proyek Kemitraan Generasi Ketiga
3GPP2 Proyek Kemitraan Generasi Ketiga 2
ARIB Asosiasi Industri Radio dan Bisnis
ATIS Aliansi untuk Solusi Industri Telekomunikasi
AWS Layanan Nirkabel Lanjutan
CAPEX Belanja modal
CCSA Asosiasi Standar Komunikasi China
CDMA Code Division Multiple Access
CDMA2000 Code Division Multiple Access 2000
COLEK Siaran Audio Digital
DSL Saluran Pelanggan Digital
DVB Siaran Video Digital
eHSPA berevolusi Akses Paket Kecepatan Tinggi
ETSI Institut Standar Telekomunikasi Eropa
FDD Dupleks Divisi Frekuensi
FWT Terminal Nirkabel Tetap
GSM Sistem Global untuk komunikasi Seluler
HSPA Akses Paket Berkecepatan Tinggi
HSS Server Pelanggan Rumah
IEEE Institut Teknik Elektro dan Elektronika
IPTV Televisi Protokol Internet
LTE Evolusi Jangka Panjang
MBMS Layanan Multimedia Broadcast Multicast
MIMO Beberapa Input Beberapa Output
MME Entitas Manajemen Mobilitas
NGMN Jaringan Seluler Generasi Berikutnya
OFDM Multiplexing Divisi Frekuensi Orthogonal
OPEX Pengeluaran Operasional
PAPR Rasio Daya Puncak ke Rata-rata
PCI Interkoneksi Komponen Periferal
PCRF Fungsi Aturan Pemolisian dan Pengisian
PDSN Node Penyajian Data Paket
PS Packet Switched
QoS Kualitas pelayanan
RAN Jaringan Akses Radio
SAE Evolusi Arsitektur Sistem
SC-FDMA Divisi Frekuensi Pembawa Tunggal Akses Ganda
SGSN Melayani Node Dukungan GPRS
TDD Dupleks Divisi Waktu
TTA Asosiasi Teknologi Telekomunikasi
TTC Komite Teknologi Telekomunikasi
TTI Interval Waktu Transmisi
UTRA Akses Radio Terestrial Universal
UTRAN Jaringan Akses Radio Terestrial Universal
WCDMA Wideband Code Division Multiple Access
WLAN Jaringan Area Lokal Nirkabel