Tesis: Requerimientos De Parámetros Para Transporte De Redes LTE

REQUERIMIENTOS DE PARÁMETROS PARA
TRANSPORTE DE REDES LTE.
GERSON RAMÓN CHAVARRÍA VERA
.
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD TECNOLOGICA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIAS INDUSTRIALES
Profesor Guía: Ariel Contreras
Ingeniero Civil Electrónico
Memoria para obtener el Título
Profesional de Tecnólogo en
Telecomunicaciones con Grado
Académico de Bachiller en
Tecnologías.
Santiago - Chile
2011

II
Derechos de Autor
Se autoriza la reproducción parcial o total de esta obra, con fines
académicos, por cualquier forma, medio o procedimiento, siempre y cuando
se incluya la cita bibliográfica del documento.
© Gerson Chavarría Vera.

IV
Agradecimientos
Quiero agradecer, cada una de las personas que me apoyaron y me
motivaron a la realización de esta tesis, a familia, en especial a mi hermano
Francisco, por su apoyo y motivación. Además a mis amigos de la
universidad y del colegio.
A cada uno de los profesores de la carrera, que con paciencia me
entregaron las herramientas más importantes para mi futuro, como también
sus experiencias en el mundo laboral.
Un agradecimiento en especial, a la gente del departamento de Ingeniería
Eléctrica de la Universidad de Chile, por la invitación al seminario de LTE.

V
Tabla de contenidos
Derechos de Autor......................................................................................... II
Hoja de Calificación ...................................................................................... III
Agradecimientos ........................................................................................... IV
Tabla de contenidos....................................................................................... V
Índice de tabla............................................................................................... XI
Índice de ilustración ..................................................................................... XII
Índice de esquemas....................................................................................XIV
Índice de gráficos.........................................................................................XV
Resumen ....................................................................................................XVI
Introducción ...............................................................................................XVII
Introducción general ...............................................................................XVII
Objetivo General....................................................................................XVIII
Objetivos Específicos ............................................................................XVIII
Problema existente................................................................................XVIII
Metodología.............................................................................................XIX
Capítulo I: Marco teórico................................................................................ 1
1. Marco Teórico: Sistema de telefonía celular ........................................ 1
1.1 Concepto de teléfono celular ............................................................ 2
1.2 Arquitectura general de una red telefónica móvil.............................. 2
1.2.1 Funcionamiento del esquema de telefonía móvil ....................... 3
1.3 Concepto de celda............................................................................ 3
1.3.1 Geometría de la celda................................................................ 4
1.3.2 Tipos de celda............................................................................ 6
1.3.3 Radio (longitud) de la Celda....................................................... 7
1.3.4 División de celdas ...................................................................... 8
1.4 Administración de frecuencias.......................................................... 9
1.4.1 Re-uso de frecuencia ................................................................. 9
1.4.2 Distancia de re-uso de frecuencia.............................................. 9

VI
1.5 Asignación de canales.................................................................... 10
1.6 Conceptos de movilidad.................................................................. 10
1.6.1 Localización ............................................................................. 10
1.6.2 Handover en la red................................................................... 11
1.6.2.1 Tipos de handover ................................................................ 12
1.6.2.1.1 Desde el punto de vista de usuario.................................... 12
1.6.2.1.2 Desde el punto de vista de red .......................................... 13
Capitulo II: Estandarización de las redes móviles........................................ 15
2. Organismo ......................................................................................... 15
2.1 3GPP........................................................................................... 15
2.1.1 Forma de operar de 3GPP ....................................................... 17
2.1.2 Revisiones realizadas por 3GPP.............................................. 18
Capítulo III: Contexto evolutivo de 3G a 4G................................................. 21
3. Motivos del origen de la evolución ..................................................... 21
3.1 Los ejes evolutivos ......................................................................... 23
3.1.1 Necesidades de los clientes..................................................... 23
3.1.1 Necesidades de los operadores............................................... 24
3.2 Revisión de tecnologías.................................................................. 26
3.2.1 UMTS/WCDMA ........................................................................ 26
3.2.1.1 Funcionamiento de WCDMA................................................. 27
3.2.1.2 Arquitectura de la red WCDMA............................................. 28
3.2.2 HSDPA ........................................................................................ 28
3.2.2.1 Características principales de HSDPA.................................. 29
3.2.2.2 Arquitectura de HSDPA ........................................................ 29
3.2.3 HSPA+......................................................................................... 29
Capítulo IV: Long Term Evolution (LTE) ...................................................... 31
4. Contexto de LTE ................................................................................ 31
4.1 Arquitectura general de LTE........................................................... 32
4.1.1 Arquitectura E-UTRAN y EPC.................................................. 35
4.1.1.1 Arquitectura de la red de acceso E-UTRAN.......................... 35
4.1.1.1.1 Interfaz de radio................................................................. 36

VII
4.1.1.1.2 Interfaz S1 ......................................................................... 37
4.1.1.1.3 Interfaz X2 ......................................................................... 40
4.1.2 Arquitectura de la red troncal EPC........................................... 41
4.2 Protocolos en la red LTE ................................................................ 42
4.2.1 Stacks del protocolo en el plano de usuario de LTE ................ 42
4.2.2 Stacks del protocolo en el plano de control de LTE ................. 44
4.3 Movilidad en LTE ............................................................................ 48
4.3.1 Gestión de handover................................................................ 50
4.3.1.1 Ejecución de handover.......................................................... 51
4.3.1.2 Handover intra-LTE............................................................... 52
4.3.1.3 Handover con soporte de la interfaz X2................................ 52
4.3.1.4 Handover sin soporte de la interfaz X2 ................................. 53
Capítulo V: Red de transporte ..................................................................... 55
5. Topología de un backhaul LTE .......................................................... 57
5.1 Soluciones tecnológicas en la red de transporte. ........................ 57
5.1.1 Tecnologías en el Backhaul de LTE......................................... 58
5.1.1.1 Ethernet ................................................................................ 58
5.1.1.2 IP/MPLS................................................................................ 59
5.2 Escenarios del backhaul en LTE .................................................... 61
5.2.1 Escenario con Carrier Ethernet ................................................ 62
5.2.1.1 Aplicabilidad.......................................................................... 62
5.2.1.2 Stack de protocolos .............................................................. 63
5.2.2 Escenario 2 Acceso con MPLS más VPN en L2/L3 ................. 64
5.2.2.1 Aplicabilidad.......................................................................... 65
5.2.2.2 Stack de protocolos .............................................................. 65
Capítulo VI: Requerimientos técnicos de LTE y de la red de transporte
(backhaul) .................................................................................................... 67
6. Performance en LTE.......................................................................... 67
6.1 Performance en perspectiva del usuario y operador ...................... 69
6.1.1 Performance en perspectiva del usuario.................................. 69
6.1.2 Performance en perspectiva del operador ............................... 70
6.2 Calidad de servicio (QoS)............................................................... 71

VIII
6.2.1 Mecanismos de QoS en LTE ................................................... 72
6.2.1.1 Control de QoS a nivel de portadora..................................... 72
6.2.1.1.1 Parámetros de QoS........................................................... 74
6.2.1.1.2 Iniciación de la red en base al QoS ................................... 75
6.2.1.2 Control de QoS en el nivel de servicio de flujo de datos....... 77
6.2.1.2.1 La política y la Regla de Control de Carga ........................ 79
6.2.1.3 Control de QoS en el plano de control y de usuario.............. 79
6.3 Performance de LTE definido por 3GPP......................................... 80
6.3.1 Tasa de bit máximo en capa 1 ................................................. 82
6.3.2 Categorías de las UE ............................................................... 85
6.3.3 Performance a nivel de enlace................................................. 86
6.3.3.1 Performance en el enlace descendente................................ 86
6.3.3.2 Performance en el enlace ascendente.................................. 88
6.3.3.2.1 Impacto de ancho de banda de transmisión ...................... 88
6.3.3.2.2 Impacto del terminal móvil en movimiento......................... 89
6.3.3.3 Administración del enlaces ................................................... 91
6.3.3.3.1 Parámetros propuestos en el UL y DL a baja frecuencia... 92
6.3.3.3.2 Perdidas de trayectoria...................................................... 94
6.3.3.3.3 Rango de la celda.............................................................. 95
6.3.4 Eficiencia espectral .................................................................. 95
6.3.5 Latencia.................................................................................... 96
6.3.5.1 Latencia en el plano usuario ................................................. 96
6.3.5.2 Latencia en el plano de control ............................................. 97
6.3.6 Capacidad en el plano de control............................................. 99
6.3.7 Flexibilidad del espectro........................................................... 99
6.3.7.1 Flexibilidad en la disposición dúplex ..................................... 99
6.3.7.1.1 Frequency Division Duplex .............................................. 100
6.3.7.1.2 Time Division Duplex....................................................... 101
6.3.7.1.3 Ventajas y desventajas de la transmisión en FDD y TDD 102
6.3.7.2 Flexibilidad en la banda de frecuencia................................ 104
6.3.7.3 Flexibilidad en el ancho de banda....................................... 105

IX
6.3.8 Cobertura ............................................................................... 105
6.3.9 Complejidad ........................................................................... 107
6.3.10 Retardo en el handover....................................................... 107
6.3.11 Performance en la red Backhaul de LTE ............................ 108
6.3.11.1 Tipo de tráfico en función clase de servicio. ....................... 109
6.3.11.2 Recomendaciones del Throughput ..................................... 110
Capítulo VII: Simulaciones e implementaciones en LTE............................ 115
7. Introducción ..................................................................................... 115
7.1 Simulación con LTE-Simulator...................................................... 115
7.1.1 Parámetros de simulación...................................................... 115
7.1.2 Resultados de la simulación................................................... 116
7.1.2.1 Paquetes perdidos.............................................................. 116
7.1.2.2 Retardo ............................................................................... 117
7.1.2.3 Rendimiento........................................................................ 118
7.1.2.4 Eficiencia en la celda .......................................................... 119
7.2 Prueba de campo del performance en FDD ................................. 120
7.2.1 Parámetros de la prueba de campo ....................................... 120
7.2.2 Resultados de la prueba de campo........................................ 122
7.2.2.1 Rendimiento para un usuario en el DL................................ 122
7.2.2.2 Rendimiento en el UL para un solo usuario ........................ 125
7.2.2.3 Rendimiento para múltiples UE........................................... 125
7.2.2.4 Rendimiento del Handover en las bandas 2 GHz y 700 MHz ...
............................................................................................ 126
7.3 Medición de LTE en aplicaciones de Gaming............................... 127
7.3.1 First Person Shooter (FPS) y Racing ..................................... 128
7.3.2 Estrategia en Tiempo Real (RTS) o Simulaciones ................. 128
7.3.3 Multijugador Masivo Online juegos de rol (MMORPG)........... 128
7.3.4 Juegos en tiempo no real (NRTG).......................................... 128
7.4 Entorno de prueba LTE en la Universidad de Chile...................... 130
7.4.1 Entorno de prueba y parámetros............................................ 131
Capítulo VIII: Hardware de LTE ................................................................. 133
8.1 Hardware en E-UTRAN ................................................................ 133

X
8.2 Hardware en el EPC ..................................................................... 140
8.3 Hardware en el backhaul .............................................................. 142
Capítulo IX: Panorama de LTE en Chile .................................................... 145
Capítulo X: Conclusiones........................................................................... 149
Bibliografía................................................................................................. 152
Referencias digitales. ............................................................................. 152
Libros...................................................................................................... 154
Manuales de proveedores ...................................................................... 154
Journals.................................................................................................. 155
Tesis....................................................................................................... 155

XI
Índice de tabla
Tabla 2.1 Revisiones de 3GPP.................................................................... 19
Tabla 6.1 Estandarizadas características de QCI........................................ 75
Tabla 6.2 Baseline del performance de LTE en el TR25.913 ...................... 82
Tabla 6.3 Tasa de velocidad máxima en DL (Mbps).................................... 83
Tabla 6.4 Tasa de velocidad máxima en UL (Mbps).................................... 83
Tabla 6.5 Tasa de velocidad máxima en DL considerando el tamaño de los
bloques de transporte .................................................................................. 84
Tabla 6.6 Tasa de velocidad máxima en UL considerando el tamaño de los
bloques de transporte .................................................................................. 84
Tabla 6.7 Categorías de las UE................................................................... 86
Tabla 6.8 Eficiencia en el ancho de banda de LTE en el DL utilizando 10
MHz ............................................................................................................. 87
Tabla 6.9 Beneficio de 900 MHz frente a 2600MHz..................................... 92
Tabla 6.10 Datos del enlace ascendente..................................................... 93
Tabla 6.11 Datos del enlace descendente................................................... 93
Tabla 6.12 Elementos de la latencia............................................................ 97
Tabla 6.13 Numero de banda de FDD en LTE .......................................... 101
Tabla 6.14 Numero de banda de TDD en LTE .......................................... 102
Tabla 6.15 Ventaja y desventaja de FDD y TDD en LTE........................... 103
Tabla 6.16 Clase de tráfico en base a la prioridad..................................... 110
Tabla 7.1 Parámetros de LTE en el simulador........................................... 116
Tabla 7.2 Parámetros de las pruebas de campo ....................................... 121
Tabla 7.3 Asignación de variables ............................................................. 123
Tabla 7.4 Rendimiento para varias UE ...................................................... 125
Tabla 7.5 Rendimiento del handover ......................................................... 127
Tabla 7.6 Parámetro de configuración....................................................... 132

XII
Índice de ilustración
Ilustración 1.1 Esquema general de un sistema de telefonía móvil ............... 3
Ilustración 1.2 Geometría de la celda ............................................................ 4
Ilustración 1.3 Celda hexagonal, clúster K=4................................................. 5
Ilustración 1. 4 Mapa de radiación de una antena omnidireccional................ 6
Ilustración 1.5 Establecimiento de una celda en base a la distribución
poblacional..................................................................................................... 7
Ilustración 1.6 Proceso de handover entre las celdas.................................. 12
Ilustración 2.1 Evolución de las tecnologías móviles ................................... 15
Ilustración 2.2 Ejemplo de estandarización.................................................. 18
Ilustración 3.1 Relación de las tramas de radio con los chips en WCDMA.. 27
Ilustración 3.2 Arquitectura de la red WCDMA............................................. 28
Ilustración 3.3 Arquitectura en la red HSDPA .............................................. 29
Ilustración 3.4 Actualización de SW y HW en HSPA+ ................................. 30
Ilustración 4.1 Arquitectura de la red LTE.................................................... 33
Ilustración 4.2 Arquitectura E-UTRAN ......................................................... 35
Ilustración 4.3 Mecanismos de la interfaz aérea para transmitir datos ........ 36
Ilustración 4.4 Red de acceso E-UTRAN..................................................... 38
Ilustración 4.5 Control de establecimiento de los servicios portadores........ 39
Ilustración 4.6 Arquitectura EPC.................................................................. 41
Ilustración 4.7 Procedimiento de handover basado en X2........................... 53
Ilustración 4.8 Procedimiento de handover no basado en X2...................... 54
Ilustración 5.1 Red típica del backhaul ........................................................ 55
Ilustración 5.2 Tipos de topologías .............................................................. 57
Ilustración 5.3 Carrier Ethernet .................................................................... 59
Ilustración 5.4 Principio de conmutación en la red IP/MPLS........................ 60
Ilustración 5.5 Convergencia de la red de transporte................................... 61
Ilustración 5.6 Escenario de ethernet........................................................... 62
Ilustración 5.7 Stack de protocolos con IEEE 802.1AD ............................... 63
Ilustración 5.8 Stack de protocolos que soportan SDH................................ 64
Ilustración 5.9 Escenario con MPLS, en una VPN L2/L3 ............................. 64
Ilustración 5.10 Stack de protocolos en la VPN L2 ...................................... 65
Ilustración 5.11 Stack de protocolos en la VPN L3 ...................................... 66
Ilustración 6.1 Definición de la taza de datos requeridos en el Performance
de LTE ......................................................................................................... 69
Ilustración 6.2 Procedimiento de activación de la portadora dedicada ........ 76
Ilustración 6.3 Arquitectura lógica de la PCC............................................... 78
Ilustración 6.4 Arquitectura del servicio con portadora en EPS ................... 80
Ilustración 6.5 Pérdidas de trayectoria en distintas tecnologías .................. 94
Ilustración 6.6 Rango de celdas................................................................... 95

XIII
Ilustración 6.7 Tiempo de ida y vuelta, en la red.......................................... 96
Ilustración 6.8 Estados de transición ........................................................... 98
Ilustración 6.9 Tecnología FDD y TDD ...................................................... 100
Ilustración 6.10 Radio de la BS en la zona rural de Australia .................... 106
Ilustración 6.11 Rendimiento máximo en el DL diferentes antenas UE ..... 107
Ilustración 6.12 Red backhaul genérica en la telefonía móvil .................... 109
Ilustración 6.13 Características del modelo cliente servidor ...................... 112
Ilustración 6.14 Comunicación Peer-to-Peer ............................................. 112
Ilustración 6.15 Velocidad de transmisión versus el tiempo de ida y vuelta.....
................................................................................................................... 114
Ilustración 7.1 Zonas de pruebas, modelada con la aplicación TEMS....... 121
Ilustración 7.2 Localización de la UE (estacionaria y en movimiento)........ 123
Ilustración 7.3 Esquema de la arquitectura montada................................. 131
Ilustración 7.4 Montaje de los equipos....................................................... 132
Ilustración 8.1 Estación base de cualquier sitio de LTE............................. 134
Ilustración 8.2 RBS Ericsson 6102............................................................. 134
Ilustración 8.3 Radio Shelf en el RBS........................................................ 135
Ilustración 8.4 Unidad digital...................................................................... 135
Ilustración 8.5 Esquema de modulación y demodulación de la Unidad de
Radio ......................................................................................................... 136
Ilustración 8.6 Conexiones de cables ópticos ............................................ 137
Ilustración 8.7 Antena SkyCross instalada en Estados Unidos.................. 138
Ilustración 8.8 Tablet con soporte a LTE ................................................... 139
Ilustración 8.9 Smathphone con soporte a LTE ......................................... 139
Ilustración 8.10 Mobile Hotspot de Verizon LTE ........................................ 140
Ilustración 8.11 Modem USB ..................................................................... 140
Ilustración 8.12 Nodos de la puerta de enlace........................................... 141
Ilustración 8.13 Nodos de control............................................................... 141
Ilustración 8.14 Evolve Packet Core .......................................................... 142
Ilustración 8.15 Red MPLS-TP implementadas con los equipos TN700.... 143
Ilustración 8.16 Switch de Transporte Ethernet “BlackDiamond 8800”...... 144
Ilustración 9.1 Conteiner de LTE perteneciente a Ericsson ....................... 145
Ilustración 9.2 Modem 4G de Ericsson Chile ............................................. 146
Ilustración 9.3 Inauguración del laboratorio de LTE................................... 147
Ilustración 9.4 Evolve Packet Core instalado en el laboratorio .................. 148

XIV
Índice de esquemas
Esquema 2.1 Entidades de 3GPP ............................................................... 16
Esquema 2.2 Sub-división de RAN TSG ..................................................... 16
Esquema 2.3 Proceso de estandarización................................................... 18
Esquema 3.1 Evolución de servicios 2G a 4G............................................. 22
Esquema 4.1 Protocolo entre la UE y la P-GW en E-UTRAN...................... 42
Esquema 4.2 Stacks de protocolos entre el eNodoB y la S-GW ................. 43
Esquema 4.3 Stacks de protocolos con acceso 2G por la interfaz S-4........ 43
Esquema 4.4 Stacks de protocolos con acceso 3G por la interfaz S-12...... 44
Esquema 4.5 Stacks de protocolos con acceso 3G por la interfaz S-4........ 44
Esquema 4.6 Stack de protocolos entre el eNodoB y MME ........................ 45
Esquema 4.7 Stacks de protocolos entre la UE y MME............................... 45
Esquema 4.8 Stack de protocolos entre la UE y MME ................................ 46
Esquema 4.9 Stacks de protocolos entre SGSN y S-GW............................ 46
Esquema 4.10 Stacks de protocolos entre S-GW y P-GW .......................... 47
Esquema 4.11 Stacks de protocolos entre la MME y MME ......................... 47
Esquema 4.12 Stacks de protocolos la MME y S-GW ................................. 48
Esquema 4.13 Stacks de protocolos entre la MME y HSS .......................... 48
Esquema 4.15 Funcionamiento de la conectividad en LTE ......................... 49
Esquema 4.16 Fases de función de transferencia....................................... 50

XV
Índice de gráficos
Gráfico 3.1 Penetrabilidad de la banda ancha móvil con la banda ancha fija
..................................................................................................................... 23
Gráfico 3.2 Tráfico de datos vs tráfico de voz en una red HSPA ................. 24
Gráfico 3.3 Volumen de tráfico vs costos de la red...................................... 26
Gráfico 6.1 Sensibilidad del eNodoB en LTE en función de la potencia
recibida con distintos anchos de banda entre 360 kHz, 1.08MHz y 4.5MHz 89
Gráfico 6.2 Rendimiento del eNodoB en LTE, en función de la SNR con la
UE en movimiento a diferentes velocidades ................................................ 90
Gráfico 6.3 Valores requeridos para SNR, para diferentes eficiencias
espectrales con la UE en movimiento.......................................................... 90
Gráfico 6.4 Tiempos de entrega del handover........................................... 108
Gráfico 7.1 Pérdida de paquetes en video................................................. 117
Gráfico 7.2 Retardo en la transmisión de video ......................................... 118
Gráfico 7.3 Rendimiento experimentado en la transmisión de video ......... 119
Gráfico 7.4 Eficiencia espectral.................................................................. 120
Gráfico 7.5 Escenario de los distintos videos juegos ................................. 130

XVI
Resumen
La tecnología LTE, correspondiente a la cuarta generación de la telefonía
móvil se convirtió en el estándar ya definido para las empresas operadoras,
que buscan aprovechar la gran potencialidad en la transmisión de datos a
múltiples usuarios a una alta tasa de transferencia, compitiendo con las ISP
tradicionales.
El objetivo del presente trabajo, es obtener información de la tecnología LTE,
enfocada a los requerimientos técnicos, como ancho de banda, delay, jitter,
arquitectura de red, entre otras cualidades.
Para poder desarrollar aquel trabajo, se realizó una revisión exhaustiva de
los requerimientos que exige la organización 3GPP en LTE, con el reléase 8,
autores dedicados al área de la RF y manuales de los proveedores de la
telefonía móvil. Comparando cada una de estas fuentes, se estableció un
definición única para poder responder, a los requerimientos distintas se
Por último se establecieron ejemplos de implementación de redes LTE, para
poder comprender cuanto difiere los valores propuestos teóricamente con
respecto a una red gestionada a gran escala, como también se estableció un
escenario de rendimiento en gaming, caracterizado por el alto rendimiento y
un tratamiento especial en el QoS, para garantizar una mejor experiencia en
el servicio hacia el usuario.

XVII
Introducción
Introducción general
Actualmente la telefonía móvil busca romper el paradigma instaurado por
más de quince años en el inconsciente colectivo de los usuarios, de que, los
teléfonos celulares solo sirve para poder llamar y recibir datos de voz, muy
propio de los sistemas GSM (2G). Pero con la llegada del protocolo IP en las
redes de datos, el uso de aquel protocolo comenzó a crecer, convirtiéndose
en el protocolo por excelencia en la transmisión de redes no conectadas
directamente. Para los sistemas móviles integrar no solo voz, sino que
también datos e Internet, con la ayuda de IP, se convirtió en una nueva
aventura por parte de las operadoras en ofrecer este servicio, pero se
aprontaba un problema dentro de la implementación, pero no eran los
equipos móviles, ya que, la alta integración de la electrónica de los
semiconductores permitió lanzar al mercado celulares muy similares a los
computadores personales, con sistemas operativos customizados,
aplicaciones capaces de leer formatos multimedia como pdf, jpeg, avi, mp3,
entre otros.
El gran problema que se enfrentaron las operadoras, fueron las velocidades
para acceder a Internet, y este problema fue una falla multisistema, de
partida la tecnología de acceso del celular hacia la Internet, GRPS y EDGE
(2.5G), entregaba velocidades muy bajas en comparación con la velocidad
de acceso de Internet por ADSL, lo que no representaba una alta vialidad
económica para la operadora móvil. La otra problemática era la arquitectura
ofrecida por las tecnologías 2.5G, puesto que, el protocolo IP trabaja en
base a la conmutación de paquetes, así la red se deberían establecer dos
posibles rutas, una red de conmutación de circuito para la voz y la
conmutación de paquete para los datos que trabajan en función de IP, esto
ocasionaba un alto costo de operación y mantenimiento.
La llegada de la nueva arquitectura UTRAN 3G, permitió soportar Internet
dentro de las redes, pero las velocidades que ofrecía WCDMA y HSDPA, no
entregaba una alta velocidad, como las ISP, de hecho, las ISP emigraron a
sistemas ópticos mucho más rentables como por ejemplo DWDM. Pero
cuando la entidad 3GPP lanzó HSPA+, les significo una gran motivación
para continuar con los servicios de Banda Ancha Móvil a los usuarios, así la
3GPP en conjunto con los operadores, decidieron crear un nuevo estándar
que corresponde a LTE o Long Term Evolution, estas permite entregar a
altas velocidades de transmisión, capaz de superar a las velocidades
ofrecidas por las ISP en el mercado.

XVIII
La convergencia tecnología, en donde un dispositivo es capaz de soportar
múltiples servicios facilitó la necesidad de entrar con LTE como medio único
para cumplir las exigencias del mercado. Además los usuarios empezaron a
hacerse mucho más exigente en la calidad de servicio, quienes deseaban
tener una mejor cobertura, el servicio de Internet sea continuo, sumado con
un precio accesible.
El despliegue de 4G, permitiría poder suplir las desventajas de 3G y 3.5G
con respecto a la utilización del protocolo IP dentro de sus redes de
transporte, dentro de la tecnología LTE, la cual tienen como base a 3GPP,
que anteriormente desarrollaron la tecnología HSDPA, en base acuerdos.
Esto implica que muchas telcos, sientan familiaridad con LTE. Así LTE, será
capaz de transmitir velocidades teóricas de un máximo de 100Mbps, con una
arquitectura de red capaz de soportar plenamente IP, así entregando
tiempos de latencia menores que HSDPA.
Objetivo General
Conocer, investigar, y analizar los requerimientos técnicos necesario, en la
cual opera una red que trabaja con el estándar LTE, conociendo el alto
impacto que genera LTE tanto para los operadores como a los usuarios de
esta tecnología de 4G y como la red de transporte influye en el cumplimiento
de dicho estándar.
Objetivos Específicos
 Mencionar a las tecnologías móviles antecesoras que fundamentaron
a LTE (WCDMA, HSDPA, HSPA+).
 Entender las funciones de una red de transporte.
 Conocer las características de la tecnología móvil LTE.
 Definir las bandas de frecuencia en la cual opera.
 Enseñar el equipo necesario en la que trabaja LTE.
 Comprender los beneficios que entrega LTE.
 Dar a conocer ejemplos de redes ya implementadas, con sus
respectivas mediciones.
Problema existente
Actualmente las operadoras deben cumplir las necesidades de los usuarios
en cuanto a la conectividad, las redes ADSL que proveen Internet a sus
clientes y muchas veces por factibilidad técnica, entre ellas, la zona
geográfica, que no pueden entregar dichos servicios. Por ello el acceso a
Internet móvil, se convierte en una posible solución ante este problema de

XIX
conectividad. Pero las tecnologías de acceso a Internet móvil, presentan
deficiencias en lo referente al rendimiento de la velocidad que se les otorga a
los usuarios finales. Pero para suplir estas falencias, la red de transporte de
cumplir ciertos parámetros de técnicos.
De esta manera, la solución a este problema es LTE, quien propone solución
en cuanto a la conectividad y a la velocidad de transmisión. Y es por este
motivo, que el presente trabajo de título necesita conocer a cabalidad los
requerimientos técnicos de una red LTE, junto con la red de transporte o
backhaul.
Metodología
La metodología a utilizar para poder conseguir el objetivo general de este
trabajo, se fundamenta en la recopilación exhaustiva de información, para
poder tener un amplio espectro de conocimiento sobre LTE. Dentro de las
fuentes a consultar serán:
 Lectura de journals (IEEE Xplorer).
 Revistar vinculadas al tema (IEEE Communication).
 Manuales de proveedores (Ericsson, NOKIA-SIMENS, HUAWEI).
 Libros (McGraw-Hill, JohnWiley & Sons, CRC Press).
Después de la recopilación de datos, se procederá a la discriminación de
esta, para tener los la información más acertada, que permita el
cumplimiento del objetivo general.
Como tercer paso se planteará un marco teórico de la telefonía móvil
general, con el fin de comprender ciertos detalles que rigen a los sistemas
móviles, como handover, celda, arquitectura, entre otros. Luego se
mencionarán las tecnologías antecesoras, que a sus constantes evoluciones
y desarrollo permitieron definir a la LTE. Así el siguiente paso, corresponde a
definir los elementos que conforman una red LTE, luego se estudiarán las
funciones y características de las redes de transporte en LTE. Permitiendo
entender como dichos elementos influyen en el rendimiento. Para luego
definir los requerimientos técnicos de LTE tanto en la red aérea de acceso y
transporte, soportado con ejemplos de implementación y sus respectivas
mediciones.
Por último se formularán las conclusiones pertinentes, sobre los
requerimientos de LTE, que influyen en el rendimiento del transporte de
datos dentro de dicha red.

1
Capítulo I: Marco teórico
1. Marco Teórico: Sistema de telefonía celular
En este capítulo abordaremos de manera teórica, los conceptos más
generales de la telefonía móvil, en base a cómo opera dicha tecnología
utilizando las ciencias físicas para explicar por ejemplo las propagaciones de
ondas entre una antena y el equipo del usuario, la administración de las
frecuencia o la arquitectura que tiene la red, tomando en cuenta la del
proveedor de servicio y del usuario. Es cierto que el avance de la telefonía
móvil ha sido vertiginoso en estos veintiún años, si tomamos como
referencia el lanzamiento de la segunda generación de telefonía móvil
conocida como 2G, la cual presentaba una diversidad de protocolos en la
que regían cada zona geográfica (Norte América, Europa, Asia, entre otros),
tales como GSM, Cellular PCS/IS-136 o IS-95/cdmaONE, lo que a futuro
empezaron a evolucionar en función a los requerimientos del clientes y una
necesidad tecnológica en la integración de IP dentro de sus redes, por ello la
complejidad aumentaba lo que implicaba una nueva arquitectura dentro de la
red, pero para poder entender cada protocolo o arquitectura debemos
analizar sus componentes que lo integran.
Dentro de los objetivo que presenta el sistema de telefonía celular, el
académico de la Universidad Nacional de Rosario, Renzo Mare, definió los
objetivos en el cual motivo al desarrollo de las comunicaciones, tales como:
 Alta capacidad de servicio, capacidad para dar servicio de tráfico a
varios millones dentro de una zona determinada y con un espectro
asignado.
 Uso eficiente del espectro, uso eficiente de un recurso muy limitado
como es el espectro de radio asignado al uso público.
 Adaptabilidad a la densidad de tráfico, la densidad de tráfico varia en
los distintos puntos de un área de servicio, el sistema se tiene que
adaptar a estas variaciones.
 Compatibilidad, seguir estándar, de forma tal de proveer el mismo
servicio básico, con las mismas normas de operación a lo largo de
todo país.
 Facilidad de extensión, se trata que un usuario pueda cambiar de
área de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse (Roaming).
 Servicio a vehículos y portátiles.
 Calidad de servicio, implica seguir niveles estándares de bloqueo y
calidad de voz.

2
 Accesible al usuario, el costo del servicio pueda ser pagado por un
gran número de personas.
1.1 Concepto de teléfono celular
El teléfono celular es importante tenerlo en cuenta, ya que, es la interfaz
entre los usuarios para poder ejecutar o recibir la información,
comportándose como un dispositivo dual, en cual la transmisión es full-
duplex en donde utiliza una frecuencia para hablar y una segunda frecuencia
separada para escuchar, es decir, que ambas personas en la conversación
pueden hablar a la vez.
1.2 Arquitectura general de una red telefónica móvil
Dentro de este esquema, se establece en base a una sinergia de elementos,
en la cual, si uno falla o no se encuentra presente, la red no opera. Los
componentes que lo definen son:
 Estaciones móviles (MS). Son los equipos que prestan el servicio
concreto en el lugar, instante y formato (voz, datos o imágenes). Cada
estación móvil puede actuar como emisor, receptor o ambos modos.
 Estaciones base (BS). Se encargan de mantener el enlace
radioeléctrico entre la estación móvil y la estación de control durante
la comunicación. Atiende a una o varias estaciones móviles.
 Estaciones de control (BSC). Realiza las funciones de gestión y
mantenimiento del servicio. Asigna las estaciones base de un sector,
a las estaciones móviles que se desplazan dentro de él.
 Centro de conmutación (MSC). Permiten la conexión entre las redes
públicas y privadas con la red de comunicaciones móviles y la
interconexión entre estaciones móviles localizadas en distintas áreas
geográficas de la red móvil.

3
Ilustración 1.1 Esquema general de un sistema de telefonía móvil
1.2.1 Funcionamiento del esquema de telefonía móvil
Para poder entender este esquema, debemos ubicarnos en el plano de un
usuario emisor, en la cual, desea realizar una llamada a un receptor ya sea
fijo o dinámico. La señal que envía hacia la antena solicitando
establecimiento de la conexión de un determinado número (señal digital
codificada), para luego enviar la señal a un “switch” o conmutador.
1.3Concepto de celda
A grandes rasgos la idea de celda corresponde al “área en el cual un sitio de
transmisión particular es el más probable de servir llamadas telefónicas
móviles”, para el operador de la red telefónica móvil, corresponde a la zona
de cobertura que posee una transmisor (antena) o una estación base. Ahora
bien, el área en que entrega la cobertura, está sujeta a un amplio espectro
de parámetros tales como:
 Potencia de la antena.
 Banda de frecuencia utilizada.
 Altura y posición de la torre.
 Tipo de antena.
 Topografía de la zona.
 Sensibilidad del radio receptor.

4
1.3.1 Geometría de la celda
La geometría es un factor delimitador que utilizan las operadoras para
determinar qué zonas van a transmitir el servicio en cada canal usado,
siendo importante para evitar interferencias de co-canal1
. Dentro de la
geometría de la celda, se puede apreciar tres tipos de celda, estas son la
ficticia, ideal y real, tal como se puede apreciar en la siguiente imagen.
Ilustración 1.2 Geometría de la celda
La celda ficticia esta representa por su figura geométrica en base de
hexágonos, de igual forma a los hexágonos de un panal de abeja, aquel
diseño fue definido por los ingenieros del Laboratorio Bell, por la razón de
que las relaciones geométricas que presenta el hexágono, al agruparlos en
la misma proporción las celdas no presentan espacios vacíos ni
transposiciones entre otras celdas. Ahora bien, un conjunto de celdas se le
denomina, grupo o “cluster”.
1
El concepto de co-canal, se refiere a dos señales, de las cuales sus portadoras ocupan un
mismo canal.
2
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) o en español Red de Acceso Radio

5
Ilustración 1.3 Celda hexagonal, clúster K=4
En cambio la celda ideal toma la forma de circunferencia, puesto que, las
antenas que tiene cada celda, corresponden a la clase de antena isotrópica
posicionada en el centro de la celda. Importante recordar que una antena
isotrópica, teóricamente presenta una radiación esférico perfecto y una
ganancia lineal unitaria.
Por último la geometría real de una celda, corresponde a la forma real que
tienen las antenas, ya que, agrandes rasgos una antena celular son antenas
direccionales que para lograr la geometría ideal, se instalan antenas
sectoriales para lograr la forma de una antena omnidireccional.

6
Ilustración 1. 4 Mapa de radiación de una antena omnidireccional
1.3.2 Tipos de celda
La empresas operadoras de servicios móviles, al momento de definir el tipo
de celda, el planificador de la red, debe prestar atención a la densidad
demográfica, ya que, cada zona es muy variada de acuerdo a la distribución
de las personas. Es importante destacar que el planificador de red no solo se
preocupa de la densidad, también del tráfico que realizan los usuarios
(Erlang) y de la topografía, pero para poder determinar el tipo de celda solo
se necesita tener en consideración la densidad poblacional de un área en
específico.

7
Ilustración 1.5 Establecimiento de una celda en base a la distribución
poblacional
 Macro celdas, son celdas grandes para áreas con población dispersa.
 Micro celdas, las celdas se particionan para aumentar la
disponibilidad de los canales, además presenta una potencia de
transmisión menor. Este tipo de celda se utiliza mucho en zonas
poblacionales densas.
 Celdas Selectivas, tiene que ver con la limitación de la zona de
cobertura, por ejemplo, el túnel del Metro de Santiago, tener una
celda que su cobertura sea 360º es algo ineficiente.
1.3.3 Radio (longitud) de la Celda
El radio de máximo está determinado por la relación señal a ruido (S/N), la
señal mayor a los 18 dB, otorga una calidad de servicio satisfactoria, pero en
la práctica, la longitud se encuentra limitada por la topografía, producto de la
existencias de obstáculos naturales o artificiales, las propiedades físicas de
la antena, como valores de configuración de inclinación de la antena, como
también la potencia entregada por el equipo.

8
1.3.4 División de celdas
Dentro de la literatura técnica, la división de la celda es conocida también
como “cell splitting”, el objetivo que tiene la división de las celdas, se
relaciona con la eficiencia del espectro, pero a grandes rasgos este concepto
se refiere al proceso de subdividir una celda congestionada (alta demanda
de tráfico) en otras celdas más pequeñas, y estas poseen sus propias
estaciones bases, como también, su reducción en la altura de la antena y su
potencia de transmisión. Con ello permite incrementar la capacidad de un
sistema telefónico móvil, dado que incrementa el número de veces que se
reutilizan los canales (en el tema 1.4, se acotara a cabalidad), estableciendo
nuevas celdas más pequeña que las celdas originales, instalando estas
pequeñas celdas entre las celdas existentes, incrementando la capacidad,
debido al aumento de los canales por unidad de área.
Cuando empieza aumentar la densidad de tráfico, sumado con los canales
de frecuencia en cada celda, que no pueden entregar las correspondientes
llamadas realizadas por el usuario, la celda original se divide en celdas más
pequeñas, con la mitad del radio de la celda original. Para lograr la división
de la celda se realiza mediante una ecuación.
Ecuación 1.1 Establecimiento del radio de la nueva celda
En base a la Ecuación 1.1 Establecimiento del radio de la nueva celda, se
determina otra ecuación.
Ecuación 1.2 Establecimiento de nueva área de la celda
En teoría vemos que cada celda lleva la misma carga de trafico cargado de
la celda original, matemáticamente determinado.
Ecuación 1.3 Relación de las nuevas celdas con la carga de tráfico

9
1.4 Administración de frecuencias
Como se mencionó anteriormente, los sistemas de telefonía móvil poseen
dos frecuencias, una para transmitir y la otra para recibir, simultáneamente la
voz, pero este recurso no es infinito, al contrario, es escaso. Una forma de
optimizar los recursos (frecuencia), se instauró el concepto de re-uso de
frecuencias, en la que define el uso de las mismas frecuencias portadoras
para establecer distintas áreas separadas por una longitud extensa, para
evitar el problema de interferencia de co-canal. Una forma de reducir dicha
interferencia, es el establecimiento de una separación geográfica.
1.4.1 Re-uso de frecuencia
Este concepto es considerado, el más importante dentro de los sistemas de
telefonía móvil, ya que, permite a los usuarios que están ubicados en celdas
distintas pudiendo utilizar la misma frecuencia simultáneamente, por
consiguiente, puede ser utilizado tanto en el dominio del tiempo y espacio.
Cuando nos referimos al dominio del tiempo, se ocupa la misma frecuencia
pero en diferentes espacios de tiempo (time slots); a esto se le llama
multiplexación por división de tiempo o anglosajonamente “time division
multiplexing” (TDM).
En cambio cuando nos referimos al re-uso de frecuencia, mirado desde el
dominio del espacio, es posible encontrar dos condiciones. La primera
condición, se refiere cuando una misma frecuencia asignada en dos áreas
geográficas distintas. La segunda condición, establece una misma
frecuencia usada reiteradamente en una misma zona.
1.4.2 Distancia de re-uso de frecuencia
Este concepto se encuentra designado por muchas variables, tales como, la
altura de la antena, transmisión de la potencia en las celdas, zona geográfica
y el número de celdas co-canales en la vecindad de la celda central. Usando
las matemáticas uno puede determinar la distancia de re-uso de frecuencia.
Ecuación 1.4 Distancia de re-uso de frecuencia
√

10
1.5 Asignación de canales
Para la utilización eficiente del espectro de radio, se requiere un sistema de
reutilización de frecuencias que aumente la capacidad y minimice las
interferencias. Se han desarrollado una gran variedad de estrategias de
asignación de canales para llevar a cabo estos objetivos. Las estrategias de
asignación de canales se pueden clasificar en fijas o dinámicas. La elección
de la estrategia de asignación de canales va a imponer las características
del sistema, particularmente, en cómo se gestionan las llamadas cuando un
usuario pasa de una celda a otra, este proceso de denomina, handover.
En una estrategia de asignación de canales fija, a cada celda se le asigna un
conjunto predeterminado de canales. Cualquier llamada producida dentro de
la celda, sólo puede ser recibida por los canales inutilizados dentro de esa
celda en particular. Si todos los canales de esa celda están ocupados, la
llamada se bloquea y el usuario no recibe servicio. Existen algunas variantes
de ésta estrategia. Una de ellas permite que una celda vecina le preste
canales, si tiene todos sus canales ocupados. El Centro de Conmutación
Móvil ("Mobile Switching Center" ó MSC) supervisa que estos mecanismos
de presta canales, no interfieran ninguna de las llamadas en progreso de la
celda donadora.
En una estrategia de asignación de canales dinámicos, los canales no se
fijan en diferentes celdas permanentemente. En su lugar, cada vez que se
produce un requerimiento de llamada, la estación base servidora pide un
canal al MSC. Éste entonces coloca un canal en la celda que lo pidió,
siguiendo un algoritmo que toma en cuenta diversos factores, como son la
frecuencia del canal, su distancia de reutilización, y otras funciones. Las
estrategias de asignación dinámicas aumentan las prestaciones del sistema,
pero requieren por parte del MSC una gran cantidad de cómputo en tiempo
real.
1.6 Conceptos de movilidad
1.6.1 Localización
La movilidad de los usuarios en un sistema celular, es una de las mayores
diferencias con la telefonía fija, en particular con las llamadas recibidas. Una
red fija, puede encaminar una llamada hacia un usuario fijo simplemente
sabiendo su dirección de red (número de teléfono), dado que el conmutador
local, al cual se conecta directamente la línea del abonado, no cambia. Sin

11
embargo en un sistema celular la celda en la que se debe establecer el
contacto con el usuario cambia cuando éste se mueve. Para recibir
llamadas, primero se debe localizar al usuario móvil, y después el sistema
debe determinar en qué celda está actualmente.
En la práctica se usan tres métodos diferentes para tener que cumplir el
concepto de movilidad. En el primer método, el equipo móvil indica cada
cambio de celda a la red, la cual, se le llama actualización sistemática de la
localización al nivel de celda. Cuando llega una llamada, se necesita enviar
un mensaje de búsqueda sólo a la celda donde está el dispositivo móvil, ya
que, ésta es conocida. Un segundo método sería enviar un mensaje de
página a todas las celdas de la red cuando llega una llamada, evitándonos
así la necesidad de que el móvil esté continuamente avisando a la red de su
posición. El tercer método es un compromiso entre los dos primeros
introduciendo el concepto de área de localización.
Un área de localización, es un grupo de celdas en que cada una de ellas
pertenecientes a un área de localización simple. La identidad del área de
localización a la que una celda pertenece se les envía a través de un canal
de difusión ("broadcast"), permitiéndoles a los equipos móviles saber el área
de localización en la que están en cada momento. Cuando un equipo móvil
cambia de celda se pueden dar dos casos: ambas celdas están en la misma
área de localización: el equipo móvil no envía ninguna información a la red.
Las celdas pertenecen a diferentes áreas de localización: el equipo móvil
informa a la red de su cambio de área de localización.
1.6.2 Handover en la red
En el apartado anterior se trataron las consecuencias de la movilidad en el
“modo idle”. En el “modo dedicado”, y en particular cuando una llamada está
en progreso, la movilidad del usuario puede inducir a la necesidad de
cambiar de celda servidora, en particular cuando la calidad de la transmisión
cae por debajo de un umbral previamente definido.
Con un sistema basado en células grandes, la probabilidad de que ocurra
esto es baja y la pérdida de una llamada podría ser aceptable. Sin embargo,
si queremos lograr grandes capacidades tenemos que reducir el tamaño de
la celda, con lo que el mantenimiento de las llamadas es una tarea esencial
para evitar un alto grado de insatisfacción en los abonados.

12
Ilustración 1.6 Proceso de handover entre las celdas
Al proceso de la transferencia automática de una comunicación (de voz o
datos) en progreso de una celda a otra para evitar los efectos adversos de
los movimientos del usuario se le llama "handover" (o "handoff"). Este
proceso requiere, primero algunos medios para detectar la necesidad de
cambiar de celda mientras estamos en el “modo dedicado” (preparación del
handover), y después se requieren los medios para conmutar una
comunicación de un canal en una celda dada a otro canal en otra celda, de
una forma que no sea apreciable por el usuario.
1.6.2.1 Tipos de handover
El handover se puede producir de diferentes maneras, por ello en términos
generales se clasifica en dos categorías, desde el punto de vista del usuario
y de red. A continuación se hace una breve descripción de los distintos tipos
de handover.
1.6.2.1.1 Desde el punto de vista de usuario
El proceso de traspaso se realiza de forma transparente al usuario, de modo
que las transiciones entre una célula y otra, sean suficientemente pequeñas
como para pasar desapercibidas por los usuarios.
 Hard-Handover, antes del proceso de traspaso, el móvil está
conectado a su estación base origen. Durante el proceso de
Handover, se desconecta de ésta y durante un tiempo (del orden de
milisegundos) no está conectada a ninguna otra BS. Mediante este
procedimiento, se usa por lo tanto, un solo canal. De éste modo la

13
conexión con la BS original se corta antes de realizar la nueva
conexión a la nueva BS.
Es el método más utilizado (por ejemplo en GSM) a pesar de ser
menos fiable que el siguiente caso que se explica, soft-handover.
Fundamentalmente, se usa hard-handover en FDMA y TDMA cuando
se usan diferentes rangos de frecuencias en canales adyacentes para
minimizar las interferencias de canal. De esta forma MS se mueve de
la una BS a otra BS, ya que es imposible la comunicación con ambas
BS (desde diferentes frecuencias).
 Soft-Handover, en este caso, durante el proceso de traspaso el móvil
estará conectado mediante un canal a la BS origen y mediante otro
canal a la BS destino. Durante dicho proceso, la transmisión se
realiza en paralelo por los dos canales, es decir, no se produce
interrupción del enlace. Con dicho sistema se asegura una conexión
con la estación base de la nueva celda antes de cortar con la
conexión antigua. Éste es el sistema que proporciona mucha
fiabilidad, a pesar de tener, por el contrario, una difícil implementación
(sólo en CDMA ONE ).Los estándares CDMA y WCDMA utilizan soft
handover.
 Sin handover: en el caso de que no se realice handover, no se realiza
traspaso entre BSs. Simplemente el MS establece una nueva llamada
al salir del área de cobertura de la BS. Ello presenta una gran ventaja,
la de poseer un procedimiento mucho más simple, lo que conlleva, por
otro lado necesita una gran velocidad de establecimiento de llamada.
1.6.2.1.2 Desde el punto de vista de red
Desde el punto de vista de red encontramos diferentes clasificaciones si
suponemos que estamos en hard-handover o bien el soft-handover.
Caso para hard-handover:
 Intra-Cell Handover, en un sistema normal, con varias redes. Sólo se
realiza intra-cell handover cuando la calidad de conexión de un canal
físico (que ha sido medido por la misma BS) está por encima del nivel
deseado. De tal manera que intra-cell handover puede realizar un
cambio de slot en la misma frecuencia (TDMA), un cambio de
frecuencia (FDMA) o un cambio de frecuencia y tiempo simultaneo.
Sin embargo, no existe actualmente ningún criterio para realizar intra-
cell handover cuando los límites de la conexión de salida están por
debajo del nivel deseado por la BS, especialmente cuando las

14
conexiones colindantes están también por debajo del nivel deseado
(por ejemplo cuando un inter-cell handover no proporciona ninguna
salida que mejore la calidad).
 Inter-Cell Handover, este es el tipo de handover más simple. Será
necesario cuando la señal de la conexión de un canal físico sea baja.
Para evaluar la calidad de la conexión, el móvil constantemente
transmite los valores de las medidas RXLev (nivel recibido medido por
el teléfono) y las RXQual(el radio del error de bit determinado) a la
BS. Si la BS quiere entregar el teléfono a otro canal, lo que necesita
es informar al teléfono sobre el número del nuevo canal y su nueva
configuración. El teléfono cambia directamente al nuevo canal y
puede mantener ambas configuraciones para la sincronización de la
BS. El proceso de Intra cell handover es posible realizarlo entre
diferentes bandas de GSM.
Caso para soft-handover:
 Softer handover, en este caso, la BS recibe dos señales separadas a
través del canal de propagación. Debido a las reflexiones sobre
edificios o barreras naturales, la señal enviada desde las MS llega a
dos sectores distintos de la BS. Las señales recibidas durante el
proceso de softer handover se tratan de una manera semejante a las
señales muli-path.
 Soft handover, este caso es muy similar al caso anterior de softer
handover pero en éste caso las celdas pertenecen a más de un nodo.
Para ello se realiza una combinación mediante RNC. Es posible
realizar simultáneamente soft y softer handover.

15
Capitulo II: Estandarización de las redes móviles
2. Organismo
2.1 3GPP
Es un grupo fundado en 1998, con la finalidad de desarrollar
especificaciones técnicas de las redes móviles, basándose en la tecnología
padre, GSM, para luego formar el estándar UMTS, correspondiente a 3G,
llegando actualmente a definir la estandarización LTE, como tecnología de
4G, dejando atrás a WCDMA, HSDPA y HSPA+. El impacto que tuvo GSM a
nivel mundial, incluyendo a nuestro país, permitió el mejoramiento y
constante actualizamiento, logrando que muchas empresas operadoras de
servicios de telefonía móvil adoptaran los estándares impulsados por 3GPP
actualmente, tal como lo muestra la imagen presentada a continuación.
Ilustración 2.1 Evolución de las tecnologías móviles
El génesis de esta organización se estableció mediante la fusión de otras
entidades estandarizadoras, tales como ARIB (Japón), ETSI (Europa), T1P1
(EEUU), pero a futuro la T1P1 se pasó a llamar ATIS. Luego en 1999 la
entidad China CWTS se unió, aportando con la tecnología TD-SCDMA,
basado en TDD, la cual el transmite el tráfico del “Up Link” (UL) y “Down Link
(DL)” sobre diferentes ranuras de tiempo de la misma trama. Con el tiempo
la organización “China Wireless Telecommunication Standard Group”
(CWTS), paso a llamarse “China Communications Standard Association”
(CCSA). De esta manera en el Esquema 2.1, se puede observar los
miembros actuales que conforman la 3GPP.

16
Esquema 2.1 Entidades de 3GPP
La organización 3GPP, inició actividades a finales de 1998, además
realizaron trabajos, enfocados en los aspectos técnicos a principio de 1999,
con la finalidad de crear una estandarización común, la cual se le llamó
“Release 99”, la cual, corresponde a la primera especificación sobre las
redes de telefonía 3G. Este lanzamiento, fue la que sentó las bases de las
futuras redes telefónicas (HSPA, HSPA+ y LTE) basadas en GSM, tomando
en cuenta la transferencia de tráfico de alta velocidad en la conmutación de
circuitos y conmutación de paquetes.
Dentro de 3GPP, existen cuatro grupos de especificación técnica o TSG,
proveniente del inglés “Technical Specification Groups”, dicho grupo se
definen como: “Radio Access Network TSG”, “Core Network TSG”, “Service
and System Aspects TSG” y “Terminal TSG”. Dentro de la tecnología
WCDMA, correspondiente a la tercera generación, toma importancia el grupo
“Radio Access Network TSG”, dicha TSG fue nuevamente dividida en cinco
sub-grupos de trabajadores o “working groups”, como se aprecia en el
siguiente esquema.
Esquema 2.2 Sub-división de RAN TSG
3GPP
ETSI ARIB TTA ATIS CCSA TTC
Radio Access Network TSG
WG 1
Radio Layer 1
WG 2
Radio Layer 2/3
WG 3
Architectute and
Interface
WG 4
Radio
Performance and
RF Parameters
WG 5
Terminal
Conformance
Testing

17
El RAN TSG, fue considerado dentro del lanzamiento “Release 99” en la
especificación de la interface aérea UTRAN2
, así los miembros de la
organización asumieron individualmente en desarrollar estándares, tomando
en cuenta las especificaciones realizadas por 3GPP. Un ejemplo de esto, es
el caso de la organización ETSI, realizó un lanzamiento llamado “Release-
99”3
sobre UMTS, que es idéntico al “Release 99” de 3GPP.
Por ello 3G/UMTS, tiene como objetivo aumentar la capacidad del sistema,
permitiendo aumentar la cantidad de usuarios que requieran servicios de voz
y datos. Por norma UMTS trabaja con WCDMA, como tecnología de acceso
al medio, basándose en el ensanchamiento del ancho de banda, permitiendo
la eficiencia del espectro radioeléctrico.
2.1.1 Forma de operar de 3GPP
Esta organización se define en “work ítems” o elementos de trabajo, de los
cuales definen un motivo y objetivo para una nueva característica dentro de
una determinada tecnología. Los elementos de trabajo, a menudo contiene
las especificaciones para ser implementadas y ser agendadas para su
ejecución; también necesitan ser apoyadas por las cuatro TSG pero en
realidad necesitaban contar con algún motivo que puedan ser acordados
en los respectivos cuatro grupos de especificación técnica del nivel RAN.
No obstante, cada “work ítem” es designado un relator, que tiene como
objetivo de coordinar todo el trabajo y procurar de informar a los TSG todos
los progresos realizados por parte de los “working group”. Por consiguiente
los cuatro TSG, concretan reuniones cada tres meses para supervisar dichos
avances. Cuando todos los “working group” terminan el “work item” se crean
las solicitudes de cambio o “change requests”, estos contienen todos los
cambios necesarios en cada especificación en particular. Una vez que es
aprobado por todos los niveles de la TSG, la estandarización es actualizada
en una nueva versión con todos los cambios realizados.
Para resumir y quedar más claro, el proceso que tiene la 3GPP de
implementar una nueva estandarización, se mostrará acontiación el
Esquema 2.3, además un ejemplo de las fases de estudios que realizan los
“working group” hasta llegar a la fase de estandarización en una tecnología
determinada.
2
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) o en español Red de Acceso Radio
Terrestre UMTS, permite a los terminales de usuario acceder al núcleo de red de UMTS.
Los principales elementos de red de UTRAN son los Nodos B y los RNCs (Radio Network
Controllers). (Fuente Wikipedia)
3
Se puso un guión para diferenciar el “Release-99” de ETSI con el “Release 99” de 3GPP

18
Esquema 2.3 Proceso de estandarización
Ilustración 2.2 Ejemplo de estandarización
2.1.2 Revisiones realizadas por 3GPP
Los procesos de estandarización se establecen en una revisión anual
denominado “Release”, ofreciendo a los desarrolladores una plataforma
estable para la implementación y para permitir la adición de nuevas
características que requiere el mercado.
Actualmente los documentos están disponibles gratuitamente en el sitio
web de la 3GPP, en donde se encuentran todos los
estándares 3GPP descritos. La información que contiene los “Release”, son
completos y detallados para dar una idea de cómo funciona la industria de
la telefonía móvil. Dentro de la información que contienen, abarcan desde la
interfaz área, la red central, codificación de voz, entre otras características.

19
Tabla 2.1 Revisiones de 3GPP
Versión
Año de
lanzamiento
Descripción
Release
99
2000
Especifica la primera red 3G UMTS,
incorporando una interfaz de aire CDMA
Release 4 2001
Se incorpora nuevas características, como
soporte de servicios de mensajería multimedia,
como también en la red del núcleo (Core
Network) pasa ser todo IP (Internet Protocol)
Release 5 2002
Se introduce el concepto de IMS (IP
Multimedia Subsistem), el permite la
transmisión eficiente de IP en los datos de
multimedia en las redes móviles, empleando la
conmutación de paquete de IP y el protocolo
SIP. Se introdujo la tecnología HSDPA, que
permite la optimización del espectro en el canal
descendente, con el objetivo de alcanzar
velocidades de baja hasta 14 Mbps (valor
teórico máximo)
Release 6 2004
Se agrega la tecnología HSUPA (Hight Speed
Uplink Packet Access) que ofrece una mejora
sustancial en la velocidad para el tramo de
subida, desde el terminal móvil hacia la red,
entregando una alta tasa de transferencia de
subida hasta 7.2 Mbps. También se adiciona el
servicio MBMS (Multimedia Broadcast
Multicast Service), permite la entrega eficiente
de los servicios de broadcast y multicast para
la difusión en varias celdas en una frecuencia
única, logrando asi la entrega de servicios de
radiodifusión (Push To Talk) y TVMovil.
Release 7 2007
Se centra en la disminución de la latencia,
mejora de calidad de servicio y aplicaciones en
tiempo real como VoIP. Esta especificación
también se centran en HSPA + (Evolved High
Speed Packet Access), el protocolo SIM de
alta velocidad.
Release 8 2008
Corresponde al primer lanzamiento oficial de
LTE, utilizando una red 100% IP. Se agregan
nuevas características, como la multiplexación
por OFDMA. Se suma la mejora de antenas
múltiples. Aparece una nueva arquitectura,
formada por EPS (Evolved Packet System),
RNC (Radio Network Controller) y el eNodeB.
Release 9 2009
Mejoras en el SAE (System Architecture
Evolution). Se define la interoperabilidad

20
WiMAX y LTE. Se establece el Dual-celular
HSDPA con MIMO.
Release
10
2011
LTE Advanced cumplimiento de los requisitos
de IMT 4G avanzada. Compatible con la
versión 8 (LTE). Multi-
celular HSDPA (4 operadores).
Release
11
2012
La interconexión IP avanzado de los
Servicios. Servicio de interconexión entre los
operadores nacionales capa / operadores, así
como otros proveedores de aplicaciones de
otros fabricantes. Contenido sigue abierta (a
partir de abril de 2011).

21
Capítulo III: Contexto evolutivo de 3G a 4G
3. Motivos del origen de la evolución
La importancia de entender la evolución de las distintas tecnologías descrita
en cada una de las generaciones de la telefonía móvil, radica en la
necesidad de comprender LTE, por lo tanto, se hace indispensable realizar
una revisión de las tecnologías antecesoras, recordando que en el Capítulo
2, vimos las regulaciones y muchas de estas son mejoras en los sistemas,
con la finalidad de adaptar las necesidades del cliente, para justificar la
existencia de las empresas proveedoras como las operadoras.
Partiremos definiendo las tecnologías de la tercera generación hasta llegar a
la cuarta generación, para luego describir detallamente las características
técnicas y operacionales de LTE (4G). Es importante destacar que LTE es
una evolución en base a GSM (2G) y no describiremos ninguna tecnología
en base a 2G, ya que, estas redes están pensadas principalmente al tráfico
de voz, en cambio 3G el tráfico está orientado a datos, principalmente al
acceso de internet en los equipos móviles, permitiendo a las operadoras
competir con otro nicho dentro del negocio de las telecomunicaciones, la
internet fija o de acceso a ADSL. Así lo confirma la empresa Bytemobile,
encargada de optimizar el tráfico a los operadores, quien afirma “hasta un 60
por ciento del tráfico de datos del móvil lo generan los consumidores que ven
vídeos en sus teléfonos”
4
, a esto se debe a que existe actualmente una
convergencia del protocolo IP, permitiendo la transmisión múltiples servicios
como imágenes, música, video y datos.
4
Extraído del reportaje “Estadística tráfico de datos móviles”. Fuente
http://www.nuevastecnologias.com/estadisticas-trafico-de-datos-moviles-21-06-2011/

22
Esquema 3.1 Evolución de servicios 2G a 4G
Así parte UTMS en año 2000, estableciendo como WCDMA como interface
aérea para la utilización eficiente del espectro, estableciendo un puente
entre 2G y 3G, para el cual entrega una velocidad máxima de 2 Mbps.
Durante Marzo del 2004, se realiza una evolución de la especificación de
UMTS, la cual se integra TD-SCDMA, conocida como tecnología CDMA
síncrona por división en el tiempo; dicha especificación se denominó
“Release 4”.
Durante el 2002 se instaura el “Release 5”, agregado paquetes de datos a
los servicios UMTS, alcanzando una tasa transmisión de 14 Mbps, dicha
tecnología fue un hito para las operadoras, puesto que, lograron integrar
servicios de voz y datos dentro de la redes de telefonía móvil, siendo una
revolución dentro del mercado sumando, al ingreso teléfonos inteligentes o
“smartphones” y módems USB. Esta tecnología de optimización se conoció
como HSDPA o 3.5G, que para nuestro país no pasó inadvertido, de hecho,
Chile se convirtió en el primer país de Latinoamérica en emplearla en el año
2006.
En el lanzamiento del “Release 6” se establece una mejora con un enlace de
subida dedicado (E-DCH), pero manteniendo el fundamento de la
transmisión de paquetes de HSDPA, logrando en el UL una tasa de
transferencia máxima de 7.2 Mbps. Esta tecnología es conocida como
HSUPA y se relaciona como la generación 3.75G. Ya en Diciembre del 2007
se estable un nuevo estándar definido en el “Release 7”, esta tecnología se
llamó HSPA+ o HSPA Plus, otorgando velocidades de hasta 84 Mbps de
bajada y 22 Mbps de subida.

23
Ya así en el “Release 8” aparece la tecnología LTE o Long Term Evolution
(Evolución a Largo Plazo), tema central de este trabajo. Esta especificación
se convierte en la evolución de UMTS (3G), para convertirse en la 4G,
siendo fundamental para el despliegue definitivo de internet móvil, gracias a
que su arquitectura “All IP”, que significa que la red soporta en un 100% el
protocolo IP. Sumado a que los “smartphones”, se están convirtiendo en
verdaderos computadores, capaces de acceder a los datos alojados en la
Internet, de esta manera, las operadoras deben preocuparse del QoS
(calidad de servicio) de los usuarios. El servicio de LTE es capaz de entregar
datos, especialmente servicios multimedia, soportando IP. Como también se
mejora las aplicaciones de datos avanzados de persona a persona o
también conocidos como Peer to Peer (P2P), con mayores y más simétricos
los ratios de datos, como por ejemplo la sincronización de e-mail en el móvil
o juegos en tiempo real con otro jugador.
3.1 Los ejes evolutivos
3.1.1 Necesidades de los clientes
Hoy en día Internet es un medio muy masivo, lo que en el futuro, los
abonados a los servicios de banda ancha, alcanzarán a 3400 millones en
2014 y alrededor del 80% de los usuarios, comenzarán a utilizar la banda
ancha móvil, como se muestra en la Gráfico 3.1. Los consumidores son
capaces de entender y apreciar los beneficios que entrega la banda ancha
móvil, uno de estos beneficios es la gran portabilidad que presenta el dicho
servicio, ya que, la mayoría de los usuarios, poseen teléfonos móviles con
acceso a internet móvil, como también tiene la ventaja de entregar servicios
a los notebooks a través de dispositivos USB.
Gráfico 3.1 Penetrabilidad de la banda ancha móvil con la banda ancha fija

24
Haciendo énfasis en el tráfico de información, cuando se implementó la
tecnología HSPA, la experiencia de servicio o el QoE (Quality of Experience)
por parte del usuario, fue muy alta, por la excelente cobertura que entregaba
los operadores, sumado a la gran oferta de servicios y terminales móviles.
Así en Mayo de 2007, el tráfico de paquetes de datos tráfico superó el tráfico
de voz, creciendo en la demanda de manera exponencial, lo que a futuro, el
ancho de banda de las redes de HSPA no dará abasto para soportar la gran
demanda de datos con respecto a la voz.
Gráfico 3.2 Tráfico de datos vs tráfico de voz en una red HSPA
3.1.1 Necesidades de los operadores
Los operadores de los servicios móviles realizan negocios en un entorno
cada vez más competitivo, ya que, el mercado ofrece una gran cantidad de
proveedores como lo son, Ericsson, Nokia-Siemens, ZTE, Huawei, Motorola,
y la lista continua. Dentro de la gran competitividad, los operadores no sólo
compiten con otros operadores, sino también con nuevos actores y nuevos
modelos de negocio. Un ejemplo de esto sería el caso actual de Chile,
donde los operadores móviles como Entel, Movistar y Claro, compiten entre
ellos, en el 2012 se agrega al mercado el operador VTR/Nextel,
amenazando a las tres operadoras actuales; pero también se ha introducido
un nuevo modelo de negocio en el ámbito de las comunicaciones móviles,
que son las MVNO5
u Operadores Móviles Virtuales, como lo es GTD Móvil6
.
5
Mobile Virtual Network Operator, a punta a una compañía que no posee una concesión de
espectro de frecuencia para ofrecer el servicio de telefonía móvil en una red propia, de
modo que, sino que revende servicios de telefonía móvil bajo su propia marca usando la red
de otra operadora de servicio móvil.

25
Para las operadoras invertir en redes mucho más eficientes, es un gran
desafío para ellas por el alto costo capital y costo operacional, así las
operadoras buscan la formulación de estrategias de mercado y tecnológica,
junto a la eficiencia del espectro radioeléctrico, definidos por organismos de
estandarización y normalización. Para lograr el beneficio anhelado, las
operadoras establecen sinergias entre los proveedores e institutos de
investigación, En Chile se generó una sinergia entre la operadora (Entel),
proveedora (Ericsson) y Universidad (Facultad de Ciencias Físicas y
Matemáticas de la Universidad de Chile) en 2007 para la implementación de
un laboratorio 3G7
. El programa de Redes de Próxima Generación Móvil
(NGMN), busca que la tecnología sucesora de HSPA o sea, 4G, debe
cumplir:
 Eficiencia espectral y reutilización de los canales.
 Entregar en los extremos de la red una mejor relación “costo-
eficiencia”, permitiendo una baja latencia en los servicios.
 Mejor relación “costo-eficiencia”, dentro de la red, otorgando una
mejor calidad de servicio (QoS), movilidad y el roaming.
 No debe interferir con las actuales redes de HSPA+.
 Generar una concesión de licencias que lleva a una mayor
transparencia y previsibilidad del costo total de derechos de propiedad
intelectual para operadores, proveedores de infraestructura y el
dispositivo de fábrica.
Dentro de 4G existe una gran variedad de tecnologías que aspiran a
convertirse en la tecnología más ad-hoc a las necesidades de las
operadoras. Entre las tecnologías que están en el nicho de la cuarta
generación, se encuentra, WiMax, LTE, UMB. Pero por un tema se confianza
muchas operadoras a nivel mundial están aceptando oficialmente a LTE
como la tecnología que satisface las necesidades de las operadoras, como
lo muestra el Gráfico 3.3, donde cada año el consumo del volumen de IP por
parte de los usuarios, pero para las operadoras el uso de las redes HSPA+
implica un gran costo en la red; pero con la implementación de LTE, los
costos son bastante bajos a lo largo del tiempo y capaz de soportar el gran
volumen de tráfico IP.
6
Fuente http://w2.df.cl/grupo-gtd-lanzara-comercialmente-telefonia-movil-a-fines-de-este-
mes/prontus_df/2011-07-04/213843.html
7
http://boletin.ing.uchile.cl/~boletin/boletin/noticia.php%3Fid%3D9058

26
Gráfico 3.3 Volumen de tráfico vs costos de la red
3.2 Revisión de tecnologías
3.2.1UMTS/WCDMA
Es un estándar correspondiente a la tercera generación de tecnologías de la
telefonía móvil, en la cual, fue propuesto por la entidad 3GPP en el año
1999. WCDMA, es un acrónimo que significa, “Wide-band Code Division
Multiple Access” (Acceso Múltiple por División de Código de banda ancha),
la información que entrega el usuario es difundida a través de un ancho de
banda amplio, multiplexando una unidad básica de información o chips8
derivados de los “spreading codes” de CDMA con la finalidad de soportar
una alta tasa de transmisión máxima de 2Mbps. El uso de esta interfaz aérea
permite que la información fluya a 3.84 Mega chips por segundo, llevando el
ancho de banda de la portadora a un valor aproximado a los 5MHz. Los
chips puede ser divididos dentro de 10 ms tramas de radio, cada una de
estas pueden ser divididas dentro de 15 slots o espacios de 2560 chips,
como lo muestra la Ilustración 3.1. Los bits de los diferentes canales son
codificadas por cada número variable de chips.
8
Dentro del estándar W-CDMA, chips se refiere a la unidad básica de información, en
donde, cada chip depende del canal

27
Ilustración 3.1 Relación de las tramas de radio con los chips en WCDMA
De esta manera WCDMA, permite entregar ciertos beneficios en cuanto al
rendimiento de la red de la telefonía móvil, así el operador de la red (telco)
puede implementar múltiples portadoras para aumentar la capacidad de la
información que entregan los usuarios, como también, el uso de antenas
adaptativas y la aplicación de detección de multiusuario, permitiendo
englobar un nuevo concepto en 3G llamado “conceptos receptor”. Esta idea
de concepto receptor era imposible establecerla en la segunda generación
(2G) o sólo se puede aplicar bajo restricciones severas a incrementos
limitados en el desempeño. Lo que a futuro permitió el desarrollo de 3G, en
una arquitectura mucho más robusta, denominada RAN9
, permitiendo
controlar el tráfico de los usuarios a través de la conmutación de paquetes.
3.2.1.1 Funcionamiento de WCDMA
La tecnología WCDMA trabaja con dos tipos de tecnologías de Existen dos
modos de funcionamiento para WCDMA en UMTS, uno es el Frequency
Division Duplex (FDD) y el Time Division Duplex (TDD). Las características
de cada uno de ellos son Modo FDD. Cada transmisión se identifica por la
portadora y por el código seudo aleatorio WCDMA. Se utiliza una portadora
diferente para cada enlace, el UL y el DL, dentro de una banda „apareada‟.
Modo TDD. Cada transmisión se identifica por la frecuencia de la portadora,
el código WCDMA y uno de los 15 intervalos de tiempo de la trama TDMA
(Time Division Multiple Access). Se utiliza una misma portadora para ambos
enlaces, tanto ascendente como descendente, dentro de la banda
“desapareada”. Los intervalos de tiempo pueden ser repartidos de forma
9
Acrónimo, que significa Radio Access Network, esto forma parte de los operadores o de la
telco, compuesta por la estación de radio base (RBS) y el control de nodo (RNC)

28
dinámica entre el enlace descendente y el ascendente. Este modo es idóneo
para aplicaciones de tráfico asimétrico como puede ser el acceso a Internet.
3.2.1.2 Arquitectura de la red WCDMA
Dicha arquitectura está basada en las dos tecnologías anteriores, que son,
principalmente GSM y en una menor esencia GRPS, de esta manera, los
operadores tienen la ventaja ahorrar el costo de implementar una nueva
topología, ya que, es una evolución de 2G logrando la interoperabilidad entre
las dos tecnologías y toda la capa física, según el modelo OSI, no requiere
un mayor cambio de hardware, entregándole una gran flexibilidad de
servicios, permitiendo al usuario acceder a datos o voz, en una determinada
zona o celda.
Ilustración 3.2 Arquitectura de la red WCDMA
Esta red de acceso, está compuesta por las estaciones base, el nombre que
se le entrega en 3G es RBS (Radio Base Station) o nodoB.
3.2.2 HSDPA
La red HSDPA o conocida como, High Speed Dowmlink Packet Access,
corresponde al Release 5 de 3GPP, que permite establecerse como la
evolución de la tecnología WCDMA, anteriormente descrita. La cualidad que
presenta HSDPA, es la mejora en el enlace descendente, permitiendo
entregar una máxima tasa de transmisión de 14 Mbps, de manera teórica.
Pero a nivel de operadoras, la velocidad máxima alcanza fue entre 2 a 4

29
Mbps, es importante agregar que HSDPA, solo contempla mejoras a nivel de
DL.
3.2.2.1 Características principales de HSDPA
La característica principal que tiene HSDPA, es la capacidad de trabajar en
base a la adaptación del enlace o también conocido como modulación
adaptativa. Aquella técnica permite adaptar una velocidad de transmisión a
las condiciones del canal, tomando como criterio, el tipo de modulación y
codificación a emplear.
La técnica de modulación que utiliza es QPSK y 16QAM, esto implica que
puede transmitir de a dos bits por símbolo a cuatro bits por símbolo, este
aumento de bits por símbolo, permite entregar una menor inmunidad al
ruido.
3.2.2.2 Arquitectura de HSDPA
La arquitectura que rige en esta tecnología, es la misma en donde
convergen dos redes de acceso, GERAN (GRPS/EDGE) y UMTS (WCDMA).
Para HSPDA, la red de acceso se denomina UTRAN.
Ilustración 3.3 Arquitectura en la red HSDPA
3.2.3 HSPA+
La tecnología HSPA+ o también conocida como HSPA Pluss, se basa en
una sinergia entre HSDPA y HSUPA, permitiendo mejorar el servicio entre el
DL y UL, además está pensado para coexistir con las redes de LTE,
mediante la actualización se software o hardware dentro de la RBS o NodoB
y de la RNC, como se muestra en la Ilustración 3.4

30
Ilustración 3.4 Actualización de SW y HW en HSPA+

31
Capítulo IV: Long Term Evolution (LTE)
4. Contexto de LTE
Con el fin de desarrollar mejores capacidades en la transmisión de paquetes
en las redes WCDMA/HSPA, 3GPP se encargó de gestionar una evolución,
que pudiera mejorar la tecnología de acceso de radio, la cual, se denominó
Long Term Evolution o Evolución a Largo Plazo (LTE). Para ello, el núcleo
de la red o Core, también va a evolucionar, dicha mejora se conoce como
Sistema de Evolución de la arquitectura (SAE). Estos nuevos requisitos son
definidos por la versión 8 del 3GPP. Las redes de próxima generación (NGN)
se están configurando hacia el concepto de una red “All-IP”, LTE y SAE
apoyará el uso de las NGN “IP Multimedia Subsystem” (IMS).
LTE, es conocido como una de las tecnologías que se encuentra en la cuarta
generación o 4G, cuya finalidad es entregar grandes velocidades máximas
de hasta 100 Mbps en el descendente y 50 Mbps en el canal ascendente.
Por lo que estudiamos en el capítulo 3, todas las tecnologías apuntan a un
mismo objetivo en común, aumentar la eficiencia espectral, con un ancho de
banda (BW) más amplio para lograr las máximas velocidades en un usuario.
Para que LTE consiga una mejor eficiencia espectral, debe recurrir al uso de
esquemas de modulación de orden superior y junto con la tecnología de
múltiples antenas o MIMO.
La comercialización de LTE comenzó en diciembre de 2009 con el
lanzamiento de redes en dos ciudades escandinavas, incluyendo los costos
de despliegue y puesta en marcha del servicio de Internet móvil. Dentro de
los costos asociados a la implementación, incluyendo la migración de las
redes UMTS a los nuevos requerimientos, puesto que los cambios son a
nivel del nucleo o “Core”.
LTE, por ser una evolución de las tecnologías en GSM, es capaz de utilizar
algunas de las características de HSPA, específicamente a lo que le
concierne sobre planificación de algoritmos, canales de datos compartidos,
HARQ, entre otras funciones. De esta manera LTE presenta ciertos
objetivos, que desembocaron en la creación de su respectiva
estandarización, en distintas categorías, tales como:
 Requisitos de Velocidad de datos. La bajada y subida de datos pico
requerimientos de velocidad son de 100 Mbps y 50 Mbps,
respectivamente. Esto es suponiendo un ancho de banda de 20 MHz
de espectro.
 Soporte para sistemas FDD y TDD.

32
 Apoyo a la movilidad.
 Reducción de la latencia.
 La experiencia de usuario mejorada.
 Convivencia con el legado de los sistemas de 3GPP.
 El despliegue flexible del espectro utilizando diversas configuraciones
de BW.
 El despliegue flexible del espectro utilizando una variedad de
frecuencias bandas.
 Mejora de la cobertura.
 Aumento de la seguridad.
 Aumento de la capacidad del sistema.
4.1 Arquitectura general de LTE
La arquitectura de red en LTE se basa en una serie de características
requeridas, que se descomponen en elementos funcionales específicos en
las aplicaciones de las entidades de la red física. Esta es la razón por la que
3GPP especifica un Núcleo Paquete Evolucionado o Evolved Packet Core
(EPC), que es la arquitectura de red para apoyar la E-UTRAN, a través de
una reducción en el número de elementos de red, permitiendo una
funcionalidad más simple, también se le agrega una mayor redundancia,
sobre todo, teniendo en cuenta las conexiones a la línea fija y otras
tecnologías de acceso inalámbrico, lo que las operadoras, tendrán la
capacidad de ofrecer una mejor experiencia de movilidad en la red.

33
Ilustración 4.1 Arquitectura de la red LTE
Cada uno de los elementos correspondientes a la arquitectura ha sido
pensado para mantener una gran cantidad servicios, principalmente datos,
utilizando la conmutación de paquetes, recordando que las redes de LTE,
trabajan bajo el concepto “All-IP” o “Todo-IP”, De esta manera, toda la
infraestructura de una red LTE, incluyendo la red toncal EPC y la red de
acceso E-UTRAN, se pueden encontrar con elementos propios de las redes
IP, tales como, routers, servidores DHCP (Dynamic Host Configuration
Protocol) para la configuración automática de las direcciones IP de los
equipos de la red LTE y servidores DNS (Domain Name Server) para asociar
los nombres de los equipos con sus direcciones IP.
Es necesario agregar que la arquitectura LTE, también es capaz de dar los
ajustes necesarios para la entrega de la calidad de servicios (QoS), así las
operadoras son capaces de entregar servicios a la necesidad de los
usuarios. Además todas las transmisiones de datos que realiza LTE entre
UE y una red externa se denominan, Servicio de Portadora EPS (EPS
Bearer Service), en contraste, a la transmisión de datos otorgada por la red
de acceso E-UTRAN se denomina E-UTRAN Radio Access Bearer (ERAB).
Si observamos la Ilustración 4.1, podemos apreciar otras dos arquitecturas,
la red de acceso E-UTRAN y la red troncal EPC, que al establecer una
sinergia entre estas dos arquitecturas, se encargan de la entrega de los
paquetes IP entre los dispositivos móviles (UE) y las redes externas como la

34
“Packet Data Network” o también con la red PSTN, cada una de estas
arquitecturas serán definidas en el capítulo 4.1.1.1 y 4.1.2. Los elementos a
modo general que integra la arquitectura de una red LTE son:
 UE, el terminal móvil, esta puede ser un celular o un modem USB
 eNodoB, el eNodoB (estación base en LTE), comienza como punto de
contacto para la UE y termina en la interfaz de aire. Estableciendo un
nodo lógico en el E-UTRAN, lo que incluye algunas de las funciones
previamente definidas en la “Convención Nacional Republicana de la
UTRAN”, como portador de radio gestión, enlace ascendente y
descendente de radio dinámico de gestión de recursos y datos de
paquetes de programación y gestión de la movilidad.
 Mobility Management Entity (MME), permite gestionar la movilidad
aspectos en materia de acceso a los servidores de la 3GPP, como la
selección de puerta de enlace y seguimiento de la gestión de área de
la lista.
 Servering GateWay (S-GW), es el punto de anclaje de la movilidad
local para la entrega de datos entre varios eNodoB y también
proporciona un la movilidad entre los servidores 3GPP. También tiene
la responsabilidad, de cobrar y algunas la aplicaciones de políticas de
servicio. El S-GW y la MME pueden ser implementado en un nodo
físico o por nodos físicos separados.
 Packet Data Network Gateway (P-GW), La GW PDN termina la SGI
interfaz hacia la red de paquetes de datos (PDN). Que las rutas de los
paquetes de datos entre el CPE y la PDN externa, y es el nodo clave
para la aplicación de políticas y la carga de recopilación de datos.
También proporciona el punto de anclaje para la movilidad con no
3GPP accesos. El PDN externa puede ser cualquier tipo de red IP, así
como el IP Multimedia Subsystem (IMS) de dominio. El PDN-GW y el
S-GW puede ser implementado en un nodo físico o por nodos físicos
separados.
 Interfaz de S1, es la interfaz que separa los E-UTRAN y el EPC. Se
divide en dos partes, el S1-U, que lleva los datos de tráfico entre el
eNodoB y el P-GW. La S1-MME, que es una interfaz de señalización
de sólo entre los eNodoB y el MME.
 Interfaz de X2, es la interfaz entre eNodoB, que consiste en dos
partes: la X2-C es la interfaz entre el plano de control y el eNodoB. La
X2-U es la interfaz entre el plano de usuario y el eNodoB. También
existe una interfaz entre el X2 eNode-B que necesitan comunicarse
entre sí.

35
4.1.1 Arquitectura E-UTRAN y EPC
4.1.1.1 Arquitectura de la red de acceso E-UTRAN
La definición a grandes rasgos de E-UTRAN, se remonta en los sistemas
3G, donde UTRAN, correspondía a la UE, que podía acceder al núcleo de
red, mediante el uso de determinadas interfaces, de esta manera, LTE utiliza
el mismo criterio, pero está tiene un carácter evolutivo, ya que, en 3G la red
de acceso estaba compuesta por la estación base (RBS o nodoB) y con los
equipos controladores, como el RNC. En cambió en LTE, existe un único
elemento, el eNodoB, siendo una evolución que permitió integrar dos
elementos que se encontraban separado físicamente, de ahí viene el
nombre, Evolve-UTRAN o simplemente E-UTRAN. La organización 3GPP,
definió la arquitectura detalladamente en la especificación TS 36.300 y TS
36.401.
Como se mencionó anteriormente la red de acceso está compuesta por un
solo elemento activo, que es el “evolved-NodoB”, que cumple con la
finalidad, de entregar la conectividad entre la UE junto la red troncal EPC. El
eNodoB, puede comunicarse con el resto red LTE mediante tres interfaces,
la interfaz de radio, S1 y X2, como se muestra en la Ilustración 4.2.
Ilustración 4.2 Arquitectura E-UTRAN
Según TR 25.912 de 3GPP, menciona “el eNBs están interconectados entre
sí por medio de las interfaces de X2. Se supone que siempre existe una
interfaz entre el X2 eNBs que necesitan comunicarse entre sí, por ejemplo,
para el apoyo de la entrega de UEs en LTE_ACTIVE. Los eNBs también
están conectados por medio de la interfaz S1 de la EPC (Evolved Packet

36
Core). La interfaz S1 es compatible con una relación de muchos a muchos
entre aGWs y eNBs”
La función clave de un eNodoB, consiste en la gestión de los recursos radio,
como también las funciones de control de admisión de los servicios
portadores radio, control de movilidad (realizar un handover), asignación
dinámica de los recursos radio tanto en el enlace ascendente como
descendente (funciones de scheduling o programación), control de
interferencias entre estaciones base, control de la realización y del envío de
medidas desde los equipos de usuario que puedan ser útiles en la gestión de
recursos.
4.1.1.1.1 Interfaz de radio
La función que entrega la interfaz radio, es definir los mecanismos de
transferencia de información, dichos mecanismos están fundamentados en
la difusión de señalización de control, envío de paquetes IP y transferencia
de señalización de control entre un UE y el eNodoB, como se puede apreciar
en la Ilustración 4.3.
Ilustración 4.3 Mecanismos de la interfaz aérea para transmitir datos
El concepto de Difusión de Señalización de Control, permite que el eNodoB
envíe un aviso a todas las UE contenidas en la celda, indicando la presencia
del eNodoB junto con los requerimientos de operación de la red. Además
presenta la función de forzar una determinada UE a que no tenga una
conexión de control establecida con el eNodoB, inicie un acceso a la red
(función de aviso o paging). La información difundida, puede corresponder
tanto a información específica de la red de acceso (denominada información

37
del Access Stratum, AS) como de la red troncal (denominada información del
Non Access Stratum, NAS).
Otro mecanismo, es el envío de paquetes IP de los usuarios a través del
canal radio y aquí hay que ser enfático, la arquitectura de LTE soporta
exclusivamente paquetes IP, de esta manera no admite, paquetes X.25,
paquetes Frame Relay, tramas Ethernet, entre otras. Con ayuda de ciertos
protocolos, permiten la eficiencia y optimización del envío de tráfico IP a
través de la interfaz radio, los servicios portadores albergan funciones como
la compresión de cabeceras de los paquetes IP que permiten reducir el
número de bytes enviados por la interfaz radio, los headers IP
pertenecientes a un mismo tipo de tráfico contienen un gran número de
parámetros idénticos, tales como, direcciones origen y destino, por lo que no
resulta necesario enviar todos los bytes del header IP en cada uno de los
paquetes.
Por último la señalización de control dedicada entre el eNodoB y un equipo
de usuario, se inicia con una conexión de control, que es soportada
mediante el protocolo Radio Resource Control (RRC). Aquel protocolo,
permite se gestionan, además del establecimiento, modificación y liberación
de los servicios portadores radio entre el eNodoB y el equipo de usuario,
otros mecanismos claves para la gestión eficiente de los recursos radio.
Entre dichos mecanismos cabe citar el control y envío de medidas radio
desde los terminales hacía el eNodoB y el mecanismo de handover, que
permite que un equipo de usuario cambie de celda manteniendo activos
tanto la conexión de control como los posibles servicios portadores radio que
esté utilizando.
Es importante destacar el funcionamiento óptimo de la interfaz de radio, se
adquiere mediante el uso de ciertos protocolos que designan la calidad de
servicio hacia los usuarios. Dichos protocolos de la interfaz de radio serán
descritos en el capítulo 4.2 Protocolos en la red LTE.
4.1.1.1.2 Interfaz S1
Para poder a empezar a definir la interfaz S1, debemos comprender que
esta interfaz, se encuentra divida por el User Plane o Plano de Usuario y el
Control Plane o Plano Control, para ello, debemos prestar atención en la
Ilustración 4.4, toda la trasferencia de datos que ocurre entre el eNB y
Serving Gateway (S-GW), se le denomina Plano de Usuario, puesto que,
toda la información es transmitida por el usuario, a esta interfaz de le llama
S1-U. En cambio el Plano de Control, se le atribuye a la comunicación
existente con el eNB y el Mobility Management Entity (MME), asignándole

38
las funciones de control, como por ejemplo, la ejecución del handover,
establecimiento de las señales, paging, entre otras funciones, para esta
interfaz se denomina S1-C o S1-MME
Ilustración 4.4 Red de acceso E-UTRAN
Exponer sobre las cualidades que presenta la interfaz S1-U, solo se puede
mencionar que no realiza actividades de control o control de flujo, por lo
tanto, solo permite construir los servicios portadores de radio, enviando
tráfico IP. Esto ocurre porque se encuentra influenciado por la presencia del
protocolo UDP, ya que, este es un protocolo sencillo a nivel de capa de
transporte fundamentado en el modelo OSI.
Para la interfaz S1-C, el MME juega un papel muy importante, ya que,
permite realizar el control en la red troncal, teniendo la capacidad de
establecimiento, modificación y liberación de recursos de los servicios
portadores en la interfaz radio y en la interfaz S1. Por ello, el eNB y la UE no
puede iniciar por su cuenta el establecimiento de un servicio portador radio.

39
Ilustración 4.5 Control de establecimiento de los servicios portadores
También destaca la cualidad de establecer las reglas de handover entre los
eNodoB. Para poder entender dicha cualidad debemos ponernos en el caso
de que la red E-UTRAN decida que una UE debe cambiar de eNodoB en el
transcurso de una conexión, y no existe una interfaz X2 (revisar en el
capítulo 4.1.1.1.3 Interfaz X2) entre los dos eNodoB involucrados, la interfaz
S1-MME se encarga de generar el handover. De esta forma, a través de la
interfaz S1-MME, la entidad MME puede establecer un nuevo contexto en el
eNodoB destino asociado al UE que va a realizar el cambio con toda la
información relativa a la configuración de los servicios portadores que tiene
establecidos el usuario así como las claves de seguridad.
Por último el Paging, que en palabras sencillas es un procedimiento de
aviso, que utiliza la MME para establecer la localización de los equipos de
usuario en la red. La gestión de localización permite conocer con cierta
resolución en qué eNodoB o conjunto de eNodoB (denominados áreas de
seguimiento o Tracking areas) puede ser localizado un usuario que se
encuentre en modo idle, es decir, que no tenga establecida una conexión de
control RRC con ningún eNodoB. Por ello, cuan do el MME quiere forzar que
un usuario en modo Idle pase a modo activo, a través de la interfaz S1-MME
se ordena la ejecución del mecanismo de aviso en todos los posibles
eNodoB en los que espera encontrar al terminal. El tema del handover se
tomará a cabalidad en el capítulo 4.3.1, puesto que, compone una alta
complejidad.

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