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Introducción a LTE

Claudia Milena Hernández Bonilla

Víctor Manuel Quintero Flórez

Contenido

1. Introducción a LTE – Introducción.

– IMT-2000.

– Evolución 3GPP.

– Factores de mercado y tecnológicos.

– Objetivos y requerimientos de LTE.

– Generalidades LTE.

– Tecnologías para LTE.

– Opciones de espectro y ancho de banda de canal en LTE.

1.1. Introducción

1.1. Introducción

Evolución de los sistemas de comunicación móvil celular.

Sistemas de Primera generación:

Analógica, solo transporta voz, utiliza acceso FDMA.

• Nordic Mobile Telecommunication System450 (NMTS): Dinamarca, Suecia, Finlandia y Noruega, 450MHz.

• Advance Mobile Phone Service (AMPS):EU, 800 MHz.

• Total Acces Communications System (TACS): Gran Bretaña, 900MHz.

1.1. Introducción

Sistemas de primera generación

1.1. Introducción

Sistemas de segunda generación 2G

Digital, Emplea TDMA y CDMA, incorpora SMS, identificador, transmisión de datos a 9.6Kbps.

• Interim Standard IS 95: primer sistema en usar CDMA (Qualcomm), 800 y 1900MHz, 9.6 y 14.4Kbps.

• Interim Standard IS 136: primer sistema en usar TDMA, 800 MHz, 9.6Kbps.

• Global System Mobile (GSM): emplea FDMA , TDMA y SFH (Slow Frequency Hoping), 900 y 1800 MHz (a excepción EU 1900 MHz)

1.1 Introducción

Sistemas de generación 2.5G:

Navegación por internet limitada

• IS 95B: 64K bps, internet.

• IS 95C CDMA 1XRtt: 144 Kbps.

• General Packet Radio System (GPRS): 115 Kbps teóricos.

• Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE): Ambientes urbanos con movimientos lentos o casi estacionarios, 384 Kbps.

1.1. Introducción

CDMA

GSM

TDMA

PHS (IP-Based)

64 Kbps

GPRS

115 Kbps

CDMA 1xRTT

144 Kbps

EDGE

384 Kbps

cdma2000

1X-EV-DV

Over 2.4 Mbps

W-CDMA

(UMTS)

Up to 2 Mbps

2G

2.5G

2.75G 3G

1992 - 2000+2001+

2003+

1G

1984 - 1996+

2003 - 2004+

TACS

NMT

AMPS

GSM/

GPRS

(Overlay)

115 Kbps

9.6 Kbps

9.6 Kbps

14.4 Kbps

/ 64 Kbps

9.6 Kbps

PDC

Analog Voice

Digital Voice

Packet Data

IntermediateMultimedia

Multimedia

PHS

TD-SCDMA

2 Mbps?

9.6 Kbps

iDEN

(Overlay)

iDEN

Source: U.S. Bancorp Piper Jaffray

1.1. Introducción

1.2. IMT 2000

• Finales años 1980: ITU empieza a trabajar en comunicaciones móviles de tercera generación.

• 1990: primera recomendación FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications Systems ).

• 1997: revisión FLPMTS.

• 1999: cambia a IMT2000 (International Mobile Telecommunication 2000) luego conocido como Sistemas Móviles de Tercera Generación o 3G.

1.2. IMT 2000

• La visión de IMT-2000: los abonados a comunicaciones móviles tendrán acceso a voz, datos, Internet y servicios multimedia en cualquier parte y en cualquier momento.

• Conectando todas las diferentes tecnologías inalámbricas (WLAN, celulares, comunicaciones satelitales y otros sistemas de acceso) a un núcleo flexible de red/tecnología basado en paquetes.

• Principal recomendación IMT-2000: ITU-R M.1457, define la familia de interfaces de radio a utilizar en 3G.

1.2. IMT 2000

• Considera tres técnicas de acceso

FDMA: Acceso múltiple por división de frecuencia.

TDMA: Acceso múltiple por división de tiempo.

CDMA: Acceso múltiple por división de código, ofrece mayores ventajas.

1.2. IMT 2000

1.2. IMT 2000

TDD y FDD

• Mecanismos para asignar los recursos radio en el enlace de subida y bajada.

1.2. IMT 2000

1.2. IMT 2000

Objetivos:

• Brindar cobertura mundial.

• Terminales móviles con alcance mundial y servicios multimedia.

• Maximizar compatibilidad de interfaces de radio para operar en distintos entornos.

• Alta velocidad de transmisión de datos, soporte para cx de circuitos y de paquetes, velocidades mínimas:

Vehículos: 144 Kbps

1.2. IMT 2000

Entorno peatonal: 384Kbps

Entorno interiores: 2048 kbps

Entorno satelital: 9.6Kbps

• Compatibilidad de servicios dentro de IMT y con la red fija.

• Eficiencia espectral, flexibilidad en el uso y reducción de costos.

1.2. IMT 2000

• Dentro del IMT se crearon proyectos Partnership projects para proporcionar un foro donde colaboraran organizaciones de normalización.

• Se establecieron 3GPP y 3GPP2.

• 3GPP: armonizar propuestas europeas y asiáticas, UMTS.

• 3GPP2: armonizar propuesta americanas y coreanas, basadas en CDMA 2000.

1.3. Evolución 3GPP

• 3GPP: Grupo compuesto por organismos de normalización. Se rige por una coordinación donde solo intervienen los organismos normalizadores.

• No aprueba estándares, esto lo hacen los organismos nacionales como ETSI en Europa o ARIB en Japón.

1.3. Evolución 3GPP

• Estandarización de una norma: extenso conjunto de especificaciones.

• Se organiza como un proceso gradual con evoluciones y revisiones, cada año se entrega un conjunto de normas: Release.

• Proceso de normalización anual.

• Especificaciones brindan una descripción de servicios y requerimientos.

1.3. Evolución 3GPP

Socios del 3GPP :

• European Telecommunications Standards Institute ETSI

• Association of Radio Industries and Businesses ARIB

• Telecommunication Technology Committee, Japan TTC

• Telecommunications Technology Association, Korea TTA

• China Communications Standards Association CCSA

• The Alliance for Telecommunications Industry Solutions, USA ATIS.

1.3. Evolución 3GPP

Socios de 3GPP2:

• ARIB

• CCSA

• TTA

• Telecommunications Industry Association (North America) TIA

• TTC

1.3. Evolución 3GPP

Third-Generation Partnership Project (3GPP) es el grupo que especifica:

• LTE / LTE advanced

• 3G : UMTS

• 2G: GSM, GPRS y EDGE

http://www.3gpp.org/

1.3. Evolución 3GPP

3GPP2 especifica:

2G:

• IS-95 (CDMAOne).

3G:

• CDMA2000 1X,

• CDMA2000 EV-DO (1x Evolution-Data Optimized)Rel. 0, solo voz

• CDMA2000 EV-DO Rev. A , voz y datos

• CDMA2000 EV-DO Rev. B

1.3. Evolución 3GPP

1.3. Evolución 3GPP

1.3. Evolución 3GPP

1.3. Evolución 3GPP

1.3. Evolución 3GPP

Fuente: Qualcomm

1.3. Evolución 3GPP

LTE

Long Term Evolution, estándar del 3GPPP enfocado en la evolución de los sistemas de tercera generación.

1.3. Evolución 3GPP

1.3. Evolución 3GPP

• Los sistemas de comunicación móvil han tenido un crecimiento acelerado durante los últimos años: 6 billones de usuarios a nivel mundial (Junio de 2012).

• 10 nuevos suscriptores cada segundo!

1.3. Evolución 3GPP

1.3. Evolución 3GPP

1.3. Evolución 3GPP

1.3. Evolución 3GPP

1.3. Evolución 3GPP

• La Banda Ancha Móvil se está convirtiendo en una realidad, de los 1.8 Billones de personas que tendrán Banda Ancha en 2012, 2/3 partes serán usuarios móviles que utilizaran HSPA y LTE.

1.3. Evolución 3GPP

1.3. Evolución 3GPP

Tecnologías a 2017

• Videos

lte

Alcatel

Verizon

Police Department-LTE

Redefine the wireless experience

1.3. Evolución 3GPP

1.4. Factores de Mercado y tecnológicos

1.4. Factores de Mercado y tecnológicos

1.4. Factores de Mercado y tecnológicos

1.4. Factores de Mercado y tecnológicos

1.4. Factores de Mercado y tecnológicos

• Incremento en el número de Smartphones, ITU actualmente 500 millones de unidades, en el 2015 se triplicarán.

1.4. Factores de Mercado y tecnológicos

• Falta regulación y localización de espectro.

• Los fabricantes, que tienen que integrar tecnología LTE en sus dispositivos.

• La mayoría de los operadores: HSPA, buscan recuperar las enormes inversiones.

1.4. Factores de mercado y tecnológicos

1.4. Factores de mercado y tecnológicos

1.4. Factores de mercado y tecnológicos

1.4. Factores de mercado y tecnológicos

1.4. Factores de Mercado y tecnológicos

La banda ancha móvil seguirá creciendo a fuertes ritmos y los operadores móviles seguirán creando modelos de precio y servicio según el uso que los clientes hagan de los datos.

1.4. Factores de Mercado y tecnológicos

Año 2015

1.4. Factores de Mercado y tecnológicos

• Primer terminal LTE

1.4. Factores de Mercado y tecnológicos

• Terminales LTE

1.4. Factores de mercado y tecnológicos

Los operadores deben:

• Educar usuarios con cultura de datos.

• Brindar más y mejores servicios

• Mejorar la experiencia de usuario.

• No olvidar la banda ancha fija inalámbrica.

Invitación

• http://web.unicauca.edu.co/seminarioredmovil/

Factores que impulsan LTE

• Evolución de la capacidad de los sistemas alambrados.

• Necesidad de incremento de la capacidad inalámbrica.

• Necesidad de disminuir los costos para competir con otras tecnologías inalámbricas.

1.5. Objetivos y requerimientos de LTE

1.5. Objetivos y requerimientos de LTE

• Basado en cx de paquetes: IP.

• Alta velocidad: al menos 100Mbps en el enlace de bajada, y 50Mbps en el enlace de subida.

• Baja latencia: plano de usuario Round Trip Time RTT < 10ms, acceso < 300ms.

1.5. Objetivos y requerimientos de LTE

• Movilidad intersistema con GSM, WCDMA, CDMA2000.

• Eficiencia espectral: 2 a 4 veces la de HSPA Release 6.

• Eficiencia en el consumo de potencia del terminal.

• Menores costos de investigación y operación que los sistemas anteriores.

• Flexibilidad en la asignación de frecuencias: asignaciones de 1.25/2.5, 5, 10, 15 and 20 MHz para soporte de diferentes bandas de diferentes tamaños.

1.5. Objetivos y requerimientos de LTE

1.5. Objetivos y requerimientos de LTE

1.6. Generalidades LTE

• Acceso múltiple.

• Flexibilidad de espectro.

• Diversidad, MIMO, Beam forming.

• Nueva arquitectura de red.

1.6. Generalidades LTE

Acceso Múltiple:

Ortogonal Frequency Division Multiplexing Access OFDMA en el enlace de bajada.

Single Carrier SC FDMA en el enlace de subida.

1.6. Generalidades LTE

1.6. Generalidades LTE

1.6. Generalidades LTE

Flexibilidad de espectro:

• Operación en diferentes anchos de banda.

• Uso de espectro par (FDD) y dispar (TDD).

1.6. Generalidades LTE

Diversidad, beamforming, MIMO:

1.6. Generalidades LTE

Arquitectura

• Estación base: enodeB con nuevas capacidades, incluye funciones del Radio Network Controller RNC.

• Separa el núcleo de red (Evolved Packet Core EPC):

Plano de usuario: System Architecture Evolution Gateway SAE GW.

Plano de control: Mobility Management Entity MME.

1.6. Generalidades LTE

Arquitectura genérica

1.6. Generalidades LTE

Arquitectura 3GPP

1.6. Generalidades LTE

• La arquitectura completa del sistema LTE, se denomina Evolved Packet System (EPS). Los componentes fundamentales son:

La nueva red de acceso Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN).

Nuevo dominio de paquetes Evolved Packet Core (EPC) de la red troncal.

1.6. Generalidades LTE

1.6. Generalidades LTE

• EUTRAN

1.6. Generalidades LTE

Nuevas Características

Adaptación de enlace.

Control de potencia en el enlace de subida.

Manejo de retransmisiones.

Adaptación de enlace

Planificación: División y asignación de los recursos entre los usuarios que tengan datos para transmitir.

1.6. Generalidades LTE

Adaptación de enlace

Los esquemas de adaptación de enlace adaptan los esquemas de modulación y codificación a las condiciones del canal.

Así determina la velocidad de transmisión de datos.

QPSK, 16 QAM, 64 QAM.

1.6. Generalidades LTE

Control de Potencia del enlace de subida

Se encarga de fijar los niveles de transmisión para:

Mejorar la capacidad del sistema, cobertura y calidad de usuario (voz).

Reducir el consumo de potencia.

Maximizar la potencia recibida de las señales deseadas y limitar la interferencia.

1.6. Generalidades LTE

Manejo de Retransmisiones

Se emplea para proteger la información de los errores y garantizar la calidad de los datos transferidos.

Soporta un esquema de retransmisión de dos capas:

HARQ: ARQ Híbrido.

1.6. Generalidades LTE

1.6. Generalidades LTE

1.6. Generalidades LTE

Cobertura y capacidad

1.7. Tecnologías para LTE

LTE alcanza sus altas capacidades gracias a tecnologías como:

• Tecnologías multiportadora.

• MIMO.

• Interfaz radio de cx de paquetes.

1.7. Tecnologías para LTE

Tecnologías multiportadora

Después de la consolidación objetivos, candidatos:

• Enlace de bajada: OFDMA y WCDMA.

• Enlace de subida: SC OFDMA y WCDMA.

En 2005 se escogieron los esquemas.

1.7. Tecnologías para LTE

La flexibilidad puede verse en:

• Se pueden emplear anchos de banda de diferentes espectros sin cambiar parámetros del sistema o el diseño del equipo.

• Los recursos de tx de anchos de banda variables se pueden asignar a diferentes usuarios.

• Se facilita la coordinación de interferencia entre celdas y el reúso de frecuencia.

1.7. Tecnologías para LTE

WCDMA

• Reúso de la tecnología existente en UMTS.

• Se busca que LTE sea competitiva por muchos años.

• Continuar con la misma tecnología perder oportunidad de ventajas de OFDM.

MIMO - Tecnologías de múltiples antenas

Permite alcanzar alta eficiencia espectral.

Promete grandes beneficios, pero debe evaluarse su implementación práctica.

1.7. Tecnologías para LTE

1.7. Tecnologías para LTE

Interfaz radio basada en Cx de paquetes

LTE esta diseñado para ser un sistema multiservicio orientado a paquetes completamente.

Planificación de paquetes rápida fue usada por HSDPA, durante el tiempo de coherencia del canal.

1.7. Tecnologías para LTE

Capacidades del equipo de usuario

Si se explotan todas las características del LTE, el UE (User equipment) podría alcanzar un desempeño mayor al esperado (teóricamente).

LTE debe soportar un rango de categorías de UE con diferentes capacidades para diferentes segmentos del mercado.

Diferentes prioridades: velocidad de tx, tamaño de UE, costo y tiempo de vida de la bateria.

1.7. Tecnologías para LTE

Capacidades del equipo de usuario

Consideraciones

• Altas velocidades: clave para el éxito de algunas aplicaciones, esto requiere mayor cantidad de memoria para procesamiento de datos incrementa el costo del UE.

• Si el UE está embebido en un dispositivo grande no es crítico el consumo de potencia y se pueden emplear múltiples antenas.

1.7. Tecnologías para LTE

Capacidades del equipo de usuario

• Otros segmentos del mercado requieren dispositivos ultradelgados, critico el uso de varias antenas y el consumo de potencia.

• LTE soporta 5 categorías de UE.

Capacidades del equipo de usuario

1.7. Tecnologías para LTE

1.8. Opciones de espectro en LTE • Trabajo de la ITU R: definir espectro disponible para sistemas

IMT análisis de técnicas para compartir el espectro entre diferentes tecnologías.

• El espectro para 3G fue definido en el World Administrative Radio Congress WARC-92: 230MHz para IMT 2000 en 2GHz.

1.8. Opciones de espectro en LTE

• World Radio communication conferences WRC-2000 para IMT 2000: banda de 2GHz, 800/900 MHz y 1800/1900 MHz más una banda adicional de 190 MHz en 2.6 GHz.

• WRC’07 banda en 450 MHz, “Dividendo digital” en 698–806 MHz (América), banda adicional de 300MHz de 3400 a 3800MHz (Europa y Asia).

1.8. Opciones de espectro en LTE

1.8. Opciones de espectro en LTE

• Para LTE 3GPP determinó 17 bandas pares para FDD y 8 bandas impares para TDD.

• Europa y Asia WCDMA fue desplegada en 2100MHz. LTE empezará usando la banda de 2600MHz y luego las de 900 y 1800Mhz.

• EU WCDMA 850 y 900MHz, 1700 y 2100MHz. LTE Bandas de 700, 1700 y 2100 MHz.

Opciones de espectro en LTE

Opciones de espectro en LTE

1.8. Opciones de espectro en LTE

1.8. Opciones de espectro en LTE

Colombia

2011- Obtuvo USD 79,8 millones por la adjudicación de 25 MHz de espectro en la banda de 1900 MHz. Comcel y Tigo accedieron cada uno a 5 MHz, mientras que Movistar se quedó con 15 MHz. Alcanzaron el tope de espectro permitido 55 MHz.

1.8. Opciones de espectro en LTE

Decreto 2980 de 2011

• 85 MHz para las bandas altas (Entre 1710 MHz y 2690 MHz).

• 30 MHz para las bandas bajas (Entre 698 MHz y 960 MHz).

Colombia.. Para LTE

Tigo podría acceder a bandas bajas como la de 700 MHz.

Comcel y Movistar podrían participar en procesos de adjudicación de bandas en 1,7 -2,1 GHz, que son las bandas altas (Tigo opera en 1900 MHz).

1.8. Opciones de espectro en LTE

1.8. Opciones de espectro en LTE

Colombia

Subasta de espectro para servicios móviles terrestres (Internet Móvil de 4G), hasta 225 MHz de espectro radioeléctrico en las bandas de 1.850 MHz a 1.990 MHz, 1.710 MHz a 1.755 MHz pareada con 2.110 MHz a 2.155 MHz y 2.500 MHz a 2.690 MHz.

El Dividendo Digital en la banda de 700 MHz se asignará en 2013, radio de celda: 10 Km, en otras bandas radio inferior a 5 Km.

Fuente: http://www.telesemana.com/blog/2011/06/16/colombia-licitara-espectro-en-25-ghz-y-en-1-700-2-100-mhz/

Colombia.. Para LTE

225 MHS en el 2013

Tres segmentos de 30 MHz en la banda 4 o AWS entre 1.700MHz y 2.100MHz (completando 90MHz de espectro asignado en esta banda).

13 segmentos de 10 MHz en la banda 7 de 2.500 MHz (completando 130MHz de espectro asignado en esta banda).

http://www.slideshare.net/Ministerio_TIC/alternativas-subastaaws

1.8 Opciones de espectro en LTE

Opciones de espectro en LTE

Interesados:

Anditel, Avatel, Comcel, Tigo, Directv, Emcali, ETB, Entel, International Communications Networks, Movistar, Telmex, UNE y NII Holding.

Condiciones:

Cuatro años de experiencia, compromisos de cobertura mínima, roaming internacional y prohibición de cesión de espectro antes de dos años, entre otras.

Opciones de espectro en LTE

Resolución 668 del 12 de diciembre de 2012

La ANE designa la banda de 700MHz, también conocida como Dividendo Digital para:

Uso exclusivo de servicios de telecomunicaciones móviles terrestres 4G.

Implementación de redes y servicios de telecomunicaciones eficientes a bajo costo.

Opciones de espectro en LTE

Opciones de espectro en LTE

Opciones de espectro en LTE

Estado de la banda de 700Mhz en Colombia

• Dos canales privados (TV Caracol y RCN 82 TV) y tres gubernamentales (Canal Uno, Señal Institucional y Señal Colombia) transmitiendo en señal analógica.

• Estos cinco canales nacionales, siete regionales y 48 estaciones locales están usando la banda de Dividendo Digital.

Opciones de espectro en LTE

• Las primeras emisiones comerciales de DVB T comenzaron en Bogotá en 2010 con la transmisión de las señales de Canal Uno, Señal Colombia y Canal Institucional

• En el 2010, cuatro sitios de transmisión adicionales Cali, Medellín, Antioquia, Barranquilla y Santa Marta.

• Diciembre de 2010, RCN y Caracol inauguraron el servicio digital en Bogotá y Medellín.

Opciones de espectro en LTE

• La banda de 470 a 512 MHz, sería atribuida a la televisión para facilitar la transición.

• Liberación de los canales 52 a 69 (“700 MHz”).

http://www.ahciet.net/index.php/estudios/estudios-ahciet/cat_view/5-estudios/18-estudios-ahciet/21-beneficios-economicos-del-dividendo-digital-para-america-latina

• Lecturas