Capitulo 3- Fundamentos de Lte
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Aspectos basicos de LTE
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A partir del Release 9 dan las especificaciones de LTE-Advanced. El Release
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10 fue terminado en marzo de 2011 para definir la tecnología 4G de acuerdocon las especificaciones de IMT-Advanced de la ITU; se describe laagregación de portadoras y las estaciones relevo (este tema se continua en elRelease 11).
En septiembre de 2012 se concluyó el Release 11, donde se presentannuevas combinaciones para agregación de portadoras, mejoras en MIMO y enlas estaciones de relevo, entre otros.
Se espera que para marzo del 2013 se concluya la primera etapa del Release3, y está planificado que se termine en el 2014. Entre los planes está MIMO3D y comunicación entre directa entre los móviles.
2Cap. 3. Fundamentos de LTE
Estos objetivos se establecieron con relación a las especificaciones de HSPA
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del Release 6.
3Cap. 3. Fundamentos de LTE
La arquitectura general de UMTS evolucionó para adaptarse muy bien a GSM
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y a los requerimientos de la 2G, con una topología en estrella donde un RNCpodía controlar cientos de Base Station o Nodo B sobre la interface IuB. Bajoeste concepto UTRAN CDMA tuvo que irse adaptando y mejorando lo queterminó con una arquitectura complicada en la cual no existe comunicacióndirecta entre las BS o Nodo B. A pesar de que el Nodo B es muy sencillo, elRNC es complejo y se encarga del manejo del tráfico y de los recursos deradio.
E-UTRAN basado en OFDMA es muy sencillo, sólo tiene un elemento eleNodeB o eNodo B, el cual está directamente conectado al Core Network pormedio de la interface S1, y entre ellos por la interface X2. De esta forma lasmejoras que siempre son necesarias introducir se reparten entre en eNodo b yel Core Network. La conexión directa entre eNodos B contribuye a reducir lospaquetes perdidos en los móviles cuando se hace handoff.
La arquitectura de LTE y LTE-A es la misma, salvo por la incorporación enLTE-A del Relay. Las diferencias más marcadas están en las funcionalidades yen las capacidades, lo que por supuesto tiene más impacto en el software queen el hadware.
5Cap. 3. Fundamentos de LTE
La arquitectura de E-UTRAN es muy sencilla, está compuesta por los
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eNodeB, los cuales se pueden conectar al EPC (más específicamente alMME) o directamente entre ellos con las interfaces S1 o X2 respectivamente,como ya se ha mencionado. Los eNodeB permiten que los protocolos, tantodel plano de los usuarios como del de control, puedan comunicarse desde elUE hacia el EPC y viceversa.
6Cap. 3. Fundamentos de LTE
El HeNB GW hace el papel del MME para el HeNB, y el HeNB GW aparece
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ante e lMME como un eNB.
Las funciones soportadas por el HeNB son las mismas del eNB.
Esta arquitectura es válida para LTE Rel. 8 y LTE-Advanced Rel.10.
7Cap. 3. Fundamentos de LTE
Esta arquitectura sólo es válida para LTE-Advanced Rel. 10, ya que Rel 8 no
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soporta Relay.
8Cap. 3. Fundamentos de LTE
La función del eNB es trascendental, ya que el eNB concentra gran parte de la
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inteligencia de LTE para el manejo y control de todas las tecnologías queincluye. En el eNB se encuentra el Scheduler, la entidad lógica que hace laasignación de recursos tanto en el DL como en el UL.
9Cap. 3. Fundamentos de LTE
El MME se comunica con el eNB a través de la interface S1-MME para el
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plano de control. Las funciones del MME se clasifican en dos grandes grupos:
Funciones relacionadas con la gestión de los datos de los usuarios : Incluye elestablecimiento, mantenimiento y liberación de las conexiones de datos.
Funciones relativas a la gestión de la conexión: Incluye el establecimiento dela conexión y seguridad entre la red y el UE.
Es el nodo central que procesa la señalización entre el UE y el Core Network.Los protocolos que corren entre el UE y el core se conocen como NAS (Non-Access Stratum).
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Todos los paquetes IP de los usuarios son transferidos al S-GW, el cual hace
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el papel de un ancla local para los datos de usuarios cuando el UE hacehandover entre eNBs. En la VPLMN el S-GW recolecta información necesariapara la facturación, por ejemplo el volumen de datos enviado o recibidos porun usuario, también actúa en los procesos de intercepción legal. Tambiénsirve de ancla para el interworking con otras tecnologías 3GPP.
11Cap. 3. Fundamentos de LTE
Tiene como responsabilidad la asignación de direcciones IP a los UE, así
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como la ejecución de la QoS a través de la clasificación de los paquetes en elDL en los diferentes flujos de bits de acuerdo con sus parámetros de QoS.
También sirve como ancla para la movilidad para interworking con redes queno sean del 3GPP como WiMAX y CDMA2000.
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La Trama Tipo 1, tiene una duración de 10 ms y está formada por 20 slots de
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0.5 ms cada uno. Dos slots consecutivos forman una subtrama con unaduración de 1 ms.
Tanto en FDD como en TDD se disponen de 10 subtramas en un tiempo de 10ms. En FDD el UL y el DL están separados en frecuencia. Los equipos deusuarios (UE) half duplex no pueden transmitir y recibir al mismo tiempo.
Cuando se usa CP normal, el CP del primer símbolo dura 160Ts, y los 6restantes 144Ts, por lo que quedan (15360-1024)=14336Ts a repartir entre los7 símbolos OFDM, por lo que cada símbolo tiene una duración de(14336/7)=2048Ts= 66,666 µs.
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Podemos observar que la banda de operación de LTE es muy flexible. Para el
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caso de TDD todas las bandas están ubicadas a partir de 1850 MHz hasta2570 MHz.
Para FDD existen varias bandas, incluyendo la banda de 700 y 800 MHz, asícomo la banda de 2 GHz, los detalles se muestran en la tabla.
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El ancho de banda del canal es aquel que resulta después de realizar la
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canalización del espectro. Por su parte el Transmission BandwidthConfiguration está disponible para ser usado en forma efectiva, y elTransmission Bandwidth es el ancho de banda activo que se usa para unacomunicación en particular.
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Como veremos luego un RB es un recurso físico que tiene un ancho de banda
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de 180 KHz, de manera que la cantidad de RB, es decir del ancho de bandade transmisión, se ajusta en función del ancho de banda del canal.
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NOMENCLATURA
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NRBsc : Cantidad de Subportadoras en un Resource Block
NDLRB : Cantidad de Resource contenidos en el DL
NDLsymb: Cantidad de Símbolos SC-FDMA en el DL
Resource Block: Se define como NRBsc subportadoras consecutivas en el dominio de la
frecuencia y un slot OFDMA en el tiempo.
ESTRUCTURA DEL DL.
Los recursos a compartir se definen en el plano (tiempo,frecuencia) y se organizan en unamatriz de acuerdo con una estructura jerárquica.
Lo mínimo que se asigna en la matriz de recursos es un Resourse Element definido por elapuntador (k,l), donde k (0≤k ≤ NDL
RBxNRBsc-1) es el índice de la frecuencia y l (0 ≤ l ≤ NDL
Symb-1) el del tiempo. En un Resource Block (RB) hay 84 Resources Elements si el prefijo cíclico esnormal y 72 Resources Elements si el prefijo cíclico es extendido.
En el DL existen NDLRB y cada uno tiene NRB
sc subportadoras, de forma que en total existenNDL
RB x NRBsc subportadoras en el DL.
En el caso de múltiples antenas, se usa una asignación de recursos para cada una.
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NOMENCLATURA
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NRBsc : Cantidad de Subportadoras en un Resource Block
NULRB : Cantidad de Resource contenidos en el UL
NULsymb: Cantidad de Símbolos SC-FDMA en el UL
Resource Block: Se define como NRBsc subportadoras consecutivas en el dominio de la
frecuencia y un slot SC_FDMA en el tiempo.
ESTRUCTURA DEL UL.
Los recursos a compartir se definen en el plano (tiempo,frecuencia) y se organizan en unamatriz de acuerdo con una estructura jerárquica.
Lo mínimo que se asigna en la matriz de recursos es un Resourse Element definido por elapuntador (k,l), donde k (0≤k ≤ NUL
RBxNRBsc-1) es el índice de la frecuencia y l (0 ≤ l ≤ NUL
Symb)el del tiempo. En un Resource Block (RB) hay 84 Resources Elements si el prefijo cíclico esnormal y 72 Resources Elements si el prefijo cíclico es extendido.
En el UL existen NULRB y cada uno tiene NRB
sc subportadoras, de forma que en total existenNUL
RB x NRBsc subportadoras en el UL.
En el caso de múltiples antenas, se usa una asignación de recursos para cada una.
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Carrier Aggregation es una de las estrategias principales para alcanzar las
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Carrier Aggregation es una de las estrategias principales para alcanzar lasaltas tasas de transmisión establecidas por la ITU a través de losrequerimientos de IMT-Advanced
Es importante aclarar que en Carrier Aggregation, los CC no necesitan sercontinuos, pertenecer a la misma banda, o tener el mismo ancho de banda.Las diferentes combinaciones producen diferentes modos de operación delCA.
En el contexto de Carrier Agregation en LTE, una banda se refiere a aquellasdesignadas dentro del estándar. Así el término Intra-Band, hace referencia auna misma banda de acuerdo a la numeración del 3GPP. Por su parte eltérmino Inter-Band es la agregación entre dos bandas diferentes, es decir condiferente designación de acuerdo a la numeración del 3GPP.
Alcanzar las altas tasas de transmisión del orden de 1 Gbps requiere deanchos de banda mucho mayor de los que se usan en LTE Rel. 8. IMT-Advanced coloca un limite superior de 100 MHz con 40 MHz como mínimo.
En el caso de CCs contiguas la separación entre las frecuencias de lasportadoras debe ser un múltiplo de 300 KHz.
20Cap. 3. Fundamentos de LTE
La denominación de Multiple User o Single User, depende de la cantidad de
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usuarios que estén involucrados, sea en el DL o en el UL.
MU-MIMO en el DL
En MU-MIMO, en el DL, la información que se envía se reparte entre variosusuarios. En el caso arriba mostrado tenemos multiplexaje espacial ya que almismo tiempo se envían datos distintos por antenas distintas pero en lamisma frecuencia, es MU dado que se dirige a más de un usuario.
MU-MIMO en el UL
En este caso dos UEs trasmiten simultáneamente diferente información, cadauno usando sólo una antena Tx, ambos UEs transmiten a la mismafrecuencia, el eNB debe separarlas en función de sus propiedades espaciales.En este esquema se obtiene una ganancia en el UL como un todo, a pesar deque cada UE no ve aumentada su capacidad. Para el eNB es como si setransmitiera de un solo terminal que tiene varias antenas separadas en elespacio.
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En el UL la transmisión, vista por un UE, es Punto a Punto, es decir todos los
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UEs transmiten hacia el eNode B. Dado que el UE sólo tiene una antenatransmitiendo, no puede configurarse SU-MIMO en el UL.
En LTE-Advanced, aún en desarrollo, está previsto tener más de una antenatransmitiendo en el UE.
22Cap. 3. Fundamentos de LTE
Con el fin de mejorar la tasa pico por usuario y para dar cumplimiento a los
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requerimientos de IMT-Advanced, en LTE-Advanced se definen está 8 capasespaciales para el DL y hasta 8 receptores en el UE, lo que permite un MIMOde 8x8 para multiplexaje espacial.
Con relación al UL, el UE posee hasta 4 transmisores y el eNB hasta 4receptores para disponer así de un sistema MIMO 4x4.
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La columna 2 se refiere a la cantidad total de bits que el UE puede recibir en
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el UL durante un TTI de 1 ms. Es la cantidad total de bits contenida en todoslos transport Block que se envían al UE.
Por su parte la columna 3 se refiera a la cantidad máxima de bits que unTransport Block puede tener en el DSCH para un UE en una categoríaparticular
24Cap. 3. Fundamentos de LTE
La calidad del enlace de comunicación entre el UE y el eNB depende de
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muchos factores, entre otros, del path loss el cual depende directamente de ladistancia. A fin de alcanzar las altas tasas de transmisión es necesario tenerrelaciones SNR elevadas. Una de las estrategias para mantener un enlace decalidad elevada es reducir artificialmente la distancia entre el UE y el eNB através de uso de estaciones de relevo.
La idea del Relay es aumentar la cobertura del eNB, de esta forma el Relaymejora la calidad del enlace y se permite una tasa de transmisión que no seconseguiría con un eNB solo, denominado Donor eNB.
El término Backhaul Link se refiere al enlace entre el Relay y el eNB; mientrasque Access Link se refiere al enlace entre el UE y el Relay.
El Relay es un nodo fijo, la posibilidad de usar un relay móvil aún no estádeterminada y en la arquitectura sólo se contempla un Relay conectado aleNB; el Rel. 10, no contemple un Relay conectado a otro Relay.
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El RN se conecta al DeNB a través de la interface Un usando el mismo
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protocolo de radio y procedimientos que usa un Ue para conectarse a un eNBLa interface Un es una versión modificada de la interface E-UTRAN, ytransporta a S1-U y X2-U.
Nótese que la interface entre el DeNB y el MME/S-GW es S11, mientras queentre el eNB y el MME/S-GW se usa S1.
El DeNB aparece como un MME frente al RN, debido a que soporta S1-MME(S1-C). Por otro lado, dado que usa la interface S1-U, se presenta como unS-GW.
Y cuando usa la interface X2, se presenta como un eNB.
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26Cap. 3. Fundamentos de LTE
