Wat is LTE (Evolutie op lange termijn)? De definitieve gids

Evolutie op lange termijn(LTE) is een mobiele communicatietechnologie die is ontwikkeld om te voldoen aan de eisen van toepassingen waarop gericht is machine-tot-machine (M2M) of internet der dingen (IoT) connectiviteit.

1. Wat is een LTE-betekenis?

LTE was bedoeld als een verbeterde versie van 3G, maar met verdere ontwikkeling, het gaat verder dan de oorspronkelijke doelstellingen van de makers. Het was alleen de bedoeling dat het 3,9G zou zijn, maar opeenvolgende versies zijn dankzij voortdurende verbeteringen volledig 4G geworden.

TD-LTE en LTE FDD zijn qua versies de twee belangrijkste varianten van LTE. De twee systemen worden op verschillende manieren gebruikt, afhankelijk van de 2G- en 3G-netwerken. Bijvoorbeeld, China Mobile gebruikt TD-LTE omdat TE-LTE goed kan functioneren met het 3G-netwerk dat China Mobile onafhankelijk heeft aangelegd. Het staat Unicom en Telecom vrij om elk van de twee versies afzonderlijk of een combinatie daarvan te gebruiken.

2. Waar staat LTE-M voor?

Een draadloze interface genaamd Lte-m vergemakkelijkt de connectiviteit van IoT en M2M-apparaten met bescheiden vereisten voor datatransmissiesnelheden. Let-m is een groot gebied met laag vermogen (het spijt me) technologie. Vergeleken met traditionele mobiele communicatietechnologieën zoals 2G, 3G, of hogere LTE, de technologie maakt een langere levensduur van de batterij en een bredere dekking in het gebouw mogelijk. De belangrijkste kenmerken zijn:

• Een volledig bewegingsbereik en schakelen in de auto
• laag energieverbruik,
• meer dekking binnen de structuur
• ondersteunt VoLTE

Zelfs als eindapparaten niet rechtstreeks op het elektriciteitsnet zijn aangesloten, batterijen die maximaal kunnen meegaan 10 jaar op één acculading kan bijdragen aan het verlagen van de onderhoudskosten voor gebruikte apparaten.

De interface kan worden gebruikt voor toepassingen die een zekere mate van mens-computerinteractie vereisen, zoals specifieke gezondheids- en veiligheidstoepassingen zoals verblijfsoplossingen en alarmpanelen, dankzij de ondersteuning van VoLTE-stem (4G+ HD-stem) mogelijkheden.

3. Wat is LTE CAT M

A breed gebied met laag vermogen (het spijt me) technologie genaamd LTE Cat M, gewoonlijk LTE-M genoemd, is bedoeld om het “enorme internet der dingen” mogelijk te maken met behulp van cellulaire technologie, of honderden miljarden (!) van Internet of Things-apparaten. Aangezien de adoptie van CatM2 nog een paar jaar duurt, de term “CatM” verwijst voornamelijk naar CatM1.

Om de functionaliteit van elk apparaat dat op een LTE-netwerk is aangesloten, te scheiden, LTE-radiotechnologie maakt gebruik van ‘categorieën’. Een familie apparaten die bekend staat als CatM1 gebruikt een beperkt 1,4 MHz-kanaal om te werken, met geregistreerde downloadsnelheden in het bereik van 589 Kbps en uplink-snelheden van 1,1 Mbps (3GPP-versie 14). In tegenstelling tot Cat4-apparaten, die gebruik kunnen maken van carrieraggregatie en downloadsnelheden tot 150 Mbps kunnen bieden, Cat1-apparaten kunnen downloadsnelheden tot 10 Mbps ondersteunen. Lagere snelheden (300Kbps downlink/375 Kbps uplink) zijn verkrijgbaar met oudere Cat-M-modules.

4. Hoe LTE-M werkt

In versie 13 van de 3GPP -standaard, die de smalband internet der dingen (Nbiot of LTE Cat NB1, Beide LPWA -technologieën in het erkende spectrum), LT-M werd voor het eerst gepresenteerd als LTE Cat M1. De 14e revisie van de 3GPP creëerde de LTE Cat M2 -standaard. Terwijl LTE Cat M2 zal uitbreiden naar 5 MHz, LTE Cat M1 levert gegevens op een bandbreedte van 1.4 MHz. De standaard zal resulteren in vorderingen op de volgende gebieden:

Gegevensoverdrachtsnelheid

LTE Cat M1 is perfect voor velen IoT-toepassingen met lage tot middelgrote gegevensoverdrachtsbehoeften, omdat het tot 375 KB/S uplink- en downlink-tarieven in half-duplex-modus. De LTE Cat M2 zal de gegevensdoorvoer op een piek uploadsnelheid van een boost geven 2.6 MB/s en een piek downloadsnelheid van 2.4 MB/S, Het gebruik van LTE-M uitbreiden, zelfs voor toepassingen die een relatief hoge gegevensoverdrachtssnelheden vereisen, zoals videobewaking. Remote wireless firmware updates (FOTA) are also quicker, efficiënter, 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.

Mobiliteit

Compared to the mobile characteristics currently enabled by version 13 of LTE-M, versie 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 mobiel phone and never be disconnected, bijvoorbeeld, if a vehicle has to pass through many separate network units to go from point A to point B. In plaats van, after arriving at the new network unit, NB-IoT devices must eventually create a new connection.

5. LTE-M-technologieën: CAT-M1 en CAT-M2

Kenmerken van LTE CAT 1

• De latentie is laag (50 tot 100 ms)
• LTE-standaard met gemiddelde snelheid
• Geschikt voor IoT-toepassingen die veel bandbreedte nodig hebben
• Grotere penetratie van gebouwen
• Full-duplex FDD/TDD en VoLTE-ondersteuning (LTE-spraakservice)
• Voldoe aan de juiste data-uplink- en downlink-snelheden
• IoT en M2M-communicatie worden ondersteund.
• 3G en 2G zijn achterwaarts compatibel.
• Verhoogde efficiëntie van gegevensoverdracht
• Downlink (10MB/S) en uplink (5MB/S)
• Stemassistentie
• Eenvoudig te gebruiken
• Bescherming binnenshuis
• Ondersteuning voor mobiele apparaten
• Het stroomverbruik is geoptimaliseerd om de levensduur van de batterij te verlengen (tot 5 jaren)
• Stand-by- en slaapmodi met laag energieverbruik worden ondersteund.
• Apparaat voor afstandsbediening
• Magere kosten

NB-IoT/CAT-M2

Hoewel NB-IoT (ook bekend als CAT-M2) heeft een vergelijkbare functie als CAT-M, het maakt gebruik van DSSS-modulatie. Omdat NB-IoT niet kan functioneren in het LTE-spectrum, Operators moeten vooraf meer betalen om de technologie te adopteren.

Typisch, gateways in andere infrastructuren worden gebruikt om sensorgegevens te verzamelen en vervolgens verbinding te maken met de primaire server. Echter, de primaire server krijgt sensorgegevens onmiddellijk, dankzij NB-IoT-technologie. Aanvullend, NB-IoT wordt beschouwd als de goedkopere oplossing omdat er geen gateways nodig zijn. Als resultaat, Huawei, Ericsson, Qualcomm, en Vodafone investeren aanzienlijk in de commerciële NB-IoT-toepassing. Tegen het einde van 2018, Er wordt verwacht dat in verschillende gebieden over de hele wereld NB-IoT- en LTE-M-basisstations zullen worden ingezet, volgens Sierra Wireless.

6. Verschillen tussen LTE-M en NB-IoT

Prestatievertraging

Een laag energieverbruik en goede betrouwbaarheid in zware omgevingen zijn twee voordelen van NB-IoT-technologie. NB-IoT is minder geschikt voor toepassingen die een zeer lage netwerklatentie vereisen dan LTE-M. Hoewel LTE-M-latentie vaak aanwezig is 100 naar 150 milliseconden, De Nb-IoT-latentie is doorgaans gelijk aan of kleiner dan 10 seconden (over 1.6 naar 10 seconden).

Mobiliteit van apparaten

NB-IOT maakt niet volledig mobiliteit mogelijk in vergelijking met LTE-M, die ook de stem ondersteunt. Het is LTE-M voor 'volledig naadloze mobiliteit'. De NB-IOT kan nog steeds worden gebruikt voor mobiele activa en apparaten; Zoals we soms horen, Het is gewoon beperkt. Real-time NB-IOT-toepassingen met trackers, apps voor het delen van fietsen, milieutoepassingen met mobiele componenten maar lage doorvoer, en intelligente logistiek zijn enkele voorbeelden. Vaste activa, zoals slimme meters of point-of-sale terminals, worden vaak maar niet uitsluitend gebruikt in NB-IOT.

Energie-efficiëntie

Vergeleken met LTE-M, NB-IOT is ook meer georiënteerd op lage energie- en stroomverbruik en heeft een potentiële batterijduur van meer dan tien jaar.

Penetratie

Met NB-IOT, Verhoogde transmissiekrachtdichtheid is mogelijk, omdat het een enkele gebruikt, 200KHZ of 180 kHz smalband met kleinere bandbreedte. Het verhoogt diepe penetratiemogelijkheden (en verhoogt de totale dekking) over LTE-M en andere verbeteringen. Voor interieurdekking, LTE-M werkt ook, Hoewel NB-IOT superieur is.

Technische details met betrekking tot dekking, bereik, en diepte van penetratie: Het maximale koppelingsverlies voor NB-IOT is 164 db, dat is een 20 DB -verbetering ten opzichte van GPRS'S linkbudget.

7. Wat is het verschil tussen LTE en LTE-M

De twee problemen hebben twee oplossingen aanbevolen door 3GPP: LTE-U (Lte-niet-verbonden) en LTE-M (Lte-machine naar machine).

Het fundamentele doel van LTE-U is om de huidige netwerksnelheid aan te pakken, capaciteit, en tegenstrijdigheden voor gebruikersapparatuur. Een aggregatieplan voor carrier vereist spectrum, En omdat er niet genoeg goedgekeurd spectrum is om aan deze behoefte te voldoen, De R13 stelt een geautoriseerd alternatief voor: het gebruik van spectrum als primaire drager. Om de impact van de aggregatie van de drager en het verhogen van de snelheid en capaciteit te bereiken, de niet -vergunning 5G Spectrum wordt gebruikt als hulpdrager.

Een ander alternatief, voornamelijk voor het internet der dingen, is LTE-M, die werd voorgesteld in R12 en zal worden uitgebreid in R13. Met andere woorden, Het LTE -spectrum wordt gebruikt om het systeem te vereenvoudigen en het compatibel te maken met het lage stroomverbruik van Internet of Things, hoge latentie, en slechte prestaties.

Slechts twee alternatieven worden voorgesteld om de niet -aflatende positie van 3GPP in de draadloze industrie te handhaven, terwijl ze zich aanpassen aan de huidige nieuwe trend.

8. Wat is de dekking van LTE-netwerken

Factoren die de dekking bepalen

Het signaal in het LTE -systeem kan worden opgesplitst in de richtingen van uplink en downlink. De uplink -dekking, of de dekking van het signaal geleverd door de 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.

Het meest kritische onderdeel bij het bepalen van de dekking is SINR

Met andere woorden, 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.

De factoren die SINR beïnvloeden

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. Echter, the calculation shows that if the base station or terminal height is 2 km, De maximale dekkingsafstand kan worden uitgebreid 160 km.

Trouwens, Ericsson heeft LTE getest met behulp van gespecialiseerde terminals aan boord van vluchten. Echter, De terminal op een ballon op een afstand van monteren 2 km is ook zeer praktisch.

Een andere optie is om een ​​basisstation te bouwen bovenop een berg van 2 kilometer, zoals de top van Huangshan Mountain, Om een ​​regio van 160 kilometer te dekken, Bijna gelijk aan de provincie Zhejiang.

Het feit dat er maar één basisstation en één gebruiker eronder bestaat, Zonder interferentie I en alleen ruis n, is de meer cruciale vereiste. Dus zelfs als u TA niet gebruikt, De sinr degradeert niet.

Er zijn verschillende basisstations en gebruikers onder elk basisstation in een typisch netwerk. Het TA -mechanisme moet worden gebruikt om te voorkomen dat interferentie aangrenzende gebruikers, and its maximum processing capacity is 100 kilometer, which is where the term “100 kilometers” came from.

Breid de verwerkingskracht van de TA uit

If you believe that TA is insufficient, you may also learn from the GSM processing approach to increase TA’s processing power.

9. Wat is de LTE-bandbreedte

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. Daarom, 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. Het is mogelijk om een ​​netwerk van verschillende cellen te gebruiken die op dezelfde frequentie werken, met de stroomopwaartse en stroomafwaartse bezettende een maximale bandbreedte van elk 20 m elk. Omdat de bovenste en onderste lijnen een bandbreedte van 10 m of 15 m delen en er geen fysieke scheiding tussen is, De wolkrail kan alleen worden bedekt door een enkele cel voor een enkel gat en dubbele baan, Vergelijkbaar met een metro, daarom kan LTE-M momenteel alleen CBTC- en PIS-systemen behandelen. Echter, LTE-M heeft een eigen clustersysteem dat het tetra -systeem kan vervangen, wat de kosten verlaagt.

10. Inleiding tot het LTE-M-communicatieprotocol

LTE-protocolarchitectuur

De stack van het gebruikersvlakprotocolstapel en het besturingsvlakprotocolstack zijn twee subsets van de Air Interface Protocol Stack van het E-Utran-systeem. Fysieke laag (PHY), Media Access Control (MAC), Draadloze linkbesturing (RLC), en pakketgegevensaggregatie (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-laag: 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, veiligheidsmanagement, 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. Introductie van LTE-frequentie

The standard organizations established by 3GPP, which are in charge of LTE and 5G, are LTE-m (Long-term Evolution of Machines) en NB-IoT (Smalband internet der dingen). They provide carriers the chance to use their current mobile infrastructure to facilitate the broad use of IoT-apparaten. 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) communicatie, sometimes referred to as MTC, includes both NB-IoT and MTC. They may assist with implementing programs like asset tracking, milieu Controle, 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, Echter, 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. Voordelen van 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, more value-added communication services, high communication quality, and high-frequency band efficiency.
• High communication rate: The downlink peak rate of LTE is 100Mbit/s, and the uplink peak rate is 50MBit/s, which is several times faster than the 3G wireless communication system. LTE communication technology offers variable bandwidth, up to 20MHz.
• High spectral efficiency: Compared to 3G wireless communication systems, LTE communication technology significantly improves spectral efficiency via carrier aggregation, OFDM, en andere technologieën. Uplink spectral efficiency can reach 2.5 bit/s, while downlink spectral efficiency can reach 5 bit/s (s.hz).
• LTE wireless communication system is based on packet switching in the overall architecture with high data rate, lage latentie, and packet domain service optimization as the primary goals.
• QoS guarantee: Distinct wireless communication applications have different QoS specifications. Through a rigid QoS mechanism, the LTE wireless communication system guarantees the quality of service for a variety of services, including real-time services (VoIP) and network surfing.
• Lage latentie: Within the user plane, the unidirectional transmission latency is less than 5 ms. Less than 50ms pass between the control plane, migrating from the sleep state to the active state. During migration, less than 100ms pass between the dwell state and the active state.
• Good convergence: The next-generation network (NGN) architectuur, which LTE wireless communication system adopts, enables convergence and coexistence with WIFI and other wireless communication technologies, forming a multi-level wireless network environment. LTE wireless communication system also supports richer mobile services, zoals multimedia -informatie, Videobellen, Breedband Data Transmission, Conferentie -televisie, en meer. Gebruikers kunnen snel alle informatiediensten krijgen die ze nodig hebben.
• Hoge mate van flexibiliteit: LTE Wireless Communication System neemt All-IP-netwerkarchitectuur over, De systeemnetwerkarchitectuur is plat, en de systeemnetwerken en uitbreidingsflexibiliteit zijn hoog. LTE -communicatietechnologie ondersteunt gepaarde of ongepaard spectrum en kan flexibel worden geconfigureerd met 1.25 MHz tot 20 MHz bandbreedte.

13. Waar wordt LTE gebruikt? LTE-applicaties.

Het belangrijkste voordeel van TE-M is beveiliging. Een simchip, die kan worden geïntegreerd in een printplaat en in een fabriek kan worden voorbereid om sleutels en handtekeningen op te zetten, is nodig voor een apparaat gekoppeld aan een telefoon. Deze ingebedde toetsen kunnen niet worden gewijzigd zonder fysieke toegang tot het apparaat te hebben nadat ze zijn ingesteld voor de simkaart.

An authentication and NSasuiteBaES-256 encryption service is offered by the security module SIM.

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, en de power grid.