SISTEMA 4G. LTE

ING. JOSÉ RODRIGO ESPINOZA BAUTISTA

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Sección de Estudios de Posgrado e Investigación

EVOLUCIÓN TECNOLOGÍA DE LAS COMUNICACIONES MÓVILES.

¿QUE ES LA 4G?En telecomunicaciones, 4G son las siglas de la cuarta generación

de telefonía móvil y estará basada totalmente en tecnología IP, alcanzando la convergencia entre las redes por cable e inalámbricas así como en computadoras, dispositivos electrónicos y tecnología de la información para proveer velocidad de acceso de 100 Mbps en movimiento y 5 Gbps en reposo, manteniendo una calidad de servicio (QoS) de punta la punta de alta seguridad para permitir ofrecer servicios de cualquier tipo, en cualquier momento y en cualquier lugar.

El concepto 4G va mas allá de la telefonía móvil, ya que no puede ser considerada una evolución de los estándares de telefonía celular, tales como las existentes en el mercado actual. Las nuevas tecnologías de redes de banda ancha móvil (inalámbrica) permiten el acceso a datos en dispositivos que operan con IP, desde handsets hasta CPEs (equipamientos para conversión de datos para uso en equipamientos finales tales como televisores y teléfonos). 

TECNOLOGÍAS CANDIDATAS A 4GLas dos tecnologías que más adeptos tienen son: LTE Advanced y

WirelessMAN-Advanced. El eje de trabajo que acá se reporta lo constituyen el análisis del desarrollo que estas dos tecnologías tienen actualmente y su contribución a la implementación de soluciones 4G.

LTE Advance WiMAX

LTE VS WIMAXSimilitudes:

• Ambos son todas las tecnologías IP• Ambos apoyan MIMO

avanzada - de entrada múltiple y salida múltiple tecnología de antena• Ambos utilizan la

tecnología de modulación similar basado en OFDM.

Diferencias:• LTE-A utiliza diferentes canales de ancho de banda de 1,4

MHz a 100 MHz, mientras que WiMAX utiliza canales anchos de banda de hasta 40 MHz

• LTE utiliza modulación diferente para el enlace ascendente (SC-FDMA) y enlace descendente (OFDMA), mientras que WiMAX utiliza la misma modulación tanto para el enlace ascendente y enlace descendente - SOFDMA

• LTE duración de la trama es de 10 ms, WiMAX es de 5 ms• LTE-A puede manejar velocidades de hasta 450 km / ho

280 mph, mientras que WiMAX 120 kmh o 75 mph• Red WiMAX no es compatible con los sistemas heredados

como 2G y 3G, mientras que LTE es compatible y permite la convivencia y la itinerancia entre LTE y 3G.

• El costo de la construcción de la red WiMAX es más bajo que el costo para la construcción de la red LTE

WIRELESS MAN-ADVANCED (802.16M) “WIMAX”

Forma parte del conjunto de estándares IEEE 802.16 (Air Interface for Broadband Wireless Access Systems) de ámbito metropolitano. Para cumplir con las especificaciones de la ITU sobre IMT-Advanced, el grupo de estudio desarrolló el estándar IEE 802.16m, cuyo primer borrador se publicó en julio de 2009. Las características principales respecto a las versiones anteriores de IEEE 802.16 son: • Estructura de trama basada en subtramas para retransmisión rápida

(esquema HARQ) que reduce la latencia general en los planos de usuario y de control y mejora la experiencia VoIP. Esquemas mejorados de subcanalización para reducir encabezados y aumentar la eficiencia de transmisión.

WIRELESSMAN-ADVANCED (802.16M) “WIMAX”

• Transmisión multiportadora en portadoras contiguas y no contiguas con una única instancia MAC. Esta característica permite utilizar anchos de banda de hasta 100 Mhz. 92 Desarrollo de las tecnologías de cuarta generación en las comunicaciones móviles 4g• Esquemas MIMO mejorados tanto para el enlace ascendente como para el

enlace descendente. En el enlace descendente soporta MIMO de estación base única, MIMO con múltiple estaciones base y esquemas monousuario y multiusuario. En el enlace ascendente soporta MIMO monousuario con multiplexación espacial colaborativa (CSM, Collaborative Spatial Multiplexing).• Servicios de difusión y Multicast mejorados utilizando combinaciones de

portadoras Mixtas (tráfico y difusión/multicast) y portadoras dedicadas para difusión/multicast.

LTELTE siglas de Long Term Evolution, es considerado por muchos

como el sucesor obvio para la generación de la tecnología 3G UMTS, que está basado en WCDMA, HSDPA, HSUPA y HSPA. LTE no es un sustituto de UMTS en la manera en que UMTS fue un reemplazo para el GSM, sino más bien una actualización de la tecnología UMTS que le permitirá ofrecer velocidades de datos mucho más rápido tanto para la carga y descarga.

LTELa novedad de LTE es la interfaz radioeléctrica basada en OFDMA

para el enlace descendente (DL) y SCFDMA para el enlace ascendente (UL). La modulación elegida por el estándar 3GPP hace que las diferentes tecnologías de antenas (MIMO) tengan una mayor facilidad de implementación, esto favorece según el medio de hasta cuadruplicar la eficacia de transmisión de datos. Para conseguir una mayor eficiencia, el sistema se realimenta con las condiciones del canal, adaptando continuamente el número de subportadoras asignadas al usuario en función de la velocidad que éste necesita y de las condiciones del canal. Si la asignación se hace rápidamente, se consigue cancelar de forma eficiente las interferencias co-canal y los desvanecimientos rápidos, proporcionando una mayor eficiencia espectral que OFDM.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LTELTE posee una serie de características que permiten la explotación

de las condiciones instantáneas del canal radio de una forma extremadamente eficiente. El resultado es un incremento importante de la capacidad del sistema optimizando la potencia necesaria.

Como contrapartida la simulación de este tipo de sistemas se dificulta. Se hace necesario un enfoque diferente al utilizado en otros tipos de sistemas móviles para abordar la planificación de este tipo de redes.

Las principales características de LTE son:•  Control de potencia en el enlace ascendente. Consiguiendo mejorar la

capacidad del sistema y reducir el consumo de potencia.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LTE• Utilización de OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) en el

enlace descendente. una tecnología que permite el acceso multiple dividiendo el canal en un conjunto de subportadoras (subcarriers) ortogonales que se reparten en grupos en función de la necesidad de cada uno de los usuarios.• Utilización de SC-FDMA (Single-Carrier OFDMA) en el enlace ascendente. Una

desventaja de OFDMA es la existencia de importantes variaciones de potencia en las señales de salida. Por ello es necesaria la utilización de amplificadores especialmente lineales, que poseen una baja eficiencia. El consumo de potencia es especialmente importante para el enlace ascendente por lo que se utiliza SC-FDMA, una alternativa más eficiente en terminos de potencia que conserva la mayoría de las ventajas de OFDMA.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LTE• Flexibilidad del espectro. Es una de las características clave de LTE. La existencia

de distintos marcos regulatorios dependiendo de la zona geográfica de despliegue, así como la coexistencia con otros operadores u otros servicios y sistemas, hacen necesaria la flexibilidad en el ancho de banda usado dentro de la banda de despliegue.

El sistema permite además un uso óptimo del espectro radioeléctrico por medio de técnicas de Asignación Dinámica del Espectro (Dynamic Spectrum Assignment, DSA). Básicamente el sistema es capaz, en función de las condiciones del canal en cada bloque de frecuencia e instante de tiempo, de seleccionar los usuarios en mejores condiciones.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LTE• La utilización de multiples antenas. Los beneficios del uso de este tipo

de técnicas son muy variados:• Protección adicional a los desvanecimientos del canal radio por medio de tecnicas de

diversidad espacial o diversidad de polarización.• Posibilidad de "moldear" los diagramas de radiación resultantes en transmisión y

recepción consiguiendo, por ejemplo, aumentar la ganancia en una dirección deseada, cancelar alguna interferencia, etc.

• Obtención de muy altas tasas de datos mediante la utilización de múltiples canales en paralelo (multiplexación espacial), también denominadas técnicas MIMO (Multiple Input - Multiple Output).

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LTE• Coordinación de interferencia intercelular (Inter-cell interference

coordination, ICIC). LTE permite la coordinación entre las distintas estaciones base con el objetivo de identificar que usuarios se encuentran en el centro o en el borde de la celda. La utilización de diferentes esquemas de reutilización de frecuencias permite reducir la interferencia intercelular.

ARQUITECTURA LTE (SAE)SAE (System Architecture Evolution) es la red central del estándar de

sistemas de comunicación LTE propuesto por el 3GPP. SAE es la evolución de la red principal GPRS, con algunas diferencias:• Arquitectura simplificada• Todo-IP de red (AIPN)• Soporte para un mayor rendimiento y menor latencia en las redes de acceso

de radio (RAN)• Soporte y la movilidad entre, múltiples redes de acceso heterogéneas,

incluyendo E-UTRA (LTE y LTE interfaz aérea avanzado), sistemas heredados 3GPP (por ejemplo GERAN o UTRAN, interfaces aéreas de GPRS y UMTS, respectivamente), pero también los sistemas no-3GPP (por ejemplo, WiFi, WiMAX o CDMA2000)

ARQUITECTURA LTE (SAE)El SAE tiene una arquitectura plana, todo IP con la separación de

trafico del plano de control y del plano de usuario.El componente principal de la arquitectura SAE es el Evolved

Packet Core (EPC), también conocido como SAE Core. El EPC será el equivalente de las redes GPRS (a través de la Entidad de Gestión de la Movilidad, la porción de puerta de enlace y puerta de enlace PDN subcomponentes).

ARQUITECTURA LTE (SAE)Los subcomponentes del EPC son:

• MME (Entidad de Gestión de Movilidad): El MME es el control de nodo clave para el acceso a la red LTE. Es responsable del modo inactivo del UE (Equipo de usuario) del procedimiento de tagging y de paging incluyendo las retransmisiones. Está implicado en el proceso de activación/desactivación de la portadora y también es responsable de la elección de la SGW (Serving Gateway). Es el primer paso en un proceso de traspaso relocalizando el UE en otro nodo de la red central. Es responsable de autenticar el usuario (mediante la interacción con el HSS (Home Subscriber Server)).

• SGW (Serving Gateway): Rutea y envía paquetes de datos de usuario, mientras que también actúa como el anclaje para el plano de usuario durante las transferencias entre eNodoB y como el ancla para la movilidad entre LTE y otras tecnologías. También lleva a cabo la replicación del tráfico de usuario en caso de interceptación legal.

ARQUITECTURA LTE (SAE)• PGW (PDN Gateway): La PDN Gateway proporciona conectividad desde el UE a las redes de

paquetes de datos externos por ser el punto de salida y entrada de tráfico para el UE. Un UE puede tener conectividad simultánea con más de una PGW para acceder a múltiples RPD. El PGW realiza la aplicación de políticas, filtrado de paquetes para cada usuario, soporte de la carga, la interceptación legal y la detección de paquetes. Otra función clave de la PGW es actuar como ancla para la movilidad entre tecnologías no-3GPP, tales como WiMAX y 3GPP2 (CDMA 1X y EVDO) y 3GPP.• HSS (Home Subscriber Server): El HSS es una base de datos central que contiene la

información relacionada con el usuario y con la suscripción. Las funciones de la HSS incluyen funcionalidades como la gestión de la movilidad, soporte en el establecimiento en la llamada y sesiones de datos, autenticación de usuario y autorización de acceso. El HSS se basa en pre-Rel-4 Home Location Register (HLR) y Authentication Center (AUC).• ANDSF (Network Discovery Acceso y Función Selección): El ANDSF proporciona información a la

UE sobre la conectividad con 3GPP y redes de acceso fuera de las 3GPP (tales como Wi-Fi). El propósito de la ANDSF es ayudar a la UE a descubrir las redes de acceso en su vecindad y proporcionar reglas (políticas) para priorizar y gestionar las conexiones a estas redes.

ARQUITECTURA LTE (SAE)• EPDG (Evolved Packet Data Gateway): La función principal de la EPDG es para

asegurar la transmisión de datos con un UE conectado a la EPC que no es de confianza sobre un acceso fuera de las redes 3GPP. Para este propósito, el EPDG actúa como un nodo de terminación de túneles IPsec establecidos con la UE.

INTERFACES LTEInterfaces permiten a la MME, SGW y PGW cooperar con otros

elementos de la red (por ejemplo, HSS o PCRF).Cada uno de ellos está construido en forma estandarizada

descrita por 3GPP.org. Cada interfaz se describe aquí se toma de 23.401 documentación 3GPP.org.

INTERFACES LTEEl flujo de información se puede dividir en dos grupos, uno es plano de control, y el otro es plano de usuario.El plano de control consta de protocolos para el control y el apoyo de las funciones del plano de usuario:• El control de las conexiones de acceso a la red E-UTRA, como la colocación

de y desprendimiento de E-UTRAN.• Controlar los atributos de una conexión de acceso a la red establecida,

tales como la activación de una dirección IP.• El control de la ruta de enrutamiento de una conexión de red establecida

con el fin de apoyar la movilidad de los usuarios, el control de la asignación de recursos de la red para satisfacer las cambiantes demandas de los usuarios.

INTERFACES DEL PLANO DE CONTROL• Interfaz S1-MME entre eNodoB y MME.

Punto de referencia para el protocolo de plano de control entre E-UTRAN y MME.

Dónde:S1-AP (Protocolo de aplicaciones S1): Protocolo de capa de aplicación entre el eNodoB y MME.SCTP (Corriente del Protocolo de Control de Transmisión): Esta entrega garantías de protocolo de mensajes de señalización entre MME y eNodoB (S1). SCTP se define en el RFC 4960

• Interfaz S3 MME y SGSN.

Permite el intercambio de información de usuario y portador de entre 3GPP movilidad red de acceso en estado de reposo y/o activa.

Dónde:GTP-C (Protocolo de Túneles GPRS para el plano de control): Este protocolo túneles mensajes de señalización entre SGSN y MMEUDP (User Datagram Protocol): Este protocolo de señalización de mensajes. UDP se define en el RFC 768.

INTERFACES DEL PLANO DE CONTROL• Interfaz S4 entre SGSN y SGW.

Provee control y movilidad entre el Core de GPRS y la función de anclaje de SGW. Ademas, si Direct Tunnel no se ha establecido, proporciona la tunelización plano de usuario.

Dónde:GTP-C (mencionado anteriormente): este protocolo túneles mensajes de señalización entre SGSN y SGW.UDP: Este protocolo transferencias mensajes de señalización. UDP se define en el RFC 768.

• Interfaz S10 entre MME y otra MME.

Punto de referencia entre MME’s para reubicación de MME (por ejemplo, el handover) y transferencia de información entre MME y MME.

Dónde:GTP-C: Este protocolo túneles mensajes de señalización entre MMEs.UDP: Este protocolo transferencias mensajes de señalización entre MMEs. UDP se define en el RFC 768.

INTERFACES LTE• Interfaz S5 o S8 entre SGW y PGW.S5: Proporciona tunneling en el plano de usuario y gestión de túneles entre SGW y PDN GW. Se utiliza para servir reubicación GW debido a la movilidad del UE y si el GW Sirviendo necesita conectarse a un PDN GW no-emplazamiento común para la conectividad PDN requerida.S8: punto de referencia entre PLMN proporcionar plano de usuario y control entre el GW Servir en la VPLMN (PLMN Visitado) y el PDN GW en la HPLMN (Home PLMN). S8 es la variante PLMN inter de S5.Diferencia entre esas dos interfaces es S5 se utiliza en una entidad de red (sin escenario roaming), y S8 se está utilizando para conectar Visiting PLMN donde el usuario está con su Home PLMN.

Dónde:GTP-C: Este protocolo túneles mensajes de señalización entre SGW y PGW.UDP: Este protocolo transferencias mensajes de señalización entre SGW y PGW. UDP se define en el RFC 768

INTERFACES DEL PLANO DE CONTROL• Interfaz S11 entre MME y SGW.

Punto de referencia entre el MME y SGW.

Dónde:GTP-C: Este protocolo túneles mensajes de señalización entre MME y SGW.UDP: Este protocolo transferencias mensajes de señalización entre MME y SGW. UDP se define en el RFC 768.

• Interfaz S13 entre MME y EIR.

Permite UEEIR.

Dónde:Diameter: Este protocolo soporta procedimiento de verificación de identidad de UE entre MME y EIR (S13). Diámetro se define en RFC 3588.SCTP: Este protocolo transferencias mensajes de señalización. SCTP se define en el RFC 4960.

INTERFACES DEL PLANO DE CONTROL• Interfaz S6a entre MME y HSS.Permite la transferencia de datos de suscripción y autenticación para la autenticación / autorización de acceso del usuario al sistema evolucionada (interfaz AAA) entre MME y HSS.

Dónde:Diameter: Este protocolo soporta la transferencia de datos de suscripción y de autenticación para la autenticación / autorización de acceso del usuario al sistema desarrollado entre MME y HSS (S6a). Diámetro se define en RFC 3588.SCTP: Este protocolo transferencias mensajes de señalización. SCTP se define en el RFC 4960.

INTERFACES DEL PLANO DE CONTROL• Interfaz SBc entre CBC y eNodoB.Punto de referencia entre el CBC y MME para advertir funciones de entrega de mensajes y de control.Cell Broadcast Center (CSC) fue una solución para el requisito especial de un sistema de Terremoto y Tsunami de advertencia (ETWS) creado para Japón, introducido en Rel. 8. Utiliza las interfaces existentes entre UE y MME en plano de control. Adicionalmente, la MME está conectado a la CBC través de la interfaz SBc. En LTE interfaz / 4G SBc está totalmente estandarizado y basado en SCTP.Dónde:SBC-AP (Protocolo de aplicaciones SBC): Protocolo de capa de aplicación entre el CBC y MME. Este protocolo es compatible con la transferencia de mensajes de advertencia.S1-AP (Protocolo de aplicaciones S1): Protocolo de capa de aplicación entre el eNodoB y la MME.SCTP: Este protocolo garantiza la entrega de mensajes de señalización entre MME y eNodoB (S1). SCTP se define en el RFC 4960.

INTERFACES EN EL PLANO DE USUARIOPlano del usuario en una gran perspectiva

INTERFACES EN EL PLANO DE USUARIO• Interfaz S4 entre el UE con acceso 2G y PGW.Interfaz S4 también se está utilizando para conectar UE con acceso 3G y PGW.Proporciona control correspondiente y apoyo a la movilidad entre el GPRS Core y la función de anclaje del SGW 3GPP. Además, si Direct Tunnel no se ha establecido, proporciona la tunelización plano de usuario.Dónde:GTP U: Este protocolo túnelea datos de usuario entre el SGSN y SGW, así como entre el SGW y el PGW en la red troncal. GTP deberá encapsular todos los paquetes IP del usuario final.UDP / IP: Estos son los protocolos de red troncal utilizados para el encaminamiento de datos de usuario y señalización de control.Protocolos sobre la las interfaces Gb Um y se describen en TS 23.060.

INTERFACES EN EL PLANO DE USUARIO• S12 interfaz entre el UE desde la red 3G y

PGW.Punto de referencia entre UTRAN y SGW para el tuneleo del plano de usuario cuando se establece Direct Tunel. Se basa en el punto de referencia Iu-u / GN-u utilizando el protocolo GTP-U tal como se define entre SGSN y UTRAN o, respectivamente, entre SGSN y GGSN. El uso de S12 es una opción de configuración del operador.Dónde:GTP U: Este protocolo túnelea datos de usuario entre UTRAN y el S GW, así como entre el SGW y el PGW en la red troncal. GTP deberá encapsular todos los paquetes IP del usuario finalUDP / IP: Estos son los protocolos de red troncal utilizados para el encaminamiento de datos de usuario y señalización de control.Protocolos en la interfaz Uu se describen en TS 23.060.

INTERFACES EN EL PLANO DE USUARIO• Interfaz S1-U entre eNodoB y SGW.

Punto de referencia entre E-UTRAN y SGW provee el tuneleo para la prestadora de servicios en el plano de usuario y el ruteo entre eNodoB’s a cambiar durante el handover.

Dónde:GTP-U (Protocolo de tunneling para GPRS para el plano de usuario): Este protocolo de tunelea datos de usuario entre eNodoB y SGW.UDP: Este protocolo transfiere datos de usuario. UDP se define en el RFC 768.

CANALES DE LTEEn la interfaz de aire LTE se encuentran 3 tipos

de canales los cuales se diferencian principalmente por su ubicación en el stack de protocolos los cuales determinan su función especifica. Estos canales son: Físicos, transporte y lógicos. Los canales físicos se ubican en la capa mas baja y por ende están relacionados con la transmisión y recepción de las señales físicas a través de la interfaz de aire, los canales de transporte se encuentran entre la capa física y la capa MAC y definen el formato de envío (canales comunes o compartidos), por ultimo los canales lógicos se ubican entre la capa MAC y definen el tipo de información enviada (de control o de usuario).

CANALES FÍSICOS EN DOWNLINKPDSCH (por sus siglas en ingles, Physical Downlink Shared Channel), este canal es el que cuenta con mas recursos por ser a través de este donde se envía la información de usuario. También es usado para enviar mensajes de paging así como mensajes de señalización a aquellos usuarios que tienen asignados recursos dedicados.PDCCH (por sus siglas en ingles, Physical Downlink Control Channel), es un canal compartido usado para enviar información de control. Este canal lleva los mensajes DCI (por sus siglas en ingles, Downlink Control Information) los cuales se componen por una cierta variedad de mensajes de control cada uno con información especifica.PBCH (por sus siglas en ingles, Physical Broadcast Channel), por medio de este canal se envía el MIB (por sus siglas en ingles, Master Information Block) donde se especifica el ancho de banda del sistema, así como los 8 bits mas significantes (en total son 10) del SFN (por sus siglas en ingles, System frame number). Ademas de ello también especifica la configuración del PHICH donde básicamente se indica cuantos recursos se han reservado para el PHICH.PHICH (por sus siglas en ingles, Physical Hibrid-ARQ Indicator Channel), en este canal se envían los mensajes de “confirmación de recepción” al UE luego de recibir transmisiones provenientes de este. Estos mensajes son comúnmente conocidos como: ACK / NACK (Acknowledgement y Negative Acknowledgement)

CANALES FÍSICOS EN DOWNLINKPCFICH (por sus siglas en ingles, Physical Control Format Indicator Channel), este canal cuenta con pocos recursos de radio ya que su función básica es la de proveer información al UE sobre la cantidad de símbolos reservados para enviar información de control a través del PDCCH y cuantos símbolos reservados para enviar información dedicada por medio del PDSCH.PSCH (por sus siglas en ingles, Primary Synchronization Channel) y SSCH (por sus siglas en ingles, Secundary Synchronization Channel), estos 2 canales tienen una función muy básica pero a la vez sumamente importante ya que como su nombre lo indica son canales que permiten la sincronización del UE en downlink. El PSCH permite la sincronización a nivel de símbolos y la identificación de la celda dentro del grupo. El SSCH permite la sincronización de la trama, determinar el modo de transmisión, la duración del prefijo ciclico y el grupo de identidad de la celda. Conociendo el grupo de identidad de la celda y el identificador de la celda dentro del grupo se obtiene el PCI (por sus siglas en ingles, Physical Cell Identity).RS (por sus siglas en ingles, Reference Signal), no se consideran las señales de referencia como un canal fisico sino tal como su nombre lo indica un tipo de señal. Sin embargo por tener recursos en tiempo y frecuencia fijos los cuales son usados única y exclusivamente para transmitir este tipo de señales podemos incluirlas en esta clasificación. Las señales de referencia no transmiten información al UE, estas señales sirven solo para realizar mediciones de señal con el propósito de hacer estimaciones de canal. Las bondades que presta el sistema LTE se basan en gran medida a las mediciones que realiza el UE y que permite al eNB modificar cada transmisión con la finalidad de alcanzar el mejor desempeño posible.

CANALES FÍSICOS EN UPLINKPUSCH (por sus siglas en ingles, Physical Uplink Shared Channel), a través de este canal cada UE transmite información dedicada en algunos casos puede usarse este canal para también enviar información de control. Unicamente este canal y el PDSCH pueden adaptar su esquema de modulación dependiendo de la calidad de señal para mantener niveles de BLER bajos, el resto mantienen esquemas de modulación fijos (usualmente QPSK).PUCCH (por sus siglas en ingles, Physical Uplink Control Channel), por medio de este canal los UE transmiten información de control la cual puede enviarse a través del PUSCH para aquellos UE que tengan asignados recursos dedicados. Estos mensajes de informacion de control son usualmente los UCI (por sus siglas en ingles, Uplink Control Information) los cuales llevan informacion de control especifica tal cual los mensajes DCI.PRACH (por sus siglas en ingles, Physical Random Access Channel), se utiliza para enviar los mensajes de acceso aleatorio que es la transmisión inicial que realiza el UE cuando necesita enviar información a la red pero antes requiere sincronizar su transmisión en UL lo cual se logra con el proceso de random access.

CANALES LÓGICOS

BCCH ↓: Broadcast Control ChannelDifusión de información de control de sistema. PCCH ↓: Paging Control ChannelAviso a UE con ubicación no conocida. DCCH↑↓: Dedicated Control Channel.Información de control hacia/desde un UE paraconfiguración individual.MTCH↓: Multicast Traffic ChannelDatos para servicios MBMS.

Se han especificado 7 canales lógicos: ↑ Ascendente ↓Descendente

CCCH↑↓: Common Control Channel.Información de control hacia/desde un UE cuando no hayasociación confirmada UE-eNB.. MCCH↓: Multicast Control ChannelInformación de control para recepción múltiple. DTCH↓↑: Dedicated Traffic ChannelDatos de usuario hacia/desde un UE.

CANALES DE TRANSPORTECanales de trasporte descendentes:

BCH: Broadcast Channel. Formato fijo. Debe difundirse en toda la célula.PCH: Paging Channel. Debe difundirse en toda la célula. Soporta recepción discontinua (modo DRX).DL-SCH: Down Link Shared Channel. Para datos y control; TTI = 1 ms. Soporta HARQ, planificación (scheduling) en tiempo y frecuencia. Multiplexación espacial (MIMO), Adaptación dinámica de tasa y configuración de haces de antena.MCH: Multicast Channel. Debe difundirse en toda la célula. Soporta asignación semiestática de recursos.

Canales de transporte ascendentes:

UL-SCH: Uplink Shared Channel. Para datos y control. Soporta HARQ y adaptación dinámica del enlace. Asignación semiestática de recursos.Posibilidad de configuración de haces de antena.RACH: Radom Access Channel. Para acceso inicial UE a la red. Riesgo de colisión. Control de contienda.

CANALES DE LTE

LTE-ADVANCEDEn LTE-Advanced la atención se centra en una mayor capacidad. La necesidad

de evolucionar de LTE a LTE-Advanced (LTE Release10) era proveer velocidades de bits más altas de una manera rentable y, al mismo tiempo, cumplir plenamente los requisitos establecidos por la UIT para las IMT avanzada, también conocida como 4G.• El aumento de velocidad de datos máxima, DL 3 Gbps, UL 1,5 Gbps• Eficiencia espectral superior, de un máximo de 16bps / Hz en R8 a 30 bps / Hz en

R10• Aumento del número de suscriptores activos simultáneamente• Mejora del rendimiento en los bordes de células.

Las principales nuevas funcionalidades introducidas en LTE-Advanced son Carrier Aggregation (CA), una mayor utilización de técnicas de múltiples antenas y el apoyo a los nodos de retransmisión (RN).

CARRIER AGGREGATION La forma más sencilla de aumentar la capacidad es agregar más ancho

de banda. Técnica utilizada para aumentar la capacidad de un sistema de comunicaciones móviles mediante la cual el transmisor y receptor manejan simultáneamente dos o más portadoras de la misma o diferentes bandas asignándolas a un enlace concreto.

Cada portador agregado se conoce como un componente. El componente puede tener un ancho de banda de 1,4, 3, 5, 10, 15 o 20 MHz y un máximo de cinco portadores de componente puede ser agregados. Por lo tanto el ancho de banda máximo es de 100 MHz. El número de portadores de agregados puede ser diferente en DL y UL, sin embargo el número de portadores de componentes UL no es mayor que el número de portadores de componente DL. Los portadores de componentes individuales también pueden ser de diferentes anchos de banda.

CARRIER AGGREGATION La forma más fácil para organizar la agregación es el uso componentes de

contiguos dentro de la misma banda de frecuencia de funcionamiento, llamado así contigua intra-banda. Esto no siempre es posible, debido a los escenarios de asignación de frecuencias. Para la asignación no contigua Es bien podría ser intra-banda, es decir, los componentes pertenecen a la misma banda de frecuencia de funcionamiento, pero están separados por una brecha de frecuencia, o podría ser inter-banda, en cuyo caso los portadores de componentes pertenecen a diferentes bandas de frecuencia de operación.

MIMO, MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT - O MULTIPLEXADO ESPACIAL

Un cambio importante en LTE-Advanced es la introducción de MIMO 8x8 en la lista de lesionados y 4x4 en el UL.

MIMO se recomienda para alta S/N y otros tipos de tecnicas de multiantenas se utilizan preferentemente para baja S/N .

Para ser capaz de ajustar el tipo de esquema de transmisión de múltiples antenas, el UE a través de señalización RRC es informado sobre el modo de transmisión a usar. En el DL hay nueve modos de transmisión diferentes, donde TM1-7 se introdujeron en R8, TM8 se introdujo en R9 y TM9 se introdujo en R10. En el UL hay TM1 y TM2, TM1, donde, por defecto, se introdujo en R8 y TM2 se introdujo en R10.

NODOS DE RETRANSMISIÓNEn LTE-Advanced, la posibilidad para una eficiente planificación de

la red heterogénea - es decir, una mezcla de células grandes y pequeñas - se incrementa por la introducción de nodos de retransmisión (RN). Los nodos de retransmisión estaciones base de baja energía que proporcionarán una mayor cobertura y capacidad en los bordes celulares y áreas hot-spot y también se puede utilizar para conectarse a zonas remotas sin conexión de fibra. Los nodos de retransmisión están conectados al eNB Donante (denb) a través de una interfaz de radio, Un, que es una modificación de la interfaz aire-E UTRAN Uu. Por lo tanto, los recursos de radio del donante son compartidos entre los UE servidos directamente por el denb y el nodo de retransmisión .

MULTIPUNTO COORDINADOEl 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.

MULTIPUNTO COORDINADOAun 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.

MULTIPUNTO COORDINADOMultipunto 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. 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.

WIMAXWiMAX son las siglas de 'Worldwide Interoperability for Microwave Access', y es la marca

que certifica que un producto está conforme con los estándares de acceso inalámbrico 'IEEE 802.16'. Estos estándares permitirán conexiones de velocidades similares al ADSL o al cablemódem, sin cables, y hasta una distancia de 50-60 km. Este nuevo estándar será compatible con otros anteriores, como el de Wi-Fi (IEEE 802.11).

WiMAX está pensado principalmente como tecnología de “última milla” y se puede usar para enlaces de acceso, MAN o incluso WAN. Destaca WiMAX por su capacidad como tecnología portadora, sobre la que se puede transportar IP, TDM, T1/E1, ATM, Frame Relay y voz, lo que la hace perfectamente adecuada para entornos de grandes redes corporativas de voz y datos así como para operadores de telecomunicaciones.

CARACTERÍSTICAS DE WIMAX802.16 802.16a 802.16e

Espectro 10 - 66 GHz < 11 GHz < 6 GHzFuncionami

entoSolo con visión

directa Sin visión directa (NLOS) Sin visión directa (NLOS)

Tasa de bit32 - 134 Mbit/s

con canales de 28 MHz

Hasta 75 Mbit/s con canales de 20 MHzHasta 15

Mbit/s con canales de 5

MHzModulación QPSK, 16QAM y 64

QAMOFDM con 256 subportadoras QPSK, 16QAM,

64QAMIgual que 802.16a

Movilidad Sistema fijo Sistema fijo Movilidad pedestre

Anchos de banda 20, 25 y 28 MHz Seleccionables entre 1,25 y 20 MHz

Igual que 802.16a con

los canales de subida para

ahorrar potencia

Radio de celda típico 2 - 5 km aprox. 5 - 10 km aprox. (alcance máximo de unos 50

km)2 - 5 km aprox.

ESTANDARES WIMAX

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES WIMAX FIJO

• Anchos de canal entre 1,5 y 20 MHz• Utiliza modulaciones OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) y OFDMA (Orthogonal

Frequency Division Multiple Access) con 256 y 2048 portadoras respectivamente, que permiten altas velocidades de transferencia incluso en condiciones poco favorables. • Incorpora soporte para tecnologías “smart antenas” que mejoran la eficiencia y la cobertura. Estas

antenas son propias de las redes celulares de 3G, mejorando la red espectral, llegando así a conseguir el doble que 802.11• Incluye mecanismos de modulación adaptativa, mediante los cuales la estación base y el equipo

de usuario se conectan utilizando la mejor de las modulaciones posibles, en función de las características del enlace radio.• Soporta varios cientos de usuarios por canal, con un gran ancho de banda y es adecuada tanto

para tráfico continuo como a ráfagas, siendo independiente de protocolo; así, transporta IP, Ethernet, ATM etc. y soporta múltiples servicios simultáneamente ofreciendo Calidad de Servicio (QoS) en 802.16e, por lo cual resulta adecuado para voz sobre IP (VoIP), datos y vídeo.• También, se contempla la posibilidad de formar redes malladas (mesh networks) para que los

distintos usuarios se puedan comunicar entres sí, sin necesidad de tener visión directa entre ellos.

COMO FUNCIONA WIMAXUn sistema de WiMax tiene dos partes:

• Por un lado están las torres WiMax, que dan cobertura de hasta 8.000 kilómetros cuadrados según el tipo de señal transmitida. • Por otro están los receptores, es decir, las tarjetas que conectamos a nuestro PC, portátil, PDA y demás para tener acceso.

Con una antena se da cobertura a más de 30 kilómetros a la redonda. Esta ventaja comparativa ha hecho que algunos operadores apuesten por esta tecnología para ofrecer Internet de calidad en las zonas rurales. Es una excelente forma de obtener conexiones de Internet de forma rápida y económica en zonas donde las tecnologías tradicionales no acceden, o bien, no les es rentable.

ARQUITECTURA WIMAXEl modelo de referencia de una red WiMAX está compuesto

principalmente por tres componentes interconectadas mediante interfaces estandarizadas o puntos de referencia del R1 a R5. Los tres componentes son:• Estación Base (BS): Implementa la capa física y MAC tal como se define en

el estándar IEEE 802.16. En una red de acceso WiMAX, una BS está definida por un sector y una frecuencia asignada. En el caso de la asignación multifrecuencia de un sector, dicho sector incluye tantas BS como frecuencias asignadas haya.• Pasarela de Acceso al Servicio (ASN-GW): Una pasarela ASN es una

entidad lógica que actúa típicamente como un punto de agregación de tráfico de la capa de enlace dentro del ASN e incluye: Funciones de control entre entidades pares y Encaminamiento plano de portadora o funciones de puente.

ARQUITECTURA WIMAX• Servicio de Conexión a la red (CSN): El CSN consiste en unas

funciones y equipos que permiten la conectividad IP a los suscriptores WiMAX. Por ello, el CSN incluye las siguientes funciones:• Autorización de conexión de usuario en la capa de acceso 3. • Administración de la QoS. • Soporte de movilidad basado en Mobile IP. • Tunelado (basado en protocolos IP) con otros equipos o redes. • Facturación de los suscriptores WiMAX. Servicios WiMAX (acceso a Internet,

servicios de localización, conexión de servicios Peer-To-Peer, aprovisionamiento, autorización y/o conexión a gestores de bases de datos o IMS).

ESTRUCTURA DE LA RED IP WIMAX

INTERFACES WIMAXAdemás de las entidades anteriores, el grupo de trabajo del WiMAX Forum define varios puntos

de referencia entre las distintas entidades que componen la arquitectura de esta red. Esos puntos de referencia logran puntos de interoperabilidad entre equipos de diferentes fabricantes. Hay seis puntos de referencias obligatorios (del R1 al R6) y dos opcionales (R7 y R8).

• R1: Punto de referencia de la interfaz radio entre el MS y el ASN. Incluye todas las características físicas y MAC de los perfiles de WiMAX. Lleva tráfico de usuario y mensajes de control de usuario.• R2: Es la interfaz lógica entre el MS y el CSN. Contiene los protocolos y otros procedimientos

implicados en la autenticación, servicios de autorización y administración de la configuración IP.• R3: Es la interfaz lógica entre el ASN y el CSN. Transporta mensajes del plano de control e

información del plano de datos a través de un tunelado entre el ASN y CSN.• R4: Punto de referencia que interconecta dos ASNs (ASN perfil B) o dos ASN-GW (ASN perfiles A o

C). Transporta mensajes del plano de control y de datos, especialmente durante el traspaso de un usuario WiMAX entre ASNs/ASN-GWs. Presenta interoperabilidad entre ASNs de diferentes fabricantes.

INTERFACES WIMAX• R5: Punto de referencia que interconecta dos CSNs. Consiste en el juego

de métodos del plano de control y de datos para la comunicación entre el CSN del NSP visitante y el NSP.• R6: Es específico de algunos de los perfiles de ASN. En aquel os en los

que el ASN se subdivide en BS y ASN-GW que corresponden con los perfiles A y C. Por tanto, este punto de referencia no es aplicable al perfil B. R6 se encarga de unir el BS y el ASN-GW. Transporta mensajes del plano de control y de datos.• R7 y R8: R7 es una interfaz lógica opcional entre funciones de decisión y

aplicación en el ASN-GW. R8 es una interfaz lógica entre estaciones base y transporta flujo de intercambio del plano de control que sirve para permitir un rápido y eficiente traspaso entre estaciones base.

ESTANDAR 802.16E, WIMAXMÓVIL

WiMax móvil es la solución de bandaancha móvil, nomádica, portable y fija, mediante tecnología de acceso de radio y una arquitectura de redflexible. WiMax Movil usa en la interfaz aire SOFDMA que soporta canales de ancho de banda escalables de 1.25 a 20 MHz.

CARACTERISTICAS WIMAX MOVIL• Altas tasas de transferencia: La inclusión de la técnica de antenas

MIMO proporciona altas tasas de transferencia de información. WiMax móvil soporta hasta 63 Mbps de bajada y 28 Mbps de subida por sector en canales de 10 MHz. •Calidad de Servicio (QoS): Una de las principales características es la

arquitectura de MAC de WiMax móvil. Al sistema se le pueden incluir etiquetas MPLS de extremo a extremo y variadas técnicas de QoS sobre IP, las cuales serán explicadas más adelante.• Escalabilidad: WiMax puede trabajar con diferente canalización, lo que

le da la ventaja de acomodarse a los diferentes requerimientos mundiales.• Seguridad: Soporta distintos aspectos de seguridad y autentificación

LTE Y WIMAX EN EL MUNDO

BIBLIOGRAFÍADefinición de 4G• Desarrollo de las tecnologías de cuarta generación en las comunicaciones

móviles 4G. Reyes Vázquez Virgilio. 2012.IMT Advanced• http://www.itu.int/net/newsroom/wrc/2012/reports/imt_advanced.aspxLTE VS WiMAX• http://thebestwirelessinternet.com/wimax-vs-lte.htmlCaracteristicas técnicas de LTE• https://www.xirio-online.com/help/es/lte_key_features.htmlArquitectura SAE• https://en.wikipedia.org/wiki/System_Architecture_Evolution• http://

www.zte.com.cn/cn/events/2010_evolved_packet_system_en/products_solutions/201011/t20101109_368408.html

BIBLIOGRAFÍAInterfaces LTE• http://www.lteandbeyond.com/2012/01/interfaces-and-their-protocol-stacks.htmlCanales LTE • http://

www.catedra-telefonicamovistar.etsit.upm.es/sites/default/files/SeminarioLTE.pdf• Recomendación UIT-R M.2012. Especificaciones detalladas de las interfaces

radioeléctricas terrenales de las telecomunicaciones móviles internacionales-avanzadas (IMT-Avanzadas)• http://telecomunicados.com.ve/2015/08/27/funcionalidades-basicas-canales-fisico

s-lte/

LTE Advanced• http://www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/97-lte-advancedWiMAX• http://wimaxtech.galeon.com/