Como funciona a interface aérea LTE (incluindo uplink e downlink)?

O nível técnico da resposta depende se você tem um entendimento das comunicações sem fio e da engenharia elétrica. Vou assumir que você não't, então aqui está a resposta bastante simplificada com alguns atalhos e omissões:

- Todo LTE na América do Norte hoje em dia é chamado de FDD flavor (ao contrário de TDD). FDD = duplex de divisão de freqüência (downlink está em uma faixa de freqüência e uplink está em uma freqüência diferente e separado por alguma distância em Freqüência).
- definição: Downlink (DL) = sinais da estação base ' down' para o aparelho de telefone (UE).
- definição: Uplink (UL) = sinais 'up' da UE para a estação base.
- O downlink e o uplink utilizam simultaneamente sinais de RF enviados de/para vários UE's, em pequenos pedaços que variam tanto em tempo quanto em freqüência chamados slots. Um slot, por definição, consiste de um sinal de 0,5mS de duração em 180kHz em largura de banda. A largura de banda de 180kHz é chamada de Resource Block (RB). Como o LTE é uma tecnologia de banda larga, ele pode consistir em qualquer lugar de 1,4MHz a 20MHz em largura de banda. Uma implantação de 10MHz (como Verizon diz na banda LTE 13, 746 a 756MHz em downlink (DL)) tem 25 RB's em DL e 25 em Uplink (UL). A alocação mínima em freqüência e tempo é de dois slots (1mS de duração, 180kHz de largura) por Equipamento do Usuário (UE), mas normalmente é alocado muito mais do que isso, o que depende de muitos fatores, incluindo o quão ocupada a célula está. O recurso de tempo e frequência é alocado muito rápida e dinamicamente para muitos UE's simultaneamente (se necessário) por um algoritmo SW inteligente chamado MAC (controlador de acesso médio) que usa regras configuráveis para fazer isso. Existem 'bits' de informações adicionadas no tráfego de usuários DL enviados para a UE que fornecem capacidade de correção de erros, chamada Forward Error Correction (FEC). A quantidade de FEC, além da modulação (hoje entre 64QAM, 16QAM, ou QPSK em DL, ou entre apenas 16QAM ou QPSK em UL) são ajustados dinamicamente para cima e para baixo, com base na sinalização de feedback enviada para a estação base a partir da UE em tempo real, em uma base por mS (chamada TTI), que informa a estação base (eNodeB) ou UE o que FEC e modulação usar para essa alocação da UE's. Esta é uma das premissas básicas do LTE, denominada AMC (modulação e codificação adaptativa, que por sinal também existe no HSPA para 3G), que pode ser ajustada a um ritmo muito rápido para ter em conta as condições de RF em rápida mudança, para não mencionar o facto de que as atribuições são feitas em frequência e tempo por UE.

A ligação ascendente é muito semelhante ao DL, excepto que utiliza um tipo lento de controlo de potência adaptativo (a potência DL é a mesma e constante por RB) que é concebido para ultrapassar o desvanecimento lento (a variação lenta da força média do sinal devido a objectos grandes como edifícios, etc.). Um canal de controle de downlink (PDCCH) dita à UE a alimentação para cima ou para baixo com base em medições no receptor da estação base, em tempo real. A outra diferença é que, na UL a UE deve reduzir o número de RB's alocados à medida que se afasta da estação base para concentrar sua potência ino uma largura de banda menor para superar perdas no caminho de RF (devido à potência limitada da UE's de 1/4Watt), em comparação com o DL, embora possa haver muitos RB's disponíveis na UL para a UE.
>br>As partes de dados são enviadas para/de uma determinada UE (chamada TB's ou Tranport Blocks), o lado receptor (eNB no caso UL, UE no caso DL) envia a sinalização de volta em tempo real sobre o que é chamado de canais de controle. Para tráfego de usuários DL, o canal de controle enviado da UE para o eNB é chamado de PUCCH (packet uplink control channel), e para tráfego de usuários UL, o canal de controle enviado do eNB para a UE é chamado de PDCCH (packet downlink control channel). Ambos os canais de controle enviam respostas rápidas para o lado de envio, indicando sucesso ou falha (erros que são incorrigíveis) de cada TB, chamados ACKs (acknowledgement) ou NACK (negative acknowledgement). No caso do NACK, o lado emissor reenvia a informação novamente, e às vezes de uma forma diferente. Isto pode ocorrer até 3 vezes para um total de 4 tentativas para uma determinada tuberculose antes de desistir. Existem vários métodos matemáticos avançados que o lado receptor pode recombinar os vários TB's juntos para 'decodificar' o tráfego do usuário para aquele TB no caso de condições de RF muito ruins (como na borda da célula). Além disso, a UE calcula um número chamado Cell Quality Index (CQI) sobre o sinal downlink, que indica a qualidade geral do sinal downlink uma vez por 1mS, e envia este de volta para o eNB que o usa para ditar o MCS real (esquema de codificação de modulação, ou seja, tipos de modulação e FEC) a ser usado na(s) próxima(s) alocação(ões) de tráfego de usuário DL para a UE.
Há também outros canais em LTE:

- BCCH- Broadcast channel. Este é enviado em downlink no meio 1.08MHz do espectro, como um sinal de broadcast repetitivo, independentemente da largura de banda total configurada. O BCCH transporta informações sobre a célula, incluindo muitos parâmetros de RF para a UE, a identidade da célula, a lista de células vizinhas, a identificação da rede (chamada PLMN), etc. etc., que permitem à UE encontrar, sincronizar, identificar, autenticar e solicitar recursos de RF da célula.

Além disso, existe um tipo muito importante de sinal de balizamento enviado no DL que é distribuído uniformemente por toda a banda chamado Sinal de Referência (RS). O objetivo do RS, que está em potência constante e sempre transmitindo, é fornecer um meio para a UE medir a perda do caminho de RF e, portanto, estimar a força do sinal de downlink (chamado RSRP), e a qualidade do sinal (chamado RSRQ) para fins de mobilidade (seleção/reseleção de células e handovers entre células) quando a UE não está enviando ou recebendo dados ativamente.
LTE é altamente complexo, e há muitos outros canais de sinalização que utilizam uma pequena fração da potência RF total disponível, mas espera-se que isso seja suficiente para uma descrição básica.