LTE – et veksthus for mobilt bredbånd

For brukerne betyr det enda mer båndbredde, for nettverksoperatørene betyr det nytt nettverksutstyr. Sameksistens mellom nytt og eksisterende utstyr er viktig, det samme er konvergensen hvor ulike aksessnett kobles mot en felles IP-basert infrastruktur i kjernen.

LTE – Long Term Evolution – mange har allerede begynt å omtale denne som 4G. Mer presis er denne en del av 3GPP Release 8. Hos GSM Association kan vi lese at LTE er et utviklingstrinn som etterfølger HSPA og som kan gi opptil 100 Mbps nedstrøms og 50 Mbps oppstrøms. Systemet er bakoverkompatibelt med de europeiske mobilsystemene GSM og UMTS. Men også store amerikanske og japanske operatører har annonsert at de vil satse på LTE.

Videre sier GSM Association at den etterfølgende LTE-Advanced vil har som mål å kunne tilby hele 1 Gbps. For å få til dette vil det benyttes høyere ordens MIMO-antenner og bunting (bonding) av flere radiobærere. Og LTE-Advanced er kandidat til ITUs IMT-Advanced som vil gi oss «ekte» 4G. Men vi må nok leve med at pressen og flere med dem vil omtale også vanlig LTE som 4G.

Systemoversikt

LTE i 3GPP Release 8 er nå klar på tegnebrettet, og systemet inneholder mange interessante løsninger. Systemet benytter et nytt radioaksessnett kalt E-UTRAN (Evolved UTRAN) og et nytt kjernenett kalt EPC (Evolved Packet Core). Se figur 1. Det nye radioaksessnettet har en flat struktur bygd opp som et maskenett med basestasjoner uten sentraliserte kontrollere som vi er vant med fra dagens mobilsystem. Videre er kjernen et rent IP-nett med støtte for tjenestekvalitet, sikkerhet og mobilitet. Vi kommer tilbake til denne arkitekturen senere.

For å støtte evolusjon fra dagens UMTS til LTE, er kjernenettet tilrettelagt for sammenkobling med dagens arkitektur. Dette betyr at man kan gjenbruke dagens radioaksessnett for GSM (GERAN) og UMTS (UTRAN) som kan nå LTE-kjernen via pakkesvitsjet domene, slik som vist i figuren. Linjesvitsjet domene kan også nås over dagens radiogrensesnitt, men denne har ikke noen rolle i det endelige måldesignet til LTE. IMS (IP Multimedia Subsystem) har derimot en sentral rolle i LTE. LTE vil kun støtte IP-baserte tjenester!

Det er et viktig trekk ved LTE at også radiogrensesnitt fra andre teknologifamilier enn 3GPP kan benyttes mot det samme kjernenettet. WLAN har lenge hatt en slik rolle i forhold til UMTS-arkitekturen. Videre er den lovende WiMAX-teknologien lagt inn, og ikke minst har det konkurrerende amerikanske mobilsystemet CDMA2000 fra 3GPP2 fått sin plass i arkitekturen. Dette legger til rette for migrasjon fra 3GPP2-basert teknologi til 3GPP-basert teknologi.

Arkitekturen

Ved å betrakte innmaten til EPC (Evolved Packet Core), kan vi se hvordan LTE legger til rette for integrering av alle de ulike radioaksessnettene mot én og samme kjerne. Se figur 2 som viser et noe forenklet bilde av hvordan EPC er bygd opp. Sentralt i virkemåten er tre ulike gatewaynoder som håndterer mobilitet og tjenestekvalitet for kommunikasjonen. Sikkerhetsfunksjonene styres som vanlig av HSS (Home Subscriber Server), men denne er ikke tegnet inn.

De tre gatewayfunksjonene tar seg av kommunikasjon mot ulike radioaksessnett. S-GW (Serving Gateway) tar seg av alle 3GPP-aksessene. LTE kommer direkte inn hit, mens UMTS og GSM kommer inn via SGSN i dagens pakkesvitsjede domene. CDMA2000 og WiMAX kobles mot P-GW (Packet Data Network Gateway) og WLAN kobles mot ePDG (evolved Packet Data Gateway). Disse to metodene for tilkobling av ikke-3GPP-aksesser omtales om henholdsvis «trusted» og «untrusted».

I IMS finner vi SIP-tjenere kalt CSCF (Call Session Control Function) og applikasjonstjenere kalt AS (Application Server). SIP-telefonene kommuniserer mot tjenerne i IMS gjennom aktuelt radioaksessnett og videre gjennom kjernenettet mot IMS. Mobilene kan naturligvis også kommunisere mot ulike tjenere på Internett. (MME i kjernenettet kommer vi tilbake til senere.)

Tidlig fase

Når nye høykapasitets radiogrensesnitt introduseres i mobilnettet, det vil si LTE i dette tilfellet, vil naturligvis disse bygges ut i begrensede områder i starten. For å oppnå dekning i hele mobilnettet, må mobilene fungere som multimode terminaler og gjøre handover til eldre radiogrensesnitt når man kommer utenfor dekning av LTE.

Dette er særlig en utfordring for telefonitjenesten som er basert på SIP-protokollen i LTE, mens den typisk er linjesvitsjet i GSM/UMTS. (Selv om også UMTS legger til rette for bruk av IMS, har ikke dette vært vanlig å bruke foreløpig). Man benytter da en mediegateway mellom MSC i linjesvitsjet domene og IMS, eller en såkalt enhanced MSC med integrert mediegateway (ikke tegnet inn i figuren). MME (Mobility Management Entity) koordinerer handoveren mellom de ulike nettverkselementene i EPC, og en egen applikasjonstjener tar seg av omdirigering av samtalen internt i IMS.

Et annet sannsynlig scenario i tidlig fase, er at LTE introduseres som en ren datakomtjeneste i mobilnettet uten støtte for telefonitjeneste. I så fall er eneste alternativet å tvinge mobilen over på UMTS eller GSM for å sette opp en linjesvitsjet forbindelse, allerede før telefonsamtalen aktiveres (såkalt fallback).