INFORME PREVIO

Sistemas Integrados de Comunicacin Fija y Mvil

Ingeniera Electrnica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTNFACULTAD DE INGENIERA DE PRODUCCIN Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRNICA

CURSO:Sistemas Integrados de Comunicacin Fija y Mvil

TEMA:Sistema LTEALUMNO:

Ancalla Ayamamani Tony20063957

Docente:

Ing. Sulla Torres Raul RicardoAREQUIPA - PER

2014 AContenido

31.Introduccin:

42.Evolucin del Sistema LTE:

43.Arquitectura general del sistema LTE:

54.Equipos de usuario:

65.Esquemas generales del sistema

116.Resultados de la simulacin del sistema LTE:

147.Bibliografa:

148.Anexos:

1. Introduccin:Para atender el enorme crecimiento en la transferencia de datos inalmbricos, se estn introduciendo dispositivos y redes de comunicaciones mviles de cuarta generacin (4G). Long Term Evolution, o LTE, como se la llama comnmente, es una tecnologa estandarizada que ha sido diseada para ofrecer gran capacidad y velocidad por la red mvil, con el objetivo de abordar la creciente demanda de datos de los dispositivos mviles. LTE utiliza las tecnologas de antena ms recientes para transmitir datos en forma distinta de las generaciones anteriores de tecnologas de comunicaciones mviles, y adems es sumamente eficiente en su uso del espectro disponible.En el mundo de la telefona mvil se est en continuo crecimiento y no se para de introducir nuevas tecnologas para ofrecer a los usuarios un mejor servicio. Despus de haber pasado por 1G, GSM, 2G, GPRS, 3G, UMTS y la 3.5G, HSPA, ahora estamos muy cerca de la llegada de la ltima generacin, la 4G, que podramos definir como all-IP donde se busca un sistema que permita conjugar una capacidad multimedia con una movilidad plena.Con LTE (Long Term Evolution) se introduce una gran variedad de novedades con los anteriores estndares, pero la mayor novedad es que por primera vez, todos los servicios, incluida la voz, sean soportados por el protocolo IP. Las velocidades que se pueden llegar a conseguir en la interfaz radio con LTE tambin aumentan respecto a la ltima generacin, llegando a un rango de 100 Mb/s y 1 Gb/s [2.1].En este captulo se presentan en los sucesivos apartados la arquitectura del sistema LTE, la red de acceso y la red troncal, las tecnologas de transmisin del nivel fsico que se utilizan en el enlace descendente, OFDMA, y ascendente, SC-FDMA, la tcnica Multi-Antena (MIMO) y describiremos tambin las caractersticas principales de la interfaz radio del sistema. Al final del captulo mostraremos la simulacin de un ejemplo del sistema LTE a travs del software ADS 2009 (Advanced Design System).

2. Evolucin del Sistema LTE:1G: Los sistemas de primera generacin eran analgicos y estaban diseados para la transferencia de voz. AMPS, NMT, y TACS son algunos de los trminos utilizados para referirse a distintos sistemas de redes de primera generacin utilizados en el mundo. Actualmente, slo quedan unos pocos sistemas analgicos en uso.2G: Los sistemas de segunda generacin, como por ejemplo GSM, son digitales y capaces de ofrecer transferencia de voz/datos/fax, adems de una gama de otros servicios de valor agregado. La evolucin de sistemas de segunda generacin a travs de tecnologas como HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) y GPRS (General Packet Radio Service) se conoce con el nombre de 2.5G, por servir de puente entre los sistemas de segunda generacin y tercera generacin. Estos sistemas posibilitan servicios que requieren mayores velocidades de datos.3G: Los sistemas mviles de tercera generacin utilizan transferencia de datos de alta velocidad y tecnologa de terminales de radio lder de punta, y estn habilitados para multimedia y otras funciones dinmicas.

4G: LTE es un estndar mundial para la cuarta generacin de banda ancha. LTE se desarroll para ofrecer niveles de capacidad y velocidad an mayores por la red mvil, con el objetivo de atender el enorme crecimiento de datos mviles y la cantidad de usuarios.

3. Arquitectura general del sistema LTE:En las especificaciones se denomina a la arquitectura del sistema LTE como Evolved Packet System (EPS). La idea es la misma que en las otras generaciones, dividir el sistema en los tres elementos mencionados anteriormente. Un equipo de usuario, una nueva red de acceso que denominaremos E-UTRAN y una red troncal que denominaremos EPC [2.2]. Todos los componentes que engloban este sistema estn diseados para soportar todo tipo de servicios de telecomunicacin mediante mecanismos de conmutacin de paquetes, por lo que no es necesario disponer de un dispositivo que trabaje en modo circuito, ya que en el sistema LTE los servicios con restricciones de tiempo real se soportan tambin mediante conmutacin de paquetes. En la Figura siguiente vemos un ejemplo de la distribucin de la arquitectura del sistema LTE.

Esquema general de la arquitectura del sistema LTEOtra caracterstica de LTE es que se contempla tambin el acceso a sus servicios a travs de UMTS y GSM. Tambin mediante otras redes de acceso como CDMA2000, Mobile WiMAX, redes 802.11, etc.

La red fsica que se utiliza en LTE para interconectar todos los equipos de la red, que se denomina red de transporte, es una red IP convencional. En la infraestructura de red LTE aparte de los equipos que realizan las funciones especficas del estndar, tambin habr elementos de la red propios de redes IP como routers, servidores DHCP, servidores de DNS, switches, etc.4. Equipos de usuario:Es el equipo que permite al usuario conectarse a la red LTE y disfrutar de los servicios que nos proporciona a travs de la interfaz radio. La arquitectura funcional de un equipo de usuario es la misma que se defini para GSM y UMTS.El equipo de usuario (User Equipment, UE) contiene dos elementos bsicos: un mdulo de suscripcin del usuario (SIM/USIM) y el terminal mvil propiamente dicho (Mobile Equipment, ME). A su vez, el SE ME considera dos entidades funcionales: la terminacin mvil (MT) y el equipo terminal (TE). A continuacin definimos todos estos elementos.Mdulo de suscripcin de usuario: La SIM/USIM esta asociada a un usuario y por tanto es quien le identifica dentro de la red independientemente del equipo mvil utilizado. La separacin entre SIM y ME facilita que un usuario pueda cambiar de terminal sin necesidad de cambiar de identidad, de SIM.El equipo mvil (ME): en el se integran las funciones propias de comunicacin con la red celular, as como las funciones adicionales que permiten la interaccin del usuario con los servicios que ofrece la red. Terminacin mvil (MT): alberga las funciones propias de la comunicacin.

Equipo terminal (TE): equipo que se ocupa de la interaccin con el usuario.5. Esquemas generales del sistemaEmpezamos mostrando el esquema principal que nos aparece en el ejemplo:

Esquema principal del sistema LTEComo podemos observar en la Figura anterior, se parte de un bloque donde tenemos todo el sistema LTE, que tiene 7 salidas y una de ellas, que es la seal de RF, entra en otro bloque que es el amplificador de potencia, con sus caractersticas de ganancia, figura de ruido, su potencia de saturacin, etc., que se pueden modificar. La salida del amplificador de potencia va hacia un ltimo bloque que ser el que realice las medidas y presente los resultados de la simulacin.Vemos tambin, en la parte superior como se declaran una serie de variables que luego utilizaran los dems bloques. Simplemente hay que pinchar en Var Eqn para modificar y aadir nuevas variables, Figura siguiente (a). Nos saldr un panel como el de la Figura siguiente (b). (a)__________________________________(b)

Esquema general del multiplexor, modulador OFDM, entramado y conformacin del espectro.Podemos ver cmo llegan al multiplexor los diferentes canales de control, las seales fsicas y los canales fsicos PDSCH, que son los que transmiten la informacin de usuario. Vemos como del multiplexor salen tres ramas. La de abajo es una seal que luego pasaremos por un modulador OFDM. La salida de este modulador entra en otro multiplexor pero esta vez es para conformar los diferentes slots de la trama. Luego la seal entra en otro bloque que construye la trama que ms tarde entrar en un ltimo bloque que introduce un filtro raz de coseno alzado para ya tener la seal de salida con todos los canales y seales fsicas para enviar a los usuarios que lo necesiten.Ahora bien Nosotros estamos utilizando el MATLAB 8.3 2014 en el cual realizaremos una prctica esperando obtener resultados de comoe s que se lleva a cabo la comunicacin del sistema LTE. El sistema que armaremos se encuentra en la figura siguiente.

Y a la programacion corespondiente a cada etapa se muestra a continuacion:

Transmisor:

function [tx_Sig,csr_ref,data_In]=Tx(nS,prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH,prmMdl)%#codegen% Generate payloaddataIn1=genPayload(nS,prmLTEDLSCH.TBLenVec);% Transport block CRC generationtbCrcOut1=CRCgenerator(dataIn1);% Channel coding includes - CB segmentation, turbo coding, rate matching,% bit selection, CB concatenation - per codeword[data1,Kplus1,C1]=lteTbChannelCoding(tbCrcOut1,nS,prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH);%Scramble codewordscramOut=lteScramble(data1,nS,0,prmLTEPDSCH.maxG);% ModulatemodOut=Modulator(scramOut,prmLTEPDSCH.modType);%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% MIMO transmitter based on the mode%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%numTx=prmLTEPDSCH.numTx;data_In=data_In1;Kplus=Kplus1;C=C1;Wn=complex(ones(numTx,numTx));switch prmLTEPDSCH.txModecase 1 % Mode 1: Single-antenna (SIMO mode)PrecodeOut=modOut;case 2 % Mode 2: Transmit diversity% TD with SFBCPrecodeOut=TDEncode(modOut(:,1),prmLTEPDSCH.numTx);case 3 % Mode 3: Open-loop Spatial multiplexingLayerMapOut=LayerMapper(modOut,[],prmLTEPDSCH);% PrecodingPrecodeOut=SpatialMuxPrecoderOpenLoop(LayerMapOut,prmLTEPDSCH);case 4 % Mode 4: Closed-loop Spatial multiplexingif prmLTEPDSCH.numCodeWords==1% Layer mappingLayerMapOut=LayerMapper(modOut,[],prmLTEPDSCH);elsedataIn2=genPayload(nS,prmLTEDLSCH.TBLenVec);tbCrcOut2=CRCgenerator(dataIn2);[data2,Kplus2,C2]=lteTbChannelCoding(tbCrcOut2,nS,prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH);scramOut2=lteScramble(data2,nS,0,prmLTEPDSCH.maxG);modOut2=Modulator(scramOut2,prmLTEPDSCH.modType);% Layer mappingLayerMapOut=LayerMapper(modOut,modOut2,prmLTEPDSCH);data_In=[data_In1;data_In2];Kplus=[Kplus1;Kplus2];C=[C1;C2];end% PrecodingusedCbIdx=prmMdl.cbIdx;[PrecodeOut,Wn]=SpatialMuxPrecoder(LayerMapOut,prmLTEPDSCH,usedCbIdx);end% Generate Cell-Specific Reference (CSR) signalsnumTx=prmLTEPDSCH.numTx;csr=xCSRgenerator(nS,numTx);csr_ref=complex(zeros(2*prmLTEPDSCH.Nrb,4,numTx));for m=1:numTxcsr_pre=csr(1:2*prmLTEPDSCH.Nrb,:,:,m);csr_ref(:,:,m)=reshape(csr_pre,2*prmLTEPDSCH.Nrb,4);end% Resource grid fillingtxGrid=REmapper_mTx(PrecodeOut,csr_ref,nS,prmLTEPDSCH);% OFDM transmittertx_Sig=OFDMTx(txGrid,prmLTEPDSCH);[tx_Sig,csr_ref,data_In]=commlteMIMO_Tx(nS,prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH,prmMdl); Canal:

function [rxSig,chPathG,nVar]=Channel(tx_Sig,snrdB,prmLTEPDSCH,prmMdl)%#codegensnrdB=prmMdl.snrdB;% MIMO Fading channel[rxFade,chPathG]=MIMOFadingChan(tx_Sig,prmLTEPDSCH,prmMdl);% Add AWG noisesigPow=10*log10(var(rxFade));nVar=10.^(0.1.*(sigPow-snrdB));rxSig=AWGNChannel(rxFade,nVar);[rxSig,chPathG,nVar]=commlteSystem_Channel(tx_Sig,snrdB,prmLTEPDSCH,prmMdl); Receptor:function dataOut=Rx(nS,csr_ref,rxSig,chPathG,nVar,prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH,prmMdl)%#codegen% OFDM RxrxGrid = OFDMRx(rxSig, prmLTEPDSCH);% updated for numLayers -> numTx[dataRx, csrRx, idx_data] = REdemapper_mTx(rxGrid, nS, prmLTEPDSCH);% MIMO channel estimationif prmMdl.chEstOnchEst = ChanEstimate_mTx(prmLTEPDSCH, csrRx, csr_ref, prmMdl.chEstOn);hD = ExtChResponse(chEst, idx_data, prmLTEPDSCH);elseidealChEst = IdChEst(prmLTEPDSCH, prmMdl, chPathG);hD = ExtChResponse(idealChEst, idx_data, prmLTEPDSCH);end%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% MIMO Receiver based on the mode%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%dataOut=false(size(dataIn));switch prmLTEPDSCH.txModecase 1% Based on Maximum-Combining Ratio (MCR)yRec = Equalizer_simo(dataRx, hD, max(nVar), prmLTEPDSCH.Eqmode);cwOut = yRec;case 2% Based on Transmit Diversity with SFBC combineryRec = TDCombine(dataRx, hD, prmLTEPDSCH.numTx, prmLTEPDSCH.numRx);cwOut = yRec;case 3yRec = MIMOReceiver_OpenLoop(dataRx, hD, prmLTEPDSCH, nVar);% Demap received codeword(s)[cwOut, ] = LayerDemapper(yRec, prmLTEPDSCH);case 4% Based on Spatial MultiplexingyRec = MIMOReceiver(dataRx, hD, prmLTEPDSCH, nVar, Wn);% Demap received codeword(s)[cwOut1,cwOut2]=LayerDemapper(yRec,prmLTEPDSCH);if prmLTEPDSCH.numCodeWords==1 cwOut = cwOut1;elsecwOut = [cwOut1, cwOut2];endend% Codeword processingLen=numel(dataOut)/prmLTEPDSCH.numCodeWords;index=1:Len;for n = 1:prmLTEPDSCH.numCodeWords% Demodulationif prmLTEPDSCH.Eqmode == 3% not necessary in case of Sphere DecodingdemodOut = cwOut(:,n);else% DemodulatedemodOut = DemodulatorSoft(cwOut(:,n), prmLTEPDSCH.modType, max(nVar));end% Descramble received codewordrxCW = Descramble(demodOut, nS, 0, prmLTEPDSCH.maxG);% Channel decoding includes CB segmentation, turbo decoding, rate dematching[decTbData,~,~] = TbChannelDecoding(nS, rxCW, Kplus(n), C(n), prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH);% Transport block CRC detection[dataOut(index),~] = CRCdetector(decTbData);index = index +Len;end[dataOut,~,~]=commlteSystem_Rx(nS,csr_ref,rxSig,chPathG,nVar,prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH,prmMdl);6. Resultados de la simulacin del sistema LTE:

A continuacin vamos a ir mostrando los resultados de la simulacin del esquema presentado en el apartado anterior.La primera grafica muestra el valor en porcentaje del EVM en funcin de los bloques de recursos fsicos (PRB) y de los usuarios. Hay 25 PRBs como se esperaba, ya que se ha elegido el canal de 5 MHz.

EVM en funcion del Bloque de Recurso Fisico (PRB) y el usuario.En la Figura siguiente se observa el valor del EVM en tanto por ciento en funcin de las subportadoras. Como antes, se saba que iban a ser 301 subportadoras, debido a que estamos trabajando en el canal de 5 MHz.

EVM en funcin de las subportadorasEn la Figura siguiente vemos las diferentes constelaciones de los 6 usuarios, que se haban elegido en la declaracin de variables. El UE1: 16-QAM, UE2: QPSK, UE3: 16-QAM, UE4: 64- QAM, UE5: QPSK y UE6: 16-QAM.

Constelaciones de los diferentes usuariosEn la Figura siguiente vemos el espectro de la seal transmitida centrada en 2 GHz como se haba indicado en la variable FCarrier=2000 MHz.

Espectro de la seal transmitida centrada en 2 GHzEn la Figura siguiente podemos ver la forma de la seal OFDMA en funcin del tiempo, de la parte real y de la parte imaginaria. Se observan la forma de los 7 smbolos OFDM incluyendo el prefijo cclico (PC) entre ellos, en este caso el PC es del tipo normal o corto, por eso se tienen 7 smbolos OFDM.

Seal OFDMA en el tiempo

Para terminar, en la Figura siguientevemos la grfica del CCDF (funcin de distribucin acumulativa complementaria). Se mide en tanto por ciento y es en funcin de la potencia media (dB) de la seal. Se muestran tambin el valor en (dBm) de los parmetros: Potencia Media, Potencia de Pico. El PAPR lo mide en (dB).

7. Bibliografa:

Ramn Agust Comes, Francisco Bernardo lvarez, LTE: Nuevas tendencias en comunicaciones mviles, Editorial: Fundacin Vodafone Espaa, 2010. Stefania Sesia, Issam Toufik, Matthew Baker, LTE-The UMTS Long Term Evolution-From theory to practice Editorial: Wiley & Sons, 2009. Harri Holma, Antti Toskala, LTE for UMTS OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access Editorial: Wiley & Sons, 2009.

8. Anexos:

Todos los anexos se encuentran en el CD adjunto al trabajo. SHAPE \* MERGEFORMAT

3