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Evolution der Mobilfunknetze - LTE

Lasse Stehnken

Lehrstuhl Netzarchitekturen und Netzdienste

Fakultat fur InformatikTechnische Universitat Munchen

12. April 2013

Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 1

Outline

1 Motivation zur Einfuhrung von LTE

2 Funktionsweise von LTERadio Access NetworkPacket Core NetworkBeispiel einer Verbindung

3 Veranderungen gegenuber UMTS

4 LTE - Advanced

Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 2

Motivation

Was sind Mobilfunknetze?

Kommunikation uberFunkZellweise aufgebautEntwicklung derMobilfunknetze:

1 Analoge Netze2 GSM Netz3 UMTS Netz4 LTE

Abbildung : Wabenstrukturvon Mobilfunknetzen

Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 3

Motivation

Was sind Mobilfunknetze?

Kommunikation uberFunkZellweise aufgebautEntwicklung derMobilfunknetze:

1 Analoge Netze2 GSM Netz3 UMTS Netz4 LTE

Abbildung : Wabenstrukturvon Mobilfunknetzen

Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 3

Warum wird LTE gebraucht?

Hohere DatenratenGroßere NutzerzahlenGeringere LatenzenVereinfachung der Strukturen

Abbildung : Entwicklung des Datenvolumens im deutschen MobilfunkLasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 4

Core-Network und Radio Access Network

Ein Mobilfunknetz besteht logisch aus zwei Teilen:Das Radio Access Network (RAN) in dem die Verbindungzwischen Basistation und Endgerat hergestellt wird. Bei LTEwird es E-UTRAN genannt.Das Core-Network, uber das die Basistationen miteianderund mit dem Internet verbunden sind. In LTE wir es EvolvedPacket Core (EPC) genannt.

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Core-Network und Radio Access Network

Ein Mobilfunknetz besteht logisch aus zwei Teilen:Das Radio Access Network (RAN) in dem die Verbindungzwischen Basistation und Endgerat hergestellt wird. Bei LTEwird es E-UTRAN genannt.Das Core-Network, uber das die Basistationen miteianderund mit dem Internet verbunden sind. In LTE wir es EvolvedPacket Core (EPC) genannt.

Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 5

Radio Acess Network

Kommunikation zwischen eNodeB und Engerate(UE)Downlink basiert auf OFDMAUplink auf SC-FDMAUnterstutzt MIMO 4x4

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User Equipment (UE)

Die Nutzerendgerate werden im LTE - Netz mit UserEquipment (UE) bezeichnet:

Energiesparende Sende- und EmpfangsmoduleAufwendige Technik fur MIMO und unterschiedlicheFrequenzbander notigHohe Rechenleistung fur Demodulierung und ModulierungnotigHoher Preis, im Verhaltnis zu anderenSende-/Empfangsmodulen

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User Equipment (UE)

Die Nutzerendgerate werden im LTE - Netz mit UserEquipment (UE) bezeichnet:

Energiesparende Sende- und EmpfangsmoduleAufwendige Technik fur MIMO und unterschiedlicheFrequenzbander notigHohe Rechenleistung fur Demodulierung und ModulierungnotigHoher Preis, im Verhaltnis zu anderenSende-/Empfangsmodulen

Lasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 7

eNodeB

Modem fur die LuftschnittstelleZuteilung der LuftschnittstelleTunnel Anbindung zum Core-NetworkEntscheidung und Unterstutzung beim Handover

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Das Core Netzwerk

Abbildung : SAE Architektur

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eNodeB

Abbildung : Verbindungen des eNodeB

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Serving Gateway (S-GW)

Aufgabe des S-GW ist die weiterleitung von NutzdatenNutzdatentunnel vom eNodeBNutzdatentunnel zum P-GWDatenumleitung bei Handover ohne X2-Verbindung zwischenden eNodeBs

Abbildung : Verbindungen des S-GWsLasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 11

Serving Gateway (S-GW)

Aufgabe des S-GW ist die weiterleitung von NutzdatenNutzdatentunnel vom eNodeBNutzdatentunnel zum P-GWDatenumleitung bei Handover ohne X2-Verbindung zwischenden eNodeBs

Abbildung : Verbindungen des S-GWsLasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 11

P-GW

GTP-Tunnel zum S-GWVerbindung zum Internet und anderen ServicesKontroll und QoS funktionen

Abbildung : Verbindungen des P-GWs

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MME

Authentifizierung der EndgerateMobilitatsmanagement: Die MME verfolgt die Position derUEsKommunikation mit dem Home Server, damit die UEs zu denrichtigen Datennetzwerken verbunden werden.

Abbildung : Verbindungen der MMELasse Stehnken: Evolution der Mobilfunknetze - LTE 13

Verbindungsaufbau-Beispiel

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Verbindungsaufbau-Beispiel

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Verbindungsaufbau-Beispiel

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Verbindungsaufbau-Beispiel

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Verbindungsaufbau-Beispiel

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Verbindungsaufbau-Beispiel

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Verbindungsaufbau-Beispiel

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Handover-Beispiel

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Handover-Beispiel

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Handover-Beispiel

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Handover-Beispiel

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Handover-Beispiel

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Handover-Beispiel

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LTE vs. UMTS

Verbesserungen von LTE gegenuber UMTSDatenrate deutlich vergroßert.Reichweite deutlich erhoht.Latenzen deutlich gesenkt.Spektrale effizienz gesteigert.

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LTE vs. UMTS

E-UTRAN vs. UTRANUMTS LTE

Datenrate Downlink 384kb/s (7,2- 42 Mb/s HSDPA) 300Mb/sDatenrate Uplink 128kb/s (5,4 Mb/s HSUPA) 75Mb/sEnergieverbrauch relativ hoch relativ niedrigBandbreite ca. 5Mhz bis zu 20Mhz

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LTE vs. UMTS

Vergleich der KernnetzeUMTS LTE

End-to-End Latenz ¿40ms ¿15msArchitektur IP und Circuit switching All IP

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LTE -Advanced - Die Zukunft?

Erweiterung von LTE, abwartskompatibelDatenraten von bis zu 1 Gb/s im Downlink500 Mb/s im UplinkDurch verbesserung in MIMO Nutzungverfunfachung der Bandbreite auf bis zu 100Mhz

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Fragen?

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Bildquelle: de.wikipedia.org

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