visión general acceso radio lte

José María Hernando Rábanos

1

CÁTEDRA TELEFÓNICA EN LA UPM

“APLICACIONES Y SERVICIOS

MÓVILES”

Visión General Acceso Radio LTE


2

Introducción de base del multiacceso LTE conceptos

•Caracterización del canal radiomóvil

•Multiacceso OFDM y SC-FDMA

•Tecnologías de multiantenas


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VARIABLES QUE AFECTAN A LA CAPACIDAD Y COBERTURA DE ENLACES MÓVILES

Banda de frecuencias

Características dispersivas del canal radio (multitrayecto)

Altura antena Estación Base

Tecnología de antenas (beamforming,diversidad MIMO)

PIRE (Potencia Isótropa Radiada Equivalente) de la estación base

Sensibilidad dinámica del receptor

Tipo de entorno

Ruido interno de equipos y ruido industrial

Interferencias


4

CARACTERIZACIÓN DEL CANAL RADIOMÓVIL

Descripción “clásica” en banda estrecha:

• Pérdida básica de propagación.

• Desvanecimiento lento.

Descripción en banda ancha (adicional):

• Desvanecimiento multitrayecto.


5

La cobertura, tal cual se conoce y se aprovecha en los sistemas radiomóviles modernos es posible gracias a la propagación multitrayecto que es variable en tiempo, frecuencia y espacio.

Sin embargo el multitrayecto -necesario- genera desvanecimientos de la señal recibida que ocasionan:

• Atenuación intensa o incluso pérdida de la señal.

• Distorsión, que afecta a la calidad de recepción e, indirectamente, a la capacidad.


6

Los desvanecimientos pueden ser:

• Planos: afectan a todo el espectro de la señal transmitida→Atenuación

• Selectivos:

› En espacio (SSF): afectan a la posición de los terminales.

› En frecuencia (FSF): afectan a una porción del espectro de la señal.

› En tiempo (TSF): afectan a una parte de la ráfaga de datos o de la trama temporal. Sólo se producen en canales radio con movilidad.

Producen distorsión con incidencia en la tasa de errores


7

Tradicionalmente se ha procurado contrarrestar los efectos del desvanecimiento selectivo en redes de banda estrecha (BW ≤ 1MHz) con tres técnicas combinadas:

• Diversidad, de Recepción, Transmisión o ambas.

• Ecualización digital.

• Codificación de canal con entrelazado.


8

A partir de la 3G en los sistemas de banda ancha, se aprovechan los “ecos” de la señal multitrayecto mediante:

• Estructura de receptores RAKE (en WCDMA-UMTS).

• Tecnologías MIMO (en LTE).

El RAKE es, en realidad, una diversidad de recepción con MRC (Maximal Ratio Combining), que mejora la SNR de recepción.

El MIMO está orientado a la mejora de la capacidad (tasa binaria) de recepción.


9

Características dispersivas del canal radio para capacidad y calidad

Dispersión del retardo: Delay Spread (D)

Valor rms de los retardos de los ecos de multitrayecto

Efectos:

• En el dominio del tiempo: ISI (Inter Symbol Interference)

Incide en el tamaño de los ecualizadores y en OFDM en el tiempo de guarda

• En el dominio de la frecuencia: FSF

José María Hernando Rábanos10

La incidencia del FSF se valora mediante la Anchura de Banda de coherencia Bc.

comparándola con la anchura de banda de transmisión BW

Bc >BW …Canal con desvanecimiento plano

Bc <BW …Canal con desvanecimiento selectivo

=

DB

DB cc π

α2

11


Dispersión Doppler: Doppler Spread (V)

Valor rms del desplazamiento Doppler de cada eco, función de la velocidad del móvil, del ángulo trayecto-rayo y de la frecuencia.

Efectos:

En el dominio del tiempo: TSF

En el dominio de la frecuencia: distorsión espectral, perdida de ortogonalidad en OFDM

Incide en el ritmo de actualización de los ecualizadores.

1080/cos)()/()( α××= MHzfhkmvHzf iid


La incidencia del TSF se valora mediante el tiempo de coherencia Tc

Comparándolo con la duración temporal de un elemento de señal (bit, ráfaga, trama, …..) To

Tc >To……Canal con desvanecimiento plano en el tiempo.

Tc <To……Canal con desvanecimiento selectivo en el tiempo.

⋅⋅

=d

cd

c fT

fT

πα

16

91


EFICIENCIA ESPECTRAL POR PORTADORA

Fórmula de Shannon (límite teórico) par la capacidad de un canal.

La tasa binaria en un canal real R (bit/s) está acotada superiormente por C (R≤C).

Eficiencias especiales máximas teóricas:• De una modulación digital:

M: número de niveles de modulación.

• De Shannon:

( ) ( )

+⋅=

n

sHzBsbitC 1log/ 2

( ) MHzsbit 2log// =η

+==

n

sBC 1log/ 2η


Eficiencias espectralesmáximas teóricas (SHANNON)

Modulaciones soportadas

SNR (dB) η(bit/s/Hz) QPSK 16QAM 64QAM

30

25

20

15

10

5

0

-5

-10

9,96

8,31

6,66

5,03

3,46

2,06

1

0,4

0,14

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X


Influencia de la banda de frecuencias en la cobertura media

• Atenuación compensable 151 dB.

• Métodos Hata para 900 MHz y HataCOST231 para f ≥ 1800 MHz.

• Perdida media penetración:› 8 dB en 900 MHz

› 12 dB en 1800/2100 MHz

› 14 dB en 2600 MHz

mhm;h mt 325 ==

Cobertura (km.)

Banda (Mhz) Exterior Interior

900 5,3 3,2

1800 2,3 1,1

2100 2,0 0,9

2600 1,6 0,7


16

Conclusiones

1. Bandas bajas 800-900 MHz

• Excelente cobertura

• Capacidad limitada

1. Bandas altas: 2000-2600 MHz

• Cobertura limitada

• Excelente capacidad

1. Posibilidad

• Bandas bajas: área rural

• Bandas altas: áreas urbanas y “hot spots”


1000

Mob

ilit

y an

d co

vera

ge

1 100,1

Pedrestian

Vehicular

Stationary

Data rate (Mbps)

100

4G research target

Envolved 3G

CD

MA

2000 1XE

DG

EE

DG

E E

volution1xE

VD

O1xE

VD

V

UMTSTDD

1xEV

DV

WC

DM

A R

el4H

SPA

3.9G

3G EVOLUTION

802.20

WLAN802.11n

WIMAX802.16e

WLAN802.11a,g

WLAN802.11b

WIMAX802.16-2004

MARCO EVOLUTIVO A 4G: TECNOLOGÍAS ACCESO


18

GENESIS DE LTE: “Lecciones aprendidas de 3g”

Elevada complejidad del Núcleo de red en 3G en:

• Equipos

• Protocolos

• Señalización

Lo que se traduce en costes y latencia altos.

Uso poco eficiente de la anchura de Banda.

• Se ocupan 5 MHz cualquiera que sea la tasa binaria.

Prevalencia inicial de CS, aunque en 3,5G ya se da protagonismo a PS.


19

Buen desempeño (performance) de los turbo códigos.

Ventajas notorias de la planificación (Scheduling).

Buen desempeño de la técnica AMC (Adaptive Modulation and Coding)

Ventajas de la técnica ARQ “inteligente”: HARQ. (Hybrid-ARQ)


20

GENESIS DE LTE: nuevas soluciones

Además de incorporar esas características en LTE se “exprime” al máximo la tecnología radio. Por ello:

• Se utilizan nuevas técnicas de modulación y multiacceso: OFDMA y SC-FDMA.

• Se emplea la tecnología MIMO para aprovechar la propagación multitrayecto.

• Ambas tecnologías hacen un uso masivo del procesado digital de señales (DSP).

• Simplificación del Núcleo de Red (Arquitectura “plana”).


21

TECNOLOGÍA DE ACCESO RADIO OFDM

En OFDM se realiza la transmisión de la información en paralelo, mediante múltiples subportadoras, cada una de las cuales soporta una fracción de la tasa binaria total R.

La anchura de banda BW se divide en Nc subcanales sustentados por Nc subportadoras no solapadas (ortogonales). Cada una transmite con una tasa R/Nc ocupando la anchura BW/Nc.

Un símbolo OFDM es el conjunto de toda la información de las subportadoras, con tasa R, anchura de banda BW y periodo Tsimb.


La ortogonalidad de las subportadoras se consigue eligiendo una separación entre sus frecuencias, Δf, tal que

donde Tútil es el periodo útil de símbolo

En consecuencia:

fNBW c ∆⋅=

útilTf

1=∆


23

La modulación de las subportadoras se hace con alguna variante de QAM con M estados de modulación, según una constelación en ejes I y Q. Cada símbolo de modulación es un punto de la constelación representado por un número complejo que corresponde a log2 M bits, por lo que cada símbolo OFDM consta de Nc·log2 M bits y su periodo es:

Tútil = Tb·Nc·log2 M

siendo Tb el periodo de bit


24

Señal OFDM


25

Justificación de OFDM

Transmisión digital de banda ancha convencional con FSF:

• El FSF afecta a una parte del espectro y produce distorsión de la señal.

• Se contrarresta mediante ecualización.

• Hay que ecualizar TODO el espectro, aunque hay una amplia porción no afectada por FSF.

→Ecualizador MUY complejo, no viable prácticamente en el dominio de la frecuencia.

→Se ecualiza en el dominio del tiempo pero el hardware es complejo, con elevado consumo.

BW/2-BW/2

FSFS(f)

f0


26

Transmisión digital OFDM

• Sólo se ecualizan las subportadoras afectadas por el FSF.

• Para cada subportadora (banda estrecha) el desvanecimiento es plano.

• Viable la ecualización en el dominio de la frecuencia, que es individual para cada subportadora.

→FDE (Frequency Domain Equalization)

FSF

f


27

En consecuencia la OFDM es muy robusta frente al FSF.

La FDE requiere una estimación de la respuesta impulsiva del canal.

Para ello se transmiten símbolos piloto o de sondeo conocidos por el receptor en ciertas subportadoras y determinados instantes de tiempo.

Se elimina en alto grado la interferencia entre símbolos con tiempos de guarda.


28

Otras ventajas de OFDM:

• Flexibilidad de espectro, variando el número de subportadoras.

• Posibilidad de multiacceso en frecuencia y tiempo.

• Simplificación de los receptores.

• Idoneidad para su implementación con técnicas DSP.

La descripción de sistemas basados en OFDM requiere dos dimensiones: frecuencia y tiempo.


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Para la protección frente a la interferencia entre símbolos (ISI) se habilita un tiempo o periodo de guarda, por lo que el tiempo útil de símbolo es:

Tu = TS - Tg

Durante el tiempo de guarda, el receptor no lee la información, por ello las colas de los ecos de un impulso transmitido que caen dentro del tiempo de guarda no afectan al símbolo siguiente (no hay ISI).

i - 1 I + 1


30

USO DEL PREFIJO CÍCLICO

El tiempo de guarda debe ser menor que la dispersión de retardo del canal.

El intervalo de guarda de un símbolo OFDM no se deja vacío, sino que en él se transmite una copia de las NCP , últimas muestras del símbolo para:

• Mantener la continuidad y la sincronización de la transmisión.

• Poder aplicar la convolución cíclica y la ecualización en frecuencia en recepción.

El tiempo T de símbolo se desglosa en

Tsímbolo = Tútil + TCP


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Inconvenientes de OFDM

• La señal OFDM tiene un valor elevado de la relación PAPR (Peak to Average Power Ratio):

como consecuencia de la posible suma en fase de varias subportadoras.

• Esta alta PAPR, impone limitaciones a la eficiencia de los amplificadores de RF. Ha de aplicarse un valor alto de “Backoff”(reducción de potencia respecto a la saturación) para mantener la linealidad.

• La OFDM es sensible a los desplazamientos (offsets) de las subportadoras y al ruido de fase que producen interferencias entre ellas (ICI).

media Potencia

cresta de Potencia=PAPR


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La modulación/demodulación “clásicas” de OFDM, son de compleja realización y ajuste.

Sin embargo es viable una realización de estas operaciones mediante Procesado Digital de Señal (DSP), a través de las transformadas discretas de Fourier.

DFT: Discrete Fourier Transform.

IDFT: Inverse Discrete Fourier Transform.


33

Existe un algoritmo llamado FFT (Fast Fourier Transform) que permite el cálculo rápido y eficiente de DFT e IFFT, lo que ha potenciado la aplicación de éstas transformadas a las modernas comunicaciones digitales.

Se dispone en el mercado de “chipsets” que implementan las FFT directa e inversa.

La aplicación de FFT a la OFDM permite una realización compacta, eficiente y económica del procesado de la señal.


34

APLICACIÓN DE OFDM A LTE

A la hora de elegir una nueva técnica de multiacceso radio espectralmente eficiente y flexible se optó por OFDMA.

La elección estuvo avalada por el buen desempeño de OFDM en la Televisión Digital Terrestre y el ADSL por línea de cobre.

Sin embargo el OFDMA no es idóneo para el enlace ascendente por el bajo rendimiento energético que supone el backoff que afecta a la duración de la batería del terminal móvil.


35

Por ello se decidió utilizar como tecnología de multiacceso para el enlace ascendente una variante de OFDM llamada SC-FDMA.

Se trata de una decisión “dura” porque supone una ruptura con la homogeneidad de las técnicas de acceso. Sin embargo conlleva una mejor eficiencia energética y una simplificación del transmisor.


36

Introducción a SC-FDMA

Deben cubrirse dos objetivos:

a) Para los datos de usuario un solo canal o portadora (SC).b) Para el sistema, señal tipo OFDM con CP y PAPR reducida.

Para conseguirlo se aplica una precodificación a los datos antes de la IDFT.

La precodificación se hace con una DFT, por ello se habla de “DFT-precoded” OFDM.


37

Esta precodificación “distribuye” la energía de cada símbolo entre todos, con lo se suavizan los posibles picos individuales.

Además este paso al dominio frecuencial se aprovecha para ubicar las subportadoras generadas en diferentes lugares de un espectro amplio de forma distribuida o concentrada, dejando sitio para colocar subportadoras de otros usuarios (multiacceso en frecuencia: FDMA).

Para ello se establece una correspondencia o proyección (mapping) entre las N subportadoras resultantes de la DFT y M (M>N) subportadoras, añadiendo ceros al espectro.


38

SC-FDMA esquema procesado de señal en transmisión

Como entre A y C se ejecutan operaciones complementarias separadas por un procesado lineal, pueden realizarse con un solo algoritmo que abarque ambas. Ello simplifica el transmisor del móvil.

P/SConstelación

B. BaseDatos S/P

FFTN

Puntos CP

Correspondencia a M

Subportadoras

SC

OFDM

Ceros

IFFTM

Puntos

A C


39

La correspondencia no altera el carácter SC, solo influye en los valores de los símbolos, por lo que todo el bloque de A a C se puede reemplazar por una sola operación de procesado de los símbolos

Al volver al dominio del tiempo, la señal resultante tiene propiedades de “single carrier” (SC), aunque en realidad es “multicarrier”.


40

Ejemplo:

En LTE se utiliza el modo localizado.


41

TECNOLOGÍAS DE MULTIANTENAS

La utilización de múltiples antenas en transmisión y recepción permite una mejor utilización del canal radio términos de:

• Capacidad: mayor número de usuarios.

• Cobertura: mejora de la SNR.

• Tasa binaria.

• Eficiencia espectral.

Se consideran dos aspectos:

• Físico: Disposición de las antenas (“hardware”)

• Lógico: Procesado señales entregadas (“software”)


42

Alternativas de multiantenas:

• Beamforming.

Concentra el haz en una o más direcciones concretas.

Favorece el rechazo de interferencias.

• Diversidad.

Procesado de señal para combatir el multitrayecto:

› MRC en recepción

› STBC (Alamouti)

• Procesado MIMO.

Aprovechamiento del multitrayecto para multiplexación espacial.


43

Tecnología MIMO

Utilización de múltiple antenas en transmisión y recepción para conseguir multiplexación espacial aprovechando la variabilidad espacial del canal radio.

Se requiere que el multitrayecto sea lo suficientemente “rico” para que las antenas de recepción puedan separar las señales procedentes de las diferentes antenas de transmisión.

La separación de los flujos de datos que comparten banda se basa en la decorrelación de las múltiples señales recibidas en presencia de multitrayecto.


44

Se consigue la separación espacial aplicando un procesado en transmisión (Precodificación) y otro complementario en recepción.

Se utiliza para ello un tratamiento matricial. El transmisor necesita aplicar una matriz de precodificación. Dispone de una lista de matrices y el receptor le indica que matriz debe elegir de la lista y con que rango.

El receptor toma esa decisión a partir de medidas realizadas por señales de referencia emitidas por el transmisor por las diferentes antenas MIMO.


45

En MIMO puede haber, en general, Nt antenas de transmisión en la base y Nr antenas de recepción en el móvil. Normalmente Nt=Nr.

En LTE se ha especificado un MIMO 2x2 (Nt=Nr=2) y en LTE-A se llega a 4x4 y 8x8.

Puede ser Nt‡Nr y además de MIMO usar las antenas en exceso para implementar diversidad.


46

El MIMO puede ser monousuario (SU-MIMO). Por ejemplo, se proporcionan 10 Mb/s a un usuario con dos flujos espaciales de 6 y 4 Mb/s.

En la especificación LTE se ha previsto este tipo de utilización.

También MIMO puede aplicarse a múltiples usuarios (MU-MIMO) con una tecnología más compleja. Por ejemplo, con 10 Mb/s de caudal ofrece un flujo de 3 Mb/s a un usuario y otro de 7 Mb/s a un segundo usuario.

Las posibilidades son múltiples en un MIMO NxN. La especificación LTE-A (Release 11) ya contempla este tipo de utilización.


Estimación teórica simple de la capacidad SU-MIMO

Los diferentes trayectos espaciales de MIMO tendrán, en general, valores de ganancia diferentes .

La capacidad es:

donde pi es la potencia del transmisión para el trayecto i-ésimo.

La optimización de C es un problema de máximos y mínimos condicionados en L variables con la condición:

+= ∑

= n

pBC ii

L

i

2

12 1log

λ

)( totalpotenciappi∑ =

2iλ


Capacidad máxima MIMO

Con Nt antenas transmisoras y Nr antenas receptoras y L grados de libertad, donde L=min(Nt=Nr) o el rango de la matriz del canal H y en condiciones optimas, con MIMO la capacidad es:

s/n relación señal/ruido media en un trayecto (todas iguales)

)/1(log2 nsBLC +⋅⋅=


La capacidad aumenta linealmente con el número de antenas.

MIMO proporciona alta capacidad con anchura de banda limitada, es decir elevada eficiencia espectral.

Teóricamente multiplica por L la capacidad de una sola vía.


50

Acceso Radio LTE


51

REQUISITOS Y OBJETIVOS DE LA LTE

Tasas de bits máximas instantáneas para BW = 20 MHz.

• En DL .... 100 Mb/s. (5 bits/Hz)

• En UL .... 50 Mb/s. (2,5 bits/Hz)

Incremento de la tasa en el “perímetro celular”, manteniendo la ubicaciones existentes.

Aumento sustancial de la eficiencia espectral:

(2-4) x HSUPA Rel 6


Comparación Tasas Binarias (Mb/s)

Macrocélulas DL

Tecnología Tasa máxima Usuario con buen canal

radio

Usuario Promedio

Usuario en borde célula

HSDPA 7,2

1 portadora

7,2 2-2,5 0,7-1 0,1-0,5

HSPA + (64QAM)

1 portadora

21 5-7,5 1-1,2 0,1-0,5

HSPA +

dual cell

2 portadoras

42 10-15 2-2,5 0,1-0,5

LTE 2X2

20 MHz

170 30-50 5-10 0,5-2


53

Capacidad del plano de control

• 200 usuarios por célula en estado activo para BW de 5 MHz.

• 400 usuarios por célula para anchuras de banda mayores.

≥≈


54

Latencia del plano de control: tiempos de conmutación.

• 100 ms del modo “Idle” a un estado activo.

• 50 ms del estado “Dormido” al estado activo.

≤≤


55

Latencia del plano usuario:

Tiempo de tránsito unidireccional entre el instante en que un paquete está disponible en la capa IP del nodo UE y el instante en que lo está en el nodo frontera de la red de acceso (RAN)

Latencia inferior a 5 ms en condición descargada: Un único usuario y un solo flujo de datos, para un paquete IP mínimo: Cabecera IP + carga útil de 0 bytes.


56

Movilidad

• E-UTRAN estará optimizada por velocidades de vehículos reducidas; de 0 a 15 km/h.

• Con buena calidad, entre 15 y 120 km/h.

• Se mantendrá con alguna degradación hasta 350 km/h.

Cobertura

• Los objetivos básicos deben alcanzarse en células de hasta

5 km de radio.

• Con ligera degradación, hasta 30 km de radio.


57

Flexibilidad de espectro

• E-UTRAN debe funcionar con diferentes anchuras de banda:

1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20 MHz

Para UL y DL, en bandas emparejadas (paired bands) y no emparejadas (unpaired bands).

Modos: Frequency Division Duplex (FDD) y

Time Division Duplex (TDD)

Modo paquetes; compartición de recursos tiempo-frecuencia


58

ARQUITECTURA Y MIGRACIÓN

Arquitectura E-UTRAN única: EPS, Evolved Packet System.

Basada en paquetes, aunque deberá soportar sistemas que admitan tráfico conversacional y en tiempo real.

Soportará QoS de extremo a extremo.

Facilidades de migración e interfuncionamiento


59

Arquitectura general


60

Arquitectura de protocolos de la interfaz radio LTE

Radio Resource Control (RRC)

Medium Access Control(MAC)

Transport channels

Physical layer

Con

trol

/ M

easu

rem

ents

Layer 3

Logical channelsLayer 2

Layer 1


61

Canales lógicos LTE

Definen el tipo de información a transmitir

• BCCH ↓: Broadcast Control Channel

Difusión de información del control de sistema.

• PCCH ↓: Paging Control Channel

Aviso a UE con ubicación no conocida.

• CCCH↑↓: Common Control Channel.

Información de control hacia/desde un UE cuando no hay asociación confirmada UE-eNB.


62

• DCCH↑↓: Dedicated Control Channel.

Información de control hacia/desde un UE para configuración individual.

• DTCH↓↑: Dedicated Traffic Channel

Datos de usuario hacia/desde un UE.

• MCCH↓: Multicast Control Channel

Información de control para recepción múltiple.

• MTCH↓: Multicast Traffic Channel

Datos para servicios MBMS.


63

Canales de transporte

Establecen el modo de transmitir la información. Se estructuran en Bloques de Transporte (TrBk).

La unidad de tiempo para el TrBk es el TTI (Transmision Time Interval) cuya duración es 1 milisegundo (una subtrama).

En cada TTI hay un TrBk de tamaño igual a la tasa binaria en kb/s.

Con MIMO puede haber dos TrBk por TTI.

El formato de transporte TF (Transport Format) proporciona el tamaño del TrBk, (TBS, Transport Block Size),modulación y puerto de antena, entre otros datos.


64

Canales de trasporte descendentes• BCH: Broadcast Channel.

Formato fijo.

Debe difundirse entoda la célula.

• PCH: Paging Channel

Debe difundirse en toda la célula.

Soporta recepción discontinua (modo DRX).

• DL-SCH: Downlink Shared Channel

Para datos y control.

Soporta HARQ, planificación (scheduling) t,f

Multiplexación espacial (MIMO), Adaptación dinamica de tasa y configuración de haces de antena.

• MCH: Multicast Channel.

Debe difundirse en toda la célula.

Soporta asignación semiestática de recursos.


65

Canales de transporte ascendentes

• UL-SCH: Uplink Shared Channel

Para datos y control.

Soporta HARQ y adaptación dinamica 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.


66

Correspondencia Canales Lógicos-Canales de TransporteEnlace Descendente

MUX

DEMUX

MUX

DEMUX

Canales

Lógicos

Canales

de

Transporte

CCCHPCCH BCCH DCCH DTCH MCCH MTCH

PCH BCH DL-SCH MCH


67

Correspondencia Canales Lógicos-Canales de TransporteEnlace Ascendente

MUX

DEMUX

UL-SCH

DTCHDCCHCCCH

RACH

Canales

Lógicos

Canales

transporte


68

LTE: características portador radio

Interfaces radio

• Tecnología DL: OFDMA

• Tecnología UL: SC-FDMA

Modulación de datos

• DL: QPSK, 16 QAM, 64 QAM

• UL: BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM

Cabezales RF: MIMO

• DL: 2 Tx / 2 Rx

• UL: 1 Tx / 2 Rx

Codificaciones

• Turbocódigos

Canales

• No hay canales dedicados


69

Descripción General de la Capa Física

Acceso múltiple

• DL: OFDM con CP.

• UL: SC-FDMA con CP

• Dos modos dúplex: FDD (frecuencias emparejadas) y TDD (frecuencias no emparejadas).

• Módulo de acceso: RB: Resource Block bidimensional: Tiempo y frecuencia.


70

Canales Físicos

Constituidos por recursos tiempo-frecuencia para dar servicio a los canales de transporte.

Hay 9; 6 descendentes y 3 ascendentes.

La codificación de canal y la modulación dependen de cada tipo de canal físico.


71

Canales Físicos Descendentes

PBCH: Physical Broadcast Channel

Transmite información específica de la célula

Modulación: QPSK

PMCH: Physical Multicast Channel

Difunde información para el servicio MBMS.

Modulaciones: QPSK, 16QAM, 64QAM.

PDCCH: Physical Downlink Control Channel

Planificación de UE; Acuses de recibo (ACK/NACK)

Modulación: QPSK


72

PDSCH: Physical Downlink Shared Channel.

Envío de datos de usuario y avisos.

Modulaciones: QPSK, 16QAM, 64QAM.

PCFICH: Physical Control Format Indicator Channel.

Indica el número de símbolos de PDCCH por subtrama (1, 2, 3 o 4).

Modulación: QPSK.

PHICH: Physical Hybrid ARQ Indicator Channel.

Lleva la información de HARQ: ACK/NACK y RV.

Modulación: BPSK en ejes I,Q con códigos expansores Walsh


73

Canales Físicos Ascendentes

PRACH: Physical Random Access Channel.

Para envíos preámbulos de acceso.

PUCCH: Physical Uplink Control Channel.

Planificación UE, ACK/NACK.

Modulaciones: BPSK, QPSK.

PUSCH: Physical Uplink Shared Channel.

Envío datos de usuario.

Modulaciones: QPSK, 16QAM, 64QAM


74

Correspondencia Canales de Transporte –Canales FísicosEnlace Descendente

PCH BCH MCHDL-SCH

PBCH PDSCH PMCH PCFICH PHICH PDCCH

CFI HI DCIInformación

de

Control

Canales de

Transporte

Canales

Físicos


75

Enlace Ascendente

PRACH PUSCH PUCCH

RACHUL-SCH UCI

Información de

Control

Canales de Transporte

Canales Físicos


1.En el dominio del tiempo:

• Tramas y subtramas temporales

• Referencia temporal común. Unidad de tiempo Ts

Así se tiene un reloj único en los terminales binormal.

UMTSchipLTESs

s

TTT

sssegundosT

−− ⋅=⋅=

=⇒=

8

1;

84,3

1

8

1

033,072,30

1

2048.000.15

1 µµ

Estructura Temporal de la Capa Física


Periodo de trama

Hay 2 clases de tramas:

• Trama Tipo 1 para modo FDD

• Trama Tipo 2 para modo TDD

msTT sf 10200307 ⇒⋅⋅=


78

La trama tipo 1, consta de:

• 20 Intervalos (TS, Time Slots) de 0,5 ms, numerados de 0 a 19.

• 10 subtramas (SF, Subframes) de 1 ms, numeradas de 0 a 9.

El periodo de subtrama es el tiempo básico de transmisión y duración de los bloques de transporte:

TTI (Transmisión Time Interval) = 1 ms.


2. En el dominio de la frecuencia:

Nc subportadoras consecutivas, separadas entre si 15 KHz, que se manejan en bloques de 12.

La configuración en banda de base para el DL es de dos grupos de Nc /2 subportadoras cada uno y la frecuencia central (“DC carrier”) no se utiliza. En ella irá la portadora RF en la modulación final.

Anchura de banda:( ) ( )

MHzBWNEjemplo

MHzNBW

c

c

095,172:

115,0

==+⋅=

BW

DC

15

Nsc /2 Nsc /2


80

Recursos Físicos

El recurso físico elemental es bidimensional: tiempo-frecuencia.

Se denomina RB (Resource Block) o PRB (Physical Resource Block).

Está constituido por:

• 1 Intervalo (TS) en el dominio del tiempo de 0,5 ms con 7 o 6 símbolos OFDM.

• 12 Subportadoras consecutivas en el dominio de la frecuencia, con una anchura de banda de 12 x 15 = 180 KHz.

En la variante de difusión MBMS, el PRB tiene 3 símbolos por TS y 24 subportadoras separadas 7,5 KHz. La anchura de banda es también 180 KHz.


81

Una estructura derivada es el Resource Block Pair constituido por 12 subportadoras, pero en una subtrama, tomando 2 TS consecutivos.

Todas las asignaciones de recursos se realizan en bloques con un número entero de RBs.

El número de RB puede variar entre:

1 ≤ NRB ≤ 110

tanto para el enlace ascendente como para el descendente.


Recursos para las anchuras de banda estándar

Anchura de

Banda nominal

(MHz)

1,4 3 5 10 15 20

Anchura de Banda

ocupada Transmisió

n (MHz)

1,08 2,7 4,5 9 13,5 18

Número de RB

6 15 25 50 75 100

Número de

Subportadoras 72 180 300 600 900 1200


83

Recursos Tiempo - Frecuencia

Número de símbolos (symb)por RB, en DL y UL

Número de subportadoras (SC) por RB(12 x 15 = 24 x 7,5 = 180 kHz)

7 -> [ 1 x (160 + 2048) + 6 x (144 + 2048)] x TS = 15.360 x [1 / (15000 x 2048)] = 0,5 ms6 -> [ 6 x (512 + 2048)] x TS = 15.360 x [1 / (15000 x 2048)] = 0,5 ms3 -> [ 3 x (1024 + 4096)] x TS = 15.360 x [1 / (15000 x 2048)] = 0,5 ms


84

Estructura del slot temporal

Existen tres tipos de slots diferentes (todos con duración de 0.5 ms):

► El de la figura superior, con 77 (1+6) símbolos-OFDM, y prefijo cíclico normal.

► Un segundo con 66 símbolos-OFDM iguales, con 2.048 elementos por símbo- lo y prefijo cíclico extendido de 512 elementos.

► Un tercero, con 33 símbolos-OFDM iguales, con 4.096 elementos por símbo- lo (Δf = 7,5 kHz) y prefijo cíclico extendido de 1.024 elementos.

Duración del Prefijo Cíclico normal:144 x TS = 144 x 32,55 = 4,69 µs

nsTS 55,32204815000

1 =⋅

=


El PRB se describe en términos de la rejilla de recursos (Resource Grid). Cada elemento de la rejilla se denomina Elemento de Recursos (Resource Element, RE).

Un RE es una subportadora modulada con M niveles (M = 4, 16, 64 según sea QPSK, 16 QAM o 64 QAM) en el tiempo de un símbolo,

La rejilla tiene:

elementos de recursos

Ejemplo

SCRE

RBSCRBRE NNNN ××=

847121

7121

=××=

===

RE

SCRE

RBSCRB

N

NNN


86

Rejillas de recursos para UL Y DL


87

Ejemplo: Trama, RB y RE


1.Número de RE por trama:

Los cálculos de la capacidad real se realizan evaluando el número de RE/trama disponibles para datos y descontando los utilizados para señalización y control.

2012 ⋅⋅⋅= slotsymbRB

TramaRE NNN

RBTramaRE

RBTramaRE

NNECP

NNNCP

⋅=−

⋅=−

1440

1680

Capacidades básicas de LTE


2. Número de bits y Tasa binaria por RE

• CP normal

• CP extendido

( ) )/(log2/5,0

)(log

2

2

sKbMNN

NR

bitsMN

symbsymb

REbits

RE

REbits

⋅⋅==

=

)/(log14 2 sKbMRRE ⋅=

)/(log12 2 sKbMRRE ⋅=


3. Número de bits y Tasa binaria por RB

REslotsymb

RBbits

RB

slotsymb

RBbits

RsKbMNN

R

bitsMNN

⋅=⋅⋅==

⋅⋅=

12)/(log245,0

)(log12

2

2


4. Número de bits por subtrama

Como la subtrama dura 1 ms la tasa binaria (Kb/s) coincide con el número de bits.

)(log212 2 bitsMNNN slotsymbRB

SFbits ⋅⋅⋅⋅=

)/( skbNR SFbitsSF =


Ejemplo (CP normal)

)16(16;7;6 QAMMNN slotsymbRB ===

sMbsKbR

bitsN

SF

SFbits

/032,4/4032

403247624

⇒=

=⋅⋅⋅=


93

Tasas binarias en LTE

Dependen de los siguientes parámetros de configuración:

• Número de bloques de recursos asignados

• Tipo de prefijo cíclico

• Tara de los canales de control

• Utilización de MIMO

• Cobertura radio

• Modulación

• Tasa del código de canal


Capacidades brutas LTE

TASAS BINARIAS MÁXIMAS (Mb/s) CP NORMAL

BW (MHz)

1,4 3 5 10 15 20

NRB 6 15 25 50 75 100

R(QPSK) 2,016 5,040 8,400 16,800 25,200 33,600

R(16QAM)

4,032 10,080 16,800 33,600 50,400 67,200

R(64QAM)

6,048 15,120 25,200 50,400 75,600 100,800

MIMO 2X2

64QAM

12,096 30,240 50,400 100,800 151,200 201,600


95

Señales Físicas

Las señales físicas transportan información necesaria para la sincronización temporal, identificación de la célula servidora y estimación del canal.

En el enlace descendente hay tres:

• PSS (Primary Synchronization Signal)

Obtención temporización intervalo y parte de la identidad de la célula.

• SSS (Secundary Synchronization Signal)

Obtención temporización trama e identidad completa.

• RS (Reference signal)

Estimación función de transferencia del canal DL.


96

En el enlace ascendente hay dos:

• DMRS: Demodulation Reference Signal

Sincronización y estimación del canal UL

• SRS: Sounding Reference Signal

Estimación de canal para planificación de frecuencia en el UL.


97

Sincronización


98

• Adquirida la sincronización mediante las señales PSS y SSS, el UE puede evaluar la respuesta del canal, amplitud y fase, mediante las Reference Signals (RSRS).

• Las RS se transmiten cada seis subportadoras (dominio espectral), en los símbolos-OFDM 1º y 5º de cada slot (con prefijo cíclico normal) o en los símbolos 1º y 4º (con prefijo cíclico extendido).

•Se usa salto de frecuencia.

• Identifican el puerto de antena (AP)

Señales de referencia DL


99

Para 2 AP los RE utilizados se alternan dejando huecos en los no usados.

Señales de Referencia (dos antenas)


100

Las RS se generan mediante el producto de una secuencia ortogonal y otra pseudoaleatoria. Sólo existen 510, y se asigna una a cada célula, actuando como identificador de célula.

Señales de Referencia DL (1,2,4 antenas)


101

Canales Físicos DL

Canal PBCH

• Transporta el MIB (Master Information Block) que proporciona el valor de la anchura de banda utilizada y configuración PHICH.

• Ocupa las 72 subportadoras centrales de los 4 primeros símbolos del segundo intervalo (slot) de cada trama, por lo que el UE puede decodificarlo siempre.

• No usa los RE ocupados por las señales de referencia.

• Modulación QPSK.

• Cada Antena Port radia su propio PBCH.


102

Canal PDCCH

• Lleva los DCI (Downlink Control Information) y HARQ.

• Puede usar de 1 a 4 símbolos.

• Consiste en uno o más CCE (Control Channel Element).

• Cada CCE consta de 9 REG (Resource Element Group) con 4 parámetros cada REG:

› Asignación bloques de recursos.

› Ajuste modulación-codificación.

› Control de potencia.

› Versión de redundancia HARQ

codificados con 4 símbolos PSK en otras tantas subportadoras.

• En consecuencia 1 CCE = 9 X 4= 36 subportadoras, como en QPSK equivale a 72 bits.


103

Canal PDSCH

• Transporta los paquetes de datos de usuarios, con TTI =1 ms.

• Transporta los SIB (System Information Blocks).

• Transporta los avisos.

• Asignado por planificación (scheduling).

• Modulaciones QPSK, 16QAM, 64QAM.

• Turbocódigos 1/3 con HARQ.

• Diferentes modos: diversidad, mux espacial.

• Sus RB y caudales se reparten entre las conexiones activas, según el DCI.

• Ocupa los RE no utilizados por RS, PSS, SSS, PBCH y PDCCH.


104

CANAL PCFICH

Indica el número de símbolos utilizados en el canal PDCCH mediante el CFI (Control Format Indicator).

Ocupa 16 REs agrupados en 4 cuadrúpletas de 4 RE cada una en el primer símbolo del primer intervalo de cada subtrama.

La ubicación de la cuadrúpletas depende de la anchura de banda y de la identidad de la célula.

Utiliza modulación QPSK, por lo que consta de 32 bits.


105

CANAL PHICH

Retorna confirmaciones ACK/NACK de los datos UL enviados por el PUSCH.

Estructurado en Grupos. Cada grupo múltiples PHICH diferenciados por secuencias ortogonales de bits.

Un grupo ocupa 12 REs (3 cuadrúpletas) ubicados según la identidad de la célula.

Cada mensaje PHICH tiene 2 coordenadas: indicación del grupo e indicación de la secuencia ortogonal.

Usa modulación BPSK por lo que consta de 12 bits.

Puede tener una duración normal (1º símbolo de la subtrama) o extendida (en los 3 primeros símbolos de la subtrama).


106

Ejemplo de proyección en DL (con prefijo cíclico normal)

Proyección Canales-medios Físicos


107

Ejemplo de proyección en DL

Visión Proyección Tiempo-frecuencia


108

Señales de Referencia UL

Hay 2: DMRS Y SRS.

La DMRS (DeModulación Reference Signal) se utiliza para la sincronización y estimación del canal ascendente.

Hay 2 tipos:

• DMRS para el PUSCH.

• DMRS para el PUCCH.

La DMRS/PUSCH se transmite en el cuarto símbolo (con CP normal) o en el tercer símbolo (con CP extendido) de cada RB asignado al PUSCH.

La DMRS/PUCCH va en los símbolos 2, 3, 4 del PUCCH.


109

La SRS (Sounding Reference Signal) se utiliza para medir y estimar el canal ascendente en determinadas sub-bandas para facilitar la planificación y adaptación del enlace.

Se transmite en el último símbolo de la subtrama en subportadoras no usadas por el PUCCH.

El número de RE utilizados depende de dos parámetros: “Bandwidth” (0..3) propio del UE y “Bandwidth Configuration” (0..7) característico de la célula.


110

Canales Físicos UL

Canal PUSCH

• Transporta datos de usuario, información de control del UE (UCI) y la DMRS insertada.

• El UE conoce los recursos asignados para el UL mediante el DCI (Downlink Control Information), que recibe cuatro subtramas antes por el PDCCH

• Usa modulaciones

QPSK,16-QAM o

64-QAM

• Canal compartido por todos los UE.

1 subtrama (2 slot = 1ms)

DMRS para PUSCH

PUSCH


111

Canal PUCCH

• Transporta información de control del UE: HARQ, ACK/NACK, CQI (Channel Quality Indicator), PMI ( Procoding Matrix) DMRS.

• El UE sólo utiliza PUCCH si no tiene datos de usuario que transmitir. En caso contrario, multiplexa en PUSCH la información de control y de usuario.

• Tiene seis formatos, y usa modulaciones BPSK o QPSK

• Ocupa 2 RB distribuidos en los extremos de la banda en una subtrama


112

Canal PRACH

• Se utiliza para la transmisión de los preámbulos de acceso aleatorio a fin de iniciar el proceso de acceso para establecer una sesión de datos, para el traspaso o para calcular el TA (Time Advance).

• El PRACH ocupa 6 RB contiguos y 1, 2 o 3 subtramas según formato.

• El preámbulo de acceso consta de una secuencia de acceso (TSEQ), precedida por un prefijo cíclio (TCP).

• El PRACH se genera en el dominio espectral, mediante secuencias de Zadoff-Chu.


113

Ubicación del PRACH


Ejemplos de Caudales Máximos en PDSCH (Mb/s)

Descontados los RE utilizados por canales prioritarios

CP normal; 2 símbolos PDCCH; Tasa de código: 1

BW(MHz) 1,4 3 5 10 15 20

QPSK 1,5 4 6,8 13,7 20,6 27,5

16QAM 3,1 8,1 13,6 27,4 41,2 55,0

64QAM 4,6 12,1 20,4 41,1 61,8 82,5

64QAAM

2x2

MIMO

8,8 23,1 39,0 78,5 118,1 157,7


115

PROCESADO DE SEÑAL

En primer lugar, al “transport block”, paquete de datos entregado por la capa MAC, se le añade un CRCCRC (Cyclic Redundancy Check), compuesto por bits de paridad, para la detección de errores.

En LTE existen CRC de 24 bits (CRC24A y CRC24B, para los canales DL-SCH, PCH, MCH y UL-SCH), de 16 bits (CRC16, para el canal BCH) y de 8 bit (CRC8).

Si el resultado de “transport block” más el CRC es superior a 6.144 bits, tamaño máximo del “code block”, se procedería a la segmentación de aquel, añadiendo el correspondiente CRC a los segmentos resultantes.


116

Segmentación(si TransportBlock+CRC > 6.144 bits)

y cálculo de CRC para cada Code Block

Paquete de datos facilitadopor la capa MAC

(Medium Access Control)

Cálculo del CRC(Cyclic Redundancy Check)

en base a la totalidaddel Transport Block


117

Procesado genérico de un canalen downlink (DL)

de Transporte o de Control(figura de la izquierda)

proyectado sobre un canal físicocon multiplexación espacial

(figura inferior).

Dos “code word”,o streams de datos diferentes.

Procesado DL


118

El UL-SCH (UpLink Shared CHannel) se proyecta en el PUSH (Physical Uplink Shared CHannel) cada 1 ms (TTI, Transmission Time Interval, de 1 ms).

Además del tráfico de datos, transporta también información de control: CQI (Channel Quality Indicator), PMI (Precoding Matrix Indicator), RI (Rank Indication), HARQ,..

Procesado UL


119

Algoritmos de Planificación

Propietarios de los fabricantes, son alguna variante de:

• Round Robin: Equitativo pero ineficiente

• Mejor SNR: Eficiente pero no equitativo

• Proportional Fair: Hibrido, se basa en SNR y en la “historia” de las conexiones


120

ADAPTACIÓN DEL ENLACE

La Técnica LA (Link Adaptation) es esencial en LTE

Se basa en el proceso AMC: Adative Modulation and Coding que tiene dos fases:

1. Se miden las señales de referencia y su tasa de errores (BER) y se selecciona una modulación y una codificación que aseguren una BER máxima del 10% en la transmisión de los paquetes de datos.

2. Se envía la información de AMC mediante el parámetro CQI (Channel Quality Indication) por el canal PUCCH. El CQI se codifica con 4 bits pudiendo tomar 16 valores. Cada valor de CQI proporciona la modulación, tasa del código de canal y eficiencia espectral (b/s/Hz).

Hay varias modalidades de CQI en función del tiempo y de la frecuencia.


121

Relación SINR según el caudal

SINR (dB)


En la figura se aproxima el comportamiento de un enlace descendente simulado comparado con la cota de Shannon.

Se observa una saturación cuando se alcanza la capacidad máxima del PDSCH.

La línea roja escalonada corresponde a diferentes esquemas de modulación y codificación.

La línea verde es una interpolación que se usa para el cálculo de la SNR.

La SNR incluye el ruido y la interferencia por eso se la suele designar como SINR


E-UTRA

Opening Band

Uplink (UL) operating band

BS receive UE transmit

Downlink (DL) operating band

BS transmit UE receive

Duplex

Mode

FUL_low – FUL_ high FDL_low – FDL_ high

1 1920 MHz – 1980 MHz 2110 MHz – 2170 MHz FDD








9 1749.9 MHz – 1784.9 MHz 1844.9 MHz – 1879.9 MHz FDD


11 1427.9 MHz – 1447.9 MHz 1475.9 MHz – 1495.9 MHz FDD


Bandas de frecuencias LTE


LTE celular

En el enlace descendente, un terminal esta perturbado por ruido térmico e interferencia intercelular (la intracelular se considera nula por la ortogonalidad)

• Geometría celular: Relación señal/interferencia

• psc: Potencia deseada (misma célula)

• poc: Potencia interferente (otras células)

Suponiendo potencias medias iguales, el cociente depende solo de la geometría celular (omni, sector, punto de evaluación), de ahí su nombre.

oc

sc

p

pg =


125

Reutilización de las frecuencias en LTE celular

Se contemplan distintas posibilidades con utilización completa (Factor de reutilización 1) o fraccional.


Categorias de terminales

El 3gpp ha establecido en la Rel. 8, 5 categorías de terminales UE.

Parámetro Categoría

1 2 3 4 5

Tasa Máxima DL (Mb/s)

10 50 100 150 300

Tasa máxima UL (Mb/s)

5 25 50 50 75

TBS máximo DL (bits)

10296 51024 102048 149776 299552

Anchura banda (MHz)

20 20 20 20 20

Modulación DL máxima

64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM

Modulación UL máxima

16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 64QAM

MIMO DL Opcional 2 x 2 2 x 2 2 x 2 4 x 4


Estimación del número usuarios

Se puede estimar mediante la expresión:

Ccap: Capacidad de la célula

LBH: Carga media en hora cargada

Rsub: Tasa binaria requerida por usuario

Ofactor: Factor de sobrecarga (overbooking)

Nsector: Número de sectores

torfactorsub

BHcapsub N

OR

LCN sec)/(

××

=


Ejemplo

Ccap: 35 Mb/s.

Terminal UE cat 1 Rsub = 10 Mb/s

LBH: 50%

Nsector: 3

Ofactor: 20

105)20/10(

5,0353 =××=subN


129

129129

INTRODUCCIÓN A LTE-Advanced (LTE-A)

LTE-A es la versión o “Release” 10 de las especificaciones UTRA del 3gpp que cumple los requisitos de IMT-200-Advanced de la UIT.

Se ha especificado de forma que asegure la “compatibilidad hacia atrás” (backward compatibility), es decir que permita el funcionamiento de un equipo LTE-A cuando éste se conecte a una red LTE normal.


130

Básicamente en LTE-A se introducen las siguientes tecnologías (nuevas o mejoras de las de LTE):

• Agregación de portadoras (carrier aggregation)

• Mejoras en multiantenas.

• Mejoras para despliegues jerárquicos

• Transmisión multipunto coordinada (CoMP)

• Repetidores


131

Agregación de portadoras

Amplia la flexibilidad de uso del espectro. Además de las posibles anchuras de banda disponibles en una portadora, esta técnica permite combinar, en la misma transmisión, portadoras diferentes.

Esto es esencial para conseguir anchuras de banda de hasta 100 MHz, necesarias para las elevadas tasas de bits que se contemplan en LTE-A.

Las portadoras a agregar se llaman componentes (component carriers)


132

Hay tres posibilidades de agregación:

• Intrabanda con componentes contiguas

• Intrabanda con componentes no contiguas

• Interbanda, que combina componentes de bandas diferentes, por ejemplo 800 MHz y 2600MHz.

El procesado de capa física (generación OFDM, codificación, HARQ) se realiza de forma independiente para cada componente.

La señalización de control puede ser independiente y transmitirse por una componente diferente de aquella a la que se refiere.

En la transparencia siguiente se muestra un ejemplo de agregación intrabanda de tres portadoras contiguas.


133


134

134134

Técnicas multiantena

En LTE-A se potencia la transmisión en bajada, permitiendo un MIMO de hasta 8 capas (layers) de datos, por medio de una estructura mejorada de las señales de referencia.

También LTE-A admite MIMO en subida hasta con 4 capas.


135

135135

Mejoras para despliegues

Una de las tendencias que se vislumbran para el futuro de las redes móviles de datos es la coexistencia de un despliegue de macrocélulas con otros de tipo picocelular y femtocelular.

LTE-A incluye algunas mejoras para facilitar la “convivencia” entre estas estructuras.

Por ejemplo si en una red coexisten e-Nodos B de baja potencia (femtocélulas) con macrocélulas, puede haber problemas para decidir a que célula debe engancharse un terminal.

Puede no ser suficiente un criterio de menores pérdidas, sino que pueden intervenir aspectos de capacidad (un eNB con peor señal puede proporcionar mayor tasa que otro de mejor señal pero congestionado), de tarifas (puede ser más barato conectarse a un femto) o de autorización (un usuario puede no estar autorizado a conectarse a un femto).


136

En LTE hay un método para la coordinación de la interferencia entre células ICIC (Inter Cell Interference Coordination), mediante el cual las células pueden intercambiar información sobre las subportadoras que piensen utilizar, a fin de evitar coincidencias e interferencias a nivel de subtrama. Este mecanismo no es efectivo cuando se trata de la señalización ubicada en todas las subtramas.

En LTE-A, con agregación, se protege la componente de cada célula de forma que esta se utiliza para transmitir la señalización de control solo en una célula y no en sus vecinas.

También es posible la multiplexación temporal de la señalización de modo que, en algunas subtramas sólo una célula transmite la señalización.

Se configura que subtramas deben usar los terminales para estimar el canal, evitando las interferidas que podrían conducir a una estimación errónea.


137

Tiene como objetivo el mantenimiento de tasas binarias altas en el borde celular.

Consiste en la conexión múltiple de UE con dos o más eNBs para mejorar la transmisión/recepción en el borde y asegurar la tasa binaria.

Multipunto Coordinado CoMP


138

Requiere una estricta coordinación dinámica entre eNBs separados geográficamente para proporcionar una planificación (scheduling) y una transmisión conjunta al UE en DL, así como un procesado conjunto en el UL.

Hay dos modos de funcionamiento:

• Transmisión conjunta desde múltiples eNBs a un solo UE.

• Selección dinámica de células, con transmisión desde un único UE.

Requisitos básicos:

• Realimentación detallada y rápida de las características del canal para realizar los cambios necesarios.

• Coordinación estrecha entre eNBs para facilitar la combinación de datos o conmutación rápida de las celdas.


139

El UE responde como si se tratase de una transmisión desde un solo punto. El UE no sabe que recibe señales desde eNBs diferentes. Su receptor procesa la información y retorna señalización como si estuviese conectado a un único eNB.

La red determina el eNB idóneo para la conexión en cada caso, según las estimaciones del canal.

Hay una ganancia de diversidad similar a la que se obtiene en redes de frecuencia única SFN (Single Frequency Networks), que se traduce en una mejora en el uso de la potencia RF, con la consiguiente reducción de la interferencia.

CoMP en DL


140

El UE proporciona el CSI (Channel Status Information) de todos los canales que puede “ver”, manteniendo el procesado como en el caso de transmisión desde un único punto.

Para la red todo el procesado se hace en un solo nodo para conseguir suficiente rapidez y coordinación de las transmisiones desde los diferentes puntos.


141

Los UE tienen datos sobre las transmisiones de eNBs: eNB servidor, datos de canal y transmisión …… Ello mejora el procesado de señal a costa de su incremento.

Concepto muy parecido a la macrodiversidad usada en WCDMA y HSPA.

CoMP en UL


142

Es otra alternativa para asegurar altas tasas binarias en el borde celular o en puntos de señal débil (ej. Interiores).

El “LTE-relay” ejecuta procesos de recepción-demodulación-decodificación con corrección de errores y retransmite la señal regenerada.

De este modo, se mantiene la calidad de la señal, sin la degradación de la SNR que se daría en una simple repetición con amplificación.

El UE comunica con el regenerador y este enlaza con el eNB “donante”.

LTE relay: Repetición Regenerativa


143

143143

Ejemplo:


144

144144

Los regeneradores pueden soportar funcionalidades de capas altas, por ejemplo decodificar datos de usuario desde el eNB donante y decodificarlos antes de su envío al UE.

El regenerador es autónomo, no requiere conexión a la red.

Puede funcionar con cambio de frecuencia (outband) o sin cambio (inband); en este caso con TDMA mediante reserva de subtramas MBSFN (Multimedia Broadcast over Single Frequency Network).


145

145145

Se han especificado dos tipos de regeneradores:

• Tipo 1: El regenerador tiene su propia identidad y transmite sus propios canales de sincronización y simbolos de referencia. El UE lo “ve” como un eNB convencional.

• Tipo 2: El regenerador carece de identidad y se asemeja al eNB donante. Un UE en su zona de cobertura no puede distinguirlo del eNB.


146

146

Redes self-configuring and self-optimizing (SON)

La reducción de esfuerzo operacional y de la complejidad se consideran fuerzas motrices básicas para la LTE-RAN.

La SoN se contempla como un proceso tendente a alcanzar ese objetivo, así como para mejorar la calidad y el desempeño de la red.

El 3gpp ha abierto un tema de estudio sobre este asusto que se desarrolla en el TR36.902 y que incluye “casos de utilización” (uses clases), para aplicación de los conceptos de SoN y la definición de medidas, procedimiento e interfaces abiertas para soportar la operabilidad en un entorno de múltiples proveedores.


147

147

Se prevén los siguientes casos:

• Optimización de la cobertura y capacidad.

• Ahorro energético.

• Reducción de interferencias.

• Configuración automática de la identidad de la célula física (Phy_ID).

• Optimización de la movilidad: mejora de los procedimientos de handover y reparto de la carga celular.

• Optimización del acceso RACH.

• Automatización función colindancia.

• Coordinación interferencia intercelular.


148

BIBLIOGRAFIA

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