LTE

3GPP Long Term Evolution, ή απλώς LTE ονομάζεται η τεχνολογία αιχμής που χρησιμοποιείται για την ασύρματη επικοινωνία και δικτύωση των κινητών συσκευών, με υψηλές ταχύτητες. Βασίζεται στα προϋπάρχοντα δίκτυα GSM/EDGE και UMTS/HSPA, αυξάνοντας τη χωρητικότητα και τη ταχύτητα του δικτύου χρησιμοποιώντας νέες τεχνικές διαμόρφωσης. Το πρότυπο αυτό αναπτύσσεται από τον οργανισμό 3GPP.

Το πρώτο δημόσιο δίκτυο LTE που εγκαταστάθηκε στο κόσμο, ήταν στο Όσλο και τη Στοκχόλμη από την εταιρεία TeliaSonera στις 14 Δεκεμβρίου 2009. Το LTE αποτελεί τη φυσική εξέλιξη των δικτύων GSM/UMTS, αλλά ακόμα και πάροχοι δικτύων CDMA (όπως η Verizon στη Β. Αμερική και η au by KDDI στην Ιαπωνία) έχουν υιοθετήσει το LTE. Έτσι, οι δημιουργοί του LTE φιλοδοξούν να αποτελέσει το πρώτο πραγματικά παγκόσμιο πρότυπο κινητής τηλεφωνίας.

Παρ’ όλο που αναφέρεται ως σύστημα 4ης γενιάς κινητής τηλεφωνίας (4G) αυτό δεν ισχύει καθώς δεν ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις που έχει ορίσει ο διεθνής οργανισμός ITU-R. Γι’ αυτό το λόγο, το LTE αναβαθμίστηκε σε LTE Advanced για να πληρoί τις προϋποθέσεις έτσι ώστε να θεωρείται σύστημα 4G.

Επισκόπηση

Το LTE αποτελεί πρότυπο για την ασύρματη επικοινωνία και εξέλιξη του GSM/UMTS. Ο στόχος του LTE είναι να αυξήσει τη χωρητικότητα και τη ταχύτητα των υφιστάμενων δικτύων με τη χρησιμοποίηση καινοτόμων τεχνικών ψηφιακής επεξεργασίας και διαμόρφωσης σήματος. Λειτουργεί σε διαφορετικό εύρος ζώνης συχνοτήτων καθώς η διεπαφή του δεν είναι συμβατή με τα υφιστάμενα δίκτυα 2ης και 3ης γενιάς.

Το LTE προτάθηκε για πρώτη φορά στην Ιαπωνία το 2004. Το πρότυπο οριστικοποιήθηκε το 2008 και τα πρώτο δίκτυα στο κόσμο που εγκαταστάθηκαν για δημόσια χρήση, ήταν στο Όσλο και τη Στοκχόλμη από την εταιρεία TeliaSonera, τον Δεκέμβρη του 2009. Τα πρώτα εμπορικώς διαθέσιμα LTE smartphone που κυκλοφόρησαν ήταν τα Samsung Galaxy Indulge (από τη MetroPCS) και HTC Thunderbolt για την αγορά της Β. Αμερικής. Αρχικώς, οι διαχειριστές των δικτύων CDMA είχαν σχεδιάσει να αναβαθμίσουν τα συστήματά τους σε μια ανταγωνιστική τεχνολογία ονόματι UMB, ωστόσο όλες οι μεγάλες εταιρείες κινητής τηλεφωνίας αποφάσισαν να συνεχίσουν με το LTE. Η εξέλιξη του LTE είναι το LTE Advanced, το οποίο προτυποποιήθηκε το Μάρτιο του 2011. Οι αναβαθμισμένες υπηρεσίες του LTE Advanced αναμένεται να διατεθούν το 2013.

Το πρότυπο του LTE είναι σχεδιασμένο ώστε να παρέχει ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων στη καθοδική ζεύξη (downlink) της τάξης των 300 Mbps και στην ανοδική (uplink) μέχρι και 75 Mbps. Το εύρος ζώνης του φέροντος σήματος είναι μεταβλητό, κυμαινόμενο από τα 1.4 έως τα 20 ΜΗz και υποστηρίζονται τόσο η διπλεξία διαίρεσης συχνότητας (FDD) όσο και η διπλεξία διαίρεσης χρόνου (ΤDD). Η αρχιτεκτονική του δικτύου βασίζεται σε μια απλοποιημένη μορφή αρχιτεκτονικής IP, το Evolved Packet Core (EPC), το οποίο σχεδιάστηκε για να αντικαταστήσει το GPRS Core Network και υποστηρίζει την απρόσκοπτη μετάδοση τόσο δεδομένων όσο και φωνής ακόμα και σε δίκτυα με παλαιότερη τεχνολογία δικτύου (GSM, UMTS, CDMA2000). Η απλούστερη αρχιτεκτονική αποσκοπεί σε χαμηλότερα λειτουργικά έξοδα.

Χαρακτηριστικά
Το κύριο έργο είναι η μετάβαση από τα ενοποιημένα δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος και πακέτων (3G UMTS) , που χρησιμοποιούνται σήμερα, και η απλοποίησή τους σε ένα ολοκληρωμένο δίκτυο αρχιτεκτονικής IP. Η διεπαφή αυτού του δικτύου ονομάζεται Ε-UTRA και τα κύρια χαρακτηριστικά του είναι:
 Ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων στη καθοδική ζεύξη έως και 299.6 Mbps και στην ανοδική έως και 75.4 Mbps, ανάλογα με την κατηγορία στην οποία ανήκει ο εξοπλισμός του χρήστη. Έχουν οριστεί πέντε κατηγορίες ή κλάσεις τερματικών συσκευών. Η πιο χαμηλή υποστηρίζει μόνο απλή τηλεφωνία ενώ η μεγαλύτερη (η οποία απευθύνεται σε τερματικές συσκευές υψηλών προδιαγραφών) υποστηρίζει τις μέγιστες δυνατές ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων. Όλες οι τερματικές συσκευές είναι ικανές να επεξεργαστούν σήμα εύρους ζώνης 20 MHz.
 Χαμηλές καθυστερήσεις κατά τη μεταφορά δεδομένων (καθυστέρηση IP πακέτων κάτω από 5 ms)
 Βελτιωμένη υποστήριξη για κινητές συσκευές ακόμη και αν αυτές κινούνται με ταχύτητες μέχρι και 500 χλμ/ώρα ανάλογα και με τη συχνότητα που χρησιμοποιείται.
 Χρησιμοποίηση διαμόρφωσης OFDMA για τη καθοδική ζεύξη και SC-FDMA για την ανοδική.
 Υποστήριξη διπλεξίας τόσο στο χρόνο όσο και στη συχνότητα (TDD, FDD) όπως επίσης και ημιαμφίδρομη FDD με την ίδια τεχνολογία πρόσβασης.
 Βελτιωμένη φασματική ευελιξία: προτυποποίηση καναλιών στα 2.4 ΜΗz, 3 ΜΗz, 5 ΜΗz, 10 ΜΗz, 15 ΜΗz, 20 ΜΗz. 
 Υποστήριξη κυψελών μεταβλητού μεγέθους από μερικές δεκάδες μέτρα έως και 100 χλμ. Το ιδανικό μέγεθος κυψέλης στις αγροτικές περιοχές (στις οποίες χρησιμοποιούνται χαμηλότερες συχνότητες) είναι στα 5 χλμ, με μέγεθος 30 χλμ η απόδοση είναι αρκετά καλή ενώ με μέγεθος 100 χλμ η απόδοση του δικτύου είναι ικανοποιητική. Σε αστικά περιβάλλοντα και γενικότερα σε περιβάλλοντα πόλεων χρησιμοποιούνται υψηλές συχνότητες έτσι ώστε να υποστηρίζονται υψηλές ευρυζωνικές ταχύτητες πρόσβασης. Σε αυτή τη περίπτωση κάθε κυψέλη του δικτύου έχει μέγεθος το πολύ 1 χλμ.
 Απλούστερη αρχιτεκτονική δικτύου.
 Υποστήριξη τουλάχιστον 200 ενεργών συνδέσεων δεδομένων σε κάθε κανάλι, συχνότητας 5 MHz.
 Υποστήριξη διαλειτουργικότητας και συνύπαρξη με παλαιότερα πρότυπα ( π.χ. GSM/EDGE, UMTS, CDMA2000). Οι χρήστες θα μπορούν να πραγματοποιούν μια τηλεφωνική συνομιλία ή σύνδεση δεδομένων σε μια περιοχή με κάλυψη LTE και θα μπορούν να συνεχίσουν τη σύνδεσή τους χωρίς πρόβλημα ακόμα και σε περιοχές χωρίς κάλυψη LTE, χρησιμοποιώντας το υφιστάμενο δίκτυο GSM/GPRS ή W-CDMA ή CDMA2000.
 Ραδιοεπικοινωνιακό δίκτυο μεταγωγής πακέτων.
 Υποστήριξη υπηρεσιών όπως μετάδοση τηλεοπτικού προγράμματος στις κινητές συσκευές με τη χρήση των υποδομών του δικτύου LTE, αποτελώντας επίσης και άμεσο ανταγωνιστή του προτύπου DVB-H.

Τηλεφωνικές Κλήσεις
Το πρότυπο του LTE υποστηρίζει μεταγωγή πακέτων, αφού η δομή του βασίζεται στην αρχιτεκτονική δικτύου IP. Οι τηλεφωνικές κλήσεις που πραγματοποιούνται στα δίκτυα GSM, UMTS  και CDMA2000 αποτελούν μεταγωγή κυκλώματος. Έτσι οι πάροχοι θα πρέπει να επαναπροσδιορίσουν τη λειτουργία του δικτύου κατά τη πραγματοποίηση τηλεφωνικών κλήσεων. Πάνω σε αυτό το θέμα αναπτύχθηκαν τρεις εναλλακτικές επιλογές. Αρχικώς, οι μεγάλοι χρηματοδότες του εγχειρήματος του LTE, προώθησαν το VoLTE (Voice over LTE). Ωστόσο, η έλλειψη στην υποστήριξη εφαρμογών τόσο στις τερματικές συσκευές όσο και στις συσκευές του πυρήνα του δικτύου οδήγησαν ορισμένους πάροχους στη προώθηση του VoLGA (Voice over LTE Generic Access) ως μια ενδιάμεση λύση. Η ιδέα ήταν να χρησιμοποιηθούν οι ίδιες αρχές στις οποίες βασίστηκε το GAN (Generi Access Network), το οποίο καθορίζει τα πρωτόκολλα μέσω των οποίων ένα κινητό τηλέφωνο μπορεί να πραγματοποιεί τηλεφωνικές κλήσεις χρησιμοποιώντας μια ιδιωτική σύνδεση στο Διαδίκτυο, συνήθως μέσω ενός ασύρματου τοπικού δικτύου. Όμως το VoLGA δεν έτυχε μεγάλης αναγνώρισης, καθώς το VoLTE υποσχόταν μεγαλύτερη ευελιξία υπηρεσιών παρ’ όλο το κόστος αναβάθμισης ολόκληρων των υποδομών του δικτύου. Παρ’ όλο που η βιομηχανία του LTE φαινομενικά έχει καταλήξει στo VoLTE για μελλοντική υλοποίηση, η ανάγκη για την άμεση και ομαλή πραγματοποίηση τηλεφωνικών κλήσεων, οδήγησε τους παρόχους LΤΕ στην εισαγωγή του CSFB (Circuit Switched FallBack) ως μια προσωρινή λύση. Με αυτό το μηχανισμό, οι συσκευές LTE θα διεκπεραιώνουν τη κλήση μέσω των δικτύων 2G ή 3G για όσο διαρκεί η κλήση.

Συχνότητες Λειτουργίας
Το LTE μπορεί να λειτουργήσει σε διάφορες συχνότητες. Στη Βόρεια Αμερική, σχεδιάζονται να χρησιμοποιηθούν οι συχνότητες των 700MHz και 1.7GHz. Στην Ευρώπη οι συχνότητες των 800ΜΗz, 1.8 και 2.6 GHz, στην Ασία οι 1.8 και 2.6 GHz και στην Αυστραλία οι συχνότητες στα 2.6 GHz. Ως εκ τούτου, οι τηλεφωνικές συσκευές σε μια χώρα μπορεί να μη λειτουργούν σε μια άλλη. Για την πραγματοποίηση παγκόσμιας περιαγωγής είναι αναγκαία μια τηλεφωνική συσκευή που να μπορεί να συντονιστεί σε πολλαπλές μπάντες συχνοτήτων.

Πηγές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 
 Η ιστοσελίδα της κοινοπραξίας 3GPP: LTE homepage
 Η εγκυκλοπαίδεια του LTE: LTE A-Z Description

Αναλυτικές τεχνικές λεπτομέρειες 
 LTE Technology Overview and Tutorial Series including Webinars and Video presentations
 "The Long Term Evolution of 3G" on Ericsson Review, no. 2, 2005
 LTE technology introduction
 "3G Long-Term Evolution" by Dr. Erik Dahlman at Ericsson Research
 "Long-Term 3G Evolution – Radio Access" by Dr. Stefan Parkvall at Ericsson Research
 "3GPP Long-Term Evolution / System Architecture Evolution: Overview" by Ulrich Barth at Alcatel
 The 3G Long-Term Evolution – Radio Interface Concepts and Performance Evaluation
 LTE and the Evolution to 4G Wireless Design and Measurement Challenges – "LTE Security"
 Role of Crypto in Mobile Communications "LTE Security" 

Δίκτυα υπολογιστών