Was ist LTE? (Langfristige Entwicklung)? Der endgültige Leitfaden

Langfristige Entwicklung(LTE) ist eine Mobilkommunikationstechnologie, die entwickelt wurde, um die Anforderungen gezielter Anwendungen zu erfüllen Maschine-zu-Maschine (M2M) oder Internet der Dinge (Internet der Dinge) Konnektivität.

1. Was bedeutet LTE??

LTE sollte eine verbesserte Version von 3G sein, aber mit Weiterentwicklung, es ist über die ursprünglichen Ziele der Schöpfer hinausgegangen. Geplant war nur 3,9G, Aufgrund fortlaufender Verbesserungen wurden die nachfolgenden Versionen jedoch vollständig auf 4G umgestellt.

TD-LTE und LTE FDD sind hinsichtlich der Versionen die beiden Hauptvarianten von LTE. Die beiden Systeme werden je nach 2G- und 3G-Netz unterschiedlich eingesetzt. Zum Beispiel, China Mobile setzt auf TD-LTE, weil TE-LTE gut mit dem 3G-Netzwerk funktioniert, das China Mobile unabhängig aufgebaut hat. Es steht Unicom und Telecom frei, eine der beiden Versionen allein oder eine Mischung aus beiden zu verwenden.

2. Wofür steht LTE-M??

Eine drahtlose Schnittstelle namens LTE-M erleichtert die Konnektivität von Internet der Dinge und M2M-Geräte mit geringen Anforderungen an die Datenübertragungsrate. Let-m ist ein Weitbereich mit geringer Leistung (Es tut mir Leid) Technologie. Compared to traditional cellular communications technologies like 2G, 3G, or higher LTE, the technology allows more extended battery life and broader in-building coverage. The key characteristics are:

• A full range of motion and in-car switching
• low energy use,
• more coverage within the structure
• supports VoLTE

Even when end devices are not directly linked to the grid, batteries that may last up to 10 years on a single charge can assist in lowering maintenance costs for deployed devices.

The interface may be utilized for applications that need some degree of human-computer interaction, such as specific health and safety applications like indwelling solutions and alarm panels, thanks to supporting VoLTE voice (4G+ HD voice) capabilities.

3. Was ist LTE CAT M?

A low-power wide-area (Es tut mir Leid) Technologie called LTE Cat M, commonly referred to as LTE-M, soll das „massive Internet der Dinge“ mithilfe der Mobilfunktechnologie ermöglichen, oder Hunderte von Milliarden (!) von Geräten für das Internet der Dinge. Da die Einführung von CatM2 noch einige Jahre entfernt ist, Der Begriff „CatM“ bezieht sich hauptsächlich auf CatM1.

Um die Funktionalität jedes mit einem LTE-Netzwerk verbundenen Geräts zu trennen, Die LTE-Funktechnologie verwendet „Kategorien“. Eine als CatM1 bekannte Gerätefamilie verwendet für den Betrieb einen eingeschränkten 1,4-MHz-Kanal, mit aufgezeichneten Download-Raten im Bereich von 589 Kbit/s und Uplink-Geschwindigkeiten von 1,1 Mbit/s (3GPP-Version 14). Im Gegensatz zu Cat4-Geräten, die möglicherweise Carrier-Aggregation nutzen und Downloadraten von bis zu 150 Mbit/s bieten, Cat1-Geräte können Download-Geschwindigkeiten von bis zu 10 Mbit/s unterstützen. Niedrigere Geschwindigkeiten (300Kbit/s Downlink/375 Kbit/s Uplink) sind mit älteren Cat-M-Modulen verfügbar.

4. So funktioniert LTE-M

In version 13 of the 3GPP standard, which specifies the narrowband Internet of Things (NBIoT or LTE Cat NB1, both LPWA technologies in the licensed spectrum), lt-m was first presented as LTE Cat M1. The 3GPP’s 14th revision created the LTE Cat M2 standard. While LTE Cat M2 will expand to 5 MHz, LTE Cat M1 delivers data at a bandwidth of 1.4 MHz. The standard will result in advancements in the following areas:

Datenübertragungsrate

LTE Cat M1 is perfect for many IoT-Anwendungen with low to medium data transfer rate needs since it can handle up to 375 KB/s uplink and downlink rates in half-duplex mode. The LTE Cat M2 will boost data throughput to a peak upload rate of 2.6 Mb/s and a peak download rate of 2.4 Mb/s, expanding the use of LTE-M even for applications requiring relatively high data transfer rates, such as video surveillance. Remote wireless firmware updates (FOTA) are also quicker, effizienter, and need less battery charge at these rates. LWM2M (Lightweight M2M), a small and lightweight protocol for internet of things applications, is supported by U-Blox for FOTA updates.

Mobilität

Compared to the mobile characteristics currently enabled by version 13 of LTE-M, Ausführung 14 of LTE-M now provides some benefits, including reduced power consumption and complete mobility (within and across frequencies) for mobile apps. Since it manages handovers between base stations like high-speed LTE, LTE-M is superior to NB-IoT for mobile use cases. An LTE-M device will function like a cellular phone and never be disconnected, zum Beispiel, if a vehicle has to pass through many separate network units to go from point A to point B. Stattdessen, after arriving at the new network unit, NB-IoT devices must eventually create a new connection.

5. LTE-M-Technologien: CAT-M1 und CAT-M2

Funktionen von LTE CAT 1

• Latency is low (50 to 100ms)
• LTE medium-speed standard
• Suitable for IoT applications that need a lot of bandwidth
• Greater building penetration
• Full-duplex FDD/TDD and VoLTE support (LTE voice service)
• Meet appropriate data uplink and downlink speeds
• Internet der Dinge and M2M communications are supported.
• 3G and 2G are backward compatible.
• Increased data transfer efficiency
• Downlink (10Mb/s) and uplink (5Mb/s)
• Voice assistance
• Einfach zu benutzen
• Indoor protection
• Support for mobile devices
• Power consumption has been optimized in order to prolong battery life (bis zu 5 Jahre)
• Low power standby and sleep modes are supported.
• Device for remote control
• Meager cost

NB-IoT/CAT-M2

Although NB-IoT (also known as CAT-M2) performs a similar function to CAT-M, it employs DSSS modulation. Because NB-IoT cannot function in the LTE spectrum, operators must pay more upfront to adopt the technology.

Typischerweise, Gateways in anderen Infrastrukturen werden verwendet, um Sensordaten zu sammeln und anschließend eine Verbindung zum Primärserver herzustellen. Jedoch, Der Primärserver erhält Sensordaten sofort, dank NB-IoT-Technologie. Zusätzlich, NB-IoT gilt als die kostengünstigere Lösung, da keine Gateways erforderlich sind. Infolge, Huawei, Ericsson, Qualcomm, und Vodafone investieren erheblich in die kommerzielle NB-IoT-Anwendung. Bis zum Ende 2018, Es wird erwartet, dass in mehreren Gebieten weltweit NB-IoT- und LTE-M-Basisstationen eingesetzt werden, laut Sierra Wireless.

6. Unterschiede zwischen LTE-M und NB-IoT

Leistungsverzögerung

Niedriger Energieverbrauch und gute Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen sind zwei Vorteile der NB-IoT-Technologie. NB-IoT ist für Anwendungen, die eine sehr geringe Netzwerklatenz erfordern, weniger geeignet als LTE-M. Während LTE-M-Latenz oft auftritt 100 Zu 150 Millisekunden, Die Nb-IoT-Latenz ist typischerweise gleich oder kleiner als 10 Sekunden (um 1.6 Zu 10 Sekunden).

Gerätemobilität

NB-IoT ermöglicht im Vergleich zu LTE-M keine vollständige Mobilität, die auch Stimme unterstützt. Es ist LTE-M für „völlig nahtlose Mobilität“. Das NB-IoT kann weiterhin für mobile Anlagen und Geräte genutzt werden; wie wir manchmal hören, es ist einfach begrenzt. Echtzeit-NB-IoT-Anwendungen mit Trackern, Apps für Bike-Sharing, Umweltanwendungen mit mobilen Komponenten, aber geringem Durchsatz, und intelligente Logistik sind nur einige Beispiele. Anlagevermögen, wie Smart Meter oder Point-of-Sale-Terminals, werden häufig, aber nicht ausschließlich, im NB-IoT eingesetzt.

Energieeffizienz

Im Vergleich zu LTE-M, NB-IoT ist zudem stärker auf einen geringen Energie- und Stromverbrauch ausgerichtet und hat eine potenzielle Batterielebensdauer von mehr als zehn Jahren.

Penetration

Mit NB-IoT, Eine erhöhte Übertragungsleistungsdichte ist möglich, da ein einziges Gerät verwendet wird, 200KHz- oder 180-kHz-Schmalband mit geringerer Bandbreite. Es erhöht die Fähigkeit zur tiefen Penetration (und erhöht die Gesamtabdeckung) gegenüber LTE-M und andere Verbesserungen. Zur Innenabdeckung, LTE-M funktioniert auch, obwohl NB-IoT überlegen ist.

Technische Details zur Abdeckung, erreichen, und Eindringtiefe: Der maximale Kopplungsverlust für NB-IoT beträgt 164 dB, Das ist ein 20 dB-Verbesserung gegenüber GPRS's Linkbudget.

7. Was ist der Unterschied zwischen LTE und LTE-M

Für die beiden vorliegenden Probleme gibt es zwei von 3GPP empfohlene Lösungen: LTE-u (LTE-lizenzfrei) und LTE-M (LTE-Machine-to-Machine).

Der grundlegende Zweck von LTE-u besteht darin, die aktuelle Netzwerkgeschwindigkeit anzugehen, Kapazität, und On-Demand-Widersprüche der Benutzerausrüstung. Ein Carrier-Aggregation-Plan erfordert Spektrum, und weil es nicht genügend genehmigtes Spektrum gibt, um diesen Bedarf zu decken, Der R13 bietet eine autorisierte Alternative: Verwendung von Spektrum als primärem Träger. In order to accomplish the impact of carrier aggregation and increase rate and capacity, the unlicensed 5G spectrum is used as an auxiliary carrier.

Another alternative, primarily for the Internet of Things, is LTE-M, which was suggested in R12 and will be expanded upon in R13. Mit anderen Worten, the LTE spectrum is used to simplify the system and make it compatible with the Internet of Things’ low power consumption, high latency, and poor performance.

Only two alternatives are suggested to maintain 3GPP’s unwavering position in the wireless industry while adapting to the current new trend.

8. Wie groß ist die Abdeckung von LTE-Netzen?

Faktoren, die den Versicherungsschutz bestimmen

The signal in the LTE system may be split into uplink and downlink directions. The uplink coverage, or the coverage of the signal supplied by the terminal, determines the base station’s coverage due to the stark disparity in signal transmission strength.

How does the base station determine that it has received a signal from the terminal, then? The SINR, or signal-to-noise ratio, is used in this instance as the primary signal indication.

Die wichtigste Komponente bei der Bestimmung der Deckung ist der SINR

Mit anderen Worten, the base station’s received terminal signal’s SINR satisfies the minimal standard. The terminal in this instance is on the coverage border, which corresponds to the coverage area’s maximum.

Die Faktoren, die SINR beeinflussen

Only the base station or user is tall enough to overcome the earth’s curvature since the planet is spherical. The typical base station antenna hanging height is 30 M, with a coverage distance of roughly 20 km. Jedoch, the calculation shows that if the base station or terminal height is 2 km, the maximum coverage distance may be expanded to around 160 km.

By the way, Ericsson has tested LTE using specialized terminals aboard flights. Jedoch, Montage des Terminals auf einem Ballon in einem Abstand von 2 km ist auch sehr praktisch.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Basisstation auf einem 2 Kilometer hohen Berg zu errichten, wie der Gipfel des Huangshan-Berges, um eine 160 Kilometer lange Region abzudecken, entspricht fast der Provinz Zhejiang.

Die Tatsache, dass es nur eine Basisstation und einen Benutzer darunter gibt, ohne Interferenz I und nur Rauschen N, ist die entscheidendere Anforderung. Also auch wenn Sie TA nicht nutzen, Das SINR verschlechtert sich nicht.

In einem typischen Netzwerk gibt es unter jeder Basisstation mehrere Basisstationen und Benutzer. Der TA-Mechanismus muss verwendet werden, um Störungen durch benachbarte Benutzer zu verhindern, und seine maximale Verarbeitungskapazität beträgt 100 Kilometer, Daher stammt auch der Begriff „100 Kilometer“..

Erweitern Sie die Rechenleistung des TA

Wenn Sie der Meinung sind, dass TA nicht ausreicht, you may also learn from the GSM processing approach to increase TA’s processing power.

9. Was ist die LTE-Bandbreite?

LTE-M, an up-and-coming technology recently used in rail transportation, can only utilize a maximum bandwidth of 20M between 1785MHz and 1805MHz, and both the left and right frequency bands are already in use by other communication systems. daher, omitting the frequency isolation band, the usable bandwidth, when utilized on the ground, is just 15M or 10M. It must also be shared with the oil, elektrisch, and transportation sectors. Physical barriers in separate tubes separate the upstream and downstream of the classic subway’s underground section. Es ist möglich, ein Netzwerk aus mehreren Zellen zu verwenden, die mit derselben Frequenz arbeiten, wobei Upstream und Downstream jeweils eine maximale Bandbreite von 20 MB beanspruchen. Da sich die obere und untere Leitung eine Bandbreite von 10 MB bzw. 15 MB teilen und es keine physische Trennung zwischen ihnen gibt, Bei Einloch- und Doppelgleis kann die Wolkenschiene nur durch eine einzelne Zelle abgedeckt werden, Ähnlich einer U-Bahn kann LTE-M daher derzeit nur CBTC- und PIS-Systeme verarbeiten. Jedoch, LTE-M verfügt über ein eigenes Clustersystem, das das TETRA-System ersetzen kann, was die Kosten senkt.

10. Einführung in das LTE-M-Kommunikationsprotokoll

LTE-Protokollarchitektur

Der Protokollstapel der Benutzerebene und der Protokollstapel der Steuerebene sind zwei Teilmengen des Luftschnittstellen-Protokollstapels des E-UTRAN-Systems. Physikalische Schicht (PHY), Medienzugriffskontrolle (MAC), Drahtlose Verbindungssteuerung (RLC), und Paketdatenaggregation (PDCP) are the four layers that make up the user plane protocol stack. At the network side’s eNode B entity, these sublayers end.

The LTE system divides the data processing process into many protocol levels. Several protocol layer entities handle IP packets used for downlink data transmission before being delivered over the air interface. The entire protocol architecture for downlink transmission in LTE networks is shown in the above image.

Numerous methods are used in the actual design to represent the chip’s performance best. Coding and decoding, modulation and demodulation, multi-antenna mapping, and other telecommunications physical layer operations are all performed at the physical layer. The protocol’s most sophisticated layer is also the one that undergoes the most product testing. It must cooperate with hardware and is strongly tied to hardware.

• MAC-Schicht: manages upstream and downstream scheduling as well as HARQ retransmission. Retransmission and scheduling may be done properly, and the rate will be represented for the whole product, which is to say that the essence of L2 is there.
• NAS layer: handles information transfer between UE and MME. Information about users or controls may be included in the material. This includes user administration, Sicherheitsmanagement, and session management. The AS layer, which we refer to as being behind the NAS layer, is transparent to eNode B. As observed in the accompanying image, eNode B lacks this layered protocol; therefore all NAS communications travel through to it.
• RLC layer: accountable for high-level data segmentation and connectivity, retransmission processing, and sequential transmission.
• RRC layer: eNode B’s most important signaling protocol, supporting various operations between terminals. It encompasses wireless resource algorithms, which in a broad sense govern wireless behavior in real-world applications.
• PDCP layer: is in charge of compressing headers to lower the quantity of bit traffic that the wireless interface must broadcast.

11. Einführung der LTE-Frequenz

The standard organizations established by 3GPP, which are in charge of LTE and 5G, are LTE-m (Long-term Evolution of Machines) und NB-IoT (Narrowband Internet of Things). They provide carriers the chance to use their current mobile infrastructure to facilitate the broad use of IoT-Geräte. They are trustworthy and safe and can provide a dependable level of service as long as they stay within their mission.

Machine-to-machine (M2M) Kommunikation, sometimes referred to as MTC, includes both NB-IoT and MTC. They may assist with implementing programs like asset tracking, Umweltüberwachung, and smart cities. From the beginning, carriers have previously utilized 2G and 3G networks for specific IoT applications, such as fleet monitoring. LTE-M and NB-IoT can both transfer modest quantities of data over extended periods, Jedoch, they are not the same as IoT devices. They are thus less complicated and expensive than other mobile phone standards. Transformation: The device’s battery life may last up to 10 years because of its ultra-low power usage. These networks are frequently referred to as low-power WANs because of this (LPWAN).

12. Vorteile der LTE-Technologie

• LTE communication technology has many advantages over earlier wireless communication technologies, including quick communication speeds, a broad network spectrum, flexible communication, powerful terminal functionality, high intelligence, good compatibility, mehr Mehrwert-Kommunikationsdienste, hohe Kommunikationsqualität, und Hochfrequenzbandeffizienz.
• Hohe Kommunikationsrate: Die Downlink-Spitzenrate von LTE beträgt 100 Mbit/s, und die Uplink-Spitzenrate beträgt 50 MBit/s, Dies ist um ein Vielfaches schneller als das drahtlose 3G-Kommunikationssystem. Die LTE-Kommunikationstechnologie bietet variable Bandbreite, bis zu 20 MHz.
• Hohe spektrale Effizienz: Im Vergleich zu drahtlosen 3G-Kommunikationssystemen, Die LTE-Kommunikationstechnologie verbessert die spektrale Effizienz durch Trägeraggregation erheblich, OFDM, und andere Technologien. Die spektrale Effizienz des Uplinks kann erreicht werden 2.5 Bit/s, während die spektrale Effizienz im Downlink erreicht werden kann 5 Bit/s (s.hz).
• Das drahtlose LTE-Kommunikationssystem basiert auf Paketvermittlung in der Gesamtarchitektur mit hoher Datenrate, geringe Latenz, und Optimierung des Paketdomänendienstes als Hauptziele.
• QoS-Garantie: Unterschiedliche drahtlose Kommunikationsanwendungen haben unterschiedliche QoS-Spezifikationen. Durch einen starren QoS-Mechanismus, Das drahtlose Kommunikationssystem LTE garantiert die Servicequalität für eine Vielzahl von Diensten, einschließlich Echtzeitdiensten (VoIP) und Surfen im Netzwerk.
• Geringe Wartezeit: Innerhalb der Benutzerebene, Die unidirektionale Übertragungslatenz beträgt weniger als 5 MS. Zwischen der Steuerebene vergehen weniger als 50 ms, Übergang vom Schlafzustand in den aktiven Zustand. Während der Migration, Zwischen dem Ruhezustand und dem Aktivzustand vergehen weniger als 100 ms.
• Gute Konvergenz: Das Netzwerk der nächsten Generation (NGN) die Architektur, welches drahtlose LTE-Kommunikationssystem verwendet wird, ermöglicht Konvergenz und Koexistenz mit W-LAN und andere drahtlose Kommunikationstechnologien, Bildung einer mehrstufigen drahtlosen Netzwerkumgebung. Das drahtlose LTE-Kommunikationssystem unterstützt auch umfangreichere mobile Dienste, such as multimedia information, video calling, broadband data transmission, conference television, und mehr. Benutzer können schnell alle Informationsdienste erhalten, die sie benötigen.
• Hohes Maß an Flexibilität: Das drahtlose LTE-Kommunikationssystem verwendet eine All-IP-Netzwerkarchitektur, Die Systemnetzwerkarchitektur ist flach, und die Systemvernetzung und Erweiterungsflexibilität sind hoch. Die LTE-Kommunikationstechnologie unterstützt gepaartes oder ungepaartes Spektrum und kann flexibel konfiguriert werden 1.25 MHz zu 20 MHz-Bandbreite.

13. Wo wird LTE eingesetzt?? LTE-Anwendungen.

Der Hauptvorteil von TE-M ist die Sicherheit. Ein SIM-Chip, die in eine Leiterplatte integriert und in einer Fabrik vorbereitet werden kann, um Schlüssel und Signaturen einzurichten, ist für ein mit einem Telefon verbundenes Gerät erforderlich. Diese eingebetteten Schlüssel können nicht geändert werden, ohne physischen Zugriff auf das Gerät zu haben, nachdem sie für die SIM-Karte eingerichtet wurden.

Das Sicherheitsmodul SIM bietet einen Authentifizierungs- und NSasuiteBaES-256-Verschlüsselungsdienst.

LTE-M also benefits from maintaining connectivity even when there is a power loss. Since he is connected to a cellular network, he doesn’t need an access point (AP), which remains linked as long as the IoT device’s battery is functioning normally.

Because of this, cellular IoT connection is extensively employed in crucial areas, including fleet management, home and office security, und die power grid.