UNIVERSIDAD CATOLICA BOLIVIANA “SAN PABLO”
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES LA PAZ - BOLIVIA
ESTUDIO SOBRE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA: LTE – AVANZADA EN BOLIVIA
Proyecto de grado para optar al Título de Ingeniero en Telecomunicaciones.
Presentado por: Luis Fernando Montaño Abastoflor.
Tutor: Ing. Eddy Lord Ledezma.
La Paz, Abril 2013
ii
ÍNDICE GENERAL
1. MARCO REFERENCIAL………………………………………………………….1
1.1 TITULO DE TEMA……………………………………………………… ..1
1.2 ANTECEDENTES…………………………………………………………1
1.2.1ANTECEDENTES EN BOLIVIA……………………………………….2
1.3 PROBLEMÁTICA Y DEFINICIÓN………………………………………4
1.4 OBJETIVOS……………………………………………………………….6
1.4.1 OBJETIVO GENERAL………………………………………..6
1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS…………………………………6
1.5 JUSTIFICACIÓN…………………………………………………………..7
1.5.1 JUSTIFICACIÓN TECNICA…………………………………..7
1.5.2 JUSTIFICACIÓN
ECONÓMICA………………………………8
1.5.3 JUSTIFICACIÓN SOCIAL…………………………………….8
1.5.4 JUSTIFICACIÓN ACADÉMICA………………………………9
1.6 LÍMITES …………………………………………………………………….9
1.6.1 LÍMITE GEOGRÁFICO………………………………………..9
1.6.2 LÍMITE EMPRESARIAL………………………………………9
1.6.3 LÍMITE TEMPORAL…………………………………………..9
1.6.4 LÍMITE
ECONÓMICO………………………………………...10
1.6.5 LÍMITE
TÉCNICOS…………………………………………...10
1.7 ALCANCES……………………………………………………………….11
1.7.1 ALCANCE
TEMPORAL……………………………………...11
1.7.2 ALCANCE SOCIAL…………………………………………..11
1.7.3 ALCANCES
TÉCNICOS……………………………………..11
2 MARCO TEÓRICO……………………………………………………………….12
2.1 LTE TECNOLOGIA PREDECESORA A LTE - AVANZADA………12
2.1.1 Arquitectura…………………………………………………..15
2.1.2 Barreras…………………………………………………………15
2.1.3 LTE y Sus desafíos:…………………………………………..16
2.1.4 Soluciones……………………………………………………..16
2.2 LTE TECNOLOGÍA 3.9 G………………………………………………17
2.3 CARACTERÍSTICAS IMT- AVANZADA (4G)………………………..17
2.4 HISTORIA DE DESARROLLO DE LTE- AVANZADA……………...19
2.5 TECNOLOGÍAS UTILIZADAS POR LTE – AVANZADA…………..20
2.6 AGREGACIÓN DE PORTADOR (A.P)……………………………….21
2.7 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE AGREGACIÓN DE
PORTADOR…………………………………………………………………..22
2.8 ASPECTOS DE AGREGACION DE PORTADOR Y RADIO
FRECUENCIAS………………………………………………………………23
2.8.1 INTRA – BANDA………………………………………………23
2.8.1.1 INTRA – BANDA CONTIGUA……………………..23
2.8.1.2 INTRA – BANDA NO CONTIGUA………………...24
2.8.2 INTER – BANDA NO CONTIGUA…………………………..25
2.9 ANCHOS DE BANDA Y CLASES PARA AGREGACIÓN DE
PORTADORA………………………………………………………………...25
2.10 PROGRAMACIÓN DE PORTADOR CRUZADO (CROSS CARRIER
SCHEDULING)……………………………………………………………….26
2.11 MULTIPUNTO COORDINADO (CoMP)……………………………..27
2.12 ASPECTOS BÁSICOS DE LTE AVANZADO MULTIPUNTO
COORDINADO……………………………………………………………….28
2.13 DOWNLINK CoMP:…………………………………………………...31
2.14 UPLINK CoMP:………………………………………………………..32
2.15 RETRANSMISIÓN (RELAY)………………………………………….32
2.16 ASPECTOS BÁSICOS DE RELAY………………………………….33
2.17 RELAYING FULL DUPLEX & HALF DUPLEX…………………….37
2.18 TIPOS DE NODOS RELAY…………………………………………...37
2.19 COMUNICACIÓN DISPOSITIVO A DISPOSITIVO (D2D)………...38
2.20 CONCEPTOS DE COMUNICACIÓN DISPOSITIVO A
DISPOSITIVO ………………………………………………………………..39
2.21 LTE AVANZADA - REDES HETEROGENEAS (HeTNet)………..40
3 ANALISIS PRELIMINAR………………………………………………………..41
3.1 PROPUESTA DE SOLUCIÓN (TECNOLOGÍA LTE –
AVANZADA)……………………………………………………………...41
3.2 ESQUEMA………………………………………………………………. 43
3.2.1 EXPLICACIÓN DETALLADA……………………………………43
3.2.2 GESTIÓN DEL ANCHO DE BANDA DEL ESPECTRO……..45
4 MARCO PRÁCTICO……………………………………………………………..49
4.1 TECNOLOGÍA ACTUAL EN ENTEL……………………………………...49
4.2 REFERENTES A LA LEY GENERAL DE TELECOMUNICACIONES.51
4.2.1 El artículo 5 (PRINCIPIOS), el punto 7 dicta textual:………51
4.2.2 El artículo 6 (DEFINICIONES), el punto 2 dicta textual:…..52
4.2.3 El artículo 14 (DE LA AUTORIDAD DE REGULACIÓN Y
FISCALIZACIÓN DE TELECOMUNICACIONES Y TRANSPORTES),
el punto 12 dicta textual:………………………………………………52
4.3 PROPUESTA AREGACIÓN DE PORTADORA…………………………...52
4.3.1 INTRA – BANDA CONTIGUA…………………………………...53
4.3.2 INTRA – BANDA NO CONTIGUA………………………………54
4.3.3 INTER – BANDA NO CONTIGUA…………………………………..55
4.3.4 CONTROL DE RETRANSMISIÓN…………………………………..57
4.4 ARQUITECTURA DEL TRANCEPTOR………………………………………57
4.4.1 MÚLTIPLES TRANSCEPTORES DE UNA SOLA BANDA……...57
4.4.2 TRANSCEPTOR DE BANDA ANCHA……………………………..58
4.5 MIMO MEJORADO……………………………………………………………..59
4.6 ARQUITECTURA DE MULTIPUNTO COORDINADO (CoMP)……………64
4.6.1 ARQUITECTURA CENTRALIZADA………………………………...64
4.6.2 ARQUITECTURA DISTRIBUIDA…………………………………….65
4.7 ESQUEMAS DE DOWNLINK Y UPLINK DE MULTIPUNTO COORDINADO
(CoMP)…………………………………………………………………………………67
4.7.1 ESQUEMA DE DOWNLINK………………………………………….68
4.7.1.1 PROGRAMACIÓN COORDINADA / FORMACIÓN DE
HAZ (CS / CB)……………………………………………………….68
4.7.1.2 PROCESAMIENTO CONJUNTO (JP)…………………………….69
4.7.2 ESQUEMA DE UPLINK………………………………………………71
4.8 ESCENARIO NODO RELAY……………………….……………………….72
4.8.1. EVALUACIÓN DE RENDIMIENTO PARA RELAY TIPO 1B …..73
4.8.2 ESCENARIOS DE PROPAGACIÓN Y MODELOS DE SISTEMA……...75
4.8.2.1 modelos de propagación………………………………….75
4.8.3 limite de nodos relay desplegados………………………………..85
4.9 ESQUEMAS Y RECOMENDACIONES FINALES……………………….87
5 FUENTE DE INFORMACIÓN…………………………………………………….90
GLOSARIO
LTE-ADVANCED : LONG TERM EVOLUTION-ADVANCED
LTE: LONG TERM EVOLUTION
GSM: GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE
GPRS: GENERAL PACKET RADIO SERVICE
EDGE: ENHACED DATA RATES FOR GLOBAL EVOLUTION
WCDMA: WIDEBAND CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS
UMTS: UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM
HSUPA: HIGH SPEED UPLINK PACKET ACCESS
HSDPA: HIGH SPEED DOWNLINK PACKET ACCESS
UIT: UNION INTERNACIONAL DE TELECOMUNICACIONES
IMT: INTERNATIONAL MOBILE TELECOMUNICATION
IMT ADVANCED: INTERNATIONAL MOBILE TELECOMUNICATION-
ADVANCED
E-UTRAN: EVOLVED UNIVERSAL TERRESTRIAL RADIO ACCESS NETWORK
IP: INTERNET PROTOCOL
QoS: QUALITY OF SERVICE
VoIP: VOZ SOBRE IP
OFDM: ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING
MIMO: MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT
FDD: FREQUENCY DIVISION DUPLEXING
TDD: TIME DIVISION DUPLEXING
TCO: COSTE DE ANALISIS E IMPLEMENTACION
eNB : ENVOLVED NODE B
OPEX: OPERATIONAL EXPEDITURE
CAPEX: CAPITAL EXPEDITURES
CSFB: CIRCUIT SWITCHED FALLBACK
CS: CIRCUIT SWITCHED
SC – FDMA: SINGLE CHANNEL ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION
MULTIPLE ACCESS
AC: AGREGACIÓN DE CANAL
AP: AGREGACION DE PORTADOR
DCI: DOWNLINK CONTROL INFORMATION
PDSCH: PHYSICAL DOWNLINK SHARED CHANEL
PUSCH: PHYSICAL UPLINK SHARED CHANEL
CoMP: COORDINATED MULTIPOINT
IEC: INTERFERENCIA ENTRE CELDAS
TDM: TIME DIVISION MULTIPLEXING
D2D: DEVICE TO DEVICE
EPC: ENVOLVED PACKET CORE
EPS: ENVOLVED PACKET SYSTEM
UE: USER EQUIPMENT
HeNBs: HOME eNBs
MME: MOBILITY MANAGEMENT ENTITY
SGW: Serving Gateway
PDN-GW: PACKET DATA NETWORK GATEWAY
WRC-07: WORLD RADIOCOMMUNICATION CONFERENCE 2007
IMS: INTERNET MULTIMEDIA SUBSYSTEM
VoLTE: VOICE OVER LTE
RRM: RADIO RESOURCE MANAGEMENT
ARQ: AUTOMATIC REPEAT-REQUEST
RLC: RADIO LINK CONTROLRadio Link Control
MAC: MEDIUM ACCESS CONTROL
TCP: TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL
SU- MIMO: MIMO MONOUSUARIO
CC: COMPONENT CARRIER
SDMA: SPACE DIVISION MULTIPLE ACCESS
CSI: CHANNEL STATE INFORMATION
CS / CB: PROGRAMACIÓN COORDINADA/FORMACIÓN DE HAZ
JP: PROCESAMIENTO CONJUNTO
TA: AVANCE DE TEMPORIZACION
NR: NODO RELAY
E2E : EXTREMO A EXTREMO
NLOS: NON-LINE-OF-SIGHT
P á g i n a | 1
1. MARCO REFERENCIAL
1.1TITULO DE TEMA
ESTUDIO SOBRE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA:
LTE – AVANZADA EN BOLIVIA
1.2 ANTECEDENTES
La penetración de la telefonía móvil se acerca casi al 100% en varios
mercados del mundo. Este crecimiento explosivo en el número de
usuarios de telefonía móvil, unido al estado tecnológico actual hace
pensar en una fuerte demanda de aplicaciones móviles de banda
ancha, tales como; la navegación por Internet de alta velocidad, el
envío y recepción de e-mail; la televisión en el móvil; la descarga
rápida de contenidos multimedia o los juegos interactivos.
Satisfacer dicha demanda, consiguiendo que los servicios resulten
atractivos para el usuario al mismo tiempo que los operadores
puedan reducir principalmente los gastos de operación, requiere
continuar avanzando en el desarrollo de las redes móviles actuales.
Es así como se ha llegado a una constante evolución de la banda
ancha móvil, y en el camino hacia ella se han desplegado tecnologías
como GSM, GPRS, EDGE, WCDMA (UMTS),
HSUPA, HSDPA, LTE y actualmente se espera LTE - AVANZADA, en
lo que respecta a las tecnologías 3GPP. La evolución a largo plazo
(Long Term Evolution- Avanzada) de E-UTRA (Evolved Universal
Terrestrial Radio Access) es una tecnología que además de soportar
P á g i n a | 2
los servicios de voz, soporta el acceso de radio de paquetes
optimizados con alta velocidad de datos y baja latencia.
Según los requerimientos de la IMT–Avanzada (International Mobile
Telecommunications-Advanced) LTE – AVANZADA y WI MAX2 son
las dos tecnologías de telecomunicaciones consideradas de Cuarta
generación de Telefonía Móvil.
1.2.1 ANTECEDENTES EN BOLIVIA
La penetración de telefonía móvil en Bolivia es próxima al 79% en
el área urbana, aun que se registró un incremento significativo en
relación a años anteriores, la penetración es la más baja de la
región.
Actualmente en Bolivia Existen tres operadores de telefonía
movil.ENTEL S.A, TIGO (TELECEL) y VIVA (NUEVATEL). Existe
un operador de Santa Cruz de la Sierra que es COTAS que
actualmente trabaja sobre la plataforma de la empresa
NUEVATEL. Los cuales están en constante competencia por
captar más usuarios.
Los datos de la ATT revelan que la empresa líder en telefonía
móvil es ENTEL que controla el 43,1% del mercado, escoltada por
Tigo que maneja el 31,3 por ciento del mercado.
En tercer lugar queda NUEVATEL con el 25 por ciento.
P á g i n a | 3
ENTEL .S.A el servicio de telefonía móvil de Entel fue lanzado el 8
de noviembre de 1996, ante la necesidad de desarrollar y hacer
más accesible una de las áreas más importantes de las
comunicaciones en Bolivia, hasta entonces había un solo operador
de telefonía celular. Al cabo de tan solo un mes del ingreso al
mercado, Entel Móvil comenzó a ocupar el primer lugar en la
preferencia de los bolivianos hasta alcanzar, a fines del 98
alrededor de 120.000 abonados.
El empleo de tecnología digital le permitió a Entel Móvil obtener
ventajas adicionales sobre la analógica utilizada por la
competencia: mejor comportamiento frente a ruidos e
interferencias externas, mayor posibilidad de servicios de valor
agregado, mejor calidad de voz y mayor duración de las baterías,
entre otras.
Entel Móvil presenta una oferta global de planes y pre-pago, fruto
de un gran esfuerzo en Investigación y desarrollo del mercado,
según las necesidades del país y de sus clientes.
ENTEL brinda el servicio de telefonía móvil utilizando las bandas
de 800 MHz (celular TDMA), 850 MHz y/o 1900 MHz (PCS GSM) y
que usa estaciones distribuidas en una configuración de celdas,
utilizando redes de transmisión y centrales de conmutación
propias. También otorga servicios sobre redes GPRS/EDGE en
áreas cubiertas por la telefonía celular GSM (Global System for
Mobile Communication) con acceso a GPRS (General Packet
Radio Service). EDGE fue desarrollada para permitir la
transmisión de largas cantidades de datos a grandes velocidades,
384 Kbps EDGE utiliza la misma estructura que TDMA (Time
Division Multiple Access), el mismo canal lógico y 200kHz para el
ancho de banda que utilizan las actuales redes de GSM.
P á g i n a | 4
TIGO Bolivia fue lanzado en el año 2005, como parte de
integración de la marca nacional Telecel Bolivia con las
internacionales. Siendo el segundo operador de telefonía móvil en
el país. Tigo en Bolivia otorga servicios sobre redes AMPS/TDMA
y GSM/GPRS, ambas en 850 MHz para telefonía móvil; así
como internet WiMAX. Tigo fue la primera compañía en Bolivia en
proveer la tecnología 3.5G para teléfonos móviles.
NUEVATEL opera con marca Viva y es propiedad mayoritaria del
holding móvil estadounidense Trilogy International. Es uno de los
tres operadores de telefonía móvil de Bolivia y utiliza tecnología
GSM1900, utiliza la banda de frecuencias de 1.8GHz a 2.1 GHz
(1,800 MHz a 2,100 MHz). En el segundo semestre de 2002
NuevaTel lanzó servicios de larga distancia y suscribió un acuerdo
de MVNO para arrendar espectro a las cooperativas de línea fija
Cotel y Cotas. NuevaTel fue fundada en 1999.
1.3 PROBLEMÁTICA Y DEFINICIÓN
La constante evolución en las tecnologías de telecomunicaciones,
obliga a las empresas hacer nuevas inversiones en tecnologías que
soporten los nuevos servicios de valor agregado, a demás de los
tradicionales servicios de telefonía y transferencia de datos. La
“nueva” tendencia para las tecnologías es optimizar los procesos que
permitan la transmisión de datos a altas velocidades y minimicen las
tasas de latencia.
P á g i n a | 5
Es por eso que con la evolución de estas tecnologías ahora nos
encontramos en un constante desarrollo, en la cual los países y
también empresas de estos entran en una carrera por obtener más y
mejores tecnologías que les permita competir en el mercado. Esto
viene de la mano con nuevos equipos que permitan brindar el servicio
con la utilización de mucho menos recursos de los que se solía
utilizar, por lo tanto es una evolución necesaria tanto para los
usuarios como para las mismas empresas que minimizan costos de
operación y brindan más y mejores servicios.
Actualmente en el territorio del Estado Plurinacional de Bolivia, no se
cuenta con un verdadero servicio de cuarta generación de telefonía
móvil, si bien ENTEL está implementando la tecnología LTE para sus
servicios de acceso a internet móvil, aún utiliza GPRS/EDGE para
tecnología de telefonía móvil. La tecnología LTE se encuentra en
proceso de prueba.
LTE no alcanza los requerimientos necesarios de la IMT – Avanzada
definidas por la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones)
para ser considerada una tecnología de cuarta generación, como ser,
por ejemplo picos de tasas de transferencia mayores a 1Gb/s. Por lo
cual es denominada tecnología 3.9G. A razón de esto se desarrolla lo
que es la tecnología LTE – AVANZADA.
Se ve por necesario la implementación real de tecnologías
verdaderas de cuarta generación, por lo cual se desarrolla el presente
trabajo de grado, el cual abarca el estudio de una posible
implementación de la tecnología LTE – AVANZADA, con la
descripción de sus criterios generales, descripción de ventajas de los
equipos a ser utilizados. Y la ingeniería necesaria para una
P á g i n a | 6
implementación y recomendaciones para la instalación de esta en
territorio nacional.
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 OBJETIVO GENERAL
Estudio de una propuesta de implementación de tecnología de
cuarta generación LTE – AVANZADA para territorio del estado
Plurinacional de Bolivia.
1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Identificar las principales características de la tecnología LTE –
AVANZADA.
Presentar recomendaciones ITU e IMT-A. para la
implementación de una red 4G.
Identificar el impacto que tendrá la implementación de redes de
cuarta generación en el territorio nacional.
Análisis de factibilidad de la implementación de tecnología
LTE - AVANZADA.
P á g i n a | 7
1.5 JUSTIFICACIÓN
1.5.1 JUSTIFICACIÓN TECNICA
El presente proyecto de grado tiene la finalidad de alentar un
pronto desarrollo de tecnologías 4G, que en la actualidad no se
cuenta con una real en el país.
Ya que se está implementando tecnología LTE en el país, esto
puede fomentar a la posible implementación de la tecnología
LTE – AVANZADA en un futuro.
La implantación de la cuarta generación (4G), por su parte tendrá
lugar más allá de la próxima década, es un tiempo en el cual se
desarrollará la tecnología al máximo y se corregirán posibles
errores, entonces se podría decir que es un tiempo prudente de
espera en el cual podremos preparar las transiciones de
tecnología.
En cuanto a beneficios se trata, el mayor beneficio técnico será
que los usuarios puedan sacar el mayor provecho a aplicaciones
multimedia todavía más ricas de las que se posee hoy en día por
ejemplo la interacción en tiempo real con videoconferencias , la
alta calidad de video, etc. gracias a su gran ancho de banda y su
baja latencia. Es una tecnología que tendrá gran flexibilidad de
interactuar con tecnologías anteriores.
LTE – Avanzado tendrá muchas ventajas en cuanto a transición
de celdas, en las cuales los efectos de los límites de celdas e
P á g i n a | 8
interferencias pueden ser muy bien aprovechados para mejorar la
calidad de servicio.
1.5.2 JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA
Las compañías de telefonía móvil están siempre en busca de
nuevas ofertas o nuevas tecnologías que les permita captar mayor
cantidad de usuarios, por lo cual la implementación de una red
real de 4G en el país sería un interesante atractivo para el usuario.
La tecnología propuesta en el trabajo de grado si bien significa
una inversión significativa para cualquier operador, el beneficio
sería mayor a un tiempo moderado ya que la relación costo –
beneficio es directamente proporcional, a mayor cantidad de
usuarios mayor es el rédito para la empresa.
Es cierto que se necesitan mucho menos recursos de hardware,
con lo cual se podrá dar un mejor servicio con menos equipos de
los que se utiliza actualmente.
1.5.3 JUSTIFICACIÓN SOCIAL
El beneficio es tanto Social como empresarial, la sociedad tiene un
mejor servicio, con un sistema más robusto que cuenta con
mejores servicios de valor agregado, haciendo más agradable y
cómodo el servicio para el usuario.
Beneficio empresarial, por la captación de nuevos clientes reditúa
una ingreso importante para la empresa
P á g i n a | 9
1.5.4 JUSTIFICACIÓN ACADÉMICA
En cuanto al aspecto académico el presente proyecto de grado
beneficiará a profesores y futuras promociones de alumnos de la
carrera a conocer más a fondo la tecnología propuesta, con un
trabajo serio, de calidad y fiable.
1.6 LÍMITES
1.6.1 LÍMITE GEOGRÁFICO
La Investigación se limita a la posible implementación de la
tecnología dentro del territorio del Estado Plurinacional de
Bolivia.
1.6.2 LÍMITE EMPRESARIAL
Ya que el proyecto no define alguna entidad o empresa de
telefonía móvil, de ser necesario se tomarán los
parámetros técnicos designados para la empresa ENTEL
S.A – Bolivia
1.6.3 LÍMITE TEMPORAL
La investigación tendrá una duración de cinco meses.
Desde Febrero hasta junio de 2013
P á g i n a | 10
1.6.4 LÍMITE ECONÓMICO
Ya que es una tecnología nueva, es posible que exista
poca información en cuanto a costo de equipos y esto
podría afectar a la cifra final de implementación del
proyecto.
1.6.5 LÍMITE TÉCNICOS
La presente investigación es netamente teórica y la misma
se ha basado en literatura relacionada con la materia y con
trabajos anteriores relacionados con temas de 4G en
sistemas móviles.
Actualmente en Bolivia Entel está utilizando el sistema LTE
para sus comunicaciones de internet de banda ancha
inalámbrico y se realizan pruebas para la implementación
en el servicio Móvil.
P á g i n a | 11
1.7 ALCANCES
1.7.1 ALCANCE TEMPORAL
La validez de LTE – Avanzada tiene una vigencia de
alrededor de cinco años a partir de su implementación, ya
que por el constante avance de la tecnología será necesaria
la evaluación de la implementación de una nueva.
1.7.2 ALCANCE SOCIAL
Con la implementación de la tecnología propuesta el
beneficio social puede ser muy significativo, en cuanto a la
creación fuentes laborales, directas e indirectas.
La implementación de la tecnología LTE – Avanzada
contribuirá al derecho de comunicación, los niveles de
penetración de comunicación móvil se elevarán, lo cual
significa desarrollo del país.
1.7.3 ALCANCES TÉCNICOS
El presente proyecto dará a conocer tecnologías, equipos,
parámetros y recomendaciones, en la cual se hará una
recopilación metódica de datos y de fundamentos teóricos
para una posible implementación de LTE – Avanzada. Se
analizará un estudio de factibilidad y estudio de costos.
P á g i n a | 12
2 MARCO TEÓRICO
2.2 LTE TECNOLOGIA PREDECESORA A LTE - AVANZADA
Para el año 2010 las redes UMTS llegan al 85% de los abonados de
móviles. Es por eso que LTE 3GPP quiere garantizar la ventaja
competitiva sobre otras tecnologías móviles. De esta manera, se
diseñó un sistema capaz de mejorar significativamente la experiencia
del usuario con total movilidad, que utilice el protocolo de Internet (IP)
para realizar cualquier tipo de tráfico de datos de extremo a extremo
con una buena calidad de servicio (QoS) y, de igual forma el tráfico
de voz, apoyado en Voz sobre IP (VoIP) que permite una mejor
integración con otros servicios multimedia. LTE soporta diferentes
tipos de servicios incluyendo la navegación web, FTP, vídeo
streaming, Voz sobre IP, juegos en línea, vídeo en tiempo real, pulsar
para hablar (push-to-talk) y pulsar para ver (push-to-view).
Las características técnicas que LTE ofrece son:
Alta eficiencia espectral
o OFDM de enlace descendente robusto frente a las
múltiples interferencias y de alta afinidad a las técnicas
avanzadas como la programación de dominio frecuencia
del canal dependiente y MIMO.
o DFTS-OFDM (single-Carrier FDMA) al enlace
ascendente, bajo PAPR, ortogonalidad de usuario en el
dominio de la frecuencia.
o Multi-antena de aplicación.
Muy baja latencia con valores de 100 ms para el Control-
Plane y 10 ms para el User-Plane.
P á g i n a | 13
Separación del plano de usuario y el plano de control
mediante interfaces abiertas.
Ancho de banda adaptativo: 1.4, 3, 5, 10, 15 y 20 MHz
Puede trabajar en muchas bandas de frecuencias
diferentes.
Arquitectura simple de protocolo.
Compatibilidad con otras tecnologías de 3GPP.
Interfuncionamiento con otros sistemas como CDMA2000.
Red de frecuencia única OFDM.
Velocidades de pico:
o Bajada: 326,5 Mbps para 4x4 antenas, 172,8 Mbps para
2x2 antenas.
o Subida: 86,4 Mbps
Óptimo para desplazamientos hasta 15 km/h. Compatible
hasta 500 km/h
Más de 200 usuarios por celda. Celda de 5 MHz
Celdas de 100 a 500 km con pequeñas degradaciones cada
30 km. Tamaño óptimo de las celdas 5 km.
El Handover entre tecnologías 2G (GSM - GPRS - EDGE),
3G (UMTS - W-CDMA - HSPA) y LTE son transparentes.
LTE nada más soporta hard-handover.
La 2G y 3G están basadas en técnicas de Conmutación de
Circuito (CS) para la voz mientras que LTE propone la
técnica de Conmutación IP (PS) al igual que 3G
(excluyendo las comunicaciones de voz).
Las operadoras UMTS pueden usar más espectro, hasta 20
MHz
P á g i n a | 14
Mejora y flexibilidad del uso del espectro (FDD y TDD)
haciendo una gestión más eficiente del mismo, lo que
incluiría servicios unicast y broadcast. Reducción en TCO
(coste de análisis e implementación) y alta fidelidad para
redes de Banda Ancha Móvil.
Principales parámetros LTE versión 8
Tipo de acceso Subida DFTS-OFDM
Bajada OFDMA
Ancho de banda 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz
Mínimo TTI 1 ms
Espacio de la subportadora 15kHz
Prefijo de longitud cíclica Corto 4,7μs
Largo 16,7μs
Modulación QPSK, 16QAM, 64QAM
Multiplicación espacial Una sola capa para subida para UE
Hasta 4 capas para bajada para UE
MU-MIMO soportado para subida y bajada
Tabla 1 parámetros LTE versión 8
FUENTE: “LTE DESIGNS”
P á g i n a | 15
2.1.1 Arquitectura
La interfaz y la arquitectura de radio del sistema LTE es
completamente nueva. Estas actualizaciones fueron llamadas
Envolved UTRAN (E-UTRAN). Un importante logro de E-UTRAN
ha sido la reducción del costo y la complejidad de los equipos,
esto es gracias a que se ha eliminado el nodo de control (conocido
en UMTS como RNC). Por tanto, las funciones de control de
recursos de radio, control de calidad de servicio y movilidad han
sido integradas al nuevo Node B, llamado envolved Node B. Todos
los eNB se conectan a través de una red IP y se pueden
comunicar unos a otros usando el protocolo de señalización SS7
sobre IP. Los esquemas de modulación empleados son QPSK,16-
QAM y 64-QAM. La arquitectura del nuevo protocolo de red se
conoce como SAE donde eNode gestiona los recursos de red.
2.1.2 Barreras
Una de las barreras mas grandes es la disponibilidad de espectro
pues para alcanzar las velocidades prometidas se requiere 20
MHz para el ancho de la portadora y muchos de los operadores no
cuentan con el espectro necesario. Aunque se está abriendo
nuevo espectro en la banda de 2.6 GHz en Europa y 700 MHz en
Estados Unidos, america y parte de Europa, esto no es suficiente
para alcanzar las demandas de LTE.
P á g i n a | 16
2.1.3 LTE y Sus desafíos:
Voz sobre LTE: una de las ventajas que LTE promociona es la
Evolución del Core de Paquetes (EPC), que es un auténtica red
"All-IP" y por lo tanto debe llevar a todos los tipos de tráfico: voz,
video y datos. Pero, la mayoría de los trabajos de normalización se
ha centrado en los aspectos de datos de LTE y la voz se ha
descuidado un poco. Es evidente que los beneficios en
OPEX/CAPEX de un core convergente EPC solo pueden ser
logrados cuando todos los tipos de tráfico se realizan sobre un
núcleo único y unificado. El problema de la normalización de la voz
sobre LTE se complica más aún cuando se mezcla LTE con
diferentes tipos de redes tradicionales incluyendo GSM, HSPA,
CDMA2000, WiMAX y Wi-Fi.
2.1.4 Soluciones
Circuit Switch Fallback CS FallBack: ésta es una opción
atractiva que permite a los operadores aprovechar sus redes GSM
/ UMTS / HSPA legadas para la transmisión de voz. Con CSFB,
mientras se hace o recibe una llamada de voz, el terminal UE
suspende la conexión de datos con la red LTE - Avanzada y
establece la conexión de voz a través de la red legada. CSFB
completamente descarga el tráfico de voz a las redes 2G/3G, que
por supuesto obliga a los operadores para mantener sus redes
básicas de CS. CS FallBack es una opción atractiva a corto y
medio plazo, ya que permite a los operadores optimizar aún más
su infraestructura existente, pero en el largo plazo, otras opciones
P á g i n a | 17
serán más atractivas para cosechar plenamente los beneficios de
la convergencia de EPC.
2.2 LTE TECNOLOGÍA 3.9 G
Las redes 4G están optimizadas para un mundo en que las
comunicaciones son casi todas sobre IP, nos permiten descargas
mucho más rápidas y también aprovechan extremadamente bien
el espectro radioeléctrico.
LTE puede alcanzar velocidades máximas 326 Mbps con 4×4
antenas y un ancho de banda de 20MHz. Por tanto, no cumple los
requisitos de la ITU. LTE no se considera un estándar 4G. Se dice
que LTE es 3,9G o “casi-4G”.
A día de hoy, las únicas dos tecnologías aprobadas por
la ITU como estándar 4G son LTE-Avanzada y WiMAX 2, el
primero está siendo desarrollado por la 3GPP y el otro
(oficialmente IEEE 802.16m) por el IEEE. Son los sucesores
de LTE y WiMAX.
2.3 CARACTERÍSTICAS IMT- AVANZADA (4G)
En 2008, la ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones)
estableció los requisitos para la cuarta generación de estándares
de telecomunicaciones móviles: los sistemas IMT-Avanzada o
P á g i n a | 18
simplemente 4G. Los principales requisitos para un estándar
4G son:
Estar basado en una red totalmente IP conmutada por
paquetes
Proveer tasas de datos máximas de hasta aproximadamente
100 Mbps para alta movilidad, como en el acceso móvil, y
hasta aproximadamente 1 Gbps para baja movilidad. Y en
Uplink hasta 500 Mbps
Compartir dinámicamente y utilizar los recursos de red para dar
soporte a más usuarios simultáneos por celda
Ancho de banda de canal escalable 5–20 MHz, opcionalmente
hasta 40 MHz
Eficiencia espectral máxima: Downlink - 30 bps/Hz; Uplink –
15bps/Hz
Eficiencia espectral del sistema de hasta 3 bit/s/Hz/celda en el
enlace descendente y 2.25 bit/s/Hz/celda para uso en interiores
Retardo: Conexión en menos de 50 ms y para transmisión de
paquetes individuales 5 ms.
Traspasos suaves entre redes heterogéneas
Capacidad de ofrecer alta calidad de servicio para soporte
multimedia de próxima generación
Compatibilidad para operar con redes de 3G o menores.
P á g i n a | 19
Figura 1. Evolución y Características de Tecnologías Móviles
FUENTE: “XATACA”
2.4 HISTORIA DE DESARROLLO DE LTE- AVANZADA
Ya con un standard definido para redes 4G, se desarrolla la
tecnología LTE – AVANZADA, esta tecnología es desarrollada por
3GPP, a causa del avance tecnológico en las redes celulares y en
los propios equipos terminales, que exigen este tipo de
tecnologías para explotar todo su potencial.
En febrero de 2007 en una información dada a la prensa, la NTT
detalló información acerca de experimentos realizados, en los
cuales fueron capaces de enviar información a velocidades
aproximada s a los 5Gbps en downlink, con un ancho de banda a
100 MHz a un terminal que se movía a 10km/h, el experimento
utilizó varias tecnologías para conseguir este resultado incluyendo
factores variables de difusión en OFDM y MIMO. Estos detalles
fueron conocidos por 3GPP para que los tomaran en cuenta.
En 2008 3GPP colaboró con 2 talleres de IMT Advanced, con los
cuales se establecieron los requerimientos de E-UTRA y el
resultado de estos talleres hiso que la UIT considere a LTE –
Avanzada como opción 4G.
P á g i n a | 20
El desarrollo de LTE – Avanzada puede ser considerada una
evolución de 3G, las cuales fueron desarrolladas usando
tecnologías UMTS / W-CDMA
Tabla 2. Características Técnicas de Tecnologías Móviles
FUENTE:”NEXT BIG FUTURE”
2.5 TECNOLOGÍAS UTILIZADAS POR LTE – AVANZADA
Existen tecnologías base para alcanzar el máximo rendimiento del
sistema LTE – AVANZADO como ser: MIMO y OFDM, juntamente
con estas existen varias técnicas y tecnologías que serán
empleadas.
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
constituye la base de la portadora de radio juntamente con SC –
FDMA (Single Channel Orthogonal Frequency Division Multiple
Access), los cuales serán utilizados en formato hibrido. Aun que la
principal metodología de acceso será OFDM.
P á g i n a | 21
MIMO (Multiple Input Multiple Output) permite alcanzar
velocidades más altas de las que te permitiría normalmente la
portadora de radio base. El uso de MIMO hará que se utilicen
antenas adicionales para permitir rutas de acceso alternas. Más
allá del incremento de antenas, es probable que las técnicas como
la formación del haz de la antena puedan ser enfocadas en zonas
donde sean necesarias.
Con velocidades de datos muy por encima de lo que se disponía
anteriormente, será necesario garantizar que la red también se
actualice para satisfacer las necesidades que son cada vez
mayores, por lo tanto será necesario mejorar la arquitectura del
sistema.
2.6 AGREGACIÓN DE PORTADOR (A.P)
LTE Avanzada ofrece tasas de velocidades considerablemente
mayores a los que ofrece LTE. Incluso con el uso eficiente del
espectro de RF, no es suficiente para alcanzar las velocidades
requeridas para IMT – ADVANCED.
Para lograr alcanzar altas velocidades es necesario incrementar
anchos de banda de transmisión, para lo cual se proponen los
siguientes métodos:
P á g i n a | 22
El método propuesto es la agregación de portador (AP) o a veces
la agregación de canal. Con el método de agregación de canal, es
posible elevar el ancho de banda de transmisión ya que es posible
el uso de más de una portadora.
Para el uso de estos métodos, los canales y portadoras deben
estar adyacentes entre sí o en su defecto en diferentes bandas de
frecuencias.
La disponibilidad de espectro es clave en las redes 4G. En
muchos países del mundo hay disponibilidad de pequeños rangos
de frecuencia que son más o menos de 10 MHz En estos casos es
necesaria la agregación de portadora.
La Agregación de canal es soportado por los formatos FDD
(Frequency Division Duplex) y TDD (time-division duplexing).
2.7 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE AGREGACIÓN DE
PORTADOR
Las cifras de rendimiento en downlink es de 1Gbps para LTE –
AVANZADO. Incluso con las mejoras en la eficiencia espectral no
es posible proporcionar el rendimiento requerido especificado en el
rango máximo de canales de 20 MHz La única manera para lograr
las altas tasas de datos es aumentar el ancho de banda. IMT
Advanced establece el límite de hasta 100 MHz, pero con una
expectativa mínima de 40MHz. En el futuro es posible que el límite
de 100MHz pueda ser extendido.
P á g i n a | 23
2.8 ASPECTOS DE AGREGACION DE PORTADOR Y RADIO
FRECUENCIAS
Las normas actuales permiten hasta cinco portadoras de 20 MHz
a ser agregados, aunque en la práctica dos o tres es probable que
sea el límite práctico. Estos portadores agregados pueden
transmitir en paralelo hacia o desde el mismo terminal, lo que
permite tener un rendimiento mucho mayor.
Existen varias formas en las que las portadoras pueden ser
agregadas:
2.8.1 INTRA – BANDA
Esta forma de agregación de portador utiliza una misma banda el
cual se divide en dos tipos:
2.8.1.1 INTRA – BANDA CONTIGUA
Teóricamente es la forma más fácil de implementación
para agregación de portadora, los requisitos de rendimiento
son los mismos para la estación base, el consumo de
energía y los costos son considerablemente menores. Con
este método es necesario el uso de un solo transceptor, aun
que hay que cerciorarse que el equipo a ser utilizado no
reduzca su rendimiento al aumentar el ancho de banda.
Para la mayoría de los operadores la agregación intra –
banda contigua es poco realista ya que la mayoría no tienen
asignado un ancho de banda mayor a 20MHz, sin
P á g i n a | 24
embargo esto será posible cuando nuevos espectros de
radio frecuencia como el de 3.5GHz se ponga en operación.
Figura 2. Agregación de portador intra – banda contigua
FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”
2.8.1.2 INTRA – BANDA NO CONTIGUA
La agregación de portador intra – banda no contigua es
más complicada de implementar que el caso de intra –
banda contigua ya que la señal multi portadora no puede
ser tratada como una sola señal y por lo tanto se requieren
dos transceptores para su funcionamiento. Los
componentes de la portadora están separados dentro de
una única banda de frecuencias. Este escenario puede ser
aplicado si varios operadores comparten una red o si la
banda de frecuencias atribuida al operador está
fragmentada.
Figura 3. Agregación de portador intra – banda no contigua
FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”
P á g i n a | 25
2.8.2 INTER – BANDA NO CONTIGUA
Esta forma de agregación de portador utiliza diferentes bandas en
las cuales el ancho de banda alcanza a los 10 MHz, para este
caso también es necesario el uso de múltiples transceptores para
el enlace ascendente. Este es el escenario más realista porque a
menudo la asignación de banda de frecuencias para los
operadores es disperso en el enlace descendente.
Figura 4. Agregación de portador inter – banda no contigua
FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”
2.9 ANCHOS DE BANDA Y CLASES PARA AGREGACIÓN DE
PORTADORA
Existen 6 tipos de clases, algunas ya están definidas y otras se
encuentran en estudio.
Tabla 3. Definición de clases y anchos de banda para agregación de portadora
FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”
Las clases D, E y F están en fase de estudio.
P á g i n a | 26
2.10 PROGRAMACIÓN DE PORTADOR CRUZADO (CROSS CARRIER
SCHEDULING)
Cuando se utiliza agregación de portador, es necesario hacer la
programación de portador cruzado, en los cuales a través de los
portadores se informa a la terminal acerca de las tasas de DCI
para los diferentes componentes de la portadora, esta información
puede ser implícita o explícita, esto depende de donde se haga la
programación.
Cuando ninguna programación de portador es dispuesto, la
programación de Downlink este se transmite a través del portador
base predeterminado.
Para el caso del Uplink se crea una asociación entre el portador de
downlink y el portador uplink, de forma que el enlace de downlik
pueda subvencionar al uplink.
Cuando la programación de portador cruzado es utilizado, el
PDSCH en el downlink o el PUSCH en el uplink es transmitido en
un componente asociado del portador. Tanto como el PDSCH y el
PUSCH no pueden ser transmitidos por el PDCCH por que este
posee información de indicadores del portador para ambos.
Es necesario indicar a que componente del portador y a cuál
subvenciona, a causa de esto los componentes del portador se
numeran. El componente primario se lo numera como cero”0”, y
todos los componentes de portador secundarios son asignados
con un número único, esto significa que los quipos terminales, las
estaciones bases, eNodeB tendrán distintas numeraciones dentro
del portador.
P á g i n a | 27
Figura 5. Intrabanda – contigua de dos componentes de portador de Uplink
FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”
2.11 MULTIPUNTO COORDINADO (CoMP)
Multipunto Coordinado es una de las características desarrolladas
para LTE – Avanzada, y muchas de sus aplicaciones aun siguen
en desarrollo.
El multipunto coordinado es principalmente el uso de varias
técnicas que hacen posible la transmisión coordinada entre Tx y
Rx sobre diferentes estaciones bases. El objetivo es mejorar la
calidad del servicio para el usuario y también la mejora de la
utilización de la red.
El multipunto coordinado en LTE Avanzado convierte la
interferencia entre celdas (IEC), en una señal útil especialmente
en los bordes de las celdas, donde el rendimiento comúnmente es
bajo.
P á g i n a | 28
Aun que el Multipunto coordinado es una mezcla de técnicas muy
complejas tiene muchas ventajas tanto para el operador como
para el usuario, a continuación se nombran las ventajas:
Hace mejor uso de la red: Provee conexiones
simultáneas a diferentes radio bases, en los cuales datos
pueden ser pasados a través de la radio base menos
saturada.
Proporciona un rendimiento mayor en recepción: Hace el
uso de varias celdas para su conexión, esto significa una
mejora en la recepción y el número de llamadas
rechazadas debe reducir significativamente.
Recepción múltiple aumenta la potencia de recepción: La
recepción conjunta de múltiples estaciones base permiten
aumentar la potencia de recepción por el teléfono.
Reducción de interferencia: Mediante el uso de técnicas
especializadas combinadas es posible utilizar la
interferencia constructiva en lugar de destructiva,
reduciendo así los niveles de interferencia.
2.12 ASPECTOS BÁSICOS DE LTE AVANZADO MULTIPUNTO
COORDINADO
La transmisión y recepción multipunto coordinado es un conjunto
de técnicas que hacen posible la transmisión y recepción mediante
el uso de diferentes eNBs separadas geográficamente, su
propósito es mejorar el rendimiento del sistema, utilizar los
P á g i n a | 29
recursos de red mas efectivamente y mejorar la calidad de servicio
para el usuario.
Uno de los parámetros claves para LTE Avanzada es alcanzar los
requerimientos de velocidad especificados, estas velocidades son
relativamente fáciles de mantener constantes mientras se esté
cerca de la radio base, pero mientras la distancia crece ahí
aparece el problema de mantener las velocidades.
Los límites de celdas son los puntos más críticos, no solo por que
se encuentra en el límite más lejano de la celda por lo tanto en el
punto más lejano de la radio base, si no por la interferencia
causadas de las radio bases vecinas.
Multipunto coordinado requiere una coordinación muy precisa
entre las radio bases cercanas al terminal. Estas dinámicamente
coordinan para proporcionar una planificación para unir las
señales de transmisión como las de recepción. En este sentido en
los límites de celda un equipo terminal sería capaz de recibir la
señal de dos o más radio bases y esto hace que mejore el
rendimiento.
Figura 6.Concepto Multipunto Coordinado para LTE Avanzado
FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”
P á g i n a | 30
Multipunto coordinado se ramifica en dos modelos:
Proceso de unión: Ocurre cuando existe la coordinación
entre las estaciones bases de diferentes empresas que
transmiten y reciben simultáneamente de los equipos
terminales.
Planificación coordinada: la planificación coordinada o
también conocida como formación de haz coordinada es
una forma de coordinación donde el equipo terminal
transmite y recibe señales de una sola estación base, sin
embargo, la comunicación se realiza con un intercambio de
control de varias empresas.
Para poner en funcionamiento cualquiera de estos dos modelos,
se requiere una retroalimentación en el canal de manera rápida
para que los cambios se puedan hacer. Y el otro requisito es que
exista una coordinación muy precisa entre los eNB para facilitar el
intercambio de datos o el cambio de celdas.
Las técnicas utilizadas para el coordinado multipunto, son muy
diferentes para el enlace ascendente y el enlace descendente.
Esto resulta del hecho de que los eNBs está en una red,
conectado a otros eNBs, mientras que los teléfonos móviles o los
equipos terminales son elementos individuales.
P á g i n a | 31
2.13 DOWNLINK CoMP:
El enlace descendente LTE CoMP requiere coordinación dinámica
entre varios eNBs geográficamente separados que transmiten al
equipo terminal. Los dos formatos de multipunto coordinado se
puede aplicar para el enlace descendente:
Proceso de unión para transmisión en Downlink: El uso de
este elemento de LTE CoMP, los datos se transmiten al equipo
terminal desde diferentes eNBs, con el objetivo de mejorar la
calidad de señal y la potencia. También tiene el objetivo de
eliminar la interferencia en las transmisiones que están
destinadas a otros equipos móviles.
Este modelo de multipunto coordinado supone una elevada
demanda de la red debido a que los datos a transmitir a los
equipos terminales tiene que ser enviado a cada eNB lo
transmite.
Planificación coordinada para downlink: Al usar este
modelo un solo eNB transmite los datos al equipo terminal. Las
decisiones de planificación así como cualquier haz son
coordinadas para eliminar la interferencia.
La ventajas para este modelo son que se reducen las
exigencias para coordinación a través de la red como ser que
no se requiere la transmisión múltiple entre eNB. Solo se
necesita la coordinación entre múltiples eNB para la
planificación de haz.
P á g i n a | 32
2.14 UPLINK CoMP:
Proceso de unión para transmisión en Uplink: El concepto
básico detrás de este formato es utilizar antenas en diferentes
sitios y mediante la coordinación entre eNBs es posible formar
un array de antenas virtual. Las señales recibidas por los eNbs
se combinan y se procesan para formar una señal de salida
final. Esta técnica permite que las señales que tienen bajas
potencias o que están con interferencia mejoren en calidad.
La principal desventaja de este modelo es que es necesaria
grandes cantidades de datos para su funcionamiento.
Planificación coordinada para Uplink: Este formato funciona
mediante la coordinación de decisiones de planificación entre
los eNB para minimizar su interferencia.
Este formato proporciona una carga mucho más reducida en la
red porque solo los datos de planificación tienen que ser
transferidos entre los eNBs.
2.15 RETRANSMISIÓN (RELAY)
La retransmisión es una de las características que se proponen en
el sistema 4G LTE Avanzada. El objetivo de la retransmisión LTE
es mejorar la cobertura y la capacidad.
Uno de los factores principales para el uso de LTE Avanzado son
las altas tasas de datos que se pueden lograr. Sin embargo, todas
las tecnologías sufren de reducción de tasas de datos en el borde
de la celda donde los niveles de señal son más bajos y los niveles
de interferencia son típicamente más altos.
P á g i n a | 33
El uso de tecnologías como MIMO, OFDM y técnicas avanzadas
de corrección de errores mejora el rendimiento en muchas
condiciones, pero no mitigan completamente los problemas
experimentados en el borde de la celda.
Por este motivo se buscó soluciones alternativas para mejorar el
rendimiento en el borde de la celda a un costo relativamente bajo.
2.16 ASPECTOS BÁSICOS DE RELAY
El relay es básicamente una repetidora pero que tiene diferentes
características que una repetidora común, el relay difiere en que la
repetidora común se limita a retransmitir la señal, en cambio relay
al recibir la señal la demodula y la decodifica, aplica corrección de
errores para recién de nuevo retransmitir la señal. De esta manera
la calidad de señal mejora, en lugar de sufrir degradación que
normalmente se produciría al utilizar un repetidor común.
Los equipos terminales se comunican con el relay, y este a su vez
se conecta a un eNB donante.
El relay es una infraestructura fija sin una conexión de retorno por
cable, la cual transmite mensajes entre la estación base y el
equipo terminal a través de comunicación multisalto.
Existen muchas ventajas al utilizar relay:
Aumentan la densidad de red: los nodos relay se puede
implementar fácilmente en situaciones en las que el objetivo es
aumentar la capacidad de la red mediante el aumento del
número de eNBs para asegurar buenos niveles de señal. Los
P á g i n a | 34
nodos Relay de LTE son fáciles de instalar ya que no requieren
backhaul separado y son pequeñas lo que les permite ser
instalado en muchas áreas convenientes, por ejemplo, en las
farolas, en las paredes, etc.
Figura 7 Relay aumenta cobertura de red
FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”
Cobertura de red: Relay de LTE Avanzada se puede utilizar
como un método conveniente de llenado de pequeñas zonas
sin cobertura. Sin necesidad de instalar una estación base
completa, relay puede ser instalado rápidamente para que llene
la zona sin cobertura.
P á g i n a | 35
Figura 8 nodo relay - llenado de zona sin cobertura.
FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”
Los nodos relay pueden ser utilizados para aumentar la
cobertura de señal fuera de la zona principal, siempre y
cuando esta se encuentre en un lugar adecuado y reciba una
buena señal de la antena principal será capaz de mantener
buena comunicación y proporcionar la extensión de cobertura
requerida.
Figura 9 nodo relay - extensión de cobertura.
FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”
P á g i n a | 36
2.17 RELAYING FULL DUPLEX & HALF DUPLEX
Los nodos relay pueden operar en dos escenarios:
Half duplex: Un sistema half duplex proporciona
comunicaciones en ambas direcciones, pero no simultaneas,
las transimsiones deben ser multiplexadas en el tiempo (TDM).
Para esto se necesita que el nodo relay coordine con los
equipos terminarles para el enlace ascendente y el eNB para el
enlace descendente.
Full duplex: En los sistemas full duplex los sistemas son
capaces de transmitir y recibir información al mismo tiempo.
Para los nodos relay recibe la señal, la procesa y luego la
transmite sobre la misma frecuencia con un retardo mínimo.
Para lograr transmisiones en full duplex debe haber un buen
aislamiento entre las antenas de transmisión y recepción.
2.18 TIPOS DE NODOS RELAY
Existen unos cuantos tipos de nodos relay, pero antes de
nombrarlos es necesario tener los siguientes modos de operación.
Una de las características más importantes del nodo Relay es la
frecuencia de la portadora.
Inband: Un nodo relay se dice que es inband cuando el
enlace entre la estación base y el nodo relay están en la
misma frecuencia de portadora, es decir, la estación base –
nodo relay y el enlace estación base – equipo terminal
deben estar en la misma portadora.
P á g i n a | 37
Outband: En los nodos relay outband el enlace de estación
base – nodo relay opera en una frecuencia diferente al
enlace estación base – equipo terminal.
Existen dos tipos de nodos relay los cuales se describen a
continuación:
Nodo relay tipo 1: estos nodos controlan sus celdas con una
identidad propia, incluyendo la transmisión de sus propios
canales de sincronización y símbolos de referencia. Relay
tipo 1 provee half duplex con transmisiones inband.
Existen dos sub tipos de nodos relay tipo 1:
o Tipo1a: Estos nodos son del tipo outband, son nodos
que tienen las mismas propiedades que los nodos
básicos tipo 1, pero estos pueden transmitir y recibir
al mismo tiempo, es decir a full duplex.
o Tipo 1b: Estos nodos son del tipo inband, el cual
tienen el aislamiento suficiente entre las antenas
utilizadas en los enlaces estación base – nodo relay
y enlaces estación base – equipo terminal. Este
aislamiento se puede lograr por el espaciamiento y
directividad de las antenas, así como por técnicas
especializadas en procesamiento de señales, aun
que el impacto estará en el costo de la
implementación de estas.
Nodo relay tipo 2: Estos nodos no controlan sus celdas con
identidad propia como la antena principal, en este caso el
P á g i n a | 38
equipo terminal no es capaz de identificar si la señal
proviene del nodo relay o si viene del eNB principal. Relay
tipo 2 provee servicios full duplex con transmisiones inband.
Tabla 4 Resumen de clasificación de nodos Relay.
FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”
2.19 COMUNICACIÓN DISPOSITIVO A DISPOSITIVO (D2D)
Uno de los puntos que están siendo investigados y considerados
por LTE Avanzada es el concepto de comunicaciones dispositivo
a dispositivo (D2D).
D2D permitirá la conexión directa entre dispositivos usando el
espectro celular. Esto permite transferir grandes volúmenes de
datos en distancias cortas mediante una conexión directa, este
tipo de comunicación permitirá el envío de datos sin la necesidad
de que este pase por la red celular en sí, así evitamos problemas
de sobrecarga de la red.
P á g i n a | 39
2.20 CONCEPTOS DE COMUNICACIÓN DISPOSITIVO A
DISPOSITIVO
Hay una serie de beneficios que surgen de desarrollar D2D, el cual
beneficia a usuarios y operadores.
La provisión de servicios de alta velocidad de datos locales es
probable que surja a medida que el uso de servicios multimedia
se vuelve más común con el desarrollo de las computadoras
móviles como tablets, netbooks, y los últimos aumentos de
generación de teléfonos inteligentes.
La plataforma LTE tendría la ventaja sobre los demás, como Wi-Fi
y Bluetooth por que funcionan con protocolos que utilizan espectro
exento de licencia, y el rendimiento es probable que sea pobre,
especialmente cuando un gran número de usuarios están
presentes.
En cuanto al uso de D2D, existe la posibilidad del uso de cierto
espacio del espectro. Esto proporcionaría un entorno mucho más
eficaz para las comunicaciones de datos de alta velocidad que
podrían incluir descargas de vídeo, música, etc.
Figura 10 concepto D2D.
FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”
P á g i n a | 40
2.21 LTE AVANZADA - REDES HETEROGENEAS (HeTNet)
LTE redes heterogéneas, HetNet están convirtiendo rápidamente
en una realidad.
Dentro de LTE y LTE Avanzada, los operadores ven la necesidad
de aumentar de manera significativa la capacidad de datos y al
mismo tiempo reducir los costos como costos por tasas de bits.
Para lograr redes heterogéneas los operadores de LTE y LTE
Avanzada necesitan adoptar una serie de enfoques para satisfacer
las necesidades de una gran cantidad de escenarios que se
producen dentro de la red.
Los diferentes tipos de usuario tendrán la necesidad de utilizar la
red en diferentes lugares y para diferentes aplicaciones, por lo
que será necesario heredar muchos sistemas. Para crear redes
heterogéneas será necesario dar cabida a otras tecnologías de
telefonía móvil. Como ser HSPA, UMTS,EDGE y GPRS, y otras
tecnologías como WI – FI también tienen que tener cabida.
P á g i n a | 41
3 ANALISIS PRELIMINAR
3.2 PROPUESTA DE SOLUCIÓN (TECNOLOGÍA LTE – AVANZADA)
Como respuesta a la necesidad de tener tecnologías móviles más
robustas y se puede decir que la obsesión por tener comunicaciones
más rápidas, de mayor capacidad y de bajo retardo, surge la idea hasta
ahora revolucionaria de tecnología 4G.
Aún con parámetros teóricos algo “irreales” en el presente se hacen
investigaciones y pruebas con equipos que todavía no son
comercializados y que no están certificados por las normas
internacionales, se trabaja en frecuencias disponibles para fines de
investigación y con anchos de bandas de prueba, todo esto para alcanzar
límites nunca antes experimentados por la humanidad. El fin de estos
estudios es lanzar al mercado una tecnología que esté acorde con la
necesidad del hombre de tener servicios de comunicaciones estables,
rápidos y a menor costo.
Es por este motivo que se crea la tecnología LTE – Avanzada que es una
tecnología verdadera de cuarta generación. Como es previsible, todos los
países pretenden estar a la vanguardia en tecnología, y no es diferente
en el caso de Bolivia.
Como solución al problema se presenta proyecto se presenta una
tecnología que está diseñada para servir a los operadores de redes
móviles que buscan brindar servicios de datos de alta velocidad y con
una gran área de cobertura, probablemente a un costo relativamente bajo
de implementación y con mucho rédito para la empresa que esté
dispuesta a implementarlo.
La tecnología LTE - Avanzada, tiene un costo de instalación
relativamente bajo comparado con el precio de instalación de tecnologías
anteriores, además que la tecnología LTE- A. se obtiene mayor
P á g i n a | 42
cobertura que con tecnologías anteriores, además que por su
comportamiento celular acepta mayor cantidad de usuarios. Además que
sus sistemas inalámbricos están mejor equipados para acomodar el
crecimiento de la utilización de datos, video y voz.
El aporte del presente documento se enfoca en brindar parámetros
preliminares siguiendo las condiciones que dicta IMT – Avanzada, para
poner en pleno uso dicha tecnología.
Las soluciones a los problemas técnicos que hasta ahora se presentaban
con las tecnologías más antiguas pueden ser aprovechadas de una
manera que en vez de ser parte del problema, se conviertan en parte de
la solución.
En el presente proyecto ofrecemos una visión general de la arquitectura
de red que soporta las interfaces LTE - A. Luego, cubrimos los
conceptos y los desafíos de las características descritas en el marco
teórico con visión a una futura implementación en el país.
P á g i n a | 43
3.2 ESQUEMA
Figura 11 ARQUITECTURA LTE – AVANZADA E-UTRAN.
FUENTE:”ECE.GATECH”
3.2.1 EXPLICACIÓN DETALLADA
La Figura 11 nos muestran la arquitectura de E-UTRAN para LTE - A. La
parte central de la arquitectura E-UTRAN es el nodo enhanced Node B
(eNB), que proporciona la interfaz de conexión hacia el equipo del
usuario (UE). Cada uno de los eNBs es un componente lógico que sirve
a una o varias celdas E-UTRAN, y la interfaz de interconexión de los
eNBs se llama la interfaz X2. Adicionalmente, Home eNBs (HeNBs,
también llamadas femtoceldas), que son eNBs de menor costo para la
mejora de cobertura en interiores, se puede conectar a la Evolved Packet
Core (EPC) directamente o a través de una puerta de enlace que
proporciona apoyo adicional a un gran número de HeNBs.
P á g i n a | 44
Además, 3GPP está considerando nodos repetidores (RELAY) como
estrategias para la mejora de rendimiento de la red y brindar mejor QoS.
La flexibilidad de acceso a la EPC es atractivo para los operadores, ya
que les permite tener un solo núcleo a través del cual se soportan
diferentes servicios el EPC es un núcleo basado totalmente en IP. Los
principales componentes de la EPC y sus funciones son las siguientes.
Mobility Management Entity ó Entidad de Gestión de
Movilidad (MME). Este es un elemento de control clave. Se
encarga de las funciones de gestión de seguridad (autenticación,
autorización, señalización NAS), el manejo de movilidad la
itinerancia y traspasos. También la selección de nodos de la
Serving Gateway ó puerta de enlace de Servicio (S-GW) y Packet
Data Network Gateway ó puerta de enlace de paquetes de datos
de red (PDN-GW) es parte de sus tareas. La Interfaz S1-MME
conecta el EPC con los eNBs.
Serving Gateway ó puerta de enlace de Servicio (S-GW) El
EPC termina en este nodo, está conectado a la E-UTRAN a través
de la interfaz S1-U. Cada UE se asocia a un único S-GW, que
será el anfitrión de varias funciones. Es el punto de anclaje de
movilidad, tanto para la movilidad inter-eNB e inter-3GPP local y
realiza las operaciones de enrutamiento de paquetes y reenvío.
Packet Data Network Gateway ó puerta de enlace de paquetes
de datos de red (PDN-GW). Este nodo proporciona al UE acceso
al PDN mediante la asignación de una dirección IP brindado por el
PND
P á g i n a | 45
3.2.2 GESTIÓN DEL ANCHO DE BANDA DEL ESPECTRO
Con el fin de cumplir los requisitos de IMT-Advanced así como los
de los operadores 3GPP, LTE-Avanzada considera el uso de
anchos de banda de hasta 100 MHz en las siguientes bandas del
espectro.
BANDA DE FRECUENCIAS
LUGAR DE IMPLEMENTACIÒN
450 – 470 (MHz)
para ser utilizado a nivel mundial
para los sistemas IMT
698 – 862 (MHz)
Región 2:
América, Groenlandia y algunas
islas del Pacífico oriental.
Región 3:
Asia, incluyendo Irán y la mayor
parte de Oceanía.
790 – 862 (MHz)
Región 1: Europa, África, el
Medio Oeste del Golfo Pérsico
incluyendo a Irak, la antigua
Unión Soviética y Mongolia
Región 3:
Asia, incluyendo Irán y la mayor
parte de Oceanía.
1.7 - 2.1 (GHz)
para ser utilizado a nivel mundial
para los sistemas IMT
2.3 - 2.4 (GHz)
para ser utilizado a nivel mundial
para los sistemas IMT
P á g i n a | 46
3.4 – 4.2 (GHz)
Para ser usado en muchos
países del mundo
4.4 – 4.99(GHz) No definido aún
Tabla 5 Banda de Frecuencias y lugar de Posible implementación.
FUENTE:” FUENTE:”ECE.GATECH
En la tabla 6 su muestra La clasificación de las distintas bandas de
operación LTE, en tal caso ENTELcontaría con la banda 13
P á g i n a | 47
Tabla 6 CLASIFICACIÓN DE BANDAS LTE.
FUENTE:” FUENTE:”ELABORACIÓN PROPIA EN BASE DATOS 3GPP”
Características a ser consideradas e implementadas
Reducción de costes de red (coste por bit)
Mejor servicio de provisión
Compatibilidad con los sistemas 3GPP
P á g i n a | 48
Métodos de Trabajo
Como LTE-avanzada debe ser una evolución de LTE,
manteniendo las características base y mejorando características
técnicas.
LTE-avanzada es probable que se constituya el siguiente paso
importante para el desarrollo de redes de 4G.
Todas las correcciones y mejoras impuestas para rel 9 LTE
podría / debería ser capturados en Rel.10. LTE –avanzada
P á g i n a | 49
4 MARCO PRÁCTICO
4.1 TECNOLOGÍA ACTUAL EN ENTEL
Bolivia se convirtió en el cuarto mercado sudamericano en contar con
servicios comerciales de LTE, luego de Uruguay, Colombia y Brasil,
gracias al lanzamiento de Entel. El despliegue fue posible debido a que la
Autoridad de Fiscalización y Regulación de Telecomunicaciones y
Transportes (ATT) adjudicó en forma directa al operador un bloque de 10
MHz en la banda 13 de espectro de 700 MHz, lo que en términos
prácticos aseguró que Entel no reciba competencia en LTE hasta la
próxima licitación de espectro, en la que sus competidores podrán
hacerse con el recurso espectral para el despliegue de red.
Actualmente ENTEL solo proporciona acceso a datos de banda ancha lo
cual lo hace un sistema con arquitectura fallback, esto significa que
cuando una llamada de voz se va a iniciar o va ser recibida,
automáticamente conmuta de circuito a una red 2G o 3G.
La arquitectura internet multimedia subsystem (IMS) cuenta con perfiles
específicos para el control de los medios de comunicación y los planos
de servicio de voz sobre LTE definido por la GSMA en el PRD IR.92.
Este enfoque se traduce en el servicio de voz (VoLTE) voice over LTE.
Este tipo de arquitectura será implementada para fines del año 2013 por
ENTEL.
P á g i n a | 50
CARACTERIS-
TICAS ITU
CARACTERÍSTICAS ENTEL
OBSERVACIONES
RANGO DE COBERTURA
AREA URBANA
5Km
1Km - 1,5 Km
USUARIOS POR CELDA
200
< 200
NO ESPECIFICA CANTIDAD EXACTA
TIPO DE MODULACIÓN
QPSK, 16 QAM, 64 QAM
64 QAM
BANDA DE FRECUENCIA
ESPECIFICADO EN TABLA 5
698 – 862 (MHz) banda
13
SEGMENTO DE BANDA 13
DOWNLINK 746 – 756 UPLINK
777 – 787
ANCHO DE BANDA
1,4; 3; 5; 10; 15; 20 (MHz)
10 MHz
PICOS DE TRANSMISIÓN
100 Mbps Downlink ,
50 Mbps Uplink
75 Mbps Downlink , 35 Mbps Uplink
Tabla 6 : CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS LTE UIT Y CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS LTE ENTEL.
FUENTE:”ENTEL”
P á g i n a | 51
LTE – Advanced es: backwards y forwards compatible con LTE esto
significa que las bandas designadas para LTE también serían válidas
para LTE – ADVANCED; es decir que cuando se implementen las
nuevas redes LTE –Advanced, los dispositivos LTE podrán funcionar sin
problemas y viceversa (dispositivos LTE-Advanced en redes LTE).
En la versión de LTE-Avanzada 10 la separación entre las frecuencias
centrales de carrier component (CC) contiguos es un múltiplo de 300
kHz. El fundamento de esta opción es mantener la compatibilidad hacia
atrás con la trama de frecuencia 100 kHz utilizado en LTE R8, así como
la preservación de la forma ortogonal de las subportadoras con el
espaciado de 15 kHz. Dependiendo del escenario de la agregación, el
espaciamiento real (un múltiplo de 300 kHz) puede ser facilitada
mediante la inserción de un número de subportadoras no utilizadas entre
CC contiguos.
4.2 REFERENTES A LA LEY GENERAL DE TELECOMUNICACIONES
Dentro de la ley general de Telecomunicaciones del estado plurinacional
de Bolivia
4.2.1 El artículo 5 (PRINCIPIOS), el punto 7 dicta textual:
Neutralidad tecnológica. El Estado fomentará la libre adopción
de tecnologías, en el marco de la soberanía nacional y
teniendo en cuenta recomendaciones, conceptos y normativas
de organismos internacionales competentes e idóneos en la
materia.
P á g i n a | 52
4.2.2 El artículo 6 (DEFINICIONES), el punto 2 dicta textual:
Acceso inalámbrico móvil. Son aplicaciones de acceso
inalámbrico en la que el lugar del punto de conexión de la
usuaria o usuario final es móvil y utiliza frecuencias
establecidas en el Plan Nacional de Frecuencias para
aplicaciones móviles.
4.2.3 El artículo 14 (DE LA AUTORIDAD DE REGULACIÓN Y
FISCALIZACIÓN DE TELECOMUNICACIONES Y
TRANSPORTES), el punto 12 dicta textual:
Elaborar y mantener los planes técnicos fundamentales
definidos por la Unión Internacional de Telecomunicaciones
UIT, y establecer el estándar técnico necesario para operar y
mejorar los servicios de telecomunicaciones, los que serán de
aplicación en todo el territorio del país.
4.3 PROPUESTA AREGACIÓN DE PORTADORA
Ya que la ATT solo ha liberado 10 MHz en la banda de 700 MHz para
Bolivia, no sería posible hacer una agregación de portadora por el
momento, tendríamos que esperar a que se libere más segmentos de
banda u otras bandas para la implementación. Dado el panorama
pondremos un caso supuesto en el cual demostraremos los diferentes
casos de agregación de portadora, en el cual no se tomará en cuenta los
300 KHz mínimos de banda de guarda.
Hay que tomar en cuenta que es un caso supuesto y no un ámbito real y
que es netamente demostración, y que por el momento, dado que los
segmentos de banda para los operadores como máximo llegan hasta 2
P á g i n a | 53
contiguos o no contiguos o en otras palabras hasta 40MHz, este sería el
límite real para el proceso de agregación de portadora hasta que se
libere el resto de las bandas designadas para LTE Y LTE-A.
Puede existir el caso que se liberen 2 bandas de frecuencias como por
ejemplo en el Perú 1710 MHz – 1770 MHz y 2110 MHz – 2.170 MHz.
Para lo cual, se aclaró que no se trata de dos bandas distintas,
sino que la banda de 1700 MHz se usa para el canal de subida (uplink,
del móvil a la estación base) y la de 2100 MHz para el canal de bajada
(downlink, de la estación base al móvil)
4.3.1 INTRA – BANDA CONTIGUA
Simulando el caso en el que la ATT libere 5 secciones de banda
contigua en la banda de 700 MHz, cada una de 20 MHz y las 5 secciones
sean adjudicadas para ENTEL.
Figura 12 INTRABANDA CONTIGUA EN BANDA DE 700 MHz.
FUENTE:”ELABORACION PROPIA”
P á g i n a | 54
La figura 12 muestra un usuario LTE-Advanced que utiliza el ancho de
banda contiguo agregado de hasta 100 MHz. Y se muestra la
coexistencia de un usuario LTE que utiliza un ancho de banda de hasta
20 MHz.
4.3.2 INTRA – BANDA NO CONTIGUA
Simulando el caso en el que la ATT libere 5 secciones de banda no
contigua en la banda de 700 MHz, cada una de 20 MHz y las 5 secciones
sean adjudicadas para ENTEL.
Figura 13 INTRABANDA NO CONTIGUA EN BANDA DE 700 MHz.
FUENTE:”ELABORACION PROPIA”
P á g i n a | 55
La figura 13 muestra un dispositivos LTE utilizando anchos de banda de
hasta 20 MHz, coexistiendo con un dispositivo LTE-Advanced que utiliza
el ancho de banda no contiguo agregado de hasta 100 MHz .
4.3.3 INTER – BANDA NO CONTIGUA
Simulando el caso en el que la ATT libere 3 secciones de banda
contigua en la banda de 700 MHz, cada una de 20 MHz y 2 secciones
de banda no contigua en la banda de 1700 MHz, cada una de 20 MHz.
Figura 14 INTERBANDA NO CONTIGUA EN BANDA DE 700 MHz Y 1700MHz.
FUENTE:”ELABORACION PROPIA”
La figura 14 ilustra el caso de la agregación de portadoras no contiguo en
diferentes bandas. La figura muestra dos dispositivos LTE utilizando
P á g i n a | 56
anchos de banda de hasta 20 MHz, cada uno en una banda del espectro
diferente, que coexisten con un dispositivo LTE-Advanced que utiliza el
ancho de banda agregado no contiguas de diferentes bandas del
espectro. Las bandas que se utilizan pueden ser bandas dedicadas o
bandas compartidas.
En todos los casos anteriores de agregación de portadoras, el número de
UL y DL, así como sus anchos de banda, pueden ser diferentes. Incluso
dentro de un mismo eNB.
Un escenario posible es el representado en la figura. 15. Un UE se
encuentra dentro del rango de transmisión de un eNB de LTE-Avanzada
y un eNB LTE. El UE tiene la flexibilidad de utilizar la banda de espectro
de la LTE eNB y las bandas adicionales proporcionadas a través de la
eNB LTE-Avanzada. De esta manera, la'' banda base'' (utilizado para los
UE LTE dentro de la cobertura de eNB LTE-Avanzada) puede dar
prioridad para los UE LTE o viceversa dar prioridad a los UE LTE-
Avanzada. En este escenario es posible la transmisión coordinada de
múltiples eNBs. Los procesos de gestión de recursos de radio ó en ingles
radio resource management (RRM) y los algoritmos se pueden mejorar
para lograr la utilización de recursos más alta posible.
Figura 15: ESCENARIO DE AGREGACIÓN DE PORTADORAS LTE Y LTE-ADVANCED
FUENTE:”ECE. GATECH”
P á g i n a | 57
4.3.4 CONTROL DE RETRANSMISIÓN
LTE utiliza el método de control de errores Automatic Repeat-reQuest
(ARQ) en la capa de Radio Link Control (RLC) al igual que en la capa
MAC con el fin de lograr la baja probabilidad de error requerida para
alcanzar 100 Mbps. Ambos métodos se complementan entre sí para
evitar la sobrecarga excesiva, mientras que el logro de un alto
rendimiento, especialmente teniendo en cuenta la relación entre la
probabilidad de error y el rendimiento en TCP.
4.4 ARQUITECTURA DEL TRANCEPTOR
Para utilizar bandas de espectro más amplio, LTE-Advanced debe usar
transceptores de banda ancha.
Los dos enfoques básicos para transceptores de comunicación de banda
ancha son los siguientes:
4.4.1 MÚLTIPLES TRANSCEPTORES DE UNA SOLA BANDA
Para “n” bandas de espectro, se utilizan “n” transceptores, en otras
palabras uno para cada banda del espectro.
En este caso, los transceptores trabajan simultáneamente, lo que permite
el uso de todas las bandas del espectro simultáneamente.
En el caso de tomar en cuenta todas las bandas de la tabla 5
(7 bandas), LTE-Advanced requeriría siete transceptores utilizando este
esquema. Existe un punto en el que los transceptores se unen en el
procesamiento de las señales. En la figura. 16, se muestra un ejemplo de
un diagrama de bloques de un receptor, donde el procesamiento de la
señal digital es el punto de unión de los transceptores paralelas. El
P á g i n a | 58
receptor tiene una sola antena, y varias ramas de RF. Cada rama tiene
un filtro pasa banda de RF de banda de espectro específico, una interfaz
de RF, y un convertidor analógico-a-digital.
Figura 16 MÚLTIPLES RECEPTORES DE UNA SOLA BANDA
FUENTE:”ECE. GATECH”
4.4.2 TRANSCEPTOR DE BANDA ANCHA
En este caso, un único transceptor procesa todas las bandas del
espectro de interés, y el filtrado de cada banda del espectro individual se
realiza en el dominio digital, LTE-Advanced se procesará la banda de
espectro de 450 MHz a 4,99 GHz a través de este esquema. En la figura.
17, muestran un ejemplo de un diagrama de bloques de un receptor de
alto nivel. Se compone de un filtro de paso de banda de RF, interfaz RF,
convertidor de analógico a digital, y los bloques de procesamiento de
señales digitales. Debido a la naturaleza de banda ancha de este tipo de
P á g i n a | 59
transceptores, la mayor parte de los componentes de RF utilizados tienen
la necesidad de ser de banda ancha.
Figura 17: RECEPTOR DE BANDA ANCHA
FUENTE:”ECE. GATECH”
4.5 MIMO MEJORADO
El concepto MIMO mejorado se concibe como un marco multi-modo adaptativo
donde la demanda de mayor velocidad de datos y una cobertura más amplia se
acomoda al seleccionar el esquema MIMO adecuado. La estrategia de
adaptación se elige en función de las diferentes mediciones de canal que se
recogen en la estación base a través de un mecanismo de retroalimentación.
Además, LTE-Advanced permitirá a varias de las tecnologías MIMO ser
combinadas en lo que se conoce como pre-codificación extendida o avanzado.
La figura 18 muestra la idea detrás de este concepto y la figura 19 ilustra los
principales tres modos de funcionamiento. Además, cada uno de ellos se dirige
a una de las mejoras llevadas a cabo por LTE-Advanced.
P á g i n a | 60
Figura 18: ESQUEMA DE CONMUTACIÓN ADAPTATIVA MIMO
FUENTE:”ECE. GATECH”
Figura 19: PRINCIPALES MODALIDADES MIMO LTE-ADVANCED
FUENTE:”ECE. GATECH”
P á g i n a | 61
MIMO mono usuario (SU-MIMO): la diversidad de transmisión y
las técnicas de multiplexado espacial se pueden seleccionar para
la transmisión en combinación con la formación de haz. Esta
nueva característica junto con una orden superior MIMO (es decir,
un aumento del número de puertos de antena) hacen posible un
aumento sustancial en las tasas pico de datos de usuario.
MIMO multiusuario (MU-MIMO): este ofrece el mejor rendimiento,
complejidad y equilibrio. La flexibilidad de Space Division Multiple
Access (SDMA) aumenta al permitir que un número diferente de
corrientes para llegar a cada usuario con el fin de aumentar la tasa
de datos promedio de células. SU-MIMO y MU-MIMO constituyen
lo que se llama MIMO de sitio único.
Cooperativa MIMO: el rendimiento de usuario en el borde de la
celda es impulsado por técnicas que permiten que utilizan la
coordinación en la transmisión y recepción de señales entre las
diferentes estaciones de base, que también ayuda a reducir la
interferencia entre celdas. Estas técnicas también son conocidas
como multipunto coordinado de transmisión y recepción
(CoMP).
La idea es realizar una SpaceDivision Múltiple Access inteligente
(SDMA) de modo que el patrón de radiación de la estación base está
adaptado a cada usuario para obtener la ganancia más alta posible
en la dirección de ese usuario. La inteligencia, obviamente, se
encuentra en las estaciones base de las que recogen la channel state
information (CSI) de cada UE y decidir sobre la asignación de
recursos.
MIMO se utiliza para aumentar la tasa de bits global a través de la
transmisión de dos (o más) diferentes flujos de datos en dos (o más)
P á g i n a | 62
diferentes antenas - utilizando los mismos recursos, tanto en
frecuencia y tiempo, separados sólo por el uso de diferentes señales
de referencia - para ser recibido por dos o más antenas. Figura 20
Figura 20: CONFIGURACIONES MIMO LTE-ADVANCED
FUENTE:” ELECTRONICSWEEKLY”
A continuación se presenta una tabla con los requerimientos de
eficiencia de espectro y algunos otros parámetros clave de
comparación entre LTE, IMT – ADVANCED y LTE – ADVANCED.
P á g i n a | 63
Tabla 7: COMPARACIÓN PARÁMETROS CLAVE LTE, IMT-A y LTE-A.
FUENTE:”REDEWEB”
Los nuevos requerimientos de pico de tasa de datos sólo pueden
alcanzarse con dos pasos. Primero, mejorando las capacidades MIMO
en descendente (hasta MIMO 8x8 de único usuario) y permitiendo MIMO
en el ascendente (hasta MIMO 4x4 de único usuario) Segundo, usando
agregación de banda o portadora. LTE-Advanced permite la agregación
de hasta cinco portadoras de hasta 20 MHz cada una para obtener un
ancho de banda de transmisión de hasta 100 MHz.
Dado que es un ámbito supuesto, ya que no se cuenta con segmentos de
banda necesarios hasta la fecha. La eficiencia espectral como los demás
parámetros mencionados se verían afectados.
P á g i n a | 64
4.6 ARQUITECTURA DE MULTIPUNTO COORDINADO (CoMP)
Existen propuestas distintas para la implementación de CoMP que están en
proceso de investigación, es por eso que se proponen dos posibles
arquitecturas, cada cual tiene sus ventajas y sus desafíos. No se descarta la
posibilidad de que se implemente una arquitectura híbrida en un futuro, cuando
LTE-A esté en vigencia. Dado que las dos arquitecturas están en etapa de
prueba no se puede decir cual es más eficiente que la otra, por lo cual se
decidirá la implementación de alguna de las arquitecturas tomando en cuenta el
ámbito realista.
4.6.1 ARQUITECTURA CENTRALIZADA
La arquitectura centralizada, necesita un dispositivo central con el fin de
reunir la información del canal de todos los UE en el área cubiertas por
eNBs coordinados. Este dispositivo también está a cargo de llevar a cabo
la programación de usuario y las operaciones de procesamiento de
señales tales como precodificación. Por otra parte, es necesaria la
sincronización de tiempo entre eNBs y los datos del usuario deben estar
disponibles en todos los nodos colaboradores. En el enlace descendente
de los sistemas FDD el UE debe estimar la información del canal para
alimentar de nuevo al eNB. En los sistemas TDD, la información del
canal se puede obtener mediante el uso de la reciprocidad del canal. En
el caso de funcionamiento en modo FDD, los terminales deben primero
estimar el canal relacionado con el conjunto de eNB cooperantes. La
información se alimenta de nuevo a una sola célula, conocida como ancla
de células, que actúa como la célula de servicio del UE cuando se está
empleando la coordinación. Una vez recopilada toda la información, cada
eNB envía al dispositivo central que es el encargado de decidir la
programación y los parámetros de transmisión, y esta nueva información
se envía de nuevo a los eNBs. Los principales desafíos de esta
P á g i n a | 65
arquitectura se relacionan con las nuevas vías de comunicación
asociados entre la entidad central y las eNBs. Deben apoyar la
transmisión de datos de muy baja latencia y, además, los protocolos de
comunicación para el intercambio de información deben ser diseñados.
La Figura 21 representa la estructura centralizada de la coordinación
entre las diferentes estaciones base.
Figura 21: CoMP ARQUITECTURA CENTRALIZADA
FUENTE:”ECE. GATECH”
4.6.2 ARQUITECTURA DISTRIBUIDA
La arquitectura distribuida es otra solución para llevar a cabo la
coordinación que alivia los requisitos de un enfoque centralizado.
Partiendo del supuesto de que la programación de todos los eNBs son
idénticos y el canal de información respecto a todo el conjunto de
coordinación puede estar disponible para todos los nodos cooperadores,
los enlaces de comunicación, en este caso los eNB ya no son necesarios
para llevar a cabo la cooperación. Por lo tanto, esta arquitectura tiene la
P á g i n a | 66
gran ventaja de minimizar la infraestructura y señalización asociado con
estos enlaces y la unidad central de procesamiento, por lo que los
sistemas convencionales no necesitan someterse a cambios importantes.
Además, la retroalimentación de radio a varios nodos se podría lograr sin
sobrecarga adicional.
El procedimiento que debe seguirse en un entorno distribuido CoMP
puede ser descrito de la siguiente manera. El UE estima el canal de
todos los eNB de coordinación de la misma manera como en el enfoque
centralizado. Las estimaciones se envían de nuevo a todos los eNBs
cooperantes y la programación se lleva a cabo de forma independiente
en cada uno de ellos, como la figura. 22 muestra. Dado que los
programas de cada eNB están diseñados de forma idéntica, los mismos
parámetros de entrada producen las mismas decisiones de producción y
por lo tanto los mismos seleccionan los UE en todo el clúster eNB. Del
mismo modo, los parámetros de transmisión se seleccionan
conjuntamente de acuerdo con un diseño común en los diferentes nodos.
Este sistema presenta algunos inconvenientes. En primer lugar, si
diferentes eNB no realizan la cooperación a través de una red de retorno
por cable, el rendimiento de los algoritmos de CoMP es menos eficiente.
Además, un obstáculo asociado con la transmisión distribuida es el
manejo de errores en los diferentes vínculos de retroalimentación. El
mismo UE informa de sus condiciones de canal para todos los eNB en el
conjunto pero los enlaces inalámbricos a los diferentes nodos puede ser
muy diferentes y no se puede despreciar el impacto de estos errores en
el rendimiento del sistema.
P á g i n a | 67
Figura 22: CoMP ARQUITECTURA DISTRIBUIDA
FUENTE:”ECE. GATECH”
4.7 ESQUEMAS DE DOWNLINK Y UPLINK DE MULTIPUNTO COORDINADO
(CoMP)
En esta sección, describimos los diferentes esquemas CoMP posibles que
prevé LTE-Advanced, tanto para el enlace descendente y el enlace
ascendente. Independientemente de si la arquitectura es una distribuida o
centralizada, existen diferentes enfoques con diferentes niveles de
coordinación. Sus requisitos en términos de mediciones, de señalización, y red
de retorno son diferentes.
Se están estudiando diferentes técnicas tanto para el enlace descendente y el
enlace ascendente. En el enlace descendente, dos técnicas principales de
transmisión se contemplan: la programación coordinada / formación de haz y
procesamiento conjunto. Su principal diferencia radica en el hecho de que en el
primer esquema es sólo un eNB que transmite datos al UE, aunque diferentes
eNB pueden compartir información de control. En el segundo esquema, muchos
eNB transmiten datos simultáneamente a la misma UE. En el enlace
P á g i n a | 68
ascendente, sin embargo, se prevé sólo un enfoque de planificación
coordinada.
En general, el costo del modo COMP se encuentra sólo en beneficio de los
usuarios de teléfonos de última generación, donde la percepción de relación
señal a interferencia y ruido (SINR) es baja. Esto se debe a que más recursos
del sistema se asignan a un mismo usuario durante su funcionamiento. Sin
embargo, los primeros resultados de simulación sugieren que CoMP puede
utilizarse para aumentar tanto el rendimiento medio de celda y el rendimiento
para el usuario de células borde.
4.7.1 ESQUEMA DE DOWNLINK
4.7.1.1 PROGRAMACIÓN COORDINADA / FORMACIÓN DE HAZ (CS
/ CB)
Se caracteriza por el hecho de que cada UE es servida por una sola
célula conocido como el anclaje celular. Sin embargo, se necesita
precodificación en cada estación base para mejorar el rendimiento y
reducir la interferencia. La figura 23 representa un ejemplo de
arquitectura de este sistema de transmisión. El diseño de
retroalimentación debe ser mejorado para dar apoyo a esta estrategia de
transmisión. El planificador en cada eNB toma sus decisiones de forma
independiente pero la información adicional acerca de las condiciones del
canal de otros usuarios es necesario con el fin de realizar una
programación más óptima. El procedimiento de CS / CB implicaría las
siguientes operaciones.
El UE debe estimar la calidad del canal de enlace descendente,
tanto de la célula ancla como del eNB. En este punto, se deben
utilizar señales de referencia comunes (CRS) específicos en cada
P á g i n a | 69
celda presentan el problema de garantizar la ortogonalidad para
cada uno de los eNBs de coordinación, especialmente dado el
hecho de que el conjunto de puntos que participan en CoMP
puede ser diferente para cada UE individual.
Matrices de precodificación basado en la maximización del
rendimiento y las limitaciones de equidad y última selección se
obtienen por cada una de las estaciones de base y la transmisión
se lleva a cabo en consecuencia. Los UEs pueden utilizar las
señales de referencia para realizar la demodulación y el enlace de
adaptación. Según los desarrolladores CS / CB con una mejor
retroalimentación puede proporcionar una ganancia significativa
para los usuarios de teléfonos de última generación.
Figura 23: PROGRAMACIÓN COORDINADA / FORMACIÓN DE HAZ (CS / CB)
FUENTE:”ELECTRONICJOURNAL”
4.7.1.2 PROCESAMIENTO CONJUNTO (JP)
Dos métodos diferentes se están estudiando para el esquema JP:
transmisión conjunta y selección de células dinámico. Aunque los datos
se transmiten de hecho de varios sitios, el primero lo hace al mismo
P á g i n a | 70
tiempo mientras que el segundo utiliza un enfoque de selección de célula
rápido y sólo uno de ellos transmite datos a la vez. Este par avanzado de
técnicas es particularmente beneficioso para la transmisión en el borde
de celda y se prevé que sea la aplicación dominante de CoMP. La figura
24 muestra un esquema simplificado de ambas técnicas. En ambos
casos, los datos de usuario deben ser compartidas entre estaciones
base por lo que un enlace de interconexión muy rápido entre ellos se
requiere.
El esquema de transmisión conjunta considera principalmente que los
puntos de transmisión corresponden a diferentes sitios de la célula y un
grupo de estaciones base deben decidir conjuntamente en el esquema
de transmisión de una señal al UE. Debe ser aplicado la precodificación
en este contexto debe ser aplicado usando Código de producto entre las
células de coordinación.
Figura 24: TRANSMISIÓN CONJUNTA (IZQUIERDA), SELECCIÓN DINÁMICA DE CELDAS(DERECHA)
FUENTE:”ELECTRONICJOURNAL”
P á g i n a | 71
4.7.2 ESQUEMA DE UPLINK
En el enlace ascendente del sistema de compensación, destinado a
aumentar el rendimiento para el usuario móvil de última generación,
implica la recepción de la señal transmitida por los UE en puntos
múltiples geográficamente separados. como la figura 25 muestra. Estos
puntos no son más que el conjunto de coordinación eNBs asignados a
cada UE. En términos generales, la terminal no necesita estar al tanto de
los nodos que están recibiendo su señal y lo que el procesamiento se
lleva a cabo en estos puntos de recepción. Sin embargo, las decisiones
de programación se pueden coordinar entre las células, y algún impacto
especificaciones pueden ser traídos de este hecho. ya que la señal
podría llegar a diferentes células en instantes de tiempo dispersivos
separadas por un intervalo de mayor que la longitud normal de prefijo
cíclico, y esto podría causar la degradación del rendimiento. Básicamente
hay dos enfoques propuestos para combatir este problema.
Prefijo cíclico Flexible: el problema de la dispersión del retardo se
puede resolver mediante el uso de un prefijo cíclico prolongado.
Sin embargo, esta solución también implica una alta sobrecarga
para todo el sistema que debe ser evitado si también se desea un
alto rendimiento medio de las células. Los UE que causan una
gran dispersión del retardo pueden ser programadas a
continuación en el TTI con prefijo cíclico extendido de modo que
puede ser servido por más de una celda, por el otro lado, el resto
de los UE puede ser programado en los TTI con prefijo cíclico
normal y no existe el intercambio innecesario tiene que ser
sacrificado.
P á g i n a | 72
Avance de Temporización (TA). Este método tiene por objetivo
reducir el tiempo de llegada propagado en células CoMP mediante
el ajuste de TA de la celda con un mínimo tiempo de retardo de
transmisión (es decir, la celda más cercana) en CoMP activa
ajusta de manera que la señal no llega al receptor de la célula
antes de lo esperado. La dispersión del retardo es un tema que
debe ser resuelto eficazmente, ya sea con uno o ambos de los
enfoques anteriores. En cualquiera de los casos, la estimación de
temporización de enlace ascendente en múltiples células que
reciben es un problema abierto.
Figura 25: ESQUEMA DE UPLINK EN CoMP
FUENTE:”ELECTRONICJOURNAL”
4.8 ESCENARIO NODO RELAY
Los nodos relay se caracterizan por contar con backhaul inalámbrico y el bajo
consumo de energía que se debe a su tamaño relativamente pequeño. La
conexión entre el nodo relay y la red central se lleva a cabo a través de Nodo B
evolucionado (eNB). El backhaul inalámbrico permite flexibilidad de
implementación y elimina los altos costos de un retorno fijo. Además, (NR) no
P á g i n a | 73
tienen pautas estrictas de instalación con respecto a la radiación, trastornos
visuales, y la regulación de la planificación. Por lo tanto, la instalación de RNs
implica un menor gasto operativo y la mejora de la red más rápida que los
operadores tienen como objetivo mejorar la calidad de servicio. Debido a las
características físicas compactas y bajo consumo de energía, los NR pueden
ser montados en estructuras como postes de luz con las instalaciones de
suministro de energía.
Los nodos relay se clasifican en función de su estrategia de retransmisión. Se
identifican tres tipos de relés de los cuales el tipo 1 se desprenden el tipo 1a y el
tipo 1b. un NR Tipo 1 controla una celda por sí sola, es decir, que tiene su
propio ID de célula física e incluye funcionalidades como la gestión de recursos
de radio, programación, y solicitud de repetición automática híbrida (HARQ) de
control de retransmisión. Los nodos Tipo 1a y 1b se caracterizan por el mismo
conjunto de características, excepto que el primero utiliza backhaul fuera de
banda, mientras que el segundo opera en banda, pero con el aislamiento
antena adecuada entre el acceso y enlaces del relay.
4.8.1. EVALUACIÓN DE RENDIMIENTO PARA RELAY TIPO 1B
El rendimiento de extremo a extremo (E2E) experimentado por un UE en
un enlace de comunicación de dos saltos (eNB-RN-UE) se da de la
siguiente manera:
(1)
donde se obtiene el rendimiento mínimo de e2e.
P á g i n a | 74
En la retransmisión en banda, el eNB donante utiliza el mismo grupo de
recursos de radio de tiempo-frecuencia para servir tanto a la RNs como a
los UE, los cuales se encuentran conectados al eNB. Además, las
comunicaciones sobre el acceso y enlaces del NR son multiplexadas por
división de tiempo. Por lo tanto, los recursos de radio para el enlace de
NR estará en condiciones de alta competencia en la macrocelda eNB.
Dado que la potencia de transmisión RN es bajo, su área de cobertura es
relativamente pequeño en comparación con la macrocelda y un UE
conectado a un RN por lo general experimentará un buen enlace de
acceso. Por lo tanto, si las tasas de UE no se limitan en las células de
RN, el enlace de relay puede convertirse en un cuello de botella en las
conexiones e2e de dos saltos.
Se utiliza una estrategia de asignación de recursos que garantiza la
igualdad de los flujos de datos entre en el relay y los enlaces de acceso.
Se encuentra desde (1) que tal asignación es óptima debido a que
ambos relés y acceso a enlaces se utilizan en su totalidad. sea TX la
porción de recursos de conexión disponibles en un enlace e2e , y sea RX
sea la tasa correspondiente. Entonces, tenemos:
(2)
donde se utiliza esta última igualdad para normalizar el tiempo de
transmisión total en el relay y en los enlaces de acceso. Después de
combinar las ecuaciones en (2), obtenemos la siguiente fórmula para el
rendimiento e2e:
(3)
P á g i n a | 75
A lo largo del análisis de rendimiento, (3) se utiliza para modelar el rendimiento
e2e de Tipo 1 en banda. Hacemos hincapié en que (3) tiene en cuenta la
limitación de caudal en el enlace del relay.
Si se puede obtener suficiente aislamiento entre el acceso y enlaces de relay,
ambos enlaces se pueden operar al mismo tiempo, facilitando así las
limitaciones en el enlace de relé. En tal caso, es razonable suponer que la
capacidad de enlace relay no es un factor limitante y el rendimiento e2e está
meramente limitada por el enlace de acceso. Hemos adoptado esta suposición
para la retransmisión tipo 1b inband con el fin de encontrar los límites para la
diferencia de rendimiento con el enfoque de la retransmisión en banda Tipo 1.
Por lo tanto, asumiremos para los nodos relay tipo 1b:
(4)
4.8.2 ESCENARIOS DE PROPAGACIÓN Y MODELOS DE SISTEMA
3GPP ha creado pautas para la metodología de evaluación del sistema de LTE-
Advanced. El marco de simulación dada contiene modelos de propagación y el
sistema así como los valores recomendados para los parámetros necesarios.
4.8.2.1 modelos de propagación
Zonas de cobertura pequeñas pueden conducir a alta densidad de nodos
de acceso y considerablemente altos costos para los operadores. Por lo
tanto, es importante para validar las implementaciones de NR en
P á g i n a | 76
diferentes entornos de radio y dar pautas a los costes de despliegue
esperados. Debido a los crecientes requerimientos de velocidad, es
igualmente importante para investigar el rendimiento de NR en diferentes
escenarios de propagación.
Se reconoció temprano en 3GPP elemento estudio LTE-Advanced que el
modelado de la propagación es de importancia esencial en el diseño y la
evaluación de diferentes implementaciones de NR. Este hecho se refleja
en la discusión 3GPP en el modelo de pérdida de trayecto dependiente
de la distancia que estaba abierto por un largo tiempo durante el cual el
modelo se cambió varias veces. El primer modelo, de pendiente única
consiste solamente en un componente sin línea de vista non-line-of-
sight (NLOS) y se basa en la Recomendación UIT-R Urban micromodel.
En la tabla 8 supone que tanto los UE y RNs siempre experimentan
NLOS por tanto, se desarrollo el siguiente modelo:
(5)
En los modelos individuales como Okumura-Hata, el término constante
PL0 contiene el impacto de factores tales como la frecuencia de la
portadora, y alturas de antena en el eNB y el UE, mientras que la pérdida
de trayectoria exponente n por lo general no depende de la altura de la
antena de terminal. El modelo en (5) es factible para las zonas
densamente pobladas, cuando un UE está en el nivel de la calle y la
probabilidad de línea de vista (LOS) es pequeño. En la Tabla 8, se dan
los parámetros para modelos de 3GPP de pérdida de trayecto. Se ve
que la diferencia entre los términos constantes en los enlaces directos
(eNB-UE) y (eNB-RN) es 3,6 dB. Esto es debido al hecho de que se
espera que los NR se eleven a 5 m del nivel del suelo. El modelo de
P á g i n a | 77
pérdida de trayectoria NR-UE muestra la atenuación más agresivas como
resultado de la baja altura de la antena NR.
eNB-UE Link RN-UE Link eNB–RN Link
PL = 128.1 + 37.6 log10
PL = 140.7 + 36.7 log10
PL = 124.5 +37.6 log10
Tabla 8: PARÁMETROS PARA MODELOS DE 3GPP DE PÉRDIDA DE TRAYECTO ESCENARIO 1
El modelo de pendiente única, sin embargo, es pesimista, ya que no
tiene en cuenta el hecho de que al estar en condiciones de LOS es cada
vez más probable cuando los tamaños celulares son cada vez más
pequeños. Esto es especialmente cierto cuando los UE están conectados
a NR. Por lo tanto, la hipótesis de considerar exclusivamente una
conexión NLOS puede ser válida sólo en las ciudades densamente
pobladas. En el marco de evaluación 3GPP, los usuarios se supone que
son el interior y el modelo de canal deben aplicarse allí donde se
determina la pérdida de trayectoria hacia el edificio antes de la adición de
la pérdida de la penetración. En muchos escenarios, hay una conexión
LOS o, al menos, una dirección claramente dominante en el canal entre
el NR y el edificio donde está situado el UE. Por lo tanto, el enlace sufre
de pérdida de trayectoria más pequeña.
Para hacer frente a las características de propagación anteriormente
expuestas, un modelo de doble pendiente probabilística fue propuesto en
para el enlace RN-UE. El modelo dado en (6) no es un modelo de doble
P á g i n a | 78
pendiente convencional, que considera el punto de interrupción a través
de una probabilidad y se basa en mediciones.
(6)
El modelo correspondiente, en la tabla 9, se asume un modelado de
canal de acceso mezclado LOS / NLOS. La pérdida de trayectoria en el
enlace de acceso es una combinación ponderada de los componentes
LOS y NLOS, donde el factor de ponderación baja mientras la distancia
entre UE-RN.aumenta.
eNB-UE Link
PL = 128.1 + 37.6 log10(R)
RN-UE Link
PL = Prob(LOS) PL(LOS) + [1−Prob(LOS)] PL(NLOS)
PL(LOS): 103.8 + 20.9 log10(R), PL(NLOS): 145.4 + 37.5 log10(R)
ISD 500 m-Urban Model
Prob(LOS) = 0.5 – min(0.5, 5 exp(−0.156/R)) + min (0.5,5 exp(-R/0.03))
ISD 1732 m-Rural Model
Prob(LOS) = 0.5 – min(0.5, 3 exp(−0.3/R))+min (0.5, 3 exp(-R/0.095))
eNB-RN Link
PL = 124.5 + 37.6 log10(R)
Tabla 9: MODELO DE DOBLE PENDIENTE DE PÉRDIDA DE TRAYECTO ESCENARIO 2
P á g i n a | 79
Por último, el escenario de propagación en Tabla10, considera
entornos con mejores condiciones de propagación, en
comparación con los dos modelos anteriores. En el cual se aplica
un modelo de doble pendiente probabilístico en los tres enlaces.
Se define una función de probabilidad LOS contra la distancia del
UE-eNB o UE-RN y de acuerdo a un factor de probabilidad
aleatoria, el UE podría tener condiciones de propagación de LOS o
NLOS. El modelo, por lo tanto, representa el caso en el que los UE
están en condiciones de LOS con su eNB o RN.
Los escenarios reflejan tres diferentes condiciones de propagación
posibles donde los NR pueden ser desplegados.
eNB-UE Link
PL(LOS): 103.4 + 24.2 log10(R), PL(NLOS): 131.1 + 42.8 log10(R)
ISD 500 m-Urban Model
Prob(LOS) = min(0.018/R, 1)(1− exp(−R/0.063))+ exp(-
R/0.063)
ISD 1732 m-Suburban Model
Prob (LOS) = exp(−(R − 0.01)/0.2)
RN-UE Link
PL(LOS): 103.8 + 20.9 log10(R), PL(NLOS): 145.4 + 37.5 log10(R)
P á g i n a | 80
ISD 500 m-Urban Model
Prob(LOS) = 0.5 − min(0.5, 5 exp(−0.156/R))+ min(0.5,
5 exp(−R/0.03))
ISD 1732 m-Suburban Model
Prob(LOS) = 0.5 − min(0.5, 3 exp(−0.3/R)) + min(0.5,
3 exp(−R/0.095))
eNB-RN Link
PL(LOS): 100.7 + 23.5 log10(R), PL(NLOS): 125.2 + 36.3 log10(R)
ISD 500 m-Urban Model
Prob(LOS) = min(0.018/R, 1)(1− exp(−R / 0.072)) + exp(−R/0.072)
ISD 1732 m-Suburban Model
Prob(LOS) = exp(−(R − 0.01)/0.23)
Tabla 10: MODELO DE DOBLE PENDIENTE DE PÉRDIDA DE TRAYECTO ESCENARIO 3
El rendimiento de enlace en el sistema se calcula a partir de la señal-
interferencia a ruido (SINR) mediante el uso de la siguiente formula:
(7)
P á g i n a | 81
donde BW es el ancho de banda de operación del sistema, Beff es la
eficiencia de anche de banda y SINR eff es la eficiencia de la señal de
interferencia a ruido. El ancho de banda y SINR eficiencia dependen de
la configuración de la antena, y se aplican los valores que se dan en la
Tabla 11. En las simulaciones, hemos utilizado un límite de -7 dB en
SINR por lo cual el UE estará en corte si experimenta niveles SINR
menos de -7 dB. Este límite se introdujo debido a los requerimientos de
control de canal.
P á g i n a | 82
Tabla 11: PARÁMETROS REFERENCIALES
FUENTE: HINDAWI
Figura 26 (a) presenta implementaciones de RN en el escenario 1, mientras que
las implementaciones de RN en el escenario 2 y Escenario 3 se muestran en la
Figura 26 (b). En ambas 2 niveles de RN se despliegan. Un nivel de RN se
define como el número suficiente de RNs requerido para cubrir el borde de la
celda y sin dejar huecos de cobertura. En este estudio, en el escenario 1 se
desliegan 7 y 14 RNs, que constituyen, respectivamente, 1 y 2 hileras. La
segunda hilera es otro grupo de RNs desplegado cerca de la eNB, sin embargo,
existen vacios de cobertura entre las hileras. En el escenario 2 y Escenario 3,
se despliegan. 5 o 10 RN. La diferente número de RNs por nivel refleja las
diferentes áreas de cobertura de RNs en diferentes entornos de propagación.
P á g i n a | 83
Figura 26: NIVELES DE RN
FUENTE: HINDAWI
Las Tablas 12 y 13 presentan, respectivamente, las áreas de cobertura de RN
para los tres escenarios considerados en redes con ISD 500 m y ISD 1732 m.
Observamos que estos valores ISD han sido ampliamente utilizados en 3GPP
para los casos de prueba urbanos y suburbanos. Se ha encontrado que en el
caso de ISD 500 m, el primer nivel de RN abarca aproximadamente el 20% de
la macrocelda en el Escenario 1, mientras que en el escenario 2 la cobertura es
de alrededor de 40%. Un comportamiento similar se experimentó en
ISD1732m. Recordamos que el área de cobertura está definida por la selección
de células de acuerdo con la intensidad de la señal recibida y, por lo tanto,
mejores condiciones de propagación sobre el enlace de acceso en el escenario
2, debido a la componente LOS rendido observados mayor área de cobertura.
Esta conclusión también es válida para el escenario 3, pero no, el componente
potencial LOS ocurre también en la relación directa entre eNB y la UE y, por lo
tanto, las áreas de cobertura de RN son algo menores que en el escenario 2
a
b
P á g i n a | 84
para el caso ISD 500 m. En el caso de redes con ISD 1732 m, sin embargo, el
escenario 3 modelos de un entorno suburbano donde los UE hacia la
experiencia del borde del sector, con muy alta probabilidad, NLOS condiciones
de propagación en el eNB que son peores que las que en el escenario 2. Esto
conduce a una mayor cobertura de las RNs en el escenario 3 en ISD 1732 m
caso.
Tabla 12: CARACTERÍSTICAS DE DESPLIEGUE ISD 500 M
FUENTE: HINDAWI
Tabla 11: CARACTERÍSTICAS DE DESPLIEGUE ISD 1732 M
FUENTE: HINDAWI
P á g i n a | 85
4.8.3 LIMITE DE NODOS RELAY DESPLEGADOS
Desde la perspectiva de extensión de cobertura, el borde exterior de la
macrocelda ofrece los lugares más atractivos para los despliegues del RN. Por
lo tanto, los relays están por lo general desplegados en los niveles de partida
desde el borde macrocelda. Más específicamente, mientras que el balance del
enlace relay define la distancia máxima entre el eNB y el primer nivel RNs, el
nivel de interferencia que causaría el eNB con un nodo relay que esté muy
cerca sería bastante perjudicial para la eficiencia del servicio, por lo tanto es
necesario establecer una distancia mínima práctica entre el eNB y RNs. Para
describir esto con más detalle, se considera un usuario entre el eNB y el RN en
un lugar donde las facultades que reciba de ambos sean iguales. Por lo cual se
define la siguiente formula:
(8)
donde PENB y PRN se refieren a las potencias de transmisión de la eNB y la RN,
respectivamente, y LENB-UE y LRN-UE se refieren a las pérdidas de trayectoria en
los enlaces. Vamos a considerar sólo las pérdidas trayectoria dependientes de
la distancia y las ganancias de antena para la simplicidad. Entonces:
(9)
donde D eNB y DRN son distancias de un UE al eNB y al RN, respectivamente,
(α eNB, β eNB) y (α RN, β RN ) son los parámetros del modelo de pérdida de
trayectoria, y G eNB y G RN son las ganancias de antena del eNB y RN
respectivamente.
P á g i n a | 86
(10)
Si utilizamos los parámetros de la tabla 8 y tabla 11 suponiendo que el RN está
en la dirección del eje de alineación de eNB, entonces obtenemos.
(11)
A partir de la geometría macrocelda, encontramos que si ISD 500 m, el rango
macrocelda es 333 m. Si RN se encuentra cerca del borde de la celda y, a
continuación se la sitúa a 300 m ya sería entonces de 31,94 metros. Por lo
tanto, el rango RN es muy pequeña incluso para los primeros relés de nivel en
el escenario 1. Por otra parte, si RN se coloca cerca del punto medio entre el
borde de la celda y el eNB, y asumir = 160 m, por ejemplo, tenemos = 16,82 m,
y la cobertura de RN llega a ser verdaderamente pequeña. Afortunadamente, la
situación en el escenario 2 y Escenario 3 será más favorable para la
retransmisión, véase, por ejemplo, las tablas 12 y13.
P á g i n a | 87
4.9 ESQUEMAS Y RECOMENDACIONES FINALES
eNB
eNBeNB
eNB
UNIDAD SENTRAL
RELAY
RELAYRELAY
UE
UE
UERELAY
Figura 26: ESQUEMA FINAL DE IMPLEMENTACIÓN c
FUENTE:”ELABORACIÓN PROPIA”
La figura 26 muestra una ARQUITECTURA CENTRALIZADA. Se eligió esta
en lugar de la arquitectura distribuida debido a que en la arquitectura distribuida
nace del supuesto de que la programación que todos los eNBs son idénticos y
el canal de información respecto a todo el conjunto de coordinación puede estar
disponible para todos los nodos que intervienen. Este es un caso muy teórico
por que debido a la geografía que se cuenta en Bolivia, hace que para empezar
no se pueda tener una misma configuración para cada eNB. Por lo cual la
coordinación se vería afectada y no sería la óptima.
En el caso de la agregación de portadora, como se dijo anteriormente, por el
momento en Bolivia no es posible la implementación de esta tecnología debido
P á g i n a | 88
a que la ATT solo liberó 10 MHz en la banda de 700 MHz, Se sabe que se tiene
pensado licitar la banda de 1700 MHz pero aún no se sabe que sección y
cuanto de ancho de banda se liberaría. En el supuesto caso que se libere
alguna banda y esta sea adjudicada a ENTEL, se recomendaría utilizar el
método INTERBANDA NO CONTIGUA y que la agregación de portadora sea
de hasta 2 portadoras de 20 MHz, haciendo un total de 40 MHz. Esto por fines
prácticos y tomando en cuenta un entorno realista hay que tomar en cuenta que
la banda de guarda de para la agregación de portadora sea de 300 KHz o
múltiplo de esta.
Para la implementación de Interbanda no contigua se necesitarán MULTIPLES
TRANCEPTORES DE UNA SOLA BANDA, el número de transceptores será el
mismo número de bandas que esta utilice.
En cualquier caso LTE puede subsistir en las mismas bandas de LTE-Avanzada
por que como se dijo LTE – Advanced es: backwards y forwards compatible
con LTE esto significa que las bandas designadas para LTE también serían
válidas para LTE – ADVANCED; es decir que cuando se implementen las
nuevas redes LTE –Advanced, los dispositivos LTE podrán funcionar sin
problemas y viceversa (dispositivos LTE-Advanced en redes LTE).
LTE utiliza el método de CONTROL DE ERRORES AUTOMATIC REPEAT
REQUEST (ARQ) por lo cual no se pone en discusión el uso de este.
En cuanto a MIMO un ambiente realista es el uso de 4X2, por el momento, ya
que para empezar los UE por el momento no constan con más de dos antenas
receptoras, por lo cual no se puede pensar en la implementación de MIMO
superiór a esta. Por lo cual la eficiencia de espectro llegaría hasta 3.7bps/Hz
utilizando CoMP. CON TASAS DE LATENCIAS QUE VAN DESDE 10ms
hasta 50 ms
P á g i n a | 89
En cuanto a MULTIPUNTO COORDINADO en cuanto al DOWNLINK se
utilizará el mecanismo de PROCESAMIENTO CONJUNTO ya que como se dijo
se prevé que sea la aplicación dominante de CoMP
En cuanto al UPLINK solo existe un mecanismo, por lo cual no tendríamos más
elección.
En cuanto a los nodos RELAY se pueden utilizar dependiendo de su necesidad
a HALF DUPLEX o FULL DUPLEX por el momento En Bolivia se podría
implementar con un SISTEMA INBAND.
El estudio económico no es factible realizarlo ya que los equipos pada LTE-A
están en proceso de prueba y no están siendo comercializados, y ni tampoco no
se tiene especificaciones técnicas de estos. Una de las empresas que está
desarrollando la LTE-A es ERICSSON, pero todos los equipos especializados
para LTE-A son netamente de prueba.
El equipamiento necesario para la implementación de la tecnología LTE –
Avanzada, no se especifica ya que no se tiene especificaciones reguladas por
entidades internacionales, por o cual se encuentran en etapa de prueba.
P á g i n a | 90
5 FUENTE DE INFORMACIÓN
BIBLIOGRAFÍA
3GPP LTE: HACIA LA 4G MOVIL AUTORES: N.CARDONA, J. J
OLMOS, M. GARCÌA and F. MONSERRAT, Maracobo 2011
REVISTA SUMMA EDICIÓN MARTES, 28 DE JUNIO DE 2011
WEBGRAFÍA
http://www.xataka.com/moviles/que-es-lte
http://www.xataka.com/moviles/lte-el-salto-del-3g-al-4g-
o-casi
http://estadisticas.comunidadandina.org/eportal/conteni
dos/1506_8.pdf
http://estadisticas.comunidadandina.org/eportal/conteni
dos/2087_8.pdf
http://www.telesemana.com/blog/2012/09/04/penetracio
n-de-telefonia-movil-crece-74-en-bolivia/
http://www.nuevatel.com/docs/content/terminos-y-
condiciones-del-servicio_23.pdf
http://www.entel.bo/documentos/tarifas/tyc.pdf
http://www.3gpp.org/Technologies/Keywords-
Acronyms/LTE-Advanced
http://www.qualcomm.com/solutions/wireless-
networks/technologies/lte-advanced
http://www.movilsur.com/index.php/2009/10/13/la-uit-
analiza-las-tecnologias-imt-avanzadas-o-4g/
http://www.4gamericas.org/index.cfm?fuseaction=page
§ionid=406&printfriendly=1
http://lib.tkk.fi/Dipl/2009/urn100056.pdf
P á g i n a | 91
http://www.bdigital.unal.edu.co/4836/3/josefernandorest
repopiedrahita.2011.parte3.pdf
http://www.3gpp.org/ftp/workshop/2009-12-17_ITU-
R_IMT-Adv_eval/docs/pdf/REV-090006.pdf
http://vbn.aau.dk/ws/files/57467303/ca_paper_v17.pdf
http://www.home.agilent.com/upload/cmc_upload/All/23
Aug12_LTEwebcast.pdf?&cc=BO&lc=eng
http://www.microwavejournal.com/articles/print/11972-
lte-advanced-physical-layer-design-and-test-
challenges-carrier-aggregation
http://www.tesis.uchile.cl/tesis/uchile/2011/cf-
lopez_nm/pdfAmont/cf-lopez_nm.pdf
http://infowimax.blogspot.com/2008/05/informacin-
sobre-lte-avanzada.html
http://www.wireless.att.com/travelguide/coverage/cover
age_details.jsp?CIDL=68&MNC=CING
http://www.academia.edu/1542627/4G_LTE_LTE-
Advanced_For_Mobile_Broadband_-
_Dahlman_Parkvall_Skold
http://www.darkclockers.com/foros/thread-12341.html
http://www.ece.gatech.edu/research/labs/bwn/surveys/lt
ea.pdf
http://www.ece.gatech.edu/research/labs/bwn/surveys/lt
ea.pdf
http://www.aeroflex.com/ats/products/prodfiles/wpapers
/Carrier%20Aggregation.pdf
http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/12
3456789/1517/ANEXO%202%20%20Descripci%C3%B3n
%20de%20la%20Banda%20Elegida%20y%20C%C3%A1l
P á g i n a | 92
uclo%20de%20la%20Cobertura%20Te%C3%B3rica%20
de%20un%20eNodo%20B.pdf?sequence=3
http://academy.itu.int/moodle/pluginfile.php/38892/mod
_resource/content/1/Carrier_Aggregation_Presentation_
v2_ST.pdf