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02/05/2013
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Claudia Milena Hernández B.
Víctor Manuel Quintero F.
Nivel físico LTE
Contenido
3. Nivel físico (20 horas - CH)
– Principios fundamentales y conceptos básicos de OFDM.
– OFDMA.
– SC-FDMA.
– MIMO.
– Canales físicos y modulación.
– Multiplexación y codificación.
– Procedimientos de nivel físico.
– Medidas de nivel físico.
– Procedimientos de acceso y niveles superiores.
– Clases de terminales y sus capacidades.
3.2 OFDMA
• Ténica de multiplexación que distribuye las
subportadoras a diferentes usuarios en el mismo
tiempo.
• En cada intervalo de símbolo OFDM, diferentes
portadoras se emplean para la transmisión de datos
desde diferentes terminales.
3.2 OFDMA
• La estación base asigna un conjunto de portadoras a cada
usuario para permitir transmisiones múltiples
simultáneamente.
• Las subportadoras se agrupan para formar un subcanal.
3.2 OFDMA
Tres tipos de subportadoras
• Subportadoras de datos: para transmisión de datos.
• Subportadoras pilotos: para propósitos de estimación.
• Subportadoras nulas: no existe transmisión, bandas de
guarda, subportadoras no activas y subportadora DC.
3.2 OFDMA
OFDM/OFDMA:
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2
3.2 OFDMA
• En OFDM todas las frecuencias de las subportadoras son
generadas por un tx, se mantiene la ortogonalidad.
• En OFDMA muchos usuarios transmiten
simultáneamente y estiman la frecuencia subportadora,
el corrimiento en frecuencia es inevitable.
3.2 OFDMA
• Puede ser usada en combinación con TDMA, los
recursos son divididos en el plano de tiempo,
frecuencia y espacio.
• La dimensión espacial se explota por medio de
sistemas MIMO.
• Los bloques de tiempo y frecuencia se denominan
bloques de recursos.
3.2 OFDMA
Recursos tiempo frecuencia:
• Unidad más grande: 1 trama de 10 ms.
• La trama se divide en 10 subtramas de 1ms.
• Cada subtrama se divide en dos slots de 0.5ms.
• Cada slot comprende 7 símbolos OFDM con CP
normal, o 6 con CP extendido.
• Duración de un símbolo: 66,7us.
3.2 OFDMA
Recursos tiempo frecuencia
• En el dominio de f, los recursos se agrupan en
unidades de 12 subportadoras, que ocupan 180KHz
y 0.5ms  1 bloque de recursos.
• Unidad más pequeña de recursos: elementos de
recurso.
• 1 bloque de recursos: 84 elementos de recursos con
CP norma, 72 con CP extendido.
3.2 OFDMA
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3.2 OFDMA
• A cada usuario se le asigna un número de
bloques de recursos.
3.2 OFDMA
Asignación de subportadoras
• Subconjunto de subportadoras: constituyen un
subcanal.
• El espacio de portadoras se divide en NG grupos.
• Cada grupo contiene NE portadoras.
3.2 OFDMA
Conformación de subcanales
• Contiguos: asignar subportadoras contiguas.
• Intercalado: asignar subportadoras uniformemente
espaciadas.
• Dinámica: asigna dinámicamente las subportadoras.
3.2 OFDMA
Consideraciones prácticas
• BW de 1.4 a 20 MHz, los valores normales de LTE
f = 15KHz, CP = 5us.
• En celdas rurales y suburbanas grandes CP de puede
extender a 17us.
• Tamaño de FFT no está especificado, en un sistema
de 20MHz, N = 2048 para operación eficiente. Para
5MHz N = 512.
• Existe un conjunto de subportadoras que no se
emplean para evitar errores en los receptores.
3.2 OFDMA
• PAPR: medida del rango dinámico de la amplitud de
entrada de la señal.
• La PAPR relaciona la potencia pico instantánea y la
potencia promedio de la señal en el tiempo
3.2 OFDMA
PAPR
• La transmisión en OFDMA (dominio frecuencia): varias
subportadoras paralelas con diferentes frecuencias, por esto
la envolvente de la señal varia fuertemente.
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3.2 OFDMA
PAPR
3.2 OFDMA
PAPR
3.2 OFDMA
PAPR
• Los amplificadores de potencia (AP) de RF son lineales solo en
un rango dinámico.
• Dada la variación de la señal de entrada, la señal de RF
probablemente sufrirá distorsión no lineal por recorte de la
misma.
• Se generan emisiones espurias fuera de la banda y en la
banda de la señal.
• Para evitar esto AP trabaja con Back off de potencia muy
grande  tx muy costos, AP ineficiente y reduce la potencia
de salida.
3.2 OFDMA
• Para el enlace de subida de
LTE, es importante tener
una baja PAPR, dadas las
limitaciones de costos y
consumo de potencia en
los amplificadores de
potencia de los UE.
3.3 SC FDMA
Single Carrier FDMA
• Empleado en el enlace de subida de LTE.
• Compatible con los modos FDD y TDD.
• Divide el BW de transmisión en múltiples subportadoras
paralelas.
• Un símbolo es transportado sobre varias subportadoras, si
una portadora sufre desvanecimiento la información se puede
recuperar de otras portadoras.
• Tiene un transmisor sencillo pero un receptor complejo.
3.3 SC FDMA
• En SC-FDMA se agrega un bloque DFT, para realizar una
precodificación y así reducir los valores de potencia pico
instantánea y mejorar la relación PAPR.
• En OFDMA la potencia instantánea puede ser elevada cuando
las subportadoras se interfieren constructivamente, lo que se
refleja en un alto valor de PAPR.
• En SC-FDMA la PAPR disminuye debido a la característica de
portadora única, donde cada símbolo se transmite en todo el
ancho de banda, por lo cual la PAPR depende de la
modulación utilizada en los datos de usuario.
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3.3 SC FDMA
Realiza una DFT antes de la IFFT, esta expande los
símbolos sobre todas las subportadoras que llevan
información y produce una estructura virtual de una
portadora única.
3.3 SC FDMA
• OFDMA: un símbolo por subportadora.
• SC FDMA: cada símbolo está representado por
una señal de banda ancha.
3.3 SC FDMA
• En OFDM se transmiten “M” símbolos en paralelo, repartiendo el ancho
de banda entre ellos, cada símbolo tiene una duración igual al tiempo de
símbolo.
• En SC-FDMA se transmiten “M” símbolos secuencialmente cada uno
ocupando todo el ancho de banda disponible y con una duración igual a
una parte del tiempo de símbolo.
3.3 SC- FDMA
Mapeo a las subportadoras:
• Es la asignación de la salida DFT de los
símbolos de datos al conjunto de
subportadoras.
• Puede ser localizado o distribuido.
3.3 SC FDMA
Mapeo localizado
• La salidas DFT son mapeadas a un conjunto de
subportadoras consecutivas, emplea
solamente una fracción del BW del sistema.
Mapeo distribuido
• Las salidas DFT son mapeadas a
subportadoras no continuas, asignando
amplitud cero para las demás subportadoras.
3.3 SC FDMA
Tipos de mapeo
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6
3.3 SC FDMA
Tipos de Mapeo
3.3 SC - FDMA
• Cada símbolo se lleva sobre varias portadoras,
este conjunto puede verse como una banda
de frecuencia que lleva datos
secuencialmente.
• Espaciamiento entre portadoras 15KHz.
• Se emplean bloques de recursos de 12
subportadoras.
3.3 SC FDMA 3.3 SC FDMA
Sistemas SISO
 Un rayo de trayectoria directa y
múltiples señales reflejadas que
pueden atenuarla o reforzarla.
 Y(t)= g*x(t) + n(t)
3.4 MIMO
Sistemas SIMO y MISO
 Hacen uso de la diversidad.
 Usan mas de una copia de la
misma señal.
 Como combinar las copias ?
3.4 MIMO
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7
Sistemas de múltiples antenas que permiten
mejorar la calidad y/o la velocidad de transmisión
de información con respecto a sistemas de una
única antena (SISO).
3.4 MIMO
y = Hs + n
User data stream
.
.
User data stream
.
.
.
.
Channel
Matrix H
s1
s2
sM
s
y1
y2
yM
y
Transmitted vector Received vector
.
.
h11
h12
Where H =
hij is a variable compleja aleatoria
gaussiana
3.4 MIMO
h11 h21 …….. hM1
h12 h22 …….. hM2
h1M h2M …….. hMM
. . …….. .
MT
MR
3.4 MIMO
Cada equipo transmisor tiene asociadas un número de antenas.
El canal de radio no es único, existe un canal entre cada antena
transmisora y cada antena receptora.
La propagación se representa mediante una matriz, que se
conoce como matriz de transmisión, o matriz H. El elemento hij
representa la función de transferencia compleja entre la antena
transmisora j y la antena receptora i.
11 1
1
j
i ij
h h
H
h h
3.4 MIMO
La representación del canal es compleja  no se mantiene
constante.
Lo máximo que se puede asumir es que el canal es constante
únicamente durante el tiempo de coherencia o a lo largo de solo
una trama.
La matriz del canal  distribución aleatoria para cada una de sus
entradas.
3.4 MIMO
Un sistema MIMO con Nt antenas en el Tx y Nr en el receptor 
es posible pensar que el número de canales disponibles es el
producto Nt*Nr.
Si solo se consideran los canales libres de ISI  cantidad de
canales disponibles se reduce a min (Nt,Nr).
En el mejor de los casos el número de canales es igual a los
autovalores del canal MIMO (H), ya que si , cumple que Nt = Nr,
entonces, H tiene al menos Nt valores propios o autovalores.
MIMO puede proveer dos tipos de ganancia:
Spatial Multiplexing
Gain
Diversity
Gain
• Maximiza la velocidad de
transmisión
•Usa el desvanecimiento
como ventaja
• Minimiza probabilidad de
errores Pe
• QoS
• Combate el
desvanecimiento
Los diseñadores tratan de alcanzar un objetivo o un poco de los
dos.
3.4 MIMO
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8
Diversidad espacial
 Mejora la calidad, BER
 Códigos espacio temporales.
3.4 MIMO
Tx Rx
b1-b2-b3
b1-b2-b3
b1-b2-b3
b1-b2-b3
b1-b2-b3
b1-b2-b3
b1-b2-b3
b1-b2-b3
3.4 MIMO
Multiplexación espacial
• Incrementa la eficiencia espectral, capacidad.
• Esquemas de Multiplexacion espacial.
Tx Rx
b1-b2
b1-b2-b3-b4-b5-b6 b3-b4
b5-b6 b5-b6
b3-b4
b1-b2
b1-b2-b3-b4-b5-b6
3.4 MIMO
Multiplexación espacial
Las antenas transmisoras introducen una “firma” espacial a los datos con el
fin que cada antena receptora pueda reconocer y recuperar la información
que le pertenece, reconstruyendo las subcadenas que son multiplexadas para
entregar los datos originales al destino.
Existen tres esquemas de multiplexación espacial:
Codificación Horizontal
Codificación Vertical V-BLAST
Codificación Diagonal D-BLAST [9].
3.4 MIMO
Codificación espacio temporal
Técnica de codificación diseñada para ser usada con
múltiples antenas transmisoras, desempeñándose en
el dominio espacial y temporal para varias antenas
en diferentes periodos de tiempo.
Codificación espacio temporal
Los códigos espacio temporales pueden dividirse en dos categorías:
 Códigos bloque espacio temporales (STBC: Space Time Block Code):
se basan únicamente en la mejora de la ganancia de diversidad.
 Códigos espacio-temporales Trellis o convolucionales (STCM-STTC:
Space Time Trellis Code): ofrecen ganancias de diversidad y de
codificación.
La principal ventaja de STBC respecto a STCM-STTC es que la técnica
de decodificación es más sencilla.
3.4 MIMO
Código Bloque Espacio Temporal (STBC)
Alamouti: Sistema con dos antenas en transmisión y
una antena en recepción.
Se asume que trabaja únicamente con los canales
generados por los rayos directos, con el fin de tratar
únicamente los canales decorrelacionados.
3.4 MIMO
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9
Código Bloque Espacio Temporal (STBC)
Símbolos a transmitir c1 y c2, pasan por el bloque de codificación
espacio temporal que genera una matriz C.
C es transmitida y afectada por el canal introduciéndole ruido.
En el primer instante de tiempo se transmite la primera columna
de C, en el segundo la segunda columna.
3.4 MIMO
Código bloque espacio temporal (STBC)
Los datos llegan al receptor donde se extraen los datos
inicialmente transmitidos.
La antena en recepción recibe y almacena los datos en el
vector r1 y los datos que arriban después son almacenados
en r2:
Finalmente r1 y r2 pasan por el combinador y se obtiene
c1 y c2.
3.4 MIMO
3.4 MIMO
0 5 10 15 20 25
0
5
10
15
20
25
30
35
40
SNR in dB
Capacidadbits/s/Hz
Capacidad con canal Rayleigh
nt = 1 , nr = 1
nt = 2 , nr = 2
nt = 3 , nr = 3
nt = 4 , nr = 4
3.4 MIMO
• MIMO fue incluido en WCDMA Release 7.
• OFDMA es adecuado para MIMO por tener
alta SNR.
3.4 MIMO
• MIMO de único usuario: sistema MIMO en un
enlace punto a punto entre la EnodeB y el UE,
la velocidad de datos puede ser incrementada
para un solo usuario.
3.4 MIMO
• MIMO multiusuario: varios UE se comunican
simultáneamente con una EnodeB común, los flujos
individuales son asignados a varios usuarios.
• Útil en el enlace de subida, el UE tiene una sola
antena para Tx.
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10
3.4 MIMO
MIMO multiusuario:
• Permite que varios usuarios distintos
compartan la misma banda de frecuencias.
• SU MIMO busca mejorar las prestaciones del
enlace entre EnodeB y UE.
• MU MIMO logra una mejor eficiencia en la
suma de las velocidades de tx por unidad de
banda en la celda.
3.4 MIMO
3.4 MIMO
Transmisor MIMO - OFDMA
3.4 MIMO
Transmisor OFDMA
• 2 flujos de símbolos
• Por cada 2 símbolos que llegan al precodificador se
generan 4 símbolos.
• x1 y x2 se envían por una antena, -x2*, x1* se envían por la
otra antena.
3.4 MIMO
Transmisor OFDMA
• Una subportadora transporta el símbolo x1 por la primera
antena y –x2* por la segunda.
• Otra subportadora transporta el símbolo x2 por la primera
antena y –x1* por la segunda.
• Codificación espacio frecuencial.
3.4 MIMO
Receptor OFDMA
1. Procesamiento OFDMA de la señal.
2. Recepción MIMO, para extraer la información de cada uno de
los canales paralelos
3. Recepción MIMO: Algoritmos de detección ZF, MMSE,
Esferico, Lattice.
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3.4 MIMO
Técnicas MIMO en el enlace de bajada
• Diversidad en recepción en el móvil.
• Diversidad en transmisión usando Space
Frequency Block Coding (SFBC) en el EnodeB.
• Multiplexación espacial en el EnodeB para uno
o dos usuarios.
• Diversidad de retardo cíclico en el EnodeB.
3.4 MIMO
Diversidad en recepción en el móvil:
• Modo SIMO obligatorio para UE en el enlace
de bajada.
3.4 MIMO
Diversidad en transmisión usando Space Frequency
Block Coding (SFBC) en el EnodeB.
• Una palabra de código se mapea en 2 o 4 capas.
• Los datos son intercalados en diferentes
subportadoras en cada antena.
3.4 MIMO
Diversidad de retardo cíclico en el EnodeB
• Es un retardo introducido entre las señales de
múltiples antenas.
• Empleado para reducir el impacto de la cancelación
de una señal, por la diferencia de fase.
• Para dos antenas el retardo cíclico es de 33,3 us.
3.4 MIMO
Técnicas MIMO en el enlace de subida
MIMO es opcional, pero se pueden considerar 3
tipos:
• Diversidad en recepción en el EnodeB.
• Único usuario MIMO.
• MIMO multiusuario.
3.4 MIMO
Diseño Antenas MIMO
 Aspecto importante: distancia entre las antenas.
 Ubicación lejos: baja correlación.
 Ubicación cercana: alta correlación.
 Distancia: longitud de onda
 Caso Estaciones base en ambientes macrocelulares: 10
EnodeB, asegura baja correlación, en el UE 0.5 .
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3.4 MIMO
Antenas en eNB
3.4 MIMO
Antenas en eNB
3.4 MIMO
Antenas en UE
Es importante tener en cuenta:
- Complejidad y ubicación.
- Correlación con otras antenas MIMO.
- La posición y el numero de antenas que soportan otros
sistemas como: 802.11, FM radio, Bluetooth y otros servicios.
- Polarización.
- Atenuaciones causadas por el manejo de los UE.
Los efectos se reflejan en  bateria.
3.4 MIMO
3.4 MIMO
Antenas en UE
3.4 MIMO
MIMO Colaborativo?
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3.5 Canales físicos y modulación
Asignación de recursos
Mínimos recursos que pueden ser asignados: 1 subtrama (1ms).
3.5 Canales físicos y modulación
1 RB: 0.5ms, 12 subportadoras, 180 KHz.
Ancho de banda flexible y Bloques de recursos
3.5 Canales físicos y modulación
Sistema OFDMA
3.5 Canales físicos y modulación
3.5 Canales físicos y modulación
Estructura
• Trama de 10ms, dividida en subtramas de 1ms.
• Cada subtrama: 1ms, dividida en dos slots de 0.5ms.
• 1 slot: 7 símbolos OFDM CP normal, 6 símbolos OFDM CP
extendido.
• 1 simbolo normal: 66,7 us; CP Normal 4,7 us pero el primer
símbolo tiene un CP de 5,1 us.
• CP largo 16,67 us.
3.5 Canales físicos y modulación
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3.5 Canales físicos y modulación
• El número de subportadoras es 12 veces el número de RBs
más una.
• La subportadora central (ó subportadora DC) de la banda
disponible no se utiliza para transmitir información.
• La subportadora DC se utiliza para facilitar los mecanismos
de ajuste y sincronización en frecuencia del receptor.
3.5 Canales físicos y modulación
3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación
Esquemas de modulación y codificación
Enlace de bajada:
• BPSK, QPSK, 16QAM y 64 QAM.
Enlace de subida:
• QPSK, 16QAM y 64 QAM.
Codificación de canal:
• Códigos Turbo 1/3.
3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de bajada
• Canales de transporte: enlace entre el nivel MAC y físico.
• Canales físicos: llevan información de las capas altas, estos se
mapean a canales de transporte.
• Señales físicas: exclusivas del nivel físico, transportan
información que solo es usada en esta capa.
• Emplea OFDMA con un espaciamiento básico entre
portadoras de 15KHz o 7.5KHz en redes isofrecuencia.
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3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de bajada - Canales de transporte
Actúan como puntos de acceso a servicios para las capas
superiores.
Broadcast Channel (BCH):
 Sirve para realizar broadcast sobre el área de cobertura de la
celda entera.
 Envía los parámetros del sistema necesarios para que los
dispositivos puedan acceder al sistema (identificación del
operador y la celda, configuración de los canales comunes de
control o como acceder al sistema).
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de bajada - Canales de transporte
Downlink Shared Channel (DL-SCH):
• Transporta los datos de usuario para conexiones punto a punto y para un
solo UE.
• Soporta ARQ híbrido (HARQ).
• Soporta adaptación dinámica del enlace: modulación, codificación y
potencia de transmisión.
• Se puede emplear con beamforming.
• Soporta recepción discontinua para ahorro de potencia.
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de bajada - Canales de transporte
Paging Channel (PCH)
• Lleva la información de paging, proceso del (eNB) para llamar
a terminales móviles de los que se conoce cual es su área de
localización pero no la celda o eNB en la que están ubicados.
Multicast Channel (MCH)
• Empleado para transmitir información del servicio multicast al
UE en redes isofrecuencia, transmitido en toda el área de
cobertura de la celda.
3.5 Canales físicos y modulación
Señales físicas
Emplean elementos de recursos no asignados. No llevan
información desde o hacia las capas superiores.
Dos tipos:
• Señales de referencia para determinar la respuesta impulsiva
del canal.
• Señales de sincronización que transportan información de
red.
3.5 Canales físicos y modulación
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3.5 Canales físicos y modulación
Señales de referencia
• Generadas como el producto de una secuencia
ortogonal y una secuencia numérica seudoaletaria.
• Existen 510 señales de referencia únicas, agrupadas
en 168 grupos de tres secuencias, cada grupo
corresponde a una identidad de un emplazamiento
(eNB) distinto.
• A cada celda dentro de una red se asigna una señal
de referencia  identificador específico de celda.
3.5 Canales físicos y modulación
Señales de referencia
• Ubicadas en recursos elementales (una
subportadora y un símbolo) y
mantienen una separación en el
dominio de la frecuencia de seis
subportadoras.
• Como mínimo se necesitan dos señales
de referencia por RBs: señales de
referencia primaria (RSP), en el primer
símbolo de un slot.
• Si las condiciones del canal radio lo
requieren puede ubicarse un segundo
grupo: señales de referencia
secundarias (RSS), en el quinto
símbolo de un slot.
3.5 Canales físicos y modulación
Señales de referencia
 En los bloques de recursos se agregan señales de
referencia especiales:
• 1 y 5 símbolo de CP normal.
• 1 y 4 símbolo de CP extendido.
 Estos símbolos se transmiten cada 6 subportadoras.
3.5 Canales físicos y modulación
3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación
02/05/2013
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3.5 Canales físicos y modulación
Señales de referencia
• En MIMO el receptor debe determinar la respuesta impulsiva
del canal desde cada antena de transmisión.
• En LTE la respuesta impulsiva del canal se determina mediante
la tx secuencial de señales de referencia conocidas desde cada
antena.
3.5 Canales físicos y modulación
Señales de sincronización
Son secuencias ortogonales pseudoaleatorias.
Se emplean
• Señales de sincronización primaria: sincronización
temporal a nivel de subtrama.
• Señales de sincronización secundaria: sincronización
temporal a nivel de trama.
3.5 Canales físicos y modulación
Señales de sincronización
• Se transmiten mediante 62
subportadoras, ubicadas a izquierda
y derecha de la subportadora
central (DC- subcarrier).
• Y en los símbolos 6 y 5 del primer
slot de las subtramas numeradas
como #0 y #5.
• 5 subportadoras vacías a su
izquierda y derecha, que actúan
como bandas de guarda. Se dice
que la señal P-SCH ocupa 72
subportadoras.
3.5 Canales físicos y modulación
Canales físicos
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de bajada - Canales físicos
Physical Broadcast Channel (PBCH):
• Transporta información básica sobre la red Master
Information Block (MIB):
• 4 bits para identificar la canalización utilizada en la celda
(BW).
• 3 bits para definir la estructura del canal PHICH .
• 7 bits correspondientes al número de identificación de
trama (System Frame Number-SFN).
Enlace de bajada - Canales físicos
Physical Broadcast Channel (PBCH):
• Modulación QPSK.
• Aleatorización mediante secuencia específica de la celda.
• Se transmite en 4 tramas consecutivas (TTI=40ms) en los símbolos 0,1 2 y
3 de la primera subtrama utilizando 6 RBs.
• No necesita señalización explícita para ser demodulado y se puede
decodificar a partir de una sola recepción.
3.5 Canales físicos y modulación
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3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación
h
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de bajada - Canales físicos
Physical Downlink Control Channel (PDCCH):
• Transporta información de control especifica para el UE, Downlink Control
Information (DCI).
• Incluye información de asignación de recursos para los canales de aviso
(PCH), de tráfico compartido (DL-SCH) y sobre (HARQ).
• Se prefiere robustez a velocidad en este canal.
• Solo se emplea QPSK.
• Mapeado en elementos de recursos, tres primeros símbolos OFDM en el
primer slot de una subtrama.
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de bajada - Canales físicos
Physical Downlink Control Channel (PDCCH):
• Cada DCI está formado por la agregación uno o varios Control Channel
Elements (CCE).
• Un CCE: 9 conjuntos de cuatro parámetros Resource Element Groups
(REG) relacionadas con la capa física.
• Un CCE puede transmitir el esquema de modulación-codifi cación
utilizado, información sobre el ajuste del control de potencia del enlace
ascendente, HARQ
• Cada REG se mapea mediante 4 símbolos QPSK, es decir ocupa 4
subportadoras, formando los mini CCE.
• El número de CCEs asignados a un canal PDCCH lo determina cada eNB en
función de las condiciones del canal.
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de bajada - Canales físicos
Physical Downlink Control Channel (PDCCH):
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de bajada - Canales físicos
Physical Downlink Shared Channel (PDSCH):
• Utilizado para transporte de datos y multimedia.
• Soporta QPSK, 16QAM y 64 QAM y turbo códigos de tasa 1/3.
• Permite altas velocidades de transmisión.
• Emplea multiplexación espacial.
• Transporta los bloques de información del sistema (SIB).
• No es un canal dedicado, sólo se asigna al usuario como resultado de la
gestión de recursos realizada por el algoritmo de scheduling de dicho
enlace.
• Granularidad temporal es de una subtrama.
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19
Resumen
• Modos de operación del Physical Downlink
Shared Channel (PDSCH):
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de bajada - Canales físicos
Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH):
 Indica al UE la cantidad de símbolos OFDMA reservados para
el canal PDCCH  Channel Format Indicator o (CFI).
 Se transmite en cada subtrama, siempre en el primer símbolo.
 EL CFI está formado por 32 bits (16 símbolos) que se
transmiten utilizando una modulación QPSK.
• Se mapea en el primer símbolo OFDM de cada subtrama en
cuatro grupos de cuatro subportadoras repartidas
uniformemente.
Enlace de bajada - Canales físicos
Physical HARQ Indicator Channel (PHICH):
• Transporta los reconocimientos ACK y NACK para implementar HARQ en
enlace de subida. Utiliza BPSK.
• La información de múltiples usuarios se multiplexa mediante técnicas por
división en código utilizando un conjunto de secuencias ortogonales de
Walsh predefinidas.
• Lleva información de máximo 8 UE.
• Se mapea en los símbolos OFDM de control de cada subtrama, en cuatro
grupos de cuatro subportadoras repartidas uniformemente.
3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación
3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación
• http://paul.wad.homepage.dk/LTE/lte_resource_grid.html
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20
3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de bajada - Canales físicos
Physical Multicast Channel (PMCH):
• Se utiliza para transportar información MBMS (Multimedia Broadcast and
Multicast System) en redes iso-frecuencia (Single-Frequency Networks SFN).
• En una misma subtrama no pueden coexistir los canales PMCH y PDSCH.
• Se utiliza siempre el prefijo cíclico extendido, el terminal móvil puede recibir la
señal de múltiples eNBs, por lo que los retardos por propagación multitrayecto
(asociados a los diversos eNB) aumentan.
• No es posible aplicar el mecanismo de HARQ, dado que la señal transmitida es
observada por múltiples terminales móviles de forma simultánea.
• No es posible gestionar de forma dinámica en cada eNB, ni los formatos de
transmisión ni los recursos asociados, ya que todos los eNBs que forman parte de
la red iso-frecuencia deben enviar la misma señal y de forma sincronizada.
3.5 Canales físicos y modulación
Multicast-Broadcast Single Frequency Network
3.5 Canales físicos y modulación
Subtrama Multicast-Broadcast Single Frequency Network
MBSFN tiene dos partes:
• Region de control: transmisión info control.
• Región MBSFN: empleada para el PMCH.
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de subida
• Esquema de transmisión básico SC FDMA.
• En FDD misma estructura de trama, separación entre
subportadoras de 15KHz, RB y CP iguales.
• Modulación puede ser QPSK, 16 QAM y 64QAM
dependiendo de la calidad del canal.
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de subida - Canales de transporte
Uplink – Shared Channel (UL-SCH):
• Lleva los datos de usuario y la información de control
del dispositivo.
• Emplea codificación turbo 1/3.
• Permite HARQ y adaptación dinámica.
• Puede emplearse con técnicas de conformación de
haz.
02/05/2013
21
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de subida -Canales de transporte
Random Access Channel (RACH):
• Usado para responder el mensaje de paging.
• Se utiliza para enviar peticiones de acceso al sistema
y para transmitir mensajes cortos de información de
control.
• Al ser un canal compartido por los diferentes
usuarios del sistema existe riesgo de colisiones.
3.5 Canales físicos y modulación
Señales físicas del enlace de subida
No transportan información para las capas superiores.
• Señales de referencia.
• Señales de Sounding (Preámbulo de acceso
aleatorio).
3.5 Canales físicos y modulación
Señales físicas del enlace de subida
Señales de referencia:
• Señales utilizadas en la estimación de la respuesta al impulso
del canal, DeModulation Reference Signal (DM-RS).
• Permiten la demodulación coherente.
• Una para el PUSCH otra para el PUCCH.
• Basadas en secuencias Zadhoff-Chu.
3.5 Canales físicos y modulación
Señales físicas del enlace de subida
Señales de referencia:
• Cuando se considera la transmisión de paquetes PUSCH con CP normal, DM-RS: el
cuarto símbolo SC-FDMA de todas las subtramas transmitidas por el usuario y
ocupa el mismo número de subportadoras que el bloque de datos de usuario.
• Con CP largo, la señal DM-RS: el tercer símbolo SC-FDMA de cada subtrama.
• En Paquetes PUCCH la posición de las señales de referencia no es fija y depende
del formato utilizado.
3.5 Canales físicos y modulación
Señales físicas del enlace de subida
Señal de sounding - Preámbulo de acceso aleatorio:
o Análisis de la calidad del canal, Sounding Reference Signals (SRS).
o Transmitida en el último símbolo de la subtrama cada 2ms.
o Múltiples UEs pueden transmitir SRS simultáneamente.
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de subida - Canales físicos
02/05/2013
22
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de subida – Canales físicos
Physical Uplink Shared Channel (PUSCH):
• Lleva datos e información de control.
• Modulación puede ser QPSK, 16 QAM y 64 QAM.
• El numero de subportadoras lo determina el planificador del
enlace, espectro asignado a un UE puede cambiar cada
subtrama.
• Transmitido en las subportadoras centrales.
• Controlado por una función de salto de frecuencia.
• No es un canal dedicado, solo se asigna cuando el UE tiene
algo para transmitir.
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de subida – Canales físicos
Physical Uplink Control Channel (PUCCH):
• Transporta la información de control del enlace de subida
(indicación de calidad del canal, ACK/ NACK, HARQ y
solicitudes de scheduling).
• Es tan grande como la cantidad de información a ser
transmitida.
• Nunca se transmite simultáneamente con el PUSCH, se
transmite en los slots límites.
• El número de recursos utilizados para transmitir el canal
PUCCH se indica en el canal de radiodifusión (PBCH).
Enlace de subida – Canales físicos
Physical Uplink Control Channel (PUCCH):
3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de subida – Canales físicos
Physical Random Access Channel:
• Transporta el RACH, consta de un prefijo cíclico y un preámbulo.
• Envía un preámbulo para iniciar por parte del móvil, el procedimiento de
conexión al sistema .
• No es posible emplear HARQ porque la señal transmitida es observada
por múltiples terminales móviles.
• Se transmite empleando 72 subportadoras.
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de subida – Canales físicos
Physical Random Access Channel:
• Las capas superiores fijan su posición en estructura frecuencia-tiempo.
• Su localización es semiestática y se repite periódicamente dentro de la
región dedicada a los canales tipo PUSCH.
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de subida
02/05/2013
23
3.5 Canales físicos y modulación
Enlace de subida
3.5 Canales físicos y modulación
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  • 1. 02/05/2013 1 Claudia Milena Hernández B. Víctor Manuel Quintero F. Nivel físico LTE Contenido 3. Nivel físico (20 horas - CH) – Principios fundamentales y conceptos básicos de OFDM. – OFDMA. – SC-FDMA. – MIMO. – Canales físicos y modulación. – Multiplexación y codificación. – Procedimientos de nivel físico. – Medidas de nivel físico. – Procedimientos de acceso y niveles superiores. – Clases de terminales y sus capacidades. 3.2 OFDMA • Ténica de multiplexación que distribuye las subportadoras a diferentes usuarios en el mismo tiempo. • En cada intervalo de símbolo OFDM, diferentes portadoras se emplean para la transmisión de datos desde diferentes terminales. 3.2 OFDMA • La estación base asigna un conjunto de portadoras a cada usuario para permitir transmisiones múltiples simultáneamente. • Las subportadoras se agrupan para formar un subcanal. 3.2 OFDMA Tres tipos de subportadoras • Subportadoras de datos: para transmisión de datos. • Subportadoras pilotos: para propósitos de estimación. • Subportadoras nulas: no existe transmisión, bandas de guarda, subportadoras no activas y subportadora DC. 3.2 OFDMA OFDM/OFDMA:
  • 2. 02/05/2013 2 3.2 OFDMA • En OFDM todas las frecuencias de las subportadoras son generadas por un tx, se mantiene la ortogonalidad. • En OFDMA muchos usuarios transmiten simultáneamente y estiman la frecuencia subportadora, el corrimiento en frecuencia es inevitable. 3.2 OFDMA • Puede ser usada en combinación con TDMA, los recursos son divididos en el plano de tiempo, frecuencia y espacio. • La dimensión espacial se explota por medio de sistemas MIMO. • Los bloques de tiempo y frecuencia se denominan bloques de recursos. 3.2 OFDMA Recursos tiempo frecuencia: • Unidad más grande: 1 trama de 10 ms. • La trama se divide en 10 subtramas de 1ms. • Cada subtrama se divide en dos slots de 0.5ms. • Cada slot comprende 7 símbolos OFDM con CP normal, o 6 con CP extendido. • Duración de un símbolo: 66,7us. 3.2 OFDMA Recursos tiempo frecuencia • En el dominio de f, los recursos se agrupan en unidades de 12 subportadoras, que ocupan 180KHz y 0.5ms  1 bloque de recursos. • Unidad más pequeña de recursos: elementos de recurso. • 1 bloque de recursos: 84 elementos de recursos con CP norma, 72 con CP extendido. 3.2 OFDMA
  • 3. 02/05/2013 3 3.2 OFDMA • A cada usuario se le asigna un número de bloques de recursos. 3.2 OFDMA Asignación de subportadoras • Subconjunto de subportadoras: constituyen un subcanal. • El espacio de portadoras se divide en NG grupos. • Cada grupo contiene NE portadoras. 3.2 OFDMA Conformación de subcanales • Contiguos: asignar subportadoras contiguas. • Intercalado: asignar subportadoras uniformemente espaciadas. • Dinámica: asigna dinámicamente las subportadoras. 3.2 OFDMA Consideraciones prácticas • BW de 1.4 a 20 MHz, los valores normales de LTE f = 15KHz, CP = 5us. • En celdas rurales y suburbanas grandes CP de puede extender a 17us. • Tamaño de FFT no está especificado, en un sistema de 20MHz, N = 2048 para operación eficiente. Para 5MHz N = 512. • Existe un conjunto de subportadoras que no se emplean para evitar errores en los receptores. 3.2 OFDMA • PAPR: medida del rango dinámico de la amplitud de entrada de la señal. • La PAPR relaciona la potencia pico instantánea y la potencia promedio de la señal en el tiempo 3.2 OFDMA PAPR • La transmisión en OFDMA (dominio frecuencia): varias subportadoras paralelas con diferentes frecuencias, por esto la envolvente de la señal varia fuertemente.
  • 4. 02/05/2013 4 3.2 OFDMA PAPR 3.2 OFDMA PAPR 3.2 OFDMA PAPR • Los amplificadores de potencia (AP) de RF son lineales solo en un rango dinámico. • Dada la variación de la señal de entrada, la señal de RF probablemente sufrirá distorsión no lineal por recorte de la misma. • Se generan emisiones espurias fuera de la banda y en la banda de la señal. • Para evitar esto AP trabaja con Back off de potencia muy grande  tx muy costos, AP ineficiente y reduce la potencia de salida. 3.2 OFDMA • Para el enlace de subida de LTE, es importante tener una baja PAPR, dadas las limitaciones de costos y consumo de potencia en los amplificadores de potencia de los UE. 3.3 SC FDMA Single Carrier FDMA • Empleado en el enlace de subida de LTE. • Compatible con los modos FDD y TDD. • Divide el BW de transmisión en múltiples subportadoras paralelas. • Un símbolo es transportado sobre varias subportadoras, si una portadora sufre desvanecimiento la información se puede recuperar de otras portadoras. • Tiene un transmisor sencillo pero un receptor complejo. 3.3 SC FDMA • En SC-FDMA se agrega un bloque DFT, para realizar una precodificación y así reducir los valores de potencia pico instantánea y mejorar la relación PAPR. • En OFDMA la potencia instantánea puede ser elevada cuando las subportadoras se interfieren constructivamente, lo que se refleja en un alto valor de PAPR. • En SC-FDMA la PAPR disminuye debido a la característica de portadora única, donde cada símbolo se transmite en todo el ancho de banda, por lo cual la PAPR depende de la modulación utilizada en los datos de usuario.
  • 5. 02/05/2013 5 3.3 SC FDMA Realiza una DFT antes de la IFFT, esta expande los símbolos sobre todas las subportadoras que llevan información y produce una estructura virtual de una portadora única. 3.3 SC FDMA • OFDMA: un símbolo por subportadora. • SC FDMA: cada símbolo está representado por una señal de banda ancha. 3.3 SC FDMA • En OFDM se transmiten “M” símbolos en paralelo, repartiendo el ancho de banda entre ellos, cada símbolo tiene una duración igual al tiempo de símbolo. • En SC-FDMA se transmiten “M” símbolos secuencialmente cada uno ocupando todo el ancho de banda disponible y con una duración igual a una parte del tiempo de símbolo. 3.3 SC- FDMA Mapeo a las subportadoras: • Es la asignación de la salida DFT de los símbolos de datos al conjunto de subportadoras. • Puede ser localizado o distribuido. 3.3 SC FDMA Mapeo localizado • La salidas DFT son mapeadas a un conjunto de subportadoras consecutivas, emplea solamente una fracción del BW del sistema. Mapeo distribuido • Las salidas DFT son mapeadas a subportadoras no continuas, asignando amplitud cero para las demás subportadoras. 3.3 SC FDMA Tipos de mapeo
  • 6. 02/05/2013 6 3.3 SC FDMA Tipos de Mapeo 3.3 SC - FDMA • Cada símbolo se lleva sobre varias portadoras, este conjunto puede verse como una banda de frecuencia que lleva datos secuencialmente. • Espaciamiento entre portadoras 15KHz. • Se emplean bloques de recursos de 12 subportadoras. 3.3 SC FDMA 3.3 SC FDMA Sistemas SISO  Un rayo de trayectoria directa y múltiples señales reflejadas que pueden atenuarla o reforzarla.  Y(t)= g*x(t) + n(t) 3.4 MIMO Sistemas SIMO y MISO  Hacen uso de la diversidad.  Usan mas de una copia de la misma señal.  Como combinar las copias ? 3.4 MIMO
  • 7. 02/05/2013 7 Sistemas de múltiples antenas que permiten mejorar la calidad y/o la velocidad de transmisión de información con respecto a sistemas de una única antena (SISO). 3.4 MIMO y = Hs + n User data stream . . User data stream . . . . Channel Matrix H s1 s2 sM s y1 y2 yM y Transmitted vector Received vector . . h11 h12 Where H = hij is a variable compleja aleatoria gaussiana 3.4 MIMO h11 h21 …….. hM1 h12 h22 …….. hM2 h1M h2M …….. hMM . . …….. . MT MR 3.4 MIMO Cada equipo transmisor tiene asociadas un número de antenas. El canal de radio no es único, existe un canal entre cada antena transmisora y cada antena receptora. La propagación se representa mediante una matriz, que se conoce como matriz de transmisión, o matriz H. El elemento hij representa la función de transferencia compleja entre la antena transmisora j y la antena receptora i. 11 1 1 j i ij h h H h h 3.4 MIMO La representación del canal es compleja  no se mantiene constante. Lo máximo que se puede asumir es que el canal es constante únicamente durante el tiempo de coherencia o a lo largo de solo una trama. La matriz del canal  distribución aleatoria para cada una de sus entradas. 3.4 MIMO Un sistema MIMO con Nt antenas en el Tx y Nr en el receptor  es posible pensar que el número de canales disponibles es el producto Nt*Nr. Si solo se consideran los canales libres de ISI  cantidad de canales disponibles se reduce a min (Nt,Nr). En el mejor de los casos el número de canales es igual a los autovalores del canal MIMO (H), ya que si , cumple que Nt = Nr, entonces, H tiene al menos Nt valores propios o autovalores. MIMO puede proveer dos tipos de ganancia: Spatial Multiplexing Gain Diversity Gain • Maximiza la velocidad de transmisión •Usa el desvanecimiento como ventaja • Minimiza probabilidad de errores Pe • QoS • Combate el desvanecimiento Los diseñadores tratan de alcanzar un objetivo o un poco de los dos. 3.4 MIMO
  • 8. 02/05/2013 8 Diversidad espacial  Mejora la calidad, BER  Códigos espacio temporales. 3.4 MIMO Tx Rx b1-b2-b3 b1-b2-b3 b1-b2-b3 b1-b2-b3 b1-b2-b3 b1-b2-b3 b1-b2-b3 b1-b2-b3 3.4 MIMO Multiplexación espacial • Incrementa la eficiencia espectral, capacidad. • Esquemas de Multiplexacion espacial. Tx Rx b1-b2 b1-b2-b3-b4-b5-b6 b3-b4 b5-b6 b5-b6 b3-b4 b1-b2 b1-b2-b3-b4-b5-b6 3.4 MIMO Multiplexación espacial Las antenas transmisoras introducen una “firma” espacial a los datos con el fin que cada antena receptora pueda reconocer y recuperar la información que le pertenece, reconstruyendo las subcadenas que son multiplexadas para entregar los datos originales al destino. Existen tres esquemas de multiplexación espacial: Codificación Horizontal Codificación Vertical V-BLAST Codificación Diagonal D-BLAST [9]. 3.4 MIMO Codificación espacio temporal Técnica de codificación diseñada para ser usada con múltiples antenas transmisoras, desempeñándose en el dominio espacial y temporal para varias antenas en diferentes periodos de tiempo. Codificación espacio temporal Los códigos espacio temporales pueden dividirse en dos categorías:  Códigos bloque espacio temporales (STBC: Space Time Block Code): se basan únicamente en la mejora de la ganancia de diversidad.  Códigos espacio-temporales Trellis o convolucionales (STCM-STTC: Space Time Trellis Code): ofrecen ganancias de diversidad y de codificación. La principal ventaja de STBC respecto a STCM-STTC es que la técnica de decodificación es más sencilla. 3.4 MIMO Código Bloque Espacio Temporal (STBC) Alamouti: Sistema con dos antenas en transmisión y una antena en recepción. Se asume que trabaja únicamente con los canales generados por los rayos directos, con el fin de tratar únicamente los canales decorrelacionados. 3.4 MIMO
  • 9. 02/05/2013 9 Código Bloque Espacio Temporal (STBC) Símbolos a transmitir c1 y c2, pasan por el bloque de codificación espacio temporal que genera una matriz C. C es transmitida y afectada por el canal introduciéndole ruido. En el primer instante de tiempo se transmite la primera columna de C, en el segundo la segunda columna. 3.4 MIMO Código bloque espacio temporal (STBC) Los datos llegan al receptor donde se extraen los datos inicialmente transmitidos. La antena en recepción recibe y almacena los datos en el vector r1 y los datos que arriban después son almacenados en r2: Finalmente r1 y r2 pasan por el combinador y se obtiene c1 y c2. 3.4 MIMO 3.4 MIMO 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 35 40 SNR in dB Capacidadbits/s/Hz Capacidad con canal Rayleigh nt = 1 , nr = 1 nt = 2 , nr = 2 nt = 3 , nr = 3 nt = 4 , nr = 4 3.4 MIMO • MIMO fue incluido en WCDMA Release 7. • OFDMA es adecuado para MIMO por tener alta SNR. 3.4 MIMO • MIMO de único usuario: sistema MIMO en un enlace punto a punto entre la EnodeB y el UE, la velocidad de datos puede ser incrementada para un solo usuario. 3.4 MIMO • MIMO multiusuario: varios UE se comunican simultáneamente con una EnodeB común, los flujos individuales son asignados a varios usuarios. • Útil en el enlace de subida, el UE tiene una sola antena para Tx.
  • 10. 02/05/2013 10 3.4 MIMO MIMO multiusuario: • Permite que varios usuarios distintos compartan la misma banda de frecuencias. • SU MIMO busca mejorar las prestaciones del enlace entre EnodeB y UE. • MU MIMO logra una mejor eficiencia en la suma de las velocidades de tx por unidad de banda en la celda. 3.4 MIMO 3.4 MIMO Transmisor MIMO - OFDMA 3.4 MIMO Transmisor OFDMA • 2 flujos de símbolos • Por cada 2 símbolos que llegan al precodificador se generan 4 símbolos. • x1 y x2 se envían por una antena, -x2*, x1* se envían por la otra antena. 3.4 MIMO Transmisor OFDMA • Una subportadora transporta el símbolo x1 por la primera antena y –x2* por la segunda. • Otra subportadora transporta el símbolo x2 por la primera antena y –x1* por la segunda. • Codificación espacio frecuencial. 3.4 MIMO Receptor OFDMA 1. Procesamiento OFDMA de la señal. 2. Recepción MIMO, para extraer la información de cada uno de los canales paralelos 3. Recepción MIMO: Algoritmos de detección ZF, MMSE, Esferico, Lattice.
  • 11. 02/05/2013 11 3.4 MIMO Técnicas MIMO en el enlace de bajada • Diversidad en recepción en el móvil. • Diversidad en transmisión usando Space Frequency Block Coding (SFBC) en el EnodeB. • Multiplexación espacial en el EnodeB para uno o dos usuarios. • Diversidad de retardo cíclico en el EnodeB. 3.4 MIMO Diversidad en recepción en el móvil: • Modo SIMO obligatorio para UE en el enlace de bajada. 3.4 MIMO Diversidad en transmisión usando Space Frequency Block Coding (SFBC) en el EnodeB. • Una palabra de código se mapea en 2 o 4 capas. • Los datos son intercalados en diferentes subportadoras en cada antena. 3.4 MIMO Diversidad de retardo cíclico en el EnodeB • Es un retardo introducido entre las señales de múltiples antenas. • Empleado para reducir el impacto de la cancelación de una señal, por la diferencia de fase. • Para dos antenas el retardo cíclico es de 33,3 us. 3.4 MIMO Técnicas MIMO en el enlace de subida MIMO es opcional, pero se pueden considerar 3 tipos: • Diversidad en recepción en el EnodeB. • Único usuario MIMO. • MIMO multiusuario. 3.4 MIMO Diseño Antenas MIMO  Aspecto importante: distancia entre las antenas.  Ubicación lejos: baja correlación.  Ubicación cercana: alta correlación.  Distancia: longitud de onda  Caso Estaciones base en ambientes macrocelulares: 10 EnodeB, asegura baja correlación, en el UE 0.5 .
  • 12. 02/05/2013 12 3.4 MIMO Antenas en eNB 3.4 MIMO Antenas en eNB 3.4 MIMO Antenas en UE Es importante tener en cuenta: - Complejidad y ubicación. - Correlación con otras antenas MIMO. - La posición y el numero de antenas que soportan otros sistemas como: 802.11, FM radio, Bluetooth y otros servicios. - Polarización. - Atenuaciones causadas por el manejo de los UE. Los efectos se reflejan en  bateria. 3.4 MIMO 3.4 MIMO Antenas en UE 3.4 MIMO MIMO Colaborativo?
  • 13. 02/05/2013 13 3.5 Canales físicos y modulación Asignación de recursos Mínimos recursos que pueden ser asignados: 1 subtrama (1ms). 3.5 Canales físicos y modulación 1 RB: 0.5ms, 12 subportadoras, 180 KHz. Ancho de banda flexible y Bloques de recursos 3.5 Canales físicos y modulación Sistema OFDMA 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación Estructura • Trama de 10ms, dividida en subtramas de 1ms. • Cada subtrama: 1ms, dividida en dos slots de 0.5ms. • 1 slot: 7 símbolos OFDM CP normal, 6 símbolos OFDM CP extendido. • 1 simbolo normal: 66,7 us; CP Normal 4,7 us pero el primer símbolo tiene un CP de 5,1 us. • CP largo 16,67 us. 3.5 Canales físicos y modulación
  • 14. 02/05/2013 14 3.5 Canales físicos y modulación • El número de subportadoras es 12 veces el número de RBs más una. • La subportadora central (ó subportadora DC) de la banda disponible no se utiliza para transmitir información. • La subportadora DC se utiliza para facilitar los mecanismos de ajuste y sincronización en frecuencia del receptor. 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación Esquemas de modulación y codificación Enlace de bajada: • BPSK, QPSK, 16QAM y 64 QAM. Enlace de subida: • QPSK, 16QAM y 64 QAM. Codificación de canal: • Códigos Turbo 1/3. 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de bajada • Canales de transporte: enlace entre el nivel MAC y físico. • Canales físicos: llevan información de las capas altas, estos se mapean a canales de transporte. • Señales físicas: exclusivas del nivel físico, transportan información que solo es usada en esta capa. • Emplea OFDMA con un espaciamiento básico entre portadoras de 15KHz o 7.5KHz en redes isofrecuencia.
  • 15. 02/05/2013 15 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de bajada - Canales de transporte Actúan como puntos de acceso a servicios para las capas superiores. Broadcast Channel (BCH):  Sirve para realizar broadcast sobre el área de cobertura de la celda entera.  Envía los parámetros del sistema necesarios para que los dispositivos puedan acceder al sistema (identificación del operador y la celda, configuración de los canales comunes de control o como acceder al sistema). 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de bajada - Canales de transporte Downlink Shared Channel (DL-SCH): • Transporta los datos de usuario para conexiones punto a punto y para un solo UE. • Soporta ARQ híbrido (HARQ). • Soporta adaptación dinámica del enlace: modulación, codificación y potencia de transmisión. • Se puede emplear con beamforming. • Soporta recepción discontinua para ahorro de potencia. 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de bajada - Canales de transporte Paging Channel (PCH) • Lleva la información de paging, proceso del (eNB) para llamar a terminales móviles de los que se conoce cual es su área de localización pero no la celda o eNB en la que están ubicados. Multicast Channel (MCH) • Empleado para transmitir información del servicio multicast al UE en redes isofrecuencia, transmitido en toda el área de cobertura de la celda. 3.5 Canales físicos y modulación Señales físicas Emplean elementos de recursos no asignados. No llevan información desde o hacia las capas superiores. Dos tipos: • Señales de referencia para determinar la respuesta impulsiva del canal. • Señales de sincronización que transportan información de red. 3.5 Canales físicos y modulación
  • 16. 02/05/2013 16 3.5 Canales físicos y modulación Señales de referencia • Generadas como el producto de una secuencia ortogonal y una secuencia numérica seudoaletaria. • Existen 510 señales de referencia únicas, agrupadas en 168 grupos de tres secuencias, cada grupo corresponde a una identidad de un emplazamiento (eNB) distinto. • A cada celda dentro de una red se asigna una señal de referencia  identificador específico de celda. 3.5 Canales físicos y modulación Señales de referencia • Ubicadas en recursos elementales (una subportadora y un símbolo) y mantienen una separación en el dominio de la frecuencia de seis subportadoras. • Como mínimo se necesitan dos señales de referencia por RBs: señales de referencia primaria (RSP), en el primer símbolo de un slot. • Si las condiciones del canal radio lo requieren puede ubicarse un segundo grupo: señales de referencia secundarias (RSS), en el quinto símbolo de un slot. 3.5 Canales físicos y modulación Señales de referencia  En los bloques de recursos se agregan señales de referencia especiales: • 1 y 5 símbolo de CP normal. • 1 y 4 símbolo de CP extendido.  Estos símbolos se transmiten cada 6 subportadoras. 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación
  • 17. 02/05/2013 17 3.5 Canales físicos y modulación Señales de referencia • En MIMO el receptor debe determinar la respuesta impulsiva del canal desde cada antena de transmisión. • En LTE la respuesta impulsiva del canal se determina mediante la tx secuencial de señales de referencia conocidas desde cada antena. 3.5 Canales físicos y modulación Señales de sincronización Son secuencias ortogonales pseudoaleatorias. Se emplean • Señales de sincronización primaria: sincronización temporal a nivel de subtrama. • Señales de sincronización secundaria: sincronización temporal a nivel de trama. 3.5 Canales físicos y modulación Señales de sincronización • Se transmiten mediante 62 subportadoras, ubicadas a izquierda y derecha de la subportadora central (DC- subcarrier). • Y en los símbolos 6 y 5 del primer slot de las subtramas numeradas como #0 y #5. • 5 subportadoras vacías a su izquierda y derecha, que actúan como bandas de guarda. Se dice que la señal P-SCH ocupa 72 subportadoras. 3.5 Canales físicos y modulación Canales físicos 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de bajada - Canales físicos Physical Broadcast Channel (PBCH): • Transporta información básica sobre la red Master Information Block (MIB): • 4 bits para identificar la canalización utilizada en la celda (BW). • 3 bits para definir la estructura del canal PHICH . • 7 bits correspondientes al número de identificación de trama (System Frame Number-SFN). Enlace de bajada - Canales físicos Physical Broadcast Channel (PBCH): • Modulación QPSK. • Aleatorización mediante secuencia específica de la celda. • Se transmite en 4 tramas consecutivas (TTI=40ms) en los símbolos 0,1 2 y 3 de la primera subtrama utilizando 6 RBs. • No necesita señalización explícita para ser demodulado y se puede decodificar a partir de una sola recepción. 3.5 Canales físicos y modulación
  • 18. 02/05/2013 18 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación h 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de bajada - Canales físicos Physical Downlink Control Channel (PDCCH): • Transporta información de control especifica para el UE, Downlink Control Information (DCI). • Incluye información de asignación de recursos para los canales de aviso (PCH), de tráfico compartido (DL-SCH) y sobre (HARQ). • Se prefiere robustez a velocidad en este canal. • Solo se emplea QPSK. • Mapeado en elementos de recursos, tres primeros símbolos OFDM en el primer slot de una subtrama. 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de bajada - Canales físicos Physical Downlink Control Channel (PDCCH): • Cada DCI está formado por la agregación uno o varios Control Channel Elements (CCE). • Un CCE: 9 conjuntos de cuatro parámetros Resource Element Groups (REG) relacionadas con la capa física. • Un CCE puede transmitir el esquema de modulación-codifi cación utilizado, información sobre el ajuste del control de potencia del enlace ascendente, HARQ • Cada REG se mapea mediante 4 símbolos QPSK, es decir ocupa 4 subportadoras, formando los mini CCE. • El número de CCEs asignados a un canal PDCCH lo determina cada eNB en función de las condiciones del canal. 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de bajada - Canales físicos Physical Downlink Control Channel (PDCCH): 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de bajada - Canales físicos Physical Downlink Shared Channel (PDSCH): • Utilizado para transporte de datos y multimedia. • Soporta QPSK, 16QAM y 64 QAM y turbo códigos de tasa 1/3. • Permite altas velocidades de transmisión. • Emplea multiplexación espacial. • Transporta los bloques de información del sistema (SIB). • No es un canal dedicado, sólo se asigna al usuario como resultado de la gestión de recursos realizada por el algoritmo de scheduling de dicho enlace. • Granularidad temporal es de una subtrama.
  • 19. 02/05/2013 19 Resumen • Modos de operación del Physical Downlink Shared Channel (PDSCH): 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de bajada - Canales físicos Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH):  Indica al UE la cantidad de símbolos OFDMA reservados para el canal PDCCH  Channel Format Indicator o (CFI).  Se transmite en cada subtrama, siempre en el primer símbolo.  EL CFI está formado por 32 bits (16 símbolos) que se transmiten utilizando una modulación QPSK. • Se mapea en el primer símbolo OFDM de cada subtrama en cuatro grupos de cuatro subportadoras repartidas uniformemente. Enlace de bajada - Canales físicos Physical HARQ Indicator Channel (PHICH): • Transporta los reconocimientos ACK y NACK para implementar HARQ en enlace de subida. Utiliza BPSK. • La información de múltiples usuarios se multiplexa mediante técnicas por división en código utilizando un conjunto de secuencias ortogonales de Walsh predefinidas. • Lleva información de máximo 8 UE. • Se mapea en los símbolos OFDM de control de cada subtrama, en cuatro grupos de cuatro subportadoras repartidas uniformemente. 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación • http://paul.wad.homepage.dk/LTE/lte_resource_grid.html
  • 20. 02/05/2013 20 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de bajada - Canales físicos Physical Multicast Channel (PMCH): • Se utiliza para transportar información MBMS (Multimedia Broadcast and Multicast System) en redes iso-frecuencia (Single-Frequency Networks SFN). • En una misma subtrama no pueden coexistir los canales PMCH y PDSCH. • Se utiliza siempre el prefijo cíclico extendido, el terminal móvil puede recibir la señal de múltiples eNBs, por lo que los retardos por propagación multitrayecto (asociados a los diversos eNB) aumentan. • No es posible aplicar el mecanismo de HARQ, dado que la señal transmitida es observada por múltiples terminales móviles de forma simultánea. • No es posible gestionar de forma dinámica en cada eNB, ni los formatos de transmisión ni los recursos asociados, ya que todos los eNBs que forman parte de la red iso-frecuencia deben enviar la misma señal y de forma sincronizada. 3.5 Canales físicos y modulación Multicast-Broadcast Single Frequency Network 3.5 Canales físicos y modulación Subtrama Multicast-Broadcast Single Frequency Network MBSFN tiene dos partes: • Region de control: transmisión info control. • Región MBSFN: empleada para el PMCH. 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de subida • Esquema de transmisión básico SC FDMA. • En FDD misma estructura de trama, separación entre subportadoras de 15KHz, RB y CP iguales. • Modulación puede ser QPSK, 16 QAM y 64QAM dependiendo de la calidad del canal. 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de subida - Canales de transporte Uplink – Shared Channel (UL-SCH): • Lleva los datos de usuario y la información de control del dispositivo. • Emplea codificación turbo 1/3. • Permite HARQ y adaptación dinámica. • Puede emplearse con técnicas de conformación de haz.
  • 21. 02/05/2013 21 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de subida -Canales de transporte Random Access Channel (RACH): • Usado para responder el mensaje de paging. • Se utiliza para enviar peticiones de acceso al sistema y para transmitir mensajes cortos de información de control. • Al ser un canal compartido por los diferentes usuarios del sistema existe riesgo de colisiones. 3.5 Canales físicos y modulación Señales físicas del enlace de subida No transportan información para las capas superiores. • Señales de referencia. • Señales de Sounding (Preámbulo de acceso aleatorio). 3.5 Canales físicos y modulación Señales físicas del enlace de subida Señales de referencia: • Señales utilizadas en la estimación de la respuesta al impulso del canal, DeModulation Reference Signal (DM-RS). • Permiten la demodulación coherente. • Una para el PUSCH otra para el PUCCH. • Basadas en secuencias Zadhoff-Chu. 3.5 Canales físicos y modulación Señales físicas del enlace de subida Señales de referencia: • Cuando se considera la transmisión de paquetes PUSCH con CP normal, DM-RS: el cuarto símbolo SC-FDMA de todas las subtramas transmitidas por el usuario y ocupa el mismo número de subportadoras que el bloque de datos de usuario. • Con CP largo, la señal DM-RS: el tercer símbolo SC-FDMA de cada subtrama. • En Paquetes PUCCH la posición de las señales de referencia no es fija y depende del formato utilizado. 3.5 Canales físicos y modulación Señales físicas del enlace de subida Señal de sounding - Preámbulo de acceso aleatorio: o Análisis de la calidad del canal, Sounding Reference Signals (SRS). o Transmitida en el último símbolo de la subtrama cada 2ms. o Múltiples UEs pueden transmitir SRS simultáneamente. 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de subida - Canales físicos
  • 22. 02/05/2013 22 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de subida – Canales físicos Physical Uplink Shared Channel (PUSCH): • Lleva datos e información de control. • Modulación puede ser QPSK, 16 QAM y 64 QAM. • El numero de subportadoras lo determina el planificador del enlace, espectro asignado a un UE puede cambiar cada subtrama. • Transmitido en las subportadoras centrales. • Controlado por una función de salto de frecuencia. • No es un canal dedicado, solo se asigna cuando el UE tiene algo para transmitir. 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de subida – Canales físicos Physical Uplink Control Channel (PUCCH): • Transporta la información de control del enlace de subida (indicación de calidad del canal, ACK/ NACK, HARQ y solicitudes de scheduling). • Es tan grande como la cantidad de información a ser transmitida. • Nunca se transmite simultáneamente con el PUSCH, se transmite en los slots límites. • El número de recursos utilizados para transmitir el canal PUCCH se indica en el canal de radiodifusión (PBCH). Enlace de subida – Canales físicos Physical Uplink Control Channel (PUCCH): 3.5 Canales físicos y modulación 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de subida – Canales físicos Physical Random Access Channel: • Transporta el RACH, consta de un prefijo cíclico y un preámbulo. • Envía un preámbulo para iniciar por parte del móvil, el procedimiento de conexión al sistema . • No es posible emplear HARQ porque la señal transmitida es observada por múltiples terminales móviles. • Se transmite empleando 72 subportadoras. 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de subida – Canales físicos Physical Random Access Channel: • Las capas superiores fijan su posición en estructura frecuencia-tiempo. • Su localización es semiestática y se repite periódicamente dentro de la región dedicada a los canales tipo PUSCH. 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de subida
  • 23. 02/05/2013 23 3.5 Canales físicos y modulación Enlace de subida 3.5 Canales físicos y modulación Resumen Enlace de bajada Resumen Enlace de subida