Was ist die Grundarchitektur von LTE?

Die Long-Term Evolution (LTE)-Architektur ist darauf ausgelegt, Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikation, geringe Latenz und verbesserte spektrale Effizienz in drahtlosen Netzwerken zu ermöglichen. Die LTE-Architektur besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, die zusammenarbeiten, um nahtlose Konnektivität und effiziente Datenübertragung zu ermöglichen. Hier ist eine detaillierte Untersuchung der grundlegenden Architektur von LTE:

Übersicht über die LTE-Architektur:

1. Evolved NodeB (eNodeB):

Funktionalität:
- Der eNodeB ist die weiterentwickelte Basisstation in der LTE-Architektur. Es dient als Funkzugangsknoten und ist für die Verwaltung von Funkressourcen, die Kommunikation mit Benutzergeräten (UEs) und die Erleichterung der Datenübertragung zwischen UEs und dem Kernnetzwerk verantwortlich.
Schlüsselfunktionen:
- Der eNodeB führt Funktionen wie Funkressourcenmanagement, Übergaben sowie Modulations- und Codierungsschemaanpassungen aus. Es ist ein grundlegendes Element in LTE und stellt das weiterentwickelte Gegenstück zur traditionellen Basisstation in früheren drahtlosen Technologien dar.

2. Evolved Packet Core (EPC):

Komponenten:
- Der Evolved Packet Core ist das Kernnetzwerk in LTE und besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten:
  - Mobility Management Entity (MME): Verantwortlich für die Verfolgung und Verwaltung der Mobilität von UEs innerhalb des LTE-Netzwerks sowie für die Signalisierung im Zusammenhang mit Mobilität und Sitzungsmanagement.
  - Serving Gateway (SGW): Verwaltet das Datenrouting und die Weiterleitung innerhalb des LTE-Netzwerks und dient als Ankerpunkt für die Benutzerebene bei Mobilitätsereignissen.
  - Packet Data Network Gateway (PGW): Stellt eine Schnittstelle zu externen Paketdatennetzwerken wie dem Internet her, verwaltet die Zuweisung von IP-Adressen und führt die Durchsetzung von Richtlinien durch.

3. Benutzerausrüstung (UE):

Definition:
- UEs sind Endbenutzergeräte wie Smartphones, Tablets und andere drahtlose Geräte, die mit dem LTE-Netzwerk kommunizieren.
Funktionen:
- UEs stellen Verbindungen mit dem eNodeB her, senden und empfangen Daten und nehmen an Mobilitätsverfahren wie Handovers teil, wenn sie sich zwischen verschiedenen Zellen innerhalb des LTE-Netzwerks bewegen.

4. Spektrum und Radiokanäle:

Frequenzbänder:
- LTE arbeitet in verschiedenen Frequenzbändern, darunter sowohl im Frequency Division Duplex (FDD) als auch im Time Division Duplex (TDD). Für die Uplink- und Downlink-Kommunikation werden unterschiedliche Bänder zugewiesen.
Radiokanäle:
- LTE nutzt für die Kommunikation bestimmte Funkkanäle. Zu diesen Kanälen gehören unter anderem der Physical Uplink Control Channel (PUCCH), der Physical Downlink Control Channel (PDCCH) und der Physical Downlink Shared Channel (PDSCH).

5. Bearer-Konzept:

Trägerdefinition:
- LTE führt das Konzept der Träger ein, die logische Kanäle für die Kommunikation zwischen dem UE und dem Netzwerk darstellen.
Arten von Trägern:
- Verschiedene Träger dienen unterschiedlichen Zwecken, darunter Standardträger für den Internetzugang und dedizierte Träger für bestimmte Dienste. Jedem Träger sind bestimmte QoS-Parameter zugeordnet.

6. MIMO (Multiple Input Multiple Output):

Nutzung:
- LTE nutzt MIMO-Technologie und ermöglicht mehrere Antennen sowohl am eNodeB als auch am UE, um die Datenraten und die Systemkapazität zu verbessern.
Räumliches Multiplexing:
- MIMO ermöglicht räumliches Multiplexing, bei dem mehrere Datenströme gleichzeitig übertragen werden, wodurch die spektrale Effizienz und die Gesamtleistung des Netzwerks verbessert werden.

7. X2-Schnittstelle:

Zweck:
- Die X2-Schnittstelle ermöglicht die direkte Kommunikation zwischen benachbarten eNodeBs. Es unterstützt Funktionen wie Übergaben zwischen Zellen, die von verschiedenen eNodeBs bedient werden, und steigert so die Effizienz des Mobilitätsmanagements.

8. E-UTRAN-Protokollstapel:

Definition:
- Für die Kommunikation über die Funkschnittstelle wird der Protokollstack E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) verwendet.
Lagen:
- Es umfasst unter anderem Schichten wie die physikalische Schicht, die MAC-Schicht (Medium Access Control), die RLC-Schicht (Radio Link Control) und die PDCP-Schicht (Packet Data Convergence Protocol).

9. Sicherheitsfunktionen:

Authentifizierung und Verschlüsselung:
- LTE verfügt über robuste Sicherheitsfunktionen, einschließlich Authentifizierungs- und Verschlüsselungsmechanismen, um die Vertraulichkeit und Integrität der Benutzerdaten zu gewährleisten.
Sicherheitsalgorithmen:
- Sicherheitsalgorithmen wie das Evolved Packet System Authentication and Key Agreement (EPS-AKA) werden eingesetzt, um sichere Verbindungen zwischen UEs und dem LTE-Netzwerk herzustellen.

10. Übergabeverfahren:

Übergabearten:
- LTE unterstützt verschiedene Arten von Übergaben, darunter Intrafrequenz-, Interfrequenz- und X2-basierte Übergaben. Diese Verfahren gewährleisten eine unterbrechungsfreie Kommunikation, während sich UEs innerhalb des Netzwerks bewegen.

11. IMS-Integration:

IMS (IP Multimedia Subsystem):
- LTE lässt sich in IMS integrieren und ermöglicht so die Bereitstellung von Multimediadiensten über IP-Netzwerke. IMS erleichtert die Bereitstellung von Diensten wie Voice over LTE (VoLTE) und Videoanrufen.

12. Netzwerkentwicklung zu 5G (NR):

Fortsetzung der Konzepte:
- Während sich LTE zu 5G (NR – New Radio) weiterentwickelt, werden viele grundlegende Konzepte wie die Verwendung von Trägern, MIMO und Protokollstapeln fortgeführt. Allerdings führt 5G neue Funktionen, höhere Datenraten und erweiterte Fähigkeiten ein, um den sich entwickelnden Kommunikationsanforderungen gerecht zu werden.

Abschluss:

Die grundlegende Architektur von LTE umfasst den eNodeB, den Evolved Packet Core und die Benutzerausrüstung, die zusammenarbeiten, um drahtlose Hochgeschwindigkeitskommunikation bereitzustellen. Mit Funktionen wie Trägern, MIMO und Sicherheitsmechanismen bildet LTE die Grundlage für die Entwicklung zu 5G und bietet Benutzern verbesserte Konnektivität und erweiterte Dienste.