Aufgaben:Exercise 4.5: LTE vs LTE-Advanced

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New features for LTE-Advanced

In summer 2011, LTE is now on the verge of commercial use, and construction and expansion work is currently underway in more and more major cities. Even if - as with previous standards - it will still take some time before all interested parties can enjoy the benefits of this fourth-generation mobile communications system:   $ {\rm LTE}$  is on the advance.

At the same time, the successor  ${\rm LTE-Advanced}$  (LTE-A for short) has already reached the final stage of specification.

• In comparison to LTE, the speeds here are more than tripled, roughly speaking.
• This shows that even in 2011 - almost 20 years after the initial euphoria - Moore's Law  can still be applied to mobile communications.
• Continuing technical development can be expected.

Notes:

• The task belongs to the chapter  LTE-Advanced - a further development of LTE.
• The above graphic shows some of the innovations in the transition from LTE to LTE-A.
• In addition to LTE and LTE-Advanced, other newer standards such as  WiMAX  and  UMB  (Ultra Mobile Broadband) are also referred to.

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Neuerungen bei LTE–Advanced

Im Sommer 2011 steht nun LTE kurz vor der kommerziellen Nutzung und in immer mehr Großstädten wird derzeit mit dem Auf– und Ausbau begonnen. Auch wenn – ähnlich wie bei vorherigen Standards – noch einige Zeit vergehen wird, bis alle Interessenten die Vorzüge dieses Mobilfunksystems der vierten Generation werden nutzen können:   $ {\rm LTE}$  ist auf dem Vormarsch.

Gleichzeitig ist bereits der Nachfolger  ${\rm LTE–Advanced}$  (kurz LTE–A) in der Endphase der Spezifizierung angekommen.

• Im Vergleich zu LTE werden hier die Geschwindigkeiten grob gesprochen mehr als verdreifacht.
• Dies zeigt, dass sich auch im Jahr 2011 – fast 20 Jahre nach der ersten Euphorie – Moore’s Law  noch auf den Mobilfunk anwenden lässt.
• Mit einer kontinuierlichen technischen Weiterentwicklung ist zu rechnen.

Hinweise:

• Die Aufgabe gehört zum Kapitel  LTE–Advanced – eine Weiterentwicklung von LTE.
• In obiger Grafik sind einige der Neuerungen beim Übergang von LTE auf LTE–A zusammengestellt.
• Bezug genommen wird außer auf LTE und LTE–Advanced auch auf andere neuere Standards wie  WiMAX  und  UMB  (Ultra Mobile Broadband).

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Questionnaire

1

Which standards are in direct competition with LTE or LTE-A?

	LTE-B,
	LTE2,
	WiMAX,
	UMB,
	W-CDMA.

2

What is to be achieved with the Relay Nodes in LTE-Advanced?

	A better QoS ("Quality of Service").
	Higher transmission rates near the base stations.
	Greater robustness through multiple simultaneous transmissions.
	An increase in the range of the cells.

3

Why are the theoretically possible data rates not achieved in practice?

	The specification was too optimistic.
	Many simultaneous users lead to degradation.
	Influence of shielding by buildings, etc.
	The available hardware slows down the theoretically fast network.
	There are problems with the implementation of voice connections.

4

Where is the potential of WiMAX and its successor?

	WiMAX offers both long ranges and high data rates.
	WiMAX is much faster than LTE or LTE-Advanced.
	WiMAX is particularly supported by the German federal government.

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Fragebogen

1

Welche Standards stehen in direkter Konkurrenz zu LTE bzw. LTE–A?

	LTE–B,
	LTE2,
	WiMAX,
	UMB,
	W–CDMA.

2

Was soll mit den Relay Nodes in LTE–Advanced erreicht werden?

	Ein besseres QoS (Quality of Service).
	Höhere Übertragungsraten in der Nähe der Basisstationen.
	Eine größere Robustheit durch mehrfache gleichzeitige Übertragung.
	Eine Erhöhung der Reichweite der Zellen.

3

Warum werden die theoretisch möglichen Datenraten praktisch nicht erreicht?

	Die Spezifizierung war zu optimistisch.
	Viele gleichzeitige Nutzer führen zu einer Degradation.
	Einfluss von Abschirmungen durch Gebäude, etc.
	Die verfügbare Hardware bremst das theoretisch schnelle Netz aus.
	Es gibt Probleme mit der Umsetzung von Sprachverbindungen.

4

Worin liegt das Potential von WiMAX und dessen Nachfolger?

	WiMAX bietet große Reichweiten und hohe Datenraten gleichermaßen.
	WiMAX ist wesentlich schneller als LTE bzw. LTE–Advanced.
	WiMAX wird durch die Bundesregierung besonders unterstützt.

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sample solution

Solution

(1)  Correct are the answers 3 and 4. LTE-B and LTE2 are pure fantasy names.

• Ultra Mobile Broadband (UMB) is a competitor to LTE, but is considered to be third generation.
• It was specified by 3GPP2 (Third Generation Partnership Project 2), while LTE goes back to 3GPP (Third Generation Partnership Project).
• The 3GPP2 was founded almost at the same time as the almost named 3GPP in December 1998, apparently due to unbridgeable ideological differences.
• The success of UMB, however, seems to be more than questionable - at least in Europe - because even its predecessor cdma2000', for which the term W-CDMA is also common, plays almost no role anymore.
• Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) is a synonym for radio systems according to the IEEE standard 802.16. These are also intended to compete with LTE in a mobile variant.
• According to developers, there are currently (2011) already almost 600 WiMAX-based radio networks in 150 countries.

(2)  Correct are the answers 1 and 4:

• The relay nodes are quasi additional base stations at the edges of the cells and ultimately ensure improved service quality, as interruptions when switching between cells become less frequent.
• At the same time they increase the range.

(3)  Correct are the answers 2, 3 and 5:

• The most limiting factor for the data rate that can actually be achieved is that the users of mobile radio systems generally have to share the available bandwidth.
• This is called „Shared Medium”. Voice connections slow down the network. In small cells without voice users, however, one almost reaches the specified rate.
• But also shielding by walls or other obstacles lead to a lower data rate.
• The hardware, on the other hand, is already sufficiently available today to actually achieve the theoretically possible transmission rates. Older devices will not be able to achieve the full speed, however.

(4)  The only correct answers are Answers 1:

• WiMAX is specified in two different standards, a mobile one, which offers a high range with still comparatively high data rates, and a stationary one, which for example has a range six times higher than WLAN in a typical urban scenario and thus wants to compete with this standard.
• The achievable data rates of WiMAX and LTE are similar.
• Answer 3 is explicitly wrong: The German government supports LTE, not WiMAX.

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(1)  Richtig sind die Antworten 3 und 4. LTE–B und LTE2 sind dagegen reine Phantasienamen.

• Ultra Mobile Broadband (UMB) stellt einen Konkurrenzentwurf zu LTE dar, wird aber der dritten Generation zugerechnet.
• Es wurde vom 3GPP2 (Third Generation Partnership Project 2) spezifiziert, während LTE auf 3GPP (Third Generation Partnership Project) zurückgeht.
• Das 3GPP2 wurde nahezu zeitgleich mit dem fast namensgleichen 3GPP im Dezember 1998 gegründet, offenbar aufgrund von unüberbrückbaren ideologischen Differenzen.
• Der Erfolg von UMB erscheint aber – zumindest in Europa – mehr als fraglich, denn schon der Vorgänger cdma2000, für den auch die Bezeichnung W–CDMA gebräuchlich ist, spielt so gut wie keine Rolle mehr.
• Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) ist ein Synonym für Funksysteme nach dem IEEE-Standard 802.16. Diese sollen in einer mobilen Variante LTE ebenfalls Konkurrenz machen.
• Laut Auskunft der Entwickler gibt es derzeit (2011) schon fast 600 auf WiMAX basierende Funknetze in 150 Ländern.

(2)  Richtig sind die Antworten 1 und 4:

• Die Relay Nodes sind quasi zusätzliche Basisstationen an den Zellenrändern und sorgen im Endeffekt für eine verbesserte Servicequalität, da damit Unterbrechungen beim Wechsel zwischen Zellen seltener werden.
• Gleichzeitig erhöhen sie die Reichweite.

(3)  Richtig sind die Antworten 2, 3 und 5:

• Der am stärksten begrenzende Faktor für die tatsächlich erreichbare Datenrate ist, dass sich die Nutzer von Mobilfunksystemen die zur Verfügung stehende Bandbreite generell teilen müssen.
• Man spricht von einem „Shared Medium”. Sprachverbindungen bremsen das Netz aus. In kleinen Zellen ohne Sprachnutzer erreicht man allerdings fast die angegebene Rate.
• Aber auch Abschirmungen durch Wände oder andere Hindernisse führen zu einer geringeren Datenrate.
• Die Hardware steht hingegen schon heute ausreichend zur Verfügung, um die theoretisch möglichen Übertragungsraten auch wirklich zu erreichen. Ältere Geräte werden die volle Geschwindigkeit allerdings nicht leisten können.

(4)  Richtig ist nur die Antworten 1:

• WiMAX ist in zwei verschiedenen Standards spezifiziert, einem mobilen, der eine hohe Reichweite bei weiterhin vergleichsweise hohen Datenraten bietet, sowie einem stationären, der beispielweise in einem typisch urbanen Szenario eine sechsmal höhere Reichweite als WLAN besitzt und diesem Standard somit Konkurrenz machen will.
• Die erreichbaren Datenraten von WiMAX und LTE sind ähnlich.
• Die Antwort 3 ist ausdrücklich falsch: Die Bundesregierung unterstützt LTE, nicht WiMAX.