INSTITITO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE ...grandes avances tecnológicos, empresas que...

INSTITITO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

IMPLEMENTACIÓN DE UN CODIFICADOR TURBO

PARA EL ESTÁNDAR LTE DE CUARTA GENERACIÓN

DE COMUNICACIONES MÓVILES EN UNA FPGA

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN

COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

PRESENTA

DANYEL BENGERAR MUÑOZ HERNÁNDEZ

ASESORES:

M. EN C. DAVID VÁZQUEZ ÁLVAREZ

M. EN C. GABRIELA SÁNCHEZ MELÉNDEZ

MÉXICO, D.F. NOVIEMBRE 2013

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “La técnica al servicio de la patria”

Muñoz Hernández Danyel Bengerar Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

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AGRADECIMIENTOS

Después de un largo camino de esfuerzo y sacrificio veo el cumplimiento de un

sueño que me tracé como una meta, sin embargo el éxito no hubiera sido posible

sin la intervención de muchas personas que me han apoyado a lo largo de la vida.

En estos momentos se me vienen a la mente muchos nombres y muchas

personas que de una u otra manera me han ayudado a lograr esta meta, tanto

familiares, como amigos y profesores. Me siento enormemente agradecido con la

escuela por cobijarme durante estos años y formarme como profesionista.

En esta ocasión, quiero resaltar mi agradecimiento hacia dos personas que han

intervenido de una manera muy importante en el cumplimiento de esta meta.

A mi madre:

No hay palabras que puedan describir el profundo agradecimiento que siento

hacia mi madre, por darme la vida y por ser mi ejemplo de lucha y constancia. Por

demostrarme que el amor hacia un hijo puede más que las adversidades y cuando

uno tiene los deseos de superarse no hay límites. Por haber forjado un hombre de

bien y haberme instruido en el camino de la verdad. Ya lo decía el Rey Salomón,

“Instruye al niño en su camino y aún cuando fuere viejo no ser apartará de él”.

A Anaideé:

Por el amor y comprensión desde que nos conocimos y por ser ella quien me

impulsó a cumplir este sueño. Porque durante la carrera, aún en la distancia,

estuvo involucrada con mis desvelos, frustraciones y alegrías. Por darme su amor

y apoyo incondicional, viendo siempre en mí un gran potencial. Por creer en mí y

que este sacrificio sería por el bien de los dos.



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CONTENIDO TEMÁTICO

OBJETIVOS ........................................................................................................... iv

JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................... v

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... vi

ESTRUCTURA ...................................................................................................... vii

CAPITULO 1

EVOLUCIÓN DE LA TELEFONÍA MÓVIL .............................................................. 1

1.1 Evolución de las tecnologías de telefonía móvil en el mundo ........................ 1

1.1.1 Sistemas de telefonía móvil 1G ............................................................... 1


1.1.3 Sistemas de telefonía móvil 2.5G ............................................................ 4


1.1.5 Sistemas posteriores a 3G ....................................................................... 9

1.1.6 Sistemas de telefonía móvil 4G (IMT-Advanced) ................................... 12

1.2 Evolución de la telefonía móvil en México.................................................... 15

CAPÍTULO 2

Long Term Evolution (LTE) ................................................................................ 19

2.1 LTE y LTE-ADVANCED ............................................................................... 19

2.1.1 De los circuitos conmutados al protocolo IP .......................................... 19

2.1.2 Características relevantes de LTE ......................................................... 20

2.1.3 Características relevantes de LTE-Advanced ........................................ 24

2.2 ARQUITECTURA Y COMPONENTES ........................................................ 25

2.2.1 Arquitectura genérica de los sistemas celulares .................................... 26

2.2.2 Arquitectura general de los sistemas 3GPP .......................................... 27

2.2.3 Arquitectura de LTE ............................................................................... 29

CAPITULO 3

CODIFICACIÓN DE CANAL EN LTE ................................................................... 33

3.1 LTE COMO UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN ........................................ 33

3.2 TEORÍA DE LA INFORMACIÓN .................................................................. 34

3.3 CODIFICACIÓN DE CANAL ........................................................................ 39



Página iii

3.3.1 Tipos de codificación ............................................................................. 39

3.3.2 Tipos de códigos .................................................................................... 39

3.4 CÓDIGOS CONVOLUCIONALES ............................................................... 41

3.4.1 Representación del codificador .............................................................. 43

3.5 CODIFICADORES CONVOLUCIONALES RECURSIVOS RSC ................. 49

3.6 CÓDIGOS TURBO ....................................................................................... 53

3.7 CÓDIGOS TURBO PARA LTE .................................................................... 56

3.7.1 Esquemas de codificación en LTE ......................................................... 56

3.7.2 Codificación turbo para LTE .................................................................. 57

CAPÍTULO 4

HERRAMIENTAS DE DESARROLLO.................................................................. 64

4.1 FPGA ........................................................................................................... 64

4.2 Bays2 ........................................................................................................... 66

4.3 VHDL ........................................................................................................... 69

4.4 SDK .............................................................................................................. 71

4.5 EPP .............................................................................................................. 71

4.6 Visual Studio ................................................................................................ 74

CAPÍTULO 5

IMPLEMENTACIÓN Y RESULTADOS ................................................................. 75

5.1 IMPLEMENTACIÓN ..................................................................................... 75

5.2 RESULTADOS ............................................................................................. 78

CONCLUSIONES ................................................................................................. 80

REFERENCIAS ..................................................................................................... 81



Página iv

OBJETIVOS

Objetivo general

Desarrollar un codificador de canal para la cuarta generación de

comunicaciones móviles en base al estándar LTE e implementarlo en

hardware en la tarjeta de desarrollo Basys2 para aplicaciones en

comunicaciones móviles de cuarta generación.

Objetivos particulares

Implementar en VHDL un codificador turbo para LTE.

Comunicar la tarjeta Basys2 con la PC para el envío de datos.

Diseñar un script en Matlab para comprobar el funcionamiento del

codificador.



Página v

JUSTIFICACIÓN

Al desarrollar un codificador de canal que cumpla los requerimientos del estándar

LTE, se puede integrar de manera homogénea en un sistema de comunicaciones

móviles que cumpla de igual modo con el estándar LTE.

Con el paso del tiempo si surgen mejoras o cambios en el codificador de canal, se

pueden realizar de una manera relativamente fácil, debido a que se puede volver a

reprogramar el dispositivo, lo que nos permite mantener el hardware y mediante el

cambio de algoritmo se pueden cambiar sus funciones.



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INTRODUCCIÓN

Hoy en día nos encontramos en un mundo que crece a pasos agigantados en el

mundo de la tecnología y las comunicaciones móviles constituyen un enfoque muy

importante en el desarrollo de ésta. Desde sus inicios el hombre ha buscado la

manera de encontrarse en constante comunicación y a través de su historia ha

encontrado diferentes maneras y se ha valido de los recursos que tiene a su

alcance. Con el avance de la ciencia y de la tecnología se hizo posible la

comunicación mediante ondas electromagnéticas hasta evolucionar a lo que hoy

conocemos como las comunicaciones móviles, en donde hoy podemos ver

grandes avances tecnológicos, empresas que ofrecen sus servicios asegurando

contar con lo más avanzado y estar a la vanguardia respecto a la tecnología.

Lo cierto es que hoy en día analizar un sistema de comunicaciones móviles resulta

demasiado complejo puesto que cada parte o cada bloque que conforman al

sistema es el resultado de muchos avances tecnológicos. Las comunicaciones

móviles se valen de los últimos avances en diferentes áreas de la tecnología para

poder integrarlos y formar un mejor servicio.

Este trabajo se enfoca en la realización de un codificador de canal basado en el

estándar LTE, que es el más avanzado tecnológicamente hablando. El codificador

es implementado en hardware, cumpliendo con los requerimientos del estándar,

garantizando así su fácil integración en cualquier sistema. Esto además trae

consigo la ventaja de que futuras mejoras o actualizaciones se puedan realizar

mediante software de manera más fácil.



Página vii

ESTRUCTURA

El trabajo se desarrolla partiendo en el primer capítulo con la historia de la

telefonía móvil para comprender los avances que ha tenido a lo largo de la

historia, las integraciones que se la han hecho y los problemas que han surgido.

La importancia de comenzar de esta manera es para comprender tanto la

tecnología empleada por la telefonía móvil así como el desarrollo de diferentes

estándares y grupos de investigación con el objetivo de desarrollar mejores

sistema. También se hace un análisis de la telefonía móvil en México así como de

su teledensidad.

Durante el capítulo 2 se abarca un panorama general del estándar LTE que es uno

de los más avanzados tecnológicamente hablando, se abarcan sus características

generales, así como los diferentes avances que presenta respecto a los sistemas

anteriores.

En el capítulo 3 se aborda la teoría de la información, la codificación de canal y los

diferentes tipos de codificadores hasta terminar en el codificador empleado por el

estándar LTE. Durante este capítulo se hace especial énfasis en los conceptos

básico de la teoría de la información, algunos teoremas muy importantes que

tienen gran importancia al momento del diseño del codificador. Se trata de hacer

ver la importancia que juega la codificación de canal en un sistema de codificación

y los límites que existen al momento de codificar la información. Se presta mucha

atención a los codificadores convolucionales debido a que son la base de los

codificadores turbos, éstos últimos empleados por el estándar LTE.

En el capítulo 4 se explican las herramientas utilizadas para la implementación del

codificador en hardware, se desarrolla una descripción de cada herramienta

utilizada y su papel que jugó durante la implementación. Se abarca desde la

tarjeta de desarrollo utilizada, así como las plataformas empleadas para realizar la

descripción del hardware.

En el capítulo 5 se muestra la implementación en base a toda la información

presentada en los capítulos anteriores. Se muestran también los resultados

obtenidos.



Página 1

CAPITULO 1

EVOLUCIÓN DE LA TELEFONÍA MÓVIL

En este primer apartado se trata de plantear un panorama general de la evolución

de las tecnologías de telefonía móvil desde la aparición de los primeros sistemas y

la manera en que evolucionaron desde su origen hasta nuestros días. Se trata de

hacer un recorrido histórico en los avances que hubo, los estándares que

surgieron así como los grupos de trabajo que se formaron en busca de enfrentar

los retos de la telefonía móvil. El panorama de la evolución de la telefonía se

plantea desde una perspectiva global y al final se abarca la evolución de la

telefonía móvil en México. El propósito de abarcar la evolución es para conocer la

importancia de la telefonía móvil en nuestros días, así como los retos que ésta

enfrenta.

1.1 EVOLUCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS DE TELEFONÍA MÓVIL EN EL

MUNDO

El desarrollo de las comunicaciones móviles ha sido tradicionalmente visto como

una secuencia de generaciones. La primera generación de telefonía móvil análoga

fue seguida por la segunda generación la cual fue digital. La tercera generación

fue prevista para permitir la transmisión multimedia de datos así como

comunicaciones de voz. La cuarta generación es un presente en la industria de las

telecomunicaciones que enfoca sus esfuerzos en la telefonía de voz sobre IP y un

incremento significativo en la velocidad de transferencia de datos.

1.1.1 Sistemas de telefonía móvil 1G

Las redes de la primera generación de celulares (1G) eran analógicas y orientadas

a circuitos conmutados, además limitadas a servicios y capacidades de voz

solamente. El método de acceso al medio que empleaban era FDMA, asignando

una frecuencia a cada usuario. Estas redes analógicas sufrían de altos niveles de

interferencia, lo cual producía una calidad en la llamada impredecible; también

padecían de un pobre handover1 que frecuentemente resultaba en conexiones

perdidas; otras desventajas de estas redes eran su baja capacidad y su casi nula

seguridad. Los dispositivos celulares debían de ser lo suficientemente grandes

para incorporar los radiorreceptores necesarios para capturar la señal analógica. A

pesar de todas las desventajas mencionadas, estos sistemas fueron desarrollados

1 Handover es un término en inglés que se refiere cuando un usuario se mueve de una célula de cobertura a otra mientras la llamada está establecida y la conexión (inalámbrica) pasa de una célula a otra.



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para uso comercial en varios países. El primer sistema fue el AMPS (“Advanced

Mobile Phone System”, Sistema avanzado de telefonía móvil)2, el cual fue

introducido en su fase de prueba en Nueva Jersey y Chicago en 1978; la

introducción oficial en Estados unidos tuvo que esperar puesto que habían

algunos problemas de regulación que la FCC (“Federal Communications

Commission”, Comisión Federal de Comunicaciones) tenía que arreglar y fue

hasta 1983 que fue oficial su lanzamiento. Otros sistemas fueron: el NMT “(Nordic

Mobile Telephone system”, Sistema Nórdico de Telefonía Móvil) en los países

nórdicos, TACS (“Total Access Communications System”, Sistema de

comunicación de acceso total) en Europa y J-TACS (“Japanese-TACS”, TACS-

Japonés) en Japón [1].


La segunda generación, la cual aún está presente en muchos países hoy en día,

se basó en las comunicaciones digitales, logrando con esto mayor capacidad,

mejor calidad de voz y posibilitando la transmisión de datos, aunque las redes

seguían orientadas a la transmisión de voz; además añadió otras características

como buzón de voz, llamada en espera e identificador de llamada. La introducción

de la tecnología digital permitió comunicar a más usuarios con el mismo espectro,

además de poder introducir mecanismos de seguridad, de igual manera utilizar

filtros digitales para el procesamiento de la voz. Los avances en la tecnología de

los chips digitales permitieron que los dispositivos celulares se pudieran reducir en

tamaño y peso. Todas las redes de la segunda generación proveían soporte para

comunicaciones de datos, con la excepción de TDMA, la cual usa CDPD (“Cellular

Digital Packet Data”, Paquetes de datos digitales para celular) para sus servicios

de datos. El rango de velocidades para transferencia de datos es entre 9.6 y 19.2

Kbps [1]. Esta velocidad es suficiente para aplicaciones de internet simples

basadas en WAP (“wireless Application Protocol”, Protocolo inalámbrico de

Aplicación) o mensajería de texto con SMS (“Short Message Service”, Servicio de

mensajes cortos), pero no es adecuada para aplicaciones de intercambio masivo

de datos.

Durante esta generación se desarrollaron muchos sistemas, de los cuales hay 4

predominantes:

D-AMPS (“Digital-AMPS”, AMPS digital).

CDMA (“Code Division Multiple Access”, Acceso múltiple por división de

código) IS-95.

2 El acrónimo AMPS después se adoptó como Analog Mobile phone system.



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GSM (“Global System for Mobile communications”, Sistema global para

comunicaciones móviles).

PDC (“Personal Digital Cellular”, Celular digital personal).

El digital AMPS o también conocido como D-AMPS o TDMA (“Time Division

Multiple Access”, Acceso múltiple por división de tiempo), el cual toma las

características del AMPS de la primera generación y le añade las ventajas de los

sistemas digitales; con D-AMPS el dispositivo celular puede conmutar el modo de

operación, ya sea analógico o digital.

IS-95 fue una solución basada en el acceso CDMA que Qualcomm introdujo en

1995, hoy en día se conoce como cdmaOne.

GSM es un sistema que en sus orígenes dominó rápidamente Europa y Asia, con

servicios adicionales como los populares SMS. Su velocidad de transferencia de

datos es de 9.6 Kbps [2].

En Japón el PDC se volvió el sistema número uno, sin embargo este sistema puso

a Japón en una situación difícil con un sistema que era incompatible con los otros.

Esta situación provocó que las operadoras japonesas buscaran nuevas

tecnologías. A finales de los 90’s cdmaOne comenzó a ganar terreno en el

mercado japonés, incrementando la presión para las existentes operadoras con

PDC.

Estas cuatro redes desarrolladas estaban basadas en diferentes tecnologías,

haciéndolas incompatibles entre ellas. Por otra parte, incluso en la misma red

había problemas de compatibilidad debido a la regulación del espectro de

frecuencias, por ejemplo en Europa, la red GSM opera en las bandas de los

900MHz y 1800MHz [1] mientras que en Norteamérica opera en la banda de

frecuencia de los 1900MHz [1]. Para arreglar estas diferencias se desarrollaron

dispositivos celulares que fueran de banda dual o triple y poder seleccionar las

diferentes frecuencias de la red GSM permitiéndole al usuario usar su mismo

dispositivo en diferentes países o incluso continentes.

Cuando se comenzaron a desarrollar aplicaciones con manejo de datos las redes

de la segunda generación resultaban en muchas ocasiones inadecuadas. Seguían

operando con conmutación de circuitos, lo cual es ineficiente y caro, además de

proporcionar velocidades de transferencia de datos muy limitadas. Las

necesidades de mayor capacidad, mayor velocidad de transferencia de datos y

cobertura global fueron el impulso para la introducción de redes de tercera

generación.



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1.1.3 Sistemas de telefonía móvil 2.5G

Las redes 2.5G son un paso hacia la tercera generación pero no son consideradas

aun parte de esta última. La gran diferencia que existe en las redes de esta

generación con respecto a las 2G es la evolución las de redes de circuitos

conmutados a paquetes conmutados, esta evolución trajo nuevas características,

dentro de las que destaca la alta velocidad de transferencia de datos de hasta

144Kpbs (Es un valor teórico en las redes 2.5G, en la práctica, un dato más

realista es de aproximadamente 40 a 56 Kbps) [1].

Las redes que surgieron como 2.5G fueron una evolución de GSM, entre las que

destacan 3:

HSCSD (“High-Speed Circuit-Switched Data”, Datos de alta velocidad por

circuitos conmutados): Esta red fue desarrollada para mejorar las bajas

velocidades de transferencia de datos de las redes GSM que eran de

alrededor de 9.6 Kbps y así poder alcanzar hasta 57.6 Kbps [2]. Es una

mejora a CSD (“Circuit Switched Data”, Datos por conmutación de circuitos)

que era la forma de transmisión de datos desarrollada para GSM. Así como

CSD, la asignación de canal es hecha por el modo de conmutación de

circuitos. La diferencia radica en la habilidad para usar diferentes métodos

de codificación e incluso múltiples slots para incrementar el rendimiento de

datos. CSD para GSM soporta un usuario por canal en un slot de tiempo,

sin embargo HSCSD otorga a un solo usuario acceso a múltiples canales

(hasta 4) en el mismo instante de tiempo. Esta red fue ofrecida

comercialmente por primera vez en 1999 por el operador escandinavo

Sonera (posteriormente conocido como TeliaSonera).

GPRS (“General Packet Radio Service”, Servicio general de paquetes de

radio): Esta red mejoró las capacidades de datos de las redes previamente

desarrolladas basándose en la conexión mediante conmutación de

paquetes. Permite las conexiones basadas en protocolos de internet los

cuales soportan un amplio rango de aplicaciones comerciales y

empresariales. Teóricamente esta red puede alcanzar velocidades de

transmisión de datos de hasta 171.2 Kbps, sin embargo los valores reales

rondan entre los 20 y 50 Kbps [1].

EDGE (“Enhanced Data Rates for Global Evolution”, Velocidades de datos

mejoradas para la evolución global): Esta tecnología es considerada en

muchos casos como 2.9G o en algunos casos como 3G, lo cual se puede

tomar como cierto puesto que cumple con los requerimientos de

velocidades y capacidades mínimas para ser considerada como una red



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3G. Sin embargo en este texto se describe dentro de la categoría 2.5

puesto que es parte de la evolución de las redes hacia 3G. EDGE es una

red que es una mejora para las redes GPRS, por ello también se conoce

como EGPRS (Enhanced GPRS). Los beneficios de EDGE sobre GPRS se

pueden ver en las aplicaciones que requieren una velocidad de

transferencia de datos, o ancho de banda altos, como video u otros

servicios multimedia EDGE puede alcanzar una velocidad de transmisión

de 384 Kbps, aunque el límite teórico se encuentra en los 473.6 Kbps

[3].Para ello introduce nuevos esquemas de modulación y codificación que,

junto con técnicas de control del enlace, pueden emplearse tanto en

servicios de conmutación de circuitos (voz) como en servicios de

conmutación de paquetes (datos). Una de sus principales ventajas en su

reducido impacto sobre la infraestructura de la red, las estaciones base de

GPRS y de EDGE emplean protocolos diferentes pero el núcleo de la red

sigue siendo el mismo. De hecho únicamente es necesario actualizar el

software encargado de la modulación y la codificación y ajustar los

protocolos que gestionan el enlace radio [4].


La tercera generación de sistemas móviles surgió como una solución a las

limitaciones de los sistemas de segunda generación, además de buscar poder dar

cobertura total al creciente número de usuarios y ofrecerles mejor calidad en las

aplicaciones de datos que ya se soportaban en los sistemas 2G y 2.5G en marcha.

La ITU (“International Telecommunication Union”, Unión internacional de

telecomunicaciones) comenzó a trabajar en esta generación en los 80’s, primero

bajo el nombre de FPLMTS (“Future Public Land Mobile Telecommunications

Systems”, Futuros sistemas de telecomunicación móvil terrestre) y posteriormente

denominado IMT-200 (“International Mobile Telecommunications”,

Telecomunicaciones móviles internacionales) [5].

La ITU durante el congreso WARC (“World Administrative Radio Conference”,

Conferencia administrativa mundial de radiocomunicaciones) de 1992 determinó

qué frecuencias serían recomendables para IMT-2000 decretándose en [6] 2

bandas de frecuencia 1885-2025 MHz y 2110-2200 MHz. Posteriormente en el

congreso WARC del 2000 se identificó que el espectro asignado en 1992 no era

suficiente para lograr una cobertura global de los dispositivos de tercera

generación además de que se esperaba un incremento de usuarios en los

siguientes años y se consideraban posibles implementación de nuevos servicios

sobre IMT-2000. A pesar de la divergencia en los deseos de los países por

http://es.wikipedia.org/wiki/Ancho_de_banda



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frecuencias adicionales, tres bandas comunes fueron aceptadas en el congreso

del 2000. Estas bandas fueron: 806-960 MHz, 1710-1885 MHz y 2500-2690 MHz

[7].

Figura 1.1 Asignación de frecuencias por la ITU.

IMT-2000 ofrece la capacidad de proveer valor agregado a los servicios y

aplicaciones mediante la base de un solo estándar. El sistema prevé una

plataforma para la convergencia de movilidad, datos, voz, internet y servicios

multimedia. Una de sus principales visiones es proveer una cobertura global,

permitiendo a los usuarios moverse a través de diferentes países o incluso

continentes manteniendo el mismo número y dispositivo móvil.

La ITU emitió la recomendación [8] en 1997 para especificar los sistemas IMT-

2000 con sus objetivos y características. Dentro de sus objetivos destacan los

siguientes:

Conseguir una cobertura global para los usuarios sin importar su ubicación

admitiendo la prestación de servició por más de una red cualquier zona de

cobertura



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Utilizar el espectro radioeléctrico de manera eficaz y económica con una

prestación de servicio a costos aceptables.

Proporcionar una arquitectura abierta que permita la fácil introducción de

los adelantos tecnológicos, así como diferentes aplicaciones.

Proporcionar una estructura modular que permita al sistema comenzar con

una configuración tan pequeña y simple como sea posible y crecer lo que

haga falta, tanto en tamaño como en complejidad, dentro de unos límites

prácticos.

Permitir velocidades de hasta 2Mbps en entornos fijos y de 144 Kbps en

entornos de alta movilidad, con capacidad para soportar aplicaciones

multimedia

Proporcionar niveles de seguridad adicionales (tanto para sevicios de voz

como de datos). Además de posibilitar el cifrado de extremo a extremo para

servicios de voy y de datos.

A finales de los 90’s hubo una fascinante carrera entre un número de campos para

convencer al mundo que sus ideas de 3G eran las mejores. Los diferentes

contendientes en esta carrera sabían que había muchas cosas que mejorar

respecto a los sistemas 2G, donde los estándares diferentes e incompatibles

provocaban una cobertura global difícil y muy costosa.

En 1998 se creó un grupo de colaboración dentro del marco de IMT-2000 bajo el

nombre de 3GPP (“3rd Generation Partnership Project”, Proyecto de colaboración

para la tercera generación) para armonizar una serie de estándares de diferentes

países, los cuales estaban basados en GSM. El objetivo original de 3GPP fue

producir especificaciones técnicas y reportes técnicos para sistemas de tercera

generación basados en las redes evolucionadas con núcleo GSM bajo el nombre

de UMTS (“Universal Mobile Telecommunications System”, Sistema universal de

telecomunicaciones móviles). Este nombre fue utilizado por muchos como un

término para referirse a la red de tercera generación de 3GPP. Los organismos

que pertenecen a este grupo de colaboración son:

ARIB (“Association of Radio Industries and Business”, Asociación de

industrias y negocios de radio) de Japón.

ATIS (“Alliance for Telecommunications Industry Solutions”, Alianza par alas

soluciones de las telecomunicaciones de la industria) de EUA.

CCSA (“China Communications Standard Associations”, Asociación china

de estándares de comunicaciones) de China.

ETSI (“European Telecommunications Standards Institute”, Instituto

europeo de estándares de telecomunicaciones) de Europa.



Página 8

TTA (“Telecommunications Technology Association”, Asociación de

tecnologías de telecomunicaciones) de Corea.

TTC (“Telecommunication Technology Committee”, Comité de teconologías

de telecomunicaciones) de Japón.

Los principales componentes de UMTS son las redes UTRAN (“UMTS Terrestrial

Radio Access Network”, Red de acceso radio terrestre UMTS) basadas en la

tecnología WCDMA (“Wideband Code Division Multiple Access”, Acceso múltiple

por división de código de banda ancha) y las redes evolucionadas con núcles

GSM (GPRS/EDGE).

3GPP utiliza un sistema paralelo de versiones para proporcionar a los

desarrolladores una plataforma estable para la implementación y para permitir la

adición de nuevas características requeridas por el mercado.

En Enero de 1998, la ETSI decidió escoger la tecnología WCDMA como la técnica

de acceso múltiple para el sistema móvil de tercera generación

WCDMA es una técnica de modulación del espectro extendido, la cual usa canales

con un ancho de banda más grande al de los datos a ser transmitidos. Esta

técnica de modulación codifica cada canal de tal modo que un decodificador,

sabiendo el código, puede capturar la señal deseada de las demás señales que

usan la misma banda, las cuales las considera como ruido.

De manera paralela a 3GPP se formó un grupo de colaboración para armonizar

estándares basados en CDMA y basarse en este sistema como núcleo para la

tercera generación, denominándose 3GPP2. El grupo de colaboración está

formado por los siguientes organismos:

ARIB de Japón.

CCSA de China.

TIA (Telecommunications Industry Association) de EUA.

TTA de Corea.

TTC (“Telecommunication Technology Committee”, Comité de tecnologías

de telecomunicaiones) de Japón.

3GPP2 por su parte implementó CDMA2000 como un sistema de tercera

generación, con un ancho de banda de 1.25MHz que incrementó las capacidades

de voz y servicios de de datos, además de soportar múltiples aplicaciones de

banda ancha como internet y descargas multimedia.



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CDMA2000 se basa en las ventajas de las tecnologías CDMA e introduce otras

mejoras, tales como multiplexación por división ortogonal de frecuencia (OFDM),

el control avanzado y los mecanismos de señalización, la mejora de las técnicas

de gestión de interferencias, calidad de Servicio (QoS) de extremo a extremo, la

técnica de antena de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) y formación de

haces para aumentar las velocidades de datos de rendimiento y calidad de

servicio, mientras que mejora significativamente la capacidad de la red y

reduciendo los gastos de envío.

1.1.5 Sistemas posteriores a 3G

3GPP en el 2001 introdujo una mejora en el soporte de descarga de datos a los

sistemas WCDMA mediante HSDPA (“High-Speed Downlink Packet Access”,

Acceso a los paquetes downlink de alta velocidad) consiguiendo una mayor

eficiencia en el espectro para velocidades más altas. Esencialmente esta

tecnología provee velocidades altas en el canal de bajada (downlink), en teoría

hasta 14.4 Mbps (y 20 Mbps con antenas MIMO - multiple input multiple output),

superando altamente a los 384 Kbps de UMTS, y aumentando así su eficiencia

espectral, lo que permite brindar mejores tiempos de respuesta en aplicaciones en

tiempo real como videoconferencia y juegos.

HSDPA realiza mejoras sobre los 5MHz de ancho de banda del canal de bajada

de W-CDMA (wideband CDMA) usando una técnica diferente de modulación y

codificación: modulación de amplitud en cuadratura 16QAM y codificación variable

de errores. HSDPA implementa un nuevo canal dentro de W-CDMA llamado HS-

DSCH (“High Speed Downlink Shared Channel”, Canal compartido para el

downlink a alta velocidad), este canal es compartido entre todos los usuarios

brindando altas velocidades de bajada, mejorando así también el uso del espectro.

HSDPA también implementa el Fast Packet Sheduling y también el HARQ.

En 2005 3GPP introdujo otra mejora a sus sistemas de tercera generación con

HSUPA (“High-Speed Uplink Packet Access”, Downlink Packet Access”, Acceso a

los paquetes uplink de alta velocidad ) que basándose en las mejoras de HSDPA

se introdujeron ahora en el canal de subida, merando sustancialmente la velocidad

para el tramo de subida desde el dispositivo hacia la red.

En su versión 7, 3GPP introdujo HSPA+, también conocido como HSPA

evolucionado con velocidades de hasta 84 Mbps de bajada y 22 Mbps de subida,

a través de una técnica multi-antena conocida como MIMO y modulación 64-QAM.

Sin embargo, estas velocidades representan picos teóricos que difícilmente se

llegan a alcanzar.



Página 10

Como una evolución de CDMA2000, 3GPP introdujo HRPD (“High-Rate Packet

Data”, Paquetes de datos a alta velocidad) que posteriormente fue nombrado

como CDMA200 1xEV-DO. Este estándar posibilitó altas velocidades, técnicas de

paquetes conmutados diseñadas para transmisiones de datos a altas velocidades,

logrando con esto velocidades pico en la transmisión de datos superiores a

2Mbps. La incorporación de CDMA2001xEV-DO al mercado expandió los tipos de

servicios y aplicaciones para el usuario final, permitiendo así a las operadoras

ofrecer contenido multimedia de mejor calidad.

El sucesor de CDMA200 1xEV-DO fue CDMA200 1xEV-DO versión 0 para proveer

velocidades pico de 2.4Mbps con un promedio entre 400 y 700Kbps. Esta versión

permitió a los usuarios disfrutar de acceso a internet de banda ancha, descarga de

música y videos además de televisión.

La evolución fue la incorporación de CDMA200 1xEV-DO revisión A incorporando

tecnología OFDM para permitir multicasting de contenido multimedia. Esta versión

también permitió la incorporación de aplicaciones de tiempo real.

El siguiente paso en la evolución de esta tecnología fue CDMA200 1xEV-DO

revisión B agregando múltiples canales de 1.25 MHz incrementando así la

velocidad de bajada a 14.7 Mbps y 5.4 Mbps de subida.

El último paso en la evolución de 1xEV-DO fue la revisión C la cual destacó por la

introducción de modulación OFDM para el uplink.

La asamblea de radiocomunicaciones de la ITU al darse cuenta que varias

organizaciones estaban trabajando para ampliar las capacidades de las versiones

iniciales de las IMT-2000 y con el fin de atender a la demanda creciente de

comunicaciones inalámbricas y a la previsión de velocidades de datos superiores

necesarias para satisfacer las necesidades de los usuarios, emitió en 2003 la

recomendación [9] para recomendar el marco y los objetivos de los aspectos de

alto nivel del desarrollo futuro de las IMT-2000 y los sistemas posteriores.

Respecto a las capacidades de sistemas posteriores a IMT-2000 hace la siguiente

recomendación:

En cuanto a los sistemas posteriores a las IMT-2000, puede ser necesaria, alrededor del año 2010, una nueva tecnología de acceso inalámbrico para la interfaz terrestre. Ello servirá de complemento a los sistemas IMT-2000 mejorados y a los demás sistemas radioeléctricos. Se prevé que las posibles interfaces radioeléctricas nuevas tendrán que dar cabida a velocidades de datos de hasta



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unos 100 Mbit/s para aplicaciones de gran movilidad, tales como las de acceso móvil, y hasta aproximadamente 1Gbit/s para aplicaciones de baja movilidad.3

Mientras los sistemas HSPA+ y CDMA200 1xEV-DO eran desarrollados e

implementados por 3GPP y 3GPP2, respectivamente, IEEE 802 LMSC (LAN/MAN

standard committee) introdujo el estándar IEEE 802.16e para acceso inalámbrico

de banda ancha en entornos móviles. Este estándar se introdujo como una mejora

al primer estándar IEEE 802.16 para acceso inalámbrico de banda ancha en

entornos fijos. El estándar 802.16e empleó un tecnología de acceso diferente

denomianda OFDMA (“ortogonal frequency división multiple Access”, Acceso

múltiple por división de frecuencias ortogonales) y aseguró mejores velocidades

de datos y eficiencia del espectro que las provistas por HSPA+ y CDMA200 1xEV-

DO. A pesar que la familia de estándares IEEE 802.16 es oficialmente llamada

WierelessMAN en la IEEE, ha sido denominada como WiMAX (“worlwide

interoperability for microwave Access”, Interoperabilidad mundial para acceso por

microondas) por un grupo de la industria conocido como foro WiMAX. Desde la

creación del foro WiMAX su misión fue promover y certificar la compatibilidad e

interoperabilidad de productos de acceso a banda ancha inalámbrica. El sistema

WiMAX que soporta movilidad como el estándar IEEE 802.16e fue denominado

WiMAX móvil. El estándar IEEE 802.16e está dentro de las interfaces IMT-2000 de

acuerdo a la recomendación M.1457 de la ITU.

La introducción de WiMAX móvil provocó que tanto 3GPP como 3GPP2 trabajaran

en desarrollar su propia versión de sistemas más allá de 3G basados en la

tecnología OFDMA utilizada por WiMAX móvil. 3GPP comenzó sus

investigaciones con el estándar LTE (“Long-Term Evolution”, Evolución a largo

plazo) como una tecnología viable en 2004. 3GPP2 por su parte denominó como

UMB (“Ultra-Mobile Broadband”, Banda ancha de mucha movilidad) a su proyecto

para mejorar el estándar CDMA2000 con miras hacia la siguiente generación, sin

embargo en noviembre de 2008 Qualcomm Inc detuvo el desarrollo de UMB y

decidieron invertir sus recursos en beneficio de LTE como su siguiente generación

de telefonía móvil.

La primera versión de 3GPP, WCDMA fue llamada, versión 99 y posteriormente

sus mejoras que fueron introduciendo se llamaron versión 4, 5, 6 y así

sucesivamente. La primera versión de LTE fue denominada versión 8 y las

especificaciones finales fueron hechas a finales del 2008. Algunas mejoras fueron

introducidas en la versión 9, que fue lanzada oficialmente en diciembre del 2009

3 Recomendación ITU-R M.687-2



Página 12

Figura 1.2 Evolución de las versiones de las tecnologías 3GPP.

Dentro de las características principales de LTE encontramos:

Acceso al medio OFDM para el uplink.

Soporte para TDD y FDD

AMC(“Adaptative Modulation and Coding”, Codificación y modulación

adaptativa)

Soporte para anchos de banda variable para operar en localidades de

diferentes espectros incluyendo 1.25, 1.6, 2.5, 5, 10, 15 y 20 MHz tanto en

el uplink como en el downlink

velocidades picos de datos de 300 Mbps para el downlink en entornos de

20 MHz para el downlink.

Cobertura mundial eficiente teniendo soporte para las tecnologías tanto de

3GPP como de 3GPP2.

Movilidad que permite a los usuarios tener diferentes velocidades, desde

una baja movilidad de 0 a 15 km/h hasta altas velocidades de 15 a 120

km/h e incluso permitir al usuario llegar a tener velocidades de 500 km/h

dependiendo de la banda de frecuencia

1.1.6 Sistemas de telefonía móvil 4G (IMT-Advanced)

La ITU comenzó a definir la generación posterior bajo el nombre IMT-Advanced. El

proceso de definir IMT-Advanced fue muy similar al proceso usado en desarrollar

recomendaciones para IMT-2000. La ITU primero concluyó estudios para IMT-

Advanced de servicios y tecnologías, estudio de mercado, principios de

estandarización, estimación de requerimientos de espectro y la identificación de

posibles bandas de frecuencia. El criterio de evaluación fue aceptado en donde las



Página 13

posibles tecnologías a ser consideradas IMT-Advanced iban a ser evaluadas.

Todos los miembros de la ITU y otras organizaciones fueron invitados al proceso

en marzo del 2008.

El objetivo del proceso de estandarización fue siempre la armonización de los

candidatos a través de consensos.

Para cumplir con los requisitos de IMT-AVANZADA 3GPP decidió añadir mejoras

a LTE mediante la incorporación de una nueva tecnología denominada LTE-

AVANZADA como una evolución de LTE y así poder llegar a ser considerada una

tecnología IMT-AVANZADA.

LTE- AVANZADO incluyó en sus mejoras velocidades de 100 Mbps en entornos

de baja movilidad y de hasta 1 Gbps en entornos de alta movilidad.

En septiembre del 2009 3GPP hicieron la petición formal a la ITU para que LTE

versión 10 (LTE- AVANZADA) fuera evaluada como una candidata para IMT-

Advanced.

Fig. 1.3 Velocidades de downlink teóricas para las tecnologías 3GPP

Por su parte la IEEE decidió trabajar en el estándar 802.16 para asegurar cumplir

los requerimientos de IMT-AVANZADA, desarrollando así el nuevo estándar

802.16m que en contraste con LTE-AVANZADO que fue una evolución de LTE,

802.16m no es una evolución directa de 802.16e, por lo cual se considera una

nueva tecnología de radio acceso.



Página 14

La designación de las tecnologías IMT-Advanced se llevó a cabo en el seminario

mundial de radiocomunicaciones 2010 (WRS-10) emitiendo el siguiente

comunicado en diciembre del 2010:

Tras efectuar una evaluación detallada en función de estrictos criterios

técnicos y operativos, la ITU ha determinado que “LTE-Advanced” y

“WirelessMAN-Advanced" han de incluirse oficialmente dentro de las IMT-

Advanced. En su calidad de tecnologías más avanzadas definidas en la

actualidad para las comunicaciones móviles inalámbricas de banda ancha

mundiales, las IMT-Avanzadas se consideran como “4G”, aunque este

término, aún por definir, también puede aplicarse a los antecesores de

estas tecnologías: LTE y WiMAX, y otras tecnologías 3G evolucionadas,

cuyo rendimiento y capacidades son sustancialmente superiores a los

sistemas de tercera generación iniciales implantados en la actualidad.



Página 15

1.2 EVOLUCIÓN DE LA TELEFONÍA MÓVIL EN MÉXICO

El desarrollo de la telefonía móvil en México ha tenido un considerable incremento

en el número de usuarios en los últimos 15 años, esto aunado al desarrollo de

una mejor infraestructura en las telecomunicaciones y un crecimiento acelerado en

empresas dedicadas a la telefonía celular como Telcel, Iusacell, Pegaso y sus

correspondientes alianzas con empresas celulares de clase mundial como

América Móvil, Verizon-Vodafone y Telefónica, respectivamente.

Fig. 1.4 Incremento en el número de usuarios de telefonía móvil en México

Como se puede observar en la figura 1.4 el número de usuarios ha crecido

considerablemente en los últimos años y en gran medida es a las facilidades y a la

disminución de tarifas por parte de las operadoras telefónicas. Cabe destacar que

para 2011 en México había un mayor número de usuarios de telefonía móvil que

en el Reino Unido como se puede apreciar en la tabla 1.1 en donde se compara el

número de usuarios de telefonía móvil en México con diferentes países.

3.3495 7.7316

14.0779

21.7576 25.9283

30.0977

38.4511

47.1287

55.3955

66.5595

75.3035

83.1936

91.3628 94.5653

97.6295

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Usuarios de telefonía móvil en México

usuarios [Millones]



Página 16

Tabla 1.1 Usuarios de Telefonía Móvil en el Mundo

La telefonía celular da sus primeros pasos en México cuando el 31 de mayo de

1989 se presentó “El Plan de Desarrollo 1989-1994”, donde se menciona la

importancia de las telecomunicaciones, destacando los siguientes puntos:

Múltiples empresas podrán desarrollar los servicios de transmisión

conmutada de: datos, teleinformática, telefonía celular y otros.

Las concesiones de telefonía celular se sujetarán a concurso de manera

abierta y así se garantizará la mejor oferta de servicios y contraprestación

económica del estado.

El 6 de Noviembre de 1989 la SCT (Secretaría de Comunicaciones y Transportes)

lanzó la convocatoria para el servicio de radiotelefonía móvil con tecnología celular

mediante una concesión de 20 años.

Los principales aspectos que contemplaba dicha convocatoria son:

I. Se dividió el país en 9 regiones para tener mayor control del uso de las

bandas de frecuencia para telefonía celular. La división se puede apreciar

en la figura 1.5

II. Cada una de las 9 regiones se dividió en dos bandas de frecuencia, la

banda “A” y la banda “B”. En cada una de las nueve regiones habría un

Miles Po

r ca

da

10

0

hab

itan

tes

Miles Po

r ca

da

10

0

hab

itan

tes

Miles Po

r ca

da

10

0

hab

itan

tes

Miles Po

r ca

da

10

0

hab

itan

tes

Miles Po

r ca

da

10

0

hab

itan

tes

Miles Po

r ca

da

10

0

hab

itan

tes

Miles Po

r ca

da

10

0

hab

itan

tes

Argentina 22 156 57.3 31 510 80.8 40 402 103 46 509 117 52 483 131 53 700 133 55 000 135

Brasil 86 210 46.4 99 919 53.2120 980 63.7 150 641 78.7173 959 90 202 944 104 242 232 123

Canadá 17 017 52.7 18 749 57.5 20 277 61.5 22 092 66.3 23 812 70.7 24 037 70.7 25 858 75.3

E.U.A 203 700 68.6 229 600 76.6249 300 82.5 261 300 85.7274 300 89.2 278 900 89.9 331 600 106

México 47 129 45.1 55 396 52.6 66 560 62.6 75 304 70.3 83 194 77 91 363 81.3 94 565 84.2

China 393 406 30.1 461 058 35.1547 306 41.4 641 245 48.3747 214 56 859 003 64 986 253 73.2

Japón 96 484 76.3 99 826 78.9107 339 84.8 110 395 87.2116 295 91.9 123 287 97.4 129 868 103

Alemania 79 271 96 85 652 104 96 233 117 105 523 128105 000 127 104 560 127 108 700 132

España 42 694 98.4 45 695 104 48 422 109 49 623 110 51 084 112 51 601 112 53 067 114

Francia 48 088 78.8 51 662 84.2 55 358 89.7 57 972 93.4 59 600 95.4 63 200 101 66 300 105

Italia 71 500 122 80 418 136 89 801 151 90 341 151 88 024 146 90 600 150 92 300 152

Países Bajos 15 834 97.1 17 296 106 19 285 117 20 627 125 20 149 122 19 179 116 19 835 119

Reino Unido 65 472 109 70 078 116 73 836 121 76 735 125 80 255 130 81 116 131 81 612 131

Rusia 120 000 83.4 150 674 105171 200 120 199 522 139230 500 161 237 689 166 256 117 179

Suecia 9 104 101 9 607 106 10 117 110 10 014 108 10 440 112 10 885 116 11 194 119

Australia 18 420 90.3 19 760 95.3 21 260 101 22 120 103 22 220 101 22 500 101 24 490 108

2011

PAÍS

2005 2006 2007 2008 2009 2010



Página 17

concesionario operando en la banda de frecuencias “A” (825-835 MHz, 870-

880 MHz). La banda “B” (835-845 MHz, 880-890 MHz) operaría en todas

las regiones para un solo concesionario.

La compañía Iusacell comenzó a ofrecer el servicio de telefonía móvil en el

Distrito Federal en 1989 lanzando al mercado los primeros celulares. Un año

después, la empresa Telcel empieza sus operaciones ofreciendo también el

servicio en la capital del país. Posteriormente, ambas firmas comenzaron a

expandir sus redes a otras latitudes. Para finales de 1990 Iusacell contaba con el

45% del mercado (29 mil usuarios aprox.) contra 55% (35 mil usuarios) de Telcel.

Figura 1.5 Regiones de cobertura en México

En el transcurso de los siguientes cinco años hubo varios factores que

favorecieron a Telcel en la captación de clientes por encima de lusacell. Entre los

más importantes destacó la cobertura nacional, en la que lusacell participaba en

1994 con las regiones 5, 6, 7 y 9 de la banda "A", mientras Telcel tenía cobertura

nacional mediante las regiones 1 a 9 de la banca "B". Esto significó que el servicio

de roaming fuese más completo, generando a la empresa ingresos adicionales por

conexión a roaming, en roaming y tiempo aire de larga distancia.



Página 18

En la década de los 90 Telcel, Iusacell y otras concesionarias del servicio como

Pegaso PCS, Nextel y Unefón comenzaron a invertir considerablemente para

incrementar y modernizar parte de la infraestructura que estaba siendo usada en

estándares AMPS, TDMA y CDMA. Con la evolución de la tecnología el tamaño de

los teléfonos iba reduciéndose a la vez junto con el precio del servicio y las

alternativas de prepago en constante crecimiento iban acercando poco a poco al

ciudadano al mundo de la telefonía móvil.

En el nuevo milenio el grupo español Telefónica compró 4 pequeños operadores

propiedad de Motorola al norte del país, creando Telefónica Movistar con sede en

Monterrey. Posteriormente esta misma compró otro operador llamado Pegaso

PCS, dándole la oportunidad de expandir la cobertura y llegar al centro y sur del

país.

A mediados del 2002 Telcel implementó el sistema GSM mientras que Movistar

hizo lo mismo en durante 2003 y 2004. Por otra parte Iusacell, que absorbió a la

compañía Unefon se concentró en implementar y tratar de mejorar su red en

CDMA y Nextel permitiendo una extensión de contrato para seguir desarrollando

las redes iDEN en el país.

Entre 2006 y 2008 se produjo el salto a los servicios de tercera generación, tanto

Iusacell con su red CDMA bajo 1xEV-DO, Telcel y telefónica bajo el estándar

UMTS y HSDPA respectivamente, permitiendo una mejoría considerable en

servicios de datos e implementación de otros tantos como GPS, streaming,

videollamadas y otros más.

En el 2012 Movistar y Telcel anunciaron a LTE su tecnología 4G. LTE se ha

posicionado no sólo en México sino en el mundo como la tecnología por la que

han apostado las operadoras telefónicas para ofrecer a los usuarios mayores

beneficios.



Página 19

CAPÍTULO 2

Long Term Evolution (LTE)

En el primer capítulo se describió la evolución de las tecnologías de telefonía

móvil, así como algunos problemas presentados a través de la evolución de la

telefonía móvil y la manera en que se fueron resolviendo con la incorporación de

las tecnologías. Las tecnologías evolucionaron desde ser muy primitivas que se

enfocaban a resolver las necesidades más básicas de comunicación hasta hoy en

día que las tecnologías más recientes están teniendo un gran impacto tanto en la

infraestructura como en los servicios que pueden ofrecer las operadoras

telefónicas a los usuarios. Hoy en día nos vemos invadidos por la mercadotecnia

de las principales operadoras telefónicas en el país asegurando que

tecnológicamente se encuentran a la vanguardia y son capaces de ofrecer una

tecnología de última generación. La cuarta generación de telefonía móvil ya está

siendo una realidad y las principales operadoras telefónicas tanto en el país como

en el mundo están centrando sus inversiones en LTE como dicha tecnología de

vanguardia.

Como se analizó en el capítulo 1 existen varias tecnologías que compiten por

ofrecer a los usuarios velocidades más grandes de conexión así como cumplir con

los estándares de la ITU, sin embargo en este segundo capítulo y en lo que resta

del escrito se ha elegido la tecnología LTE debido a que es la que mayor impacto

ha tenido en el mercado tecnológico, tanto en México como en el resto del mundo.

A pesar de que como se describió en el capítulo 1 LTE es una tecnología con una

serie de versiones en las que se han ido incorporando mejoras y que la última

versión es LTE-Advanced En este segundo capítulo se describe de una manera

general LTE y las diferencias que hay con LTE-Advanced.

2.1 LTE Y LTE-ADVANCED

2.1.1 De los circuitos conmutados al protocolo IP

GSM fue desarrollado para soportar servicios de tiempo real, mediante

conmutación de circuitos (como se observa en azul en la figura 2.1), con servicios

de datos mediante CSD, con velocidades de datos muy bajas. El primer paso

hacia una solución IP basada en conmutación de paquetes (En verde en la figura

2.1) fue hecha con la evolución de GSM a GPRS, usando la misma interfaz aérea

y el mismo método de acceso, TDMA.



Página 20

Figura 2.1 De GSM a LTE

Para alcanzar más altas velocidades de datos UMTS fue desarrollada como una

tecnología con un nuevo acceso a la red, basado en CDMA. El acceso a la red en

UMTS emula una conexión de circuito conmutado para servicios de tiempo real y a

una conexión de paquetes conmutados para servicios de datos (En negro en la

figura 1.2). En UMTS la dirección IP es asignada al usuario cuando un servicio de

datos es establecido y se borra cuando la conexión se termina.

El sistema EPS (Evolved Packet System, “Sistema evolucionado de paquetes”)

está basado puramente en IP.Tanto servicios de tiempo real como servicios de

datos serán transportados por el protocolo IP. La dirección IP es asignada cuando

el dispositivo móvil es encendido y es borrada cuando sea apaga.

El núcleo EPC (Evolved Packet Core, “Núcleo evolucionado de paquetes”) está

preparado para trabajar con otras tecnologías de acceso no desarrolladas por

3GPP, como WIMAX y WIFI [9].

2.1.2 Características relevantes de LTE

LTE es una solución móvil de banda ancha que ofrece un amplio conjunto de

características con gran flexibilidad en términos de opciones de implementación y

oferta de servicios. A continuación se describirán algunas de las más importantes

características. LTE en algunas ocasiones también es nombrada como E-UTRA

(Evolved UMTS Terrestrial Radio Access,” Radio acceso terrestre mejorado

UMTS”) y como E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network,

“Red UMTS mejorada de radio acceso terrestre”).



Página 21

2.1.2.1 Múltiples portadoras

LTE utiliza tecnología de múltiples portadoras para el múltiple acceso con OFDMA

para el downlink y SC-FDMA para el uplink.

OFDMA. LTE toma las ventajas de OFDMA, un esquema multicarrier que

asigna recursos de radio a múltiples usuarios. OFDMA utiliza OFDM el cual

OFDM divide el ancho de banda de la frecuencia de la portadora en

múltiples subportadoras pequeñas espaciadas a 15 kHz, y luego modula

cada subportadora de manera individual usando los formatos de

modulación digital QPSK, 16-QAM o 64-QAM. OFDMA asigna a cada

usuario el ancho de banda necesario para su transmisión. Las

subportadoras que no son asignadas son “apagadas”. En la figura 2.2 se

muestra que en la gráfica de OFDM un ancho de banda completo pertenece

a un solo usuario en un periodo de tiempo, mientras que en la gráfica de

OFDMA múltiples usuarios comparten el ancho de banda en cada instante

de tiempo.

SC-FDMA. Para el uplink LTE usa una versión precodificada de OFDM

llamada SC-FDMA (Single Carrier-FDMA,”FDMA de portadora única”) que

tiene menor PAPR (Peak to Average Power Ratio,”Relación de potencia del

máximo al promedio”) que OFDM. Este menor PAPR reduce el consumo de

potencia de la batería y requiere un diseño del amplificador más sencillo. En

SC-FDMA, los datos se extienden a través de las múltiples subportadoras,

a diferencia de OFDMA en donde cada subportadora transporta un solo

paquete de datos. La necesidad de un receptor complejo hace que SC-

FDMA no sea buena opción para el downlink. [10]

Figura 2.2 OFDM vs OFDMA. Cada color representa datos usados por un

usuario. En un periodo de tiempo, OFDMA permite a los usuarios compartir

ancho de banda disponible.



Página 22

Figura 2.3 En OFDM, cada componente de frecuencia porta una única

información. En SC-FDMA, la información es extendida a través de múltiples

subportadoras.

2.1.2.2 MIMO

Una de las tecnologías fundamentales introducidas junto con la primera versión de

LTE es la operación MIMO (Multiple Input Multiple Output, “Múltiples entradas,

múltiples salidas”) incluyendo multiplexación espacial así como precodificación y

transmisión diversa. El principio básico en multiplexación espacial es enviar

señales de dos o más antenas diferentes con diferentes flujos de datos y el

procesamiento de la señal se logra en el receptor separando los flujos de datos,

por lo tanto se incrementan las velocidades máximas de transferencia de datos por

un factor de 2 (o 4 con una configuración de antena 4x4). En la precodificación las

señales transmitidas de diferentes antenas son equilibradas para poder maximizar

la SNR (Signal to Noise Ratio, “Relación señal a ruido”) recibida. La transmisión

diversa se basa en enviar la misma señal desde múltiples antenas con alguna

codificación con el fin de aprovechar las ventajas independientes del efecto fading

entre las antenas.

La naturaleza de OFDMA es bien aprovechada para la operación MIMO, debido a

que una operación MIMO exitosa requiere una relación señal a ruido

considerablemente alta, con un sistema OFDMA se puede beneficiar de la relación

señal a ruido local que se puede alcanzar. El principio básico de MIMO es

mostrado en la figura 2.4, donde los diferentes flujos de datos precodificados y

luego utilizados para la generación de la señal OFDMA [5].



Página 23

Figura 2.4 Principio MIMO con configuración de antenas 2x2

2.1.2.3 Soporte para TDD y FDD

LTE soporta tanto TDD (Time Division Duplexing,”Duplexación por división de

tiempo”) como FDD (Frecuency Division Duplexing,”Duplexación por división de

frecuencia”). El modo FDD usa diferentes bandas de frecuencia para el uplink y

downlink, mientras el modo TDD utiliza la misma frecuencia para ambos.

El modo TDD es utilizado en la mayoría de las implementaciones debido a sus

ventajas. Primero habría una banda de frecuencia dedicada para TDD dentro de la

banda de frecuencia identificada para LTE. Además, FDD requiere un exclusivo

para de bandas y el espectro para dicho sistema es por tanto difícil para encontrar.

TDD puede ser usado mayormente en células exteriores. La segunda razón para

usar TDD es la flexibilidad en asignación de recursos de radio; que es, el ancho de

banda asignado para cambiar el número de particiones de tiempo para el uplink y

downlink.

Si se utiliza sólo TDD no se pueden obtener grandes áreas de transmisión debido

a que los retrasos inherentes a la distancia de propagación causarían interferencia

entre el uplink y downlink. Por eso esta técnica se utiliza para ambientes en donde

el retraso de propagación es poco, como en las pico células

La existencia de ambos sistemas se debe a que están pensados para dos tipos de

estaciones bien distintas con prestaciones diferentes. Mientras que el modo FDD

está pensado para estaciones que cubren zonas geográficas donde la movilidad

de las terminales puede ser alta, el modo TDD está pensado para micro

estaciones que cubren zonas reducidas de alta concentración de móviles pero de

movilidad reducida. La combinación de los dos modos (FDD y TDD) ofrece la

oportunidad de obtener la mayor eficiencia del mismo sistema bajo cualquier

condición (urbana, suburbana, interiores y exteriores). [11]

Dem

ult

iple

xor Modulacion

Modulación

Pre

cod

ific

ació

n Generación

de la señal

Generación

de la señal

Dec

od

ific

ado

r

MIM

O



Página 24

2.1.2.4 Soporte para ancho de banda variable

LTE debe opera en diferentes espectros de diferentes capacidades, incluyendo

1.25, 1.6, 2.5, 10, 15 y 20 MHz tanto en uplink como en downlink. Esta escala es

echa de manera dinámica para soportar la cobertura del usuario a través de

diferentes redes que posiblemente tengas diferente asignación de ancho de

banda.

2.1.3 Características relevantes de LTE-Advanced

Las capacidades de LTE-Advanced soportarán velocidades de datos máximas de

aproximadamente 100 Mbps en entornos de alta movilidad y hasta 1 Gbps en

entornos de baja movilidad, esto de acuerdo a los objetivos planteados al inicio del

proyecto. LTE-Advanced al ser una evolución de LTE es compatible con las

versiones anteriores. Además de las características ya avanzadas de LTE versión

8, LTE-Advanced introduce nuevas funcionalidades, las principales son

agregación de portadoras, mejora de la técnica del uso de múltiples antenas y

soporte para nodos de retransmisión [4].

2.1.3.1 Agregación de Portadoras

Para alcanzar el objetivo de velocidades máximas de datos de 1 Gbps se requiere

un ancho de banda mayor a los usados en LTE versión 8. LTE soporta anchos de

banda de canal de hasta 20 MHz, y es poco probable que se pueda mejorar de

manera notoria la eficiencia del espectro. La única manera de alcanzar

significativamente un aumenta en las velocidades de datos es incrementar el

ancho de banda del canal. IMT-Advanced fijó el límite superior en 100 MHz con

40MHz para el rendimiento mínimo.

Debido a que la mayor parte del espectro ya se encuentra ocupado y 100 MHz

contiguos es una cantidad que no es soportada por la mayoría de las operadoras,

la ITU ha permitido la creación de un ancho de banda más amplio a través de la

agregación de contiguas y no contiguas partes de la portadora. El espectro de una

banda puede ser sumado al espectro de otra banda en un equipe receptor del

usuario que soporte múltiples transceptores. En la figura 2.5 se muestra un

ejemplo de agregación de portadoras contiguas en donde dos canales de 20 MHz

son colocados de un lado y de otro, en este caso el ancho de banda agregado

cubre los 40 MHz de requerimiento mínimo y podría ser soportado con un solo

transceptor. Si los canales en la figura 2.5 no fueran contiguos, es decir que no

fueran adyacentes o localizados en diferentes bandas de frecuencia, entonces se

necesitarían múltiples transceptores en el equipo del usuario.



Página 25

Figura 2.5 Agregación contigua de 2 partes de la portadora del uplink

LTE-Advanced soporta que la portadora se componga por hasta 5 partes

agregadas. El equipo transceptor de usuario no debe ser configurado con más

portadora por partes en el uplink que en el downlink y además en entornos de

TDD el número de de partes de la portadora en el uplink y en el downlink debe ser

el mismo así como el ancho de banda de cada uno [12].

2.1.3.2 Mejora de la técnica del uso de múltiples antenas

En LTE versión 8 tiene algunas limitaciones para puertos de antena y capas de

modulación espacial. El downlink soporta un máximo de 4 capas espaciales de

transmisión (4x4) y el uplink un máximo de una por equipo del usuario. LTE-A

soporta transmisiones downlink con hasta 8 puertos en la antena de transmisión.

Con una configuración de antena de 8x8 y multiplexación espacial de hasta 8

capas. [4]

2.1.3.3 Soporte para nodos de retransmisión

En LTE-A, la posibilidad de una red heterogénea eficiente se incrementa con la

introducción de nodos de retransmisión. Los nodos de retransmisión son

estaciones base de baja potencia que proveen cobertura y capacidad a las células

de acceso y pueden ser usadas para conectar áreas remotas sin conexión de

fibra. El objetivo de la retransmisión es mejorar el funcionamiento de la red LTE

agregando nodos en áreas en donde hay problemas de cobertura [4].

2.2 ARQUITECTURA Y COMPONENTES

En este apartado se describe la arquitectura de una red de comunicaciones

móviles basada en las especificaciones del sistema LTE. Primero se hace un

análisis inicial de la arquitectura genérica adoptada en los sistemas celulares

2G/3G actuales, se identifican las piezas fundamentales que componen la

arquitectura de red de toda la familia de sistemas especificada por 3GPP (GSM,

UMTS y LTE). El hecho de identificar estos sistemas es de gran ayuda para poder

Canal de

datos

Canal de

datos

Canal de señalización



Página 26

reconocer de forma clara cuales son los nuevos componentes introducidos por

LTE.

Como se mencionó anteriormente, en algunas ocasiones se utiliza el término E-

UTRAN para referirse de manera formal al sistema LTE. En la mayoría de la

bibliografía se utiliza E-UTRAN para referirse a la interfaz aérea de comunicación

entre la estación móvil y la estación base activa, también por lo regular se utiliza

tanto E-UTRAN como E-UTRA para referirse a la arquitectura del sistema; LTE es

el nombre comercial y para el público en general [12].

2.2.1 Arquitectura genérica de los sistemas celulares

En la figura 2.6 se muestra una arquitectura simplificada de un sistema de

comunicaciones móviles celular. Esta arquitectura representa un modelo de la red

a muy alto nivel donde se identifican tres componentes básicos

Equipo de usuario.- El dispositivo que permite al usuario acceder a los

servicios de la red. Puede incluir una tarjeta inteligente que contenga

información necesaria para permitir la conexión a la red y utilización de sus

servicios. Se conecta a la red de acceso a través de una interfaz aérea de

radio.

Red de acceso.- Es la parte responsable de sustentar la transmisión de

radio con los equipos de usuario para proporcionar la conectividad

necesaria entre éstos y los equipos de la red troncal; es la responsable de

gestionar el uso de los recursos de radio disponibles para la provisión de

servicios portadores de forma eficiente. La activación de los recursos de

transmisión en la red de acceso se controla generalmente desde la red

troncal.

Red troncal.- Es la encargada de aspectos tales como control de acceso a

la red celular, gestión de la movilidad de los usuarios, gestión de las

sesiones de datos o circuitos que transportan la información de los

usuarios, mecanismos de interconexión con otras redes, etc. La red troncal

está formada por equipos que albergan funciones de conmutación de

circuitos, routing, bases de datos, etc.



Página 27

Figura 2.6 Arquitectura genérica de un sistema celular

Esta arquitectura genérica ha sido adoptada en las diferentes familias de sistemas

celulares tanto 2G como 3G y también se mantiene en LTE. La separación entre la

red de acceso y red troncal proporciona una importante flexibilidad al sistema de

cara a soportar un proceso evolutivo en el que se pueden ir mejorando, agregando

o sustituyendo las diferentes partes de la red con la mínima afectación posible al

resto de la misma [12].

2.2.2 Arquitectura general de los sistemas 3GPP

Las arquitecturas de red contempladas en la familia de sistemas especificados por

3GPP se adaptan a la arquitectura genérica descrita en el apartado anterior. Como

se muestra en la figura 2.7, los sistemas 3GPP abarcan la especificación UE (User

equipment,”Equipo de usuario”) y de una infraestructura de red que se divide de

forma lógica en una infraestructura de red troncal CN (Core Network, “Red de

núcleo”) y una red de acceso AN (Acces Network,“Red de acceso”).

Figura 2.7 Arquitectura de alto nivel de los sistemas 3GPP (GSM, UMTS y LTE)



Página 28

El equipo de usuario en 3GPP se compone de dos elementos básicos, el propio

dispositivo móvil o terminal ME (Mobile Equipment,”Equipo Móvil”) y una tarjeta

inteligente UICC (Universal Integrated Circuit Card,”Tarjeta universal de circuito

integrado”) que también es denominada SIM (Subscriber Identity Module,”Módulo

de identidad de suscriptor”) en sistemas GSM y USIM (Universal SIM,”SIM

universal”) en UMTS y LTE.

En cuanto a la red de acceso, 3GPP ha especificado tres tipos de redes de acceso

diferentes: GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network), UTRAN y E-UTRAN.

Las redes de acceso GERAN y UTRAN forman parte del sistema de 3G UMTS

mientras que E-UTRAN es la nueva red de acceso del sistema LTE. Cada red de

acceso define su propia interfaz de radio para la comunicación con los equipos de

usuario: GERAN, también denominada de forma habitual simplemente como GSM,

utiliza un acceso basado en TDMA, la tecnología utilizada en UTRAN es WCDMA

y, E-UTRAN ha apostado por la tecnología OFDMA.

Respecto a la red troncal, ésta se divide de forma lógica en un dominio de circuitos

CS (Circuit Swiched Domain,”Dominio de circuitos conmutados”), un dominio de

paquetes PS (Packet Switched Domain,”Dominio de paquetes conmutados”) y el

subsistema IP Multimedia IMS (IP Multimedia Subsystem,”Sistema multimedia

IP”).

El dominio CS alberga a todas las entidades de la red troncal que participan en la

provisión de servicios de telecomunicación basados en conmutación de circuitos

para servicios que se les asignan recursos de forma dedicada en el momento en

que se establece la conexión, manteniéndose hasta la finalización del servicio. El

dominio de circuitos de la red troncal es accesible a través de las redes de acceso

UTRAN y GERAN. En cambio, el diseño de E-UTRAN no contempla el acceso al

dominio CS ya que todos los servicios se proporcionan a través del dominio PS.

El dominio PS incluye a las entidades de la red troncal que proporcionan servicios

de telecomunicación basados en conmutación de paquetes: la información de

usuario se estructura en paquetes de datos que se encaminan y transmiten por los

diferentes elementos y enlaces de la red. Existen dos implementaciones diferentes

del dominio PS: GPRS y EPC. GPRS es la implementación del dominio PS que se

desarrolló inicialmente en el contexto de redes GSM y que actualmente también

forma parte del sistema UMTS. Los servicios de conectividad por paquetes de

GPRS son accesibles tanto a través de UTRAN como de GERAN [12].



Página 29

2.2.3 Arquitectura de LTE

En la figura 2.8 se ilustra de manera simplificada la arquitectura completa del

sistema LTE, denominado en las especificaciones [13] formalmente como EPS.

Los componentes fundamentales del sistema LTE son una nueva re de acceso E-

UTRAN y un nuevo dominio de paquetes EPC () de la red troncal. EPC es una

implementación evolucionada de GPRS que ha sido optimizada para proporcionar

un servicio de conectividad IP a los equipos de usuario a través de E-UTRAN. El

dominio EPC también ha sido concebido para soportar el acceso al servicio de

conectividad IP desde las otras redes de acceso 3GPP (UTRAN y GERAN) así

como desde redes no 3GPP (e.g., redes CDMA2000, Mobile WiMAX, etc.).

Figura 2.8 Arquitectura de LTE

La red de acceso E-UTRAN y la red troncal EPC proporcionan de forma conjunta

servicios de transferencia de paquetes IP entre los equipos de usuario y redes de

paquetes externas y/o otras redes de telecomunicaciones como Internet.

Formalmente, el servicio de transferencia de paquetes IP ofrecido por la red LTE

entre el equipo de usuario y una red externa se denomina servicio portador EPS.

Es importante destacar que la interconexión de los diferentes equipos físicos

donde se ubicarían las funciones tanto de la red troncal EPC como de la red de

acceso E-UTRAN, se realiza mediante tecnologías de red basadas en IP. De esta

forma, la red física que se utiliza para interconectar los diferentes equipos de una

red LTE, y que se denomina comúnmente como red de transporte, es una red IP



Página 30

convencional. Por tanto, la infraestructura de una red LTE, además de los equipos

propios que implementan las funciones del estándar 3GPP, también integra otros

elementos de red propios de las redes IP tales como routers, servidores DHCP

(Dynamic Host Configuration Protocol) para la configuración automática de las

direcciones IP de los equipos de la red LTE y servidores DNS (Domain Name

Server) para asociar los nombres de los equipos con sus direcciones IP.

2.2.3.1 Red de acceso evolucionada: E-UTRAN

La arquitectura de la red de acceso se compone de una única entidad de red3

denominada evolved NodeB (eNB) que constituye la estación base de E-UTRAN.

Así pues, la estación base E-UTRAN integra toda la funcionalidad de la red de

acceso, a diferencia de las redes de acceso de GSM y UMTS compuestas por

estaciones base (BTS, NodoB) y equipos controladores (BSC y RNC). [14]

Tal y como se ilustra en la Figura 2.9, una red de acceso E-UTRAN está formada

por eNBs que proporcionan la conectividad entre los equipos de usuario (UE) y la

red troncal EPC. Un eNB se comunica con el resto de elementos del sistema

mediante tres interfaces: E-UTRAN Uu, S1 y X2.

Figura 2.8 Red de acceso E-UTRAN

La interfaz E-UTRAN Uu, también denominada LTE Uu o simplemente interfaz

radio LTE, permite la transferencia de información por el canal radio entre el eNB y

los equipos de usuario. Todas las funciones y protocolos necesarios para realizar

el envío de datos y controlar la operativa de la interfaz E-UTRAN Uu se

implementan en el eNB [12].



Página 31

2.2.3.2 Red troncal de paquetes evolucionada: EPC

En la Figura 2.9 se muestra la arquitectura EPC con únicamente las entidades de

red que forman el núcleo de la red troncal EPC para la provisión de servicios de

conectividad IP a través de una red de acceso E-UTRAN, junto con las entidades

de red e interfaces que soportan las funciones relacionadas con el control de del

servicio de conectividad (e.g., control de QoS) y de los mecanismos de tarificación.

Figura 2.9 Arquitectura básica de la red troncal EPC

Tal como se ilustra en la Figura 2.9, el núcleo del sistema EPC está formado por

tres entidades de red: MME (Mobility Management Entity, “Entidad de la gestión de

la movilidad”), Serving Gateway (S-GW) y Packet Data Network Gateway (P-GW).

Estas tres entidades, junto con la base de datos principal del sistema 3GPP

denominada HSS (Home Subscriber Server,”Servidor de abonado local”),

constituyen los elementos básicos para la provisión del servicio de conectividad IP

entre los equipos de usuario conectados a través de E-UTRAN y redes externas a

las que se conecta la red troncal EPC. Las funciones asociadas con el plano de

usuario se concentran en las dos pasarelas (S-GW y P-GW) mientras que la

entidad MME se encarga de las funciones y señalización del plano de control.



Página 32

También ilustrada en la Figura 2.9, la entidad de red PCRF (Policy and Charging

Rules Function,” Política y Función de carga Reglas”) constituye un elemento clave

de todos los sistemas 3GPP, y en particular, del sistema LTE. La entidad PCRF

forma parte del marco funcional denominado PCC (Policy and Charging

Control,”Política y control de carga”) [27] que se utiliza para controlar los servicios

portadores que ofrece la red LTE así como realizar el control de los mecanismos

de tarificación

Finalmente, las entidades OFCS (Offline Charging System,”Sistema de carga

fuera de línea”) y OCS (Online Charging System,”Sistema de carga en línea”)

mostradas en la Figura 2.9 constituyen el núcleo del sistema de tarificación de la

red. El marco de tarificación soportado es un marco flexible que permite desplegar

modelos de tarificación en base a diferentes parámetros tales como tiempo de

uso, volumen de datos, eventos, etc. [12] [15]



Página 33

CAPITULO 3

CODIFICACIÓN DE CANAL EN LTE

Este capítulo está enfocado a describir de manera más específica la parte de

impacto en el sistema LTE de nuestro proyecto. Se describe el tipo de codificador

empleado de acuerdo a las especificaciones [22] que es el turbo codificador, para

poder entenderlo de una mejor manera se describen en qué consiste la turbo

codificación y cómo funciona de una manera general para después terminar en el

caso particular de LTE.

3.1 LTE COMO UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN

Cabe recordar que los sistemas de telefonía celular, entre ellos LTE, se pueden

concebir como un sistema de comunicación como el que se muestra en la figura

3.1.

Figura 3.1 Diagrama a bloques de un sistema de comunicación digital.

La fuente de información puede ser ya sea una persona o una máquina (una

computadora o una terminal de datos); la salida de la fuente puede ser

comunicada a su destino como una forma de onda o como una secuencia de

símbolos discretos. El codificador de fuente transforma la salida de la fuente en

una secuencia de dígitos binarios (bits) conocida como palabra de código fuente;

en el caso de una fuente continua, este proceso involucra una conversión de

Fuente de

información

Codificador

de fuente

Codificador de

canal

Codificador de

fuente

Modulador

Canal

Demodulador

Decodificador

de fuente

Decodificador

de canal

Decodificador

de fuente

Modulador

Destino de

información

Ruido



Página 34

analógico a digital. El codificador de fuente es diseñado de tal modo que el

número de bits por unidad de tiempo requeridos para representar la fuente sea

mínimo y que a su vez pueda ser reconstruida la secuencia de información

codificada.

El codificador de canal transforma la secuencia de información en una secuencia

discreta codificada denominada palabra de código de canal. El objetivo del

codificador de canal es combatir el ruido del medio y asegurar que la información a

transmitir logre llegar al destinatario de manera íntegra.

Los símbolos discretos no son adecuados para la transmisión a través de un canal

físico, por lo cual el modulador transforma cada símbolo a la salida del codificador

de canal en una forma de onda de duración T segundos que sea adecuada para

su transmisión. Esta forma de onda entra al canal y es corrompida por el ruido. El

demodulador por su parte procesa cada forma de onda de duración T y produce

una salida discreta (cuantizada). La secuencia de salida del demodulador

corresponde con la secuencia codificada y es llamada secuencia recibida.

El decodificador de canal transforma la secuencia recibida en una secuencia

binaria denominada secuencia estimada de información. La estrategia de

decodificación está basada en las reglas del codificador de canal y las

características del ruido de canal.

El decodificador de canal transforma la secuencia estimada de información en una

estimación de la salida de fuente de información y entrega esta estimación al

destino.

Otro punto importante que debemos tener presente es la inevitable presencia de

ruido en un sistema de comunicación. El ruido se refiere a ondas indeseables que

tienden a perturbar la transmisión y el procesamiento de las señales del mensaje

en un sistema de comunicación. La fuente de ruido puede ser interna o externa al

sistema.

Viendo LTE como un sistema de comunicación se puede seguir una línea de

trabajo en una de las partes específicas que se muestran en la figura 3.1. En el

presente trabajo se pretende trabajar en la parte de la codificación de canal, para

lo cual a continuación se entrará en detalle.

3.2 TEORÍA DE LA INFORMACIÓN

En un sistema de comunicación se emplean dos recursos primarios: la potencia

transmitida y el ancho de banda del canal. La primera corresponde a la potencia



Página 35

promedio de la señal transmitida. El ancho de banda del canal se define como la

banda de frecuencias destinadas a la transmisión de la señal del mensaje. Un

objetivo de diseño general del sistema es utilizar estos dos recursos en la forma

más eficiente posible. Debido a la saturación del espectro radioeléctrico, en la

telefonía móvil es de vital importancia optimizar el ancho de banda, por lo cual se

procederá a destacar algunos principios importantes en las comunicaciones en

cuanto al canal se refiere.

Con el surgimiento de la ciencia de las comunicaciones, surgieron muchas dudas,

en su gran mayoría acerca de las capacidades de diseño y la confiabilidad que

podría otorgar un sistema. Fue en 1948 que Shannon en un artículo memorable

sobre la teoría de la codificación [16] aclaró muchas dudas acerca del diseño de

sistemas de comunicación que fueran tanto eficientes como confiables.

Es importante tener en cuenta que el objetivo de un sistema de comunicación es

transportar una señal de mensaje de una fuente de interés a través de un canal

ruidoso hasta un usuario en el otro extremo del canal con el siguiente objetivo: La

señal de mensaje se entrega al usuario tanto eficiente como confiablemente, con

apego a ciertas restricciones de diseño; potencia de transmisión permisible, ancho

de banda disponible y costo viable de construcción del sistema.

El término ruido suele usarse para designar señales no deseadas que tienden a

perturbar la transmisión y el procesamiento de señales en sistemas de

comunicación y sobre las cuales no tenemos un control completo. En la práctica,

encontramos que existen muchas fuentes potenciales de ruido en un sistema de

comunicación. Estas pueden ser externas al sistema (por ejemplo ruido

atmosférico, ruido galáctico, ruido hecho por el hombre) o internas al sistema. La

segunda categoría incluye un tipo importante de ruido que surge de fluctuaciones

espontáneas de la corriente o voltaje en circuitos eléctricos. Este tipo de ruido

representa una limitación básica en la transmisión o detección de señales en

sistemas de comunicación que incluyen el uso de dispositivos electrónicos

Una forma cuantitativa de tener en cuenta el efecto del ruido consiste en introducir

la relación señal a ruido (SNR, por sus siglas en inglés) como un parámetro del

sistema. Por ejemplo, es posible definir dicha relación en la entrada del receptor

como la proporción entre la potencia promedio de la señal y la potencia del ruido,

midiéndose ambas en el mismo punto. La práctica común es expresar la SNR en

decibeles (dB), definida como 10 veces el logaritmo decimal (base 10) de la

proporción de potencia. Por ejemplo, las relaciones de señal a ruido de 10, 100 y

1000 corresponden, respectivamente, a 10, 20 y 30 dB.



Página 36

En el caso de un sistema de comunicación digital, la confiabilidad se expresa

comúnmente en términos de tasa de error de bits (BER) o probabilidad de error de

bit medida en la salida del receptor. Claramente cuanto más pequeña es la BER,

tanto más confiable resulta el sistema de comunicación. Una pregunta que viene a

la mente en este contexto es si es posible diseñar un sistema de comunicación

que opere con BER cero incluso a través de un canal ruidoso. En un escenario

ideal, la respuesta a esta pregunta es un sí enfático. La respuesta está embebida

en uno de los célebres teoremas de Shannon, que recibe el nombre de teorema

de la capacidad de información y está plasmado en la ecuación 3.1.

Dejemos que B denote el ancho de banda del canal y que SNR indique la señal a

ruido recibida. El teorema de capacidad de información establece que estos dos

parámetros se relacionan idealmente como

2log 1 /C B SNR b s 3.1

Donde C es la capacidad de información de canal. La capacidad de información se

define como la velocidad máxima a la cual puede transmitirse sin error la

información a lo largo del canal; se mide en bits por segundo (b/s). Para un ancho

de banda de canal preestablecido B y una SNR recibida, el teorema de capacidad

de información nos indica que una señal de mensaje puede transmitirse a través

del sistema sin error aun cuando el canal sea ruidoso, siempre que la velocidad de

señalización real R, en bits por segundo, a la cual se transmiten los datos por el

canal sea menor que la capacidad de información C.

El teorema de la capacidad de información es uno de los resultados más notables

de la teoría de la información, ya que, en una fórmula simple, subraya claramente

la interrelación entre tres parámetros clave del sistema: el ancho de banda del

canal, la potencia promedio transmitida (o, equivalentemente, la potencia

promedio de la señal recibida) y la densidad espectral de potencia del ruido a la

salida del canal. La dependencia de la capacidad de información C del ancho de

banda del canal B es lineal, en tanto que su dependencia con respecto a la

relación señal a ruido P/N0B es logarítmica. Por tanto, resulta más fácil aumentar

la capacidad de información de un canal de comunicación al expandir su ancho de

banda, que incrementar la potencia transmitida para una varianza de ruido

preestablecida.

El teorema implica que, para una potencia promedio transmitida P y ancho de

banda de canal B dados, podemos transmitir información a una tasa de C bits por

segundo, según se define en la ecuación 3.1, con una probabilidad de error



Página 37

arbitrariamente pequeña empleando sistemas de codificación sin una probabilidad

definida de error arbitrariamente pequeña empleando sistemas de codificación

suficientemente complejos. No es posible transmitir a una tasa superior que C bits

por segundo mediante cualquier sistema de codificación sin una probabilidad

definida de error.

Como se ha discutido, la inevitable presencia de ruido en un canal provoca

discrepancias (errores) entre las secuencias de datos de salida y entrada de un

sistema de comunicación digital. En un canal relativamente ruidoso (por ejemplo

un canal de comunicación inalámbrico) la probabilidad de error puede alcanzar un

valor tan alto como 10-1 (BER) lo cual quiere decir que (en promedio) sólo 9 de 10

bits transmitidos se reciben correctamente. En muchas aplicaciones este nivel de

confiabilidad resulta inaceptable. En realidad, una probabilidad de error igual a 10-6

o incluso menor es muchas veces un requisito necesario. Para conseguir tal nivel

de alto desempeño, recurrimos a otro teorema de Shannon, que es la codificación

de canal.

El objetivo de diseño de la codificación de canal es aumentar la resistencia de un

sistema de comunicación digital al ruido del canal. Específicamente, la codificación

del canal, consiste en hacer corresponder o asignar la secuencia de datos de

entrada con una secuencia de entrada del canal, y en la correspondencia inversa

de la secuencia de salida del canal con una secuencia de datos de salida, de tal

forma que el efecto completo del ruido del canal en el sistema se haga mínimo. La

primera operación de correspondencia se realiza en el transmisor por medio de un

codificador de canal, donde la operación de correspondencia inversa se lleva a

cabo en el receptor a partir de un decodificador de canal, como se muestra en la

figura 2.1.

El codificador de canal y el decodificador de canal en un sistema de comunicación

se encuentran bajo el control del diseñador y deben diseñarse para optimizar la

confiabilidad total del sistema de comunicación. El enfoque que se sigue es

introducir redundancia en el codificador del canal, de manera que se reconstruya

la secuencia fuente original lo más exactamente posible. El fin de introducir

redundancia controlada es mejorar la confiabilidad, en tanto que la última reduce

la redundancia para mejorar la eficiencia.

De manera específica, el teorema de codificación del canal para un canal discreto

sin memoria se enuncia en dos partes del modo que sigue.



Página 38

i. Considere una fuente discreta sin memoria con un alfabeto L que tiene

entropía H(L) y produce símbolos una vez cada Ts segundos. Sea un canal

discreto sin memoria con capacidad C y que se usa una vez cada Tc

segundos. Entonces, si

L

s c

H C

T T 3.2

Existe un esquema de codificación para el cual la salida de la fuente puede

transmitirse por el canal y reconstruirse con una probabilidad de error

arbitrariamente pequeña. El parámetro C/Tc recibe el nombre de tasa

crítica. Cuando se satisface la ecuación 3.2 con el signo de igualdad, se

dice que el sistema transmitirá señales a la tasa crítica.

ii. Inversamente, si

L

s c

H C

T T 3.3

no es posible transmitir información por el canal y reconstruirla con una

probabilidad de error arbitrariamente pequeña.

El teorema de codificación del canal es el resultado simple más importante de la

teoría de la información. El teorema especifica la capacidad del canal C como un

límite fundamental sobre la velocidad a la cual puede ocurrir la transmisión de

mensajes confiables sin errores por un canal discreto sin memoria. Sin embargo,

es importante advertir lo siguiente:

El teorema de codificación del canal no nos indica cómo construir un buen

código. Más bien, debe considerarse como una prueba de existencia

porque nos señala que si la condición de la ecuación 3.2 se satisface,

entonces existen buenos códigos.

El teorema no tiene un resultado preciso para la probabilidad del error de

símbolo después de decodificar la salida del canal. En vez de eso, nos

indica que la probabilidad del error de símbolo tiende a cero cuando

aumenta la longitud del código, siempre y cuando se satisfaga de nuevo la

condición de la ecuación 3.2.



Página 39

3.3 CODIFICACIÓN DE CANAL

3.3.1 Tipos de codificación

Existen 2 técnicas principales de codificación:

Requisición de repetición automática (ARQ, por sus siglas en inglés)

Corrección de errores directa (FEC, por sus siglas en inglés)

En un sistema de ARQ, cuando un circuito receptor detecta errores de paridad en

un bloque de datos, el receptor envía una requisición para que el bloque de datos

sea retransmitido. En un sistema FEC, los datos transmitidos están codificados

para que el receptor detecte y corrija errores. La utilización de la técnica de ARQ o

de FEC depende de la aplicación en particular. La ARQ a menudo se usa en los

sistemas de comunicación por computadora porque su implementación es

relativamente barata y generalmente existe un canal dúplex (bidireccional) tal que

la terminal receptora pueda transmitir un acuse de recibido (ACK) para los datos

recibidos o una requisición de retransmisión (NAC) cuando los datos se reciben

con errores. Las técnicas de FEC se utilizan para la corrección de errores en

canales simplex (unidireccionales), donde el envío de un indicador de ACK/NAC

no es factible. La FEC se prefiere en sistemas con largos retrasos de transmisión,

ya que si se utilizara la técnica de ARQ, la velocidad efectiva de datos sería

pequeña; el transmisor tendría largos periodos de inactividad mientras espera por

el indicador ACK/NAC, el cual se demora por el gran retraso de transmisión. Por lo

anterior es evidente que en la telefonía móvil la técnica utilizada en la codificación

de canal es la FEC, por lo cual, en adelante el trabajo se concentrará en esta

técnica.

La corrección de errores FEC involucra la adición de bits extra (redundancia) en la

palabra de código transmitida tanto para la detección como corrección de los

errores a la salida del receptor. Sin embargo, estos bits extra tienen la desventaja

que aumentan la velocidad de datos (bits/s) y, por consecuencia incrementa

también el ancho de banda de la señal codificada.

3.3.2 Tipos de códigos

Como se analizó previamente, Shannon demostró la existencia de códigos que

nos permiten alcanzar una probabilidad de error en el canal, tan pequeña como

queramos. Sin embargo, Shannon no indicó la manera de alcanzarlos, para ello se

abrió un gran campo de investigación para poder obtener esos códigos y lograr la



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mínima probabilidad de error a través del canal, por lo cual surgió una amplia

gama de códigos que se pueden clasificar básicamente en dos categorías:

Códigos de bloque

Códigos convolucionales

Códigos de bloque

Cuando se utiliza codificación en bloques, el codificador segmenta la secuencia de

información en bloques de mensaje de k bits de información (símbolos) cada uno

que en conjunto constituyen 2k posibles mensajes. Un bloque de mensaje es

representado por la secuencia binaria de k elementos u= (u0, u1,…, uk-1),

denominada mensaje. El codificador transforma cada mensaje u de manera

independiente en una secuencia v= (v0, v1,…, vn-1) de n elementos denominada

palabra de código, donde normalmente n>k, es decir, se aplica redundancia. Esto

es básicamente una asignación biyectiva entre los 2k vectores del espacio

vectorial de mensaje y 2k de los posibles 2n vectores del espacio vectorial

codificado. Cuando los valores de k y n son pequeños, la asignación puede

realizarse a través de una tabla, pero cuando la magnitud de estas cantidades es

grande, es necesario encontrar un método o mecanismo de generación del código.

En este sentido la linealidad de las operaciones de este mecanismo simplifica

grandemente el proceso de codificación. El conjunto de 2k palabras de código de

longitud n es denominado un código de bloques (n, k). La relación R= k/n es

llamada tasa de código y puede ser interpretada como el número de bits de

información que ingresan al codificador por cada símbolo que sale.

A diferencia de los códigos convolucionales (que se verán a continuación), los

códigos de bloque necesitan disponer de todo el bloque de información para

comenzar a codificar. Este hecho es un inconveniente para algunas aplicaciones,

ya que disponer de toda la información previamente a la codificación implica un

cierto retardo que en algunas aplicaciones no es conveniente.

Una clase de códigos de bloque ampliamente utilizada es la de los códigos de

Hamming [17] que cuentan con capacidad de corrección de un solo error. Además

de los Hamming, existen muchos otros tipos de códigos de bloque. Una clase

popular son los códigos cíclicos, que son aquellos en los que se puede obtener

otra palabra código tomando cualquier palabra código, desplazando sus bits hacia

la derecha y colocando los bits desplazados a la izquierda. Estos tipos de códigos

tienen la ventaja de que pueden codificarse fácilmente a partir de la fuente del

mensaje utilizando registros de desplazamiento lineal con retroalimentación

económicos; dicha estructura permite su fácil decodificación. Algunos ejemplos de



Página 41

códigos cíclicos y relacionados son los códigos de Bose-Chaudhuri-Hocquenhem

(BCH), Red-Solomon, máxima longitud, Reed-Müller y Golay.

3.4 CÓDIGOS CONVOLUCIONALES

En la codificación de bloques, el codificador acepta un bloque de mensaje de k bits

y genera una palabra de código de n bits. De ese modo, las palabras de código se

producen en un esquema bloque por bloque. Claramente deben tomarse

provisiones en el codificador para retener en un búfer un bloque de mensaje

completo antes de generar la palabra de código asociada. Sin embargo, hay

aplicaciones en las que los bits del mensaje vienen en forma serial y no en

bloques grandes, en cuyo caso el uso de un búfer puede ser indeseable. Para

estas aplicaciones resulta mejor utilizar la codificación convolucional. Un

codificador convolucional genera bits redundantes utilizando convoluciones

módulo 2, de ahí el nombre.

El codificador convolucional también acepta bloques de k bits de una secuencia de

información u y produce una secuencia codificada v de n símbolos, siendo

normalmente k<n. En la codificación convolucional, los símbolos u y v son usados

para denotar secuencias de bloques en lugar de un solo bloque. La secuencia de

información u ingresa al codificador de un bit por instante de tiempo. También

cabe resaltar que cada secuencia codificada no depende sólo de su

correspondiente secuencia de k bits, depende también de las secuencias previas,

por lo tanto también cuenta con una memoria M.

El nivel de memoria M debe hacerse grande para aumentar la capacidad de

detección de error del código. La tasa de codificación para este codificador se da

mediante la relación entre los bits de entrada k y los de salida n, por lo tanto es

k/n. La longitud de restricción de un código convolucional, expresada en términos

de bits de mensaje, se define como el número de corrimientos sobre el cual un bit

de un solo mensaje puede influir en la salida del codificador; en un codificador con

registro de corrimiento de M etapas, la memoria del codificador es igual M bits de

mensaje y se requieren K = M + 1 corrimientos para que un bit de mensaje entre al

registro de corrimiento y finalmente salga. Por tanto, la longitud de restricción del

codificador es K. La longitud de restricción indica el número de de bits

almacenados en cada registro de desplazamiento, incluyendo el bit actual en la

entrada.

Con los parámetros descritos de un codificador convolucional, es evidente que se

pueden lograr muchas combinaciones para alcanzar una óptima capacidad de

detección de error, así como una buena tasa de código. Para poder describir un



Página 42

código convolucional se escriben en paréntesis el número de bits de salida, el

número de bits de entrada y la longitud de restricción, en el orden mencionado,

para expresarse (n,k,K).

Los codificadores convolucionales se pueden clasificar si cuentan con secuencias

de bits sistemáticos en:

Codificadores convolucionales sistemáticos.

Codificadores convolucionales no sistemáticos.

a)

b)

Fig 3.2 Dos esquemas diferentes para representar un codificador convolucional

de código (3,1,3).

v(0)

Salida

Entrada

v(2)

v(1) u

v(0)

Salida Entrada

Sumador módulo 2

u

Registro de

desplazamiento

v(2)

v(1)

Registro de

desplazamiento



Página 43

También los podemos clasificar si cuentan con retroalimentación en:

Codificadores convolucionales recursivos.

Codificadores convolucionales no recursivos.

En la figura 3.2 se muestra el esquema de un codificador convolucional no

sistemático y no recursivo de código (3,1,3). Es frecuente encontrarlo de las dos

maneras en que se indica, sin embargo en este trabajo se ocupará la forma de la

figura 3.2a debido a que es la utilizada en los estándares de LTE. La

representación gráfica nos ayuda a entender mejor su funcionamiento.

En la figura 3.2a se pueden observar 3 bloques representando registros de

desplazamiento que actúan como memoria M para el codificador, en este caso

K=2, también se pueden ver los sumadores módulo 2 que realizan la convolución.

A la salida se observan las 3 secuencias de salida que pueden ser multiplexadas

para pasar los bits de un formato paralelo a bits en serie.

3.4.1 Representación del codificador

Existen diferentes formas de representar el proceso realizado por el codificador y

obtener un modelo equivalente. Las más utilizadas son:

1. Mediante polinomios o matriz

2. Por diagrama de estados

3.4.1.1 Representación mediante polinomios o matriz

Tomando como ejemplo el codificador de la figura 3.2a, las dos secuencias de

salida del codificador (0) (0) (0) (0)

0 1 2, , ,...v v vv , (1) (1) (1) (1)

0 1 2, , ,...v v vv y

(2) (2) (2) (2)

0 1 2, , ,...v v vv pueden ser obtenidas como la convolución de la secuencia

de entrada con las tres respuestas impulso del codificador.

Cada trayectoria que conecta la salida con la entrada de un codificador

convolucional puede caracterizarse en términos de su respuesta al impulso,

definida como la respuesta de esa trayectoria a un símbolo 1 aplicada en su

entrada, con cada registro de desplazamiento en el conjunto codificador

inicialmente en el estado cero. De manera equivalente, podemos caracterizar cada

trayectoria en términos de un polinomio generador, definido como la transformada

de retorno unitario de la respuesta al impulso. Específicamente, dejemos que la

secuencia generadora ( ) ( ) ( ) ( )

0 1 2( , , ,..., )i i i i

Mg g g g denote la respuesta al impulso de la

i -ésima trayectoria, donde los coeficientes ( ) ( ) ( ) ( )

0 1 2, , ,...,i i i i

Mg g g g son iguales a 0 o



Página 44

1. De manera correspondiente, el polinomio generador de la i -ésima trayectoria

está definido por

( ) ( ) ( ) ( ) 2 ( )

0 1 2, , ,...,i i i i i M

Mg D g g D g D g D 3.4

donde D denota la variable de retardo unitario. El codificador convolucional

completo se describe mediante un conjunto de polinomios generadores

(0) (1) ( 1), ,..., ng D g D g D .

Considerando el codificador convolucional de la figura 3.2a, el cual tiene 3

trayectorias, denotadas como (0)v , (1)v , (2)v para una referencia conveniente. La

respuesta al impulso de la trayectoria (0)v es (1,1,1). Por tanto, el polinomio

generador correspondiente está dado por

(0) 21g D D 3.5

La respuesta al impulso de la trayectoria (1)v , es (1,1,0). De ese modo, el

polinomio generador correspondiente se define mediante

(1) 1g D 3.6

La respuesta al impulso de la trayectoria (2)v es (1,0,0). De tal manera que el

polinomio generador está dado por:

(2) 1g 3.7

Los polinomios generadores en muchas ocasiones se expresan como su

equivalente octal, para nuestro ejemplo tenemos

(0)

( )[1,1,1] [7] octg 3.8

(1)

( )[1,1,0] [6] octg 3.9

(2)

( )[1,0,0] [4] octg 3.10

Una vez teniendo los polinomios generadores, podemos escribir las ecuaciones de

codificación como

(0) (0)g v u 3.11



Página 45

(1) (1)g v u 3.12

(2) (2)g v u 3.13

Donde indica una convolución discreta y todas las operaciones son módulo 2.

La operación convolución implica que para toda

( ) ( ) ( ) ( )

1 1

0

... , 0,1m

j j j j

l l i i l l m m

i

v u g u g u g j

3.14

Donde 0l iu para toda l i . Para el codificador de nuestro ejemplo tenemos

(0)

1 2l l lv u u u 3.15

(1)

1l lv u u 3.16

(0)

lv u 3.17

Como se ve en el diagrama del codificador convolucional de la figura 3.2a,

después de la codificación las secuencias de salida pueden ser multiplexadas en

una sola secuencia llamada, palabra de código, para transmitirá en el canal. La

palabra código entonces, está dada por

(0) (1) (2) (0) (1) (2) (0) (1) (2)

0 0 0 1 1 1 2 2 2, , ,...v v v v v v v v vv 3.18

Considerando la secuencia de mensaje (10011), tenemos la representación de

polinomio

3 41 D D u 3.19

De tal modo que el polinomio de salida de la trayectoria (0)v está dado por

(0) (0)g v u 3.20

(0) 3 4 2(1 ) (1 )D D D D v 3.21

(0) 2 3 61 D D D D v 3.22

Por lo tanto deducimos que la secuencia de salida de la trayectoria (0)v es

(1111001). Haciendo el análisis para la trayectoria (1)v



Página 46

(1) (1)g v u 3.23

(1) 3 4(1 ) (1 )D D D v 3.24

(1) 3 51 D D D v 3.25

Nos damos cuenta que la longitud de la secuencia (1)v no es igual a la de (0)v , por

lo tanto añadimos bits menos significativos para igualarlas, de tal modo que la

suecuencia (1)v es (1101010). Haciendo el análisis con la trayectoria (2)v

(2) (2)g v u 3.26

(2) 3 4(1 ) (1)D D v 3.27

(2) 3 41 D D v 3.28

Para esta última trayectoria de salida (2)v tenemos (1001100). Si multiplexamos

las salidas para obtener la palabra código, tenemos que

111,110,100,111,001,010,100v 3.29

Si entrelazamos los polinomios generadores (0)g ,

(1)g y (2)g los podemos

representar en una matriz

(0) (1) (2) (0) (1) (2) (0) (1) (2) (0) (1) (2)

0 0 0 1 1 1 2 2 2

(0) (1) (2) (0) (1) (2) (0) (1) (2) (0) (1) (2)

0 0 0 1 1 1 1 1 1

(0) (1) (2) (0) (1) (2) (0) (1) (2) (0) (1)

0 0 0 2 2 2 1 1 1

m m m

m m m m m m

m m m m m m m m m

g g g g g g g g g g g g

g g g g g g g g g g g gG

g g g g g g g g g g g g

(2)

3.30

Donde los espacios en blanco son ceros. Podemos reescribir las ecuaciones de

codificación en una matriz de la forma

Gv u 3.31

donde todas las operaciones son módulo 2. Para la matriz del codificador de la

figura 3.2a, tenemos



Página 47

111 110 100

111 110 100

111 110 100

111 110 100

G

3.32

3.4.1.2 Diagrama de estados

En muchas ocasiones es mejor contar con una representación gráfica para un

mejor análisis del codificador convolucional, para ello se puede realizar la

codificación paso a paso de manera gráfica. Es importante tener en cuenta que la

secuencia de mensaje u ingresa de un bit a la vez y el bit que ingresa primero al

codificador es el de mayor peso y el último bit en ingresar es el de menor peso.

Para el codificador de la figura 3.2a y considerando la secuencia de mensaje que

se ha usado previamente, u = (10011), los primeros pasos del proceso de

codificación se describen en la figura 3.3. Se considera un estado inicial en donde

los registros de desplazamiento tienen cero, posteriormente se comienzan a

introducir los bits de la secuencia a codificar y se realizan las convoluciones para

hallar el código resultante por cada bit.

Al finalizar el proceso de codificación es importante regresar al codificador al

estado inicial con ceros en los registros de desplazamientos, para ello se añaden

tantos ceros como elementos de memoria se tengan en el codificador a la

secuencia de mensaje a codificar. Para nuestro ejemplo, como M=2 se añaden

dos ceros al final.

Una manera práctica de representar este proceso gráfico es mediante un

diagrama de estados, para nuestro codificador de ejemplo tenemos el diagrama de

estados de la figura 3.4.En el diagrama se observa que la información del estado

del codificador se encuentra en los círculos. En este caso, al ser el codificador de

memoria M=2, tenemos cuatro estados posibles: 00, 01, 10 y 11. Cada nuevo bit

de entrada causa una transición entre estados, descrita mediante las líneas

unidireccionales que unen dichos círculos. La información incluida en cada

trayectoria de transición, denotada como u / v , representa el bit de entrada u y la

palabra codificada de salida v , teniendo en cuenta el estado en que nos

encontramos.



Página 48

a)

b)

c)

Figura 3.3 Proceso de codificación de un codificador convolucional

110 0

v(0)

=

Salida

1

v(2)

v(1)

0 1

1

0

1100 1

001

v(0)

=

Salida

0

v(2)

v(1)

0 1

1

1

v(0)

=

Salida

0

v(2)

v(1)

0 0

0

0



Página 49

Figura 3.4 Diagrama de estados para el codificador de la figura 3.2ª

3.5 CODIFICADORES CONVOLUCIONALES RECURSIVOS RSC

Como se mencionó anteriormente, existen varios tipos de códigos

convolucionales, hasta ahorita hemos centrado nuestra atención en los códigos

convolucionales no sistemáticos y no recursivos. Sin embargo, como se verá más

adelante los códigos turbo utilizan en su estructura códigos convolucionales que

son sistemáticos y recursivos. El hecho de comenzar analizando los códigos no

sistemáticos y no recursivos es porque son la base para analizar los códigos

sistemáticos y recursivos, los cuales también cuentan con una matriz de función

de transferencia y el proceso de codificación se puede representar mediante un

diagrama de estados.

Un código convolucional sistemático es aquél en que la secuencia de información

es contenida, sin ser modificada, en la secuencia codificada (palabra de código)

producida por el codificador. Un código convolucional es recursivo si existe

retroalimentación de los registros de corrimiento del codificador hacia la entrada

del mismo.

De acuerdo a [18] los códigos convolucionales no sistemáticos presentan menor

BER que un código sistemático con la misma memoria M a muy altas SNRs. A

bajas SNRs es al contrario. Los códigos sistemáticos y recursivos pueden ser

mejores que los códigos convolucionales no sistemáticos a cualquier SNR y a

0/010

1/011

0/110

0/100

1/001

1/101

1/111

0/000

00

10 01

11



Página 50

altas velocidades. En general los códigos convolucionales recursivos y

sistemáticos mejoran las prestaciones de sus equivalentes no sistemáticos para

cualquier SNR para tasas de código mayores a 2/3. La recursividad se hace con el

fin de hacer que el estado interno del registro de corrimiento de las salidas

anteriores, afectando el comportamiento de los patrones de error (un error simple

en los bits sistemáticos produce un número infinito de errores de paridad),

logrando un mejor desempeño de la estrategia de codificación total.

Figura 3.5 Codificador convolucional no sistemático y no recursivo (2,1,3)

Un código sistemático recursivo se obtiene a partir de uno no sistemático, de

acuerdo a [19], realimentando la entrada con una de sus salidas. Considerando el

codificador convolucional no sistemático y no recursivo de la figura 3.5 podemos

obtener un codificador sistemático y recursivo como el de la figura 3.6. La entrada

el codificador de la figura 3.5 en un instante de tiempo k es un bit kd que provoca

a la salida sus correspondientes palabras de código kX y kY , sin embargo en el

codificador de la figura 3.6 la entrada al elemento de memoria ya no es kd , la

entrada ahora es una nueva variable ka , cuyo valor dependerá de la convolución

realizada por un sumador módulo 2.

kd kX

kY



Página 51

a)

b)

Figura 3.6 Dos maneras de representar un codificador convolucional sistemático y recursivo

De la misma manera en que un codificador convolucional no sistemático y no

recursivo puede quedar descrito por medio de una matriz de función de

transferencia, para el caso de los códigos sistemáticos y recursivos la matriz de

conexiones tendrá la forma:

11

0 0

( )( )1, ,...,

( ) ( )

ng Dg DG

g D g D

3.33

Donde el 1 representa la salida del codificador que adquiere como valor la propia

entrada, 0 ( )g D el polinomio generador asociado a la retroalimentación, 1( )g D

hasta 1( )ng D los polinomios generadores asociados a las salidas restantes del

codificador. Los polinomios generadores en este caso también se expresan en

números octales, para el caso del codificador de la figura 3.6, 0g =5 y 1g =7.

kd kX

kY

ka

kd kX

kY

ka



Página 52

a)

b)

Figura 3.7 Codificadores convolucionales sistemáticos y recursivos con hardware de terminación

En el caso de los codificadores convolucionales recursivos y sistemáticos, para

dejarlo en un estado cero no aplica introducirle tantos ceros como elementos de

memoria como se hace en los codificadores no sistemáticos y no recursivos. Para

poder alcanzar un estado cero se necesita que el bit ka sea cero; por inspección

nos damos cuenta que ka es el resultado de realizar la suma módulo 2 entre el bit

de entrada kd y la realimentación. Por tanto, si queremos que el resultado de esta

suma sea cero, ambos bits sumados tienen que coincidir, por lo que los bits de

terminación en los códigos convolucionales sistemáticos y recursivos deben ser

los bits en los elementos de memoria en el penúltimo estado. Este proceso se

realiza mediante hardware como se ilustra en la figura 3.7 en donde se indica con

líneas punteadas la conexión para lograr que el estado final sea cero.

kdkX

kY

ka

kd

kX

kY

ka



Página 53

3.6 CÓDIGOS TURBO

Shannon publicó su artículo [16] indicando la máxima capacidad de canal de

manera teórica para un canal de comunicaciones, conocido como el límite de

Shannon; de la misma manera en dicho artículo indicó que deberían existir

códigos de control de errores de canal para alcanzar ese límite. Los siguientes

años comenzaron a existir muchos tipos de códigos, entre ellos los códigos

convolucionales que se han abordado previamente.

Para alcanzar el límite teórico de la capacidad de canal de Shannon con los

códigos convolucionales se necesita una tasa de codificación muy baja (por cada

bit de entrada un gran número de bits de salida) o bien incrementar la memoria del

codificador.

Cuando se tienen tasas de codificación muy bajas implica que hay un mayor

número de bits de redundancia. Los códigos con baja tasa de transmisión tienen

mayor capacidad de corrección de errores, lo que implica que un sistema de

comunicación pueda operar con una menor potencia de transmisión, que la

transmisión alcance grandes distancias, sea capaz de tolerar más interferencia,

usar antenas más pequeñas y transmitir a mayores velocidades; por otra parte a

tasas de transmisión pequeñas se necesita un mayor ancho de banda, puesto que

tenemos una gran cantidad de bits de redundancia.

Por otra parte, si se incrementa la memoria de un codificador convolucional se

puede lograr un mejor rendimiento del código, aumentando la capacidad de

detección de errores, sin embargo se incrementa la complejidad del decodificador

de manera exponencial que incluso sea físicamente irrealizable.

Se han propuesto varios métodos para la construcción de códigos de gran

rendimiento con grandes longitudes de bloques “equivalentes” estructurados de tal

manera que la decodificación puede dividirse en varias etapas manejables. Uno de

estos métodos fue la concatenación de varios codificadores de bajas prestaciones

para obtener uno de gran rendimiento. Los primeros esquemas de codificadores

concatenados fueron propuestos por primera vez por Forney [20] como un método

para conseguir grandes ganancias de codificación combinando dos o más

codificadores de bloque, relativamente simples y de baja longitud. El resultado de

los codificadores concatenados tiene la capacidad de corrección de errores de un

codificador de gran longitud, además de permitir una decodificación accesible.

En 1993 Claude Berrou, Alain Glavieux y Punya Thitimajshima en [21] como una

nueva clase de códigos convolucionales, con un rendimiento en términos de BER



Página 54

muy cercano al límite de Shannon. Estos códigos desde su invención han sido

ampliamente estudiados y empleados.

Un codificador turbo consiste en la concatenación de al menos dos codificadores

que se conocen como codificadores constituyentes, en su invención fueron

presentados concatenados en paralelo, sin embargo con el paso del tiempo han

surgido otros tipos, como los que son concatenados en serie y los híbridos que

son una combinación de los tipos anteriores. Por lo general se prefiere utilizar el

mismo codificador constituyente. En su forma original fueron utilizados los

codificadores convolucionales recursivos y sistemáticos debido a sus grandes

prestaciones, puesto que por sí mismos nos ayudan a incrementar de manera

aparente la memoria del codificador debido a su retroalimentación y ya unidos en

paralelo nos permiten crear códigos mucho más potentes. Debido a que ambos

codificadores constituyentes son sistemáticos, sólo se utilizan los del primero

codificador, tal como se aprecia en la figura 3.8

Otro elemento del codificador turbo es el llamado intercalador, el cual separa a los

dos codificadores constituyentes y se encarga de permutar el orden de una

secuencia de símbolos proveniente de un alfabeto fijo de una manera

completamente determinísitca; es decir, toma los símbolos a la entrada y produce

símbolos idénticos a la salida, pero en un orden temporal diferente.

Figura 3.8 Codificador turbo básico

bits de

paridad

bits

sistemáticos

CODIFICADOR 1

CODIFICADOR 2

INTERCALADOR

Secuencia de

entrada



Página 55

Las razones para usar un intercalador son las siguientes:

Para ligar errores que se efectúan con facilidad en una mitad del código

turbo con errores cuya ocurrencia resulta excepcionalmente improbable en

la otra mitad. Ésta es en realidad la razón por la que el código turbo se

desempeña mejor que un código tradicional.

Para ofrecer un desempeño adecuado con respecto a la decodificación sin

acoplamiento, la cual es un problema que se presenta cuando las

estadísticas del canal no se conocen o se han especificado

incorrectamente.

El diseño del intercalador tiene un efecto significativo en el rendimiento del código.

Un código de bajo peso puede producir un pobre rendimiento, por lo cual es

importante que uno o ambos de los codificadores generen códigos de mayor peso.

Si el primer codificador al que ingresan los bits sistemáticos produce un código de

bajo peso, será necesario que el segundo codificador produzca un código me

mejor peso para poder obtener un mejor rendimiento. La importancia de obtener

palabras de código de gran peso es que nos ayudan en la decodificación puesto

que es más fácil detectar errores. Como se mencionó anteriormente, cuando se

concatenan los codificadores, la codificación se puede obtener si se decodifica de

manera independiente cada codificador y al tener dos secuencias diferentes a

partir de la misma información, nos ayuda a que ambos decodificadores

intercambien información.

El intercalador opera en bloques, permutando grupos de bits a la vez, por lo cual

los códigos turbo se podrían considerar lineales. Cuanto mayor es el bloque con el

que trabaja el intercalador, mayor es el rendimiento obtenido por el codificador

turbo para acercarse al límite de Shannon. Esto implicaría que se debería escoger

el tamaño más grande posible; sin embargo, a medida que aumenta el tamaño del

dispersor también aumenta el retardo en el codificador ya que necesitaría recibir el

bloque completo para codificarlo completamente. Por lo tanto se debe de optimizar

lo mejor posible el tamaño del bloque, haciendo un equilibro entre el rendimiento y

el retardo.

Puesto que el objetivo del intercalador es permutar el orden de los bits, su diseño

se puede conseguir de diferentes maneras, teniendo en cuenta los objetivos

previamente mencionados y buscando que los bits que están muy cercanos en la

secuencia de entrada queden lo más separados que se pueda en la secuencia de

salida permutada. A continuación se describen algunos de los tipos de intercalador

utilizados:



Página 56

Intercalador Fila-Columna. Consiste en una memoria en la que los bits de

información son introducidos en una matriz por filas y la salida se lee por

columnas (o viceversa).

Intercalador Espiral. Se trata de una memoria en que la información es

escrita como una matriz por filas y la salida es leída en forma diagonal.

Intercalador Impar-Par. Este tipo consta de una memoria en que primero

son almacenados los bits de la posición impar, luego los bits de información

son ordenados en una matriz en la cual tanto el número de filas como el de

columnas es impar y ahora sólo se almacenan los bits en la posición par.

Intercalador Pseudo-Aleatorio. Es aquel en que la secuencia de

información es almacenada en la memoria en un orden pseudo-aleatorio y

posteriormente es leída columna por columna.

¿Cómo llevar al estado cero al codificador?

En general, no existe un intercalador que sea mejor o que sea universal puesto

que se diseñan de acuerdo a los requerimientos específicos del sistema en que se

empleen.

Así como con los códigos convolucionales, es muy importante conocer el estado

en el que se encuentra el codificador una vez que se haya codificado la secuencia

de información, como caso práctico utilizamos el estado cero. Debido a que el

codificador turbo está formado por códigos convolucionales recursivos y

sistemáticos, para finalizar la transmisión en el estado cero necesitamos introducir

como entrada adicional la propia palabra que forma el estado del codificador

constituyente en ese instante. Debido a la complejidad de conocer el estado en

que se encontrará cada uno de los codificadores constituyentes y si es el mismo o

no en ambos, se transmiten por el canal los bits sistemáticos y de paridad de cada

uno de ellos.

3.7 CÓDIGOS TURBO PARA LTE

3.7.1 Esquemas de codificación en LTE

En LTE se utilizan diferentes esquemas de codificación, debido a que en su

sistema cuenta con diferentes tipos de canales de acuerdo a [22], en donde se

definen los canales para la interfaz de aire de LTE; como se explico en el capítulo

2, la interfaz de aire permite la interconexión y el envío de tráfico y señalización

entre la terminal móvil y las estaciones base. Los canales en LTE nos ayudan

principalmente a hacer la interrelación entre los diferentes protocolos de las capas

del sistema, básicamente se dividen en tres:



Página 57

Canales lógicos. Se utilizan para describir el tipo de información de usuario

y/o señalización que se transmite a través de la interfaz aérea.

Canales de transporte. Básicamente aportan flexibilidad a la interfaz aérea

ya que permiten multiplexar diferentes canales lógicos en un canal de

transporte. Además, los Canales de transporte también se utilizan para

describir cómo y con qué características se transmite la información a

través de la interfaz de aire.

Canales físicos. Describen los mecanismos físicos de transmisión/recepción

a través del enlace de radio tanto de la información de usuario como de la

propia señalización del sistema. En este tipo de canal se encuentran los

que van desde la estación base hasta el equipo móvil.

De acuerdo al tipo de canal, 3GPP especifica en [23] el tipo de codificación a

emplear. Los tipos de codificación a emplear son:

Codificación turbo con tasa de código de 1/3.

Codificación convolucional con tasa de 1/3.

Codificación de bloque con tasa de 1/16.

Repetición de código con tasa de 1/3.

Cada uno de los tipos de codificación empleados depende tanto del tipo como de

la cantidad de información a través del canal siendo la codificación turbo el

esquema más utilizado sobre todo en canales físicos que transportan cantidades

muy grandes de paquetes de datos, como es en el caso de transmisión tanto

uplink como downlink. La codificación convolucional es empleada para los canales

de control que utilizan bloques de información muy pequeños.

Este trabajo está enfocado en la realización de un codificador, de canal, turbo,

para lo cual se procederá a detallarlo de acuerdo a las especificaciones dadas por

3GPP en [23].

3.7.2 Codificación turbo para LTE

3.7.2.1 Características

El codificador turbo especificado por 3GPP para LTE de acuerdo a [22] es el que

se muestra en la figura 3.9, el cual está construido por dos codificadores

recursivos y sistemáticos idénticos concatenados en paralelo. Cada codificador

constituyente es de 8 estados y tiene una tasa de código de ½. La entrada al

segundo codificador constituyente es permutada usando un intercalador que más

adelante se describe a detalle. Sólo se usa una salida sistemática de los



Página 58

codificadores constituyentes, esto debido a que la salida sistemática del otro

codificador constituyente es una versión permutada de la salida sistemática

escogida. Cada codificador constituyente está denotado por la matriz de

conexiones:

1

0

( )( ) 1,

( )

g DG D

g D

3.34

Donde:

2 3

0( ) 1g D D D 3.35

3

1( ) 1g D D D 3.36

Figura 3.9 Codificador turbo usado en LTE

Considerando una secuencia a codificar de K bits, los bits de entrada al

codificador de la figura 3.9 están denotados por



Página 59

0 1 2 3 1, , , ..., Kc c c c c 3.37

los bits de salida del primer y segundo codificador son

0 1 2 3 1, , , ..., Kz z z z z 3.38

0 1 2 3 1, , , ..., Kz z z z z 3.39

respectivamente, los bits de salida del intercalador son denotados por

0 1 2 3 1, , , ..., Kc c c c c 3.40

y son los de entrada al segundo codificador constituyente.

El valor inicial de los registros de desplazamiento de los codificadores debe ser

cero antes de comenzar la codificación. Al final de la codificación de los bits es

importante que el codificador retorne al estado cero, insertando los bits necesarios

para alcanzar dicho estado, como se analizó previamente, este tipo debido a su

retroalimentación resulta más complicado llevar a un estado cero en comparación

con los codificadores convolucionales convencionales. Los bits adicionales para la

terminación de la codificación dependen del estado del codificador y es muy

complicado predecirlo; además si se conocen los bits de terminación para un

codificador constituyente, el otro codificador no llegaría al estado cero con los

mismos bits, debido a la presencia del intercalador entre los dos codificadores

constituyentes. Para solucionar dicha problemática se planteó una solución en

[24]. La idea se logra mediante una implementación de hardware, que se observa

en la figura 3.9 con líneas punteadas, para codificar una secuencia el interruptor

está en posición hacia arriba y para la terminación de la codificación y retornar a

un estado final cero el interruptor está hacia abajo, además en ese momento las

líneas punteadas realizan una conexión en donde se indica. Debido a que el

codificador turbo del estándar LTE cuenta con dos codificadores constituyentes de

3 elementos de memoria cada uno, esos serían los bits de terminación, los

primeros bits son usados para terminar el primer codificador constituyente

mientras el segundo codificador es deshabilitado, los últimos 3 bits son para

terminar el segundo codificador constituyente mientras el primer codificador es

deshabilitado. Debido a que hay un momento en el que el primer codificador

constituyente es deshabilitado y es el que envía los bits sistemáticos, es necesario

que cuando suceda esto el segundo codificador constituyente los envíe, por ello

en la figura 3.9 se indica con una línea punteada. Considerando lo anterior, los bits

de terminación siempre serán 12, sin importar el tamaño de la secuencia a



Página 60

codificar. Estos bits que se añaden al final provocan que la tasa de codificación

sea ligeramente menor a 1/3.

3.2.7.2 Segmentación

Antes de abordar la parte del intercalador, es importante primeramente conocer

los tamaños de los bloques o secuencias de información a codificar, puesto que

éste será el tamaño del intercalador.

LTE soporta bloques de datos como secuencia de entrada con una longitud entre

40 y 6144 bits. El tamaño máximo del bloque de información de 6144 bits asegura

que un paquete IP (MTU=1500 bytes sobre Ethernet) sea segmentado en un

máximo de dos bloques. Además es conveniente un conjunto limitado de

tamaños. El fin principal de segmentar los paquetes de información es para reducir

la complejidad del diseño del intercalador y posteriormente reducir la complejidad

del algoritmo de decodificación.

A cada bloque de bits de entrada, que se conoce como bloque de transporte, se le

añade una secuencia de 24 bits de redundancia cíclica CRC (Cyclic Redundancy

Check), con el fin de mejorar la detección de errores en LTE. Una de las razones

de utilizar bits CRC es su simplicidad en la implementación,

El polinomio generador de los bits CRC es

24 23 18 17 14 11 10 7 6 5 4

3 2

( ))

1

CRCAg D D D D D D D D D D D D

D D D

3.41

Cuando el tamaño del bloque de bits a transmitir es mayor a los soportados, se

realiza una segmentación de la secuencia de entrada y se añade una secuencia

de 24 bits CRC a cada parte del bloque, aparte de los bits añadidos al bloque

antes de ser segmentado. Este segundo conjunto de bits CRC es diferente al

primero, esto con el fin de evitar errores ya que cuando se utiliza el mismo

polinomio generador, una secuencia de error que es divisible por el primer

conjunto de bits CRC será divisible por los siguientes bits CRC de igual manera,

debido a que sería redundante si se utiliza el mismo polinomio generador. Debido

a lo explicado el polinomio generador de los bits CRC para los bloques está dado

por el siguiente polinomio generador

24 23 6 5 1CRCBg D D D D D D 3.42



Página 61

Como se verá más adelante, sólo son soportados ciertos números de tamaños de

bloques, de acuerdo a la tabla 3.1. Cuando el tamaño del bloque a transmitir no

coincide con ninguno de los establecidos, se pueden agregar bits de relleno.

Cuando se segmenta un bloque de transporte es importante procurar que sea en

bloques del mismo tamaña o un tamaño contiguo de acuerdo a la tabla 3.1 debido

a que el codificador turbo puede tener un rendimiento diferente para cada uno de

los tamaños de los bloques segmentados. Se trata de buscar el mayor número de

bloques iguales y en ocasiones puede resultar que se requieran bits de relleno que

bien se podrían cubrir con un bloque de tamaño especificado, sin embargo, es

preferible que sean de relleno para conseguir un rendimiento único en el

codificador turbo.

En la figura 3.10 se puede observar un ejemplo de cómo sería una segmentación

óptima, se considera un bloque B de 18796 bits. Primero se añaden los 24 bits

CRC, se segmenta en tres bloques de 4800, incluyendo los 24 bits CRC para cada

bloque segmentado. Finalmente, se considera un bloque de un tamaño

aproximado a los tres anteriores, de acuerdo a la tabla 3.1 y se añaden 40 bits de

relleno. Finalmente, nuestro bloque B’ que se enviará al codificador turbo, contiene

un total de 19136 bits.

Figura 3.10 Segmentación de un bloque de transporte

3.2.7.3 Intercalador

La selección del codificador turbo fue considerada durante la fase de estudio del

estándar LTE para cumplir con los requerimientos que se han abordado en el

capítulo 1, los cuales incluyen velocidades de datos de hasta 100 Mbps en el



Página 62

downlink y 50 Mbps en el uplink, flexibilidad para variar el ancho de banda (hasta

20 MHz) y soporte para VoIP. Cuando el grupo de trabajo 3GPP decidió apostar

por la codificación turbo para el estándar LTE, la cual ya se utilizaba desde el

estándar WCDMA decidió utilizar un nuevo tipo de intercalador con el fin de

aumentar las velocidades de decodificación. El intercalador seleccionado para LTE

fue QPP (Quadratic Permutation Polynomials, “Permutación de polinomios

cuadráticos”) con 188 tamaños diferentes para los bloques de secuencias a

codificar.

Para LTE, hay un conjunto de 188 tamaños del intercalador para cubrir los

tamaños de bloques entre 40 y 6144 bits de a cuerdo al estándar [25].

40 8 ,0 59

512 16 ,0 32

1024 32 ,0 32

2048 64 ,0 64

f f

f fK

f f

f f

3.43

Para un bloque de información de tamaño K , un intercalador QPP de tamaño K

está definido por la siguiente ecuación

2

1 2 modi f i f i K 3.44

donde 0 1i K es el índice secuencial de la posición del bit después de la

permutación y i es el índice del bit antes de la permutación correspondiente a

la posición i y 1f & 2f son los coeficientes que definen la permutación y de

acuerdo al tamaño de bloque son definidos de acuerdo a [24] y se muestran en la

tabla 3.1

Considerando el codificador para LTE de la figura 3.9 en donde la secuencia de

bits de entrada al intercalador es descrita por

0 1 1, ,..., Kc c c 3.45

donde K representa el número de bits de entrada.Los bits de salida del

intercalador son representados por

0 1 1, ,..., Kc c c 3.46

la relación entre los bits de entrada y los de salida se describe mediante



Página 63

, 0,1,..., ( 1)i i

c c i K

3.47

Tabla 3.1 Parámetros del intercalador para el codificador turbo de LTE



Página 64

CAPÍTULO 4

HERRAMIENTAS DE DESARROLLO

La implementación del codificador se lleva a cabo en una FPGA montada sobre la

tarjeta de desarrollo Basys2 de Digilent. La implementación del codificador se

aborda en el capítulo 5, sin embargo durante este capítulo se muestran las

herramientas utilizadas para su implementación.

4.1 FPGA

Desde los comienzos desde la electrónica, a comienzos del siglo XX, se han

desarrollado una infinidad de dispositivos electrónicos y se han realizado una

inmensa variedad de aplicaciones en base a ellos. Entre los dispositivos básicos

podemos encontrar diodos, transistores, capacitores, resistores y bobinas, que nos

permiten diseñar y construir prácticamente cualquier sistema electrónico; sin

embargo en muchas aplicaciones que son de gran tamaño, resolver el problema

desde el funcionamiento resulta muy complicado, incluso imposible y han surgido

circuitos integrados que contienen desde unos cientos hasta millones de los

dispositivos básicos y son denominados ASIC( Application Specific Integrated

Circuit, “Circuito integrado de aplicación específica”) que como su nombre lo dice

son circuitos integrados diseñados para responder a una determinada aplicación,

no son componentes universales para un mercado global, sino circuitos integrados

con una funcionalidad específica, a medida de la aplicación.

Los circuitos ASIC permiten disponer de circuitos con excelentes características

de área, velocidad, consumo y complejidad, acordes a las necesidades del

mercado. Sin embargo, el costo del diseño hace que la solución ASIC sea viable

económicamente sólo a partir de una determinada escala de producción.

Dentro del área digital existen los circuitos lógicos programables PLD

(Programmable Logic Device) como una solución a los problemas de los ASIC en

cuanto al costo. Un PLD es un circuito integrado por una matriz de puertas lógicas

y flip-flops, que proporcionan una solución al diseño de forma análoga a las

soluciones producidas por suma de productos, producto de sumas y multiplexores.

La estructura básica de un PLD permite realizar cualquier tipo de circuito

combinacional basándose en una matriz formada por compuertas AND, seguida

de una matriz de compuertas OR.



Página 65

Un gran avance en la evolución de los dispositivos programables fue la aparición

de las FPGA (Field Programable Gate Array, “Arreglo de compuertas

programables en campo”)

Una FPGA es un dispositivo semiconductor programable que está basado en una

matriz de bloques lógicos configurables conectados a través de interconexiones

programables. De manera contraria a lo que sucede con los circuitos integrados

de aplicación específica donde el dispositivo es hecho a la medida del diseño

particular, una FPGA puede ser programada para una aplicación deseada o para

cumplir con ciertos requerimientos de funcionalidad. Existen FPGAs que se

pueden ser programadas una sola vez, sin embargo la mayoría son del tipo SRAM

que les permite ser programada tantas veces como el diseño lo requiera. Su alta

disponibilidad de recursos lógicos, bloques de memoria SRAM, bloques MAC,

aumento de las entradas y salida y sobre todo su reprogramación, han colocado a

estos dispositivos como una de las herramientas más versátiles en estos

momentos.

La opción de generar máquinas de estados finitos FSM(por sus siglas en inglés,

Finite State Machines) de forma rápida y sencilla gracias a los lenguajes HDL

(Lenguajes de Descripción de Hardware), colocan a los dispositivos FPGAs como

una solución eficaz ante el diseño de sistemas digitales.

Los dispositivos FPGA se basan en lo que se conoce como arreglos de

compuertas, los cuales consisten en la parte de de arquitectura que contiene tres

elementos configurables: bloques lógicos configurables (CLB, “Configurable Logic

Blocks”), bloques de entrada y salida (IOB, “Input Output Blocks”) y canales de

comunicación. La densidad de los FPGA se establece en cantidades equivalentes

a cierto número de compuertas.



Página 66

Figura 4.1 Arquitectura de un FPGA

Por adentro, un FPGA está formado por arreglos de bloques lógicos configurables

que se comunican entre ellos y con las terminales de entrada/salida por medio de

alambrados llamados canales de comunicación. Cada FPGA contiene una matriz

de bloques lógicos idénticos, por lo general de forma cuadrada, conectados por

medio de líneas metálicas que corren vertical y horizontalmente entre cada bloque.

En la figura 4.1 se puede apreciar una imagen de la arquitectura de un FPGA.

La combinación del lenguaje HDL y los dispositivos FPGA´s permiten a los

diseñadores simular, probar e implementar físicamente circuitos digitales

sofisticados, reduciendo el tiempo que existe desde el diseño hasta la producción

final.

4.2 BAYS2

Existen tres fabricantes mayoritarios en la distribución de FPGAs y software de

soporte, estos son Xilinx, Altera y Actel. Sin embargo en el mercado mundial

también existen otros como Lucent, Texas Instruments, Philips, QuickLogic,

Cypress, Atmel, entre otros. Cada uno de los fabricantes cuenta con FPGAs de

características diferentes pero conservando el mismo principio de funcionamiento,

y cuentan con una gran variedad en el mercado.

Para desarrollar un proyecto con una FPGA se requiere del circuito integrado,

además de un programador y de acuerdo a la complejidad se le pueden agregar

buses, memorias, interruptores, indicadores. En el mercado Digilent ha



Página 67

desarrollado la idea de fabricar placas de desarrollo en la que se encuentra una

FPGA conectada con memorias, circuitos integrados, una interfaz integrada que

permite la programación desde la PC, cuentan con algunos interruptores y

diferentes accesorios para lo cual hay una gran variedad de placas de desarrollo,

siendo una manera muy útil de trabajar en la parte de pruebas y desarrollo para

que una vez que se tiene el diseño final listo se pueda implementar.

Para integrar el codificador turbo se ha pensado en una tarjeta de desarrollo que

sea accesible económicamente, además considerando el tamaño del diseño el

número de compuertas a utilizar no sería una restricción se optó por utilizar la

tarjeta de desarrollo Basys2 de Digilent.

La tarjeta Basys2 es una plataforma para el diseño e implementación de circuitos

digitales. La tarjeta está construida en base a una FPGA que cuenta con una

FPGA Spartan-3E de XILINX y un controlador USB Atmel AT90USB2. La tarjeta

Basys2 provee el hardware necesario listo para usarse capaz de soportar circuitos

que van desde el rango de lo básico hasta el control complejo de procesos. Una

amplia gama de dispositivos de Entrada/Salida y todas las conexiones del FPGA

son incluidas, por lo que incontables diseños pueden ser creados sin la necesidad

de componentes adicionales.

Cuatro conectores de expansión estándar permiten a la tarjeta Basys2 crecer

utilizando circuitos diseñados por el usuario o PMods. (Los PMods son módulos de

Entrada/Salida analógicos y digitales de bajo costo que ofrecen conversión A/D y

D/A, drivers para motor, entradas de sensor y muchas otras características). Las

señales en los conectores de 6 pines están protegidas contra corto circuito,

garantizando una larga vida de funcionamiento en cualquier ambiente. La tarjeta

Basys2 trabaja en cualquier versión del compilador Xilinx ISE tools, incluyendo la

licencia gratuita WebPack. Contiene un cable USB que le proporciona energía y es

utilizado como interfaz de programación, por lo que ninguna otra fuente de poder o

cable de programación es requerido. En la Figura 4.2 se muestra el diagrama a

bloques de la tarjeta Basys2.



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Figura 4.2 Diagrama a bloques de la tarjeta Basys2.

Como características generales de la tarjeta se pueden describir:

Cuenta con una FPGA Xilinx Spartan 3-E de 100K compuertas

FPGA con multiplicadores de 18-bits, 72 Kbits de bloque RAM dual-port, y

500 MHz como velocidad de operación

Puerto USB full-speed para la configuración y transferencia de datos hacia

el FPGA

Una memoria flas ROM XCF02 que almacena las configuraciones del

FPGA

Frecuencia de oscilación ajustable (25, 50 y 100 MHz), además cuenta con

socket para un oscilador extra.

3 reguladores de voltaje incluidos (1.2V, 2.5V y 3.3V) que permiten el uso

de fuentes externas de 3.5V a 5.5V

8 LEDs, 4 displays de siete segmentos, 4 botones de presión, 8

interruptores deslizables, puerto PS/2 y un puerto VGA de 8 bits.

La programación de la FPGA se lleva a cabo a través del software de Digilent,

Adept que está disponible de forma gratuita en la página de DIgilent. Sólo es

necesario conectar la tarjeta de desarrollo y ejecutar el programa, de manera

inmediata el software reconoce la tarjeta. El archivo que se requiere para

programar la FPGA es de extensión .bit; además Adept permite la opción para

programar el FPGA directamente o guardar la configuración en la memoria PROM.



Página 69

Figura 4.3 Interfaz de Adept.

4.3 VHDL

Como consecuencia de la creciente necesidad de integrar un mayor número de

dispositivos en un solo circuito integrado, se desarrollaron nuevas herramientas de

diseño que auxilian al ingeniero a integrar sistemas de mayor complejidad. Esto

permitió que en la década de los cincuenta aparecieran los lenguajes de

descripción en hardware (HDL) como una opción de diseño para el desarrollo de

sistemas electrónicos elaborados. Estos lenguajes alcanzaron mayor desarrollo

durante los años setenta, lapso en que se desarrollaron varios de ellos como IDL

de IBM, TI-HDL de Texas Instruments, ZEUS de General Electric, etc., todos

orientados al área industrial, así como los lenguajes en el ámbito universitario

(AHPL, DDL, CDL, ISPS, etc.) [26]. Los primeros no estaban disponibles fuera de

la empresa que los manejaba, mientras que los segundos carecían de soporte y

mantenimiento adecuados que permitieran su utilización industrial. El desarrollo

continuó y en la década de los ochenta surgieron lenguajes como VHDL, Verilog,

ABEL 5.0, AHDL, etc., considerados lenguajes de descripción en hardware porque

permitieron abordar un problema lógico a nivel funcional (descripción de un



Página 70

problema sólo conociendo las entradas y salidas), lo cual facilita la evaluación de

soluciones alternativas antes de iniciar un diseño detallado.

En la actualidad, el lenguaje de descripción en hardware más utilizado a nivel

industrial es VHDL (VHSIC Hardware Description Language), que apareció en la

década de los ochenta como un lenguaje estándar, capaz de soportar el proceso

de diseño de sistemas electrónicos complejos, con propiedades para reducir el

tiempo de diseño y los recursos tecnológicos requeridos. El Departamento de

Defensa de Estados Unidos creó el lenguaje VHDL como parte del programa "Very

High Speed Integrated Circuits" (VHSIC), a partir del cual se detectó la necesidad

de contar con un medio estándar de comunicación y la documentación para

analizar la gran cantidad de datos asociados para el diseño de dispositivos de

escala y complejidad deseados [27]; es decir, VHSIC debe entenderse como la

rapidez en el diseño de circuitos integrados. Después de varias versiones

revisadas por el gobierno de los Estados Unidos, industrias y universidades, el

IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) publicó en diciembre de

1987 el estándar IEEEstd 1076-1987. Un año más tarde, surgió la necesidad de

describir en VHDL todos los ASIC creados por el Departamento de Defensa, por lo

que en 199.3 se adoptó el estándar adicional de VHDL IEEE1164. Hoy en día

VHDL se considera como un estándar para la descripción, modelado y síntesis de

circuitos digitales y sistemas complejos. Este lenguaje presenta diversas

características que lo hacen uno de los HDL más utilizados en la actualidad.

El VHDL es un lenguaje de descripción y modelado diseñado para describir la

funcionalidad y la organización de sistemas digitales, circuitos digitales y

componentes. Si bien el lenguaje VHDL fue concebido como un lenguaje para el

modelado y simulación lógica dirigida por eventos de sistemas digitales, también

se utiliza para la síntesis automática de circuitos. Es un lenguaje de amplia y

flexible sintaxis, que permite el modelado preciso en distintos estilos del

comportamiento de un sistema digital, y el desarrollo de modelos de simulación.

En la actualidad la síntesis a partir de VHDL constituye una de las principales

aplicaciones. Las herramientas de síntesis basadas en éste lenguaje permiten

obtener ganancias importantes en la productividad del diseño.

Cabe destacar que VHDL es un lenguaje orientado al diseño de hardware y no se

debe confundir con la programación orientada a software, la diferencia principal es

que en VHDL las sentencias se ejecutan de manera concurrente, a diferencia de la

programación orientada a software, en donde los enunciados se ejecutan de

manera secuencial, en el orden en que están escritos.



Página 71

4.4 SDK

Hasta ahora se ha visto que se dispone de una tarjeta de desarrollo, en la cual

mediante el lenguaje VHDL se puede implementar en el FPGA desde una

compuerta hasta un microprocesador. Para poder implementar el codificador se

necesitan intercambiar datos constantemente y mediante interruptores y LEDs es

bastante rudimentario y lo ideal sería utilizar una transferencia de datos entre la

computadora y la FPGA. Digilent con Adept SDK (Software Development Kit, “Kit

de desarrollo de software”) para Windows que permite crear aplicaciones en

Windows que tengan interacción con la FPGA. Adept SDK cuenta con las

bibliotecas de enlace dinámicas (DLL, por sus siglas en inglés) que cuentan con

APIs (Application Programming Interface, “Interfaz de programación de

aplicaciones”) usadas para acceder a varias características del sistema. Adept

SDK provee una API para manipular la transferencia de datos con la FPGA en la

placa de desarrollo de Digilent. En el sistema operativo Windows, las bibliotecas

de enlace dinámico son implementadas como archivos con extensión .DLL

Las funciones API son divididas de acuerdo a las funciones que realizan, llamadas

APTs (Aplications Protocol Types, “Aplicaciones por tipos de protocolo”). Cada

APT permite acceso a una serie de configuraciones de protocolos de

comunicación o configuraciones de entrada/salida. Todas las funciones

relacionadas con una APT específica son contenidas en una sola biblioteca para

esa APT. Por ejemplo, todas las funciones para acceder a las funciones

relacionadas con el acceso a las facilidades de comunicación SPI (Serial

Peripheral Interface) están contenidas en la biblioteca denominada DSPI. Adept

SDK cuenta con diferentes APTs, para acceso a facilidades de acceso a la

administración, para diferentes interfaces y protocolos de comunicación, para

administrar puertos de entrada y salida y operaciones de lectura y escritura en el

dispositivo.

Adept SDK contiene un gran número de funciones API, tipos de datos y

constantes. Estos símbolos son definidos en un conjunto de archivos de cabecera

que son parte de Adept SDK.

4.5 EPP

Dentro de las APTs de Adept SDK se encuentra una que sirve para funciones que

utilicen el protocolo de puerto paralelo EPP (Enhanced Parallel Port, por sus siglas

en inglés) y es importante hablar sobre él, debido a que la tarjeta Basys2 utiliza el

protocolo de comunicación EPP para la transferencia de datos hacia la FPGA.



Página 72

La interfaz de comunicación por puerto paralelo, cuenta con un bus de datos de 8

bits bidireccional y seis líneas para control de la transferencia de datos. La interfaz

se compone de un registro de direcciones de tamaño de 8 bits y un conjunto de 8

bits como registros de datos.

La transferencia de datos entre la FPGA, que es el periférico y la computadora que

es el host en el sistema de comunicación, se lleva a cabo mediante tres ciclos, que

son:

Escritura de dirección. La fuente de información es el host y envía a la

FPGA una dirección de registro.

Lectura de datos. Cuando el host obtiene información de la FPGA de

acuerdo al registro de dirección.

Escritura de datos. Cuando el host coloca datos en el bus para ser

enviados a la FPGA

Cabe aclarar que el control de los ciclos lo lleva el host. Para poder entender el

comportamiento de las señales de control y la transferencia de datos se presentan

en la figura 4.4, en donde se muestran los diagramas de tiempo de cada uno de

los ciclos.

Como se mencionó anteriormente, básicamente son 6 las señales las que

intervienen en el proceso de comunicación y a continuación se describen:

WRITE. La fuente de esta señal es el host y controla la dirección de la

transferencia, si es puesta en alto es ciclo de lectura y en estado bajo indica

un ciclo de escritura.

ASTB. La fuente de la señal es el host, es activa en estado bajo. Se activa

cuando hay una dirección en el bus de datos a ser escrita.

DSTB. La fuente de la señal es el host, es activa en estado bajo. Se activa

cuando hay datos a ser leídos o escritos de, o por el bus de datos.

WAIT. La fuente de la señal es la FPGA e indica que el que periférico está

listo para aceptar datos o tiene datos listos a ser leídos por el host.

RESET e INT. No implementadas en el sistema de Digilent.



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Figura 4.4 Ciclos de la comunicación EPP. a) Escritura de dirección. b) Escritura

de datos. c) Lectura de datos.

a)

b)

c)



Página 74

4.6 VISUAL STUDIO

Hasta ahora se ha llevado ha visto lo necesario para poder llevar a cabo la

programación desde la parte del FPGA, sin embargo, para poder implementar la

comunicación es necesario crear la aplicación que ha de servir como el host en la

comunicación. Para poder utilizar las bibliotecas de enlace dinámico, se utiliza el

compilador Visual Studio y realizar la aplicación en el lenguaje C.

Para poder crear la aplicación que permita la interfaz EPP, Digilent cuenta con una

APT denominada DEPP que cuenta con funciones predefinidas para llevar a cabo

la comunicación, entre las que destacan:

DmgrOpen. Función que permite abrir un handle con el dispositivo.

DeppEnable. Función que habilita el puerto en el dispositivo para establecer la

comunicación.

DeppPutReg. Función para el ciclo de escritura.

DeppGetReg. Función para el ciclo de lectura.

DeppDisable. Función para desactivar el puerto que se utilizó.

DmgrClose. Para cerrar el handle con el dispositivo.



Página 75

CAPÍTULO 5

IMPLEMENTACIÓN Y RESULTADOS

Durante este capítulo se expone el procedimiento que se llevó a cabo para

implementar el codificador turbo en hardware. En el capítulo 4, se analizaron las

herramientas que se utilizaron durante la implementación.

5.1 IMPLEMENTACIÓN

En el capítulo 3 se analizó el codificador turbo para el estándar LTE (figura 3.9),

para poder implementarlo se parte del concepto de que ambos codificadores

convolucionales constituyentes del codificador turbo son iguales, es decir

podemos realizar el análisis sobre un codificador convolucional para analizar su

comportamiento y como lo podríamos implementar en hardware y el resultado que

obtengamos nos servirá para el segundo codificador.

Figura 5.1 Codificador constituyente del codificador turbo para LTE

En el capítulo 3, se analizaron los codificadores convolucionales y la manera en

que se pueden representar, analizando un solo codificador como se muestra en la

figura 5.1. Para dicho codificador tenemos que su matriz está dada por la ecuación

3.34. Otra manera de representar los codificadores convolucionales y que nos

sirve para representar el cambio entre estados y el resultado que se obtiene por

cada ciclo de codificación es el diagrama de estados. El diagrama de estados es

una representación que nos sirve de mucho en la implementación debido a que en

VHDL se puede implementar de una manera relativamente fácil, hay suficiente

bibliografía acerca de la implementación de máquinas de estados en VHDL.

Por lo discutido previamente es necesario primeramente obtener el diagrama de

estados y posteriormente implementarlo en VHDL.



Página 76

Analizando cada estado posible, en este caso 8 estados puesto que el codificador

cuenta con 3 elementos de memoria, se puede llegar a obtener el diagrama de

estados de la figura 3.2.

Figura 5.2 Diagrama de estados del codificador de la figura 5.1

Considerando el diagrama de estados, para sintetizar la información y

representarla de una manera más clara a la hora de pasarlo a la implementación

en VHDL se construyó la tabla 5.1

Estado presente

Estado futuro x=0 x=1

Salida x=0 x=1

Q0 Q0 Q4 0 1

Q1 Q4 Q0 0 1

Q2 Q5 Q1 1 0

Q3 Q1 Q5 1 0

Q4 Q2 Q6 1 0

Q4 Q6 Q2 1 0

Q6 Q7 Q3 0 1

Q7 Q3 Q7 0 1 Tabla 5.1 Información del diagrama de estados de la figura 5.2

La implementación en VHDL se llevó a cabo mediante dos procesos, uno

incluyendo la señal de reloj en si lista sensible para poder realizar el cambio entre

un estado presente y un estado futuro; el segundo proceso nos serviría para

asignar el próximo estado futuro y obtener una salida de acuerdo a la entrada.



Página 77

Para verificar el resultado de la implementación se comprueba con los vectores de

prueba, se considera un mensaje 1011 para verificar el resultado y las transiciones

entre estados, obteniendo como resultado la figura 5.3

Figura 5.3 Vectores del codificador convolucional

En la figura 5.3 se observa el mensaje que se ingreso, 1011 y el resultado 11100

que se obtuvo después de la codificación, para comprobarlo se utilizó el software

de Matlab que cuenta con una función para realizar la el proceso de convolución y

se comprobó que el resultado era el correcto.

Debido a que el análisis previo nos serviría para el segundo codificador se realizó

de la misma manera la implementación del segundo codificador, aún teniendo en

mente que faltaría la implementación del intercalador.

La implementación del intercalador se llevó a cabo mediante la ecuación 3.44 y

con ayuda de la tabla 3.1 para obtener los parámetros a utilizar. Para implementar

la ecuación en VHDL se ocupó un bucle de iteración y se utilizó el código

mostrado en la figura 5.4.

Figura 5.4 Código para la implementación del Intercalador



Página 78

Para llevar a cabo la integración del intercalador, fue necesario integrar algunas

señales para poder sincronizar ambos codificadores convolucionales una vez que

se hubiera intercalado el mensaje, es decir, primero se realizara la permutación

del mensaje y posteriormente tanto el primer codificador constituyente como el

segundo comenzaran a codificar en el mismo instante de tiempo.

Hasta ahora se ha visto que el proceso de implementación en VHDL ha sido

resuelto, sin embargo para poder observar el resultado de una manera física se

necesita la comunicación entre la computadora y la tarjeta Basys2 y así poder

enviar mensajes a codificar y obtener el resultado.

En el FPGA se crean los procesos con las señales de control para el envío de

información por el protocolo EPP, como se vio en el capítulo 4. Básicamente esto

se consigue mediante dos procesos, uno encargado de la escritura de direcciones

en los registros (del host hacia el periférico) y el segundo encargado de trabajar

con el bus de datos, mediante la señal WRITE identificando si es proceso de

lectura o de escritura. La manera de probar esta implementación no es tan visual y

requiere más análisis con diferentes señales y cambiando valores, sin embargo

esto se consigue con vectores de prueba.

Para programar la interfaz en la parte del host, fue necesario crear una aplicación

que permitiera ingresar datos de 40 bits en formato hexadecimal, es decir 10

caracteres y que los enviara hacia el periférico. Los datos que eran ingresados se

separaban en 5 bytes para enviar byte a byte, esto debido a que como se vio en el

capítulo 4 el protocolo EPP sólo permite el envío de un byte a la vez. Para recibir

los datos de igual manera se recibían de byte en byte y al final se concatenaron.

El programa final de la implementación en VHDL se tiene en el anexo A, el

programa en C para la implementación de la aplicación en C se tiene en el anexo

B, para futuras investigaciones y pueda servir como base para nuevos diseños.

5.2 RESULTADOS

Para probar el diseño, se realizó una simulación con vectores de prueba y se

probó con el mensaje de 40 bits, F35C25E1AB, logrando obtener en la simulación,

el mensaje permutado y el mensaje codificado, tanto del primer constituyente

como del segundo. Para poder comprobar los resultados se pudo comprobar

mediante la realización de un script en Matlab que permitiera simular un

codificador turbo y así verificar ambos resultados.



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Figura 5.5 Simulación del codificador turbo

Mediante la simulación se pudo averiguar el funcionamiento del codificador, sin

embargo fue necesario comprobar el funcionamiento mediante la interacción con

la aplicación generada en Visual Studio y de esa manera intercambiar datos entre

la PC y la tarjeta de desarrollo Bays2. Cuando se procedió se encontró que todo

funcionaba a la perfección y para ello se buscaron casos especiales, como cuando

se le ingresan puros ceros o puros unos y en cada uno de ellos el codificador

respondió de manera aceptable.



Página 80

CONCLUSIONES

El llevar este estudio de investigación, permite tener una base para poder realizar

futuras investigaciones en las comunicaciones móviles, específicamente en la

codificación de canal. Con este trabajo se puede realizar un decodificador de canal

y de esta manera tener un sistema para el análisis de SNR.

El realizar el codificador de canal y simularlo nos arrojaba datos que bien podían

servir como resultado, sin embargo se prefirió trabajar en la parte de la

comunicación entre la tarjeta y la computadora para poder demostrarlo físicamente

y no dejar espacio a dudas en el funcionamiento del trabajo.

Durante la investigación se encontraron temas muy olvidados en el área de

investigación. La telefonía móvil en México es un tema que a pocos investigadores

ha interesado, siendo que en otros países tienen muy documentada esta

información.

Este trabajo de investigación puede ser muy útil si se desea comprender el

funcionamiento de un codificador turbo, puede servir como material de estudio

debido a que muestra de una manera gráfica y detallado el proceso de

codificación.

Se ha considerado pertinente poner como anexos los códigos, con el fin de que

pueda ser de mucha utilidad este trabajo para futuras investigaciones y no se

tenga que partir de cero, respecto al tema.



Página 81

REFERENCIAS

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inc pp.43-87 [2] xxxxx, “Comunicaciones inalámbricas: un enfoque aplicado”, [3] Lawrance Harte, Roman Kitka, Richard Levine, “3G wireless Demystified”,

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[19] C. Berrou an A. Glavieux, “Near optimum error correcting coding and

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[20] Berrou, C., Glavieux, A., and Thitimajshima, P., “Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding: Turbo Codes,” IEEE Proceedings of the Int. Conf. on Communications, 1993. [21] Forney, G. D., Jr., “Concatenated Codes” Cambridge, 1966.

[22] 3GPP TS 36.211 V9.1.0 (2012-03)

[23] 3gpp TS 136 212 V11.2.0 (2013-04)

[24] Divsalar,D. and Pollara, F., “Turbo codes for PCS applications,” Proceedings of ICC 1995. [25] 3GPP TS 36.212 v8.0.0 (2007-09) [26] Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, IEEE. Revista Computer. IEEE, 1977. [27] Delgado C., Lecha E., Moré M., Terés Ll., Sánchez L.: Introducción a los lenguajes VHDL, Verilogy UDL/Í. Novática No. 112, España, 1993

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