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LTEとは:長期進化のチュートリアルと概要

LTEとは:長期進化のチュートリアルと概要


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LTEは、利用可能なモバイルテレコミュニケーションシステムをさらに進化させるために開発された3G UMTSシステムの後継となる4Gです。

はるかに高いデータ速度と大幅に改善されたパフォーマンス、および低い運用コストを提供するこのスキームは、2008年頃に基本的な形で導入され始めました。

最初の展開では3G HSPAをほとんど改善せず、3.5Gまたは3.99Gと呼ばれることもありましたが、すぐにLTEの全機能が実現され、4Gレベルの完全なパフォーマンスが提供されました。

最初の展開は単にLTEと呼ばれていましたが、その後の展開は4G LTE Advanced、後に4G LTE Proと呼ばれました。

4G LTE向けに無線アクセスネットワークが改善されただけでなく、ネットワークアーキテクチャが大幅に改善され、無線アクセスネットワークの要素であるRAN間のレイテンシが低くなり、相互接続性が大幅に向上しました。

LTEの始まり

UMTS 3Gシステムの開発を監督した第3世代パートナーシッププロジェクトである3GPPは、2004年11月にカナダのトロントで開催されたワークショップで、3Gセルラーテクノロジーの進化に関する作業を開始しました。 3GPPリリース7に含めるために最終決定された2004年12月。その後、LTEコア仕様がリリース8に含まれました。

ワークショップでは、新しいテクノロジーに関する多くの高レベルの要件を設定しました。

  • ビットあたりのコストの削減
  • サービスプロビジョニングの向上-より優れたユーザーエクスペリエンスと低コストでより多くのサービス
  • 既存および新しい周波数帯の使用の柔軟性
  • 簡素化されたアーキテクチャ、オープンインターフェイス
  • 合理的な端末の電力消費を考慮

実際の数値では、LTEの初期導入の目標には、100Mbpsのダウンロード速度と、20MHzのスペクトルごとに50Mbpsのアップロード速度が含まれていました。このLTEに加えて、5MHzのセルごとに少なくとも200人のアクティブユーザーをサポートする必要がありました。 (つまり、200件のアクティブな電話)。 IPパケット配信のレイテンシの目標も設定されました。 VoIP、ゲーム、およびレイテンシが問題となる他の多くのアプリケーションを含むサービスの利用が拡大するにつれ、このための数値を設定する必要があります。その結果、小さなIPパケットの10ミリ秒未満のレイテンシの図が設定されました。

3G LTEの進化

LTEとその前身である3Gの間には大きなステップの変更がありますが、それでも、UMTS / 3GPP 3G標準の進化と見なされています。 CDMAの代わりにOFDMA / SC-FDMAを使用して、異なる形式の無線インターフェイスを使用しますが、以前の形式の3Gアーキテクチャと多くの類似点があり、多くの再利用の余地があります。

LTEとは何か、および他のセルラーシステムとどのように異なるかを判断する際に、システムの仕様をざっと見れば、多くの答えが得られます。 LTEは、機能のさらなる進化、速度の向上、一般的なパフォーマンスの向上を実現するために見られます。

4G LTEとは何ですか?
他のモバイル通信技術との比較
WCDMA
(UMTS)
HSPA
HSDPA / HSUPA
HSPA +LTE
最大ダウンリンク速度
bps
384 k14 M2,800万1億
最大アップリンク速度
bps
128 k5.7 M11 M5,000万
待ち時間
往復時間
150ミリ秒100ミリ秒50ms(最大)〜10 ms
3GPPリリースリリース99/4リリース5/6リリース7リリース8
最初のロールアウトのおおよその年数2003 / 42005/6 HSDPA
2007/8 HSUPA
2008 / 92009 / 10
アクセス方法CDMACDMACDMAOFDMA / SC-FDMA

これに加えて、LTEはすべてIPベースのネットワークであり、IPv4とIPv6の両方をサポートしています。


LTEの基本:-仕様の概要

3G LTE仕様の主要なパラメーターを要約する価値があります。アップリンクとダウンリンクの動作にはいくつかの違いがあるという事実を考慮すると、これらは当然、提供できるパフォーマンスが異なります。

LTE基本仕様
パラメータ細部
ピークダウンリンク速度
64QAM
(Mbps)
100(SISO)、172(2x2 MIMO)、326(4x4 MIMO)
ピークアップリンク速度
(Mbps)
50(QPSK)、57(16QAM)、86(64QAM)
データ・タイプすべてのパケット交換データ(音声とデータ)。回線は切り替えられません。
アクセススキームOFDMA(ダウンリンク)
SC-FDMA(アップリンク)
サポートされている変調タイプQPSK、16QAM、64QAM(アップリンクおよびダウンリンク)
スペクトル効率ダウンリンク:3-4回Rel 6 HSDPA
アップリンク:2 -3 x Rel 6 HSUPA
チャネル帯域幅
(MHz)
1.4, 3, 5, 10, 15, 20
二重スキームFDDおよびTDD
可動性0〜15 km / h(最適化)、
15-120 km / h(高性能)
待ち時間アイドル状態から100ms未満
小さなパケット〜10 ms

これらのハイライト仕様は、LTEが提供するパフォーマンスの全体像を示しています。 VoIPからゲームやデータのインタラクティブな使用に至るまで、多くのアプリケーションにとって重要な要素である、高速データダウンロード速度とレイテンシの削減に関する業界の要件を満たしています。また、利用可能なスペクトラムの使用法も大幅に改善されています。

LTEの新機能

LTEは、以前のセルラーシステムと比較して、いくつかの新しいテクノロジーを導入しています。これらにより、LTEはスペクトルの使用に関してより効率的に動作できるようになり、必要とされるはるかに高いデータレートを提供できるようになります。

  • OFDM(直交周波数分割多重): OFDMテクノロジーは、LTEの信号フォーマットに使用されました。これは、反射と干渉に対して高度な復元力を提供しながら、高いデータ帯域幅を効率的に送信できるようにするためです。多数のキャリアでデータが運ばれたため、反射による干渉などの結果、一部が欠落した場合でも、システムは対応できました。アクセス方式はアップリンクとダウンリンクで異なりました:OFDMA(ダウンリンクでは直交周波数分割多元接続が使用されましたが、アップリンクではSC-FDMA(シングルキャリア-周波数分割多元接続)が使用されました。SC-FDMAは、そのピーク対平均電力比がOFDMAよりも小さいという事実-より低いレベルの最終的なRF電力増幅器を実現できるようにする低いピーク対平均電力比-これは、モバイルハンドセットのバッテリー寿命にとって重要な要素でした。
  • MIMO(複数入力複数出力): 以前の電気通信システムが遭遇した主な問題の1つは、遭遇した多くの反射から生じる複数の信号の問題でした。 MIMOを使用することで、これらの追加の信号パスを活用してスループットを向上させることができました。

    MIMOを使用する場合は、複数のアンテナを使用して、異なるパスを区別できるようにする必要があります。したがって、2 x 2、4 x 2、または4 x 4アンテナマトリックスを使用するスキームを使用できます。基地局にアンテナを追加することは比較的簡単ですが、ユーザー機器の寸法が少なくとも半波長離れて配置されるべきアンテナの数を制限するモバイルハンドセットについては同じことが当てはまりませんでした。

  • SAE(システムアーキテクチャエボリューション): 3G LTEの非常に高いデータレートと低レイテンシの要件により、パフォーマンスを向上させるためにシステムアーキテクチャを進化させる必要がありました。変更点の1つは、これまでコアネットワークで処理されていた機能の多くが周辺機器に移行されたことです。本質的に、これにより、はるかに「フラットな」形式のネットワークアーキテクチャが提供されました。このようにして、待ち時間が短縮され、データが宛先に直接送られるようになります。 Evolved Packet Coreのアップグレードの一環として、EPCは、パケットデータが可能な限り効率的にルーティングされるように開発されました。
  • IPデータ: 4G LTEはすべてIPデータシステムです。 3G UMTSには回線交換音声が含まれていましたが、LTEには回線交換音声がありませんでした。当初は、オペレーターがデータ機能を提供し、音声がOTTアプリケーションを介して提供されることが予想されていました。オペレーターが声として重要な収入を失うので、当時、収入の主要な要素を構成しました。このGSMAを克服するために、音声接続の標準をVoice over LTEスキームであるVoLTEとして設定しました。

    VoLTEにはIMSコアの実装が必要でしたが、費用の観点から、この機能のロールアウトは遅くなりました。オペレーターがこれを克服するのを助けるために、IMSの限定的な実装が開発され、これによりオペレーターが必要とする資本支出が大幅に削減されました。

4G LTEが主力のモバイル通信テクノロジーになりました。第1世代と第2世代の両方のテクノロジーが音声に焦点を当て、3Gはモバイルデータに移行しました。 4G LTEは、モバイル通信のモバイルデータの側面を改善し、主にこの側面に焦点を当てて、一般的なモバイルデータ接続を可能にします。

ワイヤレスおよび有線接続のトピック:
モバイル通信の基本2G GSM3G UMTS4G LTE5GWiFiIEEE 802.15.4DECTコードレス電話NFC-近距離無線通信ネットワークの基礎Clo​​udEthernetシリアルデータとはUSBSigFoxLoRaVoIPSDNNFVSD-WAN
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コメント:

  1. Derwin

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