LTEの概要

LTEは_Long Term Evolution_の略で、2004年に第3世代パートナーシッププロジェクト（3GPP）として知られる電気通信団体によってプロジェクトとして開始されました。 SAE（System Architecture Evolution）は、GPRS/3Gパケットコアネットワークの進化に対応する進化です。 LTEという用語は通常、LTEとSAEの両方を表すために使用されます。

LTEは、ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションシステム（UMTS）として知られる以前の3GPPシステムから進化しました。UMTSは、グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ（GSM）から進化しました。関連する仕様でさえ、進化したUMTS地上無線アクセス（E-UTRA）および進化したUMTS地上無線アクセスネットワーク（E-UTRAN）として正式に知られていました。 LTEの最初のバージョンは、3GPP仕様のリリース8で文書化されました。

モバイルデータの使用が急速に増加し、MMOG（マルチメディアオンラインゲーム）、モバイルTV、Web 2.0、ストリーミングコンテンツなどの新しいアプリケーションの出現により、第3世代パートナーシッププロジェクト（3GPP）が長期進化（LTE）に取り組むようになりました。第4世代のモバイルに向かっています。

LTEの主な目標は、柔軟な帯域幅展開をサポートする、高データレート、低遅延、パケット最適化された無線アクセステクノロジーを提供することです。同時に、そのネットワークアーキテクチャは、シームレスなモビリティと優れたサービス品質でパケット交換トラフィックをサポートすることを目標に設計されています。

LTEエボリューション

Year	Event
Mar 2000	Release 99 - UMTS/WCDMA
Mar 2002	Rel 5 - HSDPA
Mar 2005	Rel 6 - HSUPA
Year 2007	Rel 7 - DL MIMO, IMS (IP Multimedia Subsystem)
November 2004	Work started on LTE specification
January 2008	Spec finalized and approved with Release 8
2010	Targeted first deployment

LTEについての事実

LTEは、UMTSだけでなく、CDMA 2000の後継技術です。
LTEは、最大50倍のパフォーマンス向上とセルラーネットワークのスペクトル効率の大幅な向上をもたらすため、重要です。
より高いデータレート、300 Mbpsのピークダウンリンクおよび75 Mbpsのピークアップリンクを取得するためにLTEが導入されました。 20MHzキャリアでは、非常に良好な信号条件下で300Mbpsを超えるデータレートを実現できます。
LTEは、Voice over IP（VOIP）、ストリーミングマルチメディア、ビデオ会議、さらには高速セルラーモデムなどのサービスの高い日付レートをサポートするための理想的なテクノロジーです。
LTEは時分割複信（TDD）モードと周波数分割複信（FDD）モードの両方を使用します。 FDDでは、アップリンクとダウンリンクの伝送に異なる周波数が使用されますが、TDDでは、アップリンクとダウンリンクの両方が同じキャリアを使用し、時間的に分離されます。
LTEは、1.4 MHzから20 MHzまでのFDDとTDDの両方の柔軟なキャリア帯域幅をサポートします。 1.4 MHzから最大20 MHzのスケーラブルなキャリア帯域幅で設計されたLTEは、使用される帯域幅はネットワークオペレーターで利用可能な周波数帯域とスペクトルの量に依存します。
すべてのLTEデバイスは（MIMO）複数入力複数出力送信をサポートする必要があります。これにより、基地局は同じキャリアで複数のデータストリームを同時に送信できます。
LTEのネットワークノード間のすべてのインターフェイスは、無線ベースステーションへのバックホール接続を含め、IPベースになりました。これは、最初はE1/T1、ATM、およびフレームリレーリンクに基づいていた初期の技術と比較して大幅に簡素化されており、それらのほとんどは狭帯域で高価です。
サービスの品質（QoS）メカニズムはすべてのインターフェイスで標準化されており、容量制限に達した場合でも一定の遅延と帯域幅に対する音声通話の要件を確実に満たすことができます。
既存の2Gおよび3Gスペクトルと新しいスペクトルを利用するGSM/EDGE/UMTSシステムで動作します。既存のモバイルネットワークへのハンドオーバーとローミングをサポートします。

LTEの利点

*高スループット：*ダウンリンクとアップリンクの両方で高いデータレートを実現できます。これにより、高いスループットが発生します。
*低遅延：*ネットワークへの接続に必要な時間は数百ミリ秒の範囲であり、省電力状態の開始と終了が非常に高速になりました。
*同じプラットフォームでのFDDとTDD：*周波数分割二重（FDD）と時分割二重（TDD）、両方のスキームは同じプラットフォームで使用できます。
*優れたエンドユーザーエクスペリエンス：*接続確立のための最適化されたシグナリング、その他のエアインターフェイスおよびモビリティ管理手順により、ユーザーエクスペリエンスがさらに向上しました。ユーザーエクスペリエンスを向上させるためにレイテンシを短縮（10ミリ秒に）。
シームレス接続： LTEは、GSM、CDMA、WCDMAなどの既存のネットワークへのシームレスな接続もサポートします。
*プラグアンドプレイ：*ユーザーはデバイスのドライバーを手動でインストールする必要はありません。代わりに、システムは自動的にデバイスを認識し、必要に応じてハードウェアの新しいドライバーをロードし、新しく接続されたデバイスでの作業を開始します。
*シンプルアーキテクチャ：*シンプルアーキテクチャの低運用コスト（OPEX）のため。

LTE-QoS

LTEアーキテクチャは、無線ベアラーのエンドツーエンドのサービス品質と保証ビットレート（GBR）を備えた hard QoS をサポートします。たとえば、イーサネットとインターネットのQoSのタイプが異なるように、さまざまなアプリケーションのLTEトラフィックにさまざまなレベルのQoSを適用できます。 LTE MACは完全にスケジュールされているため、QoSは自然に適合します。

Evolved Packet System（EPS）ベアラは、RLC無線ベアラと1対1で対応し、Traffic Flow Templates（TFT）をサポートします。 EPSベアラーには4つのタイプがあります。

GBR Bearer アドミッションコントロールによって永続的に割り当てられるリソース
*非GBRベアラ*アドミッションコントロールなし
特定のTFT（GBRまたは非GBR）に関連付けられた*専用ベアラー*
デフォルトのベアラー*非GBR、*未割り当てのトラフィックのすべてをキャッチ

LTE基本パラメーター

このセクションでは、LTEの基本パラメーターを要約します。

Parameters	Description
Frequency range	UMTS FDD bands and TDD bands defined in 36.101(v860) Table 5.5.1, given below
Duplexing	FDD, TDD, half-duplex FDD
Channel coding	Turbo code
Mobility	350 km/h
Channel Bandwidth (MHz)	1.4 3 5 10 15 20
Transmission Bandwidth Configuration NRB : (1 resource block = 180kHz in 1ms TTI )	6 15 25 50 75 100
Modulation Schemes	UL: QPSK, 16QAM, 64QAM(optional) DL：QPSK、16QAM、64QAM
Multiple Access Schemes	UL: SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) supports 50Mbps+ (20MHz spectrum) DL：OFDM（直交周波数分割多元接続）は100Mbps +（20MHzスペクトル）をサポート
Multi-Antenna Technology	UL: Multi-user collaborative MIMO DL：TxAA、空間多重化、CDD、最大4x4アレイ
Peak data rate in LTE	UL: 75Mbps(20MHz bandwidth) DL：150Mbps（UEカテゴリー4、2x2 MIMO、20MHz帯域幅） DL：300Mbps（UEカテゴリ5、4x4 MIMO、20MHz帯域幅） a
MIMO （複数入力複数出力） a	UL：1 x 2、1 x 4 DL：2 x 2、4 x 2、4 x 4
Coverage	5 - 100km with slight degradation after 30km
QoS	E2E QOS allowing prioritization of different class of service
Latency	End-user latency < 10mS

E-UTRA操作バンド

以下は、LTE Sepecification 36.101（v860）の表5.5.1から取得したE-UTRA動作帯域の表です。

E-UTRA表5.5.1

LTEネットワークアーキテクチャ

LTEの高レベルネットワークアーキテクチャは、次の3つの主要コンポーネントで構成されています。

ユーザー機器（UE）。
Evolved UMTS地上無線アクセスネットワーク（E-UTRAN）。
Evolved Packet Core（EPC）。

進化したパケットコアは、インターネット、企業のプライベートネットワーク、IPマルチメディアサブシステムなど、外の世界のパケットデータネットワークと通信します。システムのさまざまな部分間のインターフェイスは、以下に示すように、Uu、S1、SGiで示されます。

LTEアーキテクチャ

ユーザー機器（UE）

LTEのユーザー機器の内部アーキテクチャは、実際にモバイル機器（ME）であるUMTSおよびGSMで使用されるものと同一です。以下の重要なモジュールで構成されるモバイル機器：

モバイルターミネーション（MT）：これはすべての通信機能を処理します。
端末装置（TE）：これにより、データストリームが終了します。

ユニバーサル集積回路カード（UICC）：これは、LTE機器用のSIMカードとしても知られています。 Universal Subscriber Identity Module（USIM）と呼ばれるアプリケーションを実行します。

*USIM* は、3G SIMカードと非常によく似たユーザー固有のデータを保存します。 これにより、ユーザーの電話番号、ホームネットワークID、セキュリティキーなどに関する情報が保持されます。

E-UTRAN（アクセスネットワーク）

進化したUMTS地上無線アクセスネットワーク（E-UTRAN）のアーキテクチャを以下に示します。

LTE E-UTRAN

E-UTRANは、モバイルと進化したパケットコア間の無線通信を処理し、 eNodeB または eNB と呼ばれる進化した基地局という1つのコンポーネントのみを備えています。各eNBは、1つ以上のセル内のモバイルを制御する基地局です。モバイルと通信している基地局は、サービングeNBとして知られています。

LTE Mobileは、一度に1つの基地局と1つのセルのみと通信し、eNBによってサポートされる次の2つの主な機能があります。

eBNは、LTEエアインターフェースのアナログおよびデジタル信号処理機能を使用して、すべてのモバイルと無線伝送を送受信します。
eNBは、ハンドオーバーコマンドなどのシグナリングメッセージを送信することにより、すべてのモバイルの低レベルの動作を制御します。

各eBNは、S1インターフェースを介してEPCに接続し、主にハンドオーバー中のシグナリングおよびパケット転送に使用されるX2インターフェースによって近くの基地局に接続することもできます。

ホームeNB（HeNB）は、ホーム内でフェムトセルのカバレッジを提供するためにユーザーが購入した基地局です。ホームeNBは、クローズドサブスクライバーグループ（CSG）に属し、クローズドサブスクライバーグループにも属しているUSIMを持つモバイルのみがアクセスできます。

Evolved Packet Core（EPC）（コアネットワーク）

Evolved Packet Core（EPC）のアーキテクチャを以下に示します。シンプルにするために、図には示されていないコンポーネントがいくつかあります。これらのコンポーネントは、地震および津波警報システム（ETWS）、機器識別登録（EIR）、ポリシー制御および充電ルール機能（PCRF）のようなものです。

LTE EPC

以下は、上記のアーキテクチャに示されている各コンポーネントの簡単な説明です。

Home Subscriber Server（HSS）コンポーネントは、UMTSおよびGSMから引き継がれ、すべてのネットワークオペレーターのサブスクライバーに関する情報を含む中央データベースです。
パケットデータネットワーク（PDN）ゲートウェイ（P-GW）は、外部と通信します。 SGiインターフェイスを使用したパケットデータネットワークPDN。各パケットデータネットワークは、アクセスポイント名（APN）によって識別されます。 PDNゲートウェイは、GPRSサポートノード（GGSN）およびUMTSおよびGSMを備えたサービングGPRSサポートノード（SGSN）と同じ役割を果たします。
サービングゲートウェイ（S-GW）はルーターとして機能し、基地局とPDNゲートウェイ間でデータを転送します。
モビリティ管理エンティティ（MME）は、シグナリングメッセージとHome Subscriber Server（HSS）によってモバイルの高レベルの動作を制御します。
ポリシー制御および課金ルール機能（PCRF）は、上記の図には示されていないコンポーネントですが、ポリシー制御の意思決定、およびポリシー制御施行機能（ PCEF）、P-GWに存在します。

サービングゲートウェイとPDNゲートウェイ間のインターフェイスは、S5/S8として知られています。これには2つのわずかに異なる実装があります。つまり、2つのデバイスが同じネットワークにある場合はS5、異なるネットワークにある場合はS8です。

E-UTRANとEPCの機能分割

次の図は、LTEネットワークのE-UTRANとEPCの機能分割を示しています。

LTE E-UTRANおよびEPC

2G/3GとLTE

次の表は、2G/3GおよびLTEで使用されるさまざまな重要なネットワーク要素とシグナリングプロトコルを比較しています。

2G/3G	LTE
GERAN and UTRAN	E-UTRAN
SGSN/PDSN-FA	S-GW
GGSN/PDSN-HA	PDN-GW
HLR/AAA	HSS
VLR	MME
SS7-MAP/ANSI-41/RADIUS	Diameter
DiameterGTPc-v0 and v1	GTPc-v2
MIP	PMIP

LTEローミングアーキテクチャ

ある国の1人の事業者が運営するネットワークはPublic Land Mobile Network（PLMN）と呼ばれ、加入ユーザーが自分の事業者のPLMNを使用する場合、Home-PLMNと呼ばれますが、ローミングによりユーザーはホームネットワークの外に移動してリソースを使用できます他の事業者のネットワークから。この他のネットワークはVisited-PLMNと呼ばれます。

ローミングユーザーは、訪問先のLTEネットワークのE-UTRAN、MME、およびS-GWに接続されます。ただし、LTE/SAEでは、以下に示すように、訪問先ネットワークまたはホームネットワークのいずれかのP-GWを使用できます。

LTEローミングアーキテクチャ

ホームネットワークのP-GWにより、ユーザーは訪問先のネットワークにいるときでもホームオペレータのサービスにアクセスできます。訪問先ネットワークのP-GWは、訪問先ネットワークのインターネットへの「ローカルブレイクアウト」を許可します。

サービングゲートウェイとPDNゲートウェイ間のインターフェイスは、S5/S8として知られています。これには2つのわずかに異なる実装があります。つまり、2つのデバイスが同じネットワークにある場合はS5、異なるネットワークにある場合はS8です。ローミングしていないモバイルの場合、サービングゲートウェイとPDNゲートウェイを単一のデバイスに統合して、S5/S8インターフェイスが完全に消滅するようにすることができます。

LTEローミングチャージング

4Gローミングをサポートするために必要な新しい課金メカニズムの複雑さは、3G環境よりもはるかに豊富です。 LTEローミングのプリペイド課金とポストペイド課金の両方について、以下に少し説明します。

プリペイドチャージ-3Gでプリペイドサービスを有効にするCAMEL標準は、LTEではサポートされていません。したがって、プリペイド顧客情報は、ローカルに訪問したネットワークで処理されるのではなく、ホームネットワークにルーティングされる必要があります。その結果、事業者は、新しいアカウンティングフローに依存して、IMS環境と非IMS環境の両方のP-GatewayやIMS環境のCSCFなどを介してプリペイド顧客データにアクセスする必要があります。
後払い課金-後払いのデータ使用量課金は、バージョンTAP 3.11または3.12を使用して、3Gと同じようにLTEでも機能します。 IMSサービスのローカルブレイクアウトでは、TAP 3.12が必要です。

加入者データセッションは訪問先ネットワーク内に保持されるため、ローカルブレイクアウトシナリオの場合、オペレーターはホームルーティングシナリオのように加入者のアクティビティを可視化できません。したがって、ホームオペレーターがプリペイドおよびポストペイドの両方の顧客に関するリアルタイム情報を取得するには、課金システムと訪問先ネットワークのP-Gatewayの間にDiameterインターフェイスを確立する必要があります。

imsサービスのローカルブレイクアウトの場合、訪問先ネットワークはS-Gateway（s）からコール詳細レコード（CDR）を作成しますが、これらのCDRにはTAP 3.12モバイルセッションまたはメッセージングの作成に必要なすべての情報が含まれていませんサービス使用状況のイベントレコード。その結果、オペレータはコアデータネットワークのCDRとIMS CDRを関連付けて、TAPレコードを作成する必要があります。

LTEの番号付けとアドレス指定

LTEネットワークエリアは、以下で説明する3つの異なるタイプの地理的エリアに分割されます。

S.N.

Area and Description

1

The MME pool areas

これは、サービスを提供するMMEを変更せずにモバイルが移動できるエリアです。すべてのMMEプールエリアは、ネットワーク上の1つ以上のMMEによって制御されます。

2

The S-GW service areas

これは、1つ以上のサービングゲートウェイS-GWがサービスを提供するエリアであり、サービングゲートウェイを変更せずにモバイルを移動できます。

3

The Tracking areas

MMEプールエリアとS-GWサービスエリアはどちらも、トラッキングエリア（TA）として知られる、より小さく、重複しないユニットから作成されます。これらは、UMTSおよびGSMからのロケーションおよびルーティングエリアに類似しており、スタンバイモードのモバイルのロケーションを追跡するために使用されます。

したがって、LTEネットワークは、多くのMMEプールエリア、多くのS-GWサービスエリア、および多数のトラッキングエリアで構成されます。

ネットワークID

ネットワーク自体は、3桁のモバイル国コード（MCC）と2桁または3桁のモバイルネットワークコード（MNC）を持つPublic Land Mobile Network Identity（PLMN-ID）を使用して識別されます。たとえば、英国のモバイル国コードは234ですが、ボーダフォンの英国ネットワークでは15のモバイルネットワークコードを使用しています。

LTEネットワークID

MME ID

各MMEには3つの主要なIDがあります。 MMEコード（MMEC）は、すべてのプールエリア内でMMEを一意に識別します。 MMEのグループには、MME Group Identity（MMEGI）が割り当てられます。これは、MMECと連携してMME識別子（MMEI）を作成します。 MMEIは、特定のネットワーク内でMMEを一意に識別します。

LTE MMEI

PLMN-IDとMMEIを組み合わせると、世界中のどこでもMMEを識別するグローバルユニークMME識別子（GUMMEI）に到達します。

LTE GUMMEI

トラッキングエリアID

各追跡エリアには2つの主要なIDがあります。トラッキングエリアコード（TAC）は特定のネットワーク内のトラッキングエリアを識別し、これをPLMN-IDと組み合わせると、グローバルユニークトラッキングエリアアイデンティティ（TAI）に到達します。

LTE TAI

セルID

ネットワーク内の各セルには、3つのタイプのIDがあります。 E-UTRANセルID（ECI）は特定のネットワーク内のセルを識別し、E-UTRANセルグローバル識別子（ECGI）は世界中のどこのセルも識別します。

物理セルID。0〜503の数値であり、セルをその隣接セルと区別します。

モバイル機器ID

国際モバイル機器識別情報（IMEI）はモバイル機器の一意の識別情報であり、国際モバイル加入者識別情報（IMSI）はUICCとUSIMの一意の識別情報です。

Mの一時的なモバイル加入者ID（M-TMSI）は、サービングMMEに対してモバイルを識別します。 M-TMSIにMMEコードを追加すると、S一時モバイル加入者ID（S-TMSI）が生成されます。これは、MMEプールエリア内のモバイルを識別します。

LTE S-TMSI

最後に、S-TMSIを使用してMMEグループIDとPLMN IDを追加すると、Globally Unique Temporary Identity（GUTI）になります。

LTE GUTI

LTE無線プロトコルアーキテクチャ

LTEの無線プロトコルアーキテクチャは、以下に示すように、*コントロールプレーン*アーキテクチャと*ユーザープレーン*アーキテクチャに分けることができます。

LTE Radio Protocol Architecture

ユーザープレーン側では、アプリケーションはTCP、UDP、IPなどのプロトコルで処理されるデータパケットを作成しますが、コントロールプレーンでは、無線リソース制御（RRC）プロトコルが基地局との間で交換されるシグナリングメッセージを書き込みます。モバイル。どちらの場合も、情報はパケットデータコンバージェンスプロトコル（PDCP）、無線リンク制御（RLC）プロトコル、およびメディアアクセス制御（MAC）プロトコルによって処理された後、送信のために物理層に渡されます。

ユーザープレーン

e-Node BとUE間のユーザープレーンプロトコルスタックは、次のサブレイヤーで構成されます。

PDCP（パケットデータ収束プロトコル）
RLC（無線リンク制御）
メディアアクセス制御（MAC）

ユーザープレーンでは、コアネットワーク（EPC）のパケットが特定のEPCプロトコルにカプセル化され、P-GWとeNodeBの間でトンネリングされます。インターフェイスに応じて、異なるトンネリングプロトコルが使用されます。 GPRSトンネリングプロトコル（GTP）は、eNodeBとS-GW間のS1インターフェイス、およびS-GWとP-GW間のS5/S8インターフェイスで使用されます。

LTEユーザープレーン

レイヤーが受信したパケットはサービスデータユニット（SDU）と呼ばれ、レイヤーのパケット出力はプロトコルデータユニット（PDU）と、ユーザープレーンのIPパケットが最上層から最下層に流れます。

コントロールプレーン

制御プレーンには、下位層の構成を担当する無線リソース制御層（RRC）が追加されています。

コントロールプレーンは、アイドルまたは接続の2つの状態を含むユーザー機器の状態に依存する無線固有の機能を処理します。

Mode	Description
Idle	The user equipment camps on a cell after a cell selection or reselection process where factors like radio link quality, cell status and radio access technology are considered. The UE also monitors a paging channel to detect incoming calls and acquire system information. In this mode, control plane protocols include cell selection and reselection procedures.
Connected	The UE supplies the E-UTRAN with downlink channel quality and neighbour cell information to enable the E-UTRAN to select the most suitable cell for the UE. In this case, control plane protocol includes the Radio Link Control (RRC) protocol.

UEとMME間のコントロールプレーンのプロトコルスタックを以下に示します。スタックの灰色の領域は、アクセス層（AS）プロトコルを示します。下位層は、ユーザープレーンと同じ機能を実行しますが、コントロールプレーンにはヘッダー圧縮機能はありません。

LTEコントロールプレーン

LTEプロトコルスタックレイヤー

前章で見たE-UTRANプロトコルスタックで利用可能なすべてのレイヤーを詳しく見てみましょう。以下は、E-UTRANプロトコルスタックのより詳細な図です。

LTEプロトコルレイヤー

物理層（層1）

物理層は、エアインターフェイスを介してMACトランスポートチャネルからすべての情報を伝送します。 RRCレイヤーのリンク適応（AMC）、電力制御、セル検索（初期同期およびハンドオーバー目的）、およびその他の測定（LTEシステム内およびシステム間）を処理します。

メディアアクセス層（MAC）

MAC層は、論理チャネルとトランスポートチャネル間のマッピング、トランスポートチャネル上の物理層に配信されるトランスポートブロック（TB）への1つまたは異なる論理チャネルからのMAC SDUの多重化、1つまたは異なる論理からのMAC SDUの多重化を担当しますトランスポートチャネルの物理層から配信されるトランスポートブロック（TB）からのチャネル、スケジューリング情報レポート、HARQによるエラー修正、動的スケジューリングによるUE間の優先度処理、1つのUEの論理チャネル間の優先度処理、論理チャネルの優先順位付け。

無線リンク制御（RLC）

RLCは、透過モード（TM）、非確認モード（UM）、および確認モード（AM）の3つの動作モードで動作します。

RLCレイヤーは、上位レイヤーPDUの転送、ARQによるエラー修正（AMデータ転送のみ）、連結、セグメント化、RLC SDUの再組み立て（UMおよびAMデータ転送のみ）を担当します。

RLCは、RLCデータPDUの再セグメンテーション（AMデータ転送のみ）、RLCデータPDUの並べ替え（UMおよびAMデータ転送のみ）、重複検出（UMおよびAMデータ転送のみ）、RLC SDU破棄も担当します。（UMおよびAMデータ転送のみ）、RLC再確立、およびプロトコルエラー検出（AMデータ転送のみ）。

無線リソース制御（RRC）

RRCサブレイヤーの主なサービスと機能には、非アクセス層（NAS）に関連するシステム情報のブロードキャスト、アクセス層（AS）に関連するシステム情報のブロードキャスト、ページング、確立、メンテナンス、およびRRC接続の解放が含まれます。 UEおよびE-UTRAN、キー管理、確立、構成、保守、およびポイントツーポイント無線ベアラーのリリースを含むセキュリティ機能。

パケットデータ収束制御（PDCP）

PDCPレイヤーは、IPデータのヘッダーの圧縮と解凍、データの転送（ユーザープレーンまたはコントロールプレーン）、PDCPシーケンス番号（SN）のメンテナンス、下位レイヤーの再確立時の上位レイヤーPDUの順序配信、複製を担当しますRLC AMにマッピングされた無線ベアラーの下位層の再確立時の下位層SDUの削除、ユーザープレーンデータとコントロールプレーンデータの暗号化と解読、コントロールプレーンデータの整合性保護と整合性検証、タイマーベースの破棄、重複破棄、PDCP論理チャネルのDCCHおよびDTCHタイプにマッピングされたSRBおよびDRBに使用されます。

非アクセス層（NAS）プロトコル

非アクセス層（NAS）プロトコルは、ユーザー機器（UE）とMMEの間のコントロールプレーンの最高層を形成します。

NASプロトコルは、UEのモビリティとセッション管理手順をサポートして、UEとPDN GW間のIP接続を確立および維持します。

LTEレイヤーデータフロー

以下は、E-UTRANプロトコルレイヤーの論理図であり、さまざまなレイヤーを通るデータフローを示しています。

LTEレイヤーデータフロー

レイヤーが受信したパケットはサービスデータユニット（SDU）と呼ばれ、レイヤーのパケット出力はプロトコルデータユニット（PDU）によって参照されます。上から下へのデータの流れを見てみましょう。

 *IPレイヤーはPDCP SDU（IPパケット）をPDCPレイヤーに送信します。 PDCP層はヘッダー圧縮を行い、これらのPDCP SDUにPDCPヘッダーを追加します。 PDCPレイヤーは、PDCP PDU（RLC SDU）をRLCレイヤーに送信します。
+* PDCPヘッダー圧縮*：PDCPは、PDUからIPヘッダー（最小20バイト）を削除し、1〜4バイトのトークンを追加します。 これにより、通常であれば無線で送信する必要があるヘッダーの量を大幅に節約できます。 + image:/lte/lte_pdcp_sdu.jpg[LTE PDCP SDU]
 *RLC層は、これらのSDUSをセグメント化してRLC PDUを作成します。 RLCは、RLC操作モードに基づいてヘッダーを追加します。 RLCは、これらのRLC PDU（MAC SDU）をMACレイヤーに送信します。
+* RLCセグメンテーション*：RLC SDUが大きい場合、または利用可能な無線データレートが低い場合（トランスポートブロックが小さくなる）、RLC SDUは複数のRLC PDUに分割される場合があります。 RLC SDUが小さい場合、または利用可能な無線データレートが高い場合、複数のRLC SDUが単一のPDUにパックされます。
* MAC層はヘッダーを追加し、このMAC SDUをTTIに合わせるためにパディングを行います。 MAC層は、MAC PDUを物理層に送信して、物理チャネルに送信します。
* 物理チャネルは、このデータをサブフレームのスロットに送信します。

LTE通信チャネル

異なるプロトコル間の情報の流れは、チャネルおよび信号と呼ばれます。 LTEは、いくつかの異なるタイプの論理チャネル、トランスポートチャネル、および物理チャネルを使用します。これらは、運ぶ情報の種類と情報の処理方法によって区別されます。

論理チャネル：無線で送信される情報の whattype を定義します。トラフィックチャネル、制御チャネル、システムブロードキャストなど。データおよびシグナリングメッセージは、RLCプロトコルとMACプロトコルの間の論理チャネルで伝送されます。
Transport Channels ：空中に送信される何かを定義する howis エンコードとは何か、データの送信に使用されるインターリーブオプション。データとシグナリングメッセージは、MACと物理層の間のトランスポートチャネルで伝送されます。
物理チャネル：空中で送信される何かを定義します。 DLフレームの最初のN個のシンボル。データとシグナリングメッセージは、物理層の異なるレベル間の物理チャネルで伝送されます。

論理チャネル

論理チャネルは、転送されるデータのタイプを定義します。これらのチャネルは、MAC層によって提供されるデータ転送サービスを定義します。データおよびシグナリングメッセージは、RLCプロトコルとMACプロトコルの間の論理チャネルで伝送されます。

論理チャネルは、制御チャネルとトラフィックチャネルに分割できます。制御チャネルは、共通チャネルまたは専用チャネルのいずれかです。共通チャネルは、セル内のすべてのユーザーに共通（ポイントツーマルチポイント）を意味し、専用チャネルは、チャネルを1人のユーザー（ポイントツーポイント）のみが使用できることを意味します。

論理チャネルは、運ぶ情報によって区別され、2つの方法で分類できます。まず、論理トラフィックチャネルはデータをユーザープレーンで伝送しますが、論理制御チャネルはシグナリングメッセージをコントロールプレーンで伝送します。次の表に、LTEで使用される論理チャネルを示します。

Channel Name	Acronym	Control channel	Traffic channel
Broadcast Control Channel	BCCH	X
Paging Control Channel	PCCH	X
Common Control Channel	CCCH	X
Dedicated Control Channel	DCCH	X
Multicast Control Channel	MCCH	X
Dedicated Traffic Channel	DTCH		X
Multicast Traffic Channel	MTCH		X

輸送チャネル

トランスポートチャネルは、物理層によってデータが転送される方法と特性を定義します。データとシグナリングメッセージは、MACと物理層の間のトランスポートチャネルで伝送されます。

トランスポートチャネルは、トランスポートチャネルプロセッサがそれらを操作する方法によって区別されます。次の表に、LTEで使用されるトランスポートチャネルを示します。

Channel Name	Acronym	Downlink	Uplink
Broadcast Channel	BCH	X
Downlink Shared Channel	DL-SCH	X
Paging Channel	PCH	X
Multicast Channel	MCH	X
Uplink Shared Channel	UL-SCH		X
Random Access Channel	RACH		X

物理チャンネル

データおよびシグナリングメッセージは、物理層の異なるレベルの間の物理チャネルで運ばれ、したがって2つの部分に分割されます。

物理データチャネル
物理制御チャネル

物理データチャネル

物理データチャネルは、物理チャネルプロセッサがそれらを操作する方法と、直交周波数分割多重（OFDMA）で使用されるシンボルとサブキャリアにマッピングされる方法によって区別されます。次の表に、LTEで使用される*物理データチャネル*を示します。

Channel Name	Acronym	Downlink	Uplink
Physical downlink shared channel	PDSCH	X
Physical broadcast channel	PBCH	X
Physical multicast channel	PMCH	X
Physical uplink shared channel	PUSCH		X
Physical random access channel	PRACH		X

トランスポートチャネル*プロセッサは、物理層の低レベル操作をサポートするために、いくつかのタイプの制御情報を構成します。これらは次の表にリストされています。

Field Name	Acronym	Downlink	Uplink
Downlink control information	DCI	X
Control format indicator	CFI	X
Hybrid ARQ indicator	HI	X
Uplink control information	UCI		X

物理制御チャネル

トランスポートチャネルプロセッサは、物理層の低レベルの動作をサポートする制御情報も作成し、この情報を物理制御チャネルの形式で物理チャネルプロセッサに送信します。

情報は受信機のトランスポートチャネルプロセッサまで移動しますが、上位層からはまったく見えません。同様に、物理チャネルプロセッサは、システムの最低レベルの側面をサポートする物理信号を作成します。

物理制御チャネルは以下の表にリストされています：

Channel Name	Acronym	Downlink	Uplink
Physical control format indicator channel	PCFICH	X
Physical hybrid ARQ indicator channel	PHICH	X
Physical downlink control channel	PDCCH	X
Relay physical downlink control channel	R-PDCCH	X
Physical uplink control channel	PUCCH		X

基地局は、他の2つの物理信号も送信します。これは、モバイルが最初に電源を入れた後に基地局を取得するのに役立ちます。これらは、プライマリ同期信号（PSS）およびセカンダリ同期信号（SSS）として知られています。

LTE OFDMテクノロジー

UMTSで利用可能なマルチパスフェージング問題の影響を克服するために、LTEはダウンリンクに直交周波数分割多重（OFDM）を使用します。つまり、基地局から端末へ、代わりにそれぞれ180 KHzの多くの狭帯域キャリアでデータを送信します完全な5MHzのキャリア帯域幅にわたって1つの信号を拡散すること。 OFDMは、マルチキャリア伝送に多数の狭いサブキャリアを使用してデータを伝送します。

直交周波数分割多重化（OFDM）は、デジタルマルチキャリア変調方式として使用される周波数分割多重化（FDM）スキームです。

OFDMは、スペクトルの柔軟性に関するLTE要件を満たし、高ピークレートの非常に幅広いキャリア向けのコスト効率の高いソリューションを実現します。次の図に示すように、基本的なLTEダウンリンク物理リソースは、時間周波数グリッドとして見ることができます。

OFDMシンボルはリソースブロックにグループ化されます。リソースブロックの合計サイズは、周波数領域で180kHz、時間領域で0.5msです。 1msの各伝送時間間隔（TTI）は2つのスロット（Tslot）で構成されます。

LTE OFDM

各ユーザーには、time.frequencyグリッドでいわゆるリソースブロックが割り当てられます。ユーザーが取得するリソースブロックが多くなり、リソース要素で使用される変調が高くなるほど、ビットレートが高くなります。特定の時点でユーザーが取得するリソースブロックと数は、頻度および時間ディメンションの高度なスケジューリングメカニズムによって異なります。

LTEのスケジューリングメカニズムは、HSPAで使用されるものと類似しており、さまざまな無線環境のさまざまなサービスに対して最適なパフォーマンスを実現します。

OFDMの利点

シングルキャリアスキームに対するOFDMの主な利点は、複雑なイコライゼーションフィルターなしで、厳しいチャネル条件（たとえば、長い銅線での高周波の減衰、狭帯域干渉、マルチパスによる周波数選択性フェージング）に対処できることです。
OFDMは、1つの急速に変調された広帯域信号ではなく、ゆっくりと変調された多くの狭帯域信号を使用していると見なされる可能性があるため、チャネルの等化が簡素化されます。
シンボルレートが低いため、シンボル間のガードインターバルを手頃な価格で使用できるため、シンボル間干渉（ISI）を排除できます。
このメカニズムは、複数の隣接する送信機からの信号を従来のように干渉するのではなく、建設的に組み合わせることができるため、複数の隣接する送信機が同じ周波数で同じ信号を同時に送信する単一周波数ネットワーク（SFN）の設計も容易にしますシングルキャリアシステム。

OFDMの欠点

高いピーク対平均比
周波数オフセットに敏感、したがってドップラーシフトにも敏感

SC-FDMAテクノロジー

LTEは、アップリンクでシングルキャリア周波数分割多元接続（SC-FDMA）と呼ばれるプリコーディングされたバージョンのOFDMを使用します。これは、ピーク対平均電力比（PAPR）が非常に高い通常のOFDMの欠点を補うためです。

高いPAPRには、直線性に対する高い要件を備えた高価で非効率なパワーアンプが必要です。

SC-FDMAは、電力増幅器での線形性、つまり電力消費の必要性を減らすようにリソースブロックをグループ化することにより、この問題を解決します。 PAPRが低いと、カバレッジとセルエッジのパフォーマンスも向上します。

LTE用語集

Term	Description
3GPP	3rd Generation Partnership Project
3GPP2	3rd Generation Partnership Project 2
ARIB	Association of Radio Industries and Businesses
ATIS	Alliance for Telecommunication Industry Solutions
AWS	Advanced Wireless Services
CAPEX	Capital Expenditure
CCSA	China Communications Standards Association
CDMA	Code Division Multiple Access
CDMA2000	Code Division Multiple Access 2000
DAB	Digital Audio Broadcast
DSL	Digital Subscriber Line
DVB	Digital Video Broadcast
eHSPA	evolved High Speed Packet Access
ETSI	European Telecommunications Standards Institute
FDD	Frequency Division Duplex
FWT	Fixed Wireless Terminal
GSM	Global System for Mobile communication
HSPA	High Speed Packet Access
HSS	Home Subscriber Server
IEEE	Institute of Electrical and Electronics Engineers
IPTV	Internet Protocol Television
LTE	Long Term Evolution
MBMS	Multimedia Broadcast Multicast Service
MIMO	Multiple Input Multiple Output
MME	Mobility Management Entity
NGMN	Next Generation Mobile Networks
OFDM	Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OPEX	Operational Expenditure
PAPR	Peak to Average Power Ratio
PCI	Peripheral Component Interconnect
PCRF	Policing and Charging Rules Function
PDSN	Packet Data Serving Node
PS	Packet Switched
QoS	Quality of Service
RAN	Radio Access Network
SAE	System Architecture Evolution
SC-FDMA	Single Carrier Frequency Division Multiple Access
SGSN	Serving GPRS Support Node
TDD	Time Division Duplex
TTA	Telecommunications Technology Association
TTC	Telecommunication Technology Committee
TTI	Transmission Time Interval
UTRA	Universal Terrestrial Radio Access
UTRAN	Universal Terrestrial Radio Access Network
WCDMA	Wideband Code Division Multiple Access
WLAN	Wireless Local Area Network

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MME ID

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LTE無線プロトコルアーキテクチャ

ユーザープレーン

コントロールプレーン

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物理層（層1）

メディアアクセス層（MAC）

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無線リソース制御（RRC）

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物理データチャネル

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