LTE 퀵 가이드

LTE는 Long Term Evolution을 의미하며 2004 년 3GPP (Third Generation Partnership Project)로 알려진 통신 기관에서 프로젝트로 시작되었습니다. SAE (System Architecture Evolution)는 GPRS / 3G 패킷 코어 네트워크 진화의 상응하는 진화입니다. LTE라는 용어는 일반적으로 LTE와 SAE를 모두 나타내는 데 사용됩니다.

LTE는 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)로 알려진 이전 3GPP 시스템에서 발전했으며, 이는 차례로 GSM (Global System for Mobile Communications)에서 발전했습니다. 관련 사양조차 공식적으로 E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) 및 E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network)으로 알려졌습니다. LTE의 첫 번째 버전은 3GPP 사양의 릴리스 8에 문서화되었습니다.

모바일 데이터 사용량의 급격한 증가와 MMOG (멀티미디어 온라인 게임), 모바일 TV, 웹 2.0, 스트리밍 콘텐츠와 같은 새로운 애플리케이션의 등장으로 3GPP (3rd Generation Partnership Project)가 LTE (Long-Term Evolution)에 참여하도록 동기를 부여했습니다. 4 세대 모바일을 향해 가고 있습니다.

LTE의 주요 목표는 유연한 대역폭 배포를 지원하는 높은 데이터 속도, 낮은 대기 시간 및 패킷 최적화 된 무선 액세스 기술을 제공하는 것입니다. 동시에 네트워크 아키텍처는 원활한 이동성과 우수한 서비스 품질로 패킷 교환 트래픽을 지원하는 것을 목표로 설계되었습니다.

LTE 진화

년	행사
2000 년 3 월	릴리스 99-UMTS / WCDMA
2002 년 3 월	Rel 5-HSDPA
2005 년 3 월	Rel 6-HSUPA
2007 년	Rel 7-DL MIMO, IMS (IP 멀티미디어 서브 시스템)
2004 년 11 월	LTE 사양 작업 시작
2008 년 1 월	릴리스 8로 사양 확정 및 승인
2010 년	첫 번째 배포 대상

LTE에 대한 사실

• LTE는 UMTS뿐만 아니라 CDMA 2000의 후속 기술입니다.

• LTE는 셀룰러 네트워크에 최대 50 배의 성능 향상과 훨씬 더 나은 스펙트럼 효율성을 제공하기 때문에 중요합니다.

• LTE는 더 높은 데이터 속도, 300Mbps 피크 다운 링크 및 75Mbps 피크 업 링크를 제공하기 위해 도입되었습니다. 20MHz 캐리어에서 300Mbps 이상의 데이터 속도는 매우 양호한 신호 조건에서 달성 될 수 있습니다.

• LTE는 VoIP (Voice over IP), 스트리밍 멀티미디어, 화상 회의 또는 고속 셀룰러 모뎀과 같은 서비스에 대해 높은 날짜 속도를 지원하는 이상적인 기술입니다.

• LTE는 TDD (Time Division Duplex)와 FDD (Frequency Division Duplex) 모드를 모두 사용합니다. FDD에서는 업 링크와 다운 링크 전송이 서로 다른 주파수를 사용하는 반면, TDD에서는 업 링크와 다운 링크가 모두 동일한 캐리어를 사용하고 시간에서 분리됩니다.

• LTE는 FDD 및 TDD뿐 아니라 1.4MHz에서 최대 20MHz까지의 유연한 캐리어 대역폭을 지원합니다. 1.4MHz에서 최대 20MHz까지 확장 가능한 캐리어 대역폭으로 설계된 LTE는 사용되는 대역폭은 네트워크 사업자가 사용할 수있는 주파수 대역 및 스펙트럼 양에 따라 다릅니다.

• 모든 LTE 장치는 (MIMO) 다중 입력 다중 출력 전송을 지원해야하므로 기지국이 동일한 캐리어를 통해 동시에 여러 데이터 스트림을 전송할 수 있습니다.

• 무선 기지국에 대한 백홀 연결을 포함하여 LTE의 네트워크 노드 간의 모든 인터페이스는 이제 IP 기반입니다. 이것은 초기에 E1 / T1, ATM 및 프레임 릴레이 링크를 기반으로했던 이전 기술과 비교했을 때 대폭 단순화되었으며 대부분이 협 대역이고 비용이 많이 듭니다.

• 서비스 품질 (QoS) 메커니즘은 모든 인터페이스에서 표준화되어 일정한 지연 및 대역폭에 대한 음성 통화 요구 사항이 용량 제한에 도달해도 여전히 충족 될 수 있습니다.

• 기존 2G 및 3G 스펙트럼과 새로운 스펙트럼을 활용하는 GSM / EDGE / UMTS 시스템에서 작동합니다. 기존 모바일 네트워크로의 핸드 오버 및 로밍을 지원합니다.

LTE의 장점

• High throughput:다운 링크와 업 링크 모두에서 높은 데이터 속도를 얻을 수 있습니다. 이로 인해 높은 처리량이 발생합니다.

• Low latency: 네트워크에 연결하는 데 필요한 시간은 수백 밀리 초이며 절전 상태를 매우 빠르게 시작하고 종료 할 수 있습니다.

• FDD and TDD in the same platform: FDD (Frequency Division Duplex) 및 TDD (Time Division Duplex), 두 방식 모두 동일한 플랫폼에서 사용할 수 있습니다.

• Superior end-user experience:연결 설정 및 기타 무선 인터페이스 및 이동성 관리 절차를위한 최적화 된 시그널링은 사용자 경험을 더욱 향상 시켰습니다. 더 나은 사용자 경험을 위해 지연 시간 (10ms까지)을 줄였습니다.

• Seamless Connection: LTE는 GSM, CDMA 및 WCDMA와 같은 기존 네트워크에 대한 원활한 연결도 지원합니다.

• Plug and play:사용자는 장치 드라이버를 수동으로 설치할 필요가 없습니다. 대신 시스템이 자동으로 장치를 인식하고 필요한 경우 하드웨어에 대한 새 드라이버를로드하고 새로 연결된 장치와 함께 작동하기 시작합니다.

• Simple architecture: 단순 아키텍처로 인해 운영 비용 (OPEX)이 낮습니다.

LTE-QoS

LTE 아키텍처 지원 hard QoS,무선 베어러를위한 종단 간 서비스 품질 및 보장 된 비트 전송률 (GBR)을 제공합니다. 예를 들어 이더넷과 인터넷이 서로 다른 유형의 QoS를 가지고있는 것처럼 다양한 수준의 QoS를 다양한 애플리케이션의 LTE 트래픽에 적용 할 수 있습니다. LTE MAC이 완전히 예약되어 있기 때문에 QoS는 자연스럽게 적합합니다.

EPS (Evolved Packet System) 베어러는 RLC 무선 베어러와 일대일 통신을 제공하고 트래픽 흐름 템플릿 (TFT)을 지원합니다. EPS 베어러에는 네 가지 유형이 있습니다.

• GBR Bearer 승인 제어에 의해 영구적으로 할당 된 리소스

• Non-GBR Bearer 허가 통제 없음

• Dedicated Bearer 특정 TFT (GBR 또는 비 GBR)와 관련

• Default Bearer 비 GBR, catch-all 할당되지 않은 트래픽

이 섹션에서는 LTE의 기본 매개 변수를 요약합니다.

매개 변수	기술
주파수 범위	36.101 (v860) 표 5.5.1에 ​​정의 된 UMTS FDD 대역 및 TDD 대역, 아래에 제공됨
양면 인쇄	FDD, TDD, 반이중 FDD
채널 코딩	터보 코드
유동성	350km / h
채널 대역폭 (MHz)	1.4 3 5 10 15 20
전송 대역폭 구성 NRB : (1 개의 자원 블록 = 1ms TTI에서 180kHz)	6 15 25 50 75 100
변조 방식	UL : QPSK, 16QAM, 64QAM (옵션) DL : QPSK, 16QAM, 64QAM
다중 액세스 체계	UL : SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access)는 50Mbps + (20MHz 스펙트럼)를 지원합니다. DL : OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)은 100Mbps + (20MHz 스펙트럼) 지원
다중 안테나 기술	UL : 다중 사용자 협업 MIMO DL : TxAA, 공간 멀티플렉싱, CDD, 최대 4x4 어레이
LTE의 최고 데이터 속도	UL : 75Mbps (20MHz 대역폭) DL : 150Mbps (UE 카테고리 4, 2x2 MIMO, 20MHz 대역폭) DL : 300Mbps (UE 카테고리 5, 4x4 MIMO, 20MHz 대역폭)
MIMO (다중 입력 다중 출력)	UL : 1 x 2, 1 x 4 DL : 2 x 2, 4 x 2, 4 x 4
적용 범위	5 ~ 100km, 30km 후 약간 저하
QoS	E2E QOS를 통해 다양한 서비스 클래스의 우선 순위 지정 가능
지연 시간	최종 사용자 대기 시간 <10mS

E-UTRA 작동 대역

다음은 LTE Sepecification 36.101 (v860) 표 5.5.1에서 가져온 E-UTRA 작동 대역에 대한 표입니다.

LTE의 고급 네트워크 아키텍처는 다음 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.

• 사용자 장비 (UE).

• E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network).

• EPC (Evolved Packet Core).

진화 된 패킷 코어는 인터넷, 사설 기업 네트워크 또는 IP 멀티미디어 하위 시스템과 같은 외부 세계의 패킷 데이터 네트워크와 통신합니다. 시스템의 다른 부분 간의 인터페이스는 아래와 같이 Uu, S1 및 SGi로 표시됩니다.

사용자 장비 (UE)

LTE 용 사용자 장비의 내부 아키텍처는 실제로 모바일 장비 (ME) 인 UMTS 및 GSM에서 사용하는 아키텍처와 동일합니다. 다음과 같은 중요한 모듈로 구성된 모바일 장비 :

• Mobile Termination (MT) : 모든 통신 기능을 처리합니다.

• Terminal Equipment (TE) : 데이터 스트림을 종료합니다.

• Universal Integrated Circuit Card (UICC): LTE 장 비용 SIM 카드라고도합니다. USIM (Universal Subscriber Identity Module)이라는 응용 프로그램을 실행합니다.

ㅏ USIM3G SIM 카드와 매우 유사한 사용자 별 데이터를 저장합니다. 이것은 사용자의 전화 번호, 홈 네트워크 ID 및 보안 키 등에 대한 정보를 유지합니다.

E-UTRAN (액세스 네트워크)

진화 된 UMTS 지상파 무선 액세스 네트워크 (E-UTRAN)의 아키텍처가 아래에 설명되어 있습니다.

E-UTRAN은 모바일과 진화 된 패킷 코어 사이의 무선 통신을 처리하고 단지 하나의 구성 요소 인 진화 된 기지국을 가지고 있습니다. eNodeB 또는 eNB. 각 eNB는 하나 이상의 셀에서 모바일을 제어하는 ​​기지국입니다. 모바일과 통신하는 기지국은 서빙 eNB로 알려져 있습니다.

LTE Mobile은 한 번에 하나의 기지국 및 하나의 셀과 만 통신하며 eNB가 지원하는 두 가지 주요 기능이 있습니다.

• eNB는 LTE 무선 인터페이스의 아날로그 및 디지털 신호 처리 기능을 사용하여 모든 모바일로 무선 전송을 송수신합니다.

• eNB는 핸드 오버 명령과 같은 시그널링 메시지를 전송함으로써 모든 모바일의 저수준 동작을 제어합니다.

각 eNB는 S1 인터페이스를 통해 EPC와 연결되며, 주로 핸드 오버시 시그널링 및 패킷 포워딩에 사용되는 X2 인터페이스를 통해 인근 기지국에 연결할 수 있습니다.

홈 eNB (HeNB)는 홈 내에서 펨토셀 커버리지를 제공하기 위해 사용자가 구매 한 기지국입니다. 홈 eNB는 폐쇄 가입자 그룹 (CSG)에 속하며 폐쇄 가입자 그룹에 속한 USIM을 사용하는 모바일에서만 액세스 할 수 있습니다.

EPC (Evolved Packet Core) (핵심 네트워크)

EPC (Evolved Packet Core)의 아키텍처는 아래에 설명되어 있습니다. 단순하게 유지하기 위해 다이어그램에 표시되지 않은 몇 가지 구성 요소가 더 있습니다. 이러한 구성 요소는 지진 및 쓰나미 경고 시스템 (ETWS), 장비 식별 등록 (EIR) 및 정책 제어 및 충전 규칙 기능 (PCRF)과 같습니다.

다음은 위의 아키텍처에 표시된 각 구성 요소에 대한 간략한 설명입니다.

• HSS (Home Subscriber Server) 구성 요소는 UMTS 및 GSM에서 전달되었으며 모든 네트워크 운영자의 가입자에 대한 정보를 포함하는 중앙 데이터베이스입니다.

• PDN (Packet Data Network) 게이트웨이 (P-GW)는 외부 세계와 통신합니다. SGi 인터페이스를 사용하는 패킷 데이터 네트워크 PDN. 각 패킷 데이터 네트워크는 APN (액세스 포인트 이름)으로 식별됩니다. PDN 게이트웨이는 UMTS 및 GSM을 사용하는 GPRS 지원 노드 (GGSN) 및 서빙 GPRS 지원 노드 (SGSN)와 동일한 역할을합니다.

• 서빙 게이트웨이 (S-GW)는 라우터 역할을하며 기지국과 PDN 게이트웨이간에 데이터를 전달합니다.

• MME (Mobility Management entity)는 시그널링 메시지 및 HSS (Home Subscriber Server)를 통해 모바일의 상위 수준 작동을 제어합니다.

• PCRF (정책 제어 및 과금 규칙 기능)는 위의 다이어그램에 표시되지 않은 구성 요소이지만 정책 제어 결정을 내리고 정책 제어 시행 기능에서 흐름 기반 과금 기능을 제어하는 ​​역할을합니다 ( PCEF)는 P-GW에 있습니다.

서빙 게이트웨이와 PDN 게이트웨이 간의 인터페이스를 S5 / S8이라고합니다. 여기에는 약간 다른 두 가지 구현이 있습니다. 즉, 두 장치가 동일한 네트워크에있는 경우 S5, 다른 네트워크에있는 경우 S8입니다.

E-UTRAN과 EPC 간의 기능적 분할

다음 다이어그램은 LTE 네트워크에 대한 E-UTRAN과 EPC 간의 기능적 분할을 보여줍니다.

2G / 3G 대 LTE

다음 표는 2G / 3G abd LTE에서 사용되는 다양한 중요 네트워크 요소 및 신호 프로토콜을 비교합니다.

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

한 국가에서 한 사업자가 운영하는 네트워크를 PLMN (Public Land Mobile Network)이라고하며 가입 한 사용자가 사업자의 PLMN을 사용하면 Home-PLMN이라고하지만 로밍을 통해 사용자는 홈 네트워크 외부로 이동하여 리소스를 사용할 수 있습니다. 다른 운영자의 네트워크에서. 이 다른 네트워크를 Visited-PLMN이라고합니다.

로밍 사용자는 방문한 LTE 네트워크의 E-UTRAN, MME 및 S-GW에 연결됩니다. 그러나 LTE / SAE를 사용하면 아래와 같이 방문 네트워크 또는 홈 네트워크의 P-GW를 사용할 수 있습니다.

홈 네트워크의 P-GW를 통해 사용자는 방문한 네트워크에있는 동안에도 홈 운영자의 서비스에 액세스 할 수 있습니다. 방문한 네트워크의 P-GW는 방문한 네트워크의 인터넷에 대한 "로컬 브레이크 아웃"을 허용합니다.

서빙 게이트웨이와 PDN 게이트웨이 사이의 인터페이스를 S5 / S8이라고합니다. 여기에는 약간 다른 두 가지 구현이 있습니다. 즉, 두 장치가 동일한 네트워크에있는 경우 S5, 다른 네트워크에있는 경우 S8입니다. 로밍이 아닌 모바일의 경우 서비스 및 PDN 게이트웨이를 단일 장치에 통합 할 수 있으므로 S5 / S8 인터페이스가 완전히 사라집니다.

LTE 로밍 충전

4G 로밍을 지원하는 데 필요한 새로운 충전 메커니즘의 복잡성은 3G 환경에서보다 훨씬 더 많습니다. LTE 로밍의 선불 및 후불 청구에 대한 몇 가지 단어가 아래에 나와 있습니다.

• Prepaid Charging-3G에서 선불 서비스를 가능하게하는 CAMEL 표준은 LTE에서 지원되지 않습니다. 따라서 선불 고객 정보는 현지 방문 네트워크에서 처리하는 대신 홈 네트워크로 다시 라우팅해야합니다. 결과적으로 운영자는 IMS 및 비 IMS 환경에서 P-Gateways를 통하거나 IMS 환경에서 CSCF를 통해 선불 고객 데이터에 액세스하기 위해 새로운 회계 흐름에 의존해야합니다.

• Postpaid Charging-후불 데이터 사용 요금은 TAP 3.11 또는 3.12 버전을 사용하여 LTE에서 3G에서와 동일하게 작동합니다. IMS 서비스의 로컬 브레이크 아웃을 사용하려면 TAP 3.12가 필요합니다.

사업자는 가입자 데이터 세션이 방문한 네트워크 내에 유지되기 때문에 로컬 브레이크 아웃 시나리오의 경우 홈 라우팅 시나리오에서와 같이 가입자 활동에 대한 가시성이 동일하지 않습니다. 따라서 홈 운영자가 선불 및 후불 고객 모두에 대한 실시간 정보를 캡처하려면 충전 시스템과 방문한 네트워크의 P-Gateway 사이에 Diameter 인터페이스를 설정해야합니다.

ims 서비스 시나리오의 로컬 브레이크 아웃의 경우 방문한 네트워크가 S-Gateway (s)에서 CDR (통화 정보 기록)을 생성하지만 이러한 CDR에는 TAP 3.12 모바일 세션 또는 메시징을 생성하는 데 필요한 모든 정보가 포함되어 있지 않습니다. 서비스 이용에 대한 이벤트 기록. 결과적으로 운영자는 핵심 데이터 네트워크 CDR을 IMS CDR과 연관시켜 TAP 레코드를 작성해야합니다.

LTE 네트워크 영역은 아래에 설명 된 세 가지 유형의 지리적 영역으로 나뉩니다.

SN	지역 및 설명
1	The MME pool areas MME 서비스의 변경없이 모바일이 이동할 수있는 영역입니다. 모든 MME 풀 영역은 네트워크에있는 하나 이상의 MME에 의해 제어됩니다.
2	The S-GW service areas 이것은 하나 이상의 서빙 게이트웨이 S-GW가 서비스하는 영역으로, 서빙 게이트웨이의 변경없이 모바일이 이동할 수 있습니다.
삼	The Tracking areas MME 풀 영역과 S-GW 서비스 영역은 둘 다 추적 영역 (TA)으로 알려진 더 작고 겹치지 않는 단위로 만들어집니다. UMTS 및 GSM의 위치 및 라우팅 영역과 유사하며 대기 모드에있는 휴대폰의 위치를 ​​추적하는 데 사용됩니다.

따라서 LTE 네트워크는 많은 MME 풀 영역, 많은 S-GW 서비스 영역 및 많은 추적 영역으로 구성됩니다.

네트워크 ID

네트워크 자체는 3 자리 모바일 국가 코드 (MCC)와 2 자리 또는 3 자리 모바일 네트워크 코드 (MNC)가있는 PLMN-ID (Public Land Mobile Network Identity)를 사용하여 식별됩니다. 예를 들어 영국의 모바일 국가 코드는 234이고 Vodafone의 영국 네트워크는 모바일 네트워크 코드 15를 사용합니다.

MME ID

각 MME에는 세 가지 주요 ID가 있습니다. MME 코드 (MMEC)는 모든 풀 영역 내에서 MME를 고유하게 식별합니다. MME 그룹에는 MME 식별자 (MMEI)를 만들기 위해 MMEC와 함께 작동하는 MMEGI (MME Group Identity)가 할당됩니다. MMEI는 특정 네트워크 내에서 MME를 고유하게 식별합니다.

PLMN-ID를 MMEI와 결합하면 전 세계 어디서나 MME를 식별하는 GUMMEI (Globally Unique MME Identifier)에 도달합니다.

추적 영역 ID

각 추적 영역에는 두 가지 주요 ID가 있습니다. TAC (추적 지역 코드)는 특정 네트워크 내의 추적 지역을 식별하며이를 PLMN-ID와 결합하면 TAI (Globally Unique Tracking Area Identity)에 도달합니다.

셀 ID

네트워크의 각 셀에는 세 가지 유형의 ID가 있습니다. E-UTRAN 셀 ID (ECI)는 특정 네트워크 내의 셀을 식별하는 반면 E-UTRAN 셀 글로벌 식별자 (ECGI)는 전 세계 어디에서나 셀을 식별합니다.

0에서 503까지의 숫자이며 셀을 바로 이웃과 구별하는 물리적 셀 ID입니다.

모바일 장비 ID

IMSI (International Mobile Subscriber Identity)는 모바일 장비에 대한 고유 한 ID이며 IMSI (International Mobile Subscriber Identity)는 UICC 및 USIM에 대한 고유 한 ID입니다.

M 임시 모바일 가입자 신원 (M-TMSI)은 서비스를 제공하는 MME에 대해 모바일을 식별합니다. M-TMSI에 MME 코드를 추가하면 MME 풀 영역 내에서 모바일을 식별하는 S 임시 모바일 가입자 ID (S-TMSI)가 생성됩니다.

마지막으로 S-TMSI를 사용하여 MME 그룹 ID와 PLMN ID를 추가하면 GUTI (Globally Unique Temporary Identity)가 생성됩니다.

LTE 용 무선 프로토콜 아키텍처는 다음과 같이 분리 될 수 있습니다. control plane 건축과 user plane 아래와 같이 아키텍처 :

사용자 플레인 측에서 애플리케이션은 TCP, UDP 및 IP와 같은 프로토콜에 의해 처리되는 데이터 패킷을 생성하는 반면, 제어 플레인에서 RRC (무선 자원 제어) 프로토콜은 기지국과 네트워크간에 교환되는 신호 메시지를 작성합니다. 변하기 쉬운. 두 경우 모두 정보는 전송을 위해 물리 계층으로 전달되기 전에 PDCP (Packet Data Convergence Protocol), RLC (Radio Link Control) 프로토콜 및 MAC (Medium Access Control) 프로토콜에 의해 처리됩니다.

사용자 평면

e-Node B와 UE 사이의 사용자 평면 프로토콜 스택은 다음과 같은 하위 계층으로 구성됩니다.

• PDCP (Packet Data Convergence Protocol)

• RLC (무선 링크 제어)

• 매체 액세스 제어 (MAC)

사용자 플레인에서 코어 네트워크 (EPC)의 패킷은 특정 EPC 프로토콜에 캡슐화되고 P-GW와 eNodeB간에 터널링됩니다. 인터페이스에 따라 다른 터널링 프로토콜이 사용됩니다. GPRS 터널링 프로토콜 (GTP)은 eNodeB와 S-GW 사이의 S1 인터페이스와 S-GW와 P-GW 사이의 S5 / S8 인터페이스에서 사용됩니다.

계층에서 수신 한 패킷을 SDU (서비스 데이터 단위)라고하며 계층의 패킷 출력은 PDU (프로토콜 데이터 단위)로 참조되며 사용자 평면의 IP 패킷은 위에서 아래로 이동합니다.

컨트롤 플레인

제어 플레인에는 하위 계층 구성을 담당하는 RRC (Radio Resource Control Layer)가 추가로 포함됩니다.

컨트롤 플레인은 유휴 또는 연결됨의 두 가지 상태를 포함하는 사용자 장비의 상태에 따라 달라지는 무선 관련 기능을 처리합니다.

방법	기술
게으른	사용자 장비는 무선 링크 품질, 셀 상태 및 무선 액세스 기술과 같은 요소를 고려하는 셀 선택 또는 재 선택 프로세스 후에 셀에 캠프를 둡니다. UE는 또한 페이징 채널을 모니터링하여 들어오는 호출을 감지하고 시스템 정보를 획득합니다. 이 모드에서 제어 플레인 프로토콜에는 셀 선택 및 재 선택 절차가 포함됩니다.
연결됨	UE는 E-UTRAN이 UE에 가장 적합한 셀을 선택할 수 있도록 하향 링크 채널 품질 및 인접 셀 정보를 E-UTRAN에 제공합니다. 이 경우 제어 플레인 프로토콜에는 RRC (Radio Link Control) 프로토콜이 포함됩니다.

UE와 MME 간의 제어 플레인에 대한 프로토콜 스택은 다음과 같습니다. 스택의 회색 영역은 액세스 계층 (AS) 프로토콜을 나타냅니다. 하위 계층은 제어 평면에 대한 헤더 압축 기능이 없다는 점을 제외하고는 사용자 평면과 동일한 기능을 수행합니다.

이전 장에서 보았던 E-UTRAN 프로토콜 스택에서 사용 가능한 모든 계층을 자세히 살펴 보겠습니다. 다음은 E-UTRAN 프로토콜 스택의보다 정교한 다이어그램입니다.

물리 계층 (계층 1)

물리 계층은 MAC 전송 채널의 모든 정보를 무선 인터페이스를 통해 전달합니다. RRC 계층에 대한 링크 적응 (AMC), 전력 제어, 셀 검색 (초기 동기화 및 핸드 오버 목적) 및 기타 측정 (LTE 시스템 내부 및 시스템 간)을 처리합니다.

MAC (Medium Access Layer)

MAC 계층은 논리 채널과 전송 채널 간의 매핑, 하나 또는 다른 논리 채널의 MAC SDU를 전송 채널의 물리 계층으로 전달 될 전송 블록 (TB)으로 멀티플렉싱, 하나 또는 다른 논리 채널에서 MAC SDU의 멀티플렉싱을 담당합니다. 전송 채널의 물리 계층에서 전달되는 전송 블록 (TB)의 채널, 스케줄링 정보보고, ​​HARQ를 통한 오류 수정, 동적 스케줄링을 통한 UE 간의 우선 순위 처리, 한 UE의 논리 채널 간의 우선 순위 처리, 논리 채널 우선 순위 지정.

무선 링크 제어 (RLC)

RLC는 투명 모드 (TM), 미확인 모드 (UM) 및 확인 모드 (AM)의 세 가지 작동 모드로 작동합니다.

RLC 계층은 상위 계층 PDU 전송, ARQ를 통한 오류 수정 (AM 데이터 전송에만 해당), RLC SDU의 연결, 세분화 및 재 조립 (UM 및 AM 데이터 전송에만 해당)을 담당합니다.

RLC는 또한 RLC 데이터 PDU의 재분할 (AM 데이터 전송에만 해당), RLC 데이터 PDU의 재정렬 (UM 및 AM 데이터 전송에만 해당), 중복 감지 (UM 및 AM 데이터 전송에만 해당), RLC SDU 폐기를 담당합니다. (UM 및 AM 데이터 전송에만 해당), RLC 재설정 및 프로토콜 오류 감지 (AM 데이터 전송에만 해당).

무선 자원 제어 (RRC)

RRC 하위 계층의 주요 서비스 및 기능에는 비 접근 계층 (NAS)과 관련된 시스템 정보의 브로드 캐스트, 액세스 계층 (AS)과 관련된 시스템 정보의 브로드 캐스트, 사이의 RRC 연결의 페이징, 설정, 유지 및 해제가 포함됩니다. UE 및 E-UTRAN, 포인트 투 포인트 무선 베어러의 키 관리, 설정, 구성, 유지 보수 및 릴리스를 포함한 보안 기능.

PDCP (Packet Data Convergence Control)

PDCP 계층은 IP 데이터의 헤더 압축 및 압축 해제, 데이터 전송 (사용자 평면 또는 제어 평면), PDCP 시퀀스 번호 (SN) 유지 관리, 하위 계층 재 구축시 상위 계층 PDU의 순차적 전달, 복제를 담당합니다. RLC AM에 매핑 된 무선 베어러에 대한 하위 계층 재 구축시 하위 계층 SDU 제거, 사용자 평면 데이터 및 제어 평면 데이터의 암호화 및 해독, 제어 평면 데이터의 무결성 보호 및 무결성 검증, 타이머 기반 폐기, 중복 폐기, PDCP DCCH 및 DTCH 유형의 논리 채널에 매핑 된 SRB 및 DRB에 사용됩니다.

NAS (Non Access Stratum) 프로토콜

비 접근 계층 (NAS) 프로토콜은 사용자 장비 (UE)와 MME 사이에서 제어 평면의 가장 높은 계층을 형성합니다.

NAS 프로토콜은 UE의 이동성과 세션 관리 절차를 지원하여 UE와 PDN GW 간의 IP 연결을 설정하고 유지합니다.

다음은 다양한 계층을 통한 데이터 흐름을 묘사 한 E-UTRAN 프로토콜 계층의 논리적 다이어그램입니다.

계층에서 수신 한 패킷을 SDU (서비스 데이터 단위)라고하며 계층의 패킷 출력은 PDU (프로토콜 데이터 단위)로 참조합니다. 위에서 아래로 데이터 흐름을 살펴 보겠습니다.

• IP 계층은 PDCP SDU (IP 패킷)를 PDCP 계층에 제출합니다. PDCP 계층은 헤더 압축을 수행하고 이러한 PDCP SDU에 PDCP 헤더를 추가합니다. PDCP 계층은 PDCP PDU (RLC SDU)를 RLC 계층에 제출합니다.

  PDCP Header Compression: PDCP는 PDU에서 IP 헤더 (최소 20 바이트)를 제거하고 1-4 바이트의 토큰을 추가합니다. 그렇지 않으면 공중으로 이동해야하는 헤더의 양을 엄청나게 절약 할 수 있습니다.

  

• RLC 계층은 이러한 SDUS를 분할하여 RLC PDU를 만듭니다. RLC는 RLC 작동 모드를 기반으로 헤더를 추가합니다. RLC는 이러한 RLC PDU (MAC SDU)를 MAC 계층에 제출합니다.

  RLC Segmentation: RLC SDU가 크거나 사용 가능한 무선 데이터 전송률이 낮은 경우 (결과적으로 전송 블록이 작음) RLC SDU가 여러 RLC PDU로 분할 될 수 있습니다. RLC SDU가 작거나 사용 가능한 무선 데이터 속도가 높은 경우 여러 RLC SDU가 단일 PDU에 압축 될 수 있습니다.

• MAC 계층은 헤더를 추가하고 TTI에서이 MAC SDU에 맞게 패딩을 수행합니다. MAC 계층은 MAC PDU를 물리 계층에 제출하여 물리 채널로 전송합니다.

• 물리 채널은이 데이터를 서브 프레임의 슬롯으로 전송합니다.

서로 다른 프로토콜 간의 정보 흐름을 채널 및 신호라고합니다. LTE는 여러 유형의 논리적, 전송 및 물리적 채널을 사용하는데, 이는 그들이 운반하는 정보의 종류와 정보가 처리되는 방식으로 구별됩니다.

• Logical Channels : 정의 whattype 트래픽 채널, 제어 채널, 시스템 브로드 캐스트 등의 정보는 무선으로 전송됩니다. 데이터 및 시그널링 메시지는 RLC와 MAC 프로토콜 사이의 논리 채널을 통해 전달됩니다.

• Transport Channels : 정의 howis무선으로 전송되는 것, 예를 들어 데이터 전송에 사용되는 인코딩, 인터리빙 옵션. 데이터 및 신호 메시지는 MAC과 물리 계층 사이의 전송 채널을 통해 전달됩니다.

• Physical Channels : 정의 whereis공중으로 전송되는 것, 예를 들어 DL 프레임의 처음 N 개의 심볼. 데이터 및 시그널링 메시지는 물리 계층의 서로 다른 수준 사이의 물리 채널을 통해 전달됩니다.

논리 채널

논리 채널은 전송되는 데이터 유형을 정의합니다. 이러한 채널은 MAC 계층에서 제공하는 데이터 전송 서비스를 정의합니다. 데이터 및 신호 메시지는 RLC 및 MAC 프로토콜 사이의 논리 채널을 통해 전달됩니다.

논리 채널은 제어 채널과 트래픽 채널로 나눌 수 있습니다. 제어 채널은 공통 채널 또는 전용 채널 일 수 있습니다. 공통 채널은 셀의 모든 사용자에게 공통 (Point to multipoint)을 의미하는 반면 전용 채널은 채널을 한 사용자 만 사용할 수 있음 (Point to Point)을 의미합니다.

논리 채널은 전달하는 정보로 구분되며 두 가지 방법으로 분류 할 수 있습니다. 첫째, 논리적 트래픽 채널은 사용자 플레인에서 데이터를 전달하는 반면 논리적 제어 채널은 제어 플레인에서 신호 메시지를 전달합니다. 다음 표에는 LTE에서 사용되는 논리 채널이 나열되어 있습니다.

채널 이름	두문자어	제어 채널	교통 채널
방송 제어 채널	BCCH	엑스
페이징 제어 채널	PCCH	엑스
공통 제어 채널	CCCH	엑스
전용 제어 채널	DCCH	엑스
멀티 캐스트 제어 채널	MCCH	엑스
전용 트래픽 채널	DTCH		엑스
멀티 캐스트 트래픽 채널	MTCH		엑스

운송 채널

전송 채널은 물리적 계층에 의해 데이터가 전송되는 방식과 특성 유형을 정의합니다. 데이터 및 신호 메시지는 MAC과 물리 계층 사이의 전송 채널을 통해 전달됩니다.

전송 채널은 전송 채널 프로세서가이를 조작하는 방식으로 구분됩니다. 다음 표에는 LTE에서 사용되는 전송 채널이 나열되어 있습니다.

채널 이름	두문자어	다운 링크	업 링크
방송 채널	BCH	엑스
다운 링크 공유 채널	DL-SCH	엑스
페이징 채널	PCH	엑스
멀티 캐스트 채널	MCH	엑스
업 링크 공유 채널	UL-SCH		엑스
랜덤 액세스 채널	RACH		엑스

물리적 채널

데이터 및 시그널링 메시지는 물리적 계층의 서로 다른 수준 사이의 물리적 채널을 통해 전달되며 이에 따라 두 부분으로 나뉩니다.

• 물리적 데이터 채널

• 물리적 제어 채널

물리적 데이터 채널

물리적 데이터 채널은 물리적 채널 프로세서가이를 조작하는 방식과 OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)에서 사용되는 기호 및 부반송파에 매핑되는 방식으로 구별됩니다. 다음 표에는physical data channels LTE에서 사용하는 것 :

채널 이름	두문자어	다운 링크	업 링크
물리적 다운 링크 공유 채널	PDSCH	엑스
실제 방송 채널	PBCH	엑스
물리적 멀티 캐스트 채널	PMCH	엑스
물리적 업 링크 공유 채널	PUSCH		엑스
물리적 랜덤 액세스 채널	PRACH		엑스

그만큼 transport channel프로세서는 물리 계층의 저수준 작업을 지원하기 위해 여러 유형의 제어 정보를 구성합니다. 아래 표에 나열되어 있습니다.

분야 명	두문자어	다운 링크	업 링크
다운 링크 제어 정보	DCI	엑스
제어 형식 표시기	CFI	엑스
하이브리드 ARQ 표시기	안녕	엑스
업 링크 제어 정보	UCI		엑스

물리적 제어 채널

전송 채널 프로세서는 또한 물리 계층의 저수준 작업을 지원하는 제어 정보를 생성하고이 정보를 물리 제어 채널의 형태로 물리 채널 프로세서에 보냅니다.

정보는 수신기의 전송 채널 프로세서까지 이동하지만 상위 계층에서는 완전히 보이지 않습니다. 마찬가지로 물리적 채널 프로세서는 시스템의 최하위 수준 측면을 지원하는 물리적 신호를 생성합니다.

물리적 제어 채널은 아래 표에 나열되어 있습니다.

채널 이름	두문자어	다운 링크	업 링크
물리적 제어 형식 표시기 채널	PCFICH	엑스
물리적 하이브리드 ARQ 표시기 채널	PHICH	엑스
물리적 다운 링크 제어 채널	PDCCH	엑스
릴레이 물리적 다운 링크 제어 채널	R-PDCCH	엑스
물리적 업 링크 제어 채널	PUCCH		엑스

기지국은 또한 두 개의 다른 물리적 신호를 전송하여 모바일이 처음 스위치를 켠 후 기지국을 획득하는 데 도움을줍니다. 이를 1 차 동기화 신호 (PSS) 및 2 차 동기화 신호 (SSS)라고합니다.

UMTS에서 사용할 수있는 다중 경로 페이딩 문제의 영향을 극복하기 위해 LTE는 다운 링크에 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 사용합니다. 즉, 기지국에서 단말기로 각각 180KHz의 여러 협 대역 커리어를 통해 데이터를 전송합니다. 전체 5MHz 커리어 대역폭에 걸쳐 하나의 신호를 확산하는 것입니다. OFDM은 데이터를 전송하기 위해 다중 반송파 전송을 위해 다수의 좁은 부반송파를 사용합니다.

OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)은 디지털 다중 반송파 변조 방식으로 사용되는 FDM (Frequency-Division Multiplexing) 방식입니다.

OFDM은 스펙트럼 유연성에 대한 LTE 요구 사항을 충족하고 피크 속도가 높은 매우 광범위한 캐리어를위한 비용 효율적인 솔루션을 지원합니다. 기본 LTE 다운 링크 물리적 리소스는 아래 그림과 같이 시간-주파수 그리드로 볼 수 있습니다.

OFDM 심볼은 리소스 블록으로 그룹화됩니다. 리소스 블록의 총 크기는 주파수 영역에서 180kHz이고 시간 영역에서 0.5ms입니다. 각 1ms 전송 시간 간격 (TTI)은 두 개의 슬롯 (Tslot)으로 구성됩니다.

각 사용자에게는 time.frequency 그리드에서 소위 리소스 블록이 할당됩니다. 사용자가 얻는 리소스 블록이 많을수록 리소스 요소에 사용되는 변조가 높을수록 비트 전송률이 높아집니다. 특정 시점에 사용자가 얻는 리소스 블록과 사용자 수는 빈도 및 시간 차원의 고급 스케줄링 메커니즘에 따라 다릅니다.

LTE의 스케줄링 메커니즘은 HSPA에서 사용되는 것과 유사하며 다양한 무선 환경에서 다양한 서비스에 대해 최적의 성능을 제공합니다.

OFDM의 장점

• 단일 반송파 방식에 비해 OFDM의 가장 큰 장점은 복잡한 이퀄라이제이션 필터없이 심각한 채널 조건 (예 : 긴 구리선의 고주파 감쇠, 협 대역 간섭 및 다중 경로로 인한 주파수 선택 페이딩)에 대처할 수 있다는 것입니다.

• OFDM은 하나의 빠르게 변조 된 광대역 신호가 아닌 많은 느리게 변조 된 협 대역 신호를 사용하는 것으로 볼 수 있기 때문에 채널 등화가 단순화됩니다.

• 낮은 심볼 속도로 인해 심볼 간 보호 간격을 저렴하게 사용할 수 있으므로 ISI (심볼 간 간섭)를 제거 할 수 있습니다.

• 이 메커니즘은 또한 단일 주파수 네트워크 (SFN)의 설계를 용이하게하는데, 여기서 여러 개의 인접한 송신기가 동일한 주파수에서 동일한 신호를 동시에 전송합니다. 여러 먼 송신기의 신호가 기존 방식에서 일반적으로 발생하는 간섭이 아니라 건설적으로 결합 될 수 있기 때문입니다. 단일 캐리어 시스템.

OFDM의 단점

• 높은 피크 대 평균 비율

• 주파수 오프셋에 민감하므로 도플러 시프트에도 민감합니다.

SC-FDMA 기술

LTE는 업 링크에서 SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access)라고하는 사전 코딩 된 OFDM 버전을 사용합니다. 이는 PAPR (Peak to Average Power Ratio)이 매우 높은 일반 OFDM의 단점을 보완하기위한 것입니다.

높은 PAPR은 선형성에 대한 높은 요구 사항을 가진 비싸고 비효율적 인 전력 증폭기를 필요로하므로 터미널 비용이 증가하고 배터리가 더 빨리 소모됩니다.

SC-FDMA는 전력 증폭기에서 선형성 및 전력 소비에 대한 필요성을 줄이는 방식으로 리소스 블록을 그룹화하여이 문제를 해결합니다. 낮은 PAPR은 또한 커버리지와 셀 에지 성능을 향상시킵니다.

기간	기술
3GPP	3 세대 파트너십 프로젝트
3GPP2	3 세대 파트너십 프로젝트 2
ARIB	라디오 산업 및 기업 협회
ATIS	통신 산업 솔루션 연합
AWS	고급 무선 서비스
CAPEX	자본 지출
CCSA	중국 통신 표준 협회
CDMA	코드 분할 다중 액세스
CDMA2000	코드 분할 다중 액세스 2000
소량	디지털 오디오 방송
DSL	디지털 가입자 회선
DVB	디지털 비디오 방송
eHSPA	진화 된 고속 패킷 액세스
ETSI	유럽 ​​통신 표준 협회
FDD	주파수 분할 이중
FWT	고정 무선 터미널
GSM	이동 통신 글로벌 시스템
HSPA	고속 패킷 액세스
HSS	홈 가입자 서버
IEEE	전기 전자 공학회
IPTV	인터넷 프로토콜 텔레비전
LTE	장기적인 진화
MBMS	멀티미디어 방송 멀티 캐스트 서비스
MIMO	다중 입력 다중 출력
MME	모빌리티 관리 엔티티
NGMN	차세대 모바일 네트워크
OFDM	직교 주파수 분할 다중화
OPEX	운영 비용
PAPR	피크 대 평균 전력 비율
PCI	주변 구성 요소 상호 연결
PCRF	정책 및 청구 규칙 기능
PDSN	패킷 데이터 서빙 노드
추신	패킷 전환
QoS	서비스 품질
RAN	무선 액세스 네트워크
SAE	시스템 아키텍처 진화
SC-FDMA	단일 캐리어 주파수 분할 다중 액세스
SGSN	GPRS 지원 노드 제공
TDD	시분할 듀플렉스
TTA	통신 기술 협회
TTC	통신 기술위원회
TTI	전송 시간 간격
UTRA	범용 지상파 무선 액세스
UTRAN	범용 지상파 무선 액세스 네트워크
WCDMA	광대역 코드 분할 다중 액세스
WLAN	무선 근거리 통신망