Benavides José Ernesto, González José Alberto,“Diseño y simulación de una red LTE para la CUJAE empleando el

i
Trabajo de Diploma presentado para optar por el título de
Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica
“Diseño y simulación de una red LTE para la CUJAE empleando el
software Radio Mobile”
Autores: José Ernesto Rodríguez Benavides
José Alberto González Rodríguez
Tutores: Ing. Marice Marrero Rodríguez
Dr. Francisco Marante Rizo
LA Habana, Cuba
Año 2015
Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría
Facultad de Ingeniería Eléctrica

ii
AGRADECIMIENTOS
A mi papá, mi mamá y mi hermana, a quienes debo todo lo que soy y que
siempre están conmigo de una forma u otra, al resto de mi familia que me
ha apoyado. A los profes Mari y Marante por todo el apoyo brindado. A José
Ernesto quien más mérito merece por este trabajo, a Olivia por su ayuda
técnica en aspectos muy trabajosos para nosotros. A todo aquel que me ha
ayudado de alguna forma a que hoy esté aquí.

iii
Principalmente a mis padres, que me han apoyado en todo
incondicionalmente, y han hecho suyos mis preocupaciones. También a mi
familia, que estuvieron pendientes de mí y estuvieron dispuestos a ayudar
en todo momento.
A mi novia, Olivia, que ha sido la persona que más me ha ayudado en los
cinco años de la carrera, y estuvo a mi lado tanto en los buenos momentos
como en los peores, sacrificando su tiempo libre en mis tareas. También a
mis suegros por ser tan bueno conmigo y bridar su apoyo en mi formación
profesional.
La profesora Marice, que se preocupó por la tesis como si fuera suya, y
mientras estuvo con nosotros nos trató como sus amigos. El profe Marante,
quien nos extendió la mano en el momento que más lo necesitábamos,
asumiendo una preocupación más y como el mismo dijera: con mucho
placer. A la profesora Liset Martínez, quien me ayudo en el momento más
difícil que tuve en estos cinco años, cuando ella también tenía miles de
problemas más importantes que yo.
Que decir de los amigos, aquellos que están para resolver un problema, o
acompañarte en momentos difíciles. Especialmente a Piky y sus padres, que
me acogieron en su casa como uno más de la familia cada vez que lo
necesité. A mi compañero de tesis José Alberto, que confió en mi para
realiza este trabajo junto a él. A Sandy, primero porque para mi entender le
debo el hecho de tener a Olivia hace ocho años junto a mí, además porque
desde lejos me facilito lo que me hiciera falta para el desarrollo de este
proyecto. Al resto de mis compañeros de aula entre los que menciono a
Carlos, Yoanny, Yoandy, Alejandro, Dayán, Damián, Gladys, Janey, Laura y
Rosalba. Por último y no menos importante a José Antonio, quien me apoyó
desde mi comienzo en la universidad y fue imprescindible en la elaboración
de esta tesis.
José Ernesto Benavides Rodríguez

iv
DEDICATORIA
Una vez más a mi familia, en especial a mi papá, quien hubiera estado
conmigo sin falta. A los amigos que me han acompañado, antes y ahora, más o
menos cerca, Oscar, el Chino, Pedro, el Flaco, Yoandra, Abdiel, a los del aula y
a los demás, quienes me ayudaron más de lo que creen que los ayudé yo a ellos.
Finalmente, de manera especial, a Isabella y Samuel.
Este trabajo representa el fin de una larga etapa como estudiante y el inicio en
el mundo profesional. Por eso quiero dedicarlo a mis padres, los principales
impulsores de mis logros, tanto en la escuela como fuera de esta. Con este
proyecto quiero demostrarles que no fue en vano tanto sacrificio todos estos
años y agradecerles por su apoyo incondicional. También quiero dedicarla a
todas las personas que han influido en mi educación y formación como
profesional, los que han estado a mi lado desde el comienzo de esta carrera, a
mis amigos de siempre y a mi familia.
José Ernesto Benavides Rodríguez

v
DECLARACIÓN DE AUTORÍA
Por este medio se hace constar que José Ernesto Rodríguez Benavides y José Alberto
González Rodríguez son los únicos autores de este trabajo, dando plena autorización al
Departamento de Telecomunicaciones y Telemática del Instituto Superior Politécnico
“José Antonio Echeverría” a que realicen con el mismo el uso que estimen pertinente.
_________________ __________________
José Ernesto Rodríguez Benavides José Alberto González Rodríguez
________________ ________________
Ing. Marice Marrero Rodríguez Dr. Francisco Marante Rizo

vi
RESUMEN
Este proyecto se basa en la implementación de un sistema LTE en el área del Instituto
Superior Politécnico José Antonio Echeverría (CUJAE).
Inicialmente se llevó a cabo una investigación teórica acerca de las características
fundamentales de los sistemas LTE y sus requerimientos para cumplir lo establecido en el
estándar.
La herramienta informática que se emplea en el desarrollo de este proyecto es el software
Radio Mobile, el cual brinda la posibilidad de realizar simulaciones de la red diseñada
para comprobar si esta cumple con el objetivo de ofrecer una señal de calidad en todo el
emplazamiento de estudio; para esto utiliza la herramienta cobertura de radio y para
analizar los datos obtenidos del propio software como son los valores de intensidad de
campo, nivel de recepción y las pérdidas tanto para el enlace descendente como el
ascendente se utiliza la herramienta enlace de radio. También se verifica que dichos
parámetros se encuentren en los respectivos niveles establecidos.

vii
ABSTRACT
This project is based on the implementation of an LTE system in the area of Superior
Politecnico Jose Antonio Echeverria (CUJAE) Institute.
Initially it carried out a theoretical investigation of the fundamental characteristics of LTE
systems and their requirements to meet the provisions of the standard.
The tool that is used in the development of this project is the Radio Mobile software, which
provides the ability to perform network simulations designed to test whether this meets the
objective of providing a quality signal throughout the study site; use tool for this radio
coverage and to analyze the data of the software itself as are the values of field strength,
reception level and losses for both the downlink and the uplink radio link tool is used. It
also verifies that these parameters are set in the respective levels.

viii
ÍNDICE GENERAL
INTRODUCCIÓN............................................................................................................................................1
CAPÍTULO I: Evolución de las comunicaciones móviles................................................................4
1.1 Introducción....................................................................................................................... 4
1.2 Evolución de las comunicaciones móviles ................................................................... 4
1.2.1 Sistemas móviles de Primera generación (1G) ................................................... 5
1.2.2 Sistemas móviles de segunda generación (2G).................................................. 6
1.2.3 Sistemas móviles de 2.5G ...................................................................................... 7
1.2.4 Sistemas móviles de tercera generación (3G)..................................................... 8
1.2.5 Generación 3.5 de telefonía móvil (3.5G)........................................................... 10
1.2.6 Sistemas móviles de Cuarta generación (4G) ................................................... 11
1.2.6.1 Ventajas de las redes 4G.............................................................................. 12
1.2.6.2 Desventajas de las redes 4G........................................................................ 13
1.3 Sistema LTE.................................................................................................................... 13
1.3.1 Tecnologías de nivel físico: OFDMA, SC-FDMA y MIMO................................ 15
1.3.1.1 OFDMA ............................................................................................................ 15
1.3.1.1.1 Ventajas y Desventajas de OFDMA......................................................... 18
1.3.1.2 SC-FDMA......................................................................................................... 19
1.3.1.3 Sistemas MIMO .............................................................................................. 21
1.3.2 Arquitectura del sistema LTE................................................................................ 22
1.3.2.1 Red de acceso E-UTRAN ............................................................................. 23
1.3.2.2 Red troncal de paquetes evolucionada: EPC ............................................ 25
1.3.2.3 Equipos de usuario......................................................................................... 26
1.3.3 Selección de frecuencia para LTE...................................................................... 27
1.4 Soluciones para brindar Voz sobre LTE ..................................................................... 28
1.4.1 Circuit Switched Fallback ...................................................................................... 28
1.4.2 Soluciones basadas en VoIP sobre IMS............................................................. 30
1.4.3 Soluciones Over-the-top (OTT)............................................................................ 31
1.4.4 Conmutación de circuitos sobre conmutación de paquetes ............................ 32
1.4.4.1 Arquitectura de VoLGA.................................................................................. 33
1.4.4.2 VoLGA desde el punto de vista de CS........................................................ 33
1.5 Funcionamiento de la red móvil ................................................................................... 34

ix
1.5.1 Funciones más relevantes de la Gestión de Recursos Radio......................... 34
1.5.2 Interferencia............................................................................................................. 35
1.6 Conclusiones................................................................................................................... 36
CAPÍTULO II: Diseño de la red LTE..................................................................................................... 38
2.1 Introducción..................................................................................................................... 38
2.2 Requerimientos para LTE ............................................................................................. 39
2.3 Frecuencia, Ancho de Banda y modo de Duplexación empleados........................ 40
2.3.1 Selección de la frecuencia de operación.................................................................. 41
2.3.2 Modos de Duplexación ................................................................................................ 42
2.3.2.1 TDD ......................................................................................................................... 43
2.3.2.2 FDD ......................................................................................................................... 43
2.4 Estructura de celda ........................................................................................................ 44
2.5 Selección del Software para simular.......................................................................... 44
2.5.1 Modelo de propagación Longley – Rice.................................................................... 45
2.6 Solución para Voz sobre LTE en Cuba....................................................................... 47
2.7 Descripción del área ...................................................................................................... 48
2.8 Planificación de la red.................................................................................................... 49
2.8.1 Esquematización de las conexiones a la red Nacional .................................... 51
2.8.2 Especificaciones técnicas de los equipos LTE.................................................. 51
2.9 Conclusiones................................................................................................................... 52
CAPÍTULO III: Análisis de la cobertura mediante la simulación............................................. 54
3.1 Introducción..................................................................................................................... 54
3.2 Configuración de los parámetros en Radio Mobile ................................................... 54
3.2.1 Generación del mapa de trabajo en el software................................................ 54
3.2.2 Inserción de las unidades...................................................................................... 55
3.2.3 Propiedades de las redes...................................................................................... 57
3.3 Generación de diagramas de cobertura. .................................................................... 61
3.4 Enlace de Radio Descendente (DL)............................................................................ 64
3.5 Enlace de radio ascendente (UL) ................................................................................ 69
3.6 Valoración Económica................................................................................................... 72
3.7 Conclusiones................................................................................................................... 74
CONCLUSIONES.......................................................................................................................................... 75

x
RECOMENDACIONES................................................................................................................................ 76
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................................................... 77
BIBLIOGRAFÍA GENERAL ....................................................................................................................... 79
GLOSARIO DE TÉRMINOS....................................................................................................................... 82
ANEXOS ........................................................................................................................................................ 86

xi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Evolución de los Sistemas Móviles............................................................................. 5
Figura 1.2 Evolución de la tecnología 3GPP. ............................................................................ 14
Figura 1.3 Espectro de la señal OFDMA.................................................................................... 16
Figura 1.4 Prefijo Cíclico de OFDMA .......................................................................................... 16
Figura 1.5 Transmisor y Receptor OFDMA................................................................................ 17
Figura 1.6 Multiplexación de usuarios en OFDMA.................................................................... 17
Figura 1.7 Esquema de transmisión SC-FDMA......................................................................... 20
Figura 1.8 Multiplexación de usuarios con SC-FDMA.............................................................. 21
Figura 1.9 Diagrama del funcionamiento de MIMO .................................................................. 22
Figura 1.10 Arquitectura del sistema LTE. ................................................................................. 23
Figura 1.11 Red de acceso EUTRAN e interfaces.................................................................... 24
Figura 1.12 Arquitectura Detallada de LTE................................................................................ 25
Figura 1.13 Composición de UE................................................................................................. 27
Figura 1.14 Comparación de cobertura según la frecuencia utilizada................................... 27
Figura 1.15 Representación de retorno a CS ............................................................................ 29
Figura 1.16 Variantes de Voz sobre IMS.................................................................................... 31
Figura 1.17 Arquitectura de VoLGA. Inserción del VANC. ...................................................... 33
Figura 1.18 Asignación de recursos utilizando diversidad multiusuario ................................ 35
Figura 2.1 Uso del espectro de frecuencias en Cuba............................................................... 41
Figura 2.2 Técnicas dúplex por división en el tiempo y por división de frecuencias. .......... 43
Figura 2.3 Tipos de sitios (Omni-direccional, Bi-sector, Tri-sector). ...................................... 44
Figura 2.4 Geometría de un radio trayecto transhorizontal ..................................................... 46
Figura 2.5 Introducción de VoLGA en la red LTE-CUJAE....................................................... 48
Figura 2.6 Extensión Geográfica de la CUJAE.......................................................................... 49
Figura 3.1 Mapa topográfico de la CUJAE............................................................................... 55
Figura 3.2 Configuración de Parámetros de las unidades....................................................... 56
Figura 3.3 Propiedades de las redes. ......................................................................................... 57
Figura 3.4 Configuración del Sistema Civil. ............................................................................... 58
Figura 3.5 Inserción de los miembros de cada red................................................................... 60
Figura 3.6 Patrón de radiación del eNB de Civil........................................................................ 60
Figura 3.7 Diagrama de cobertura del eNB a 45 m de altura.................................................. 62

xii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Tecnologías de radio-transmisión de IMT2000.......................................................... 9
Tabla 1.2 Parámetros según ancho de banda del canal.......................................................... 18
Tabla 2.1 Banda de frecuencia asignada para FDD................................................................. 42
Tabla 2.2 Ancho de Banda de la Banda de 2.5 MHz................................................................ 42
Tabla 2.3 Velocidades alcanzables con LTE en la banda 2.6 GHz. ...................................... 50
Tabla 2.4 Parámetros del enlace eNB-UE ................................................................................. 52
Tabla 3.1 Parámetros del enlace de radio para el DL.............................................................. 66
Tabla 3.2 Puntos de máxima y mínima recepción en el DL. ................................................... 68
Tabla 3.3 Parámetros del enlace de radio para el UL .............................................................. 70
Tabla 3.4 Puntos de máxima y mínima recepción en el DL. ................................................... 72
Tabla 3.5 Valoración Económica de la red implementada en la CUJAE............................... 73

1
INTRODUCCIÓN
LTE, (Evolución a Largo Plazo, del inglés Long Term Evolution) es un nuevo estándar de
la norma 3GPPpara la tecnología de datos móviles que permite alcanzar velocidades de
bajada y de subida superiores a las actuales. Esto se debe a diversos factores
innovadores en su conjunto, dígase, la combinación de diferentes y modernas técnicas de
acceso al medio, las cuales son seleccionadas cuidadosamente en base a las respectivas
características de cada enlace, proporcionando modelos mucho más eficientes tanto en el
sentido ascendente como en el descendente y la implementación de esquemas de
múltiples antenas, que posibilitan un aumento de la eficiencia espectral del sistema.
La tecnología LTE goza de un determinado número de ventajas que la sitúan en un lugar
atractivo dentro de las comunicaciones inalámbricas, podemos citar su baja latencia, su
ancho de banda adaptativo, la compatibilidad con otras tecnologías, entre otras. Además
deja a un lado la conmutación de circuitos y le da paso a la conmutación de paquetes en
aras de lograr una convergencia tecnológica. Sin embargo, la completa migración a dicha
tecnología no puede ni debe ser de manera inmediata, estos cambios requieren de
determinados estudios e investigaciones que permitan una mayor familiarización y
comprensión de LTE, que como tecnología inalámbrica, su implementación requiere de
espectro de frecuencias disponible y como módems, routers y teléfonos compatibles, todo
esto unido al hecho de que en sus inicios debe convivir con los diferentes esquemas que
le precedieron.
Situación Problemática:
La necesidad de incrementar las velocidades, capacidades y servicios que ofrecen los
sistemas de comunicaciones móviles en Cuba, en vista de satisfacer las demandas de los
usuarios y no quedar al margen del avance, conlleva inevitablemente a estudiar las
características, funcionamiento y compatibilidad de una tecnología más avanzada.
La CUJAE necesita de una red móvil que ofrezca servicios de mayor valor agregado, con
velocidades de transmisión del orden de los 40 Mbps, debido a que es un enorme centro
universitario de referencia internacional donde se desarrollan numerosos proyectos de
investigación; a consecuencia de esto existe mayor complejidad y demora en las

2
operaciones que allí se realizan. Por las razones antes mencionadas es necesaria la
evolución hacia una nueva generación.
Problema a resolver:
Implementar la tecnología LTE en el Instituto Superior Politécnico José Antonio
Echeverría.
Objeto de estudio:
 Redes Móviles Inalámbricas.
 Servicios y aplicaciones de las redes inalámbricas de 4ta Generación.
 Software Radio Mobile
 Parámetros que caracterizan al enlace de radio
 Cobertura y capacidad de las redes inalámbricas.
Campo de acción:
Sistemas de Comunicaciones Móviles Celulares en Cuba.
Objetivo General:
Diseñar una red LTE y analizar la cobertura empleando el Software Radio Mobile para el
Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría.
Tareas:
1. Describir brevemente las diferentes tecnologías que han precedido a LTE.
2. Investigar las características fundamentales del estándar como su arquitectura y
las tecnologías de nivel físico.
3. Conocer los requerimientos establecidos por la norma 3GPP que deben cumplirse
en la implementación de LTE.
4. Elaborar un estudio del área geográfica en cuestión, en este caso donde se
encuentra enclavado el ISPJAE.

3
5. Dominar el software Radio Mobile así como sus herramientas fundamentales.
6. Realizar las simulaciones correspondientes en el software.
7. Determinar el costo del equipamiento requerido en la implementación del estándar
LTE.
Hipótesis:
Es posible caracterizar el canal de comunicación y determinar la cobertura utilizando el
software Radio Mobile.
Organización de la tesis:
El presente trabajo está compuesto por tres capítulos. En el primer capítulo se realiza una
caracterización de las etapas por la que ha pasado las comunicaciones móviles hasta
llegar a los sistemas LTE, por lo que se realiza una caracterización de esta tecnología y
su estado actual a nivel mundial.
En el capítulo 2 se tratan los requerimientos establecidos por la norma 3GPP para el
estándar LTE, tanto para su arquitectura como la tecnología del nivel físico que emplea.
Se fundamenta el despliegue de la red propuesta, teniendo en cuenta la optimización del
espectro radioeléctrico, el modo de acceso inalámbrico más eficiente, la ubicación de la
estación base, la solución más factible para brindar el servicio de voz sobre LTE y otros
factores que complementan el correcto despliegue de la nueva tecnología.
El capítulo 3 contiene los resultados obtenidos mediante simulación en el software Radio
Mobile, se analizan los valores obtenidos en busca de determinar si la propuesta
implementada satisface tanto los requerimientos del estándar LTE como la necesidad de
los usuarios.

4
CAPÍTULO I: Evolución de las comunicaciones móviles
1.1 Introducción
El desarrollo de las comunicaciones móviles ha transitado por una serie de etapas con el
devenir de los años, representando avances generacionales en el ámbito de las
telecomunicaciones, distinguiendo en cada caso un progreso con respecto a la
generación precedente en cuanto a las exigencias y necesidades de los usuarios. La
creciente necesidad de consumo de información por la sociedad ha sido impulsora del
desarrollo que ha tenido la telefonía celular. LTE pretende brindar diferentes servicios
como navegación web, video en tiempo real, VoIP y FTP. Aspectos como la baja latencia,
alta eficiencia espectral y la compatibilidad con otras tecnologías, hacen de LTE un
estándar que goza con ventajas sustanciales a lo que podemos sumar una simplificada
arquitectura junto a la red de acceso moderna.[1, 2]
LTE actualmente está desplegada en 367 redes en 121 países. América Latina vio un
incremento sustancial de los despliegues LTE y la cantidad de suscriptores, con un
crecimiento anual impactante del 488 por ciento desde 2 millones de conexiones LTE a fin
de 2013 a 12 millones al finalizar 2014. GSM sigue ubicándose por sobre LTE y HSPA
(Acceso de Paquetes de Alta Velocidad, del inglés High-Speed Packet Access), con un
total de 436 millones de suscriptores en la región; sin embargo, con el paso de los años
continúa bajando.[3]
En nuestro país se han desarrollado diversas investigaciones relacionada a la migración
hacia la cuarta generación ya que contamos hoy con una red de telefonía móvil basada en
GSM, la cual brinda servicios de GPRS.
1.2 Evolución de las comunicaciones móviles
Los inicios de las comunicaciones móviles se remontan al comienzo de la Segunda
Guerra Mundial, donde fue necesaria la comunicación inmediata entre lugares distantes,
creándose así por la compañía Motorola un equipo llamado Handie Talkie H12-16 que
permitía el contacto vía ondas de radio, cuya banda de frecuencias no superaban los 600

“Diseño y simulación de una red LTE para la CUJAE
empleando el software Radio Mobile”
Capítulo 1
5
kHz. A finales de los años 40 surge en Estados Unidos los primeros sistemas de telefonía
móvil civil, los cuales eran completamente analógicos y trabajaban en la bandas HF (Altas
Frecuencias, del inglés High Frecuency) y VHF (Frecuencia Muy Alta, del inglés Very High
Frecuency). En un principio utilizaban la modulación de amplitud y seguidamente
modulación de frecuencia, ya que observaron que esta última, brindaba mayor calidad de
audio y era más resistente a las interferencias.[1]
El teléfono móvil se hizo portátil al finalizar el proyecto Dyna TAC 8000X de Motorola
presentado oficialmente en 1984, año en el cual comenzó su comercialización por la
compañía Ameritech Mobile Communications de los EE.UU, que fue la primera en
proporcionar servicio de telefonía móvil al público general.
El concepto de célula nace en 1947 en los laboratorios Bell, definiéndose como la división
de un territorio extenso en pequeñas áreas con geometría hexagonal llamadas celdas, en
cada una de las cuales se encuentra un transmisor, teniendo en cuenta el concepto de
reúso de frecuencias entre distintas celdas alejadas suficientemente entre sí y el
mecanismo de handover1
automático, que permitiera la continuidad de la comunicación al
trasladarse de celda en celda.[4]
Figura 1.1 Evolución de los Sistemas Móviles
1.2.1 Sistemas móviles de Primera generación (1G)
Los sistemas móviles de primera generación surgen en la década de los 80 y fueron los
primeros en poner en práctica el concepto de célula, caracterizándose por ser analógicos
y ofrecer únicamente servicios de voz sobre circuitos conmutados. Estos sistemas no
ponían en práctica el mecanismo de control de potencia, lo que traía consigo que todos
los terminales transmitían a la misma potencia sin importar su ubicación o condiciones del
entorno, por lo que el consumo de batería y las interferencias ocasionadas eran elevados.
1
Sistema utilizado en comunicaciones móviles celulares con el objetivo de transferir el servicio de una estación base a otra cuando la
calidad del enlace es insuficiente en una de las estaciones.

Capítulo 1
6
Utilizaban en su totalidad el duplexado de frecuencia (FDD), bandas diferentes para el
enlace ascendente y el descendente, modulación para la voz analógica FM y división del
espectro disponible en canales, que luego eran repartidas a las estaciones base,
generalmente en la banda de 900 MHz.[4]
Para evitar interferencias se asignaban canales distintos a las estaciones bases vecinas y
a cada llamada le otorgaba un canal dedicado por enlace durante el tiempo de duración
de la misma. Sin embargo, a pesar de que los sistemas 1G se basaban en los mismos
principios de funcionamiento, ninguno de ellos era compatible entre sí, por lo que un
teléfono móvil de aquella época no podía ser utilizado en otros países que no operaran en
su mismo sistema.[4]
Aunque los equipos 1G puedan parecer algo aparatosos para los estándares actuales y
presentaban numerosas limitaciones, fueron un gran avance para su época ya que podían
ser trasladados y utilizados por un único usuario.
1.2.2 Sistemas móviles de segunda generación (2G)
Esta generación surgió en los años 90 como resultado de las investigaciones realizadas
para desarrollar un único sistema global que permitiera la movilidad entre países,
aprovechando los grandes avances tecnológicos que tuvieron lugar en los años 80. Con el
surgimiento de una nueva generación de sistemas móviles, la anterior se volvió obsoleta,
fundamentalmente porque pasaron de ser analógicos a digitales. Entre las ventajas que
este cambio trajo consigo se encuentran una mayor calidad frente a interferencias, mejor
utilización del espectro, miniaturización de los equipos terminales y una mayor velocidad
de información para voz. [1, 5]
Los principales estándares que utiliza la telefonía móvil de 2G son TDMA (Acceso múltiple
por división de tiempo, del inglés Time Division Multiple Access) y CDMA (Acceso múltiple
por división de código, del inglés Code Division Multiple Access), además del sistema
global para las comunicaciones móviles (GSM).
El sistema GSM utiliza la técnica de duplexado FDD (Frequency Division Duplex) en la
banda de 900 MHz, operando inicialmente a frecuencias de 890-915 MHz en el enlace
ascendente y 935-960 MHz para el descendente, empleando una combinación de

Capítulo 1
7
frecuencia y tiempo, es decir, utiliza FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia,
del inglés Frequency Division Multiple Access) para dividir el espectro total de 25 MHz en
124 portadoras de 200 kHz, y a su vez cada canal de 200 kHz lo divide en 8 ranuras de
tiempo empleando TDMA. A pesar de que el sistema GSM fue creado para operar en la
banda de 900 MHz, posteriormente surgieron variaciones del sistema, de las cuales las
más importantes son DCS-1800 y PCS-1900, también conocidas como GSM-1800 y
GSM-1900 respectivamente, que fueron adoptadas por algunos países dentro y fuera de
Europa. El éxito del sistema GSM rápidamente se extendió por países de todo el mundo,
y con la aparición de los teléfonos celulares tribanda, que operan en las frecuencias 900,
1800 y 1900 MHz, se hacía cada vez más fácil el empleo del roaming internacional,
permitiendo establecer comunicaciones en cualquiera de los cinco continentes.[1, 4, 5]
1.2.3 Sistemas móviles de 2.5G
Los sistemas de segunda generación seguían siendo utilizados principalmente para tráfico
de voz. Las versiones originales de estos sistemas están basadas en la conmutación de
circuito, permitiendo soportar transmisiones de voz eficientemente; pero algunos servicios
de transmisión de datos a baja velocidad (9.6 – 14.4 kbps). Para aumentar la velocidad en
la transmisión de datos fueron creadas una serie de tecnologías conocidas como
generación 2.5, que suponían la transición entre 2G y 3G.[4, 5]
Algunas de las tecnologías 2.5G que surgieron como evolución del sistema GSM fueron
HSCSD (Conmutación de Circuitos para Datos de Alta Velocidad, del inglés High-Speed
Circuit-Switched Data) que empleaba más de un time slot por usuario de forma paralela
para la transmisión de datos. Este sistema seguía empleando conmutación de circuito y
funcionaba muy bien para aplicaciones en tiempo real. La conmutación de circuito
representa una disminución de los recursos disponibles para los usuarios de voz, ya que
los canales debían ser reservados por el tiempo total de la conexión, estuviese o no
trasmitiendo información.
GPRS se empleó como una extensión del sistema GSM para la transmisión de la
información empleando la técnica de conmutación de paquetes, esta técnica permite una
mayor eficiencia espectral ya que los recursos no son asignados de manera exclusiva
para una única comunicación sino compartidos entre varios usuarios. Además se toma en

Capítulo 1
8
cuenta la asimetría de los servicios de paquetes de datos, pues la asignación de los
recursos en los enlaces ascendente y descendente se realiza de manera separada.
Asimismo surge la posibilidad de realizar una tarificación del servicio más atractiva al
usuario, basada en la cantidad de paquetes transmitidos y no en la duración de la
conexión. [4] Por otro lado, el costo de implementación es bajo, pues se utilizó el mismo
equipamiento de GSM, añadiendo solo dos nodos, el SGSN (Soporte de Nodos para
servicio GPRS, del inglés Serving GPRS Support Node) y GGSN (Soporte de Nodos para
la Pasarela GPRS, del inglés Gateway GPRS Support Node) para el tráfico de paquetes.
Para permitir que los canales sean asignados dinámicamente a GSM o GPRS, se
incorpora una unidad PCU (Packet Control Unit) en las BSC (Base Station Controller),
dependiendo de los niveles de tráfico dando siempre prioridad a los servicios de voz,
lográndose en los sistemas GPRS una velocidad máxima teórica de 171.2 kbps utilizando
8 time slots y el esquema CS4.
El estándar EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) también conocida como
Velocidades de Datos Mejoradas para GSM, es una tecnología de telefonía móvil celular,
que actúa como puente entre las redes 2G y 3G y es considerada una evolución de
GPRS.
1.2.4 Sistemas móviles de tercera generación (3G)
3G nace de la necesidad de incrementar la capacidad de transmisión de datos para poder
ofrecer servicios como la conexión a Internet desde el móvil, la televisión, la
videoconferencia y la descarga de archivos. La UIT (Unión Internacional de
Telecomunicaciones, del inglés International Telecommunication Union) desarrolló un
sistema de tercera generación universal, IMT-2000, IMT significa International Mobile
Telecommunications y 2000 tiene dos significados, primero al intervalo de frecuencia
(2000 MHz) donde trabaja y al año en que se inició la prueba del sistema. IMT-2000
agrupa varios estándares los cuales se relacionan en la siguiente tabla.

Capítulo 1
9
Tabla 1.1 Tecnologías de radio-transmisión de IMT2000
IMT-DS (Direct Spread) referido a ULTRA-FDD, W-CDMA, UMTS-FDD
IMT-MC (multi-Carrier) referido a CDMA2000
IMT-TC (Time Code) referido a ULTRA-TDD Y TD-SCDMA
IMT-SC (Single Carrier) referido a UWC-136 EDGE
IMT-FT (Frequency Time) referido a DECT
De estos cinco estándares se han popularizado básicamente tres tecnologías: WCDMA
(Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha, del inglés Wideband Code
Division Multiple Access), EDGE (Tasas de Datos Mejoradas para la Evolución de GSM,
del inglés Enhanced Data Rates for GSM Evolution) y CDMA2000.
Dentro de las características más importantes de la especificación de la UIT para 3G se
encuentra:
 Compatibilidad mundial.
 Compatibilidad de los servicios móviles de 3G con las redes 2G.
 Alta velocidad de transmisión de datos:
 144 kbps con cobertura total para uso móvil.
 384 kbps con cobertura media para uso de peatones.
 2 Mbps con áreas de cobertura reducida para uso fijo.
UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles, del inglés Universal Mobile
Telecommunications System) es una tecnología 3G que soporta voz y datos a alta
velocidad, ayudado por el Protocolo de Internet (IP). Es compatible con EDGE y GPRS, lo
que posibilita acceder a estas redes en las zonas donde no existe cobertura.
La primera publicación acerca del sistema UMTS estuvo disponible en 1999 conocida
como Release 99. En ella se especifican dos modos de operación en cuanto a acceso de

Capítulo 1
10
radio: el modo Dúplex por División de Frecuencia (FDD, Frequency Division Duplex)
empleando la técnica de acceso WCDMA, donde el canal físico lo define un código y una
frecuencia, y el modo Dúplex por División en el Tiempo (TDD, Time Division Duplex)
empleando la técnica de acceso TD-CDMA (División de tiempo CDMA, del inglés Time
Division CDMA), donde el canal físico lo define un código, una frecuencia y un time slot. El
uso de la tecnología CDMA implica un cambio en la arquitectura de red de acceso radio
GSM/GPRS/EDGE permitiendo la posibilidad de emplear un reúso frecuencial de factor 1,
siempre que se tengan controladas las interferencias intercelulares, para lograr de esta
manera una gran eficiencia espectral.[5]
Las mejoras más importantes de las características del acceso de radio UMTS aparecen
con la adición de HSDPA y con HSUPA (Acceso de Paquetes de Alta Velocidad para en
Enlace de Bajada, del inglés High Speed Uplink Packet Access) que juntas se conocen
como HSPA. HSPA mejora los servicios de paquetes de datos introduciendo mayores
velocidades y menores retardos, manteniendo al mismo tiempo una buena cobertura y
una gran capacidad en el sistema. Para lograr esto, HSPA introduce nuevos esquemas de
modulación de mayor nivel, control de potencia rápido, fast scheduling y mecanismos de
retransmisión híbrida HARQ con redundancia incremental. De esta manera se logran
velocidades de hasta 14.4 Mbps en HSDPA y 5.7 Mbps en HSUPA. [4]
Hay que tener en cuenta que aunque 3G hace referencia principalmente a la disposición
de más ancho de banda para transmitir datos y voz a través de dispositivos móviles, el
desarrollo de estas redes irá en paralelo al aumento de las capacidades de
procesamiento, memoria y contenidos multimedia de los terminales, lo que conllevará a la
aparición de paquetes más atractivos a la hora de diseñar nuevos usos en el mundo de la
movilidad.[6]
1.2.5 Generación 3.5 de telefonía móvil (3.5G)
Los sistemas Acceso de Paquetes de Alta Velocidad (HSPA) y (HSPA+) fueron
desarrollados para mejorar los servicios de 3G. HSPA/HSPA+ son funcionalidades que
están dirigidas fundamentalmente a incrementar la velocidad de transmisión de datos

Capítulo 1
11
desde la EB hacia los terminales, esto se logró con modificaciones en la interfaz
radioeléctrica, logrando así velocidades entre 14 Mbps y 84 Mbps.
Las actualizaciones consideran un canal distinto de transporte en UMTS, denominado
Canal Compartido Dedicado a Alta Velocidad (HS-DSCH), que puede ser compartido por
distintos usuarios dinámicamente. La latencia en los tiempos de ida y vuelta se ha
disminuido hasta los 50 ms. [1]
1.2.6 Sistemas móviles de Cuarta generación (4G)
La necesidad de crear una nueva generación de comunicaciones móviles, estuvo dada
por el crecimiento en la demanda de servicios de paquetes de datos y la fabricación de
equipos terminales con capacidad para utilizar aplicaciones multimedia nuevas. En este
sentido, la ITU-R estableció los parámetros y requisitos de las redes de cuarta
generación bajo el nombre de IMT-Advanced.
La 4G no es un estándar ni una tecnología definida como las anteriores, sino una
colección de tecnologías y protocolos para permitir el máximo rendimiento de
procesamiento de la red inalámbrica más adecuada en cada momento. La convergencia
entre estas tecnologías surge de la necesidad de agrupar los diferentes estándares en
uso con el fin de limitar el ámbito de funcionamiento de cada uno de ellos y también de
integrar todas las posibilidades de comunicación en un solo dispositivo de forma
transparente al usuario.[1]
Las características más importantes de IMT-Advanced son:
 Basada completamente en conmutación de paquetes con una arquitectura plana
basada en el protocolo IP.
 Mejora de las tasas máximas de datos para soportar servicios y aplicaciones
avanzadas (100Mbit/s y 1Gbit/s para alta y baja movilidad respectivamente).
 Compatibilidad de los servicios dentro de las IMT y con las redes fijas.
 alto grado de similitud de la funcionalidad a nivel mundial, manteniendo la
flexibilidad para soportar una amplia gama de servicios y aplicaciones de manera
eficiente.
 Aplicaciones, servicios y equipos de fácil uso.

Capítulo 1
12
 Roaming (capacidad de cambiar de un área de cobertura a otra sin interrupción en
el servicio o pérdida en conectividad).
Estas características permiten que IMT-Advanced pueda enfrentarse a las nuevas
necesidades de los usuarios, las capacidades son mejoradas continuamente a la par de
las nuevas tendencias de los usuarios y los avances tecnológicos. LTE-Advanced y
WiMaxRelease2 son las dos tecnologías oficiales para sistemas 4G desde el 2011.
La 3GPP con el Release 10 define la tecnología 4G para LTE que cumple con las
especificaciones de IMT-Advanced. Entre las principales características se pueden
mencionar:
 Eficiencia espectral alta desde un máximo de 16 bps/Hz (Realese 8) a 30 bps/Hz
(Realese 10).
 Mejora del rendimiento de los bordes de la célula, por ejemplo para enlace DL 2x2
MIMO (Multiple Input Multiple Output) al menos 2.40 bps/Hz/célula.
 Incremento en la velocidad pico de datos; enlace descendente (DL) 3 Gbps y
ascendente (UL) 1.5 Gbps.
Para poder hacer realidad esta red, es necesario no sólo integrar las tecnologías
existentes, sino también hacer uso de nuevos esquemas de modulación o sistemas de
antenas que permitan la convergencia de estos sistemas. [1]
1.2.6.1 Ventajas de las redes 4G.
El estándar para comunicaciones LTE será posiblemente uno de los más utilizados dentro
de poco tiempo, debido a que su plataforma ofrece una gran cantidad de ventajas para los
usuarios, entre las que podemos mencionar, velocidades máximas de bajada de alrededor
de los 100 Mbps, mientras que una subida que ronda los 50 Mbps; otras ventajas son el
rendimiento y baja latencia. LTE cuenta también con el soporte necesario para que los
móviles que usen tecnologías anteriores como GSM, CDMA One, UMTS y CDMA2000,
puedan pasar a utilizar este estándar. La descarga de aplicaciones y software
informáticos, es más ágil, llegando a superar los 40 Mbps según la localización, y las
descarga de películas, videos, series y clips es más veloz y no presentan interrupciones

Capítulo 1
13
de conexión. Algunas aplicaciones online mejoran en nitidez y definición, como el
streaming2
de televisión, música, radio y videoconferencias, esta últimas ahorrando
tiempo y dinero, al evitar desplazarse largas distancias.
1.2.6.2 Desventajas de las redes 4G.
De momento, la principal dificultad es el tiempo que tardará en implantarse. Se dice que
en algunos países podría generalizarse en 2020 o incluso más tarde. Esto requerirá que
las empresas inviertan en infraestructuras, mientras cuenten con pocos usuarios, los
precios pueden ser muy elevados, por lo que este servicio será prescindible para los que
no requieran servicio de datos en sus móviles. Pero estas desventajas irán
desapareciendo con el tiempo, igual que en el caso del estándar 3G. LTE por ahora
presta un servicio limitado geográficamente, por lo que si sales de las zonas de cobertura,
quedara inutilizable el servicio. La red 4G solo es compatible con modelos de tablets y
celulares específicos, sería necesario contar con un router LTE para acceder al servicio.
Por último, el consumo de batería es mayor, pero esto se compensa en parte por la
velocidad alta de descarga, reduciendo el tiempo de procesamiento e iluminación de la
pantalla.
1.3 Sistema LTE
LTE evolucionó a partir de las tecnologías GSM, GPRS, EDGE, WCDMA y HSPA, es el
primer sistema en ofrecer todos los servicios, incluida la voz sobre el protocolo IP dejando
atrás la conmutación de circuitos para pasar a un nuevo sistema basado completamente
en conmutación de paquetes.[5]
2
Distribución de multimedia a través de una red de computadoras de manera que el usuario consume el
producto al mismo tiempo que se descarga.

Capítulo 1
14
Figura 1.2 Evolución de la tecnología 3GPP.
Aunque, como se ha comentado anteriormente, LTE es conocido comúnmente como un
sistema 4G, esto no es completamente cierto, ya que en realidad LTE no cumple con
todos los requisitos que fijó la UIT para ser un sistema de cuarta generación, por lo que se
le atribuye la denominación de sistema 3.9G. Sin embargo, el nuevo sistema que se
fragua también bajo las siglas LTE, sí que cumple con todos estos requisitos, el cual se
conoce como LTE-A, (Evolución a Largo Plazo Avanzado, del inglés Long Term Evolution
Advanced).[2]
Se puede decir que los sistemas LTE gozan de determinada autonomía en lo que a
solución de problemas se refiere, ya que con base a la medición de valores de datos en
los terminales, posee un sistema autónomo de optimización y reparación. Estos sistemas
tiene la posibilidad de trabajar con anchos de banda variables: 1.4, 3, 5, 10, 15 y 20 MHz.
Las velocidades de transmisión alcanzan 100 Mbps en el DL (Enlace de Bajada, del ingés
DownLink) y 50 Mbps en UL (Enlace de Subida, del inglés UpLink).
Como esquemas de acceso de radio cuenta con OFDMA (Acceso Múltiple por División de
Frecuencia Ortogonal, del inglés Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) en el
enlace de bajada y SC-FDMA(Portadora Única FDMA, del inglés Single Carrier FDMA)en
el enlace de subida, posee una movilidad de hasta 350 Km/h, utiliza modulación
adaptativa mediante QPSK, 16QAM, 64QAM y presenta retardos de latencia de un
máximo de 10 ms. Utiliza MIMO (Múltiple entrada múltiple salida ,del inglés Multiple-input
Multiple-output), mejorando la calidad de la señal y de forma consecuente de las
prestaciones del sistema.

Capítulo 1
15
1.3.1 Tecnologías de nivel físico: OFDMA, SC-FDMA y MIMO
En las siguientes secciones se abordan las tecnologías más importantes del nivel físico
que se implementan en el sistema LTE, las cuales permiten alcanzar mayores niveles de
capacidad y eficiencia en el uso de los recursos de radio en comparación con los sistemas
que le antecedía, se describirán también las estructuras de transmisión y recepción con
múltiples antenas.
1.3.1.1 OFDMA
OFDMA, es la versión multiusuario de OFDM (Multiplexación por División Ortogonal de
Frecuencias, del inglés Orthogonal Frequency Division Multiplexing). OFDMA se utiliza en
el enlace descendente en el sistema LTE, ofrece la posibilidad de que los diferentes
símbolos modulados sobre las subportadoras pertenezcan a usuarios distintos, por lo que
es posible acomodar varias transmisiones simultáneas correspondientes a diferentes
flujos de información al viajar en subportadoras diferentes.Las subportadoras son
asignadas dinámicamente a los usuarios en diferentes intervalos de tiempo denominados
“time-slots”, permitiendo transmitir y recibir en una trama de tiempo entera, esto reduce el
PAPR (Peak to Average Power Ratio), distribuyendo el ancho de banda total a varias
estaciones móviles usando poca potencia de transmisión.[7]
El sistema se realimenta con las condiciones del canal, adaptando continuamente el
número de subportadoras asignadas al usuario en función de la velocidad que este
necesita y de las condiciones del canal. Si la asignación se hace rápidamente, se
consigue cancelar de forma eficiente las interferencias co-canal y los desvanecimientos
rápidos.
En la Figura 1.3 se observa una representación del espectro de la señal OFDMA.

Capítulo 1
16
Figura 1.3 Espectro de la señal OFDMA
Una característica de OFDMA es que consigue eliminar la interferencia entre símbolos
(ISI) debida al multitrayecto. Esto se logra con la incorporación de un tiempo de guarda
entre símbolos OFDM llamado prefijo cíclico, durante este intervalo se transmite un
duplicado del final del símbolo al que precede.
Figura 1.4 Prefijo Cíclico de OFDMA
De este modo si la señal se transmitiese en un medio con múltiples trayectos, el ISI haría
que se mezclase el prefijo cíclico con la parte útil de símbolo. Por una parte, el prefijo
cíclico que se solapa con la parte útil de su propio símbolo lo cual no afectaría a la señal
recibida ya que este prefijo cíclico es precisamente una copia de la parte final del símbolo.
Por otro lado, si la parte útil de un símbolo se solapa con el prefijo cíclico del siguiente,
éste quedaría contaminado. No obstante, esto no tiene ningún efecto de importancia ya
que el receptor lo primero que hace es eliminar el Prefijo Cíclico y de este modo se
elimina dicha interferencia. [2]
En el transmisor los bits de la señal de entrada pasan por un conversor serie-paralelo
formando N flujos de información, cada flujo será mapeado posteriormente, es decir,
asignado a una subportadora distinta. Posteriormente con la Inverse Fast Fourier
Transform (IFFT) de N muestras se pasa la señal al dominio del tiempo, se pasa

Capítulo 1
17
nuevamente la señal a serie y se le agrega el prefijo cíclico para evitar las consecuencias
de fenómenos como la difracción, reflexiones, etc. Por último se convierte la señal a
analógica y se transmite por el canal radio. Este proceso está reflejado en la Figura 1.4.[7]
Figura 1.5 Transmisor y Receptor OFDMA
Los diferentes símbolos modulados sobre las subportadoras, pueden pertenecer a
distintos usuarios. Por lo tanto es posible acomodar varias transmisiones simultáneas
pertenecientes a distintos flujos de información de cada usuario como se representa en la
Figura 1.5.[7]
Figura 1.6 Multiplexación de usuarios en OFDMA
A continuación se presentan los parámetros OFDMA definidos en el contexto del enlace
descendente de LTE basándose en: La separación entre subportadoras que es de
∆f=15kHz.

Capítulo 1
18
Las subportadoras se agrupan en un bloque de 12 subportadoras contiguas, con un
ancho de banda resultante de 180kHz, representando la mínima unidad asignable a un
usuario en el dominio frecuencial. Por lo tanto el número de subportadoras que ocupa una
portadora LTE en el enlace descendente es Ns=12RB+1, es decir, la suma del número de
bloques de 12 subportadoras (RB) utilizados, más la subportadora central que no es
utilizada por ninguno delos bloques debido a la posibilidad de presentar una alta
interferencia causada por el oscilador local en recepción.
La flexibilidad en el ancho de banda de transmisión ocupado viene dado por el número de
RB utilizados de forma tal que BWTx= (12NB+1)*∆f, el cual está relacionado a su vez con el
ancho del canal LTE como se muestra en la Tabla 1.2.En todos los casos el porcentaje de
banda ocupado es del 90% excepto en el caso de1,4MHz que es el 78%. Asimismo la
selección de una configuración u otra en términos de número de bloques empleados se
controla mediante el número de muestras N usado en los procesos de IFFT/FFT y sus
correspondientes frecuencias de muestreo dado por fm=N*∆f. En la Tabla 1.1 se muestra
la tabla con las distintas frecuencias de LTE y sus características.[7]
Tabla 1.2 Parámetros según ancho de banda del canal
BW Canal [MHz] 1.4 3 5 10 15 20
NB 6 15 25 50 75 100
BWTx [MHz] 1.095 2.715 4.515 9.015 13.515 18.015
N IFFT/FFT 128 256 512 1024 1536 2048
fm [MHz] 1.92 3.84 7.68 15.36 23.04 30.72
1.3.1.1.1 Ventajas y Desventajas de OFDMA
Las ventajas que presenta OFDMA son las siguientes:
 Diversidad frecuencial: Se puede asignar al mismo usuario subportadoras no
adyacentes, separadas lo suficiente como para que el estado del canal en las
mismas sea independiente.

Capítulo 1
19
 Diversidad multiusuario: La subportadoras son asignadas de forma dinámica. Se
conoce que el canal de radio va a presentar desvanecimientos aleatorios en las
diferentes subportadoras de acuerdo a múltiples factores, por lo que se trata de
escoger para cada subportadora, el usuario que presenta mejor estado del canal
de acuerdo a la relación señal a ruido. Así se logra mayor velocidad de trasmisión
y eficiencia espectral, esta manera de actuar es conocida como scheduling.
 Robusto frente al multitrayecto: esto es gracias a la utilización del prefijo cíclico,
explicado anteriormente y mostrado la figura 1.3.
 Sencillez de implementación en el dominio digital: debido al empleo de la
Transformada Rápida de Fourier.
A pesar de la gran cantidad de ventajas que presenta OFDMA, tiene también algunas
desventajas como que es susceptible a errores en frecuencia y posee una altarelación
entre la potencia instantánea y la potencia media.
1.3.1.2 SC-FDMA
SC-FDMA, constituye un esquema de múltiple acceso que se emplea con vista a lograr el
uso compartido de un mismo recurso de comunicación por parte de varios usuarios, en
este caso mediante la modulación de una única portadora junto a una multiplexación de
frecuencias ortogonales, como ya se ha mencionado constituye el esquema utilizado en el
enlace de subida del estándar LTE, ya que a diferencia de OFDMA su Potencia de Pico
Promedio (PAPR) es más baja. El uso del esquema SC-FDMA implica una complejidad
mucho mayor en el receptor que en el transmisor, esto es otro factor que se suma al
hecho de que este estándar sea utilizado precisamente en el enlace de subida, de manera
que el dispositivo móvil sea mucho más sencillo que el receptor de la estación base, lo
cual es completamente lógico teniendo en cuenta que la misma goza de muchos más
recursos.
SC-FDMA se basa en unos principios de transmisión similares a los de OFDM, solo que
para este caso se realiza una pre-codificación de los símbolos a transmitir antes del
proceso de trasmisión de OFDM, esto reduce las variaciones en la potencia instantánea.

Capítulo 1
20
Figura 1.7 Esquema de transmisión SC-FDMA
Al igual que en OFDMA el valor de la muestras N de los IDFT/DFT suele ser una potencia
de dos, por lo que se puede utilizar la versión rápida IFFT/FFT respectivamente. Es
importante mencionar que se pueden colocar las K muestras a la salida del DFT (después
de haber sido mapeadas) en posiciones no contiguas a la entrada del IDFT, generando
así un esquema que se denomina SC-FDMA distribuido. A pesar de que existe esta
posibilidad, la misma no se utiliza. En cambio, el esquema utilizado en LTE se conoce
como localizado en el que las K muestras se ubican en posiciones contiguas sobre el
IDFT, esto se debe a que, a diferencia del anterior, este esquema es menos sensible a los
errores de frecuencia.
El mecanismo de multiplexación de las transmisiones de diferentes usuarios se puede
observar en la Figura 1.7, en donde cada usuario ubica sus distintas K muestras en
posiciones distintas a la entrada del IDFT, de modo que ambas transmisiones ocupen
bandas frecuenciales diferentes con un valor de ancho de banda igual a K usuarios*∆f. [7]

Capítulo 1
21
Figura 1.8 Multiplexación de usuarios con SC-FDMA
Los parámetros SC-FDMA son muy similares a los usados en el enlace descendente. La
separación entre subportadoras es ∆f=15kHz agrupadas en bloques de 12 subportadoras
cada uno. Estos bloques pueden ser asignados de forma flexible a los diferentes usuarios
con la única limitación que las subportadoras asignadas a un único usuario han de ser
contiguas.[7]
1.3.1.3 Sistemas MIMO
Existen determinadas tecnologías que mediante el manejo de las ondas transmitidas y
recibidas en las antenas de diferentes dispositivos inalámbricos, logran disminuir la tasa
de bit erróneo, incrementando así la razón de transmisión, para ello pueden emplear
varias antenas en transmisión y/o recepción.
MIMO es una tecnología que utiliza múltiples antenas tanto para transmisión como para
recepción. Su estrategia consiste en utilizar la variación espacial del canal móvil creandoL
caminos de transmisión paralelos desacoplados entre el transmisor y el receptor, siendo

Capítulo 1
22
idealmente L=mín. (MT, MR), con MT y MR, número de antenas en el transmisor y el
receptor respectivamente.[8]
Figura 1.9 Diagrama del funcionamiento de MIMO
1.3.2 Arquitectura del sistema LTE
La arquitectura del sistema LTE está diseñada en base a tres requisitos fundamentales:
conmutación de paquetes, baja latencia y costos reducidos. Para lograr sus objetivos, a
diferencia de redes inalámbricas precedentes, las cuales tienen una arquitectura de red
jerárquica, se planteó una arquitectura plana sin ningún nivel de jerarquización con la
menor cantidad de nodos e interfaces posibles. La arquitectura de LTE comprende una
nueva red de acceso denominada Evolved UTRAN (E-UTRAN) y una nueva red troncal
nombrada EPC y a la unión de ambas se le conoce como Sistema Evolucionado de
Paquetes (EPS).[1]

Capítulo 1
23
Figura 1.10 Arquitectura del sistema LTE.
El acceso a los servicios de LTE se logra a través de un conjunto de interfaces presentes
en el EPC, mediante UTRAN, GSM/EDGE y a otras redes de acceso que no pertenecen a
la familia 3GPP como CDMA2000 y redes 802.11.
1.3.2.1 Red de acceso E-UTRAN
La red de acceso de LTE está formada por un único elemento de red llamado eNB
(evolved Node B) que constituye la estación base de E-UTRAN. Los eNBs realizan todas
las funciones de la red de acceso, que en las redes 3GPP anteriores eran llevadas a cabo
por las estaciones base junto a los controladores de red BTS (Estación Transceptora
Base, del inglés Base Transceiver Station) y BSC (Estación de Control Base, del inglés
Base Station Controller) en GSM, NodeB y RNC (Red de Control de Radio, del inglés
Radio Network Controller) en UMTS, de allí que sea denominada una arquitectura plana.
Las funciones que realizan los eNBs incluyen la gestión de recursos de radio (control de
las radioportadoras, control de admisión radio, control de la movilidad, planificación de
paquetes y asignación dinámica de los recursos tanto en UL como en DL), compresión de
cabeceras, seguridad en la interfaz radio y conectividad con la red troncal EPC.[5]
Esta estación base como mencionamos anteriormente, integra todas las funcionalidades
de la red de acceso respecto a las anteriores generaciones GSM y UMTS y constituye un

Capítulo 1
24
cambio significativo, ya que en estas existen además de las estaciones base (BTS y
NodeB), un equipo controlador (BSC y RNC).
El eNB tiene tres interfaces para comunicarse con los usuarios, con la red troncal y con
otro eNB. E-UTRAN Uu es la interfaz radio que comunica al usuario con la estación base
utilizando el canal de radio. Todas las funciones y protocolos que se necesitan para
realizar el envío de datos y controlar la interfaz se implementa en la eNB. La red troncal
se comunica a través de la interfaz S1, que a su vez se divide en otras dos, la S1-MME,
que se utiliza para el plano de control y S1-U para el plano de usuario. Esta separación
entre las entidades de red, una dedicada al plano de usuario y otra al de control, permite
dimensionar de forma independiente los recursos de transmisión necesarios para el
soporte de la señalización del sistema y para el envío del tráfico de los usuarios. La otra
interfaz que existe es la X2, que se utiliza para conectar los eNBs entre sí. Gracias a esta
interfaz se pueden intercambiar tantos mensajes de señalización, destinados a permitir
una gestión más eficiente de los recursos de radio, así como el tráfico de los usuarios del
sistema cuando estos se desplazan de un eNB a otro en el momento de un traspaso,
proceso conocido como handover.
Figura 1.11 Red de acceso EUTRAN e interfaces.

Capítulo 1
25
1.3.2.2 Red troncal de paquetes evolucionada: EPC
Como ya se conoce esta red fue creada para conectividad IP, por lo que el núcleo de la
EPC está formado por tres entidades fundamentales: la S-GW (Pasarela de Servicios, del
inglés Serving Gateway), la P-GW(Pasarela de Red de Paquetes de Datos, del inglés
Packet Data Network Gateway) y la MME (Entidad de Gestión de Movilidad), estos
constituyen los elementos principales para la prestación del servicio de conectividad
IPentre los equipos de usuario conectados al sistema a través de la red de acceso E-
UTRAN y redes externas a las que se conecta la red troncal EPC. Agregándole el HSS
(Servidor Local de Suscriptor, del inglés Home Subscriber Server), pasan a formar lo que
se conoce como EPC. Esto se observa detalladamente en la figura 1.9.
Figura 1.12 Arquitectura Detallada de LTE.
MME: Es el elemento principal del plano de control de la red LTE para gestionar el acceso
de los usuarios a través de E-UTRAN. Todo terminal que se encuentre registrado en la
red LTE y sea accesible a través de E-UTRAN tiene una entidad MME asignada. Esta

Capítulo 1
26
elección de MME se realiza dependiendo de varios aspectos, tales como la ubicación
geográfica del terminal en la red, así como a criterios de balanceo de cargas.[9]
S-GW: Es la pasarela del plano de usuario entre E-UTRAN y la red troncal EPC. Igual que
en la entidad MME, todo usuario registrado en la red LTE tiene asignado una entidad S-
GW en la red EPC a través de la cual transcurre su plano de usuario.[9]
PDN Gateway (P-GW): Es la encargada de proporcionar conectividad entre la red LTE y
las redes externas. Por lo tanto, un paquete IP generado en la red LTE resulta “invisible”
en la red externa a través de la entidad P-GW, que hace de pasarela entre una red y otra.
Un usuario tiene asignada como mínimo una pasarela P-GW desde su registro en la red
LTE.[9]
HSS: Es la base de datos principal que almacena los datos de todos los usuarios de la
red. La información almacenada es tanto lo relativo a la suscripción del usuario como lo
necesario para la operatividad de la red. Esta base de datos es consultada y modificada
desde las diferentes entidades de red encargadas de prestar los servicios de conectividad
o servicios finales desde el MME de red troncal EPC y también desde servidores de
control del subsistema IMS, que explicaremos más adelante. En la información
almacenada en la HSS podemos encontrar: identificadores universales del usuario,
identificadores de servicio, información de seguridad y cifrado, información relacionada
con la ubicación de un usuario en la red, etc. HSS se estandarizó en 3GPP R5 en base a
la integración de dos entidades definidas en redes GSM y que se denominan HLR (Home
Location Register y AuC, a las que se les han añadido funcionalidades adicionales
necesarias para soportar el acceso y la operativa del sistema LTE.[9]
1.3.2.3 Equipos de usuario
El equipo de usuario es el equipo que permite a los usuarios del sistema LTE acceder a
los servicios de la red LTE a través de la interfaz de radio. La arquitectura funcional de un
equipo de usuario en el sistema LTE es la misma que en su momento se definió para los
sistemas GSM y que se adaptó posteriormente para UMTS y la cual es mostrada en la
Figura 1.10. El UE (Equipo de usuario, del inglés User Equipment) contiene dos
elementos básicos: un módulo de subscripción del usuario (SIM/USIM) y el equipo móvil

Capítulo 1
27
propiamente dicho (Mobile Equipment, ME). Adicionalmente, las funciones del equipo
móvil se agrupan en dos entidades funcionales: el MT(Terminal Móvil, del inglés Mobile
Terminal) y el TE (Equipo Terminal, del inglés Terminal Equipment).[10]
Figura 1.13 Composición de UE
1.3.3 Selección de frecuencia para LTE
Para seleccionar la banda a utilizar se debe tener en cuenta que las frecuencias elevadas
cercanas a 2.6 GHz, presentan distancias menores de cobertura, pero gozan de una
mayor capacidad de transmisión de datos (100 Mbps) y el uso de frecuencias más bajas,
cerca de 700 MHz cuenta con mayor alcance, pero con velocidades de trasmisión
menores a 50 Mbps.
Figura 1.14 Comparación de cobertura según la frecuencia utilizada.

Capítulo 1
28
1.4 Soluciones para brindar Voz sobre LTE
Existen 4 vías fundamentales para el soporte del servicio de voz en LTE:
• Retorno a Conmutación de Circuitos (CSFB, Circuit Switched Fallback)
• Soluciones de Voz sobre IP (VoIP, Voice over IP) basadas en IMS (Servidor de Mapas
de Internet, del inglés Internet Map Service)
• Soluciones Over-the-top (OTT)
• Conmutación de circuitos sobre conmutación de paquetes (CS over PS)
1.4.1 Circuit Switched Fallback
CSFB es la solución estándar propuesta por 3GPP para las etapas tempranas del
desarrollo de LTE cuando los servicios IMS de voz y mensajería aún no han podido ser
desplegados eficientemente.
Esta es una opción atractiva que permite a los operadores aprovechar sus redes
GSM/UMTS/HSPA legadas para la transmisión de voz. Con CSFB, cuando se inicia o
acepta una llamada de voz, el terminal suspende la conexión de datos con la red LTE y
establece la conexión de voz a través de la red de conmutación de circuitos 2G/3G,
quedando así la llamada en el dominio de CS hasta que es terminada. CSFB descarga
completamente el tráfico de voz a las redes 2G/3G. Como el nombre lo implica esta
solución permite que dispositivos móviles “retornen” a redes 2G o 3G cuando necesiten
hacer uso de servicios basados en conmutación de circuitos. Para conectarse a la red de
conmutación de circuitos (CS) el sistema requerirá una nueva interfaz llamada SGs,
basada en la interfaz de Gs y que opera con el protocolo SGs AP (Parte de Aplicación de
SGs, del inglés SGs Application Part). Esta interfaz conecta la MME al servidor de MSC.
Otro requisito implícito es que las redes estén solapadas, teniendo redes GERAN/UTRAN
coexistentes con EUTRAN.[11]

Capítulo 1
29
Figura 1.15 Representación de retorno a CS
Cuando el terminal se conecta a E-UTRAN, envía una petición a la MME para que
establezca un anclaje combinado con la red de conmutación de circuitos. En cuanto la
petición de anclaje es recibida, la MME envía actualizaciones de ubicación informando a
MSC de la localización de dicho terminal. De esta manera UE es conocido tanto por LTE
como por la red de CS. Cuando un UE tenga que establecer una llamada, sólo envía una
petición de servicio ampliado a MME; ésta le informa al eNB que el UE tiene que cambiar
a la red GERAN UTRAN. Si el terminal soporta el handover inter-RAT, se conectará a la
red de circuitos liberando la conexión con LTE. Al concluir la llamada, se restablece la
conexión a E-UTRAN. Los SMS son transmitidos dentro de mensajes del canal de
señalización de LTE; por lo que no se requiere que el terminal “baje” a la red de CS
durante la operación. Como el UE está anclado tanto a MSC como a E-UTRAN; si la MSC
requiere entregar un SMS, sólo necesita enviarle una unidad de datos con el contenido
del mensaje a la MME, que lo introduce en un mensaje de señalización NAS que luego
envía al UE. Del mismo modo, si el UE requiere enviar un SMS lo introduce en un
mensaje NAS y lo envía a la MME, ésta extrae el contenido del SMS y lo envía sobre la
interfaz SGs al MSC, donde recibe un tratamiento de conmutación de circuitos. Un hecho
importante es que MME debe almacenar un mapeo exacto de las zonas de seguimiento y
áreas de ubicación de los usuarios; esto se debe a que necesita conocer a qué MSC
atenderá al terminal dependiendo de la estación base a la que se conecte durante el

Capítulo 1
30
“retorno”. CS FallBack es una opción atractiva a corto y medio plazo, ya que permite a los
operadores aprovechar su infraestructura de legado existente. Los problemas principales
con este enfoque son que introduce tiempos de establecimiento de llamada más largos,
resultando en una degradación importante de la experiencia de usuario; así como la
necesidad de actualizar el software en nodos de la red de CS. [11]
1.4.2 Soluciones basadas en VoIP sobre IMS
IMS permite soportar los servicios de voz a través de redes LTE directamente utilizando
esquemas de VoIP. El servicio de voz que ha sido estandarizado por 3GPP sobre IMS se
conoce como MMTel (Telefonía Multimedia, del inglés Multimedia Telephony). Existe otra
iniciativa llamada Voz sobre LTE (VoLTE, Voice Over LTE) [12], actualmente renombrada
como One Voice, desarrollada en una colaboración entre más de 40 operadores de
comunicaciones móviles y fabricantes, donde se incluyen AT&T, Verizon Wireless, Nokia
and Alcatel- Lucent. One Voice es la solución apoyada por la Asociación GSM (GSMA,
GSM Association) desde el 2010. En las fases iniciales de despliegue de una red E-
UTRAN, es bastante probable que un operador no pueda proporcionar una cobertura
completa y contigua del área de servicio.
Por ello, el servicio de VoIP ofrecido a través de la red LTE debe complementarse con el
servicio de voz del dominio de circuitos en las zonas donde la nueva red no tenga
cobertura. El mecanismo denominado Continuidad de Llamada de Voz (VCC, Voice Call
Continuity) permite proporcionar continuidad del servicio de voz entre el dominio de
circuitos de GSM/UMTS y el servicio VoIP soportado en IMS. VCC se ha desarrollado
como una aplicación que se ejecuta en la plataforma IMS del operador matriz, a través de
la cual las llamadas de un terminal con soporte VCC son ancladas en ésta; tanto si las
llamadas se inician desde el dominio de circuitos como desde la IMS dicha. El anclaje
consiste en utilizar mecanismos de re-encaminamiento de llamadas existentes en el CS.
Una llamada originada por un terminal VCC en el dominio de circuitos se encamina hacia
la plataforma IMS de su operador, y a partir de aquí, se continúa el encaminamiento de la
llamada hasta el usuario destinatario. El anclaje posibilita que una llamada iniciada por un
terminal VCC a través del dominio de circuitos sea transferida hacia el IMS sin interrumpir

Capítulo 1
31
el servicio y viceversa. Las transferencias entre dominios (CS e IMS) pueden realizarse en
las dos direcciones y, en el transcurso de una sesión, la aplicación VCC puede soportar
múltiples cambios.[11]
Figura 1.16 Variantes de Voz sobre IMS
Este tipo de soluciones proporciona una interesante estrategia de despliegue para los
operadores que tienen un fuerte núcleo IMS, ya que les permite hacer la transición a VoIP
desde el establecimiento de la nueva red y aprovechar las redes anteriores para la
continuidad de voz fuera de las áreas de cobertura LTE.
1.4.3 Soluciones Over-the-top (OTT)
Las soluciones OTT plantean el uso de servicios de VoIP ajenos al operador de
comunicaciones móviles que estén establecidos en el mercado, como Skype o Google
Talk. Los terminales móviles se conectan a Internet con el acceso provisto por el operador
de comunicaciones móviles y mediante aplicaciones propietarias interactúan con el
servicio de voz.

Capítulo 1
32
A pesar de lograr la calidad requerida, estas soluciones no logran continuidad en
escenarios donde la cobertura de LTE no sea total, dado que no pueden hacer handover
a otras redes de conmutación de circuitos al estar basados únicamente en IP y no estar
diseñados para ambientes móviles ni cuentan con medios para interactuar con la red de
radio. Por tanto, la adopción de clientes OTT dependerá del desarrollo de la cobertura
global de las redes LTE, así como del acceso a Internet que se pueda brindar.[11]
1.4.4 Conmutación de circuitos sobre conmutación de paquetes
VoLGA (Voz sobre Acceso Genérico a LTE, del inglés Voice over LTE Generic Access),
especificada por VoLGA Forum[3], es quizás la mejor alternativa conocida de la familia de
soluciones CS sobre PS. La idea principal es adaptar el UMA/GAN (Acceso Móvil
Universal/Red Genérica de Acceso, del inglés Universal Mobile Access/Generic Access
Network) de LTE y reusar el mecanismo de continuidad SRVCC (VCC Radio Único, del
inglés Single Radio VCC) de 3GPP, para realizar handover de LTE al CS de 2G/3G con el
menor impacto sobre el núcleo de conmutación de circuitos existente. El concepto es
conectar las MSC existentes a la red de LTE a través de una pasarela. Como ningún
“retorno” es requerido, los tiempos de establecimiento de llamada no se incrementan y la
calidad de la experiencia del usuario es consistente con el entorno de voz al que se
conecte. VoLGA está basado en el estándar de red 3GPP GAN, cuyo propósito es
extender servicios móviles sobre accesos IP genérico a la red.[11, 13]
Desde el punto de vista de la red, VoLGA sólo requiere actualizar las pasarelas del PS
que ya existen para GAN. No se requieren modificaciones en las MSC, EPC ni E-UTRAN.
VoLGA permite el uso de todo tipo de servicios de CS sobre LTE.
Desde el punto de vista del terminal móvil, se admite el reúso de la pila de protocolos
desarrollada para GAN. Las adiciones de software requeridas son el uso de la tecnología
de acceso de LTE como portador de radio, junto con un procedimiento de handover
modificado, para permitir una entrega suave de las llamadas de voz en curso hacia GSM
o UMTS cuando el abonado deja el área de cobertura de LTE. VoLGA permite la
introducción de roaming global LTE. Si la red visitada lo soporta, todos los servicios
pueden ser entregados vía VoLGA al P-GW y a las MSC de la red visitada. En caso

Capítulo 1
33
contrario, el Gateway de VoLGA y las MSC de la red matriz son accedidos utilizando la P-
GW visitada en aras de acceder al servicio de voz.[11]
1.4.4.1 Arquitectura de VoLGA
Una visión general de la arquitectura para desplegar VoLGA se muestra a continuación. El
único elemento nuevo incluido en la red es el VANC (Controlador Volga de Acceso a la
Red, del inglés VoLGA Access Network Controller), mostrado en verde en la figura. Todos
los otros elementos de la red y las interfaces entre ellos ya existen y son reusados sin
cualquier modificación.
Figura 1.17 Arquitectura de VoLGA. Inserción del VANC.
1.4.4.2 VoLGA desde el punto de vista de CS
En el CS, la interfaz A es usada para conectar el VANC a una MSC de GSM y la interfaz
Iu es usada para conectar el VANC al MSC de UMTS. El VANC es visto por la MSC de
GSM como un BSC y por la de UMTS como un RNC [18]. Ambas interfaces son usadas
sin ninguna modificación, ya que los MSC no son conscientes de que los móviles no están
conectados directamente vía sus respectivas redes de radio, sino que están conectados
sobre LTE vía VANC. Por consiguiente, no se requiere ningún cambio sobre estos nodos
para respaldar la voz, los SMS y los otros servicios basados en conmutación de circuitos
utilizando VoLGA sobre la red de LTE. [11]

Capítulo 1
34
1.5 Funcionamiento de la red móvil
Uno de los aspectos más importantes para los operadores de cualquier sistema de
comunicaciones móviles es la gestión de recursos radio y del espectro radio eléctrico. La
gestión eficiente de los recursos permite ofrecer cierta QoS.
En las redes LTE la parte encargada de estas funciones se llama Radio Resource
Management (RRM). Es muy importante resaltar que en el estándar LTE están definidos
una serie de funciones y conceptos de gestión de recursos, especificando qué interfaces y
qué tipo de señales realizan determinadas funciones pero no se especifican algoritmos
para llevar a cabo la implementación, quedando así a decisión de los proveedores del
servicio la elección de qué estrategias se implementan. Esta característica tiene un
aspecto muy positivo porque los algoritmos se escogerán en función del nivel de
adaptación a cada red.
1.5.1 Funciones más relevantes de la Gestión de Recursos Radio
• Control de Admisión Radio (RAC): se encarga de decidir si una nueva petición de
servicio para un usuario, es aceptada o no.
• Control de Servicios Portadores Radio (RBC): se encarga de establecer el RB
correspondiente a un servicio basándose en los requerimientos de QoS una vez que haya
sido aceptado por el RAC. Además mantiene la QoS del servicio a lo largo de la sesión y
la liberación de RB’s.
• Scheduling de Paquetes y Estrategias: esta función es de las más importantes. Se
realiza en el eNB tanto para el enlace ascendente como para el descendente. Su función
consiste en asignar los recursos radio de forma dinámica, indicando qué usuarios van a
transmitir, qué recursos de la interfaz radio van a utilizar y qué esquema de modulación
van a emplear. El recurso mínimo que se asigna a un usuario son 2RB’s de 180KHz cada
uno, en una subtrama de 1ms. El canal se puede asignar en cada subtrama al usuario
que presente mejor calidad de canal, aprovechándose así mejor los recursos radio.

Capítulo 1
35
La figura 1.19 muestra que la asignación de recursos a un usuario depende de cómo éste
perciba el canal. Resulta de especial interés recalcar que las estrategias sobre los
criterios que debe seguir el scheduler para decidir qué usuarios transmiten y que recursos
se asignan a cada uno, no están definidas por el estándar. Dos de estas estrategias son:
• Round Robin (RR): asigna el canal a los usuarios de forma equitativa sin tener en
cuenta la calidad de canal percibida por ellos.
• Proportional Fair (PF): se obtiene la máxima capacidad del canal mientras se hace un
reparto justo de los recursos entre los usuarios. Asigna a cada usuario un nivel de
prioridad inversamente proporcional al que sería su consumo de recursos en caso de que
sea elegido.
Figura 1.18 Asignación de recursos utilizando diversidad multiusuario
1.5.2 Interferencia
En los sistemas celulares se pueden clasificar dos tipos de interferencia3
, intracelular
cuando es causada por las transmisiones de usuarios hacia los usuarios dentro de una
misma celda, e intercelular cuando afecta a transmisiones de usuarios hacia usuarios de
otras celdas.
3
Estos indicadores de interferencia están definidos en las especificaciones del 3GPP TS 36.423 v8.8.9

Capítulo 1
36
El sistema LTE, gracias a la función de scheduling, no presenta interferencia intracelular,
ya que el scheduler define qué RBs serán utilizados para cada usuario en cada subtrama
evitando de esta forma colisiones. Sin embargo, en LTE si existe la interferencia
intercelular, la cual ocurre cuando usuarios de distintas celdas tienen asignado el mismo
RB de la misma subtrama; el impacto es mayor a medida que las celdas donde ocurra
esta situación sean más cercanas. Dicha interferencia es capaz de causar los siguientes
efectos:
-Disminución de la SINR (Relación Señal a Interferencia más Ruido, del inglés
Signal to Interence plus Noise ratio), dado que se incrementa el valor de interferencia.
Para combatirlo es necesario seleccionar esquemas de modulación y codificación más
robustos y por lo tanto de menor eficiencia espectral, reduciendo así la cantidad de bits
por RB.
- Reducción de la duración de la batería del terminal, dada la necesidad de aumentar
la potencia de transmisión en el enlace ascendente para lograr la correcta comunicación.
- Reducción de las capacidades de la celda, dado el incremento de mensajes de
señalización debido a retransmisiones HARQ (Requerimiento de Repetición Automática
Híbrida, del inlgés Hybrid Automatic Repeat-reQuest).
1.6 Conclusiones
Las comunicaciones móviles se han desarrollado a la par de las necesidades de los
usuarios, desde aquellas conversaciones analógicas hasta el despliegue digital
sustentado en redes IP. LTE permitirá que las aplicaciones de banda ancha se
incorporen como un nuevo servicio básico a largo plazo, la mejora de servicios
multimedia, web, compartir archivos en aplicaciones peer-to-peer4
de forma rápida y la
posibilidad de comunicación M2M (maquina a máquina) son factores atractivos para los
usuarios de todo el mundo. LTE se sustenta sobre una red completamente-IP que permite
que los procedimientos de gestión y de control se realicen con menor complejidad y
mayor rapidez. OFDMA, SC-FDMA y MIMO permiten aprovechar el espectro al máximo
4
Red de computadoras en la que todos o algunos aspectos funcionan sin clientes ni servidores fijos, sino una
serie de nodos que se comportan como iguales entre sí.

Capítulo 1
37
obteniendo de esta forma altas velocidades tanto en el enlace ascendente como en el
descendente.
La evolución a largo plazo será la clave para el despliegue de internet móvil. Esta nueva
tecnología tiene capacidad de interconexión con redes anteriores, funcionando al mismo
tiempo las dos y usar los servicios de la otra tecnología en caso necesario.

38
CAPÍTULO II: Diseño de la red LTE
2.1 Introducción
A continuación se describe el proceso para el diseño de la red, lo cual requirió un
análisis geográfico del campo de estudio y la selección correcta de los elementos básicos
como son la frecuencia de operación, localización de los eNB, modo de acceso,
descripción de software empleado, entre otros, necesario para obtener los resultados
deseados en cuanto a la calidad del diseño.
Radio Mobile es el software seleccionado para la simulación, ¿por qué Radio Mobile? y
¿Cuáles son los parámetros que requiere para su funcionamiento? Son preguntas que
estaremos respondiendo en este capítulo.
A pesar de que las redes de comunicaciones basadas en LTE son un tanto desconocidas
en el país, en el resto del mundo su despliegue sigue avanzando a buen ritmo, aunque no
con los resultados que inicialmente se prometían.[8]
Sin dudas, la tecnología está aún lejos de dar lo máximo de sí misma, aunque aun así se
encuentra por encima de las velocidades medias obtenidas mediante otras tecnologías
como 3G o incluso WiFi. De momento LTE se trata de una tecnología joven que está
empezando a adaptarse a las saturadas redes en donde se está instalando y que tardará
todavía un tiempo en dar lo mejor de sí misma.[14]
La CUJAE es un centro universitario de referencia internacional donde actualmente está
implementada el servicio de telefonía móvil 2G, contando incluso con una antena
trasmisora ubicada en su edificio más alto (Facultad de Ing. Civil). El acceso a internet
está regulado por un servidor proxy y se cuentan con laboratorios de navegación, además
de varios puntos de acceso inalámbricos, pero las velocidades de trasmisión son muy
bajas y se hace muy difícil las descargas de documentos o videos tutoriales necesarios
para los proyectos de investigación que se desarrollan en el centro. Por eso una red LTE
supondría un gran avance para los estudiantes y profesores al tener la posibilidad de
contar con los servicios de telefonía e internet basado en IP, junto las mejoras notables
de trasferencia de datos que esto representa, aunque no todos cuentan con dispositivos

Capítulo 2
39
móviles inteligentes, son bastantes los que poseen alguno, y se estima con seguridad que
el número ira creciendo.
Es de vital importancia cuando una nueva red se está considerando para su despliegue,
que todos los parámetros por los que se rige el nuevo sistema, como por ejemplo
parámetros de radiofrecuencia (recuérdese que el espectro radioeléctrico es público),
queden completamente optimizados, este proceso requiere tiempo y esfuerzo, es por ello,
que antes que un nuevo sistema de semejante magnitud sea implementado, se testee con
minuciosidad y se ajusten sus parámetros lo máximo posible, con el fin de minimizar los
costes y proponer una red estable y optimizada.[2]
2.2 Requerimientos para LTE
Este sistema debe cumplir con varios requerimientos para logra ser competitivo por
muchos años, algunos de los objetivos de capacidad para la evolución de los sistemas
LTE son:[1]
 En el plano de control debe ser igual o menor a los 50 ms entre estados activo e
inactivo. Para el plano de usuario debe haber una latencia no mayor a 5 ms para
una transmisión de una sola vía desde que el paquete transmitido está disponible
en la capa IP en el borde de la frontera UE/RAN hasta que vuelve a estar
disponible en la capa IP de la otra frontera RAN/UE.
 Ancho de banda: debe soportar asignaciones de espectro de distintos tamaños,
siendo capaz de operar en las bandas de 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15
MHz y 20 MHz para DL y UL, así como soportar transmisiones en ambos sentidos
haciendo un uso óptimo del espectro disponible.
 Tasa de transferencia (throughput5
): en el DL debe ser de 3 a 4 veces mejor
respecto a las asignadas para HSDPA, haciendo uso de un máximo de dos
antenas de transmisión y recepción en la EB y en el dispositivo terminal
respectivamente. La tasa de transferencia debe ser escalable acorde con la
asignación del espectro. Para el UL la tasa de transferencia por usuario promedio
5
Volumen de trabajo o de información que fluye a través de un sistema.

Capítulo 2
40
debe ser de 2 a 3 veces la especificada HSUPA, utilizando una antena de
transmisión en el terminal y dos antenas de recepción en la EB.
 Movilidad: debe ser óptima para velocidades de traslado del usuario en el rango de
0 km/h a 15 km/h, para velocidades entre 15 km/h y 120 km/h la movilidad debe
ser soportada con un alto desempeño, mientras que debe ser mantenida a través
de toda la red celular a velocidades de entre 120 km/h y 350 km/h e incluso hasta
500 km/h dependiendo de la banda de frecuencia usada (un ejemplo de este
escenario sería dentro de un tren de alta velocidad). Los servicios de voz y en
tiempo real soportados en el dominio de conmutación de circuitos por la red
UTRAN deben ser tolerados por la E-UTRAN en el dominio de conmutación de
paquetes con una calidad mayor o al menos igual.
 Cobertura: hasta 5 km en el rango de las celdas se debe cumplir con los
requerimientos de tasa de transferencia, eficiencia espectral y movilidad
mencionados anteriormente. En un rango de hasta 30 km se aceptan
degradaciones en tasas de transferencia así como en eficiencia espectral, pero se
deben cumplir en su totalidad los requerimientos de movilidad.
 Maximizar la tasa de datos: 100 Mbps para el DL, 50 Mbps para el UL.
 Interoperabilidad con los sistemas existentes (2G y 3G), así como sistemas no
3GPP.
 Facilidad de migración a redes existentes.
 Simplificación y minimización del número de interfaces.
2.3 Frecuencia, Ancho de Banda y modo de Duplexación empleados.
Para realizar la planificación de un sistema celular LTE, es necesario considerar
parámetros muy importantes para el proveedor que desea desplegar sus redes,
independiente del lugar o zona de implementación. Las prestaciones del sistema LTE se
miden por medio del porcentaje de abonados que poseen un nivel de señal adecuado
para alcanzar una calidad excelente.

Capítulo 2
41
2.3.1 Selección de la frecuencia de operación
De las bandas de frecuencia disponibles para LTE, las más cotizadas son las bandas de
700 MHz, 1.7 GHz, 2.1 GHz y 2.6 GHz. Para seleccionar la banda a utilizar se debe
tener en cuenta que las altas frecuencias presentan distancias de propagación menores,
pero gozan de una mayor capacidad de transmisión de datos. La opción de implementar
LTE en la banda de los 700 MHz, podría ser atractiva si lo que se busca es gran cobertura
con poca infraestructura, pero en Cuba esta banda se utiliza actualmente para difusión de
televisión analógica en UHF (Frecuencia Ultra Alta, del inglés Ultra High Frequency). De
acuerdo con la ocupación actual del espectro en Cuba y teniendo en cuenta que la banda
de 2.6 GHz es una de las más usadas, ésta se perfila como banda por excelencia para
esta solución de LTE, por lo que se tomara la banda 7 de las disponible para el modo de
Duplexado por división de frecuencia mostradas en la tabla 2.1.
Figura 2.1 Uso del espectro de frecuencias en Cuba
La separación básica entre subportadoras es de 15 kHz para mantener la ortogonalidad.
El número de subportadoras depende del ancho de banda de transmisión. Gracias a esto,
soporta por lo menos 200 usuarios activos en cada célula de 5 MHz, alcanza 600
subportadoras en caso de operación en un espectro asignado de 10 MHz, y menos o más
subportadoras en el caso de anchos de banda de transmisión menores o mayores,
respectivamente. Considerando que la banda del espectro asignado a LTE en 2.6 GHz
para FDD tiene 70 MHz (ver tabla 2.2), se puede explotar al máximo el ancho de banda,
por lo que se propone el uso de 20 MHz en cualesquiera de las respectivas subdivisiones,
sirviendo a más de 1000 usuarios por celda.

Capítulo 2
42
Tabla 2.1 Banda de frecuencia asignada para FDD.
Banda de operación Banda de operación
Uplink [MHz]
Banda de operación
Downlink [MHz]
Canales [MHz]
1 1920 - 1980 2110 - 2170 5,10,15,20
2 1850 - 1910 1930 - 1990 1,3,4,5,10,15,20
3 1710 - 1785 1805 - 1880 1,3,4,5,10,15,20
4 1710 - 1755 2110 - 2155 1,3,4,5,10,15,20
5 824 - 849 869 - 894 1,3,4,5,10
6 830 - 840 875 - 885 5,10
7 2500 - 2570 2620 - 2690 5,10,15,20
8 880 - 915 925 - 960 1,3,4,5,10
9 1749.9 - 1784.9 1844.9 – 1879.9 5,10,15,20
10 1710 - 1770 2110 - 2170 5,10,15,20
11 1427.9 - 1452.9 1475.9 - 1500.9 5,10,15,20
12 698 - 716 728 - 746 1,3,4,5,10
13 777 - 787 746 - 756 1,3,4,5,10
14 788 - 798 758 - 768 1,3,4,5,10
15 704 - 716 734 - 746 1,3,4,5,10
Tabla 2.2 Ancho de Banda de la Banda de 2.5 MHz
Modos Uplink [MHz] Downlink [MHz] Ancho de Banda
[MHz]
FDD 2500 - 2572 2620 - 2690 70
TDD 2572 - 2620 2572 - 2620 48
2.3.2 Modos de Duplexación
En LTE existe transmisión y recepción en los dos extremos, como ambas comunicaciones
comparten el medio, se necesita un mecanismo de control de acceso. TDD (Duplexado
por división en tiempo, del inglés Time Division Duplex) y FDD (Duplexado por división de
frecuencia, del inglés Frequency Division Duplex) son los compatibles para LTE.

Capítulo 2
43
Figura 2.2 Técnicas dúplex por división en el tiempo y por división de frecuencias.
2.3.2.1 TDD
La transmisión en los enlaces descendente y ascendente tiene lugar en diferentes ranuras
de tiempo que no se solapan, como se ilustra a la derecha de la figura 3.3. Por lo que
TDD puede funcionar en espectro no pareado, requiere una sola banda para el enlace UL
y DL donde comparten la misma frecuencia, pero separados en el tiempo. Es más fácil de
implementar en áreas con limitado espectro disponible, pero presenta mayor sobrecarga y
latencia, debido a la conmutación frecuente en el tiempo.[5]
2.3.2.2 FDD
La transmisión en DL y UL tienen lugar en diferentes bandas de frecuencia lo
suficientemente separadas, como se ilustra a la izquierda en la figura 2.3. Por lo que FDD
requiere espectro pareado. Las bandas de frecuencias designadas para el modo de
operación FDD permiten la transmisión simultánea en dos frecuencias, también tienen
una separación suficiente denominada banda de guarda, para que las señales
transmitidas no perjudiquen el funcionamiento del receptor. Si las señales están muy
cerca, el receptor puede ser “bloqueado” y se deteriora la sensibilidad[13] en la tabla 2.2
se relacionan sus bandas de frecuencia.
En este caso el método de acceso a utilizar será FDD debido a que el espectro en la
banda de 2600 MHz en Cuba está disponible y se adapta al tráfico de voz por el hecho de

Capítulo 2
44
no tener que recurrir a bandas guardas temporales como el caso de TDD, además
permite tener un retardo mínimo.
2.4 Estructura de celda
El modelo de celda trisectorial, conlleva a un abaratamiento en el coste total del
despliegue, como consecuencia directa de utilizar un mismo emplazamiento y torre para
el emplazamiento de tres, dos o un nodo, según la necesidad. La utilización de celdas
hexagonales, evita el exceso de utilización de antenas (congestión del espectro
disponible) y se aprovecha de una manera más eficiente el espacio.[1, 2]
En la planeación de esta red puede existir cualquiera de los tres modelos (ver Figura 2.3),
dependiendo de la zona a cubrir y la necesidad.
Figura 2.3 Tipos de sitios (Omni-direccional, Bi-sector, Tri-sector).
2.5 Selección del Software para simular
Para la realización de este proyecto se ha elegido la herramienta de trabajo “Radio
Mobile”, por ser un software de carácter gratuito además de permitir que la planificación
de esta red se acerque de una manera lo más veraz posible a una planificación y
dimensionado real de una red LTE.
Radio Mobile es de acceso libre en Internet, se encuentra disponible en [15]. Se le
pueden cargar mapas digitales con la información topográfica SRTM y GTOPO 30,
también mapas administrativos en forma de capa superior, de forma que facilite la
comprensión de la zona a cubrir con los servicios de telecomunicaciones, de manera que

Capítulo 2
45
se destaquen los elementos no naturales del terreno como edificios, carreteras y
embalses, los cuales son usualmente objetivos priorizados en el diseño atendiendo a la
demanda de tráfico que se pueda esperar en ellos. Además puede ser combinado con el
programa de acceso libre Google Earth, también de Internet, que brinda una mayor
familiarización con el terreno mediante el uso de fotografías de alta resolución tomadas
desde satélites. Radio Mobile utiliza como modelo de cálculo el Longley – Rice. [7]
2.5.1 Modelo de propagación Longley – Rice
Un modelo de propagación es un conjunto de expresiones matemáticas, diagramas y
algoritmos usados para representar las características de radio de un ambiente dado. Los
modelos de propagación predicen la pérdida por trayectoria que una señal de RF (Radio
Frecuencia) pueda tener entre una estación base y un receptor móvil o fijo. La ventaja de
modelar radiocanales teniendo en cuenta las características de la trayectoria entre
Transmisor (Tx) y Receptor (Rx), es conocer la viabilidad de los proyectos que se deseen
planear en determinados sectores, de esta manera se podrá hacer una estimación acerca
de la necesidad, costos y capacidad de los equipos requeridos. [15]
Para este este proyecto se emplea el modelo conocido como Longley – Rice debido a
que es el utilizado por el software Radio Mobile. Este modelo es aplicable en el rango de
frecuencias desde los 40 MHz hasta los 100 GHz, sobre diferentes tipos de terrenos. La
pérdida media de propagación es obtenida utilizando información sobre la geometría del
terreno entre el receptor y transmisor y las características refractivas de la tropósfera.[16]
Este modelo requiere de 5 parámetros de entrada:
 Altura de la antena sobre tierra local.
 Refractividad de la superficie.
 Radio efectivo de la tierra.
 Constante del suelo.
 Clima.

Capítulo 2
46
En adición es necesario proporcionar un número de factores específicos del terreno:
 Altura efectiva de la antena.
 Distancias horizonte de las antenas dlby dlm.
 Ángulos de elevación del horizonte 𝛳eb y 𝛳em.
 Distancia angular para una ruta de acceso transhorizontal 𝛳 𝑒.
 Parámetro de terreno irregular Δℎ.
Las definiciones de algunos de estos parámetros se muestran en la figura 2.4
Figura 2.4 Geometría de un radio trayecto transhorizontal
Para predecir la potencia de la señal dentro del “horizonte”(LOS) se utiliza principalmente
el modelo de reflexión terrestre de 2 rayos, mientras que las pérdidas debido a la
difracción por obstáculos aislados, son estimados utilizando el modelos de “filo de
cuchillo” de Fresnel-Kirchoff.
Se utiliza teoría avanzada de dispersión para analizar los fenómenos de dispersión en la
tropósfera y poder hacer predicciones sobre distancias largas, mientras que las pérdidas
de difracción de campo lejano a distancias del doble del horizonte son predecibles
utilizando un método de Van der Pol Pol-Bremmer modificado.
Operación del modelo
Cuando se tiene un perfil detallado del terreno, se pueden deducir parámetros específicos
de la ruta de propagación y el modelo puede hacer una predicción con mayor exactitud

Benavides José Ernesto, González José Alberto,“Diseño y simulación de una red LTE para la CUJAE empleando el

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