E-UTRA(N)(Evolved Universal Terrestrial Radio Access (Network),演進的通用陸面無線接入(網絡)),屬於3GPP LTE空中介面[1],目前是 3GPP 的第八版本。與 HSPA 不同的是,LTE 的 E-UTRA 係一全新的系統,絕不相容於W-CDMA。它提供了更高的傳輸速率,低延遲和最佳化數據包的能力,用OFDMA無線接入給下行連接,SC-FDMA給上行連接。

EUTRAN architecture as part of a LTE and SAE network

特色

E-UTRA 具有如下的特色:

  • 峰值下載速率(Peak download rates)為292 Mbit/s的為4x4的天線,143 Mbit/s的天線為2x2的20 MHz的頻譜[2]
  • 峰值上傳速率71 Mbit / s的每20 MHz的頻譜[2]
  • 彈性化的頻寬在1.25 MHz到20 MHz之間. :1.4 MHz,3 MHz,5 MHz,15 MHz和20 MHz的標準化。 相較之下, W-CDMA 一般只使用5 MHz頻譜。
  • 頻譜效率頻譜效率) 增加到 2-4 倍,遠較 3GPP (HSPA) release 6 要好。
  • 低數據傳輸延遲
  • 支持終端移動速度高達350公里/小時或500公里/小時(取決於頻段)。
  • 同時支持FDDTDD的複式以及半雙工FDD相同的無線接入技術。
  • 支持所有目前使用的頻段的IMT系統由ITU-R的。
  • 相較於3G網絡,同樣使用femtocellpicocell的小半徑基站,然macrocell半徑超過100公里,覆蓋距離顯著提升。
  • 簡化的體系結構:EUTRAN網絡僅由eNodeB組成
  • 支持互操作(inter-operation)與其他系統(如GSM/EDGE/UMTS/CDMA2000/WiMAX……)
  • 封包交換(Packet switched)的無線接口。

基本原理

雖然隨着UMTS與HSDPA技術和HSUPA技術及其發展,提供高數據傳輸速率的無線數據使用量預計將繼續大幅增加,在未來幾年由於需求的增加和提供的服務和內容上的搬遷,需要繼續為最終用戶削減成本。預計這一增長不僅需要更快的網絡和無線電接口,但也更符合成本效益比,是現行標準可能的演變。 因此,3GPP的財團提出了要求。新的無線電接口(EUTRAN)和核心網絡演進(系統架構演進SAE的),將滿足這種需要。

EUTRAN 協定堆疊

EUTRAN 協定堆疊包含有[3]

 
EUTRAN協議棧
  • 實體層[4]:執行從MAC所有訊息傳輸通道在空中接口。
  • MAC層[5]:MAC子層提供了一組邏輯通道,它的RLC子層復用物理層到傳輸通道。
  • RLC[6]:用於傳送 PDCP 的 PDUs。它可以在3種不同模式的可靠性提供依據。 根據這個模式下,它可以提供: ARQ的錯誤校正,分割/串聯的PDU,重新排序為序列交貨,重複檢測等等。
  • PDCP[7]:對於RRC層提供數據傳輸的加密和完整性保護。
  • RRC[8]:播的系統信息相關的接入層和運輸的非接入層 (NAS)的消息。

接口層協議棧的EUTRAN:

  • NAS[9]: UE 和 MME 之間的網路協定。
  • IP

實體層(L1)的設計

E-UTRA採用正交頻分復用(OFDM),多輸入-多輸出(MIMO)天線技術,根據不同的類別,可以使用終端以及波束形成的下行,以支持更多的用戶,更高的數據傳輸速率和較低的處理能力需要對每一個手機。

EUTRAN 實體通道與訊號

下行 (DL)

下行有下列的實體通道[10]:

  • 實體控制通道(Physical Downlink Control Channel, PDCCH)承載各種各樣的控制信息, 自適應的重傳需要通過PDCCH進行上行授權.
  • 實體控制格式指示通道(Physical Control Format Indicator Channel, PCFICH)用於通知 PDCCH 的長度.
  • 實體混合ARQ指示通道(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel, PHICH)是使ACK/NACK的傳輸獨立於 PDCCH的配置。PHICH占用的RE是在PBCH中指示的。
  • 實體下行共享通道(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH)用於承載來自傳輸信道DSCH的數據. PDSCH 上有支援 QPSK, 16QAM 以及 64QAM.
  • 實體組播通道(Physical Multicast Channel, PMCH)用於使用單一頻道(Single Frequency Network)組播頻道。
  • 實體廣播通道(Physical Broadcast Channel, PBCH)用於在Cell內傳播系統基本資訊。

以及下列的訊號:

  • 同步器 (PSS and SSS) 是指 UE 發現 LTE cell 和執行初始同步。
  • 參考信號 (cell specific, MBSFN, and UE specific) 用於UE 針對不同的通道進行通道估計。
  • 定位參考信號(Positioning reference signals, PRS), 在第九個版本中加入, 是指 UE 使用 OTDOA 定位英語Positioning (telecommunications) (multilateration的一種)

上行 (UL)

上行支援三種實體通道:

  • 實體隨機接入通道(Physical Random Access Channel, PRACH)是手機發出的請求識別訊號[11]
  • 實體上行共享通道(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH)用於承載來自傳輸信道USCH的數據。PUSCH 通道上可以存在TFCI。PDSCH 可支援 QPSK 模組,16QAM的並且根據用戶設備類64QAM調製方式。PUSCH 是唯一的通道, 因為更大的帶寬, 要使用 SC-FDMA
  • 實體上行控制通道(Physical Uplink Control Channel, PUCCH)用於承載控制資訊. 請注意,僅包含控制信息的上行研究DL承認以及相關的CQI報告,所有的UL編碼和分配參數已知的網絡側,並傳訊給 UE在PDCCH。

以及下列的訊號:

  • 參考信號(Reference signals, RS):RS存在於每個RB中,RS的位置會因發射天線的數量、CP的形式等不同而不同。
  • 探測參考信號(Sounding reference signals, SRS):由enodeB使用於評估上行通道, SRS是UE 發送的全頻帶參考信號。

使用者設備 (UE) 分類

在 3GPP 第 10 版協議中定義的 8 種 LTE UE 工作類型定義[2] 所取得最大數據速率和MIMO功能的支持.

User
equipment
Category
最大 L1
下行
數據速率
(Mbit/s)
MIMO
實現下行速率的最大層面數
最大 L1
上行
數據速率
(Mbit/s)
3GPP Release
NB1 0.68 1 1.0 Rel 13
M1 1.0 1 1.0
0 1.0 1 1.0 Rel 12
1 10.3 1 5.2 Rel 8
2 51.0 2 25.5
3 102.0 2 51.0
4 150.8 2 51.0
5 299.6 4 75.4
6 301.5 2 or 4 51.0 Rel 10
7 301.5 2 or 4 102.0
8 2,998.6 8 1,497.8
9 452.2 2 or 4 51.0 Rel 11
10 452.2 2 or 4 102.0
11 603.0 2 or 4 51.0
12 603.0 2 or 4 102.0
13 391.7 2 or 4 150.8 Rel 12
14 391.7 8 9,585
15 750 2 or 4 226
16 979 2 or 4 n/a
17 25,065 8 n/a Rel 13
18 1,174 2 or 4 or 8 n/a
19 1,566 2 or 4 or 8 n/a

注1:L1的數據傳輸速率傳送數據不包括不同協議層間的開銷損耗。

注2:Category 8指定的3.0 Gbps/1.5 Gbps是扇區級能接近的總數據峰值速率。單個用戶的實際最大數據速率為1.2 Gbps的(下行)和600 Mbps(上行)[12]

注3:最大數據傳輸速率給出的是在使用 20 MHz 帶寬時的速率。 當適用的帶寬更小時最大數據傳輸速率將會更低。

EUTRAN發布

  • 版本8,2008年定版,是第一份LTE標準。
  • 版本9,2009年定版,包括一些增加的實體層,如dual layer (MIMO)的波束傳輸(beamforming transmission)或定位(positioning)支持。
  • 發布10,2011年定版,引入LTE強化功能,如載波聚合(carrier aggregation),上行的SU-MIMO或中繼(relay),用於處理L1峰值數據(L1 peak data)速率增加。

所有LTE的設計都保持向下相容性,版本8的client可以在版本10的網路上執行。

具體頻帶

3GPP TS 36.101中,表 5.5-1 的「E-UTRA工作頻段」和 5.6.1-1 的「E-UTRA信道帶寬」,[13]下表中列出指定頻段的LTE和每個上市波段的信道帶寬支持:

EUTRAN
工作頻段號
上行工作頻段
BS接收
UE發送
(MHz)
下行工作頻段
BS發送
UE接收
(MHz)
雙工模式 信道帶寬(MHz) 通用名稱 簡介
001 I (1) 017 1920 - 1980 017 2110 - 2170 FDD 5, 10, 15, 20 IMT 國際移動通信系統2100MHz頻帶
002 II (2) 012 1850 - 1910 012 1930 - 1990 FDD 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 PCS A-F
(Band 25 的子集)
個人通訊服務1900MHz頻帶
003 III (3) 010 1710 - 1785 010 1805 - 1880 FDD 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 DCS 數字蜂窩系統1800MHz頻帶
004 IV (4) 009 1710 - 1755 013 2110 - 2155 FDD 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 AWS A-F(AWS-1)
(Band 10 的子集)
高級無線服務1700MHz頻帶
005 V (5) 006 824 - 849 006 869 - 894 FDD 1.4, 3, 5, 10 Cellular/CLR
(Band 26 的子集)
移動蜂窩網絡850MHz頻帶
006 VI (6) 007 830 - 840 007 875 - 885 FDD 5, 10 UMTS 800 現已停用
被 Band XIX (19) 代替
007 VII (7) 021 2500 - 2570 021 2620 - 2690 FDD 5, 10, 15, 20 IMT-E 擴展國際移動通信系統2600MHz頻帶
008 VIII (8) 008880 - 915 008925 - 960 FDD 1.4, 3, 5, 10 E-GSM 擴展全球移動通信系統900MHz頻帶
009 IX (9) 012 1749.9 - 1784.9 011 1844.9 - 1879.9 FDD 5, 10, 15, 20 Japan UMTS 1700 / Japan DCS
(Band 3 的子集)
日本通用移動通訊系統1800MHz頻帶
010 X (10) 011 1710 - 1770 013 2110 - 2170 FDD 5, 10, 15, 20 Extended AWS A-I
(Band 4 的超集)
擴展高級無線服務1700MHz頻帶
IV (4) 擴展頻段
011 XI (11) 009 1427.9 - 1447.9 009 1475.9 - 1495.9 FDD 5, 10 Lower PDC/LPDC 個人數字蜂窩網絡1500MHz頻帶
012 XII (12) 001 698 - 716 001 728 - 746 FDD 1.4, 3, 5, 10 Lower SMH/LSMH blocks A/B/C 美國700MHz頻帶A/B/C塊
013 XIII (13) 003 777 - 787 003 747 - 757 FDD 5, 10 Upper SMH/USMH block C 美國700MHz頻帶C塊
014 XIV (14) 004 788 - 798 004 758 - 768 FDD 5, 10 Upper SMH/USMH block D 美國700MHz頻帶D塊
015 XV (15) 014 1900 - 1920 021 2600 - 2620 FDD 5, 10 保留
016 XVI (16) 015 2010 - 2025 020 2585 - 2600 FDD 5, 10, 15 保留
017 XVII (17) 002 704 - 716 002 734 - 746 FDD 5, 10 Lower SMH/LSMH blocks B/C
(Band 12 的子集)
美國700MHz頻帶B/C塊
XII (12) 子頻段
018 XVIII (18) 002 815 - 830 002 860 - 875 FDD 5, 10, 15 Japan Lower 800
(Band 26 的子集)
日本850MHz頻帶
019 XIX (19) 002 830 - 845 002 875 - 890 FDD 5, 10, 15 Japan Upper 800
(Band 26 的子集)
日本850MHz頻帶
VI (6) 擴展頻段
020 XX (20) 005 832 - 862 005 791 - 821 FDD 5, 10, 15, 20 EU Digital Dividend 歐盟數字紅利800MHz頻段
021 XXI (21) 009 1447.9 - 1462.9 009 1495.9 - 1510.9 FDD 5, 10, 15 Upper PDC/UPDC 個人數字蜂窩網絡1500MHz頻帶
022 XXII (22) 029 3410 - 3490 030 3510 - 3590 FDD 5, 10, 15, 20 FDD 3500MHz頻帶
023 XXIII (23) 015 2000 - 2020 016 2180 - 2200 FDD 1.4, 3, 5, 10 S-Band a/k/a(AWS-4) S波段高級無線服務2000MHz頻帶
024 XXIV (24) 011 1626.5 - 1660.5 010 1525 - 1559 FDD 5, 10 L-Band(US) L波段1600MHz頻帶
025 XXV (25) 013 1850 - 1915 014 1930 - 1995 FDD 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 Extended PCS/EPCS A-G
(Band 2 的超集)
擴展個人通訊服務1900MHz頻帶
II (2) 擴展頻段
026 XXVI (26) 005 814 - 849 005 859 - 894 FDD 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 Extended CLR/ECLR
(Band 5/6/18/19 的超集)
擴展移動蜂窩網絡850MHz頻帶
V (5), VI (6), XVIII (18) 擴展頻段
027 XXVII (27) 005 807 - 824 005 852 - 869 FDD 1.4, 3, 5, 10, 15 SMR
(與 Band 5 相鄰)
專業移動無線電800MHz頻帶
028 XXVIII (28) 005 703 - 748 005 758 - 803 FDD 3, 5, 10, 15, 20 APAC 亞太地區700MHz頻帶
029 XXIX (29) 005 N/A 005 716 - 728 FDD 5, 10 Lower SMH/LSMH blocks D/E
(只用於載波聚合)
美國700MHz頻帶D/E塊
額外的載波聚合下行工作頻段
030 XXX (30) 018 2305 - 2315 018 2350 - 2360 FDD 5, 10 WCS blocks A/B 無線通訊服務A/B塊2300MHz頻帶
031 XXXI (31) 452.5 - 457.5 462.5 - 467.5 FDD 1.4, 3, 5 無線電450MHz頻段
032 XXXII (32) N/A 1452 - 1496 FDD 5, 10, 15, 20 L-Band
(只用於載波聚合)
033 XXXIII (33) 016 1900 - 1920 TDD 5, 10, 15, 20 Pre-IMT
(Band 39 的子集)
國際移動通信系統2100MHz頻帶
034 XXXIV (34) 020 2010 - 2025 TDD 5, 10, 15 IMT 國際移動通信系統2100MHz頻帶
035 XXXV (35) 014 1850 - 1910 TDD 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 PCS Uplink 個人通訊服務1900MHz上行頻帶
036 XXXVI (36) 019 1930 - 1990 TDD 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 PCS Downlink 個人通訊服務1900MHz下行頻帶
037 XXXVII (37) 017 1910 - 1930 TDD 5, 10, 15, 20 PCS Duplex spacing 個人通訊服務1900MHz雙工間隔頻帶
038 XXXVIII (38) 023 2570 - 2620 TDD 5, 10, 15, 20 IMT-E
(Band 41 的子集)
擴展國際移動通信系統2600MHz頻帶
039 XXXIX (39) 015 1880 - 1920 TDD 5, 10, 15, 20 DCS-IMT gap DCS-IMT 1900MHz頻帶
040 XL (40) 021 2300 - 2400 TDD 5, 10, 15, 20
041 XLI (41) 021 2496 - 2690 TDD 5, 10, 15, 20 BRS/EBS 寬帶廣播服務/教育寬帶服務2500MHz頻帶
042 XLII (42) 021 3400 - 3600 TDD 5, 10, 15, 20 TDD 3500MHz頻帶
043 XLIII (43) 021 3600 - 3800 TDD 5, 10, 15, 20 TDD 3700MHz頻帶
044 XLIV (44) 002 703 - 803 TDD 5, 10, 15, 20 APT 亞太地區700MHz頻帶
045 XLV (45) 002 1447 - 1467 TDD 5, 10, 15, 20 L-Band(China) 中國L波段1400MHz頻帶
046 XLVI (46) 002 5150 - 5925 TDD U-NII
047 XLVII (47) 002 5855 - 5925 TDD U-NII-4 (V2X)
048 XLVII (48) 002 3550 - 3700 TDD CBRS
未註冊 1915 - 1920 1995 - 2000 FDD Extended PCS block H (AWS-2)
(與 Band 25 相鄰)
未註冊 1755 - 1780 2155 - 2180 FDD Extended AWS blocks G-J (AWS-3)
(與 Band 4 相鄰)
研究中 1980 - 2010 2170 - 2200 FDD MSS
(與 Band 1 相鄰)

各地區的部署情況

下面的列表顯示了標準化的LTE頻段及其使用區域,主要的LTE頻帶以 粗體 顯示。

  • EUTRAN 工作頻段號雙工模式為FDD的 I(1), III(3), VII(7), XXVIII(28),雙工模式為TDD的 XXXVIII(38), XL(40) 適用於ITU的 1, 2, 3 類地區未來進行國際漫遊
  • EUTRAN 工作頻段號雙工模式為FDD的 VIII(8) 長期來看未來可允許在ITU的 1, 2, 3 類地區進行國際漫遊
  • EUTRAN 工作頻段號雙工模式為FDD的 XX(20) 適合在ITU的1類(歐洲/中東/非洲)地區漫遊
  • EUTRAN 工作頻段號雙工模式為FDD的 II(2), IV(4) 適合在ITU的2類(美洲)地區漫遊
EUTRAN
工作頻段號
頻帶(MHz) 通用名稱 北美洲 拉丁美洲 歐洲 亞洲 非洲 大洋洲
I (1) 2100 IMT 瑞典(3)
中國大陸(中國聯通中國電信
中華民國 (中華電信台灣大哥大遠傳電信台灣之星
安哥拉(Unitel), 南非(Cell C) 未有部署
II (2) 1900 PCS A-F 美國(C Spire) 多明尼加共和國(Tricom), 巴拉圭(Personal)
III (3) 1800 DCS 多明尼加共和國(Orange S.A.), 委內瑞拉(Digitel GSM) 中華民國(中華電信遠傳電信台灣大哥大[14]
中國大陸(中國電信中國聯通
IV (4) 1700 AWS A-F 美國(AT&T, T-Mobile, BendBroadband, Big River Telephone, C Spire, Leap, Verizon), 加拿大(Bell, Eastlink, MTS, Rogers, Telus, SaskTel) 墨西哥(Telcel), 巴拉圭(Copaco), 烏拉圭(Ancel)
計劃: 阿根廷(Movistar), 秘魯(Movistar)
V (5) 850 CLR 未有部署 未有部署 韓國(LG U+, SK Telecom)
中國大陸(中國電信
未有部署
VI (6) 800 現已停用 不適用 不適用 不適用 被 XIX (19) 代替 不適用 不適用
VII (7) 2600 IMT-E 加拿大(Bell, Rogers) 巴西(Claro, Oi, TIM, Vivo), 智利(Claro), 哥倫比亞(Une-EPM), 哥斯達黎加(ICE Celular) 未有部署 澳大利亞, 新西蘭
(未有部署)
VIII (8) 900 E-GSM 瑞典(Net4Mobility) 韓國(KT)
中國大陸(中國移動
中華民國(中華電信台灣之星亞太電信)
未有部署 計劃: 澳大利亞(Telstra)
IX (9) 1700 UMTS 1700 日本(EMOBILE)
(被 III (3) 取代)
X (10) 1700 EAWS A-G 未有部署 未有部署
XI (11) 1500 LPDC 日本(au)
XII (12) 700 LSMH A/B/C 美國(部分地區)
XIII (13) 700 USMH C 美國(Verizon) 玻利維亞(Entel Bolivia) 烏茲別克斯坦(UCell)
XIV (14) 700 USMH D 美國(公共安全)
XV (15) 保留 保留 不適用 不適用 保留 不適用 不適用 不適用
XVI (16) 保留 保留 不適用 不適用 保留 不適用 不適用 不適用
XVII (17) 700 LSMH B/C 美國(AT&T)
XVIII (18) 850 Japan Lower 800 日本(au)
(被 XXVI (26) 取代)
XIX (19) 850 Japan Upper 800 日本(NTT DoCoMo)
(被 XXVI (26) 取代)
XX (20) 800 EUDD 卡塔爾(ooredoo) 坦桑尼亞(Smile), 烏干達(Orange S.A., Smile)
XXI (21) 1500 UPDC 日本(NTT DoCoMo)
XXII (22) 3500 未有部署
XXIII (23) 2000 S-Band 美國
(未有部署)
XXIV (24) 1600 L-Band 美國
(未有部署)
XXV (25) 1900 EPCS A-G 美國(Sprint) 未有部署
XXVI (26) 850 ECLR 未有部署 未有部署 未有部署 未有部署
XXVII (27) 800 SMR 美國
(未有部署)
XXVIII (28) 700 APAC 未有部署 未有部署 中華民國(遠傳電信
計劃:中華民國(台灣大哥大[15]
未有部署
XXIX (29) 800 LSMH D/E 美國(AT&T)
(未有部署)
XXX (30) 2300 WCS 美國(AT&T)
(未有部署)
XXXI (31) 保留 保留 保留 保留 保留 保留 保留 保留
XXXII (32) 保留 保留 保留 保留 保留 保留 保留 保留
XXXIII (33) TDD 2100 IMT
XXXIV (34) TDD 2100 IMT
XXXV (35) TDD 1900 PCS
XXXVI (36) TDD 1900 PCS
XXXVII (37) TDD 1900 PCS
XXXVIII (38) TDD 2600 IMT-E 中國大陸(中國移動)
XXXIX (39) TDD 1900 中國大陸(中國移動)
XL (40) TDD 2300 IMT-2000 中國大陸(中國移動中國聯通中國電信
XLI (41) TDD 2500 BRS/EBS 中國大陸(中國移動中國聯通中國電信
XLII (42) TDD 3500
XLIII (43) TDD 3700
XLIV (44) TDD 700 APAC 中國
(未有部署)

注釋

  1. ^ 3GPP UMTS Long Term Evolution page. [2011-06-15]. (原始內容存檔於2013-08-04). 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 3GPP TS 36.306 E-UTRA User Equipment radio access capabilities. [2011-06-15]. (原始內容存檔於2011-02-17). 
  3. ^ 3GPP TS 36.300 E-UTRA Overall description. [2011-06-15]. (原始內容存檔於2012-03-25). 
  4. ^ 3GPP TS 36.201 E-UTRA: LTE physical layer; General description. [2011-06-15]. (原始內容存檔於2012-03-25). 
  5. ^ 3GPP TS 36.321 E-UTRA: Access Control (MAC) protocol specification. [2011-06-15]. (原始內容存檔於2012-03-25). 
  6. ^ 3GPP TS 36.322 E-UTRA: Radio Link Control (RLC) protocol specification. [2011-06-15]. (原始內容存檔於2012-03-25). 
  7. ^ 3GPP TS 36.323 E-UTRA: Packet Data Convergence Protocol (PDCP) specification. [2011-06-15]. (原始內容存檔於2012-03-25). 
  8. ^ 3GPP TS 36.331 E-UTRA: Radio Resource Control (RRC) protocol specification. [2011-06-15]. (原始內容存檔於2012-03-25). 
  9. ^ 3GPP TS 24.301 Non-Access-Stratum (NAS) protocol for Evolved Packet System (EPS); Stage 3. [2011-06-15]. (原始內容存檔於2011-01-01). 
  10. ^ 3GPP TS 36.211 E-UTRA Physical channels and modulation. [2011-06-14]. (原始內容存檔於2012-03-25). 
  11. ^ Nomor Research Newsletter: LTE Random Access Channel. [2011-06-14]. (原始內容存檔於2011-07-19). 
  12. ^ 3GPP LTE / LTE-A Standardization: Status and Overview of Technologie, slide 16 (PDF). [2013-12-10]. (原始內容 (PDF)存檔於2013-12-12). 
  13. ^ 3GPP TS 36.101 E-UTRA: User Equipment (UE) radio transmission and reception. [2011-06-14]. (原始內容存檔於2008-12-01). 
  14. ^ 中華電信4G LTE服務搶先開台第一 開創高速行動上網新紀元頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)。
  15. ^ 台灣大4G頻段 iPhone5s不適用

參見

外部連結