CÁTEDRA TELEFÓNICA EN LA UPM
“APLICACIONES Y SERVICIOS
MÓVILES”

Visión General Acceso Radio LTE

José María Hernando Rába...
Introducción de base del
multiacceso LTE conceptos
•Caracterización del canal radiomóvil
•Multiacceso OFDM y SC-FDMA
•Tecn...
VARIABLES QUE AFECTAN A LA
CAPACIDAD Y COBERTURA DE ENLACES
MÓVILES
Banda de frecuencias
Características dispersivas del...
CARACTERIZACIÓN DEL CANAL
RADIOMÓVIL
Descripción “clásica” en banda estrecha:
• Pérdida básica de propagación.
• Desvanec...
La cobertura, tal cual se conoce y se aprovecha en los sistemas

radiomóviles modernos es posible gracias a la propagació...
Los desvanecimientos pueden ser:
• Planos: afectan a todo el espectro de la señal transmitida→Atenuación
• Selectivos:
› ...
Tradicionalmente

se ha procurado contrarrestar los efectos del
desvanecimiento selectivo en redes de banda estrecha (BW ...
A partir de la 3G en los sistemas de banda ancha, se aprovechan los
“ecos” de la señal multitrayecto mediante:

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

(D)
Valor rms ...
La incidencia del FSF se valora mediante la Anchura de Banda de
coherencia Bc.

1
Bcα
D

1 

 Bc = 2πD 



comparánd...
Dispersión Doppler: Doppler Spread (V)
Valor rms del desplazamiento Doppler de cada eco, función de la
velocidad del móvi...
La incidencia del TSF se valora mediante el tiempo de coherencia
Tc

1
Tcα
fd



9
Tc =

16 ⋅ π ⋅ f d 


Comparándol...
EFICIENCIA ESPECTRAL POR
PORTADORA
Fórmula de Shannon (límite teórico) par la capacidad de un canal.
 s
C ( bit / s ) =...
Eficiencias espectrales
máximas teóricas (SHANNON)
Modulaciones soportadas
SNR (dB)

η(bit/s/Hz)

QPSK

16QAM

64QAM

30
2...
Influencia de la banda de frecuencias en la
cobertura media
•
•

Atenuación compensable 151 dB.
Métodos Hata para 900 MHz ...
Conclusiones

1.

1.

1.

Bandas bajas 800-900 MHz

•
•

Excelente cobertura
Capacidad limitada

Bandas altas: 2000-2600 M...
Vehicular

MARCO EVOLUTIVO A 4G: TECNOLOGÍAS
ACCESO
Envolved 3G

4G research
target

Pedrestian

PA
HS
el4
AR
DM
V
VD
VD
W...
GENESIS DE LTE: “Lecciones aprendidas
de 3g”
Elevada complejidad del Núcleo de red en 3G en:
• Equipos
• Protocolos
• Señ...
Buen desempeño (performance) de los turbo códigos.
Ventajas notorias de la planificación (Scheduling).
Buen

desempeño ...
GENESIS DE LTE: nuevas soluciones
Además

de incorporar esas características en LTE se “exprime” al
máximo la tecnología ...
TECNOLOGÍA DE ACCESO RADIO OFDM
En

OFDM se realiza la transmisión de la información en paralelo,
mediante múltiples subp...
La

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

1
∆f =
Tú...
La modulación de las subportadoras se hace con alguna variante

de QAM con M estados de modulación, según una constelació...
Señal OFDM

José María Hernando Rábanos
24
Justificación de OFDM
Transmisión digital de banda ancha convencional con FSF:
S(f)

-BW/2

0

FSF
f
BW/2

• El FSF afect...
Transmisión digital OFDM
FSF

f

• Sólo se ecualizan las subportadoras afectadas por el FSF.
• Para cada subportadora (ba...
En consecuencia la OFDM es muy robusta frente al FSF.
La FDE requiere una estimación de la respuesta impulsiva del canal...
Otras ventajas de OFDM:
• Flexibilidad de espectro, variando el número de subportadoras.
• Posibilidad de multiacceso en ...
Para la protección frente a la interferencia entre símbolos (ISI) se

habilita un tiempo o periodo de guarda, por lo que ...
USO DEL PREFIJO CÍCLICO

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

El intervalo de gua...
Inconvenientes de OFDM
• La

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

PAPR =...
La

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

Sin

embargo es viable una realiz...
Existe

un algoritmo llamado FFT (Fast Fourier Transform) que
permite el cálculo rápido y eficiente de DFT e IFFT, lo que...
APLICACIÓN DE OFDM A LTE
A

la hora de elegir una nueva técnica de multiacceso radio
espectralmente eficiente y flexible ...
Por ello se decidió utilizar como tecnología de multiacceso para el
enlace ascendente una variante de OFDM llamada SC-FDM...
Introducción a SC-FDMA


Deben cubrirse dos objetivos:

a)
b)

Para los datos de usuario un solo canal o portadora (SC).
...
Esta precodificación “distribuye” la energía de cada símbolo entre
todos, con lo se suavizan los posibles picos individua...
SC-FDMA esquema procesado de señal en
transmisión
A

Datos

Constelación
B. Base

C

SC

S/P

FFT
N
Puntos

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

de los símbolos, por lo que todo el bloque de A...
Ejemplo:

José María Hernando Rábanos

En LTE se utiliza el modo localizado.
40
TECNOLOGÍAS DE MULTIANTENAS
La utilización de múltiples antenas en transmisión y recepción permite
una mejor utilización ...
Alternativas de multiantenas:
• Beamforming.
Concentra el haz en una o más direcciones concretas.
Favorece el rechazo de ...
Tecnología MIMO
Utilización

de múltiple antenas en transmisión y recepción para
conseguir multiplexación espacial aprove...
Se

consigue la separación espacial aplicando un procesado en
transmisión (Precodificación) y otro complementario en rece...
En MIMO puede haber, en general, N

antenas de transmisión en la
base y Nr antenas de recepción en el móvil. Normalmente ...
El

MIMO puede ser monousuario (SU-MIMO). Por ejemplo, se
proporcionan 10 Mb/s a un usuario con dos flujos espaciales de ...
Estimación teórica simple de la capacidad
SU-MIMO
Los diferentes trayectos espaciales de MIMO tendrán, en general,
valores...
Capacidad máxima MIMO
Con N

antenas transmisoras y Nr antenas receptoras y L grados de
libertad, donde L=min(Nt=Nr) o el...
La capacidad aumenta linealmente con el número de antenas.
MIMO proporciona alta capacidad con anchura de banda limitada...
Acceso Radio LTE

José María Hernando Rábanos
50
REQUISITOS Y OBJETIVOS DE LA LTE
Tasas de bits máximas instantáneas para BW = 20 MHz.
• En DL .... 100 Mb/s. (5 bits/Hz)
...
Comparación Tasas Binarias (Mb/s)
Macrocélulas DL
Tecnología

Tasa máxima Usuario con
buen canal
radio

Usuario
Promedio

...
Capacidad del plano de control
• ≥
• ≈

200 usuarios por célula en estado activo para BW de 5 MHz.
400 usuarios por célul...
Latencia del plano de control: tiempos de conmutación.
• ≤ 100 ms del modo “Idle” a un estado activo.
• ≤ 50 ms del estad...
Latencia del plano usuario:
Tiempo de tránsito unidireccional entre el instante en que un
paquete está disponible en la c...
Movilidad
• E-UTRAN estará optimizada por velocidades de vehículos reducidas;
de 0 a 15 km/h.
• Con buena calidad, entre ...
Flexibilidad de espectro
• E-UTRAN debe funcionar con diferentes anchuras de banda:
1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz...
ARQUITECTURA Y MIGRACIÓN

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

en paquetes, aunque deberá sop...
Arquitectura general

José María Hernando Rábanos
59
Arquitectura de protocolos de la interfaz
radio LTE
Layer 3

Layer 1

Control / Measurements

Layer 2

Radio Resource Cont...
Canales lógicos LTE
Definen el tipo de información a transmitir
• BCCH ↓: Broadcast Control Channel
Difusión de informaci...
• DCCH↑↓: Dedicated Control Channel.
Información de control hacia/desde un UE para configuración individual.

• DTCH↓↑: De...
Canales de transporte
Establecen

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

...
Canales de trasporte descendentes

•

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

•

PCH: Pag...
Canales de transporte ascendentes

• UL-SCH: Uplink Shared Channel
Para datos y control.
Soporta HARQ y adaptación dinamic...
Correspondencia Canales LógicosCanales de Transporte
Enlace Descendente
PCCH

BCCH

CCCH

DCCH

DTCH

MCCH

MTCH

Canales...
Correspondencia Canales LógicosCanales de Transporte
Enlace Ascendente
CCCH

DCCH

DTCH

Canales
Lógicos

MUX
DEMUX

Cana...
LTE: características portador radio
Interfaces radio

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

Modulación de dat...
Descripción General de la Capa Física
Acceso múltiple
• DL: OFDM con CP.
• UL: SC-FDMA con CP
• Dos modos dúplex: FDD (fr...
Canales Físicos
Constituidos

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

Hay 9;

6 d...
Canales Físicos Descendentes
PBCH:

Physical Broadcast Channel
Transmite información específica de la célula
Modulación: Q...
PDSCH:

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

PCFICH:

...
Canales Físicos Ascendentes
PRACH:

Physical Random Access Channel.
Para envíos preámbulos de acceso.

PUCCH:

Physical Up...
Correspondencia Canales de Transporte –
Canales Físicos
Enlace Descendente

Canales de

PCH

BCH

DL-SCH

CFI

MCH

HI

D...
Enlace Ascendente
Canales de
Transporte

RACH

UL-SCH

UCI

Información de
Control

Canales Físicos

PRACH

PUSCH

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

Tramas y subtramas temporales
Referencia temporal ...
Periodo de trama
T f = 307 ⋅ 200 ⋅ Ts ⇒ 10 ms

Hay 2 clases de tramas:
• Trama Tipo 1 para modo FDD
• Trama Tipo 2 para ...
La trama tipo 1, consta de:
• 20 Intervalos (TS, Time Slots) de 0,5 ms, numerados de 0 a 19.
• 10 subtramas (SF, Subframe...
2. En el dominio de la frecuencia:
 N subportadoras consecutivas, separadas entre si 15 KHz, que
c



se manejan en bloq...
Recursos Físicos
El recurso físico elemental es bidimensional: tiempo-frecuencia.
Se denomina RB (Resource Block) o PRB ...
Una estructura derivada es el Resource Block Pair constituido por 12
subportadoras, pero en una subtrama, tomando 2 TS co...
Recursos para las anchuras de banda
estándar
Anchura de
Banda
nominal

1,4

3

5

10

15

20

1,08

2,7

4,5

9

13,5

18
...
Recursos Tiempo - Frecuencia
Número de subportadoras (SC) por RB
(12 x 15 = 24 x 7,5 = 180 kHz)

Número de símbolos (symb)...
Estructura del slot temporal

TS =

1
= 32,55 ns
15000 ⋅ 2048

Duración del Prefijo Cíclico normal:
144 x TS = 144 x 32,55...
El PRB se describe en términos de la rejilla de recursos (Resource

Grid). Cada elemento de la rejilla se denomina Elemen...
Rejillas de recursos para UL Y DL

José María Hernando Rábanos
86
Ejemplo: Trama, RB y RE

José María Hernando Rábanos
87
Capacidades básicas de LTE
1. Número de RE por trama:
Trama
N RE =

slot
N RB ⋅12 ⋅ N symb ⋅ 20

CP − N

Trama
N RE = 1680...
2. Número de bits y Tasa binaria por RE
RE
N bits = log 2 M

RRE

(bits )

RE
N bits
=
= 2 ⋅ N symb ⋅ log 2 M
0,5 / N symb...
3. Número de bits y Tasa binaria por RB
RB
slot
N bits = 12 ⋅ N symb ⋅ log 2 M (bits )

RRB

RB
N bits
slot
=
= 24 ⋅ N sym...
4. Número de bits por subtrama

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

(bits )

Como la subtrama dura 1 ms la t...
Ejemplo (CP normal)

N RB = 6 ;

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

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

RSF = 4032 Kb /...
Tasas binarias en LTE
Dependen de los siguientes parámetros de configuración:

• Número de bloques de recursos asignados
...
Capacidades brutas LTE
TASAS BINARIAS MÁXIMAS (Mb/s) CP NORMAL
BW
(MHz)

1,4

3

5

10

15

20

NRB

6

15

25

50

75

10...
Señales Físicas
Las

señales físicas transportan información necesaria para la
sincronización temporal, identificación de...
En el enlace ascendente hay dos:
• DMRS: Demodulation Reference Signal
Sincronización y estimación del canal UL

• SRS: S...
Sincronización

José María Hernando Rábanos
97
Señales de referencia DL
• Identifican el puerto de antena (AP)
• Adquirida la sincronización mediante las señales PSS y S...
Señales de Referencia (dos antenas)
Para 2 AP los RE utilizados se alternan dejando huecos en los no
usados.

José María H...
Señales de Referencia DL (1,2,4 antenas)
Las RS se generan mediante el producto de una secuencia
ortogonal y otra pseudoal...
Canales Físicos DL
Canal PBCH
• Transporta el MIB (Master Information Block) que proporciona el valor de la
anchura de ban...
Canal PDCCH
• Lleva los DCI (Downlink Control Information) y HARQ.
• Puede usar de 1 a 4 símbolos.
• Consiste en uno o más...
Canal PDSCH
• Transporta los paquetes de datos de usuarios, con TTI =1 ms.
• Transporta los SIB (System Information Blocks...
CANAL PCFICH
Indica el número de símbolos utilizados en el canal PDCCH mediante
el CFI (Control Format Indicator).

Ocup...
CANAL PHICH
Retorna confirmaciones ACK/NACK de los datos UL enviados por
el PUSCH.
Estructurado en Grupos. Cada grupo mú...
Proyección Canales-medios Físicos
Ejemplo de proyección en DL (con prefijo cíclico normal)

José María Hernando Rábanos
10...
Visión Proyección Tiempo-frecuencia

Ejemplo de proyección en DL

José María Hernando Rábanos
107
Señales de Referencia UL
Hay 2: DMRS Y SRS.

La

DMRS (DeModulación Reference Signal) se utiliza
sincronización y estimac...
La SRS (Sounding Reference Signal) se utiliza para medir y estimar el
canal ascendente en determinadas sub-bandas para fa...
Canales Físicos UL
Canal PUSCH
• Transporta

datos de usuario, información de control del
DMRS insertada.

UE (UCI) y la
...
Canal PUCCH
• Transporta

información de control del UE: HARQ, ACK/NACK, CQI
(Channel Quality Indicator), PMI ( Procoding...
Canal PRACH
• Se utiliza para la transmisión de los preámbulos de acceso

aleatorio a fin
de iniciar el proceso de acceso...
Ubicación del PRACH

José María Hernando Rábanos
113
Ejemplos de Caudales Máximos en
PDSCH (Mb/s)
Descontados los RE utilizados por canales prioritarios
CP normal; 2 símbolos ...
PROCESADO DE SEÑAL
En primer lugar, al “transport block”, paquete de datos entregado por la

capa MAC, se le añade un CRC...
Paquete de datos facilitado
por la capa MAC
(Medium Access Control)
Cálculo del CRC
(Cyclic Redundancy Check)
en base a la...
Procesado DL
Procesado genérico de un canal
en downlink (DL)
de Transporte o de Control
(figura de la izquierda)
proyectad...
Procesado UL
 El UL-SCH (UpLink Shared
CHannel) se proyecta en el
PUSH (Physical Uplink Shared
CHannel) cada 1 ms (TTI,
T...
Algoritmos de Planificación
Propietarios de los fabricantes, son alguna
• Round Robin: Equitativo pero ineficiente
• Mejo...
ADAPTACIÓN DEL ENLACE


La Técnica LA (Link Adaptation) es esencial en LTE
Se basa en el proceso AMC: Adative Modulation ...
Relación SINR según el caudal

SINR (dB)

José María Hernando Rábanos
121
En la figura se aproxima el comportamiento de un enlace descendente
simulado comparado con la cota de Shannon.
Se observa ...
Bandas de frecuencias LTE
E-UTRA

Uplink (UL) operating band

Downlink (DL) operating band

Duplex

Opening Band

BS recei...
LTE celular
En el enlace descendente, un terminal esta perturbado por
ruido térmico e interferencia intercelular (la intra...
Reutilización de las frecuencias en LTE
celular
Se contemplan distintas posibilidades con utilización completa (Factor
de ...
Categorias de terminales
El 3gpp ha establecido en la Rel. 8, 5 categorías de terminales UE.
Parámetro

Categoría
1

2

3
...
Estimación del número usuarios
Se puede estimar mediante la expresión:

N sub =

Ccap × LBH
( Rsub / O factor )

× N sec t...
Ejemplo
Ccap: 35 Mb/s.
Terminal UE cat 1

Rsub = 10 Mb/s

LBH: 50%
Nsector: 3
Ofactor: 20

N sub

3 × 35 × 0,5
=
= 105
(10...
129

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

es la versión o “Release” 10 de las especificaciones
UTRA del 3gpp que cu...
Básicamente

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

• Agregación de portado...
Agregación de portadoras
Amplia

la flexibilidad de uso del espectro. Además de las posibles
anchuras de banda disponible...
Hay tres posibilidades de agregación:
• Intrabanda con componentes contiguas
• Intrabanda con componentes no contiguas
• ...
José María Hernando Rábanos
133
134

Técnicas multiantena

 En

LTE-A se potencia la transmisión en bajada, permitiendo un
MIMO de hasta 8 capas (layers)...
135

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

redes móviles de datos es l...
En LTE hay un método para la coordinación de la interferencia entre

células ICIC (Inter Cell Interference Coordination),...
Multipunto Coordinado CoMP
Tiene

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

Consiste
...
Requiere

una estricta coordinación dinámica entre eNBs separados
geográficamente para proporcionar una planificación (sc...
CoMP en DL
El UE responde como si se tratase de una transmisión desde un solo

punto. El UE no sabe que recibe señales de...
El

UE proporciona el CSI (Channel Status Information) de todos los
canales que puede “ver”, manteniendo el procesado com...
CoMP en UL
Los UE tienen datos sobre las transmisiones de eNBs: eNB servidor,
datos de canal y transmisión …… Ello mejora...
LTE relay: Repetición Regenerativa
Es

otra alternativa para asegurar altas tasas binarias en el borde
celular o en punto...
143

Ejemplo:

José María Hernando Rábanos
143
144

Los regeneradores pueden soportar funcionalidades de capas

altas, por ejemplo decodificar datos de usuario desde el...
145

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

sus ...
146

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

reducción de esfuerzo operacional y de la complejidad se
consid...
147

Se prevén los siguientes casos:
• Optimización de la cobertura y capacidad.
• Ahorro energético.
• Reducción de inte...
BIBLIOGRAFIA
 LTE, The UMTS Long Term Evolution.
S.Sesia, I. Tonfik, M. Baker.
John Wiley, 2009
 LTE: Nuevas tendencias ...
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Visión General Acceso Radio LTE

1,311

Published on

Visión General Acceso Radio LTE
Profestor José María Herando Rábanos

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
1,311
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
105
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Visión General Acceso Radio LTE

  1. 1. CÁTEDRA TELEFÓNICA EN LA UPM “APLICACIONES Y SERVICIOS MÓVILES” Visión General Acceso Radio LTE José María Hernando Rábanos 1
  2. 2. Introducción de base del multiacceso LTE conceptos •Caracterización del canal radiomóvil •Multiacceso OFDM y SC-FDMA •Tecnologías de multiantenas José María Hernando Rábanos 2
  3. 3. VARIABLES QUE AFECTAN A LA CAPACIDAD Y COBERTURA DE ENLACES MÓVILES Banda de frecuencias Características dispersivas del canal radio (multitrayecto) Altura antena Estación Base Tecnología de antenas (beamforming,diversidad MIMO) PIRE (Potencia Isótropa Radiada Equivalente) de la estación base Sensibilidad dinámica del receptor Tipo de entorno Ruido interno de equipos y ruido industrial Interferencias José María Hernando Rábanos 3
  4. 4. CARACTERIZACIÓN DEL CANAL RADIOMÓVIL Descripción “clásica” en banda estrecha: • Pérdida básica de propagación. • Desvanecimiento lento. Descripción en banda ancha (adicional): • Desvanecimiento multitrayecto. José María Hernando Rábanos 4
  5. 5. La cobertura, tal cual se conoce y se aprovecha en los sistemas radiomóviles modernos es posible gracias a la propagación multitrayecto que es variable en tiempo, frecuencia y espacio. Sin embargo el multitrayecto -necesariodesvanecimientos de la señal recibida que ocasionan: genera • Atenuación intensa o incluso pérdida de la señal. • Distorsión, que afecta a la calidad de recepción e, indirectamente, a la capacidad. José María Hernando Rábanos 5
  6. 6. Los desvanecimientos pueden ser: • Planos: afectan a todo el espectro de la señal transmitida→Atenuación • Selectivos: › En espacio (SSF): afectan a la posición de los terminales. › En frecuencia (FSF): afectan a una porción del espectro de la señal. › En tiempo (TSF): afectan a una parte de la ráfaga de datos o de temporal. Sólo se producen en canales radio con movilidad. Producen distorsión con incidencia en la tasa de errores José María Hernando Rábanos 6 la trama
  7. 7. Tradicionalmente se ha procurado contrarrestar los efectos del desvanecimiento selectivo en redes de banda estrecha (BW ≤ 1MHz) con tres técnicas combinadas: • Diversidad, de Recepción, Transmisión o ambas. • Ecualización digital. • Codificación de canal con entrelazado. José María Hernando Rábanos 7
  8. 8. A partir de la 3G en los sistemas de banda ancha, se aprovechan los “ecos” de la señal multitrayecto mediante: • Estructura de receptores RAKE (en WCDMA-UMTS). • Tecnologías MIMO (en LTE). El RAKE es, en realidad, una diversidad de recepción con MRC (Maximal Ratio Combining), que mejora la SNR de recepción. El MIMO está orientado a la mejora de la capacidad (tasa binaria) de recepción. José María Hernando Rábanos 8
  9. 9. Características dispersivas del canal radio para capacidad y calidad Dispersión del retardo: Delay Spread (D) Valor rms de los retardos de los ecos de multitrayecto Efectos: • En el dominio del tiempo: ISI (Inter Symbol Interference) Incide en el tamaño de los ecualizadores y en OFDM en el tiempo de guarda • En el dominio de la frecuencia: FSF José María Hernando Rábanos 9
  10. 10. La incidencia del FSF se valora mediante la Anchura de Banda de coherencia Bc. 1 Bcα D 1    Bc = 2πD    comparándola con la anchura de banda de transmisión BW Bc >BW …Canal con desvanecimiento plano Bc <BW …Canal con desvanecimiento selectivo José María Hernando Rábanos 10
  11. 11. Dispersión Doppler: Doppler Spread (V) Valor rms del desplazamiento Doppler de cada eco, función de la velocidad del móvil, del ángulo trayecto-rayo y de la frecuencia. f d i ( Hz ) = vi (km / h) × f ( MHz ) × cos α / 1080 Efectos: En el dominio del tiempo: TSF En el dominio de la frecuencia: distorsión espectral, perdida de ortogonalidad en OFDM Incide en el ritmo de actualización de los ecualizadores. José María Hernando Rábanos 11
  12. 12. La incidencia del TSF se valora mediante el tiempo de coherencia Tc 1 Tcα fd   9 Tc =  16 ⋅ π ⋅ f d   Comparándolo con la duración temporal de un elemento de señal (bit, ráfaga, trama, …..) To Tc >To……Canal con desvanecimiento plano en el tiempo. Tc <To……Canal con desvanecimiento selectivo en el tiempo. José María Hernando Rábanos 12
  13. 13. EFICIENCIA ESPECTRAL POR PORTADORA Fórmula de Shannon (límite teórico) par la capacidad de un canal.  s C ( bit / s ) = B ( Hz ) ⋅ log 2 1 +   n La tasa binaria en un canal real R (bit/s) está acotada superiormente por C (R≤C). Eficiencias especiales máximas teóricas: • De una modulación digital: / Hz ) = log 2 M η ( bit / s  M: número de niveles de modulación.  η = C / B = log 2 1 +   n • De Shannon: s José María Hernando Rábanos 13
  14. 14. Eficiencias espectrales máximas teóricas (SHANNON) Modulaciones soportadas SNR (dB) η(bit/s/Hz) QPSK 16QAM 64QAM 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 9,96 8,31 6,66 5,03 3,46 2,06 1 0,4 0,14 X X X X X X X X X X X X X José María Hernando Rábanos 14
  15. 15. Influencia de la banda de frecuencias en la cobertura media • • Atenuación compensable 151 dB. Métodos Hata para 900 MHz y HataCOST231 para f ≥ 1800 MHz. ht = 25 m; hm = 3 m • Perdida media penetración: › › › 8 dB en 900 MHz 12 dB en 1800/2100 MHz 14 dB en 2600 MHz Cobertura (km.) Banda (Mhz) Exterior Interior 900 5,3 3,2 1800 2,3 1,1 2100 2,0 0,9 2600 1,6 0,7 José María Hernando Rábanos 15
  16. 16. Conclusiones 1. 1. 1. Bandas bajas 800-900 MHz • • Excelente cobertura Capacidad limitada Bandas altas: 2000-2600 MHz • • Cobertura limitada Excelente capacidad Posibilidad • • Bandas bajas: área rural Bandas altas: áreas urbanas y “hot spots” José María Hernando Rábanos 16
  17. 17. Vehicular MARCO EVOLUTIVO A 4G: TECNOLOGÍAS ACCESO Envolved 3G 4G research target Pedrestian PA HS el4 AR DM V VD VD WC 1xE 1 E O VD 1xE ution ol E Ev EDG EDGE CDMA2000 1X 802.20 N IO UT L VO GE 3 WIMAX 802.16e WIMAX 802.16-2004 UMTSTDD Stationary Mobility and coverage 3.9 G WLAN WLAN 802.11b 802.11a,g 0,1 1 10 Data rate (Mbps) José María Hernando Rábanos 17 WLAN 802.11n 100 1000
  18. 18. GENESIS DE LTE: “Lecciones aprendidas de 3g” Elevada complejidad del Núcleo de red en 3G en: • Equipos • Protocolos • Señalización Lo que se traduce en costes y latencia altos. Uso poco eficiente de la anchura de Banda. • Se ocupan 5 MHz cualquiera que sea la tasa binaria. Prevalencia inicial de CS, aunque en 3,5G ya se da protagonismo a PS. José María Hernando Rábanos 18
  19. 19. Buen desempeño (performance) de los turbo códigos. Ventajas notorias de la planificación (Scheduling). Buen desempeño de la técnica AMC (Adaptive Modulation and Coding) Ventajas de la técnica ARQ “inteligente”: HARQ. (Hybrid-ARQ) José María Hernando Rábanos 19
  20. 20. GENESIS DE LTE: nuevas soluciones Además de incorporar esas características en LTE se “exprime” al máximo la tecnología radio. Por ello: • Se utilizan nuevas técnicas de modulación y multiacceso: OFDMA y SC-FDMA. • Se emplea la tecnología MIMO para aprovechar la propagación multitrayecto. • Ambas tecnologías hacen un uso masivo del procesado digital de señales (DSP). • Simplificación del Núcleo de Red (Arquitectura José María Hernando Rábanos 20 “plana”).
  21. 21. TECNOLOGÍA DE ACCESO RADIO OFDM En OFDM se realiza la transmisión de la información en paralelo, mediante múltiples subportadoras, cada una de las cuales soporta una fracción de la tasa binaria total R. La anchura de banda BW se divide en N subcanales sustentados por Nc subportadoras no solapadas (ortogonales). Cada una transmite con una tasa R/Nc ocupando la anchura BW/Nc. c Un símbolo OFDM es el conjunto de toda la información de las subportadoras, con tasa R, anchura de banda BW y periodo T simb. José María Hernando Rábanos 21
  22. 22. La ortogonalidad de las subportadoras se consigue eligiendo una separación entre sus frecuencias, Δf, tal que 1 ∆f = Tútil donde Tútil es el periodo útil de símbolo En consecuencia: BW = N c ⋅ ∆f José María Hernando Rábanos 22
  23. 23. La modulación de las subportadoras se hace con alguna variante de QAM con M estados de modulación, según una constelación en ejes I y Q. Cada símbolo de modulación es un punto de la constelación representado por un número complejo que corresponde a log2 M bits, por lo que cada símbolo OFDM consta de Nc·log2 M bits y su periodo es: Tútil = Tb·Nc·log2 M siendo Tb el periodo de bit José María Hernando Rábanos 23
  24. 24. Señal OFDM José María Hernando Rábanos 24
  25. 25. Justificación de OFDM Transmisión digital de banda ancha convencional con FSF: S(f) -BW/2 0 FSF f BW/2 • El FSF afecta a una parte del espectro y produce distorsión de la señal. • Se contrarresta mediante ecualización. • Hay que ecualizar TODO el espectro, aunque hay una amplia porción no afectada por FSF. →Ecualizador MUY complejo, no viable prácticamente en el dominio de la frecuencia. José María Hernando Rábanos →Se ecualiza en el dominio del tiempo pero el hardware es complejo, con elevado consumo. 25
  26. 26. Transmisión digital OFDM FSF f • Sólo se ecualizan las subportadoras afectadas por el FSF. • Para cada subportadora (banda estrecha) el desvanecimiento es plano. • Viable la ecualización en el dominio de la frecuencia, que es individual José María Hernando Rábanos para cada subportadora. 26 →FDE (Frequency Domain Equalization)
  27. 27. En consecuencia la OFDM es muy robusta frente al FSF. La FDE requiere una estimación de la respuesta impulsiva del canal. Para ello se transmiten símbolos piloto o de sondeo conocidos por el receptor en ciertas subportadoras y determinados instantes de tiempo. Se elimina en alto grado la interferencia entre símbolos con tiempos de guarda. José María Hernando Rábanos 27
  28. 28. Otras ventajas de OFDM: • Flexibilidad de espectro, variando el número de subportadoras. • Posibilidad de multiacceso en frecuencia y tiempo. • Simplificación de los receptores. • Idoneidad para su implementación con técnicas DSP. La descripción de sistemas basados en OFDM requiere dos dimensiones: frecuencia y tiempo. José María Hernando Rábanos 28
  29. 29. Para la protección frente a la interferencia entre símbolos (ISI) se habilita un tiempo o periodo de guarda, por lo que el tiempo útil de símbolo es: Tu = TS - Tg Durante el tiempo de guarda, el receptor no lee la información, por ello las colas de los ecos de un impulso transmitido que caen dentro del tiempo de guarda no afectan al símbolo siguiente (no hay ISI). i-1 I+1 José María Hernando Rábanos 29
  30. 30. USO DEL PREFIJO CÍCLICO El tiempo de guarda debe ser menor que la dispersión de retardo del canal. El intervalo de guarda de un símbolo OFDM no se deja vacío, sino que en él se transmite una copia de las NCP , últimas muestras del símbolo para: • Mantener la continuidad y la sincronización de la transmisión. • Poder aplicar la convolución cíclica y la ecualización en frecuencia en recepción. El tiempo T de símbolo se desglosa en Tsímbolo = Tútil + TCP José María Hernando Rábanos 30
  31. 31. Inconvenientes de OFDM • La señal OFDM tiene un valor elevado de la relación PAPR (Peak to Average Power Ratio): PAPR = Potencia de cresta Potencia media como consecuencia de la posible suma en fase de varias subportadoras. • Esta alta PAPR, impone limitaciones a la eficiencia de los amplificadores de RF. Ha de aplicarse un valor alto de “Backoff”(reducción de potencia respecto a la saturación) para mantener la linealidad. • La OFDM es sensible a los desplazamientos (offsets) de las subportadoras y al ruido de fase que producen interferencias entre ellas José María Hernando Rábanos (ICI). 31
  32. 32. La modulación/demodulación “clásicas” de OFDM, son de compleja realización y ajuste. Sin embargo es viable una realización de estas operaciones mediante Procesado Digital de Señal (DSP), a través de las transformadas discretas de Fourier. DFT: Discrete Fourier Transform. IDFT: Inverse Discrete Fourier Transform. José María Hernando Rábanos 32
  33. 33. Existe un algoritmo llamado FFT (Fast Fourier Transform) que permite el cálculo rápido y eficiente de DFT e IFFT, lo que ha potenciado la aplicación de éstas transformadas a las modernas comunicaciones digitales. Se dispone en el mercado de “chipsets” que implementan las FFT directa e inversa. La aplicación de FFT a la OFDM permite una realización compacta, eficiente y económica del procesado de la señal. José María Hernando Rábanos 33
  34. 34. APLICACIÓN DE OFDM A LTE A la hora de elegir una nueva técnica de multiacceso radio espectralmente eficiente y flexible se optó por OFDMA. La elección estuvo avalada por el buen desempeño de OFDM en la Televisión Digital Terrestre y el ADSL por línea de cobre. Sin embargo el OFDMA no es idóneo para el enlace ascendente por el bajo rendimiento energético que supone el backoff que afecta a la duración de la batería del terminal móvil. José María Hernando Rábanos 34
  35. 35. Por ello se decidió utilizar como tecnología de multiacceso para el enlace ascendente una variante de OFDM llamada SC-FDMA. Se trata de una decisión “dura” porque supone una ruptura con la homogeneidad de las técnicas de acceso. Sin embargo conlleva una mejor eficiencia energética y una simplificación del transmisor. José María Hernando Rábanos 35
  36. 36. Introducción a SC-FDMA  Deben cubrirse dos objetivos: a) b) Para los datos de usuario un solo canal o portadora (SC). Para el sistema, señal tipo OFDM con CP y PAPR reducida.  Para conseguirlo se aplica una precodificación a los datos antes de la IDFT.  La precodificación se hace con una DFT, por ello se habla de “DFT-precoded” OFDM. José María Hernando Rábanos 36
  37. 37. Esta precodificación “distribuye” la energía de cada símbolo entre todos, con lo se suavizan los posibles picos individuales. Además este paso al dominio frecuencial se aprovecha para ubicar las subportadoras generadas en diferentes lugares de un espectro amplio de forma distribuida o concentrada, dejando sitio para colocar subportadoras de otros usuarios (multiacceso en frecuencia: FDMA). Para ello se establece una correspondencia o proyección (mapping) entre las N subportadoras resultantes de la DFT y M (M>N) subportadoras, añadiendo ceros al espectro. José María Hernando Rábanos 37
  38. 38. SC-FDMA esquema procesado de señal en transmisión A Datos Constelación B. Base C SC S/P FFT N Puntos Correspondencia a M Subportadoras P/S IFFT M CP Puntos Ceros OFDM Como entre A y C se ejecutan operaciones complementarias separadas por un procesado lineal, pueden realizarse con un solo algoritmo que abarque ambas. Ello simplifica el transmisor del móvil. José María Hernando Rábanos 38
  39. 39. La correspondencia no altera el carácter SC, solo influye en los valores de los símbolos, por lo que todo el bloque de A a C se puede reemplazar por una sola operación de procesado de los símbolos Al volver al dominio del tiempo, la señal resultante tiene propiedades de “single carrier” (SC), aunque en realidad es “multicarrier”. José María Hernando Rábanos 39
  40. 40. Ejemplo: José María Hernando Rábanos En LTE se utiliza el modo localizado. 40
  41. 41. TECNOLOGÍAS DE MULTIANTENAS La utilización de múltiples antenas en transmisión y recepción permite una mejor utilización del canal radio términos de: • Capacidad: mayor número de usuarios. • Cobertura: mejora de la SNR. • Tasa binaria. • Eficiencia espectral. Se consideran dos aspectos: • Físico: Disposición de las antenas (“hardware”) • Lógico: Procesado señales entregadas (“software”) José María Hernando Rábanos 41
  42. 42. Alternativas de multiantenas: • Beamforming. Concentra el haz en una o más direcciones concretas. Favorece el rechazo de interferencias. • Diversidad. Procesado de señal para combatir el multitrayecto: › MRC en recepción › STBC (Alamouti) • Procesado MIMO. Aprovechamiento del multitrayecto para multiplexación espacial. José María Hernando Rábanos 42
  43. 43. Tecnología MIMO Utilización de múltiple antenas en transmisión y recepción para conseguir multiplexación espacial aprovechando la variabilidad espacial del canal radio. Se requiere que el multitrayecto sea lo suficientemente “rico” para que las antenas de recepción puedan separar las señales procedentes de las diferentes antenas de transmisión. La separación de los flujos de datos que comparten banda se basa en la decorrelación de las múltiples señales recibidas en presencia de multitrayecto. José María Hernando Rábanos 43
  44. 44. Se consigue la separación espacial aplicando un procesado en transmisión (Precodificación) y otro complementario en recepción. Se utiliza para ello un tratamiento matricial. El transmisor necesita aplicar una matriz de precodificación. Dispone de una lista de matrices y el receptor le indica que matriz debe elegir de la lista y con que rango. El receptor toma esa decisión a partir de medidas realizadas por señales de referencia emitidas por el transmisor por las diferentes antenas MIMO. José María Hernando Rábanos 44
  45. 45. En MIMO puede haber, en general, N antenas de transmisión en la base y Nr antenas de recepción en el móvil. Normalmente Nt=Nr. t En LTE se ha especificado un MIMO 2x2 (N =N =2) y en LTE-A se llega t r a 4x4 y 8x8. Puede ser N ‡N y además de MIMO usar las antenas en exceso para implementar diversidad. t r José María Hernando Rábanos 45
  46. 46. El MIMO puede ser monousuario (SU-MIMO). Por ejemplo, se proporcionan 10 Mb/s a un usuario con dos flujos espaciales de 6 y 4 Mb/s. En la especificación LTE se ha previsto este tipo de utilización. También MIMO puede aplicarse a múltiples usuarios (MU-MIMO) con una tecnología más compleja. Por ejemplo, con 10 Mb/s de caudal ofrece un flujo de 3 Mb/s a un usuario y otro de 7 Mb/s a un segundo usuario. Las posibilidades son múltiples en un MIMO NxN. La especificación LTE-A (Release 11) ya contempla este tipo de utilización. José María Hernando Rábanos 46
  47. 47. Estimación teórica simple de la capacidad SU-MIMO Los diferentes trayectos espaciales de MIMO tendrán, en general, valores de ganancia diferentes λ2 . i La capacidad es:  pi λi2   C = B ∑ log 2 1 +  n  i =1   L donde pi es la potencia del transmisión para el trayecto i-ésimo. La optimización de C es un problema de máximos y mínimos condicionados en L variables con la condición: ∑p i = p ( potencia total ) José María Hernando Rábanos 47
  48. 48. Capacidad máxima MIMO Con N antenas transmisoras y Nr antenas receptoras y L grados de libertad, donde L=min(Nt=Nr) o el rango de la matriz del canal H y en condiciones optimas, con MIMO la capacidad es: t C = L ⋅ B ⋅ log 2 (1 + s / n) s/n relación señal/ruido media en un trayecto (todas iguales) José María Hernando Rábanos 48
  49. 49. La capacidad aumenta linealmente con el número de antenas. MIMO proporciona alta capacidad con anchura de banda limitada, es decir elevada eficiencia espectral. Teóricamente multiplica por L la capacidad de una sola vía. José María Hernando Rábanos 49
  50. 50. Acceso Radio LTE José María Hernando Rábanos 50
  51. 51. REQUISITOS Y OBJETIVOS DE LA LTE Tasas de bits máximas instantáneas para BW = 20 MHz. • En DL .... 100 Mb/s. (5 bits/Hz) • En UL .... 50 Mb/s. (2,5 bits/Hz) Incremento de la tasa en el “perímetro celular”, manteniendo la ubicaciones existentes. Aumento sustancial de la eficiencia espectral: (2-4) x HSUPA Rel 6 José María Hernando Rábanos 51
  52. 52. Comparación Tasas Binarias (Mb/s) Macrocélulas DL Tecnología Tasa máxima Usuario con buen canal radio Usuario Promedio Usuario en borde célula HSDPA 7,2 1 portadora 7,2 2-2,5 0,7-1 0,1-0,5 HSPA + (64QAM) 1 portadora HSPA + dual cell 2 portadoras LTE 2X2 20 MHz 21 5-7,5 1-1,2 0,1-0,5 42 10-15 2-2,5 0,1-0,5 170 30-50 5-10 0,5-2 José María Hernando Rábanos 52
  53. 53. Capacidad del plano de control • ≥ • ≈ 200 usuarios por célula en estado activo para BW de 5 MHz. 400 usuarios por célula para anchuras de banda mayores. José María Hernando Rábanos 53
  54. 54. Latencia del plano de control: tiempos de conmutación. • ≤ 100 ms del modo “Idle” a un estado activo. • ≤ 50 ms del estado “Dormido” al estado activo. José María Hernando Rábanos 54
  55. 55. Latencia del plano usuario: Tiempo de tránsito unidireccional entre el instante en que un paquete está disponible en la capa IP del nodo UE y el instante en que lo está en el nodo frontera de la red de acceso (RAN) Latencia inferior a 5 ms en condición descargada: Un único usuario y un solo flujo de datos, para un paquete IP mínimo: Cabecera IP + carga útil de 0 bytes. José María Hernando Rábanos 55
  56. 56. Movilidad • E-UTRAN estará optimizada por velocidades de vehículos reducidas; de 0 a 15 km/h. • Con buena calidad, entre 15 y 120 km/h. • Se mantendrá con alguna degradación hasta 350 km/h. Cobertura • Los objetivos básicos deben alcanzarse en células de hasta 5 km de radio. • Con ligera degradación, hasta 30 km de radio. José María Hernando Rábanos 56
  57. 57. Flexibilidad de espectro • E-UTRAN debe funcionar con diferentes anchuras de banda: 1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20 MHz Para UL y DL, en bandas emparejadas (paired bands) y no emparejadas (unpaired bands). Modos: Frequency Division Duplex (FDD) y Time Division Duplex (TDD) Modo paquetes; compartición de recursos tiempo-frecuencia José María Hernando Rábanos 57
  58. 58. ARQUITECTURA Y MIGRACIÓN Arquitectura E-UTRAN única: EPS, Evolved Packet System. Basada en paquetes, aunque deberá soportar sistemas que admitan tráfico conversacional y en tiempo real. Soportará QoS de extremo a extremo. Facilidades de migración e interfuncionamiento José María Hernando Rábanos 58
  59. 59. Arquitectura general José María Hernando Rábanos 59
  60. 60. Arquitectura de protocolos de la interfaz radio LTE Layer 3 Layer 1 Control / Measurements Layer 2 Radio Resource Control (RRC) Logical channels Medium (MAC) Access Control Transport channels Physical layer José María Hernando Rábanos 60
  61. 61. Canales lógicos LTE Definen el tipo de información a transmitir • BCCH ↓: Broadcast Control Channel Difusión de información del control de sistema. • PCCH ↓: Paging Control Channel Aviso a UE con ubicación no conocida. • CCCH↑↓: Common Control Channel. Información de control hacia/desde un UE cuando no hay asociación confirmada UE-eNB. José María Hernando Rábanos 61
  62. 62. • DCCH↑↓: Dedicated Control Channel. Información de control hacia/desde un UE para configuración individual. • DTCH↓↑: Dedicated Traffic Channel Datos de usuario hacia/desde un UE. • MCCH↓: Multicast Control Channel Información de control para recepción múltiple. • MTCH↓: Multicast Traffic Channel Datos para servicios MBMS. José María Hernando Rábanos 62
  63. 63. Canales de transporte Establecen el modo de transmitir la información. Se estructuran en Bloques de Transporte (TrBk). La unidad de tiempo para el TrBk es el TTI (Transmision Time Interval) cuya duración es 1 milisegundo (una subtrama). En cada TTI hay un TrBk de tamaño igual a la tasa binaria en kb/s. Con MIMO puede haber dos TrBk por TTI. El formato de transporte TF (Transport Format) proporciona el tamaño del TrBk, (TBS, Transport Block Size),modulación y puerto de antena, entre otros datos. José María Hernando Rábanos 63
  64. 64. Canales de trasporte descendentes • BCH: Broadcast Channel. Formato fijo. Debe difundirse entoda la célula. • PCH: Paging Channel Debe difundirse en toda la célula. Soporta recepción discontinua (modo DRX). • DL-SCH: Downlink Shared Channel Para datos y control. Soporta HARQ, planificación (scheduling) t,f Multiplexación espacial (MIMO), Adaptación dinamica de tasa y configuración de haces de antena. • MCH: Multicast Channel. Debe difundirse en toda la célula. Soporta asignación semiestática de recursos. José María Hernando Rábanos 64
  65. 65. Canales de transporte ascendentes • UL-SCH: Uplink Shared Channel Para datos y control. Soporta HARQ y adaptación dinamica del enlace. Asignación semiestática de recursos. Posibilidad de configuración de haces de antena. • RACH: Radom Access Channel Para acceso inicial UE a la red. Riesgo de colisión. Control de contienda. José María Hernando Rábanos 65
  66. 66. Correspondencia Canales LógicosCanales de Transporte Enlace Descendente PCCH BCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH Canales Lógicos MUX MUX DEMUX DEMUX Canales de Transporte PCH BCH DL-SCH José María Hernando Rábanos 66 MCH
  67. 67. Correspondencia Canales LógicosCanales de Transporte Enlace Ascendente CCCH DCCH DTCH Canales Lógicos MUX DEMUX Canales transporte RACH UL-SCH José María Hernando Rábanos 67
  68. 68. LTE: características portador radio Interfaces radio • Tecnología DL: OFDMA • Tecnología UL: SC-FDMA Modulación de datos • DL: QPSK, 16 QAM, 64 QAM • UL: BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM Cabezales RF: MIMO • DL: 2 Tx / 2 Rx • UL: 1 Tx / 2 Rx Codificaciones • Turbocódigos Canales • No hay canales dedicados José María Hernando Rábanos 68
  69. 69. Descripción General de la Capa Física Acceso múltiple • DL: OFDM con CP. • UL: SC-FDMA con CP • Dos modos dúplex: FDD (frecuencias emparejadas) y TDD (frecuencias no emparejadas). • Módulo de acceso: RB: Resource Block bidimensional: Tiempo y frecuencia. José María Hernando Rábanos 69
  70. 70. Canales Físicos Constituidos por recursos tiempo-frecuencia para dar servicio a los canales de transporte. Hay 9; 6 descendentes y 3 ascendentes. La codificación de canal y la modulación dependen de cada tipo de canal físico. José María Hernando Rábanos 70
  71. 71. Canales Físicos Descendentes PBCH: Physical Broadcast Channel Transmite información específica de la célula Modulación: QPSK PMCH: Physical Multicast Channel Difunde información para el servicio MBMS. Modulaciones: QPSK, 16QAM, 64QAM. PDCCH: Physical Downlink Control Channel Planificación de UE; Acuses de recibo (ACK/NACK) Modulación: QPSK José María Hernando Rábanos 71
  72. 72. PDSCH: Physical Downlink Shared Channel. Envío de datos de usuario y avisos. Modulaciones: QPSK, 16QAM, 64QAM. PCFICH: Physical Control Format Indicator Channel. Indica el número de símbolos de PDCCH por subtrama (1, 2, 3 o 4). Modulación: QPSK. PHICH: Physical Hybrid ARQ Indicator Channel. Lleva la información de HARQ: ACK/NACK y RV. Modulación: BPSK en ejes I,Q con códigos expansores Walsh José María Hernando Rábanos 72
  73. 73. Canales Físicos Ascendentes PRACH: Physical Random Access Channel. Para envíos preámbulos de acceso. PUCCH: Physical Uplink Control Channel. Planificación UE, ACK/NACK. Modulaciones: BPSK, QPSK. PUSCH: Physical Uplink Shared Channel. Envío datos de usuario. Modulaciones: QPSK, 16QAM, 64QAM José María Hernando Rábanos 73
  74. 74. Correspondencia Canales de Transporte – Canales Físicos Enlace Descendente Canales de PCH BCH DL-SCH CFI MCH HI DCI Información Transporte de Control Canales Físicos PBCH PDSCH PMCH PCFICH José María Hernando Rábanos 74 PHICH PDCCH
  75. 75. Enlace Ascendente Canales de Transporte RACH UL-SCH UCI Información de Control Canales Físicos PRACH PUSCH PUCCH José María Hernando Rábanos 75
  76. 76. Estructura Temporal de la Capa Física 1. En el dominio del tiempo: • • Tramas y subtramas temporales Referencia temporal común. Unidad de tiempo Ts Ts = 1 1 segundos ⇒ µs = 0,033µs 15.000.2048 30,72 1 1 1 Ts = ⋅ ; TS − LTE = ⋅ Tchip −UMTS 8 3,84 8 José María Hernando Rábanos Así se tiene un reloj único en los terminales binormal. 76
  77. 77. Periodo de trama T f = 307 ⋅ 200 ⋅ Ts ⇒ 10 ms Hay 2 clases de tramas: • Trama Tipo 1 para modo FDD • Trama Tipo 2 para modo TDD José María Hernando Rábanos 77
  78. 78. La trama tipo 1, consta de: • 20 Intervalos (TS, Time Slots) de 0,5 ms, numerados de 0 a 19. • 10 subtramas (SF, Subframes) de 1 ms, numeradas de 0 a 9. El periodo de subtrama es el tiempo básico de transmisión y duración de los bloques de transporte: TTI (Transmisión Time Interval) = 1 ms. José María Hernando Rábanos 78
  79. 79. 2. En el dominio de la frecuencia:  N subportadoras consecutivas, separadas entre si 15 KHz, que c  se manejan en bloques de 12. La configuración en banda de base para el DL es de dos grupos de Nc /2 subportadoras cada uno y la frecuencia central (“DC carrier”) no se utiliza. En ella irá la portadora RF en la modulación final. Nsc /2 Nsc /2 DC 15 B W Anchura de banda: BW = 0,15 ⋅ ( N c + 1) Ejemplo : N c = 72 ( MHz ) BW = 1,095MHz José María Hernando Rábanos 79
  80. 80. Recursos Físicos El recurso físico elemental es bidimensional: tiempo-frecuencia. Se denomina RB (Resource Block) o PRB (Physical Resource Block). Está constituido por: • 1 Intervalo (TS) en el dominio del tiempo de 0,5 ms con 7 o 6 símbolos OFDM. • 12 Subportadoras consecutivas en el dominio de la frecuencia, con una anchura de banda de 12 x 15 = 180 KHz. En la variante de difusión MBMS, el PRB tiene 3 símbolos por TS y 24 subportadoras separadas 7,5 KHz. La anchura de banda es también 180 KHz. José María Hernando Rábanos 80
  81. 81. Una estructura derivada es el Resource Block Pair constituido por 12 subportadoras, pero en una subtrama, tomando 2 TS consecutivos. Todas las asignaciones de recursos se realizan en bloques con un número entero de RBs. El número de RB puede variar entre: 1 ≤ NRB ≤ 110 tanto para el enlace ascendente como para el descendente. José María Hernando Rábanos 81
  82. 82. Recursos para las anchuras de banda estándar Anchura de Banda nominal 1,4 3 5 10 15 20 1,08 2,7 4,5 9 13,5 18 6 15 25 50 75 100 72 180 300 600 900 1200 (MHz) Anchura de Banda ocupada Transmisió n (MHz) Número de RB Número de Subportado ras José María Hernando Rábanos 82
  83. 83. Recursos Tiempo - Frecuencia Número de subportadoras (SC) por RB (12 x 15 = 24 x 7,5 = 180 kHz) Número de símbolos (symb) por RB, en DL y UL 7 -> [ 1 x (160 + 2048) + 6 x (144 + 2048)] x TS = 15.360 x [1 / (15000 x 2048)] = 0,5 ms 6 -> [ 6 x (512 + 2048)] x TS = 15.360 x [1 / (15000 x 2048)] = 0,5 ms 3 -> [ 3 x (1024 + 4096)] x TS = 15.360 x [1 / (15000 x 2048)] = 0,5 ms José María Hernando Rábanos 83
  84. 84. Estructura del slot temporal TS = 1 = 32,55 ns 15000 ⋅ 2048 Duración del Prefijo Cíclico normal: 144 x TS = 144 x 32,55 = 4,69 µs  Existen tres tipos de slots diferentes (todos con duración de 0.5 ms): ► El de la figura superior, con 7 (1+6) símbolos-OFDM, y prefijo cíclico normal. ► Un segundo con 6 símbolos-OFDM iguales, con 2.048 elementos por símbolo y prefijo cíclico extendido de 512 elementos. ► Un tercero, con 3 símbolos-OFDM iguales, con 4.096 elementos por símbolo (Δf = 7,5 kHz) y prefijo cíclico extendido de 1.024 elementos. José María Hernando Rábanos 84
  85. 85. El PRB se describe en términos de la rejilla de recursos (Resource Grid). Cada elemento de la rejilla se denomina Elemento de Recursos (Resource Element, RE). Un RE es una subportadora modulada con M niveles (M = 4, 16, 64 según sea QPSK, 16 QAM o 64 QAM) en el tiempo de un símbolo, RB SC La rejilla tiene: N RE = N RB × N SC × N RE elementos de recursos Ejemplo RB SC N RB = 1 N SC = 12 N RE = 7 N RE = 1× 12 × 7 = 84 José María Hernando Rábanos 85
  86. 86. Rejillas de recursos para UL Y DL José María Hernando Rábanos 86
  87. 87. Ejemplo: Trama, RB y RE José María Hernando Rábanos 87
  88. 88. Capacidades básicas de LTE 1. Número de RE por trama: Trama N RE = slot N RB ⋅12 ⋅ N symb ⋅ 20 CP − N Trama N RE = 1680 ⋅ N RB CP − E Trama N RE = 1440 ⋅ N RB Los cálculos de la capacidad real se realizan evaluando el número de RE/trama disponibles para datos y descontando los utilizados para señalización y control. José María Hernando Rábanos 88
  89. 89. 2. Número de bits y Tasa binaria por RE RE N bits = log 2 M RRE (bits ) RE N bits = = 2 ⋅ N symb ⋅ log 2 M 0,5 / N symb ( ) ( Kb / s ) RRE = 14 ⋅ log 2 M ( Kb / s ) • CP normal • RRE = 12 ⋅ log 2 M ( Kb / s ) CP extendido José María Hernando Rábanos 89
  90. 90. 3. Número de bits y Tasa binaria por RB RB slot N bits = 12 ⋅ N symb ⋅ log 2 M (bits ) RRB RB N bits slot = = 24 ⋅ N symb ⋅ log 2 M ( Kb / s ) = 12 ⋅ RRE 0,5 José María Hernando Rábanos 90
  91. 91. 4. Número de bits por subtrama SF slot N bits = N RB ⋅12 ⋅ 2 ⋅ N symb ⋅ log 2 M (bits ) Como la subtrama dura 1 ms la tasa binaria (Kb/s) coincide con el número de bits. SF RSF = N bits (kb / s ) José María Hernando Rábanos 91
  92. 92. Ejemplo (CP normal) N RB = 6 ; slot N symb = 7 ; M = 16(16QAM ) SF N bits = 24 ⋅ 6 ⋅ 7 ⋅ 4 = 4032 bits RSF = 4032 Kb / s ⇒ 4,032 Mb / s José María Hernando Rábanos 92
  93. 93. Tasas binarias en LTE Dependen de los siguientes parámetros de configuración: • Número de bloques de recursos asignados • Tipo de prefijo cíclico • Tara de los canales de control • Utilización de MIMO • Cobertura radio • Modulación • Tasa del código de canal José María Hernando Rábanos 93
  94. 94. Capacidades brutas LTE TASAS BINARIAS MÁXIMAS (Mb/s) CP NORMAL BW (MHz) 1,4 3 5 10 15 20 NRB 6 15 25 50 75 100 R(QPSK) 2,016 5,040 8,400 16,800 25,200 33,600 R(16QA M) 4,032 10,080 16,800 33,600 50,400 67,200 R(64QA M) 6,048 15,120 25,200 50,400 75,600 100,800 MIMO 2X2 64QAM 12,096 30,240 50,400 100,800 151,200 201,600 José María Hernando Rábanos 94
  95. 95. Señales Físicas Las señales físicas transportan información necesaria para la sincronización temporal, identificación de la célula servidora y estimación del canal. En el enlace descendente hay tres: • PSS (Primary Synchronization Signal) Obtención temporización intervalo y parte de la identidad de la célula. • SSS (Secundary Synchronization Signal) Obtención temporización trama e identidad completa. • RS (Reference signal) Estimación función de transferencia del canal DL. José María Hernando Rábanos 95
  96. 96. En el enlace ascendente hay dos: • DMRS: Demodulation Reference Signal Sincronización y estimación del canal UL • SRS: Sounding Reference Signal Estimación de canal para planificación de frecuencia en el UL. José María Hernando Rábanos 96
  97. 97. Sincronización José María Hernando Rábanos 97
  98. 98. Señales de referencia DL • Identifican el puerto de antena (AP) • Adquirida la sincronización mediante las señales PSS y SSS, el UE puede evaluar la respuesta del canal, amplitud y fase, mediante las Reference Signals (RS). RS • Las RS se transmiten cada seis subportadoras (dominio espectral), en los símbolos-OFDM 1º y 5º de cada slot (con prefijo cíclico normal) o en los símbolos 1º y 4º (con prefijo cíclico extendido). •Se usa salto de frecuencia. José María Hernando Rábanos 98
  99. 99. Señales de Referencia (dos antenas) Para 2 AP los RE utilizados se alternan dejando huecos en los no usados. José María Hernando Rábanos 99
  100. 100. Señales de Referencia DL (1,2,4 antenas) Las RS se generan mediante el producto de una secuencia ortogonal y otra pseudoaleatoria. Sólo existen 510, y se asigna una a cada célula, actuando como identificador de célula. José María Hernando Rábanos 100
  101. 101. Canales Físicos DL Canal PBCH • Transporta el MIB (Master Information Block) que proporciona el valor de la anchura de banda utilizada y configuración PHICH. • Ocupa las 72 subportadoras centrales de los 4 primeros símbolos del segundo intervalo (slot) de cada trama, por lo que el UE puede decodificarlo siempre. • No usa los RE ocupados por las señales de referencia. • Modulación QPSK. • Cada Antena Port radia su propio PBCH. José María Hernando Rábanos 101
  102. 102. Canal PDCCH • Lleva los DCI (Downlink Control Information) y HARQ. • Puede usar de 1 a 4 símbolos. • Consiste en uno o más CCE (Control Channel Element). • Cada CCE consta de 9 REG (Resource Element Group) con 4 parámetros cada REG: › Asignación bloques de recursos. › Ajuste modulación-codificación. › Control de potencia. › Versión de redundancia HARQ codificados con 4 símbolos PSK en otras tantas subportadoras. • En consecuencia 1 CCE = 9 X 4= 36 subportadoras, como en QPSK equivale a 72 bits. José María Hernando Rábanos 102
  103. 103. Canal PDSCH • Transporta los paquetes de datos de usuarios, con TTI =1 ms. • Transporta los SIB (System Information Blocks). • Transporta los avisos. • Asignado por planificación (scheduling). • Modulaciones QPSK, 16QAM, 64QAM. • Turbocódigos 1/3 con HARQ. • Diferentes modos: diversidad, mux espacial. • Sus RB y caudales se reparten entre las conexiones activas, según el DCI. • Ocupa los RE no utilizados por RS, PSS, SSS, PBCH y PDCCH. José María Hernando Rábanos 103
  104. 104. CANAL PCFICH Indica el número de símbolos utilizados en el canal PDCCH mediante el CFI (Control Format Indicator). Ocupa 16 REs agrupados en 4 cuadrúpletas de 4 RE cada una en el primer símbolo del primer intervalo de cada subtrama. La ubicación de la cuadrúpletas depende de la anchura de banda y de la identidad de la célula. Utiliza modulación QPSK, por lo que consta de 32 bits. José María Hernando Rábanos 104
  105. 105. CANAL PHICH Retorna confirmaciones ACK/NACK de los datos UL enviados por el PUSCH. Estructurado en Grupos. Cada grupo múltiples diferenciados por secuencias ortogonales de bits. PHICH Un grupo ocupa 12 REs (3 cuadrúpletas) ubicados según la identidad de la célula. Cada mensaje PHICH tiene 2 coordenadas: indicación del grupo e indicación de la secuencia ortogonal. Usa modulación BPSK por lo que consta de 12 bits. Puede tener una duración normal (1º símbolo de la subtrama) o extendida (en los 3 primeros María Hernando de la subtrama). José símbolos Rábanos 105
  106. 106. Proyección Canales-medios Físicos Ejemplo de proyección en DL (con prefijo cíclico normal) José María Hernando Rábanos 106
  107. 107. Visión Proyección Tiempo-frecuencia Ejemplo de proyección en DL José María Hernando Rábanos 107
  108. 108. Señales de Referencia UL Hay 2: DMRS Y SRS. La DMRS (DeModulación Reference Signal) se utiliza sincronización y estimación del canal ascendente. para la Hay 2 tipos: • DMRS para el PUSCH. • DMRS para el PUCCH. La DMRS/PUSCH se transmite en el cuarto símbolo (con CP normal) o en el tercer símbolo (con CP extendido) de cada RB PUSCH. La DMRS/PUCCH va en los símbolos 2, 3, 4 del PUCCH. José María Hernando Rábanos 108 asignado al
  109. 109. La SRS (Sounding Reference Signal) se utiliza para medir y estimar el canal ascendente en determinadas sub-bandas para facilitar la planificación y adaptación del enlace. Se transmite en el último símbolo de la subtrama en subportadoras no usadas por el PUCCH. El número de RE utilizados depende de dos parámetros: “Bandwidth” (0..3) propio del UE y “Bandwidth Configuration” (0..7) característico de la célula. José María Hernando Rábanos 109
  110. 110. Canales Físicos UL Canal PUSCH • Transporta datos de usuario, información de control del DMRS insertada. UE (UCI) y la • El UE conoce los recursos asignados para el UL mediante el DCI (Downlink Control Information), que recibe cuatro subtramas antes por el PDCCH • Usa modulaciones 1 subtrama (2 slot = 1ms) QPSK,16-QAM o 64-QAM PUSCH DMRS para PUSCH • Canal compartido por todos los UE. José María Hernando Rábanos 110
  111. 111. Canal PUCCH • Transporta información de control del UE: HARQ, ACK/NACK, CQI (Channel Quality Indicator), PMI ( Procoding Matrix) DMRS. • El UE sólo utiliza PUCCH si no tiene datos de usuario que transmitir. En caso contrario, usuario. multiplexa en PUSCH la información de control y de • Tiene seis formatos, y usa modulaciones BPSK o QPSK • Ocupa 2 RB distribuidos en los extremos de la banda en una subtrama José María Hernando Rábanos 111
  112. 112. Canal PRACH • Se utiliza para la transmisión de los preámbulos de acceso aleatorio a fin de iniciar el proceso de acceso para establecer una sesión de datos, para el traspaso o para calcular el TA (Time Advance). • El PRACH ocupa 6 RB contiguos y 1, 2 o 3 subtramas según formato. • El preámbulo de acceso consta de una secuencia de acceso (TSEQ), precedida por un prefijo cíclio (TCP). • El PRACH se genera en el dominio espectral, mediante secuencias de Zadoff-Chu. José María Hernando Rábanos 112
  113. 113. Ubicación del PRACH José María Hernando Rábanos 113
  114. 114. Ejemplos de Caudales Máximos en PDSCH (Mb/s) Descontados los RE utilizados por canales prioritarios CP normal; 2 símbolos PDCCH; Tasa de código: 1 BW(MHz) 1,4 3 5 10 15 20 QPSK 1,5 4 6,8 13,7 20,6 27,5 16QAM 3,1 8,1 13,6 27,4 41,2 55,0 64QAM 4,6 12,1 20,4 41,1 61,8 82,5 64QAAM 2x2 MIMO 8,8 23,1 39,0 78,5 118,1 157,7 José María Hernando Rábanos 114
  115. 115. PROCESADO DE SEÑAL En primer lugar, al “transport block”, paquete de datos entregado por la capa MAC, se le añade un CRC (Cyclic Redundancy Check), compuesto por bits de paridad, para la detección de errores. En LTE existen CRC de 24 bits (CRC24A y CRC24B, para los canales DL-SCH, PCH, MCH y UL-SCH), de 16 bits (CRC16, para el canal BCH) y de 8 bit (CRC8). Si el resultado de “transport block” más el CRC es superior a 6.144 bits, tamaño máximo del “code block”, se procedería a la segmentación de aquel, añadiendo el correspondiente CRC a los segmentos resultantes. José María Hernando Rábanos 115
  116. 116. Paquete de datos facilitado por la capa MAC (Medium Access Control) Cálculo del CRC (Cyclic Redundancy Check) en base a la totalidad del Transport Block Segmentación (si TransportBlock+CRC > 6.144 bits) y cálculo de CRC para cada Code Block José María Hernando Rábanos 116
  117. 117. Procesado DL Procesado genérico de un canal en downlink (DL) de Transporte o de Control (figura de la izquierda) proyectado sobre un canal físico con multiplexación espacial (figura inferior). Dos “code word”, o streams de datos diferentes. José María Hernando Rábanos 117
  118. 118. Procesado UL  El UL-SCH (UpLink Shared CHannel) se proyecta en el PUSH (Physical Uplink Shared CHannel) cada 1 ms (TTI, Transmission Time Interval, de 1 ms).  Además del tráfico de datos, transporta también información de control: CQI (Channel Quality Indicator), PMI (Precoding Matrix Indicator), RI (Rank Indication), HARQ,.. José María Hernando Rábanos 118
  119. 119. Algoritmos de Planificación Propietarios de los fabricantes, son alguna • Round Robin: Equitativo pero ineficiente • Mejor SNR: Eficiente pero no equitativo • Proportional Fair: Hibrido, se basa en variante de: SNR y en la “historia” de las conexiones José María Hernando Rábanos 119
  120. 120. ADAPTACIÓN DEL ENLACE  La Técnica LA (Link Adaptation) es esencial en LTE Se basa en el proceso AMC: Adative Modulation and Coding que tiene dos fases: 1. Se miden las señales de referencia y su tasa de errores (BER) y se selecciona una modulación y una codificación que aseguren una BER máxima del 10% en la transmisión de los paquetes de datos. 2. Se envía la información de AMC mediante el parámetro CQI (Channel Quality Indication) por el canal PUCCH. El CQI se codifica con 4 bits pudiendo tomar 16 valores. Cada valor de CQI proporciona la modulación, tasa del código de canal y eficiencia espectral (b/s/Hz). Hay varias modalidades de CQI en función del tiempo y de la frecuencia. José María Hernando Rábanos 120
  121. 121. Relación SINR según el caudal SINR (dB) José María Hernando Rábanos 121
  122. 122. En la figura se aproxima el comportamiento de un enlace descendente simulado comparado con la cota de Shannon. Se observa una saturación cuando se alcanza la capacidad máxima del PDSCH. La línea roja escalonada corresponde a diferentes esquemas de modulación y codificación. La línea verde es una interpolación que se usa para el cálculo de la SNR. La SNR incluye el ruido y la interferencia por eso se la suele designar como SINR José María Hernando Rábanos 122
  123. 123. Bandas de frecuencias LTE E-UTRA Uplink (UL) operating band Downlink (DL) operating band Duplex Opening Band BS receive UE transmit BS transmit UE receive Mode FUL_low – FUL_ high FDL_low – FDL_ high 1 1920 MHz – 1980 MHz 2110 MHz – 2170 MHz FDD 2 1850 MHz – 1910 MHz 1930 MHz – 1990 MHz FDD 3 1710 MHz – 1785 MHz 1805 MHz – 1880 MHz FDD 4 1710 MHz – 1755 MHz 2110 MHz – 2155 MHz FDD 5 824 MHz – 849 MHz 869 MHz – 894 MHz FDD 6 830 MHz – 840 MHz 875 MHz – 885 MHz FDD 7 2500 MHz – 2570 MHz 2620 MHz – 2690 MHz FDD 8 880 MHz – 915 MHz 925 MHz – 960 MHz FDD 9 1749.9 MHz – 1784.9 MHz 1844.9 MHz – 1879.9 MHz FDD 10 1710 MHz – 1770 MHz 2110 MHz – 2170 MHz FDD 11 1427.9 MHz – 1447.9 MHz 1475.9 MHz – 1495.9 MHz FDD 12 699 MHz – 716 MHz 729 MHz – 746 MHz FDD José María Hernando Rábanos 123
  124. 124. LTE celular En el enlace descendente, un terminal esta perturbado por ruido térmico e interferencia intercelular (la intracelular se considera nula por la ortogonalidad) • Geometría celular: Relación señal/interferencia g= psc poc • p : Potencia deseada (misma célula) • p : Potencia interferente (otras células) sc oc Suponiendo potencias medias iguales, el cociente depende solo de la geometría José María Hernando Rábanossector, punto de celular (omni, evaluación), de ahí su nombre. 124
  125. 125. Reutilización de las frecuencias en LTE celular Se contemplan distintas posibilidades con utilización completa (Factor de reutilización 1) o fraccional. José María Hernando Rábanos 125
  126. 126. Categorias de terminales El 3gpp ha establecido en la Rel. 8, 5 categorías de terminales UE. Parámetro Categoría 1 2 3 4 5 Tasa Máxima DL (Mb/s) 10 50 100 150 300 Tasa máxima UL (Mb/s) 5 25 50 50 75 TBS máximo DL (bits) 10296 51024 102048 149776 299552 Anchura banda (MHz) 20 20 20 20 20 Modulación DL máxima 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM Modulación UL máxima 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 64QAM MIMO DL Opcional 2x2 2x2 2x2 4x4 José María Hernando Rábanos 126
  127. 127. Estimación del número usuarios Se puede estimar mediante la expresión: N sub = Ccap × LBH ( Rsub / O factor ) × N sec tor Ccap: Capacidad de la célula LBH: Carga media en hora cargada Rsub: Tasa binaria requerida por usuario Ofactor: Factor de sobrecarga (overbooking) Nsector: Número de sectores José María Hernando Rábanos 127
  128. 128. Ejemplo Ccap: 35 Mb/s. Terminal UE cat 1 Rsub = 10 Mb/s LBH: 50% Nsector: 3 Ofactor: 20 N sub 3 × 35 × 0,5 = = 105 (10 / 20) José María Hernando Rábanos 128
  129. 129. 129 INTRODUCCIÓN A LTE-Advanced (LTE-A) LTE-A es la versión o “Release” 10 de las especificaciones UTRA del 3gpp que cumple los requisitos de IMT-200Advanced de la UIT. Se ha especificado de forma que asegure la “compatibilidad hacia atrás” (backward compatibility), es decir que permita el funcionamiento de un equipo LTE-A cuando éste se conecte a una red LTE normal. José María Hernando Rábanos 129
  130. 130. Básicamente en LTE-A se introducen las siguientes tecnologías (nuevas o mejoras de las de LTE): • Agregación de portadoras (carrier aggregation) • Mejoras en multiantenas. • Mejoras para despliegues jerárquicos • Transmisión multipunto coordinada (CoMP) • Repetidores José María Hernando Rábanos 130
  131. 131. Agregación de portadoras Amplia la flexibilidad de uso del espectro. Además de las posibles anchuras de banda disponibles en una portadora, esta técnica permite combinar, en la misma transmisión, portadoras diferentes. Esto es esencial para conseguir anchuras de banda de hasta 100 MHz, necesarias para las elevadas tasas de bits que se contemplan en LTE-A. Las portadoras a agregar se llaman componentes (component carriers) José María Hernando Rábanos 131
  132. 132. Hay tres posibilidades de agregación: • Intrabanda con componentes contiguas • Intrabanda con componentes no contiguas • Interbanda, que combina componentes de bandas diferentes, por ejemplo 800 MHz y 2600MHz. El procesado de capa física (generación OFDM, codificación, HARQ) se realiza de forma independiente para cada componente. La señalización de control puede ser independiente y transmitirse por una componente diferente de aquella a la que se refiere. En la transparencia siguiente se muestra un ejemplo de agregación intrabanda de tres portadoras contiguas. José María Hernando Rábanos 132
  133. 133. José María Hernando Rábanos 133
  134. 134. 134 Técnicas multiantena  En LTE-A se potencia la transmisión en bajada, permitiendo un MIMO de hasta 8 capas (layers) de datos, por medio de una estructura mejorada de las señales de referencia.  También LTE-A admite MIMO en subida hasta con 4 capas. José María Hernando Rábanos 134
  135. 135. 135 Mejoras para despliegues  Una de las tendencias que se vislumbran para el futuro de las redes móviles de datos es la coexistencia de un despliegue de macrocélulas con otros de tipo picocelular y femtocelular. LTE-A incluye algunas mejoras para facilitar la “convivencia” entre estas estructuras. Por ejemplo si en una red coexisten e-Nodos B de baja potencia (femtocélulas) con macrocélulas, puede haber problemas para decidir a que célula debe engancharse un terminal. Puede no ser suficiente un criterio de menores pérdidas, sino que pueden intervenir aspectos de capacidad (un eNB con peor señal puede proporcionar mayor tasa que otro de mejor señal pero congestionado), de tarifas (puede ser más barato conectarse a un femto) o de autorización (un usuario puede no estar autorizado a conectarse a un femto). José María Hernando Rábanos 135
  136. 136. En LTE hay un método para la coordinación de la interferencia entre células ICIC (Inter Cell Interference Coordination), mediante el cual las células pueden intercambiar información sobre las subportadoras que piensen utilizar, a fin de evitar coincidencias e interferencias a nivel de subtrama. Este mecanismo no es efectivo cuando se trata de la señalización ubicada en todas las subtramas. En LTE-A, con agregación, se protege la componente de cada célula de forma que esta se utiliza para transmitir la señalización de control solo en una célula y no en sus vecinas. También es posible la multiplexación temporal de la señalización de modo que, en algunas subtramas sólo una célula transmite la señalización. Se configura que subtramas deben usar los terminales para estimar el canal, evitando las interferidas que podrían conducir a una estimación errónea. José María Hernando Rábanos 136
  137. 137. Multipunto Coordinado CoMP Tiene como objetivo el mantenimiento de tasas binarias altas en el borde celular. Consiste en la conexión múltiple de UE con dos o más eNBs para mejorar la transmisión/recepción en el borde y asegurar la tasa binaria. José María Hernando Rábanos 137
  138. 138. Requiere una estricta coordinación dinámica entre eNBs separados geográficamente para proporcionar una planificación (scheduling) y una transmisión conjunta al UE en DL, así como un procesado conjunto en el UL. Hay dos modos de funcionamiento: • Transmisión conjunta desde múltiples eNBs a un solo UE. • Selección dinámica de células, con transmisión desde un único UE. Requisitos básicos: • Realimentación detallada y rápida de las características del canal para realizar los cambios necesarios. • Coordinación estrecha entre eNBs para facilitar la combinación de datos o conmutación rápida de las celdas. José María Hernando Rábanos 138
  139. 139. CoMP en DL El UE responde como si se tratase de una transmisión desde un solo punto. El UE no sabe que recibe señales desde eNBs diferentes. Su receptor procesa la información y retorna señalización como si estuviese conectado a un único eNB.  La red determina el eNB idóneo para la conexión en cada caso, según las estimaciones del canal.  Hay una ganancia de diversidad similar a la que se obtiene en redes de frecuencia única SFN (Single Frequency Networks), que se traduce en una mejora en el uso de la potencia RF, con la consiguiente reducción de la interferencia. José María Hernando Rábanos 139
  140. 140. El UE proporciona el CSI (Channel Status Information) de todos los canales que puede “ver”, manteniendo el procesado como en el caso de transmisión desde un único punto.  Para la red todo el procesado se hace en un solo nodo para conseguir suficiente rapidez y coordinación de las transmisiones desde los diferentes puntos. José María Hernando Rábanos 140
  141. 141. CoMP en UL Los UE tienen datos sobre las transmisiones de eNBs: eNB servidor, datos de canal y transmisión …… Ello mejora el procesado de señal a costa de su incremento. Concepto muy parecido a la macrodiversidad usada en WCDMA y HSPA. José María Hernando Rábanos 141
  142. 142. LTE relay: Repetición Regenerativa Es otra alternativa para asegurar altas tasas binarias en el borde celular o en puntos de señal débil (ej. Interiores). El “LTE-relay” ejecuta procesos de recepción-demodulacióndecodificación con corrección de errores y retransmite la señal regenerada. De este modo, se mantiene la calidad de la señal, sin la degradación de la SNR que se daría en una simple repetición con amplificación. El UE comunica con el regenerador y este enlaza con el eNB “donante”. José María Hernando Rábanos 142
  143. 143. 143 Ejemplo: José María Hernando Rábanos 143
  144. 144. 144 Los regeneradores pueden soportar funcionalidades de capas altas, por ejemplo decodificar datos de usuario desde el eNB donante y decodificarlos antes de su envío al UE. El regenerador es autónomo, no requiere conexión a la red. Puede funcionar con cambio de frecuencia (outband) o sin cambio (inband); en este caso con TDMA mediante reserva de subtramas MBSFN (Multimedia Broadcast over Single Frequency Network). José María Hernando Rábanos 144
  145. 145. 145 Se han especificado dos tipos de regeneradores: • Tipo 1: El regenerador tiene su propia identidad y transmite sus propios canales de sincronización y simbolos de referencia. El UE lo “ve” como un eNB convencional. • Tipo 2: El regenerador carece de identidad y se asemeja al eNB donante. Un UE en su zona de cobertura no puede distinguirlo del eNB. José María Hernando Rábanos 145
  146. 146. 146 Redes self-configuring and self-optimizing (SON) La reducción de esfuerzo operacional y de la complejidad se consideran fuerzas motrices básicas para la LTE-RAN. La SoN se contempla como un proceso tendente a alcanzar ese objetivo, así como para mejorar la calidad y el desempeño de la red. El 3gpp ha abierto un tema de estudio sobre este asusto que se desarrolla en el TR36.902 y que incluye “casos de utilización” (uses clases), para aplicación de los conceptos de SoN y la definición de medidas, procedimiento e interfaces abiertas para soportar la operabilidad en un entorno de múltiples proveedores. José María Hernando Rábanos 146
  147. 147. 147 Se prevén los siguientes casos: • Optimización de la cobertura y capacidad. • Ahorro energético. • Reducción de interferencias. • Configuración automática de la identidad de la célula física (Phy_ID). • Optimización de la movilidad: mejora de los procedimientos de handover y reparto de la carga celular. • Optimización del acceso RACH. • Automatización función colindancia. • Coordinación interferencia intercelular. José María Hernando Rábanos 147
  148. 148. BIBLIOGRAFIA  LTE, The UMTS Long Term Evolution. S.Sesia, I. Tonfik, M. Baker. John Wiley, 2009  LTE: Nuevas tendencias en Comunicaciones Móviles. R. Agusti y otros. Fundación Vodafone España, 2010. Disponible en htpp://fundacion.vodafone.es/static/fichero/pre_ucm_mgmt_002620.pdf 3G Evolution:HSPA and LTE for mobile broadband. E. Dahlman, S. Parkvall  Fundamentals of wireless Communicatión D. Tese, P. Visawanath Cambidge University Press, 2005  LTE and the Evolution to 4G wireless. M. Rumney Agilent Technologies, 2009  Long Term Evolution in bullets Chris Johnson, 2012 José María Hernando Rábanos 148
  1. A particular slide catching your eye?

    Clipping is a handy way to collect important slides you want to go back to later.

×