El documento describe las características de las redes móviles de cuarta generación (4G). Introduce los estándares LTE y LTE-Advanced, definidos por la UIT como 4G. Explica que LTE proporciona velocidades superiores a 100 Mbps y una arquitectura de red completamente basada en IP. También describe las características clave de LTE como OFDMA, MIMO y una red central evolucionada.

1. Redes Digitales de Servicios Integrados
(IT526M)
Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Ingeniería de Telecomunicaciones
Sesión: 13 y 14
Redes Móviles 4G
Prof. Ing. José C. Benítez P.

2. Sesión. Redes Móviles 4G
1. Cuarta generación
(4G).
2. LTE.
3. LTE-Advanced.

3. 1. Cuarta generación
Introducción:
• La UIT creó el comité IMT-Advanced que define los requisitos
necesarios para que un estándar sea considerado de la generación 4G.
• Entre los requisitos técnicos que se incluyen hay uno muy claro, las
velocidades máximas de TxD que debe estar entre 100Mbit/s para una
movilidad alta y 1Gbit/s para movilidad baja.
• Los WG de la ITU no son puramente teóricos, sino la industria forma
parte de ellos y estudian tecnologías reales existentes en dichos
momentos.
• El Estándar LTE de la norma 3GPP no es 4G porque no cumple los
requisitos definidos por la IMT-Advanced en características de
velocidades pico de transmisión y eficiencia espectral.
• La 4G está basada completamente en el protocolo IP, siendo un
sistema y una red, donde las redes de cables e inalámbricas
convergen.

4. 1. Cuarta generación
Introducción:
• La principal diferencia con las generaciones predecesoras será la
capacidad para proveer velocidades de acceso mayores de 100
Mbit/s en movimiento y 1 Gbit/s en reposo, manteniendo una
calidad de servicio (QoS) de punta a punta de alta seguridad que
permitirá ofrecer servicios de cualquier clase en cualquier
momento, en cualquier lugar, con el mínimo coste posible.
• La empresa NTT DoCoMo en Japón, fue la primera en realizar
experimentos con las tecnologías de 4G, alcanzando 100 Mbit/s en
un vehículo a 200 km/h. La firma lanzó los primeros servicios 4G
basados en tecnología LTE en diciembre de 2010 en Tokio,
Nagoya y Osaka.

5. 1. Cuarta generación
Características técnicas:
• El concepto de 4G trae unas velocidades mayores a las de 301
Mbit/s con un rating radio de 8 MHz; entre otras, incluye técnicas
de avanzado rendimiento radio como MIMO y OFDM. Dos de los
términos que definen la evolución de 3G, siguiendo la
estandarización del 3GPP, serán LTE (Long Term Evolution) para el
acceso radio, y SAE (Service Architecture Evolution) para la parte
núcleo de la red.
• Los requisitos ITU y estándares 4G indican las siguientes
características:
• Para el acceso radio abandona el acceso tipo CDMA
característico de UMTS.
• Uso de SDR (Software Defined Radios) para optimizar el
acceso radio.
• La red completa es todo IP.
• Las tasas de pico máximas previstas son de 100 Mbit/s en
enlace descendente y 50 Mbit/s en enlace ascendente (con un
ancho de banda en ambos sentidos de 20Mhz).

6. 2. LTE
Tecnologías pilares de LTE:

7. 2. LTE
Tasa de bits y latencia en LTE:

8. 2. LTE
Requerimientos:

9. 2. LTE
Requerimientos:

10. 2. LTE
Características:

11. 2. LTE
Acceso Múltiple:

12. 2. LTE
Acceso Múltiple:

13. 2. LTE
Flexibilidad del espectro:

14. 2. LTE
Diversidad, beamforming, MIMO:

15. 2. LTE
Arquitectura:

16. 2. LTE
Arquitectura genérica:

17. 2. LTE
Arquitectura 3GPP:

18. 2. LTE
Arquitectura LTE:
EPS = E-UTRAN + EPC

19. 2. LTE
Evolved Packet System (EPS):

20. 2. LTE
E-UTRAN:

21. Arquitectura
4G y 3G:
2. LTE

22. Arquitectura 4G y 3G:
2. LTE
Elementos de la Arquitectura
A pesar de que los equipos que forman parte
de una red LTE tienen funciones similares a
las de sus análogos en tecnologías
anteriores, existe un cambio notable en la
arquitectura de red.
La red E-UTRAN, hace referencia a la parte
de la conexión del equipo móvil con la red
cableada, y la red EPC (Evolved Packet
Core), es la encargada de transportar los
datos entre los diferentes equipos del core
hasta el destino.
La unión de estas dos redes se conoce como
EPS (Evolved Packet System).

23. Arquitectura 4G y 3G:
2. LTE
E-RAN (Evolved Radio Access Network) y los eNodeB
• Es el fragmento de red encargado de comunicarse con el equipo móvil,
lo cual consigue a través de su elemento principal, los eNodeB.
• Los eNB contienen la capa física, MAC, RLC (Radio Link Control) y
PDCP (Packet Data Control Protocol) que incluyen las funcionalidades
del plano de usuario de compresión de cabecera y encriptación.
• También provee funcionalidades típicas del plano de control como la de
RRC (Radio Resource Control), la cual se encarga del control de
admisión, scheduling, cifrado y descifrado de los datos del plano de
usuario y de control.
• Es el único componente del segmento de red de la E-UTRAN. El resto
de equipos ya forman parte de la EPC.

24. Arquitectura 4G y 3G:
2. LTE
MME (Mobility Management Entity)
• Es el nodo de control clave para el acceso a la red LTE.
• Es responsable del seguimiento del UE (User Equipment) cuando se
encuentra en el modo idle.
• También forma parte de la activación y desactivación de los bearers para
asociar el UE a una red en particular seleccionando un SGW para la
asociación inicial y la re-localización de nodos cuando se produce un
handover intra-LTE.
• Además autentica al usuario interactuando con el HSS.
• Cuando se necesita hacer un paso de una red LTE a una red 2G/3G,
provee funciones del plano de control haciendo llegar los datos al SGSN
de la red legacy.

25. Arquitectura 4G y 3G:
2. LTE
HSS (Home Subscriber Server)
• Es la unión del HLR y el AuC, ambos presentes en las redes 2G y 3G.
• La parte que corresponde a lo que sería el HLR es la del almacenamiento y
actualización de la base de datos, que contiene la información de suscripción
del usuario.
• Por otra parte, la función anteriormente realizada por el AuC es la de la
generación de la información de seguridad del suscriptor a partir de sus claves
de identificación.
SGW (Serving Gateway)
• El Serving Gateway es el punto de terminación de la interfaz de los paquetes
de datos que se dirigen hacia la E-UTRAN.
• Cuando el UE se mueve a través de los diferentes eNodeB el SGW sirve como
un anclaje de movilidad, de modo tal que los paquetes ruteados atraviesan
este nodo para el cambio de un equipo a otro, tanto dentro de LTE como con
otras tecnologías 3GPP.

26. Arquitectura 4G y 3G:
2. LTE
PDN GW (Packet Data Network Gateway)
• De modo similar al SGW, el PDN GW es el punto de
terminación para la interfaz de los paquetes de datos
que se dirigen hacia el PDN (Packet Data Network).
• Funciona como el punto de anclaje para la salida a
PDN externos y provee características de Policy
Enforcement y filtrado de paquetes.
• Asimismo, es el punto de cambio entre LTE y
tecnologías no 3GPP como WiMAX y 3GPP2.
PCRF (Policy and Charging Rules Function) Server
• El PCRF gestiona las políticas de servicio y las QoS
de las sesiones de cada usuario del sistema.
• Realiza funciones equivalentes a las que los equipos
de PDF y CRF realizaban en redes UMTS.

27. 2. LTE
Interfaces de la arquitectura LTE:

28. 2. LTE
Interfaces de la arquitectura LTE:

29. 2. LTE
Interfaces de la arquitectura LTE:

30. 2. LTE
Interfaces de la arquitectura LTE:

31. 2. LTE
Nuevas características:

32. 2. LTE
Adaptación del enlace:

33. 2. LTE
Adaptación del enlace:

34. 2. LTE
Control de potencia del enlace de subida:

35. 2. LTE
Manejo de retransmisiones:

36. 2. LTE
Bandas FDD y TDD:

37. 2. LTE
Cobertura y capacidad:

38. 2. LTE
Capacidad:

39. 2. LTE
Tecnologías multiportadora:

40. 2. LTE
Flexibilidad:

41. 2. LTE
WCDMA:

42. 2. LTE
MIMO:

43. 2. LTE
Interfaz de radio basado en Cx de paquetes:

44. 2. LTE
Capacidades del UE:

45. 2. LTE
Capacidades del UE:

46. 2. LTE
Capacidades del UE:

47. 2. LTE
Capacidades del UE:

48. 2. LTE
Opciones del espectro:

49. 2. LTE
Opciones del espectro:

50. 2. LTE
Opciones del espectro:

51. 2. LTE
Opciones del espectro:

52. 2. LTE
Opciones del espectro:

53. 3. LTE-Advanced
Capacidades del UE:

54. Bibliografía
• “Evolved Packet System (EPS): The LTE and the SAE
Evolution of 3G UMTS”, P. Lescuyer, and T. Lucidarme,
John Wiley & Sons Ltd.
• www.4gamericas.com. Última visita agosto 2014.
• “Long Term Evolution (LTE): A Technical Overview”,
Motorola

55. S13-14. 4G
Blog del curso:
http://unirdsi.blogspot.com