Evolucija LTE-A
Fizična plast pri LTE/LTE-A

Fizična plast komunikacijskega modela LTE/LTE-A se razlikuje od te plasti pri UMTS. Za povezavi navzdol in navzgor določa tehniki OFDMA in SC-FDMA. Prav tako določa širše frekvenčne pasove. Teh jso do sedaj za omrežja 4G določili 25, od tega 17 parovfrekvenčnih pasov za FDD in 8 posameznih frekvenčnih pasov za TDD. Pasovi so razmeščeni pri frekvencah pod 1 GHz (700-900 MHz) ter pri 2 GHz, 2,6 GHz in pri 3,5 GHz.

Sodostop z ODFMA izkoriščanja OFDM. OFDM za prenos uporablja množico sorazmerno gosto razporejenih pod-nosilnikov, ki jih prenosnim kanalom dodeli s tehnikama FDMA in TDMA (glej sliko 23). Gosto razporeditev podnosilcev omogoča lastnost njihove medsebojne ortogonalnosti (ki odpravlja interferenco med frekvenčnimi pasovi). To pomeni, da se maksimim spektra enega podnosilca prekriva z minimumi spektrov ostalih nosilcev. Zaradi uporabe FDM in TDMA so radisjki viri razdeljeni po času in frekvenci.Časovne intervale podnosilcev, ki jih določa TDMA, predstavlja simbol OFDM. Vsak simbol vsebuje modulirane podatke. Vsak simbol lahko ima drugačno modulacijo. Medsimbolno interferenco ISI (InterSymbol Interference) zmanjšamo s ciklično predpono CP (cyclic prefix) k simbolu. Ciklična predpona je v času zasukana kopija zadnjega otipka simbola.S predpono preprečujemo časovno prekrivanje simbolov.

V fizični plasti LTE/LTE-A so radijski viri, z razliko od UMTS, predstavljeni s simboli OFDMA.

OFDMA in dodelitev virov pri LTE/LTE-A.

Slabost OFDMA so velike razlike v moči, ki je dodeljena vsakemu podnosilniku,. Ta izhaja iz neodvisne modulacije posameznih podnosilnikov. Zato se lahko zgodi, da je nekaterim podnosilnikom dodeljena velika moč, drugim pa zelo mala. To vodi k visokem razmerju med vršno in povprežno močjo (PAPR: Peak to Average Power Ratio) v prenosnem kanalu. To seveda ima negativen vpliv na porabo energije. Pri SC-FDMA je PARR mnogo ugodnejši kot pri OFDMA. Zato to modulacijo uporabljamo pri kanalih navzgor. Pri SC-FDMA se vsi sočasno prenašani podatki modulirajo kot linearna kombinacija njihovih (SC-FDMA) simbolov. Zato simboli na podnosilnikih vsabujejo komponente informacij preslikanih na ostale komponenete. S tem se zmanjša PAPR, kar tudi vodi k zmanjševanju interferenc med kanali in zmanšanju potrešnje energije v UE.

Omrežje LTE, podobno kot UMTS, v prenosu uporablja tehniki FDD in TDD. Zanju sta določena dva tipa fizičnih okvirov, označujemo ju »Tip 1« in »Tip 2« (glej sliko 24). Okvir Tip 1 se uporablja v FDD prenosu, tako v dupleksnem kot poldupleksnem načinu, Tip 2 pa v TDD prenosu. Dolžine okvirov in enot njegove strukture so mnogokratniki osnovne časovne enote T= 1/30 720 000 sekunde. Dolžina fizičnih, to je radijskih okvirov, je 10 ms oziroma Tframe = 307 200∙TS sekund. Vsak okvir je razdeljen na deset enako dolgih podokvirov z dolžino 1 ms. Razvrščanje v obeh smereh prenosa (navzdol in navzgor) se pri prenosu vrši na osnovi podokvirov. Vsak pookvir je razdeljen na dve reži, dolžine 0,5 ms oziroma Tslot = 30 720∙TS. Vsak slot sestavljajo OFDM simboli, ki jih je lahko sedem (pri običajni predponi simbola) ali šest (pri razširjeni predponi simbola).

Podnosilniki v LTE/LTE-A so v frekvenčnem prostoru razdeljeni v bloke s frekvenčno širino 170 kHz, ki so jo deli 12 enakomerni porazdeljenih podnosilnikov. Frekvečna razdalja med njimi je tako 15 kHz. Tudi LTE/LTE-A podobno kot UMTS uporablja adaptivno modulacijo in kodiranje. Izbira modulacije in kodiranja je odvisna nivoja signala. Zato je količina bitov, ki določa en simbol vira, odvisna od izbrane modulacije in kodne sheme (MCS). Pri LTE/LTE-A so na voljo tri modulacije: QPSK, 16-QAM in 64-QAM.

Struktura okvirov TDD in FDD pri LTE-A

V okviru FDD se za vsako smer prenosa uporabljajo druge frekvence. Zato lahko deset podokvirov uporabljamo za prenos navzdol (DL: downlink) in deset za prenos navzgor (UL: uplink) ter poteka prenos v obe smeri sočasno. S tem pri prenosu v obe smeri dosežemo enakomerno razporeditev radijskih virov.

V okviru TDD se v obeh smereh prenosa uporabljajo iste frekvence. Za vsako smer prenosa se lahko dodeli različno število podokvirov. Razmerja DL:UL so lahko od 2:3 do 9:1. Na splošno je lahko vsak podokvir namenjen samo prenosu nazvzdol (v tabeli so označeni kot D podokviri) , samo prenosu navzgor (U okviri) ali kombinacija prenosov v obe smeri (specilani oziroma S okviri). Prvi in šesti podokvir sta vedno D neglede na to, kašna konfiguracija je izbrana, drugi podokvir je vedno S in tretji vedno U. Glede na trajanje preklopa med DL in UL, je lahko sedmi podokvir ali D (pri periodi 10 ms) ali S (pri periodi 5 ms). Tip ostalih podokvirov je odvisna od DL-UL konfiguracije (glej spodnjo tabelo).

Dodelitev podokvirov glede na konfiguracije DL-UL pri TDD

Konfiguracija DL-UL

Komutacijska erioda DL-UL [ms]

Podokvir #

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 5 D S U U U D S U U U
1 5 D S U U D D S U U D
2 5 D S U D D D S U D D
3 10 D S U U U D D D D D
4 10 D S U U D D D D D D
5 10 D S U D D D D D D D
6 5 D S U U U D S U U D

Podokvir S sestavljajo trije deli : DL del, ki ga imenujemo tudi pilotska časovna reža navzdol (DwPTS: Downlink Pilot Time Slot), carnstna perioda (GP: Guard Period) in UL dela, ki ga imenujemo tudi (UpPTS: Uplink Pilot Time Slot). V delu DwPTS so ponavadi podatki za DL, podobno kot pri navadnem D podokviru, le da so krajši. Njegova dolžina se giblje med 3 in 12 simbolov, glede na konfiguracijo podokvira S. V delu UpPTS sta lahko en ali dva simbola SC-FDMA, ki sta namenjena le prenosu krmilnih kanalov (me prenašata podatkov). GP se nahaja takoj za DwPTS. V času njegovega trajanja se izvede preklop antene iz oddajnega v sprejemni režim. Zato v GP ni mogoče pošiljati podatkov. Njegova dolžina je sorazmerna času propagacije signala do roba celice, zato določa največjo velikost celice.