O que é LTE (Evolução a Longo Prazo)? O guia definitivo

Evolução a Longo Prazo(LTE) é uma tecnologia de comunicações móveis criada para satisfazer os requisitos de aplicações focadas em máquina a máquina (M2M) ou Internet das Coisas (IoT) conectividade.

1. O que é um significado LTE?

LTE foi concebido para ser uma versão melhorada do 3G, mas com maior desenvolvimento, foi além dos objetivos originais dos criadores. Foi planejado apenas para ser 3,9G, mas as versões sucessivas tornaram-se totalmente 4G devido a melhorias contínuas.

TD-LTE e LTE FDD são as duas principais variações do LTE em termos de versões. Os dois sistemas são usados ​​de várias maneiras dependendo das redes 2G e 3G. Por exemplo, A China Mobile adota o TD-LTE porque o TE-LTE pode funcionar bem com a rede 3G que a China Mobile construiu de forma independente. Unicom e Telecom são livres para utilizar qualquer uma das duas versões sozinhas ou uma combinação das duas.

2. O que significa LTE-M?

Uma interface sem fio chamada Lte-m facilita a conectividade de IoT e dispositivos M2M com requisitos modestos de taxa de transmissão de dados. Let-m é uma área ampla de baixa potência (Desculpe) tecnologia. Em comparação com tecnologias de comunicação celular tradicionais como 2G, 3G, ou LTE superior, a tecnologia permite uma vida útil mais prolongada da bateria e uma cobertura interna mais ampla. As principais características são:

• Uma gama completa de movimentos e comutação no carro
• baixo consumo de energia,
• mais cobertura dentro da estrutura
• suporta VoLTE

Mesmo quando os dispositivos finais não estão diretamente ligados à rede, baterias que podem durar até 10 anos com uma única carga pode ajudar a reduzir os custos de manutenção de dispositivos implantados.

A interface pode ser utilizada para aplicações que necessitam de algum grau de interação humano-computador, como aplicações específicas de saúde e segurança, como soluções residenciais e painéis de alarme, graças ao suporte para voz VoLTE (4Voz em HD do Google+) capacidades.

3. O que é LTE CAT M

A área ampla de baixa potência (Desculpe) tecnologia chamado LTE Cat M, comumente referido como LTE-M, tem como objetivo permitir a “massiva Internet das Coisas” usando tecnologia celular, ou centenas de bilhões (!) de dispositivos de Internet das Coisas. Como a adoção do CatM2 ainda levará alguns anos, o termo “CatM” refere-se principalmente a CatM1.

Para separar a funcionalidade de cada dispositivo conectado a uma rede LTE, A tecnologia de rádio LTE emprega “categorias”. Uma família de dispositivos conhecida como CatM1 usa um canal restrito de 1,4 MHz para operar, com taxas de download registradas na faixa de 589 Kbps e velocidades de uplink de 1,1 Mbps (3Versão GPP 14). Em contraste com dispositivos Cat4, que pode empregar agregação de operadora e oferecer taxas de download de até 150 Mbps, Dispositivos Cat1 podem suportar velocidades de download de até 10 Mbps. Velocidades mais baixas (300Downlink de Kbps/uplink de 375 Kbps) estão disponíveis com módulos Cat-M mais antigos.

4. Como funciona o LTE-M

Na versão 13 do padrão 3GPP, que especifica o Internet das coisas de banda estreita (NBIoT ou LTE Cat NB1, ambas as tecnologias LPWA no espectro licenciado), lt-m foi apresentado pela primeira vez como LTE Cat M1. A 14ª revisão do 3GPP criou o padrão LTE Cat M2. Embora o LTE Cat M2 se expanda para 5 MHz, LTE Cat M1 fornece dados em uma largura de banda de 1.4 MHz. O padrão resultará em avanços nas seguintes áreas:

Taxa de transmissão de dados

LTE Cat M1 é perfeito para muitos Aplicativos IoT com necessidades de taxa de transferência de dados baixa a média, pois pode lidar com até 375 Taxas de uplink e downlink em KB/s no modo half-duplex. O LTE Cat M2 aumentará a taxa de transferência de dados para uma taxa máxima de upload de 2.6 Mb/s e uma taxa máxima de download de 2.4 MB/s, expandindo o uso de LTE-M mesmo para aplicações que exigem taxas de transferência de dados relativamente altas, como videovigilância. Atualizações remotas de firmware sem fio (PÉ) também são mais rápidos, mais eficiente, e precisa de menos carga de bateria nessas taxas. LWM2M (M2M leve), um protocolo pequeno e leve para aplicações de internet das coisas, é suportado pelo U-Blox para atualizações FOTA.

Mobilidade

Em comparação com as características móveis atualmente habilitadas pela versão 13 de LTE-M, versão 14 do LTE-M agora oferece alguns benefícios, incluindo consumo reduzido de energia e mobilidade completa (dentro e entre frequências) para aplicativos móveis. Uma vez que gerencia transferências entre estações base como LTE de alta velocidade, LTE-M é superior ao NB-IoT para casos de uso móvel. Um dispositivo LTE-M funcionará como um celular telefone e nunca seja desconectado, por exemplo, se um veículo tiver que passar por muitas unidades de rede separadas para ir do ponto A ao ponto B. Em vez de, depois de chegar na nova unidade da rede, Os dispositivos NB-IoT devem eventualmente criar uma nova conexão.

5. Tecnologias LTE-M: CAT-M1 e CAT-M2

Recursos do LTE CAT 1

• A latência é baixa (50 a 100ms)
• Padrão LTE de velocidade média
• Adequado para aplicações IoT que precisam de muita largura de banda
• Maior penetração no edifício
• Suporte full-duplex para FDD/TDD e VoLTE (Serviço de voz LTE)
• Atenda às velocidades apropriadas de uplink e downlink de dados
• IoT e comunicações M2M são suportadas.
• 3G e 2G são compatíveis com versões anteriores.
• Maior eficiência na transferência de dados
• Link descendente (10MB/s) e ligação ascendente (5MB/s)
• Assistência por voz
• Simples de usar
• Proteção interna
• Suporte para dispositivos móveis
• O consumo de energia foi otimizado para prolongar a vida útil da bateria (até 5 anos)
• Modos de espera e suspensão de baixo consumo de energia são suportados.
• Dispositivo para controle remoto
• Custo escasso

NB-IoT/ CAT-M2

Embora NB-IoT (também conhecido como CAT-M2) executa uma função semelhante ao CAT-M, emprega modulação DSSS. Porque o NB-IoT não pode funcionar no espectro LTE, as operadoras devem pagar mais adiantado para adotar a tecnologia.

Tipicamente, gateways em outras infraestruturas são usados ​​para coletar dados de sensores e posteriormente conectar-se ao servidor primário. No entanto, o servidor primário receberá dados do sensor imediatamente, graças à tecnologia NB-IoT. Adicionalmente, NB-IoT é considerada a solução menos dispendiosa, pois não há necessidade de gateways. Como resultado, Huawei, Ericsson, Qualcomm, e Vodafone estão a investir significativamente na aplicação comercial NB-IoT. No final de 2018, espera-se que várias áreas do mundo tenham estações base NB-IoT e LTE-M implantadas, de acordo com Sierra Wireless.

6. Diferenças entre LTE-M e NB-IoT

Atraso de desempenho

Baixo consumo de energia e boa confiabilidade em ambientes difíceis são dois benefícios da tecnologia NB-IoT. O NB-IoT é menos apropriado para aplicações que exigem latência de rede muito baixa do que o LTE-M.. Embora a latência LTE-M seja frequentemente 100 para 150 milissegundos, A latência do Nb-IoT é normalmente igual ou menor que 10 segundos (sobre 1.6 para 10 segundos).

Mobilidade de dispositivos

NB-IoT não permite totalmente mobilidade em comparação com LTE-M, que também suporta voz. É LTE-M para “mobilidade totalmente integrada”. o NB-IoT ainda é capaz de ser utilizado para ativos e dispositivos móveis; como às vezes ouvimos, é simplesmente limitado. Aplicações NB-IoT em tempo real com rastreadores, aplicativos para compartilhamento de bicicletas, aplicações ambientais com componentes móveis, mas baixo rendimento, e logística inteligente são alguns exemplos. Ativo permanente, como medidores inteligentes ou terminais de ponto de venda, são frequentemente, mas não exclusivamente, usados ​​em NB-IoT.

Eficiência energética

Comparado com LTE-M, O NB-IoT também é mais orientado para baixo consumo de energia e energia e tem uma vida útil potencial da bateria de mais de dez anos.

Penetração

Com NB-IoT, maior densidade de potência de transmissão é possível, uma vez que emprega um único, 200Banda estreita de KHz ou 180KHz com largura de banda menor. Ele eleva as capacidades de penetração profunda (e aumenta a cobertura geral) sobre LTE-M e outras melhorias. Para cobertura interna, LTE-M também funciona, embora NB-IoT seja superior.

Detalhes técnicos sobre cobertura, alcançar, e profundidade de penetração: A perda máxima de acoplamento para NB-IoT é 164 dB, que é um 20 melhoria de dB em relação GPRSOrçamento do link.

7. Qual é a diferença entre LTE e LTE-M

Os dois problemas em questão têm duas soluções recomendadas pelo 3GPP: LTE-u (LTE sem licença) e LTE-M (LTE-Máquina para Máquina).

O objetivo fundamental do LTE-u é abordar a atual velocidade da rede, capacidade, e contradições sob demanda do equipamento do usuário. Um plano de agregação de operadoras exige espectro, e porque não há espectro aprovado suficiente para atender a essa necessidade, o R13 propõe uma alternativa autorizada: empregando espectro como a principal operadora. A fim de realizar o impacto da agregação de operadoras e aumentar a taxa e a capacidade, o não licenciado 5G espectro é usado como portadora auxiliar.

Outra alternativa, principalmente para a Internet das Coisas, é LTE-M, que foi sugerido em R12 e será expandido em R13. Em outras palavras, o espectro LTE é usado para simplificar o sistema e torná-lo compatível com o baixo consumo de energia da Internet das Coisas, Alta latência, e mau desempenho.

Apenas duas alternativas são sugeridas para manter a posição inabalável do 3GPP na indústria sem fio e, ao mesmo tempo, adaptar-se à nova tendência atual..

8. Qual é a cobertura das redes LTE

Fatores que determinam a cobertura

O sinal no sistema LTE pode ser dividido em direções de uplink e downlink. A cobertura de uplink, ou a cobertura do sinal fornecido pelo terminal, determina a cobertura da estação base devido à grande disparidade na força de transmissão do sinal.

Como a estação base determina que recebeu um sinal do terminal, então? O SINR, ou relação sinal-ruído, é usado neste caso como indicação de sinal primário.

O componente mais crítico na determinação da cobertura é o SINR

Em outras palavras, o SINR do sinal terminal recebido da estação base satisfaz o padrão mínimo. O terminal neste caso está na fronteira de cobertura, que corresponde ao máximo da área de cobertura.

Os fatores que afetam o SINR

Apenas a estação base ou o usuário é alto o suficiente para superar a curvatura da Terra, já que o planeta é esférico. A altura típica de suspensão da antena da estação base é 30 eu, com uma distância de cobertura de aproximadamente 20 quilômetros. No entanto, o cálculo mostra que se a estação base ou a altura do terminal for 2 quilômetros, a distância máxima de cobertura pode ser expandida para cerca de 160 quilômetros.

Por falar nisso, Ericsson testou LTE usando terminais especializados a bordo de voos. No entanto, montar o terminal em cima de um balão a uma distância de 2 km também é altamente prático.

Outra opção é construir uma estação base no topo de uma montanha de 2 quilômetros, como o cume da montanha Huangshan, para cobrir uma região de 160 quilômetros, quase equivalente à província de Zhejiang.

O fato de haver apenas uma estação base e um usuário abaixo dela, sem interferência I e apenas ruído N, é o requisito mais crucial. Portanto, mesmo que você não utilize TA, o SINR não se degrada.

Existem diversas estações base e usuários abaixo de cada estação base em uma rede típica. O mecanismo TA deve ser usado para evitar interferência de usuários adjacentes, e sua capacidade máxima de processamento é 100 quilômetros, de onde veio o termo “100 quilômetros”.

Expanda o poder de processamento do TA

Se você acredita que a AT é insuficiente, você também pode aprender com o GSM abordagem de processamento para aumentar o poder de processamento do TA.

9. Qual é a largura de banda LTE

LTE-M, uma tecnologia emergente recentemente usada no transporte ferroviário, só pode utilizar uma largura de banda máxima de 20M entre 1785MHz e 1805MHz, e as bandas de frequência esquerda e direita já estão em uso por outros sistemas de comunicação. Portanto, omitindo a banda de isolamento de frequência, a largura de banda utilizável, quando utilizado no solo, é apenas 15 milhões ou 10 milhões. Também deve ser compartilhado com o petróleo, elétrico, e setores de transporte. Barreiras físicas em tubos separados separam a montante e a jusante da seção subterrânea do metrô clássico. É possível empregar uma rede de várias células operando na mesma frequência, com o upstream e o downstream ocupando uma largura de banda máxima de 20M cada. Como as linhas superior e inferior compartilham uma largura de banda de 10M ou 15M e não há separação física entre elas, o trilho de nuvem só pode ser coberto por uma única célula para um único furo e via dupla, semelhante a um metrô, portanto, o LTE-M atualmente só pode lidar com sistemas CBTC e PIS. No entanto, LTE-M tem um sistema de cluster próprio que pode substituir o sistema TETRA, o que reduz o custo.

10. Introdução ao protocolo de comunicação LTE-M

Arquitetura do protocolo LTE

A pilha de protocolos do plano do usuário e a pilha de protocolos do plano de controle são dois subconjuntos da pilha de protocolos de interface aérea do sistema E-UTRAN.. Camada física (FÍSICA), Controle de acesso de mídia (MAC), Controle de link sem fio (RLC), e agregação de dados de pacotes (PDCP) são as quatro camadas que compõem a pilha de protocolos do plano do usuário. Na entidade eNode B do lado da rede, essas subcamadas terminam.

O sistema LTE divide o processo de processamento de dados em vários níveis de protocolo. Várias entidades da camada de protocolo lidam com pacotes IP usados ​​para transmissão de dados de downlink antes de serem entregues pela interface aérea.. Toda a arquitetura do protocolo para transmissão downlink em redes LTE é mostrada na imagem acima.

Vários métodos são usados ​​no projeto real para representar melhor o desempenho do chip. Codificação e decodificação, modulação e demodulação, mapeamento multiantena, e outras operações da camada física de telecomunicações são todas realizadas na camada física. A camada mais sofisticada do protocolo é também aquela que passa por mais testes de produto. Deve cooperar com o hardware e está fortemente ligado ao hardware.

• Camada MAC: gerencia agendamento upstream e downstream, bem como retransmissão HARQ. A retransmissão e o agendamento podem ser feitos corretamente, e a taxa será representada para todo o produto, o que quer dizer que a essência de L2 está lá.
• Camada NAS: lida com a transferência de informações entre UE e MME. Informações sobre usuários ou controles podem ser incluídas no material. Isso inclui administração de usuários, gerenciamento de segurança, e gerenciamento de sessão. A camada AS, que chamamos de estar por trás da camada NAS, é transparente para o eNode B. Conforme observado na imagem anexa, eNode B não possui este protocolo em camadas; portanto, todas as comunicações do NAS passam por ele.
• Camada RLC: responsável pela segmentação e conectividade de dados de alto nível, processamento de retransmissão, e transmissão sequencial.
• Camada RRC: O protocolo de sinalização mais importante do eNode B, apoiando diversas operações entre terminais. Abrange algoritmos de recursos sem fio, que em um sentido amplo governam o comportamento sem fio em aplicações do mundo real.
• Camada PDCP: é responsável por compactar cabeçalhos para diminuir a quantidade de tráfego de bits que a interface sem fio deve transmitir.

11. Introdução da frequência LTE

As organizações padrão estabelecidas pelo 3GPP, que são responsáveis ​​​​pelo LTE e 5G, são LTE-m (Evolução das Máquinas a Longo Prazo) e NB-IoT (Internet das coisas de banda estreita). Eles oferecem às operadoras a oportunidade de usar sua infra-estrutura móvel atual para facilitar o amplo uso de dispositivos IoT. Eles são confiáveis ​​e seguros e podem fornecer um nível de serviço confiável, desde que permaneçam dentro de sua missão.

Máquina a máquina (M2M) comunicação, às vezes chamado de MTC, inclui NB-IoT e MTC. Eles podem ajudar na implementação de programas como rastreamento de ativos, monitoramento ambiental, e cidades inteligentes. Do começo, as operadoras já utilizaram redes 2G e 3G para aplicações específicas de IoT, como monitoramento de frota. LTE-M e NB-IoT podem transferir quantidades modestas de dados durante longos períodos, no entanto, eles não são iguais aos dispositivos IoT. Eles são, portanto, menos complicados e caros do que outros padrões de telefonia móvel. Transformação: A vida útil da bateria do dispositivo pode durar até 10 anos devido ao seu uso de energia ultrabaixo. Essas redes são frequentemente chamadas de WANs de baixo consumo por causa disso. (LPWAN).

12. Vantagens da tecnologia LTE

• A tecnologia de comunicação LTE tem muitas vantagens em relação às tecnologias de comunicação sem fio anteriores, incluindo velocidades de comunicação rápidas, um amplo espectro de rede, comunicação flexível, poderosa funcionalidade de terminal, alta inteligência, boa compatibilidade, mais serviços de comunicação de valor agregado, alta qualidade de comunicação, e eficiência de banda de alta frequência.
• Alta taxa de comunicação: A taxa de pico de downlink do LTE é de 100 Mbit/s, e a taxa de pico do uplink é de 50 MBit/s, que é várias vezes mais rápido que o sistema de comunicação sem fio 3G. A tecnologia de comunicação LTE oferece largura de banda variável, até 20 MHz.
• Alta eficiência espectral: Comparado aos sistemas de comunicação sem fio 3G, A tecnologia de comunicação LTE melhora significativamente a eficiência espectral através da agregação de portadoras, OFDM, e outras tecnologias. A eficiência espectral do uplink pode atingir 2.5 bit/s, enquanto a eficiência espectral do downlink pode atingir 5 bit/s (s.hz).
• O sistema de comunicação sem fio LTE é baseado na comutação de pacotes na arquitetura geral com alta taxa de dados, baixa latência, e otimização do serviço de domínio de pacotes como objetivos principais.
• Garantia de QoS: Aplicações distintas de comunicação sem fio têm diferentes especificações de QoS. Através de um mecanismo rígido de QoS, o sistema de comunicação sem fio LTE garante a qualidade de serviço para uma variedade de serviços, incluindo serviços em tempo real (VoIP) e navegação na rede.
• Baixa latência: Dentro do plano do usuário, a latência de transmissão unidirecional é menor que 5 EM. Menos de 50 ms se passam entre o plano de controle, migrando do estado de sono para o estado ativo. Durante a migração, menos de 100 ms se passam entre o estado de espera e o estado ativo.
• Boa convergência: A rede da próxima geração (NGN) arquitetura, qual sistema de comunicação sem fio LTE adota, permite a convergência e a coexistência com WI-FI e outras tecnologias de comunicação sem fio, formando um ambiente de rede sem fio multinível. O sistema de comunicação sem fio LTE também oferece suporte a serviços móveis mais ricos, como informações multimídia, chamada de vídeo, transmissão de dados em banda larga, televisão de conferência, e mais. Os usuários podem obter rapidamente quaisquer serviços de informação de que necessitem.
• Alto grau de flexibilidade: O sistema de comunicação sem fio LTE adota arquitetura de rede totalmente IP, a arquitetura da rede do sistema é plana, e a rede do sistema e a flexibilidade de expansão são altas. A tecnologia de comunicação LTE suporta espectro emparelhado ou não emparelhado e pode ser configurada de forma flexível com 1.25 MHz para 20 Largura de banda em MHz.

13. Onde o LTE é usado? Aplicações LTE.

O principal benefício do TE-M é a segurança. Um chip SIM, que pode ser integrado em uma placa de circuito e preparado em fábrica para configurar chaves e assinaturas, é necessário para um dispositivo conectado a um telefone. Essas chaves incorporadas não podem ser alteradas sem acesso físico ao dispositivo após terem sido configuradas para o cartão SIM.

Um serviço de autenticação e criptografia NSasuiteBaES-256 é oferecido pelo módulo de segurança SIM.

O LTE-M também se beneficia da manutenção da conectividade mesmo quando há perda de energia. Como ele está conectado a uma rede celular, ele não precisa de um ponto de acesso (PA), que permanece conectado enquanto a bateria do dispositivo IoT estiver funcionando normalmente.

Devido a esta, a conexão IoT celular é amplamente empregada em áreas cruciais, incluindo gestão de frota, segurança em casa e no escritório, e a malha energética.