LTE - 4G -

INTRODUZIONE ( a cura di Prof Daniele Pauletto,Matteo Borsato )

LTE  ( Long Term Evolution, o 4G ) è la recente evoluzione degli standard di telefonia mobile cellulare GSM ( 2 G ), GPRS ( 2,5 G )  UMTS (3G), di prossima uscita nel mercato.

E’ una nuova generazione di sistemi di accesso mobile a banda larga

La standardizzazione dell'LTE è stata completata dal 3GPP all'inizio del 2008.

L'obiettivo dell'LTE è quello di promuovere l'uso della banda larga in mobilità  raggiungendo velocità di connessione wireless fino a 326,4 Mbps.

LTE

Il progetto Long Term Evolution (LTE) della tecnologia mobile promosso da 3rd Generation Partnership Project (3GPP) è nato nel 2004 e si è concentrato sul rafforzamento della UTRAN   e  nel miglioramento  dell'architettura dell'accesso all’ UMTS.

L’ Universal Mobile Telecomunications System (UMTS ) è uno standard di comunicazione wireless di terza generazione, si basa sulla tecnologia W-CDMA   per i segnali di fonia (voce) con modalità FDD, e sulla TD/CDMA bande di frequenza asimmetriche, per la trasmissione di dati, con modalità TDD (vedi Dizionario sotto).

Grazie al trasferimento dati ad alta velocità che può arrivare fino a 2Mbit/s, l'UMTS ha consentito di fare videotelefonate, videoconferenze,  m-commerce.

L'Umts  consente un data rate (velocità trasmissione dati) on demand (su richiesta).

L'LTE è basato sull’ Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) a differenza

della tecnologia attuale che si basa su Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) ,

un passaggio per certi versi simile a quello fatto da Global System for Mobile Communications (GSM) all'UMTS.

Si trattava di cambiare completamente la base della tecnologia,  passando da Time Division Multiple Access (TDMA), divenuta ormai primitiva, al WCDMA. 

Negli anni a seguire sono stati effettuati vari aggiornamenti come High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA), High-Speed Uplink Packet Access (HSUPA) con un notevole aumento della banda di downlink e uplink disponibile.

Successivamente si è transitati all'attuali High-Speed Packet Access Plus (HSPA+) con prestazioni  più elevate.

Il nuovo sistema LTE, rispettando le specifiche dettate dall'International Telecommunication Union (ITU) per i sistemi ITU-Advanced, rappresenta al momento l’evoluzione più avanzata, richiede però l'implementazione di una copertura radio sul terittorio nuova.

LTE EVOLUZIONE DEL CDMA2000

CDMA Code Division Multiple Access è una tecnica digitale che permette agli utenti di telefoni cellulari di condividere lo stesso canale di frequenza, ogni voce è distinta tramite un pseudocodice casuale;ogni canale è flessibile  in quanto accetta una vasta gamma di bit rate (quantità di dati) fino a 13,3 Kbps.

Un'evoluzione tecnologica di tale standard viene indicato con la sigla CDMA2000, utilizza un chip rate di 3,6864 Mcps  .

Nelle aree rurali la banda di frequenza utilizzabile è quella degli 800 MHz o 900 MHz. 

Il raggio di copertura di ogni cella è variabile: si va dai 5 km (prestazioni ottimali) sino ai 100 km (prestazioni accettabili).

Ora su direttiva UE è stata liberata la banda di frequenza 800 MHz, derivate dagli ex canali televisivi UHF 61-69.

L'impiego della banda a 900 MHz comporterà probabilmente un "refarming" dello spettro radio,  verranno liberati dei canali attualmente utilizzati in tecnologia GSM (2G) per fare posto alle tecnologie 3G e 4G (HSPA+ e LTE). Nelle città e nelle aree urbane saranno usate bande di frequenza più elevate ( 2,6 GHz ) appena liberate e rese disponibile dal ministero delle Difesa nel suolo italiano.In questo caso il raggio di copertura della cella sarebbe di circa 1 km. 
Altre frequenze UFH dovrebbero essere rese disponibile nella banda dei 700 Mhz, ciò che va sotto il nome di beauty contest, in alcuni canali dal 49 al 60.
Un'altra banda di frequenze disponibili per LTE è quella dei 1800 Mhz attualmente utilizta per il GSM.

CARATTERISTICHE ( da Wikipedia )

L'LTE è parte integrante dello standard UMTS, ma prevede numerose modifiche e migliorie fra cui:

-utilizzo della modulazione OFDM per il downlink e OFDMA per l'uplink (al posto del W-CDMA dell'UMTS);

-efficienza spettrale (ovvero numero di bit al secondo trasmessi per ogni hertz della portante) 3 volte superiore alla più evoluta versione dell'UMTS, ovvero l'HSPA;

-velocità di trasferimento dati in download fino a 326,4 Mb/s;

-velocità di trasferimento dati in upload fino a 86,4 Mb/s;

-velocità di trasferimento dati al bordo della cella da 2 a 3 volte superiori all'UMTS/HSPA

-RTT (Round Trip Time, Latenza) inferiore ai 10 ms (contro i 70 ms dell'HSPA ed i 200 ms dell'UMTS);

-utilizzo di un minimo di 1,25 MHz ed un massimo di 20 MHz di banda per ciascun utente con ampia flessibilità (contro i 5 MHz fissi del W-CDMA);

-applicabilità flessibile a diverse bande di frequenza, incluse quelle del GSM, dell'UMTS-WCDMA e di nuove bande a 2,6 GHz, e con possibilità di aggiungere nuove bande nel tempo a seconda delle necessità.

-Ottimo supporto in mobilità. Sono state registrate elevate prestazioni fino a 350 km/h, o addirittura sino ai 500 km/h, a seconda della banda di frequenza usata.

− supporto di trasmissioni secondo la tecnica MIMO;

− supporto di schemi di modulazione QPSK, 16 QAM e 64 QAM;

A differenza dell'HSPA e dell'HSPA Evolution o HSPA+, che utilizzano la stessa copertura radio della rete UMTS, nel caso dell'LTE è necessario predisporre una copertura radio dedicata, realizzando di fatto una nuova rete aggiuntiva a quella dell'UMTS, o di qualsiasi altro sistema di accesso cellulare, come il GSM, il CDMA2000 e così via.

CONFRONTO CON LE TECNOLOGIE PRECEDENTI

Pur utilizzando una diversa forma di interfaccia radio , ci sono molte similitudini con le precedenti forme di architettura 3G.

( da Wikipedia) 

	WCDMA (UMTS)	HSPA	HSPA+	LTE
Max Downlink Speed (bps)	384 kbps	14 Mbps	28 Mbps	326,4 Mbps
Max Uplink Speed (bps)	128 kbps	5.7 Mbps	11 Mbps	86,4 Mbps
Latency round trip time (ms)	150	100	50	~10
3GPP Releases	Rel 99/4	Rel 5/6	Rel 7	Rel 8
Access methodology	CDMA	CDMA	CDMA	OFDMA / SC-FDMA

Inoltre la rete LTE è interamente basata sul protocollo IP e supporta sia IPv4 che IPv6.

TECNICHE DI MODULAZIONE

La modulazione utilizzata da LTE varia tra QPSK a 16 e 64QAM, in funzione delle condizioni radio.

La QAM  e più sensibile ai fenomeni propagativi, sarà quindi la rete di trasmissione ad utilizzare lo schema di modulazione più funzionale.

La QPSK,  Quadrature Phase Shift Keying, è una modulazione di fase digitale che utilizza quattro livelli di segnale che sono identificati dalla fase ad ampiezza costante.

Nella 16QAM così come nella 64QAM invece ne sono presenti 16 e 64,  ognuno caratterizzato dalla fase e dall'ampiezza del segnale.

A parità della massima ampiezza del segnale trasmesso,  nella costellazione 64QAM  tra due punti adiacenti  vi è una minore differenza rispetto alla 16QAM o alla QPSK. Ciò comporta una maggior sensibilità nella modulazione 64QAM ai vari fenomeni di degradazione.

APPROFONDIMENTI :

LTE - Long Term Evolution