Visión General Acceso Radio LTE

CÁTEDRA TELEFÓNICA EN LA UPM
“APLICACIONES Y SERVICIOS
MÓVILES”

Visión General Acceso Radio LTE

José María Hernando Rábanos
1

Introducción de base del
multiacceso LTE conceptos
•Caracterización del canal radiomóvil
•Multiacceso OFDM y SC-FDMA
•Tecnologías de multiantenas

2

VARIABLES QUE AFECTAN A LA
CAPACIDAD Y COBERTURA DE ENLACES
MÓVILES
Banda de frecuencias
Características dispersivas del canal radio (multitrayecto)
Altura antena Estación Base
Tecnología de antenas (beamforming,diversidad MIMO)
PIRE (Potencia Isótropa Radiada Equivalente) de la estación base
Sensibilidad dinámica del receptor
Tipo de entorno
Ruido interno de equipos y ruido industrial
Interferencias
3

CARACTERIZACIÓN DEL CANAL
RADIOMÓVIL
Descripción “clásica” en banda estrecha:
• Pérdida básica de propagación.
• Desvanecimiento lento.

Descripción en banda ancha (adicional):
• Desvanecimiento multitrayecto.

4

La cobertura, tal cual se conoce y se aprovecha en los sistemas

radiomóviles modernos es posible gracias a la propagación
multitrayecto que es variable en tiempo, frecuencia y espacio.

Sin

embargo
el
multitrayecto
-necesariodesvanecimientos de la señal recibida que ocasionan:

genera

• Atenuación intensa o incluso pérdida de la señal.
• Distorsión, que afecta a la calidad de recepción e, indirectamente, a la
capacidad.

5

Los desvanecimientos pueden ser:
• Planos: afectan a todo el espectro de la señal transmitida→Atenuación
• Selectivos:
› En espacio (SSF): afectan a la posición de los terminales.
› En frecuencia (FSF): afectan a una porción del espectro de la señal.
› En tiempo (TSF): afectan a una parte de la ráfaga de datos o de
temporal. Sólo se producen en canales radio con movilidad.

Producen distorsión con incidencia en la tasa de errores

6

la trama

Tradicionalmente

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

• Diversidad, de Recepción, Transmisión o ambas.
• Ecualización digital.
• Codificación de canal con entrelazado.

7

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

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

El

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

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

8

Características dispersivas del canal radio
para capacidad y calidad
Dispersión del retardo: Delay Spread

(D)
Valor rms de los retardos de los ecos de multitrayecto
Efectos:

• En el dominio del tiempo: ISI (Inter Symbol Interference)
Incide en el tamaño de los ecualizadores y en OFDM en el tiempo de
guarda

• En el dominio de la frecuencia: FSF
9

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

1
Bcα
D

1 

 Bc = 2πD 



comparándola con la anchura de banda de transmisión BW
Bc >BW …Canal con desvanecimiento plano
Bc <BW …Canal con desvanecimiento selectivo

10

Dispersión Doppler: Doppler Spread (V)
Valor rms del desplazamiento Doppler de cada eco, función de la
velocidad del móvil, del ángulo trayecto-rayo y de la frecuencia.

f d i ( Hz ) = vi (km / h) × f ( MHz ) × cos α / 1080
Efectos:

En el dominio del tiempo: TSF
En el dominio de la frecuencia:

distorsión espectral, perdida de

ortogonalidad en OFDM
Incide en el ritmo de actualización de los ecualizadores.
11

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

1
Tcα
fd



9
Tc =

16 ⋅ π ⋅ f d 


Comparándolo con la duración temporal de un elemento de señal
(bit, ráfaga, trama, …..) To
Tc >To……Canal con desvanecimiento plano en el tiempo.
Tc <To……Canal con desvanecimiento selectivo en el tiempo.

12

EFICIENCIA ESPECTRAL POR
PORTADORA
Fórmula de Shannon (límite teórico) par la capacidad de un canal.
 s
C ( bit / s ) = B ( Hz ) ⋅ log 2 1 + 
 n

La

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

Eficiencias especiales máximas teóricas:
• De una modulación digital: / Hz ) = log 2 M
η ( bit / s

M: número de niveles de modulación. 
η = C / B = log 2 1 + 
 n
• De Shannon:
s

13

Eficiencias espectrales
máximas teóricas (SHANNON)
Modulaciones soportadas
SNR (dB)

η(bit/s/Hz)

QPSK

16QAM

64QAM

30
25
20
15
10
5
0
-5
-10

9,96
8,31
6,66
5,03
3,46
2,06
1
0,4
0,14

X
X
X
X
X
X

X
X
X
X

X
X
X

14

Influencia de la banda de frecuencias en la
cobertura media
•
•

Atenuación compensable 151 dB.
Métodos Hata para 900 MHz y HataCOST231 para f ≥ 1800 MHz.

ht = 25 m; hm = 3 m

•

Perdida media penetración:

›
›
›

8 dB en 900 MHz
12 dB en 1800/2100 MHz
14 dB en 2600 MHz
Cobertura (km.)
Banda (Mhz)

Exterior

Interior

900

5,3

3,2

1800

2,3

1,1

2100

2,0

0,9

2600

1,6

0,7

15

Conclusiones

1.

1.

1.

Bandas bajas 800-900 MHz

•
•

Excelente cobertura
Capacidad limitada

Bandas altas: 2000-2600 MHz

•
•

Cobertura limitada
Excelente capacidad

Posibilidad

•
•

Bandas bajas: área rural
Bandas altas: áreas urbanas y “hot spots”
16

Vehicular

MARCO EVOLUTIVO A 4G: TECNOLOGÍAS
ACCESO
Envolved 3G

4G research
target

Pedrestian

PA
HS
el4
AR
DM
V
VD
VD
WC
1xE
1 E
O
VD
1xE ution
ol
E Ev
EDG
EDGE
CDMA2000 1X

802.20
N
IO
UT
L
VO
GE
3

WIMAX
802.16e

WIMAX
802.16-2004

UMTSTDD
Stationary

Mobility and coverage

3.9
G

WLAN WLAN
802.11b 802.11a,g

0,1

1

10

Data rate (Mbps)
17

WLAN
802.11n

100

1000

GENESIS DE LTE: “Lecciones aprendidas
de 3g”
Elevada complejidad del Núcleo de red en 3G en:
• Equipos
• Protocolos
• Señalización

Lo que se traduce en costes y latencia altos.

Uso poco eficiente de la anchura de Banda.

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

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

18

Buen desempeño (performance) de los turbo códigos.
Ventajas notorias de la planificación (Scheduling).
Buen

desempeño de la técnica AMC (Adaptive Modulation and
Coding)

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

19

GENESIS DE LTE: nuevas soluciones
Además

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

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

• Se

emplea la tecnología MIMO para aprovechar la propagación
multitrayecto.

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

• Simplificación del Núcleo de Red (Arquitectura

20

“plana”).

TECNOLOGÍA DE ACCESO RADIO OFDM
En

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

La anchura de banda BW se divide en N

subcanales sustentados por
Nc subportadoras no solapadas (ortogonales). Cada una transmite con
una tasa R/Nc ocupando la anchura BW/Nc.
c

Un

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

21

La

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

1
∆f =
Tútil
donde Tútil es el periodo útil de símbolo
En consecuencia:

BW = N c ⋅ ∆f
22

La modulación de las subportadoras se hace con alguna variante

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

siendo Tb el periodo de bit

23

Señal OFDM

24

Justificación de OFDM
Transmisión digital de banda ancha convencional con FSF:
S(f)

-BW/2

0

FSF
f
BW/2

• El FSF afecta a una parte del espectro y produce distorsión de la señal.
• Se contrarresta mediante ecualización.
• Hay que ecualizar TODO el espectro, aunque hay una amplia porción no
afectada por FSF.

→Ecualizador

MUY complejo, no viable prácticamente en el dominio de la

frecuencia.
→Se ecualiza en el dominio del tiempo pero el hardware es complejo, con
elevado consumo.
25

Transmisión digital OFDM
FSF

f

• Sólo se ecualizan las subportadoras afectadas por el FSF.
• Para cada subportadora (banda estrecha) el desvanecimiento es plano.
• Viable la ecualización en el dominio de la frecuencia, que es individual
para cada subportadora.

26
→FDE (Frequency Domain Equalization)

En consecuencia la OFDM es muy robusta frente al FSF.
La FDE requiere una estimación de la respuesta impulsiva del canal.
Para ello se transmiten símbolos piloto o de sondeo conocidos por el

receptor en ciertas subportadoras y determinados instantes de
tiempo.

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

27

Otras ventajas de OFDM:
• Flexibilidad de espectro, variando el número de subportadoras.
• Posibilidad de multiacceso en frecuencia y tiempo.
• Simplificación de los receptores.
• Idoneidad para su implementación con técnicas DSP.

La

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

28

Para la protección frente a la interferencia entre símbolos (ISI) se

habilita un tiempo o periodo de guarda, por lo que el tiempo útil de
símbolo es:
Tu = TS - Tg

Durante el tiempo de guarda, el receptor no lee la información, por
ello las colas de los ecos de un impulso transmitido que caen dentro
del tiempo de guarda no afectan al símbolo siguiente (no hay ISI).
i-1

I+1

29

USO DEL PREFIJO CÍCLICO

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

El intervalo de guarda de un símbolo OFDM no se deja vacío, sino

que en él se transmite una copia de las NCP , últimas muestras del
símbolo para:

• Mantener la continuidad y la sincronización de la transmisión.
• Poder aplicar la convolución cíclica y la ecualización en frecuencia en
recepción.

El tiempo T de símbolo se desglosa en
Tsímbolo = Tútil + TCP

30

Inconvenientes de OFDM
• La

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

PAPR =

Potencia de cresta
Potencia media

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

• Esta alta PAPR, impone limitaciones a la eficiencia de los amplificadores

de RF. Ha de aplicarse un valor alto de “Backoff”(reducción de potencia
respecto a la saturación) para mantener la linealidad.

• La

OFDM es sensible a los desplazamientos (offsets) de las
subportadoras y al ruido de fase que producen interferencias entre ellas
(ICI).
31

La

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

Sin

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

DFT: Discrete Fourier Transform.
IDFT: Inverse Discrete Fourier Transform.

32

Existe

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

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

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

33

APLICACIÓN DE OFDM A LTE
A

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

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

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

34

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

Se trata de una decisión “dura” porque supone una ruptura con la

homogeneidad de las técnicas de acceso. Sin embargo conlleva
una mejor eficiencia energética y una simplificación del transmisor.

35

Introducción a SC-FDMA


Deben cubrirse dos objetivos:

a)
b)

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



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



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

36

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

Además este paso al dominio frecuencial se aprovecha para ubicar

las subportadoras generadas en diferentes lugares de un espectro
amplio de forma distribuida o concentrada, dejando sitio para
colocar subportadoras de otros usuarios (multiacceso en frecuencia:
FDMA).

Para ello se establece una correspondencia o proyección (mapping)

entre las N subportadoras resultantes de la DFT y M (M>N)
subportadoras, añadiendo ceros al espectro.

37

SC-FDMA esquema procesado de señal en
transmisión
A

Datos

Constelación
B. Base

C

SC

S/P

FFT
N
Puntos

Correspondencia a

M
Subportadoras

P/S

IFFT
M

CP

Puntos

Ceros
OFDM

Como

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

38

La correspondencia no altera el carácter SC, solo influye en los valores

de los símbolos, por lo que todo el bloque de A a C se puede
reemplazar por una sola operación de procesado de los símbolos

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

39

Ejemplo:


En LTE se utiliza el modo localizado.
40

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

• Capacidad: mayor número de usuarios.
• Cobertura: mejora de la SNR.
• Tasa binaria.
• Eficiencia espectral.

Se consideran dos aspectos:

• Físico: Disposición de las antenas (“hardware”)
• Lógico: Procesado señales entregadas (“software”)
41

Alternativas de multiantenas:
• Beamforming.
Concentra el haz en una o más direcciones concretas.
Favorece el rechazo de interferencias.

• Diversidad.
Procesado de señal para combatir el multitrayecto:

› MRC en recepción
› STBC (Alamouti)

• Procesado MIMO.

Aprovechamiento del multitrayecto para multiplexación espacial.

42

Tecnología MIMO
Utilización

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

Se requiere que el multitrayecto sea lo suficientemente “rico” para que

las antenas de recepción puedan separar las señales procedentes de
las diferentes antenas de transmisión.

La separación de los flujos de datos que comparten banda se basa en

la decorrelación de las múltiples señales recibidas en presencia de
multitrayecto.

43

Se

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

Se

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

El

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

44

En MIMO puede haber, en general, N

antenas de transmisión en la
base y Nr antenas de recepción en el móvil. Normalmente Nt=Nr.
t

En LTE se ha especificado un MIMO 2x2 (N =N =2) y en LTE-A se llega
t

r

a 4x4 y 8x8.

Puede ser N ‡N

y además de MIMO usar las antenas en exceso para
implementar diversidad.
t

r

45

El

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

En la especificación LTE se ha previsto este tipo de utilización.
También MIMO puede aplicarse a múltiples usuarios (MU-MIMO) con

una tecnología más compleja. Por ejemplo, con 10 Mb/s de caudal
ofrece un flujo de 3 Mb/s a un usuario y otro de 7 Mb/s a un segundo
usuario.

Las

posibilidades son múltiples en un MIMO NxN. La especificación
LTE-A (Release 11) ya contempla este tipo de utilización.
46

Estimación teórica simple de la capacidad
SU-MIMO
Los diferentes trayectos espaciales de MIMO tendrán, en general,
valores de ganancia diferentes λ2 .
i
La capacidad es:

pi λi2 

C = B ∑ log 2 1 +

n 
i =1


L

donde pi es la potencia del transmisión para el trayecto i-ésimo.
La optimización de C es un problema de máximos y mínimos
condicionados en L variables con la condición:

∑p

i

= p ( potencia total )
47

Capacidad máxima MIMO
Con N

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

C = L ⋅ B ⋅ log 2 (1 + s / n)

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

48

La capacidad aumenta linealmente con el número de antenas.
MIMO proporciona alta capacidad con anchura de banda limitada, es
decir elevada eficiencia espectral.

Teóricamente multiplica por L

la capacidad de una sola vía.

49

Acceso Radio LTE

50

REQUISITOS Y OBJETIVOS DE LA LTE
Tasas de bits máximas instantáneas para BW = 20 MHz.
• En DL .... 100 Mb/s. (5 bits/Hz)
• En UL .... 50 Mb/s. (2,5 bits/Hz)

Incremento

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

Aumento sustancial de la eficiencia espectral:
(2-4) x HSUPA Rel 6

51

Comparación Tasas Binarias (Mb/s)
Macrocélulas DL
Tecnología

Tasa máxima Usuario con
buen canal
radio

Usuario
Promedio

Usuario en
borde célula

HSDPA 7,2
1 portadora

7,2

2-2,5

0,7-1

0,1-0,5

HSPA +
(64QAM)
1 portadora
HSPA +
dual cell
2 portadoras
LTE 2X2
20 MHz

21

5-7,5

1-1,2

0,1-0,5

42

10-15

2-2,5

0,1-0,5

170

30-50

5-10

0,5-2

52

Capacidad del plano de control
• ≥
• ≈

200 usuarios por célula en estado activo para BW de 5 MHz.
400 usuarios por célula para anchuras de banda mayores.

53

Latencia del plano de control: tiempos de conmutación.
• ≤ 100 ms del modo “Idle” a un estado activo.
• ≤ 50 ms del estado “Dormido” al estado activo.

54

Latencia del plano usuario:
Tiempo de tránsito unidireccional entre el instante en que un
paquete está disponible en la capa IP del nodo UE y el instante en
que lo está en el nodo frontera de la red de acceso (RAN)
Latencia inferior a 5 ms en condición descargada: Un único usuario
y un solo flujo de datos, para un paquete IP mínimo: Cabecera IP +
carga útil de 0 bytes.

55

Movilidad
• E-UTRAN estará optimizada por velocidades de vehículos reducidas;
de 0 a 15 km/h.
• Con buena calidad, entre 15 y 120 km/h.
• Se mantendrá con alguna degradación hasta 350 km/h.

Cobertura
• Los objetivos básicos deben alcanzarse en células de hasta
5 km de radio.
• Con ligera degradación, hasta 30 km de radio.

56

Flexibilidad de espectro
• E-UTRAN debe funcionar con diferentes anchuras de banda:
1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20 MHz
Para UL y DL, en bandas emparejadas (paired bands) y no
emparejadas (unpaired bands).

Modos:

Frequency Division Duplex (FDD) y
Time Division Duplex (TDD)

Modo paquetes; compartición de recursos tiempo-frecuencia
57

ARQUITECTURA Y MIGRACIÓN

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

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

Soportará QoS de extremo a extremo.
Facilidades de migración e interfuncionamiento

58

Arquitectura general

59

Arquitectura de protocolos de la interfaz
radio LTE
Layer 3

Layer 1

Control / Measurements

Layer 2

Radio Resource Control (RRC)

Logical channels
Medium
(MAC)

Access

Control
Transport channels

Physical layer

60

Canales lógicos LTE
Definen el tipo de información a transmitir
• BCCH ↓: Broadcast Control Channel
Difusión de información del control de sistema.

• PCCH ↓: Paging Control Channel
Aviso a UE con ubicación no conocida.

• CCCH↑↓: Common Control Channel.
Información de control hacia/desde un UE cuando no hay asociación
confirmada UE-eNB.

61

• DCCH↑↓: Dedicated Control Channel.
Información de control hacia/desde un UE para configuración individual.

• DTCH↓↑: Dedicated Traffic Channel
Datos de usuario hacia/desde un UE.

• MCCH↓: Multicast Control Channel
Información de control para recepción múltiple.

• MTCH↓: Multicast Traffic Channel
Datos para servicios MBMS.

62

Canales de transporte
Establecen

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

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

En cada TTI hay un TrBk de tamaño igual a la tasa binaria en kb/s.
Con MIMO puede haber dos TrBk por TTI.

El formato de transporte TF (Transport Format) proporciona el tamaño

del TrBk, (TBS, Transport Block Size),modulación y puerto de antena,
entre otros datos.
63

Canales de trasporte descendentes

•

BCH: Broadcast Channel.
Formato fijo.
Debe difundirse entoda la célula.

•

PCH: Paging Channel
Debe difundirse en toda la célula.
Soporta recepción discontinua (modo DRX).

•

DL-SCH: Downlink Shared Channel
Para datos y control.
Soporta HARQ, planificación (scheduling) t,f
Multiplexación espacial (MIMO), Adaptación dinamica de tasa y
configuración de haces de antena.

•

MCH: Multicast Channel.
Debe difundirse en toda la célula.
Soporta asignación semiestática de recursos.
64

Canales de transporte ascendentes

• UL-SCH: Uplink Shared Channel
Para datos y control.
Soporta HARQ y adaptación dinamica del enlace.
Asignación semiestática de recursos.
Posibilidad de configuración de haces de antena.

• RACH: Radom Access Channel
Para acceso inicial UE a la red.
Riesgo de colisión. Control de contienda.

65

Correspondencia Canales LógicosCanales de Transporte
Enlace Descendente
PCCH

BCCH

CCCH

DCCH

DTCH

MCCH

MTCH

Canales
Lógicos

MUX

MUX

DEMUX

DEMUX

Canales
de
Transporte

PCH

BCH

DL-SCH

66

MCH

Correspondencia Canales LógicosCanales de Transporte
Enlace Ascendente
CCCH

DCCH

DTCH

Canales
Lógicos

MUX
DEMUX

Canales
transporte

RACH

UL-SCH

67

LTE: características portador radio
Interfaces radio

• Tecnología DL: OFDMA
• Tecnología UL: SC-FDMA

Modulación de datos

• DL: QPSK, 16 QAM, 64 QAM
• UL: BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM

Cabezales RF: MIMO
• DL: 2 Tx / 2 Rx
• UL: 1 Tx / 2 Rx

Codificaciones

• Turbocódigos

Canales

• No hay canales dedicados
68

Descripción General de la Capa Física
Acceso múltiple
• DL: OFDM con CP.
• UL: SC-FDMA con CP
• Dos modos dúplex: FDD (frecuencias emparejadas) y TDD (frecuencias no
emparejadas).

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

69

Canales Físicos
Constituidos

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

Hay 9;

6 descendentes y 3 ascendentes.

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

70

Canales Físicos Descendentes
PBCH:

Physical Broadcast Channel
Transmite información específica de la célula
Modulación: QPSK

PMCH:

Physical Multicast Channel
Difunde información para el servicio MBMS.
Modulaciones: QPSK, 16QAM, 64QAM.

PDCCH:

Physical Downlink Control Channel
Planificación de UE; Acuses de recibo (ACK/NACK)
Modulación: QPSK

71

PDSCH:

Physical Downlink Shared Channel.
Envío de datos de usuario y avisos.
Modulaciones: QPSK, 16QAM, 64QAM.

PCFICH:

Physical Control Format Indicator Channel.
Indica el número de símbolos de PDCCH por subtrama
(1, 2, 3 o 4).
Modulación: QPSK.

PHICH:

Physical Hybrid ARQ Indicator Channel.
Lleva la información de HARQ: ACK/NACK y RV.
Modulación: BPSK en ejes I,Q con códigos expansores Walsh

72

Canales Físicos Ascendentes
PRACH:

Physical Random Access Channel.
Para envíos preámbulos de acceso.

PUCCH:

Physical Uplink Control Channel.
Planificación UE, ACK/NACK.
Modulaciones: BPSK, QPSK.

PUSCH:

Physical Uplink Shared Channel.
Envío datos de usuario.
Modulaciones: QPSK, 16QAM, 64QAM

73

Correspondencia Canales de Transporte –
Canales Físicos
Enlace Descendente

Canales de

PCH

BCH

DL-SCH

CFI

MCH

HI

DCI

Información

Transporte

de
Control

Canales
Físicos

PBCH

PDSCH

PMCH

PCFICH

74

PHICH

PDCCH

Enlace Ascendente
Canales de
Transporte

RACH

UL-SCH

UCI

Información de
Control

Canales Físicos

PRACH

PUSCH

PUCCH

75

Estructura Temporal de la Capa Física
1. En el dominio del tiempo:
•
•

Tramas y subtramas temporales
Referencia temporal común. Unidad de tiempo Ts

Ts =

1
1
segundos ⇒
µs = 0,033µs
15.000.2048
30,72

1 1
1
Ts = ⋅
; TS − LTE = ⋅ Tchip −UMTS
8 3,84
8

Así se tiene un reloj único en los terminales binormal.
76

Periodo de trama
T f = 307 ⋅ 200 ⋅ Ts ⇒ 10 ms

Hay 2 clases de tramas:
• Trama Tipo 1 para modo FDD
• Trama Tipo 2 para modo TDD

77

La trama tipo 1, consta de:
• 20 Intervalos (TS, Time Slots) de 0,5 ms, numerados de 0 a 19.
• 10 subtramas (SF, Subframes) de 1 ms, numeradas de 0 a 9.

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

TTI (Transmisión Time Interval) = 1 ms.

78

2. En el dominio de la frecuencia:
 N subportadoras consecutivas, separadas entre si 15 KHz, que
c



se manejan en bloques de 12.
La configuración en banda de base para el DL es de dos grupos
de Nc /2 subportadoras cada uno y la frecuencia central (“DC
carrier”) no se utiliza. En ella irá la portadora RF en la
modulación final.
Nsc /2
Nsc /2

DC
15

B
W

Anchura de banda:

BW = 0,15 ⋅ ( N c + 1)
Ejemplo : N c = 72

( MHz )
BW = 1,095MHz

79

Recursos Físicos
El recurso físico elemental es bidimensional: tiempo-frecuencia.
Se denomina RB (Resource Block) o PRB (Physical Resource Block).
Está constituido por:

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

• 12

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

En la variante de difusión MBMS, el PRB tiene 3 símbolos por TS y 24
subportadoras separadas 7,5 KHz. La anchura de banda es también
180 KHz.
80

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

Todas

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

El número de RB puede variar entre:
1 ≤ NRB ≤ 110
tanto para el enlace ascendente como para el descendente.

81

Recursos para las anchuras de banda
estándar
Anchura de
Banda
nominal

1,4

3

5

10

15

20

1,08

2,7

4,5

9

13,5

18

6

15

25

50

75

100

72

180

300

600

900

1200

(MHz)
Anchura de
Banda
ocupada
Transmisió
n (MHz)
Número de
RB

Número de
Subportado
ras

82

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

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

7 -> [ 1 x (160 + 2048) + 6 x (144 + 2048)] x TS = 15.360 x [1 / (15000 x 2048)] = 0,5 ms
6 -> [ 6 x (512 + 2048)] x TS = 15.360 x [1 / (15000 x 2048)] = 0,5 ms
3 -> [ 3 x (1024 + 4096)] x TS = 15.360 x [1 / (15000 x 2048)] = 0,5 ms
83

Estructura del slot temporal

TS =

1
= 32,55 ns
15000 ⋅ 2048

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

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

► El de la figura superior, con 7 (1+6) símbolos-OFDM, y prefijo cíclico normal.
► Un segundo con 6 símbolos-OFDM iguales, con 2.048 elementos por símbolo y prefijo cíclico extendido de 512 elementos.

► Un tercero, con 3 símbolos-OFDM iguales, con 4.096 elementos por símbolo (Δf = 7,5 kHz) y prefijo cíclico extendido de 1.024 elementos.
84

El PRB se describe en términos de la rejilla de recursos (Resource

Grid). Cada elemento de la rejilla se denomina Elemento de
Recursos (Resource Element, RE).
Un RE es una subportadora modulada con M niveles (M = 4, 16,
64 según sea QPSK, 16 QAM o 64 QAM) en el tiempo de un
símbolo,
RB
SC
La rejilla tiene:

N RE = N RB × N SC × N RE

elementos de recursos
Ejemplo

RB
SC
N RB = 1 N SC = 12 N RE = 7

N RE = 1× 12 × 7 = 84
85

Rejillas de recursos para UL Y DL

86

Ejemplo: Trama, RB y RE

87

Capacidades básicas de LTE
1. Número de RE por trama:
Trama
N RE =

slot
N RB ⋅12 ⋅ N symb ⋅ 20

CP − N

Trama
N RE = 1680 ⋅ N RB

CP − E

Trama
N RE = 1440 ⋅ N RB

Los cálculos de la capacidad real se realizan evaluando el número
de RE/trama disponibles para datos y descontando los utilizados
para señalización y control.
88

2. Número de bits y Tasa binaria por RE
RE
N bits = log 2 M

RRE

(bits )

RE
N bits
=
= 2 ⋅ N symb ⋅ log 2 M
0,5 / N symb

(

)

( Kb / s )

RRE = 14 ⋅ log 2 M ( Kb / s )

•

CP normal

•

RRE = 12 ⋅ log 2 M ( Kb / s )

CP extendido
89

3. Número de bits y Tasa binaria por RB
RB
slot
N bits = 12 ⋅ N symb ⋅ log 2 M (bits )

RRB

RB
N bits
slot
=
= 24 ⋅ N symb ⋅ log 2 M ( Kb / s ) = 12 ⋅ RRE
0,5

90

4. Número de bits por subtrama

SF
slot
N bits = N RB ⋅12 ⋅ 2 ⋅ N symb ⋅ log 2 M

(bits )

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

91

Ejemplo (CP normal)

N RB = 6 ;

slot
N symb = 7 ; M = 16(16QAM )

SF
N bits = 24 ⋅ 6 ⋅ 7 ⋅ 4 = 4032 bits

RSF = 4032 Kb / s ⇒ 4,032 Mb / s

92

Tasas binarias en LTE
Dependen de los siguientes parámetros de configuración:

• Número de bloques de recursos asignados
• Tipo de prefijo cíclico
• Tara de los canales de control
• Utilización de MIMO
• Cobertura radio
• Modulación
• Tasa del código de canal

93

Capacidades brutas LTE
TASAS BINARIAS MÁXIMAS (Mb/s) CP NORMAL
BW
(MHz)

1,4

3

5

10

15

20

NRB

6

15

25

50

75

100

R(QPSK) 2,016

5,040

8,400

16,800

25,200

33,600

R(16QA
M)

4,032

10,080

16,800

33,600

50,400

67,200

R(64QA
M)

6,048

15,120

25,200

50,400

75,600

100,800

MIMO
2X2
64QAM

12,096

30,240

50,400

100,800

151,200

201,600

94

Señales Físicas
Las

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

En el enlace descendente hay tres:
• PSS (Primary Synchronization Signal)
Obtención temporización intervalo y parte de la identidad de la célula.

• SSS (Secundary Synchronization Signal)
Obtención temporización trama e identidad completa.

• RS (Reference signal)
Estimación función de transferencia del canal DL.

95

En el enlace ascendente hay dos:
• DMRS: Demodulation Reference Signal
Sincronización y estimación del canal UL

• SRS: Sounding Reference Signal
Estimación de canal para planificación de frecuencia en el UL.

96

Sincronización

97

Señales de referencia DL
• Identifican el puerto de antena (AP)
• Adquirida la sincronización mediante las señales PSS y SSS, el
UE puede evaluar la respuesta del
canal, amplitud y fase, mediante
las Reference Signals (RS).
RS
• Las RS se transmiten cada seis
subportadoras (dominio espectral),
en los símbolos-OFDM 1º y 5º de
cada slot (con prefijo cíclico
normal) o en los símbolos 1º y 4º
(con prefijo cíclico extendido).
•Se usa salto de frecuencia.
98

Señales de Referencia (dos antenas)
Para 2 AP los RE utilizados se alternan dejando huecos en los no
usados.

99

Señales de Referencia DL (1,2,4 antenas)
Las RS se generan mediante el producto de una secuencia
ortogonal y otra pseudoaleatoria. Sólo existen 510, y se
asigna una a cada célula, actuando como identificador de
célula.

100

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

• Ocupa

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

• No usa los RE ocupados por las señales de referencia.
• Modulación QPSK.
• Cada Antena Port radia su propio PBCH.

101

Canal PDCCH
• Lleva los DCI (Downlink Control Information) y HARQ.
• Puede usar de 1 a 4 símbolos.
• Consiste en uno o más CCE (Control Channel Element).
• Cada CCE consta de 9 REG (Resource Element Group) con 4 parámetros
cada REG:

› Asignación bloques de recursos.
› Ajuste modulación-codificación.
› Control de potencia.
› Versión de redundancia HARQ

codificados con 4 símbolos PSK en otras tantas subportadoras.

• En

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

102

Canal PDSCH
• Transporta los paquetes de datos de usuarios, con TTI =1 ms.
• Transporta los SIB (System Information Blocks).
• Transporta los avisos.
• Asignado por planificación (scheduling).
• Modulaciones QPSK, 16QAM, 64QAM.
• Turbocódigos 1/3 con HARQ.
• Diferentes modos: diversidad, mux espacial.
• Sus RB y caudales se reparten entre las conexiones activas, según el DCI.
• Ocupa los RE no utilizados por RS, PSS, SSS, PBCH y PDCCH.

103

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

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

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

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

104

CANAL PHICH
Retorna confirmaciones ACK/NACK de los datos UL enviados por
el PUSCH.
Estructurado en Grupos. Cada grupo múltiples
diferenciados por secuencias ortogonales de bits.

PHICH

Un

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

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

Usa modulación BPSK por lo que consta de 12 bits.
Puede

tener una duración normal (1º símbolo de la subtrama) o
extendida (en los 3 primeros María Hernando de la subtrama).
José símbolos Rábanos
105

Proyección Canales-medios Físicos
Ejemplo de proyección en DL (con prefijo cíclico normal)

106

Visión Proyección Tiempo-frecuencia

Ejemplo de proyección en DL

107

Señales de Referencia UL
Hay 2: DMRS Y SRS.

La

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

para la

Hay 2 tipos:

• DMRS para el PUSCH.
• DMRS para el PUCCH.

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

La DMRS/PUCCH va en los símbolos 2, 3, 4 del PUCCH.
108

asignado al

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

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

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

109

Canales Físicos UL
Canal PUSCH
• Transporta

datos de usuario, información de control del
DMRS insertada.

UE (UCI) y la

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

• Usa modulaciones

1 subtrama (2 slot = 1ms)

QPSK,16-QAM o
64-QAM

PUSCH
DMRS para PUSCH

• Canal compartido por todos los UE.
110

Canal PUCCH
• Transporta

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

• El UE sólo utiliza PUCCH si no tiene datos de usuario que transmitir. En
caso contrario,
usuario.

multiplexa en PUSCH la información de control y de

• Tiene seis formatos, y usa modulaciones BPSK o QPSK
•

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

111

Canal PRACH
• Se utiliza para la transmisión de los preámbulos de acceso

aleatorio a fin
de iniciar el proceso de acceso para establecer una sesión de datos, para
el traspaso o para calcular el TA (Time Advance).

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

una secuencia de acceso (TSEQ),

precedida por un prefijo cíclio (TCP).

• El

PRACH se genera en el dominio espectral, mediante secuencias de
Zadoff-Chu.
112

Ubicación del PRACH

113

Ejemplos de Caudales Máximos en
PDSCH (Mb/s)
Descontados los RE utilizados por canales prioritarios
CP normal; 2 símbolos PDCCH; Tasa de código: 1
BW(MHz)

1,4

3

5

10

15

20

QPSK

1,5

4

6,8

13,7

20,6

27,5

16QAM

3,1

8,1

13,6

27,4

41,2

55,0

64QAM

4,6

12,1

20,4

41,1

61,8

82,5

64QAAM
2x2
MIMO

8,8

23,1

39,0

78,5

118,1

157,7

114

PROCESADO DE SEÑAL
En primer lugar, al “transport block”, paquete de datos entregado por la

capa MAC, se le añade un CRC (Cyclic Redundancy Check),
compuesto por bits de paridad, para la detección de errores.

En LTE existen CRC de 24 bits (CRC24A y CRC24B, para los canales

DL-SCH, PCH, MCH y UL-SCH), de 16 bits (CRC16, para el canal
BCH) y de 8 bit (CRC8).

Si el resultado de “transport block” más el CRC es superior a 6.144

bits, tamaño máximo del “code block”, se procedería a la
segmentación de aquel, añadiendo el correspondiente CRC a los
segmentos resultantes.

115

Paquete de datos facilitado
por la capa MAC
(Medium Access Control)
Cálculo del CRC
(Cyclic Redundancy Check)
en base a la totalidad
del Transport Block

Segmentación
(si TransportBlock+CRC > 6.144 bits)
y cálculo de CRC para cada Code Block

116

Procesado DL
Procesado genérico de un canal
en downlink (DL)
de Transporte o de Control
(figura de la izquierda)
proyectado sobre un canal físico
con multiplexación espacial
(figura inferior).
Dos “code word”,
o streams de datos diferentes.

117

Procesado UL
 El UL-SCH (UpLink Shared
CHannel) se proyecta en el
PUSH (Physical Uplink Shared
CHannel) cada 1 ms (TTI,
Transmission Time Interval, de
1 ms).
 Además del tráfico de datos,
transporta también información
de control: CQI (Channel
Quality
Indicator),
PMI
(Precoding Matrix Indicator), RI
(Rank Indication), HARQ,..

118

Algoritmos de Planificación
Propietarios de los fabricantes, son alguna
• Round Robin: Equitativo pero ineficiente
• Mejor SNR: Eficiente pero no equitativo
• Proportional Fair: Hibrido, se basa en

variante de:

SNR y en la “historia” de las

conexiones

119

ADAPTACIÓN DEL ENLACE


La Técnica LA (Link Adaptation) es esencial en LTE
Se basa en el proceso AMC: Adative Modulation and Coding que
tiene dos fases:

1.

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

2. Se envía la información de AMC mediante el parámetro CQI (Channel

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

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

120

Relación SINR según el caudal

SINR (dB)

121

En la figura se aproxima el comportamiento de un enlace descendente
simulado comparado con la cota de Shannon.
Se observa una saturación cuando se alcanza la capacidad máxima del
PDSCH.
La línea roja escalonada corresponde a diferentes esquemas de
modulación y codificación.
La línea verde es una interpolación que se usa para el cálculo de la SNR.
La SNR incluye el ruido y la interferencia por eso se la suele designar
como SINR

122

Bandas de frecuencias LTE
E-UTRA

Uplink (UL) operating band

Downlink (DL) operating band

Duplex

Opening Band

BS receive UE transmit

BS transmit UE receive

Mode

FUL_low – FUL_ high

FDL_low – FDL_ high

1

1920 MHz – 1980 MHz

2110 MHz – 2170 MHz

FDD

2

1850 MHz – 1910 MHz

1930 MHz – 1990 MHz

FDD

3

1710 MHz – 1785 MHz

1805 MHz – 1880 MHz

FDD

4

1710 MHz – 1755 MHz

2110 MHz – 2155 MHz

FDD

5

824 MHz – 849 MHz

869 MHz – 894 MHz

FDD

6

830 MHz – 840 MHz

875 MHz – 885 MHz

FDD

7

2500 MHz – 2570 MHz

2620 MHz – 2690 MHz

FDD

8

880 MHz – 915 MHz

925 MHz – 960 MHz

FDD

9

1749.9 MHz – 1784.9 MHz

1844.9 MHz – 1879.9 MHz

FDD

10

1710 MHz – 1770 MHz

2110 MHz – 2170 MHz

FDD

11

1427.9 MHz – 1447.9 MHz

1475.9 MHz – 1495.9 MHz

FDD

12

699 MHz – 716 MHz

729 MHz – 746 MHz

FDD

123

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

•

Geometría celular: Relación señal/interferencia

g=

psc
poc

• p : Potencia deseada (misma célula)
• p : Potencia interferente (otras células)
sc

oc

Suponiendo potencias medias iguales, el cociente depende
solo de la geometría José María Hernando Rábanossector, punto de
celular (omni,
evaluación), de ahí su nombre. 124

Reutilización de las frecuencias en LTE
celular
Se contemplan distintas posibilidades con utilización completa (Factor
de reutilización 1) o fraccional.

125

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

Categoría
1

2

3

4

5

Tasa Máxima
DL (Mb/s)

10

50

100

150

300

Tasa máxima
UL (Mb/s)

5

25

50

50

75

TBS
máximo
DL (bits)

10296

51024

102048

149776

299552

Anchura banda
(MHz)

20

20

20

20

20

Modulación DL
máxima

64QAM

64QAM

64QAM

64QAM

64QAM

Modulación UL
máxima

16QAM

16QAM

16QAM

16QAM

64QAM

MIMO DL

Opcional

2x2

2x2

2x2

4x4

126

Estimación del número usuarios
Se puede estimar mediante la expresión:

N sub =

Ccap × LBH
( Rsub / O factor )

× N sec tor

Ccap: Capacidad de la célula
LBH: Carga media en hora cargada
Rsub: Tasa binaria requerida por usuario
Ofactor: Factor de sobrecarga (overbooking)
Nsector: Número de sectores
127

Ejemplo
Ccap: 35 Mb/s.
Terminal UE cat 1

Rsub = 10 Mb/s

LBH: 50%
Nsector: 3
Ofactor: 20

N sub

3 × 35 × 0,5
=
= 105
(10 / 20)

128

129

INTRODUCCIÓN A LTE-Advanced (LTE-A)
LTE-A

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

Se

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

129

Básicamente

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

• Agregación de portadoras (carrier aggregation)
• Mejoras en multiantenas.
• Mejoras para despliegues jerárquicos
• Transmisión multipunto coordinada (CoMP)
• Repetidores

130

Agregación de portadoras
Amplia

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

Esto

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

Las

portadoras a agregar se llaman componentes (component
carriers)

131

Hay tres posibilidades de agregación:
• Intrabanda con componentes contiguas
• Intrabanda con componentes no contiguas
• Interbanda, que combina componentes de bandas diferentes, por
ejemplo 800 MHz y 2600MHz.

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

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

En

la transparencia siguiente se muestra un ejemplo de agregación
intrabanda de tres portadoras contiguas.
132

133

134

Técnicas multiantena

 En

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

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

134

135

Mejoras para despliegues
 Una de las tendencias que se vislumbran para el futuro de las

redes móviles de datos es la coexistencia de un despliegue de
macrocélulas con otros de tipo picocelular y femtocelular.
LTE-A incluye algunas mejoras para facilitar la “convivencia”
entre estas estructuras.
Por ejemplo si en una red coexisten e-Nodos B de baja
potencia (femtocélulas) con macrocélulas, puede haber
problemas para decidir a que célula debe engancharse un
terminal.
Puede no ser suficiente un criterio de menores pérdidas, sino
que pueden intervenir aspectos de capacidad (un eNB con
peor señal puede proporcionar mayor tasa que otro de mejor
señal pero congestionado), de tarifas (puede ser más barato
conectarse a un femto) o de autorización (un usuario puede no
estar autorizado a conectarse a un femto).
135

En LTE hay un método para la coordinación de la interferencia entre

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

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

También

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

Se configura que subtramas deben usar los terminales para estimar el
canal, evitando las interferidas que podrían conducir a una estimación
errónea.
136

Multipunto Coordinado CoMP
Tiene

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

Consiste

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

137

Requiere

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

Hay dos modos de funcionamiento:

• Transmisión conjunta desde múltiples eNBs a un solo UE.
• Selección dinámica de células, con transmisión desde un único UE.

Requisitos básicos:
• Realimentación

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

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

138

CoMP en DL
El UE responde como si se tratase de una transmisión desde un solo

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



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



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

139

El

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



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

140

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

Concepto

muy parecido a la macrodiversidad usada en WCDMA y

HSPA.

141

LTE relay: Repetición Regenerativa
Es

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

El

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

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

El

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

142

143

Ejemplo:

143

144

Los regeneradores pueden soportar funcionalidades de capas

altas, por ejemplo decodificar datos de usuario desde el eNB
donante y decodificarlos antes de su envío al UE.

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

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

144

145

Se han especificado dos tipos de regeneradores:
• Tipo 1: El regenerador tiene su propia identidad y transmite

sus propios canales de sincronización y simbolos de
referencia. El UE lo “ve” como un eNB convencional.

• Tipo 2: El regenerador carece de identidad y se asemeja al

eNB donante. Un UE en su zona de cobertura no puede
distinguirlo del eNB.

145

146

Redes self-configuring and self-optimizing
(SON)
La

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

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

El 3gpp ha abierto un tema de estudio sobre este asusto que se

desarrolla en el TR36.902 y que incluye “casos de utilización” (uses
clases), para aplicación de los conceptos de SoN y la definición de
medidas, procedimiento e interfaces abiertas para soportar la
operabilidad en un entorno de múltiples proveedores.
146

147

Se prevén los siguientes casos:
• Optimización de la cobertura y capacidad.
• Ahorro energético.
• Reducción de interferencias.
• Configuración automática de la identidad

de la célula física

(Phy_ID).
• Optimización de la movilidad: mejora de los procedimientos de
handover y reparto de la carga celular.
• Optimización del acceso RACH.
• Automatización función colindancia.
• Coordinación interferencia intercelular.
147

BIBLIOGRAFIA
 LTE, The UMTS Long Term Evolution.
S.Sesia, I. Tonfik, M. Baker.
John Wiley, 2009
 LTE: Nuevas tendencias en Comunicaciones Móviles.
R. Agusti y otros.
Fundación
Vodafone
España,
2010.
Disponible
en
htpp://fundacion.vodafone.es/static/fichero/pre_ucm_mgmt_002620.pdf
3G Evolution:HSPA and LTE for mobile broadband.
E. Dahlman, S. Parkvall
 Fundamentals of wireless Communicatión
D. Tese, P. Visawanath
Cambidge University Press, 2005
 LTE and the Evolution to 4G wireless.
M. Rumney
Agilent Technologies, 2009
 Long Term Evolution in bullets
Chris Johnson, 2012
148

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