Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων Ενότητα 11: Επισκόπηση της τεχνολογίας LTE

Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων Ενότητα 11: Επισκόπηση της τεχνολογίας LTE Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα του ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας και της Ανώτατης Εκκλησιαστικής Ακαδημίας Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Επισκόπηση της τεχνολογίας Long Term Evolution (LTE)

Σκοποί ενότητας Σκοπός της ενότητας είναι η επισκόπηση της τεχνολογίας κυψελωτών δικτύων τέταρτης γενιάς (4G) LTE. 5

Περιεχόμενα (1/6) Εισαγωγή. Εκδόσεις. Βασικές Προδιαγραφές. Η αρχιτεκτονική του LTE. Επίπεδα αρχιτεκτονικής LTE. Αρχιτεκτονική Επίπεδο 3. 6

Περιεχόμενα (2/6) Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2. Αρχιτεκτονική διαύλων. Υπηρεσίες από το υποεπίπεδο Medium Access Control (MAC) στο Radio Link Control (RLC). Τύποι λογικών διαύλων στο LTE. Υπηρεσίες από το Φυσικό επίπεδο στο MAC. Τύποι διαύλων μεταφοράς στο LTE. 7

Περιεχόμενα (3/6) Τύποι διαύλων Φυσικού επιπέδου στο LTE. Αντιστοιχίες στο δίαυλο καθόδου. Αντιστοιχίες στο δίαυλο ανόδου. Κωδικοποίηση Φυσικού Επιπέδου. Διαμόρφωση Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM). Διαμόρφωση Φυσικού Επιπέδου.8

Περιεχόμενα (4/6) Προσαρμοστικότητα ζεύξης. Στόχος η προσαρμογή της ζεύξης ανάλογα με τις διακυμάνσεις-μεταβολές του περιβάλλοντος χρήσης. Βασικές τακτικές. Έλεγχος ισχύος. Έλεγχος ρυθμού δεδομένων. Προσαρμοστικότητα ζεύξης. 9

Περιεχόμενα (5/6) Αναφορές CQI (Channel Quality Indication) Κατηγοριοποίηση. Χρονοπρογραμματισμός στο LTE Γενικά. Χρονοπρογραμματισμός - Αναφορές CQI. Downlink MAC scheduler. Συνένωση φέρουσων συχνοτήτων. Επέκταση περιοχής κάλυψης. 10

Περιεχόμενα (6/6) MIMO (multiple-input and multiple-output). Αναμεταδώσεις στο υποεπίπεδο MAC. ANDSF (Access network discovery and selection function). ΙΕΕΕ (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.21 ΜΙΗ (Media independent handover). Σύγκριση ANDSF και ΜΙΗ. Κατηγορίες εξοπλισμού χρήστη. 11

Εισαγωγή Υποστήριξη μόνο Μεταγωγής Πακέτων. Μεταγωγή αυτοδύναμου πακέτου. Μεταγωγή εικονικού κυκλώματος. Δεν υποστηρίζεται μεταγωγή κυκλώματος. 12

Εκδόσεις Σχήμα 1. Εκδόσεις LTE. 13

Βασικές Προδιαγραφές (1/2) Μέγιστος ρυθμός δεδομένων. Downlink: 100 Mbps (LTE) - 1 Gbps (LTE-Advanced). Uplink: 50 Mbps (LTE) 500 Mbps (LTE-Advanced). Μέγιστη αποτελεσματικότητα φάσματος. Downlink: 30 bps/hz. Uplink: 15 bps/hz. 14

Βασικές Προδιαγραφές (2/2) Κινητικότητα. Βελτιστοποιημένο για 0 με 15 χλμ/ώρα. 15 με 120 χλμ/ώρα υποστηρίζεται με υψηλή απόδοση. Υποστηρίζεται μέχρι 350 χλμ/ώρα ή ακόμα και μέχρι 500 χλμ/ώρα. 15

Η αρχιτεκτονική του LTE (1/4) HSS: Περιέχει πληροφορίες (συνδρομής κτλ.) σχετικά με τους χρήστες. ΜΜΕ: Οντότητα Υποστήριξης Κινητικότητας. P-GW: Παρέχει πρόσβαση σε ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτων. S-GW: Παρέχει πρόσβαση στο δίκτυο κορμού του LTE. EPC: Δίκτυο κορμού. E-UTRAN: Δίκτυο πρόσβασης. 16

Η αρχιτεκτονική του LTE (2/4) Σχήμα 2. Η αρχιτεκτονική του LTE (Evolved Packet Core EPC). 17

Η αρχιτεκτονική του LTE (3/4) enodeb: «Έξυπνος κόμβος» ή Σταθμός Βάσης. UE: Εξοπλισμός χρήστη. ΜΜΕ: Οντότητα Υποστήριξης Κινητικότητας. S-GW: Παρέχει πρόσβαση στο δίκτυο κορμού του LTE. E-UTRAN: Δίκτυο πρόσβασης. 18

Η αρχιτεκτονική του LTE (4/4) Σχήμα 3. Η αρχιτεκτονική του LTE (E-UTRAN). 19

Επίπεδα αρχιτεκτονικής LTE Σχήμα 4. Επίπεδα αρχιτεκτονικής LTE. 20

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 3 (1/2) RRC - Radio Resource Control. Μαζί με το PS NAS, παρέχει υποστήριξη για τις διαδικασίες σηματοδοσίας μεταξύ του εξοπλισμού χρήστη και του σταθμού βάσης. Σύνδεση εξοπλισμού χρήστη με σταθμό βάσης. Διαχείριση κινητικότητας κτλ.. 21

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 3 (2/2) Σχήμα 5. Εγκαθίδρυση σύνδεσης. 22

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (1/16) Υποεπίπεδο PDCP (Packet Data Convergence Protocol). Κρυπτογράφηση δεδομένων. Προστασία ακεραιότητας των δεδομένων. Απαλοιφή διπλοτύπων πακέτων. Μπορεί να προκύψουν διπλότυπα κατά τη διαπομπή (handover). 23

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (2/16) Υποεπίπεδο PDCP (Συνέχεια). Συμπίεση του IP header. Η συμπίεση βασίζεται στο Robust Header Compression - ROHC. Τυποποιημένος αλγόριθμος συμπίεσης επικεφαλίδων. 24

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (3/16) Υποεπίπεδο PDCP (συνέχεια). Τρεις τρόποι λειτουργίας του RΟHC. Unidirectional mode (U-mode). Τα πακέτα αποστέλλονται μόνο προς μία κατεύθυνση. από τον συμπιεστή προς τον αποσυμπιεστή. 25

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (4/16) Τρεις τρόποι λειτουργίας του RoHC (Συνέχεια). Bidirectional Optimistic mode (O-mode). Όμοια με την unidirectional mode. με τη διαφορά ότι ένα feedback channel χρησιμοποιείτε για τη μεταφορά αιτημάτων επαναφοράς από σφάλμα κι βεβαιώσεων από τον αποσυμπιεστή προς τον συμπιεστή. 26

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (5/16) Τρεις τρόποι λειτουργίας του RoHC (Συνέχεια). Bidirectional reliable mode (R-mode). Περισσότερη χρήση του feedback channel. Πρόληψη χασίματος του συγχρονισμού μεταξύ συμπιεστή και αποσυμπιεστή. 27

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (6/16) Υποεπίπεδο RLC - Radio Link Control. Ανίχνευση διπλότυπων. Τρεις καταστάσεις λειτουργίας του RLC. Με βεβαιώσεις (acknowledged). Κατάτμηση/συνένωση πακέτων. Προσθήκη επικεφαλίδων RLC. 28

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (7/16) Τρεις καταστάσεις λειτουργίας του RLC (Συνέχεια). Με βεβαιώσεις (acknowledged). Κατάτμηση/συνένωση πακέτων. Προσθήκη επικεφαλίδων RLC. Εγγύηση μεταφοράς και διατήρησης της σειράς των πακέτων. Αναμεταδόσεις σε περίπτωση σφαλμάτων με χρήση του Automatic Repeat request (ARQ). 29

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (8/16) Τρεις καταστάσεις λειτουργίας του RLC (Συνέχεια). Χωρίς βεβαιώσεις (unacknowledged). Κατάτμηση/συνένωση πακέτων. Προσθήκη επικεφαλίδων RLC. Δεν εγγυάται την επιτυχή μεταφορά των πακέτων. 30

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (9/16) Τρεις καταστάσεις λειτουργίας του RLC (Συνέχεια). Διάφανος (transparent). Δεν παρέχει υπηρεσίες κατάτμησης/συνένωσης πακέτων. Δεν προσθέτει επικεφαλίδες RLC. Δεν εγγυάται τη επιτυχή μεταφορά των πακέτων. 31

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (10/16) Υποεπίπεδο RLC (συνέχεια). Λειτουργία μετάδοσης χωρίς βεβαιώσεις. Σχήμα 6. Λειτουργία μετάδοσης χωρίς βεβαιώσεις. 32

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (11/16) Υποεπίπεδο RLC (συνέχεια). Λειτουργία λήψης χωρίς βεβαιώσεις. Σχήμα 7. Λειτουργία λήψης χωρίς βεβαιώσεις. 33

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (12/16) Υποεπίπεδο RLC (συνέχεια). Λειτουργία μετάδοσης με βεβαιώσεις. Σχήμα 8. Λειτουργία μετάδοσης με βεβαιώσεις. 34

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (13/16) Υποεπίπεδο RLC (συνέχεια). Λειτουργία λήψης με βεβαιώσεις. Σχήμα 9. Λειτουργία λήψης με βεβαιώσεις. 35

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (14/16) Υποεπίπεδο RLC (συνέχεια). Λειτουργία με βεβαιώσεις. Ο αποστολέας λαμβάνει θετική βεβαίωση. Σχήμα 10. Λειτουργία με βεβαιώσεις Λήψη θετικής βεβαίωσης. 36

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (15/16) Υποεπίπεδο RLC (συνέχεια). Λειτουργία με βεβαιώσεις. Ο αποστολέας λαμβάνει αρνητική βεβαίωση. Σχήμα 11. Λειτουργία με βεβαιώσεις λήψη αρνητικής βεβαίωση. 37

Αρχιτεκτονική Επίπεδο 2 (16/16) Υποεπίπεδο MAC - Medium Access Control. Πολυπλεξία λογικών καναλιών. Χρονοπρογραμματισμός Uplink και Downlink. Ανίχνευση και διόρθωση λαθών με χρήση HARQ. Hybrid Automatic Repeat request. 38

Αρχιτεκτονική διαύλων Σχήμα 12. Αρχιτεκτονική διαύλων. 39

Υπηρεσίες από το υποεπίπεδο MAC στο RLC Το MAC παρέχει υπηρεσίες στο RLC με τη μορφή λογικών διαύλων. Ένας λογικός δίαυλος ορίζεται από τον τύπο των πληροφοριών που μεταφέρει και ταξινομείται ως. Δίαυλος ελέγχου. Χρησιμοποιείται για τη διαβίβαση των πληροφοριών ελέγχου και διαμόρφωσης. Δίαυλος κυκλοφορίας. Χρησιμοποιείται για μεταφορά δεδομένων. 40

Τύποι λογικών διαύλων (1/4) Broadcast Control Channel (BCCH). Μετάδοση των πληροφοριών συστήματος σε όλα τα τερματικά μίας κυψέλης. Πριν από την πρόσβαση στο σύστημα, ένα τερματικό χρειάζεται να αποκτήσει πληροφορίες συστήματος. Ώστε να μάθει πως είναι διαμορφωμένο το σύστημα και γενικά πως να συμπεριφέρονται σωστά εντός της κυψέλης. 41

Τύποι λογικών διαύλων (2/4) Paging Control Channel (PCCH). Σελιδοποίηση των τερματικών σταθμών των οποίων η θέση σε επίπεδο κυψέλης δεν είναι γνωστή στο υπόλοιπο δίκτυο. Ως εκ τούτου, το μήνυμα σελιδοποίησης πρέπει να διαβιβάζονται σε πολλές κυψέλες του δικτύου. Common Control Channel (CCCH). Μετάδοση πληροφοριών ελέγχου, σε συνδυασμό με τυχαία πρόσβαση. 42

Τύποι λογικών διαύλων (3/4) Dedicated Control Channel (DCCH). Μετάδοση πληροφοριών ελέγχου από/προς ένα τερματικό. Χρησιμοποιείται για την υποστήριξη ενεργειών του εκάστοτε τερματικού. Ενέργειες μεταπομπής κτλ.. Dedicated Traffic Channel (DTCH). Μετάδοση των δεδομένων του χρήστη από/προς το τερματικό. 43

Τύποι λογικών διαύλων (4/4) Multicast Control Channel (MCCH). Μετάδοση πληροφοριών ελέγχου απαραίτητων για την υποδοχή του MTCH. Multicast Traffic Channel (MTCH). Χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση στην κατερχόμενη ζεύξη υπηρεσιών MBMS. Multimedia Broadcast Multicast Services. 44

Υπηρεσίες από το PHY στο MAC (1/2) Το Φυσικό επίπεδο παρέχει υπηρεσίες στο επίπεδο MAC υπό τη μορφή «καναλιών μεταφοράς». Ένα κανάλι μεταφοράς καθορίζει τη μορφή και τα χαρακτηριστικά με τα οποία τα δεδομένα μεταδίδονται μέσω της ραδιοεπαφής. Τα δεδομένα σε ένα κανάλι μεταφοράς οργανώνονται σε μπλοκ μεταφοράς (transport blocks). 45

Υπηρεσίες από το PHY στο MAC (2/2) Σε κάθε Διάστημα Μετάδοσης (Transmission Time Interval - ΤΤΙ). Το πολύ ένα μπλοκ μεταφοράς μεταδίδεται μέσω της ραδιοεπαφής από/προς ένα τερματικό. Σε περίπτωση εφαρμογής MIMO (Multiple Input Multiple Output), μπορεί να υπάρχουν έως και δύο μπλοκ μεταφοράς ανά Διάστημα Μετάδοσης. 46

Τύποι διαύλων μεταφοράς (1/5) Broadcast Channel (BCH). Μετάδοση πληροφοριών συστήματος BCCH. Paging Channel (PCH). Διαβίβαση πληροφοριών σελιδοποίησης από το λογικό δίαυλο PCCH. 47

Τύποι διαύλων μεταφοράς (2/5) Paging Channel (PΣυνέχεια). Υποστηρίζει «ασυνεχής υποδοχή δεδομένων». Επιτρέπει στο τερματικό να εξοικονομεί ενέργεια. Το τερματικό ξυπνάει σε προκαθορισμένες χρονικές στιγμές και λαμβάνει τα σχετικά δεδομένα - Discontinuous Reception (DRX). 48

Τύποι διαύλων μεταφοράς (3/5) Downlink Shared Channel (DL-SCH). Είναι το κύριο κανάλι μεταφοράς που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση των δεδομένων κατερχόμενης ζεύξης στο LTE. Υποστηρίζει χαρακτηριστικά όπως. Δυναμική προσαρμογή του ρυθμού δεδομένων. Χρονοπρογραμματισμό βασιζόμενο στο κανάλι. Aσυνεχής υποδοχή δεδομένων που μειώνει την κατανάλωση ενέργειας τερματικό. 49

Τύποι διαύλων μεταφοράς (4/5) Downlink Shared Channel (Συνέχεια). Χρησιμοποιείται επίσης για τη μετάδοση πληροφοριών συστήματος BCCH που δεν αντιστοιχίζονται στο BCH. 50

Τύποι διαύλων μεταφοράς (5/5) Multicast Channel (MCH). Παρέχει υποστήριξη για MBMS - Multimedia Broadcast Multicast Services. Uplink Shared Channel (UL-SCH). Αντίστοιχο με το DL-SCH αλλά για τη ζεύξη ανόδου. Random Access Channel (RACH). Χρησιμοποιείται για τυχαία πρόσβαση. 51

Πλαίσια Φυσικού επιπέδου (1/3) Κάθε πλαίσιο έχει μήκος 10ms. Χωρίζεται σε 10 υποπλαίσια του 1ms. Κάθε υποπλαίσιο αποτελείται από 2 slots του 0.5ms. 7 OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) σύμβολα ανά slot. 52

Πλαίσια Φυσικού επιπέδου (2/3) Το bandwidth διαχωρίζεται σε υποκανάλια των 180KHz. 12 υποφέρουσες των 15KHz ανά υποκανάλι. Ένα Resource Element (RE) είναι ο μικρότερος πόρος χρόνου-συχνότητας. Κωδικοποιείται με QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 16-QAM (Quadrature amplitude modulation) ή 64 QAM. 53

Πλαίσια Φυσικού επιπέδου (3/3) Σχήμα 13. Πλαίσια Φυσικού επιπέδου. 54

Τύποι διαύλων Φυσικού επιπέδου (1/5) Physical Downlink Shared Channel (PDSCH). Είναι το κύριο φυσικό κανάλι της ζεύξης καθόδου. Χρησιμοποιείται για unicast μετάδοση δεδομένων αλλά και για τη διαβίβαση των πληροφοριών σελιδοποίησης. 55

Τύποι διαύλων Φυσικού επιπέδου (2/5) Physical Broadcast/Multicast Channel (PBCH/ PMCH). Μεταφέρει πληροφορίες συστήματος. που απαιτούνται από το τερματικό. ώστε να αποκτήσει πρόσβαση στο δίκτυο. Χρησιμοποιούνται για τη λειτουργία MBSFN. Multicast/Broadcast Single-Frequency Network. 56

Τύποι διαύλων Φυσικού επιπέδου (3/5) Physical Downlink Control Channel (PDCCH). Μεταφέρει πληροφορίες ελέγχου κατερχόμενης ζεύξης. Πχ για χρονοπρογραμματισμό. Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel (PHICH). Χρησιμοποιείτε από τα τερματικά για αποστολή Hybrid-ARQ. Ένα τερματικό ενημερώνει αν ένα μπλοκ μεταφοράς θα πρέπει να αναμεταδοθεί ή όχι. 57

Τύποι διαύλων Φυσικού επιπέδου (4/5) Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH). Πληροφορεί τα UEs (User equipments) για το μέγεθος της περιοχής ελέγχου (control region). Physical Uplink Shared Channel (PUSCH). Αντίστοιχο με το PDSCH αλλά για τη ζεύξη ανόδου. 58

Τύποι διαύλων Φυσικού επιπέδου (5/5) Physical Uplink Control Channel (PUCCH). Μεταφέρει πληροφορίες ελέγχου ανερχόμενης ζεύξης. Physical Random-Access Channel (PRACH). Χρησιμοποιείται για τυχαία πρόσβαση. 59

Αντιστοιχίες στο δίαυλο καθόδου Σχήμα 14. Αντιστοιχίες στο δίαυλο καθόδου. 60

Αντιστοιχίες στο δίαυλο ανόδου Σχήμα 15. Αντιστοιχίες στο δίαυλο ανόδου. 61

Κωδικοποίηση Φυσικού Επιπέδου Σχήμα 16. Κωδικοποίηση φυσικού επιπέδου, Figure 2, προσπελάστηκε 20/12/2014. 62

Διαμόρφωση OFDM (1/2) Διαχωρισμός του φάσματος σε υποφέρουσες συχνότητες. Όταν μία υποφέρουσα λαμβάνει τη μέγιστη τιμή της, οι τιμές των υπολοίπων υποφερουσών είναι μηδενικές. Δf: Απόσταση μεταξύ των κορυφών δύο διαδοχικών υποφερουσών. Τu: Χρονική διάρκεια της κάθε υποφέρουσας. 63

Διαμόρφωση OFDM (2/2) Σχήμα 17. Εύρος ζώνης OFDM συμβόλου, σελίδα 14, Σχήμα 2.4, προσπελάστηκε 20/12/2014. 64

Διαμόρφωση Φυσικού Επιπέδου Downlink. (1/2) Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA). Uplink. Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA). 65

Διαμόρφωση Φυσικού Επιπέδου (2/2) Σχήμα 18. Διαμόρφωση Φυσικού Επιπέδου, από: Oriol. Subirana, CC BY-SA-3.0. 66

Προσαρμοστικότητα ζεύξης (1/4) Στόχος η προσαρμογή της ζεύξης ανάλογα με τις διακυμάνσεις-μεταβολές του περιβάλλοντος χρήσης. Βασικές τακτικές. Έλεγχος ισχύος. Έλεγχος ρυθμού δεδομένων. 67

Προσαρμοστικότητα ζεύξης (2/4) Δυναμικός έλεγχος ισχύος. Ιστορικά έχει χρησιμοποιηθεί σε CDMA (Code division multiple access ) συστήματα τηλεπικοινωνιών, όπως. WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) και CDMA2000 (Code division multiple access 2000). Μεταβολή της ισχύς μετάδοσης. Διατήρηση σταθερού ρυθμού δεδομένων. 68

Προσαρμοστικότητα ζεύξης (3/4) Έλεγχος ισχύος. Σχήμα 19. Προσαρμοστικότητα ζεύξης - Έλεγχος ισχύος. 69

Προσαρμοστικότητα ζεύξης (4/4) Έλεγχος ρυθμού δεδομένων. Μεταβολή του ρυθμού δεδομένων. Διατήρηση σταθερής ισχύος μετάδοσης. Σχήμα 20. Προσαρμοστικότητα ζεύξης έλεγχος ρυθμού δεδομένων. 70

Χρονοπρογραμματισμός - Γενικά (1/2) Χρονοπρογραμματισμός εξαρτώμενος από το κανάλι. Channel depended scheduling. Βασίζεται στις διαφορές της ποιότητας του καναλιού που λαμβάνουν οι διαφορετικοί χρήστες, ώστε να βελτιώσει τη χωρητικότητα του συστήματος. Ανάθεση των πόρων του διαμοιραζόμενου μέσου στους χρήστες. 71

Χρονοπρογραμματισμός - Γενικά (2/2) Χρονοπρογραμματισμός εξαρτώμενος από το κανάλι στη ζεύξη καθόδου του LTE. Σχήμα 21. Χρονοπρογραμματισμός εξαρτώμενος από το κανάλι στη ζεύξη καθόδου του LTE, διαφάνεια 18, προσπελάστηκε 20/12/2014. 72

Χρονοπρογραμματισμός - Αναφορές CQI (1/3) Channel Quality Indication (CQI). Καθορίζονται 15 διαφορετικές τιμές. Από 1 έως 15. Μεγαλύτερη τιμή = Καλύτερη ποιότητα καναλιού. 73

Χρονοπρογραμματισμός - Αναφορές CQI (2/3) Για την εκτίμηση του CQI. Signal-to-Noise Ratio (SNR). Signal-to-Interference plus Noise Ratio (SINR). Signal-to-Noise plus Distortion Ratio (SNDR). 74

Χρονοπρογραμματισμός - Αναφορές CQI (3/3) Παρέχονται από τα Ues. Κατηγοριοποίηση. Σχήμα 22. Χρονοπρογραμματισμός - Αναφορές CQI. 75

Αναφορές CQI - Κατηγοριοποίηση (1/3) Περιοδικές. Αποστέλλονται ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Μη περιοδικές. Αποστέλλονται σε μη τακτά χρονικά διαστήματα. Ύστερα από κάποιο συμβάν. 76

Αναφορές CQI - Κατηγοριοποίηση Sub band. (2/3) Ο UE επιλέγει ένα υποσύνολο από Μ μπάντες συχνοτήτων ενός συνόλου S. Ο UE αναφέρει μία τιμή CQI που χαρακτηρίζει το επιλεγμένο υποσύνολο. Επίσης αναφέρει μία τιμή CQI για το σύνολο S. Οι αναφερόμενες τιμές CQI αναπαριστούν την ποιότητα του καναλιού για την επόμενη μετάδοση. 77

Αναφορές CQI - Κατηγοριοποίηση Wideband. (3/3) Ο UE αναφέρει μία τιμή CQI που χαρακτηρίζει όλο το σύνολο S. 78

Downlink MAC scheduler Σχήμα 23. Downlink MAC scheduler. 79

Quality of Service (QoS) στο LTE (1/3) Η κίνηση κατανέμεται σε φορείς (bearers). Ένας φορέας μεταφέρει πολλές ροές δεδομένων ταυτόχρονα. Οι ροές δεδομένων ενός φορέα εισπράττουν το ίδιο QoS. 80

Quality of Service (QoS) στο LTE (2/3) Σχήμα 24.Κίνηση δεδομένων σε bearers (απόδοση στα ελληνικά από http://www.telecom-cloud.net, Harish Valada, copyright 2010-2012 Telecom Cloud Theme by NeoEase. Valid XHTML 1.1 and CSS3). 81

Quality of Service (QoS) Τύποι φορέων. στο LTE (3/3) Guaranteed bit-rate (GBR). Παρέχει εγγυήσεις για το προσφερόμενο bit-rate. non-guaranteed bit rate (non-gbr ). Δεν παρέχει εγγυήσεις για το προσφερόμενο bit-rate. Αναφέρεται και ως προκαθορισμένος φορέας (default bearer). 82

Οι κλάσεις QoS του LTE (1/2) Σε κάθε φορέα αντιστοιχίζεται ένας QoS class identifier (QCI). Καθορίζει την κλάση QoS του φορέα. 83

Οι κλάσεις QoS του LTE (2/2) Πίνακας 1. Οι κλάσεις QoS του LTE, σελίδα 13, Πίνακας 1, προσπελάστηκε 20/12/2104. 84

Συνένωση φέρουσων συχνοτήτων Carrier Aggregation. (1/3) Διαθέσιμο από την έκδοση release 10 του LTE. LTE Advanced. Αύξηση του εύρους ζώνης με συνένωση πολλών φέρουσων συχνοτήτων. 85

Συνένωση φέρουσων συχνοτήτων (2/3) Μπορούν να συνενωθούν έως και 5 φέρουσες συχνότητες. 20 MHz η κάθε μία. Μέγιστο εύρος ζώνης: 20 MHz * 5 = 100 MHz. Σχήμα 25. Συνένωση φέρουσων συχνοτήτων (1). 86

Συνένωση φέρουσων συχνοτήτων (3/3) Σχήμα 26. Συνένωση φέρουσων συχνοτήτων (2). 87

Επέκταση περιοχής κάλυψης Relaying. Ένα κινητό τερματικό επικοινωνεί με το σταθμό βάσης μίας κυψέλης (donor cell). Μέσω ενός βοηθητικού κόμβου (relay node). Επεκτείνει την περιοχή κάλυψης της κυψέλης. Ο relay node επικοινωνεί με το σταθμό βάσης χρησιμοποιώντας LTE ζεύξη δεδομένων. Σχήμα 27. Relaying, διαφάνεια 41, προσπελάστηκε 21/12/2014. 88

MIMO (1/11) Σχήμα 28. ΜΙΜΟ. 89

MIMO (2/11) Το LTE υποστηρίζει 8 διαφορετικούς τρόπους μετάδοσης. Πίνακας 2. Τρόποι μετάδοσης MIMO. Transmission mode Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4 Mode 5 Mode 6 Mode 7 Mode 8 Downlink Transmission Scheme Single Antenna Port (SISO or SIMO) Transmit diversity Open Loop Spatial Multiplexing Closed Loop Spatial Multiplexing Multi user MIMO Closed Loop Rank 1 Spatial Multiplexing Single Antenna Port Beamforming Dual layer Beamforming 90

MIMO (3/11) Υποστηρίζονται έως και 4 ΤΧ-RX κεραίες. Οι τρόποι 2, 3, 4 και 6 είναι Single-User MIMO (SU-MIMO). Περισσότερες από μία κεραίες στο enb επικοινωνούν με περισσότερες από μία κεραίες σε ένα UE. 91

MIMO (4/11) Mode 1 - Single Antenna - Χρησιμοποιείται μόνο μία TX κεραία (SISO ή SIMO). Mode 2 - Transmit diversity. Αποστολή της ίδιας πληροφορίας από πολλές κεραίες. Σε κάθε κεραία εφαρμόζεται διαφορετική κωδικοποίηση. Single layer transmission. Δεν βελτιώνει το μέγιστο data rate αλλά βελτιώνει το SNR. 92

MIMO (5/11) Mode 3 - Open loop spatial multiplexing. 2 stream πληροφορίας μεταδίδονται από 2 ή περισσότερες κεραίες (έως 4) προς ένα UE. Βελτιώνει το μέγιστο data rate. 93

MIMO (6/11) Mode 4 - Closed loop spatial multiplexing. Ομοίως με το Mode 3 (2 stream πληροφορίας μεταδίδονται από 2 ή περισσότερες κεραίες (έως 4) προς ένα UE). Pre-coding Matrix Indicator (PMI). Μηχανισμός feedback από το UE στο enb. Επιτρέπει στο enb να προκωδικοποιεί (pre-code) τα δεδομένα και να βελτιστοποιεί την μετάδοσή τους. Βελτιώνει το μέγιστο data rate. 94

MIMO (7/11) Mode 5 - Multi user MIMO. Παρόμοιο με το Mode 4. Τα streams πληροφορίας προορίζονται για διαφορετικά Ues. Το συνολικό data rate του δικτύου βελτιώνεται. 95

MIMO (8/11) Mode 6 - Closed loop Rank 1 with pre-coding. Θεωρείται υποπερίπτωση του Mode 5. Έχουμε ένα stream πληροφορίας. Ως εκ τούτου κι ένα UE. Κατευθυντική μετάδοση. 96

MIMO (9/11) Mode 7 - Single antenna. Παρόμοιο με το Mode 1. Χρησιμοποιείται μόνο μία TX κεραία (SISO ή SIMO). Κατευθυντική μετάδοση πληροφορίας. Mode 8 - Dual layer beamforming. Κατευθυντικότητα δύο επιπέδων. Σχήμα 29. Κατευθυντικότητα δυο επιπέδων. 97

MIMO (10/11) Η επιλογή του σωστού τρόπου SU-MIMO εξαρτάται από τις απαιτήσεις που υπάρχουν σχετικά με το SNR, throughput και mobility. 98

MIMO (11/11) Για παράδειγμα, για SU-MIMO 2x2. Σχήμα 30. SU-MIMO 2x2. 99

Συστατικά αρχιτεκτονικής LTE Σχήμα 31. Συστατικά αρχιτεκτονικής LTE. 100

Αναμεταδώσεις στο υποεπίπεδο MAC (1/5) Αναλαμβάνονται από τον μηχανισμό hybrid- ARQ (Hybrid Automatic Repeat Request). Χρησιμοποιούνται τα κανάλια. DL-SCH (Downlink Shared Channel). UL-SCH (Uplink Shared Channel). PHICH (Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel). Για το Φυσικό επίπεδο. 101

Αναμεταδώσεις στο υποεπίπεδο MAC (2/5) Συμπληρώνεται από την αντίστοιχη λειτουργικότητα αναμετάδοσης του επιπέδου RLC. Δύο είδη αναμετάδοσης για εξισορρόπηση της αναλογίας μεταξύ ταχύτητας και αξιοπιστίας. Το hybrid-arq στοχεύσει στην επίτευξη πολύ γρήγορων αναμεταδόσεων. 102

Αναμεταδώσεις στο υποεπίπεδο MAC (3/5) Προσθήκη CRC στα δεδομένα. Cyclic Redundancy Check. Error Detection. Επιπλέον, τα δεδομένα κωδικοποιούνται με έναν αλγόριθμό FEC. Forward Error Correction. 103

Αναμεταδώσεις στο υποεπίπεδο MAC (4/5) Αν ο παραλήπτης εντοπίσει καταστροφή των δεδομένων. Που δεν μπορεί να διορθωθεί. Ζητάει αναμετάδοση τους από τον αποστολέα. 104

Αναμεταδώσεις στο υποεπίπεδο MAC (5/5) Σχήμα 32. Αναμεταδώσεις στο υποεπίπεδο MAC. 105

Vertical Handover - ANDSF (1/2) Access Network Discovery and Selection Function. To EPC παρέχει πρόσβαση σε δίκτυα έξω από το LTE. Το ANDSF είναι ένα optional συστατικό του LTE. Στοχεύει στην λήψη αποφάσεων για vertical handover μεταξύ το δικτύου LTE κι άλλων δικτύων. 106

Vertical Handover - ANDSF (2/2) Παρέχει πληροφορίες όπως. Πολιτική κινητικότητας μεταξύ των συστημάτων. Περιλαμβάνει ένα σύνολο από κανόνες και προτιμήσεις που έχουν άμεση σχέση με την απόφαση για vertical handover και ορίζονται από τον διαχειριστή του δικτύου. Πληροφορίες για διαθέσιμα δίκτυα πρόσβαση εκτός του LTE. Πληροφορίες για συμβάντα που σχετίζονται με την κατάσταση του EPC. Πολιτική δρομολόγησης μεταξύ των συστημάτων. 107

ΙΕΕΕ 802.21 ΜΙΗ (1/4) Στοχεύει στην παροχή πληροφοριών για την διεξαγωγή vertical handover μεταξύ διαφορετικών τύπων ασυρμάτων δικτύων. Media independent handover (MIH) User. Ο χρήστης του ΜΙΗ, πχ ένα UE. MIH Function (ΜΙΗF). Η βασική λειτουργικότητα-εξυπνάδα του ΜΙΗ. 108

ΙΕΕΕ 802.21 ΜΙΗ (2/4) ΜΙΗ Link SAP. Μία λογική οντότητα μεταξύ της εκάστοτε τεχνολογίας και του MIH Function. Media Independent Event Service (MIES). Παρέχει ειδοποιήσεις για συμβάντα (link-down, link-busy κτλ) στα MIHF και MIH User. 109

ΙΕΕΕ 802.21 ΜΙΗ (3/4) Media Independent Command Service (MICS). Εντολές MICS μπορούν να αποστέλλονται από τον MIH User στο MIHF. Το ενημερώνουν για τα συμβάντα για τα οποία θέλει να ενημερώνεται ο MIH User. Παρέχει δυναμικές πληροφορίες στον MIH User σχετικά με τα SNR και BER. Διάπραξη ενεργειών στο επίπεδο ζεύξης, όπως κατοχύρωση πόρων. 110

ΙΕΕΕ 802.21 ΜΙΗ (4/4) Media Independent Information Service (MIIS). Υλοποιεί έναν γενικό μηχανισμό, που επιτρέπει στους παρόχους και στους χρήστες να ανταλλάσουν πληροφορίες σχετικά με πιθανά vertical handovers. Γενικές πληροφορίες για ένα δίκτυο και πληροφορίες πρόσβασης. Πληροφορίες για Point of Attachment (PoA). 111

Σύγκριση ANDSF και ΜΙΗ Πίνακας 3. Σύγκριση ANDSF και ΜΙΗ. 112

Κατηγορίες εξοπλισμού χρήστη Πίνακας 4. Κατηγορίες εξοπλισμού χρήστη. 113

Βιβλιογραφία (1/5) 1. Eric Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Skold, 4G LTE/LTE- Advanced for Mobile Broadband, Elsevier, 2011. 2. 3GPP LTE Radio Link Control (RLC) Sub Layer, EventHelix, 2009. 3. 3GPP LTE Packet Data Convergence Protocol (PDCP) Sub Layer, EventHelix, 2009. 4. 3GPP LTE Channels and MAC Layer, EventHelix, 2009. 5. Elektronikab2b: http://elektronikab2b.pl/technika/11290- lte-przegld-technologii-interfejsuradiowego?showall=1#.uvg9ltf_noe. 114

Βιβλιογραφία (2/5) 6. Karim Seddik, LTE and LTE-Advanced: An Introduction, Alexandria University, April 16, 2011. 7. Joern Krause, Future 3GPP RAN standardization activities for LTE, Wireless World Research Forum 29, Berlin, 2012. 8. The Seven Modes of MIMO in LTE, Telesystem Innovations, 2009. 9. Bemhard Schulz, LTE Transmission Modes and Beamforming, Rohde&Schwarz, October 2011. 10. Arunabha Ghosh, Jun Zhang, Jeffrey G. Andrews, Rias Muhamed, Fundamentals of LTE, Prentice Hall, September 2010. 115

Βιβλιογραφία (3/5) 11. LTE Quick Reference: http://www.sharetechnote.com/html/handbook_lte_cqi.html. 12. CQI Reporting in LTE Rel.8: http://www.slideshare.net/allabout4g/cqi-reporting. 13. Gwanmo Ku, Scheduling in LTE, Adaptive Signal Processing and Information Theory Research Group, April 2012. 14. S.Frei, W.Fuhrmann, A.Rinkel, B.V.Ghita, Improvements to Inter System Handover in the EPC Environment, International Conference on New Technologies, Mobility and Security (NTMS), February 2011. 15. Dimitrios J Vergados, Angelos Michalas, Aggeliki Sgora, Dimitrios D Vergados, "An Adaptive Video Transmission Algorithm to improve Quality of Experience over LTE Access Networks", Panhellenic Conference in Informatics, Piraeus, Greece, 2012. 116

Βιβλιογραφία (4/5) 16. «Εισαγωγή στις νέες τεχνολογίες επικοινωνιών», Πομπόρτσης Α., Εκδόσεις Τζιόλα. 17. «Δίκτυα Ευρείας Ζώνης», Βενιέρης, Εκδόσεις Τζιόλας. 18. Digital ATV testing with COFDM (DVB-T), προσπελάστηκε 20/12/2014. 19. Διπλωματική εργασία «Προσομοίωση φυσικού επιπέδου 4G επικοινωνίας σταθμού βάσης - τερματικού σύμφωνα με το πρότυπο LTE-Advanced», Τράκας Παναγιώτης, Αριστοτέλειο πανεπιστήμιο, 2012, προσπελάστηκε 20/12/2014. 20. Bong Youl (Brian) Cho, 3GPP R8 LTE overview, προσπελάστηκε 20/12/2014. 21. Sandvine, Quality of Service in LTE, προσπελάστηκε 20/12/2014. 117

Βιβλιογραφία (5/5) 22. Nadisanka Rupasinghe, Introduction to LTE, προσπελάστηκε 21/12/2012. 118

Τέλος Ενότητας