Upload
bartklim
View
121
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
LTE i wszystko gra!
Instruktor: Jakub Bluszcz+48 607 221 954
e-mail: [email protected]
Leliwa Sp. z o.o.www.leliwa.com
LTE i wszystko gra!Tematy:
1. Ewolucja systemów komórkowych2. Zwiększenie przepustowości:
• zmiana przepływności symbolowej• wielodostęp• szerokość kanału i filtry• MIMO
3. Architektura4. Krótkie struktury danych5. Aktualizacja lokalizacji6. Automatyczna konfiguracja i optymalizacja
Ewolucja systemów komórkowych
20102009200820072006200520042003200220012000199919981997199619951994199319921991
GSM → GPRS → EDGE → evolved EDGE
UMTS → HSDPA → HSUPA → evolved HSPA
LTE/EPS…
9.6k
1.9M2.0M
42M173M
326M
Rodzina systemów 3GPP
GSM
UMTS
LTE
Zmiana przepływności symbolowej
GSM / GPRS / EDGEGSM jest jak pianista, który gra allegro (tj. ruchliwie, wesoło*).
*przepustowość symbolowa modulacji 270 ksps
UMTS / HSDPA / HSUPA
UMTS jest jak pianista, który gra prestissimo (tj. w bardzo szybkim tempie*).
*przepustowość symbolowa modulacji 3,84 Msps (14 razy szybciej od GSMu)
LTE
LTE jest jak pianista, który gra largo (tj. szeroko*).
*przepustowość symbolowa modulacji 15 ksps (18 razy wolniej od GSMu)
WniosekDotychczas zwiększenie przepustowości bitowej realizowano głównie poprzez zwiększenie przepływności symbolowej modulacji.
W LTE zwiększenie przepustowości bitowej realizuje się innymi metodami.
Jaka jest zaleta zmniejszenia przepływności symbolowej modulacji?
Propagacja wielodrogowa
Propagacja wielodrogowa
Interferencje międzysymbolowe
Interferencje międzysymboloweW systemie o wysokiej przepustowości symbolowej nawet drobne względne opóźnienia (różnice długości) ścieżek propagacji wielodrogowej powodują wielo-symbolowe przesunięcia pomiędzy ścieżkami, co utrudnia poprawną detekcję sygnału.
Interferencje międzysymbolowe
Aby przeciwdziałać zjawisku interferencji międzysymbolowej stosuje się odbiornik grabiowy.
Odbiornik grabiowy wymaga znacznych ilości szybkiej pamięci, nakładu obliczeniowego i wydatku energetycznego.
Odbiornik grabiowy
Stopień skomplikowania odbiornika grabiowego rośnie wraz ze wzrostem przepustowości symbolowej.
1,
ndlS
Demod. Correl.
DPDCHC
0,256C
finger #1
finger #2
finger #n
Interferencje międzysymboloweW systemie o bardzo niskiej przepływności symbolowej (np. LTE) nawet znaczne różnice długości ścieżek propagacji wielodrogowej powodują jedynie drobne względne przesunięcia symboli wywołujące interferencje na granicach między kolejnymi symbolami, podczas gdy pozostała część symbolu pozostaje niezakłócona.
Interferencje międzysymbolowe
Odbiornik LTE pomija początkowy fragment symbolu, a dalszej analizie poddaje jedynie część symbolu wolną od interferencji.
Wielodostęp
1G FDMA (np. NMT) (dostęp wielokrotny z podziałem częstotliwościowym)
czas
częstotliwośćf1 f2 f3 f4 f5 f6 f7
1G FDMAFDMA jest jak pianino gdzie na każdej z oktaw gra inny pianista.
2G TDMA (np. GSM) (dostęp wielokrotny z podziałem czasowym)
czas
częstotliwość
szczelina czasowa 1
szczelina czasowa 2
szczelina czasowa 3
szczelina czasowa 4
2G TDMATDMA jest jak pianino do którego kolejno podchodzą cyklicznie kolejni pianiści aby zagrać po kilka taktów
3G CDMA (np. UMTS) (dostęp wielokrotny z podziałem kodowym)
częstotliwość
czas
kod
kod 1
kod 2
kod 3
kod 4
3G CDMACDMA jest jak orkiestra, gdzie każdy muzyk może korzystać z pełnej skali swojego instrumentu, ale aby sobie nawzajem nie przeszkadzać muzycy grają pod batutą jednego dyrygenta.
System o pojedynczej nośnejNMT (1G), GSM (2G), UMTS (3G) są systemami z modulacją pojedynczej nośnej.
W analogii muzycznej oznacza to, że pianista gra tylko jednym palcem i nie jest w stanie wydobyć z instrumentu więcej niż jednego dźwięku jednocześnie (tj. gra melodycznie).
4G OFDMA (np. LTE) (dostęp wielokrotny z ortogonalnym podziałem częstotliwościowym)
czas
częstotliwość
f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7
System o wielu nośnychLTE i OFDMA jest rozwiązaniem wykorzystującym wiele nośnych (max. 1200 w R8/R9).
W analogii muzycznej oznacza to, że pianista gra wszystkimi palcami i jest w stanie wydobyć z instrumentu więcej niż jeden dźwięk jednocześnie (tj. gra harmonicznie).
System o jednej i wielu nośnych
Wniosek:Pomimo, że dźwięk trwa dłużej, liczba odegranych dźwięków może być wciąż duża, jeśli dźwięki odgrywane są jednocześnie.
OFDMAW LTE maksymalna liczba podnośnych, a zarazem podkanałów częstotliwościowych to 1200.
W analogii muzycznej, pianino zastępuje się instrumentem o znacznie większej skali i o znacznie większej liczbie klawiszy (np. organami).
OFDMA
Skale instrumentu można podzielić na grupy oktaw, a te przypisać różnym organistom.
Szerokość kanału i filtry
Transformata Fouriera
dxexfsF xsj 2
dsesFxf xsj 2
Transformata Fouriera
t
t
t F
F
F
f
f
f
Transformata Fouriera
ton 4 kHz nadawany w sposób ciągły
ton 4 kHz nadawany cyklicznie z:• czasem trwania 0.001s,• czasem przerwy 0.001s
Człowiek słyszy „transformatę Fouriera” sygnału akustycznego (komórki rzęskowate w kolejnych odcinkach ślimaka są wyczulone na kolejne zakresy częstotliwości).
Dla człowieka są to dwa różne dźwięki, a więc ich transformaty Fouriera są różne.
Transformata Fouriera
t
F
f
Filtrowanie
f
f
Filtrowanie
zakres pasma niezbędny do poprawnej detekcji sygnału w
klasycznym odbiorniku
Filtrowanie, FDMA i OFDMA
f
FDMA
f
OFDMA
F
Szerokość kanału
t F
t
f
f
szerokość kanału
szerokość kanału
Szerokość (pod)kanału
5 MHz3840 kspsUMTS
15 kHz15 kspsLTE
200 kHz270 kspsGSM
Szerokość kanałuPrzepustowość symbolowaSystem
Transformata Fouriera
t
F
f
66.6 μs (1/15 kHz)
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
OFDMA
f
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
15 kHz
MIMO
MIMO (LTE, HSPA+)
L P
MIMO jest jak dźwięk stereofoniczny…
MIMO (2x2)
Tx Rx
MIMO 2x2 w szczególnie sprzyjających warunkach umożliwia uzyskanie prawie dwukrotnego wzrostu przepustowości
Efektywność MIMO
Jeśli ścieżki propagacji MIMO są od siebie całkowicie niezależne efektywność MIMO jest bliska maksymalnej (tj. dochodzi do zwielokrotnienia przepustowości równego liczbie anten).
Efektywność MIMO
Jeśli ścieżki propagacji MIMO są od siebie zależne efektywność MIMO jest niewielka (tj. praktycznie nie dochodzi do wzrostu przepustowości).
LTE przepustowości
Szczytowa przepustowość
86.4 Mbps326.4 Mbps4x4 MIMO/64QAM
57.6 Mbps172.8 Mbps2x2 MIMO/16QAM
Kierunek w góręKierunek w dółKonfiguracja
Architektura
Architektura UMTS PS (krok 1 – architektura R99)
NB
RNC SGSN GGSN IP
Architektura UMTS PS (krok 2 – architektura R7 - opcja)
NB
SGSN GGSNRNC IP
Architektura EPS/LTE
eNB
S-GW P-GW IP
MME
Architektura GERAN/UTRAN R99
NB/BTS
RNC/BSC SGSN
raporty
rozkazy
analizy i decyzje
stosunkowo długi czas dostosowania do zmieniających się warunków środowiska radiowego
Architektura UTRAN (HSPA) R6
NB/BTS
RNC/BSC SGSN
analizy i decyzje (R99)
skrócony czas dostosowania do zmieniających się warunków środowiska radiowego dla usług HSPA
analizy i decyzje (HSPA)
Architektura E-UTRAN (LTE)
eNB
S-GW
skrócony czas dostosowania do zmieniających się warunków środowiska radiowego
analizy i decyzje
MME
Krótkie struktury danych
Długości struktur danych UMTS R99: 10/20/40/80 ms
UMTS (HSDPA): 2 ms
LTE: 1ms
TTI
Nadmiarowość kodu (zabezpieczenie)
Długa struktura danych (krok 1)
Długa struktura danych (krok 2)
Długa struktura danych (krok 3)
można było przesłać więcej
Krótkie struktury danych
Opóźnienie pakietyzacji
Opóźnienie pakietyzacji
Opóźnienia:
UE eNode B1 ms 1.5 ms 1 ms
1 ms 1 ms1.5 ms
TTI + wyrównanie czasowe
HARQ RTT 5 ms*
* Dla porównania: HSDPA HARQ RTT 12ms, HSUPA HARQ RTT 40ms (min 16ms)
Aktualizacja lokalizacji
www.leliwa.comGSM/UMTS - rejestracja w sieci
obszar #1
obszar #2
obszar #3
Rejestracja - obszar #1SGSN
Potwierdzenie
obszar #1
www.leliwa.comGSM/UMTS - aktualizacja lokalizacji
obszar #1
obszar #2
obszar #3
SGSN
obszar #1
Aktualizacja - obszar #2
obszar #2
Potwierdzenie
www.leliwa.com
obszar #2
GSM/UMTS - wywołanie
obszar #1
obszar #2
obszar #3
SGSNRNCWywołanie
www.leliwa.comGSM/UMTS - wywołanie
obszar #2
obszar #1
obszar #2
obszar #3
SGSNOdp. na wywołanie
www.leliwa.comGSM/UMTS – aktualizacja i transfer
SGSN
www.leliwa.comGSM/UMTS – aktualizacja i transfer
SGSNAktualizacja Potwierdzenie
Przerwa w transmisji danych – kilka do kilkunastu sekund
www.leliwa.comLTE – rejestracja 1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30
31 32 33 34 35 36
MMERejestracja – obszar #21
obszar 21 i
dodatkowo obszary: 14, 15, 16, 20, 22, 26,
27, 28
Potwierdzenie – lista obszarów
S-GW
www.leliwa.comLTE – aktualizacja i transfer1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30
31 32 33 34 35 36
MME
obszar 21 i
dodatkowo obszary: 14, 15, 16, 20, 22, 26,
27, 28
S-GW
www.leliwa.comLTE – aktualizacja i transfer1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30
31 32 33 34 35 36
MME
obszar 21 i
dodatkowo obszary: 14, 15, 16, 20, 22, 26,
27, 28
S-GW
www.leliwa.comLTE – aktualizacja i transfer1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30
31 32 33 34 35 36
MME
obszar 21 i
dodatkowo obszary: 14, 15, 16, 20, 22, 26,
27, 28
S-GW
Przeniesienie połączeniaRaport
obszar 22 i
dodatkowo obszary: 15, 16, 17, 21, 23, 27,
28, 29
Zmiana listy obszarów
Samo-konfiguracja i optymalizacjaKażda komórka systemu jest konfigurowana kilkoma tysiącami parametrów, których wartości wybierane są ręczne i podlegają ciągłej optymalizacji.
W przyszłych sieciach LTE, większość parametrów będzie mogła być ustawiona automatycznie, łącznie z tak kluczowymi parametrami jak: moc, przydział częstotliwości czy kierunki anten.
Dziękuję za uwagę