Guia rápido de LTE
LTE significa Long Term Evolution e foi iniciado como um projeto em 2004 pelo organismo de telecomunicações conhecido como Third Generation Partnership Project (3GPP). SAE (System Architecture Evolution) é a evolução correspondente da evolução da rede central de pacotes GPRS / 3G. O termo LTE é normalmente usado para representar LTE e SAE.
O LTE evoluiu de um sistema 3GPP anterior conhecido como Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), que por sua vez evoluiu do Global System for Mobile Communications (GSM). Mesmo as especificações relacionadas eram formalmente conhecidas como o acesso de rádio terrestre UMTS evoluído (E-UTRA) e a rede de acesso de rádio terrestre UMTS evoluída (E-UTRAN). A primeira versão do LTE foi documentada no Release 8 das especificações 3GPP.
O rápido aumento da utilização de dados móveis e o surgimento de novas aplicações como MMOG (Multimedia Online Gaming), mobile TV, Web 2.0, streaming de conteúdos motivaram o Projeto de Parceria de 3ª Geração (3GPP) a trabalhar na Evolução de Longo Prazo (LTE) no caminho para o celular de quarta geração.
O principal objetivo do LTE é fornecer uma alta taxa de dados, baixa latência e tecnologia de acesso de rádio otimizada por pacote, suportando implementações de largura de banda flexível. Ao mesmo tempo, sua arquitetura de rede foi projetada com o objetivo de suportar o tráfego comutado por pacotes com mobilidade contínua e ótima qualidade de serviço.
Evolução LTE
| Ano | Evento |
|---|---|
| Março de 2000 | Versão 99 - UMTS / WCDMA |
| Março de 2002 | Rel 5 - HSDPA |
| Março de 2005 | Rel 6 - HSUPA |
| Ano 2007 | Rel 7 - DL MIMO, IMS (IP Multimedia Subsystem) |
| Novembro de 2004 | Trabalho iniciado na especificação LTE |
| Janeiro de 2008 | Especificação finalizada e aprovada com versão 8 |
| 2010 | Primeira implantação direcionada |
Fatos sobre LTE
LTE é a tecnologia sucessora não apenas do UMTS, mas também do CDMA 2000.
LTE é importante porque trará melhoria de desempenho de até 50 vezes e eficiência espectral muito melhor para redes celulares.
LTE introduzido para obter taxas de dados mais altas, downlink de pico de 300 Mbps e uplink de pico de 75 Mbps. Em uma portadora de 20 MHz, taxas de dados além de 300 Mbps podem ser obtidas em condições de sinal muito boas.
LTE é uma tecnologia ideal para suportar altas taxas de dados para serviços como voz sobre IP (VOIP), streaming de multimídia, videoconferência ou até mesmo um modem celular de alta velocidade.
O LTE usa os modos Time Division Duplex (TDD) e Frequency Division Duplex (FDD). No FDD, a transmissão de uplink e downlink usa frequências diferentes, enquanto no TDD tanto o uplink quanto o downlink usam a mesma portadora e são separados no tempo.
O LTE suporta larguras de banda flexíveis de portadora, de 1,4 MHz a 20 MHz, bem como FDD e TDD. LTE projetado com uma largura de banda de portadora escalonável de 1,4 MHz a 20 MHz, cuja largura de banda é usada depende da banda de frequência e da quantidade de espectro disponível com uma operadora de rede.
Todos os dispositivos LTE devem suportar (MIMO) transmissões de múltiplas entradas e saídas, que permitem que a estação base transmita vários fluxos de dados na mesma portadora simultaneamente.
Todas as interfaces entre os nós de rede em LTE agora são baseadas em IP, incluindo a conexão de backhaul para as estações base de rádio. Isso é uma grande simplificação em comparação com tecnologias anteriores que eram inicialmente baseadas em links E1 / T1, ATM e frame relay, com a maioria deles sendo de banda estreita e caros.
O mecanismo de qualidade de serviço (QoS) foi padronizado em todas as interfaces para garantir que o requisito de chamadas de voz para um atraso e largura de banda constantes ainda possa ser atendido quando os limites de capacidade forem atingidos.
Funciona com sistemas GSM / EDGE / UMTS utilizando espectro 2G e 3G existente e novo espectro. Suporta transferência e roaming para redes móveis existentes.
Vantagens do LTE
High throughput:Altas taxas de dados podem ser alcançadas tanto no downlink quanto no uplink. Isso causa alto rendimento.
Low latency: O tempo necessário para se conectar à rede está na faixa de algumas centenas de milissegundos e os estados de economia de energia agora podem ser inseridos e encerrados muito rapidamente.
FDD and TDD in the same platform: Frequency Division Duplex (FDD) e Time Division Duplex (TDD), ambos os esquemas podem ser usados na mesma plataforma.
Superior end-user experience:A sinalização otimizada para estabelecimento de conexão e outros procedimentos de gerenciamento de mobilidade e interface aérea melhoraram ainda mais a experiência do usuário. Latência reduzida (para 10 ms) para melhor experiência do usuário.
Seamless Connection: LTE também oferecerá suporte para conexão contínua com redes existentes, como GSM, CDMA e WCDMA.
Plug and play:O usuário não precisa instalar manualmente os drivers do dispositivo. Em vez disso, o sistema reconhece automaticamente o dispositivo, carrega novos drivers para o hardware se necessário e começa a trabalhar com o dispositivo recém-conectado.
Simple architecture: Por causa da arquitetura simples, despesas operacionais baixas (OPEX).
LTE - QoS
Suporta arquitetura LTE hard QoS,com qualidade de serviço ponta a ponta e taxa de bits garantida (GBR) para portadores de rádio. Assim como a Ethernet e a Internet têm diferentes tipos de QoS, por exemplo, vários níveis de QoS podem ser aplicados ao tráfego LTE para diferentes aplicativos. Como o LTE MAC está totalmente programado, o QoS é um ajuste natural.
Os portadores do Evolved Packet System (EPS) fornecem correspondência individual com os portadores de rádio RLC e fornecem suporte para modelos de fluxo de tráfego (TFT). Existem quatro tipos de portadores de EPS:
GBR Bearer recursos alocados permanentemente pelo controle de admissão
Non-GBR Bearer sem controle de admissão
Dedicated Bearer associado a TFT específico (GBR ou não GBR)
Default Bearer Não GBR, catch-all para tráfego não atribuído
Esta seção irá resumir os parâmetros básicos do LTE:
| Parâmetros | Descrição |
|---|---|
| Alcance de frequência | Bandas UMTS FDD e bandas TDD definidas em 36.101 (v860) Tabela 5.5.1, fornecida abaixo |
| Duplexing | FDD, TDD, FDD half-duplex |
| Codificação de canal | Código turbo |
| Mobilidade | 350 km / h |
| Largura de banda do canal (MHz) |
|
| NRB de configuração de largura de banda de transmissão: (1 bloco de recursos = 180kHz em 1ms TTI) |
|
| Esquemas de modulação | UL: QPSK, 16QAM, 64QAM (opcional) DL: QPSK, 16QAM, 64QAM |
| Esquemas de acesso múltiplo | UL: SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) suporta 50 Mbps + (espectro de 20 MHz) DL: OFDM (acesso múltiplo por divisão de frequência ortogonal) suporta 100 Mbps + (espectro de 20 MHz) |
| Tecnologia Multi-Antena | UL: MIMO colaborativo multiusuário DL: TxAA, multiplexação espacial, CDD, matriz 4x4 máxima |
| Taxa de pico de dados em LTE | UL: 75 Mbps (largura de banda de 20 MHz) DL: 150 Mbps (UE categoria 4, 2x2 MIMO, largura de banda de 20 MHz) DL: 300 Mbps (UE categoria 5, 4x4 MIMO, largura de banda de 20 MHz) |
MIMO (Multiple Input Multiple Output) |
UL: 1 x 2, 1 x 4 DL: 2 x 2, 4 x 2, 4 x 4 |
| Cobertura | 5 - 100km com ligeira degradação após 30km |
| QoS | E2E QOS permitindo priorização de diferentes classes de serviço |
| Latência | Latência do usuário final <10 ms |
Bandas operacionais E-UTRA
A seguir está a tabela para as bandas operacionais E-UTRA retiradas da Sepecificação LTE 36.101 (v860) Tabela 5.5.1:
A arquitetura de rede de alto nível do LTE é composta pelos seguintes três componentes principais:
O Equipamento do Usuário (UE).
A Rede de Acesso Rádio Terrestre UMTS Evoluída (E-UTRAN).
O Evolved Packet Core (EPC).
O núcleo de pacote evoluído se comunica com redes de dados de pacote no mundo externo, como a Internet, redes corporativas privadas ou o subsistema de multimídia IP. As interfaces entre as diferentes partes do sistema são denotadas Uu, S1 e SGi conforme mostrado abaixo:
O Equipamento do Usuário (UE)
A arquitetura interna do equipamento do usuário para LTE é idêntica à usada pelo UMTS e GSM, que na verdade é um Equipamento Móvel (ME). O equipamento móvel é composto pelos seguintes módulos importantes:
Mobile Termination (MT) : Lida com todas as funções de comunicação.
Terminal Equipment (TE) : Isso encerra os fluxos de dados.
Universal Integrated Circuit Card (UICC): Também conhecido como cartão SIM para equipamentos LTE. Ele executa um aplicativo conhecido como Universal Subscriber Identity Module (USIM).
UMA USIMarmazena dados específicos do usuário muito semelhantes ao cartão SIM 3G. Isso mantém informações sobre o número de telefone do usuário, identidade da rede doméstica e chaves de segurança, etc.
O E-UTRAN (a rede de acesso)
A arquitetura da evolução da Rede de Acesso Rádio Terrestre UMTS (E-UTRAN) foi ilustrada abaixo.
A E-UTRAN lida com as comunicações de rádio entre o celular e o núcleo do pacote evoluído e tem apenas um componente, as estações base evoluídas, chamadas eNodeB ou eNB. Cada eNB é uma estação base que controla os celulares em uma ou mais células. A estação base que está se comunicando com uma unidade móvel é conhecida como seu eNB de serviço.
O LTE Mobile se comunica com apenas uma estação base e uma célula por vez e há duas funções principais suportadas pelo eNB:
O eNB envia e recebe transmissões de rádio para todos os celulares usando as funções de processamento de sinal analógico e digital da interface aérea LTE.
O eNB controla a operação de baixo nível de todos os seus celulares, enviando-lhes mensagens de sinalização, como comandos de handover.
Cada eNB se conecta ao EPC por meio da interface S1 e também pode ser conectado a estações base próximas pela interface X2, que é usada principalmente para sinalização e encaminhamento de pacotes durante o handover.
Um eNB doméstico (HeNB) é uma estação base que foi adquirida por um usuário para fornecer cobertura femtocell dentro de casa. Um eNB doméstico pertence a um grupo fechado de assinantes (CSG) e só pode ser acessado por celulares com um USIM que também pertença ao grupo fechado de assinantes.
The Evolved Packet Core (EPC) (a rede principal)
A arquitetura do Evolved Packet Core (EPC) foi ilustrada abaixo. Existem mais alguns componentes que não foram mostrados no diagrama para mantê-lo simples. Esses componentes são como o Sistema de Alerta de Terremoto e Tsunami (ETWS), o Registro de Identidade do Equipamento (EIR) e a Função de Regras de Controle e Carga de Políticas (PCRF).
Abaixo está uma breve descrição de cada um dos componentes mostrados na arquitetura acima:
O componente Home Subscriber Server (HSS) foi transferido de UMTS e GSM e é um banco de dados central que contém informações sobre todos os assinantes da operadora de rede.
O Gateway de Rede de Pacotes de Dados (PDN) (P-GW) se comunica com o mundo externo, ou seja. redes de dados por pacote PDN, usando interface SGi. Cada rede de dados de pacote é identificada por um nome de ponto de acesso (APN). O gateway PDN tem a mesma função que o nó de suporte GPRS (GGSN) e o nó de suporte GPRS servidor (SGSN) com UMTS e GSM.
O gateway de serviço (S-GW) atua como um roteador e encaminha os dados entre a estação base e o gateway PDN.
A entidade de gerenciamento de mobilidade (MME) controla a operação de alto nível do móvel por meio de mensagens de sinalização e Home Subscriber Server (HSS).
O Controle de Política e Função de Regras de Cobrança (PCRF) é um componente que não é mostrado no diagrama acima, mas é responsável pela tomada de decisão de controle de política, bem como por controlar as funcionalidades de cobrança baseadas em fluxo na Função de Aplicação de Controle de Política ( PCEF), que reside no P-GW.
A interface entre os gateways de serviço e PDN é conhecida como S5 / S8. Tem duas implementações ligeiramente diferentes, nomeadamente S5 se os dois dispositivos estiverem na mesma rede e S8 se estiverem em redes diferentes.
Divisão funcional entre o E-UTRAN e o EPC
O diagrama a seguir mostra a divisão funcional entre o E-UTRAN e o EPC para uma rede LTE:
2G / 3G Versus LTE
A tabela a seguir compara vários elementos de rede e protocolos de sinalização importantes usados em 2G / 3G e LTE.
| 2G / 3G | LTE |
|---|---|
| GERAN e UTRAN | E-UTRAN |
| SGSN / PDSN-FA | S-GW |
| GGSN / PDSN-HA | PDN-GW |
| HLR / AAA | HSS |
| VLR | MME |
| SS7-MAP / ANSI-41 / RADIUS | Diâmetro |
| DiameterGTPc-v0 e v1 | GTPc-v2 |
| MIP | PMIP |
Uma rede administrada por uma operadora em um país é conhecida como Rede Móvel Terrestre Pública (PLMN) e quando um usuário inscrito usa o PLMN de sua operadora, é dito Home-PLMN, mas o roaming permite que os usuários saiam de sua rede doméstica e usem os recursos da rede de outra operadora. Essa outra rede é chamada de PLMN-Visitado.
Um usuário em roaming é conectado ao E-UTRAN, MME e S-GW da rede LTE visitada. No entanto, o LTE / SAE permite que o P-GW da rede visitada ou da rede doméstica seja utilizado, conforme mostrado a seguir:
O P-GW da rede doméstica permite que o usuário acesse os serviços da operadora doméstica mesmo quando estiver em uma rede visitada. Um P-GW na rede visitada permite um "breakout local" para a Internet na rede visitada.
A interface entre os gateways de serviço e PDN é conhecida como S5 / S8. Tem duas implementações ligeiramente diferentes, nomeadamente S5 se os dois dispositivos estiverem na mesma rede e S8 se estiverem em redes diferentes. Para celulares que não estão em roaming, os gateways de serviço e PDN podem ser integrados em um único dispositivo, para que a interface S5 / S8 desapareça completamente.
LTE Roaming Charging
As complexidades dos novos mecanismos de cobrança necessários para suportar roaming 4G são muito mais abundantes do que em um ambiente 3G. Algumas palavras sobre a cobrança pré-paga e pós-paga para roaming LTE são fornecidas abaixo:
Prepaid Charging- O padrão CAMEL, que permite serviços pré-pagos em 3G, não é compatível com LTE; portanto, as informações pré-pagas do cliente devem ser roteadas de volta para a rede doméstica, em vez de serem manipuladas pela rede local visitada. Como resultado, as operadoras devem contar com novos fluxos de contabilidade para acessar dados de clientes pré-pagos, como por meio de seus P-Gateways em ambientes IMS e não IMS ou por meio de seu CSCF em um ambiente IMS.
Postpaid Charging- A cobrança de uso de dados pós-pagos funciona da mesma forma no LTE e no 3G, usando as versões TAP 3.11 ou 3.12. Com a divisão local dos serviços IMS, o TAP 3.12 é necessário.
As operadoras não têm a mesma visibilidade das atividades do assinante que têm em cenários de roteamento doméstico no caso de cenários de fuga local, porque as sessões de dados do assinante são mantidas na rede visitada; portanto, para que a operadora doméstica capture informações em tempo real sobre os clientes pré e pós-pagos, ela deve estabelecer uma interface de diameter entre os sistemas de cobrança e o P-Gateway da rede visitada.
Em caso de ruptura local do cenário de serviços ims, a rede visitada cria registros de detalhes de chamadas (CDRs) a partir do (s) S-Gateway (s), no entanto, esses CDRs não contêm todas as informações necessárias para criar uma sessão móvel TAP 3.12 ou mensagem registro de eventos para o uso do serviço. Como resultado, as operadoras devem correlacionar os CDRs da rede de dados principal com os CDRs IMS para criar registros TAP.
Uma área de rede LTE é dividida em três tipos diferentes de áreas geográficas explicadas abaixo:
| SN | Área e Descrição |
|---|---|
| 1 | The MME pool areas Essa é uma área pela qual o celular pode se mover sem uma mudança de atendimento ao MME. Cada área de piscina do MME é controlada por um ou mais MMEs na rede. |
| 2 | The S-GW service areas Esta é uma área servida por um ou mais gateways de serviço S-GW, através dos quais o móvel pode se mover sem uma mudança de gateway de serviço. |
| 3 | The Tracking areas As áreas da piscina do MME e as áreas de serviço S-GW são feitas de unidades menores e não sobrepostas, conhecidas como áreas de rastreamento (TAs). Eles são semelhantes às áreas de localização e roteamento de UMTS e GSM e serão usados para rastrear a localização de celulares que estão no modo de espera. |
Assim, uma rede LTE será composta por muitas áreas de pool MME, muitas áreas de serviço S-GW e muitas áreas de rastreamento.
Os IDs de rede
A própria rede será identificada usando Identidade de Rede Móvel Terrestre Pública (PLMN-ID), que terá um código de país móvel de três dígitos (MCC) e um código de rede móvel de dois ou três dígitos (MNC). Por exemplo, o código de país móvel para o Reino Unido é 234, enquanto a rede da Vodafone no Reino Unido usa um código de rede móvel de 15.
Os IDs do MME
Cada MME possui três identidades principais. Um código MME (MMEC) identifica exclusivamente o MME em todas as áreas da piscina. A um grupo de MMEs é atribuído um MME Group Identity (MMEGI) que trabalha junto com o MMEC para fazer o MME identifier (MMEI). Um MMEI identifica exclusivamente o MME dentro de uma rede particular.
Se combinarmos o PLMN-ID com o MMEI, chegaremos a um Identificador MME Globalmente Único (GUMMEI), que identifica um MME em qualquer lugar do mundo:
Os IDs de área de rastreamento
Cada área de rastreamento possui duas identidades principais. O código de área de rastreamento (TAC) identifica uma área de rastreamento dentro de uma rede particular e se combinarmos isso com o PLMN-ID, então chegaremos a uma Identidade de Área de Rastreamento Globalmente Única (TAI).
Os IDs de células
Cada célula da rede possui três tipos de identidade. A identidade de célula E-UTRAN (ECI) identifica uma célula dentro de uma rede particular, enquanto o identificador global de célula E-UTRAN (ECGI) identifica uma célula em qualquer lugar do mundo.
A identidade física da célula, que é um número de 0 a 503 e que distingue uma célula de suas vizinhas imediatas.
O ID do equipamento móvel
A identidade do equipamento móvel internacional (IMEI) é uma identidade única para o equipamento móvel e a Identidade do assinante móvel internacional (IMSI) é uma identidade única para o UICC e o USIM.
A identidade de assinante móvel temporário M (M-TMSI) identifica um móvel para seu MME servidor. Adicionar o código MME em M-TMSI resulta em uma identidade de assinante móvel temporária S (S-TMSI), que identifica a unidade móvel dentro de uma área de pool de MME.
Finalmente, adicionar a identidade do grupo MME e a identidade PLMN com S-TMSI resulta na Identidade Temporária Globalmente Única (GUTI).
A arquitetura do protocolo de rádio para LTE pode ser separada em control plane arquitetura e user plane arquitetura conforme mostrado abaixo:
No plano do usuário, o aplicativo cria pacotes de dados que são processados por protocolos como TCP, UDP e IP, enquanto no plano de controle, o protocolo de controle de recursos de rádio (RRC) grava as mensagens de sinalização que são trocadas entre a estação base e o Móvel. Em ambos os casos, as informações são processadas pelo protocolo de convergência de dados por pacote (PDCP), pelo protocolo de controle de link de rádio (RLC) e pelo protocolo de controle de acesso ao meio (MAC), antes de serem passadas para a camada física para transmissão.
Plano do usuário
A pilha de protocolo do plano do usuário entre o e-Node B e UE consiste nas seguintes subcamadas:
PDCP (Protocolo de Convergência de Dados de Pacote)
RLC (controle de link de rádio)
Controle de acesso médio (MAC)
No plano do usuário, os pacotes na rede central (EPC) são encapsulados em um protocolo EPC específico e encapsulados entre o P-GW e o eNodeB. Diferentes protocolos de tunelamento são usados dependendo da interface. O GPRS Tunneling Protocol (GTP) é usado na interface S1 entre o eNodeB e S-GW e na interface S5 / S8 entre o S-GW e P-GW.
Os pacotes recebidos por uma camada são chamados de Unidade de Dados de Serviço (SDU), enquanto a saída de pacote de uma camada é referida por Unidade de Dados de Protocolo (PDU) e os pacotes IP no plano do usuário fluem das camadas superior para inferior.
Plano de Controle
O plano de controle inclui adicionalmente a camada de controle de recursos de rádio (RRC), que é responsável por configurar as camadas inferiores.
O plano de controle lida com a funcionalidade específica do rádio que depende do estado do equipamento do usuário, que inclui dois estados: inativo ou conectado.
| Modo | Descrição |
|---|---|
| Ocioso | O equipamento do usuário acampa em uma célula após um processo de seleção ou resseleção de célula, onde fatores como qualidade do link de rádio, status da célula e tecnologia de acesso de rádio são considerados. O UE também monitora um canal de paging para detectar chamadas de entrada e adquirir informações do sistema. Neste modo, os protocolos do plano de controle incluem a seleção de células e procedimentos de nova seleção. |
| Conectado | O UE fornece a E-UTRAN com qualidade de canal de downlink e informações de células vizinhas para permitir que a E-UTRAN selecione a célula mais adequada para o UE. Nesse caso, o protocolo do plano de controle inclui o protocolo Radio Link Control (RRC). |
A pilha de protocolos para o plano de controle entre o UE e o MME é mostrada abaixo. A região cinza da pilha indica os protocolos de estrato de acesso (AS). As camadas inferiores executam as mesmas funções do plano do usuário, com a exceção de que não há função de compressão do cabeçalho para o plano de controle.
Vamos dar uma olhada em todas as camadas disponíveis na Pilha de protocolos E-UTRAN que vimos no capítulo anterior. Abaixo está um diagrama mais elaborado da pilha de protocolo E-UTRAN:
Camada Física (Camada 1)
A camada física transporta todas as informações dos canais de transporte MAC pela interface aérea. Cuida da adaptação do link (AMC), controle de potência, busca de células (para sincronização inicial e transferência) e outras medidas (dentro do sistema LTE e entre sistemas) para a camada RRC.
Camada de acesso médio (MAC)
A camada MAC é responsável pelo mapeamento entre canais lógicos e canais de transporte, multiplexação de MAC SDUs de um ou diferentes canais lógicos em blocos de transporte (TB) a serem entregues à camada física em canais de transporte, de multiplexação de MAC SDUs de um ou diferentes lógicos canais de blocos de transporte (TB) entregues a partir da camada física em canais de transporte, Agendamento de relatórios de informações, Correção de erros através de HARQ, Tratamento de prioridade entre UEs por meio de agendamento dinâmico, Tratamento de prioridade entre canais lógicos de um UE, Priorização de canal lógico.
Controle de link de rádio (RLC)
O RLC opera em 3 modos de operação: Modo Transparente (TM), Modo Não Reconhecido (UM) e Modo Reconhecido (AM).
RLC Layer é responsável pela transferência de PDUs da camada superior, correção de erros através de ARQ (somente para transferência de dados AM), concatenação, segmentação e remontagem de SDUs RLC (somente para transferência de dados UM e AM).
O RLC também é responsável pela ressegmentação de PDUs de dados RLC (somente para transferência de dados AM), reordenamento de PDUs de dados RLC (somente para transferência de dados UM e AM), detecção de duplicatas (somente para transferência de dados UM e AM), descarte de SDU RLC (Somente para transferência de dados UM e AM), restabelecimento de RLC e detecção de erro de protocolo (somente para transferência de dados AM).
Controle de recursos de rádio (RRC)
Os principais serviços e funções da subcamada RRC incluem transmissão de informações do sistema relacionadas ao estrato de não acesso (NAS), transmissão de informações do sistema relacionadas ao estrato de acesso (AS), paging, estabelecimento, manutenção e liberação de uma conexão RRC entre o UE e E-UTRAN, funções de segurança, incluindo gerenciamento de chaves, estabelecimento, configuração, manutenção e liberação de portadores de rádio ponto a ponto.
Controle de convergência de dados de pacote (PDCP)
A camada PDCP é responsável pela compressão e descompressão de cabeçalho de dados IP, transferência de dados (plano do usuário ou plano de controle), manutenção de números de sequência PDCP (SNs), entrega em sequência de PDUs da camada superior no restabelecimento das camadas inferiores, duplicado eliminação de SDUs de camada inferior no restabelecimento de camadas inferiores para portadores de rádio mapeados em RLC AM, cifragem e decifração de dados do plano do usuário e dados do plano de controle, proteção de integridade e verificação de integridade dos dados do plano de controle, descarte baseado em temporizador, descarte duplicado, PDCP é usado para SRBs e DRBs mapeados no tipo DCCH e DTCH de canais lógicos.
Protocolos de estrato de não acesso (NAS)
Os protocolos de estrato de não acesso (NAS) formam o estrato mais alto do plano de controle entre o equipamento do usuário (UE) e o MME.
Os protocolos NAS suportam a mobilidade do UE e os procedimentos de gerenciamento de sessão para estabelecer e manter a conectividade IP entre o UE e um PDN GW.
Abaixo está um digrama lógico das camadas do protocolo E-UTRAN com uma representação do fluxo de dados através de várias camadas:
Os pacotes recebidos por uma camada são chamados de Unidade de Dados de Serviço (SDU), enquanto a saída de pacote de uma camada é referida por Unidade de Dados de Protocolo (PDU). Vamos ver o fluxo de dados de cima para baixo:
A camada IP submete SDUs PDCP (pacotes IP) à camada PDCP. A camada PDCP faz a compactação do cabeçalho e adiciona o cabeçalho PDCP a esses SDUs PDCP. A camada PDCP envia PDUs PDCP (RLC SDUs) para a camada RLC.
PDCP Header Compression: PDCP remove o cabeçalho IP (mínimo de 20 bytes) do PDU e adiciona token de 1-4 bytes. O que proporciona uma economia tremenda na quantidade de cabeçalho que, de outra forma, teria que ir para o ar.
A camada RLC faz a segmentação desses SDUS para fazer os PDUs RLC. RLC adiciona cabeçalho com base no modo de operação RLC. O RLC submete esses PDUs RLC (SDUs MAC) à camada MAC.
RLC Segmentation: Se uma RLC SDU for grande ou a taxa de dados de rádio disponível for baixa (resultando em pequenos blocos de transporte), a RLC SDU pode ser dividida entre várias RLC PDUs. Se a SDU RLC for pequena ou a taxa de dados de rádio disponível for alta, várias SDUs RLC podem ser compactadas em uma única PDU.
A camada MAC adiciona cabeçalho e faz preenchimento para caber este MAC SDU em TTI. A camada MAC submete a PDU MAC à camada física para transmiti-la aos canais físicos.
O canal físico transmite esses dados em slots de subquadro.
Os fluxos de informações entre os diferentes protocolos são conhecidos como canais e sinais. O LTE usa vários tipos diferentes de canais lógicos, de transporte e físicos, que se distinguem pelo tipo de informação que transportam e pela maneira como a informação é processada.
Logical Channels : Definir whattype de informações são transmitidas pelo ar, por exemplo, canais de tráfego, canais de controle, transmissão do sistema, etc. Dados e mensagens de sinalização são transportados em canais lógicos entre os protocolos RLC e MAC.
Transport Channels : Definir howisalgo transmitido pelo ar, por exemplo, o que é codificação, opções de intercalação usadas para transmitir dados. Dados e mensagens de sinalização são transportados em canais de transporte entre o MAC e a camada física.
Physical Channels : Definir whereisalgo transmitido pelo ar, por exemplo, primeiros N símbolos no quadro DL. Dados e mensagens de sinalização são transportados em canais físicos entre os diferentes níveis da camada física.
Canais Lógicos
Os canais lógicos definem que tipo de dados são transferidos. Esses canais definem os serviços de transferência de dados oferecidos pela camada MAC. Dados e mensagens de sinalização são transportados em canais lógicos entre os protocolos RLC e MAC.
Os canais lógicos podem ser divididos em canais de controle e canais de tráfego. O canal de controle pode ser um canal comum ou um canal dedicado. Um canal comum significa comum a todos os usuários em uma célula (ponto a multiponto), enquanto canais dedicados significa que os canais podem ser usados apenas por um usuário (ponto a ponto).
Os canais lógicos são diferenciados pelas informações que transportam e podem ser classificados de duas maneiras. Em primeiro lugar, os canais de tráfego lógico transportam dados no plano do usuário, enquanto os canais de controle lógico transportam mensagens de sinalização no plano de controle. A tabela a seguir lista os canais lógicos usados pelo LTE:
| nome do canal | Acrônimo | Canal de controle | Canal de tráfego |
|---|---|---|---|
| Canal de controle de transmissão | BCCH | X | |
| Canal de controle de paging | PCCH | X | |
| Canal de controle comum | CCCH | X | |
| Canal de controle dedicado | DCCH | X | |
| Canal de controle multicast | MCCH | X | |
| Canal de tráfego dedicado | DTCH | X | |
| Canal de tráfego multicast | MTCH | X |
Canais de Transporte
Os canais de transporte definem como e com quais tipos de características os dados são transferidos pela camada física. Dados e mensagens de sinalização são transportados em canais de transporte entre o MAC e a camada física.
Os canais de transporte são diferenciados pela maneira como o processador do canal de transporte os manipula. A tabela a seguir lista os canais de transporte usados pelo LTE:
| nome do canal | Acrônimo | Downlink | Uplink |
|---|---|---|---|
| Canal de transmissão | BCH | X | |
| Canal compartilhado de downlink | DL-SCH | X | |
| Canal de Paging | PCH | X | |
| Canal Multicast | MCH | X | |
| Canal compartilhado de uplink | UL-SCH | X | |
| Canal de acesso aleatório | RACH | X |
Canais Físicos
Dados e mensagens de sinalização são transportados em canais físicos entre os diferentes níveis da camada física e, portanto, são divididos em duas partes:
Canais de dados físicos
Canais de controle físico
Canais de dados físicos
Os canais de dados físicos são diferenciados pelas maneiras como o processador do canal físico os manipula e pelas maneiras como são mapeados nos símbolos e subportadoras usados pela multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDMA). A tabela a seguir lista ophysical data channels que são usados por LTE:
| nome do canal | Acrônimo | Downlink | Uplink |
|---|---|---|---|
| Canal compartilhado de downlink físico | PDSCH | X | |
| Canal de transmissão física | PBCH | X | |
| Canal multicast físico | PMCH | X | |
| Canal compartilhado de uplink físico | PUSCH | X | |
| Canal de acesso aleatório físico | PRACH | X |
o transport channelO processador compõe vários tipos de informações de controle, para dar suporte à operação de baixo nível da camada física. Eles estão listados na tabela abaixo:
| Nome do Campo | Acrônimo | Downlink | Uplink |
|---|---|---|---|
| Informações de controle de downlink | DCI | X | |
| Indicador de formato de controle | CFI | X | |
| Indicador híbrido ARQ | OI | X | |
| Informação de controle de uplink | UCI | X |
Canais de controle físico
O processador do canal de transporte também cria informações de controle que suportam a operação de baixo nível da camada física e envia essas informações para o processador do canal físico na forma de canais de controle físico.
A informação viaja até o processador do canal de transporte no receptor, mas é completamente invisível para as camadas superiores. Da mesma forma, o processador do canal físico cria sinais físicos, que suportam os aspectos de nível mais baixo do sistema.
Os canais de controle físico estão listados na tabela abaixo:
| nome do canal | Acrônimo | Downlink | Uplink |
|---|---|---|---|
| Canal indicador de formato de controle físico | PCFICH | X | |
| Canal indicador de ARQ híbrido físico | PHICH | X | |
| Canal de controle de downlink físico | PDCCH | X | |
| Canal de controle de downlink físico do relé | R-PDCCH | X | |
| Canal de controle de uplink físico | PUCCH | X |
A estação base também transmite dois outros sinais físicos, que ajudam a unidade móvel a adquirir a estação base depois que ela é ligada pela primeira vez. Eles são conhecidos como o sinal de sincronização primário (PSS) e o sinal de sincronização secundário (SSS).
Para superar o efeito do problema de desvanecimento de múltiplos caminhos disponível em UMTS, o LTE usa Multiplexação por Divisão de Freqüência Ortogonal (OFDM) para o downlink - isto é, da estação base para o terminal para transmitir os dados em muitas carreiras de banda estreita de 180 KHz cada. de espalhar um sinal ao longo de toda a largura de banda de carreira de 5 MHz, ou seja, OFDM usa um grande número de subportadoras estreitas para transmissão de múltiplas portadoras para transportar dados.
A multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM) é um esquema de multiplexação por divisão de frequência (FDM) usado como um método de modulação digital multiportadora.
OFDM atende ao requisito LTE de flexibilidade de espectro e permite soluções econômicas para operadoras muito amplas com altas taxas de pico. O recurso físico de downlink LTE básico pode ser visto como uma grade de tempo-frequência, conforme ilustrado na Figura abaixo:
Os símbolos OFDM são agrupados em blocos de recursos. Os blocos de recursos têm um tamanho total de 180kHz no domínio da frequência e 0,5ms no domínio do tempo. Cada intervalo de tempo de transmissão de 1 ms (TTI) consiste em dois slots (Tslot).
Cada usuário recebe um certo número de blocos de recursos chamados na grade time.frequency. Quanto mais blocos de recursos um usuário obtém e quanto mais alta a modulação usada nos elementos de recursos, mais alta é a taxa de bits. Quais blocos de recursos e quantos o usuário obtém em um determinado momento dependem de mecanismos de agendamento avançados nas dimensões de frequência e tempo.
Os mecanismos de agendamento no LTE são semelhantes aos usados no HSPA e permitem um desempenho ideal para diferentes serviços em diferentes ambientes de rádio.
Vantagens do OFDM
A principal vantagem do OFDM sobre os esquemas de portadora única é sua capacidade de lidar com condições severas de canal (por exemplo, atenuação de altas frequências em um longo fio de cobre, interferência de banda estreita e desvanecimento seletivo de frequência devido ao multicaminho) sem filtros de equalização complexos.
A equalização de canal é simplificada porque OFDM pode ser visto como usando muitos sinais de banda estreita modulados lentamente em vez de um sinal de banda larga modulado rapidamente.
A baixa taxa de símbolo torna acessível o uso de um intervalo de guarda entre os símbolos, tornando possível eliminar a interferência entre símbolos (ISI).
Este mecanismo também facilita o projeto de redes de frequência única (SFNs), onde vários transmissores adjacentes enviam o mesmo sinal simultaneamente na mesma frequência, pois os sinais de vários transmissores distantes podem ser combinados construtivamente, em vez de interferir como normalmente ocorreria em um sistema tradicional sistema de portadora única.
Desvantagens do OFDM
Alta proporção de pico para média
Sensível ao deslocamento de frequência, portanto, ao deslocamento Doppler também
Tecnologia SC-FDMA
O LTE usa uma versão pré-codificada de OFDM chamada Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) no uplink. Isso é para compensar uma desvantagem com OFDM normal, que tem uma relação de potência média de pico muito alta (PAPR).
O PAPR alto requer amplificadores de potência caros e ineficientes com altos requisitos de linearidade, o que aumenta o custo do terminal e esgota a bateria mais rapidamente.
O SC-FDMA resolve esse problema agrupando os blocos de recursos de forma a reduzir a necessidade de linearidade e, portanto, o consumo de energia no amplificador de potência. Um PAPR baixo também melhora a cobertura e o desempenho de borda da célula.
| Prazo | Descrição |
|---|---|
| 3GPP | Projeto de Parceria de 3ª Geração |
| 3GPP2 | Projeto de Parceria de 3ª Geração 2 |
| UMA COSTELA | Associação das Indústrias e Empresas de Rádio |
| ATIS | Alliance for Telecommunication Industry Solutions |
| AWS | Serviços sem fio avançados |
| CAPEX | Despesas de capital |
| CCSA | China Communications Standards Association |
| CDMA | Acesso Múltiplo por Divisão de Código |
| CDMA2000 | Code Division Multiple Access 2000 |
| DAB | Transmissão de áudio digital |
| DSL | Linha de assinante digital |
| DVB | Transmissão de vídeo digital |
| eHSPA | Acesso de pacote de alta velocidade evoluído |
| ETSI | Instituto Europeu de Normas de Telecomunicações |
| FDD | Duplex de Divisão de Freqüência |
| FWT | Terminal Fixo Sem Fio |
| GSM | Sistema Global para comunicação móvel |
| HSPA | Acesso de pacote de alta velocidade |
| HSS | Servidor de assinante doméstico |
| IEEE | Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos |
| IPTV | Televisão de protocolo de Internet |
| LTE | Evolução a Longo Prazo |
| MBMS | Serviço de transmissão multicast de multimídia |
| MIMO | Multiple Input Multiple Output |
| MME | Entidade de Gestão de Mobilidade |
| NGMN | Redes móveis de última geração |
| OFDM | Multiplexação de Divisão de Frequência Ortogonal |
| OPEX | Despesas operacionais |
| PAPR | Pico para relação de potência média |
| PCI | Peripheral Component Interconnect |
| PCRF | Função de regras de policiamento e cobrança |
| PDSN | Nó de serviço de dados de pacote |
| PS | Pacote Comutado |
| QoS | Qualidade de serviço |
| CORREU | Rede de Acesso de Rádio |
| SAE | Evolução da arquitetura do sistema |
| SC-FDMA | Acesso múltiplo por divisão de frequência de operadora única |
| SGSN | Servindo Nó de Suporte GPRS |
| TDD | Duplex de Divisão de Tempo |
| TTA | Associação de Tecnologia de Telecomunicações |
| TTC | Comitê de Tecnologia de Telecomunicações |
| TTI | Intervalo de tempo de transmissão |
| UTRA | Acesso de rádio terrestre universal |
| UTRAN | Rede de acesso universal por rádio terrestre |
| WCDMA | Acesso múltiplo por divisão de código de banda larga |
| WLAN | Rede local sem fio |