UNIVERSIDAD CATOLICA BOLIVIANA “SAN PABLO”

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES LA PAZ - BOLIVIA

ESTUDIO SOBRE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA: LTE – AVANZADA EN BOLIVIA

Proyecto de grado para optar al Título de Ingeniero en Telecomunicaciones.

Presentado por: Luis Fernando Montaño Abastoflor.

Tutor: Ing. Eddy Lord Ledezma.

La Paz, Abril 2013

ii

ÍNDICE GENERAL

1. MARCO REFERENCIAL………………………………………………………….1

1.1 TITULO DE TEMA……………………………………………………… ..1

1.2 ANTECEDENTES…………………………………………………………1

1.2.1ANTECEDENTES EN BOLIVIA……………………………………….2

1.3 PROBLEMÁTICA Y DEFINICIÓN………………………………………4

1.4 OBJETIVOS……………………………………………………………….6

1.4.1 OBJETIVO GENERAL………………………………………..6

1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS…………………………………6

1.5 JUSTIFICACIÓN…………………………………………………………..7

1.5.1 JUSTIFICACIÓN TECNICA…………………………………..7

1.5.2 JUSTIFICACIÓN

ECONÓMICA………………………………8

1.5.3 JUSTIFICACIÓN SOCIAL…………………………………….8

1.5.4 JUSTIFICACIÓN ACADÉMICA………………………………9

1.6 LÍMITES …………………………………………………………………….9

1.6.1 LÍMITE GEOGRÁFICO………………………………………..9

1.6.2 LÍMITE EMPRESARIAL………………………………………9

1.6.3 LÍMITE TEMPORAL…………………………………………..9

1.6.4 LÍMITE

ECONÓMICO………………………………………...10

1.6.5 LÍMITE

TÉCNICOS…………………………………………...10

1.7 ALCANCES……………………………………………………………….11

1.7.1 ALCANCE

TEMPORAL……………………………………...11

1.7.2 ALCANCE SOCIAL…………………………………………..11

1.7.3 ALCANCES

TÉCNICOS……………………………………..11

2 MARCO TEÓRICO……………………………………………………………….12

2.1 LTE TECNOLOGIA PREDECESORA A LTE - AVANZADA………12

2.1.1 Arquitectura…………………………………………………..15

2.1.2 Barreras…………………………………………………………15

2.1.3 LTE y Sus desafíos:…………………………………………..16

2.1.4 Soluciones……………………………………………………..16

2.2 LTE TECNOLOGÍA 3.9 G………………………………………………17

2.3 CARACTERÍSTICAS IMT- AVANZADA (4G)………………………..17

2.4 HISTORIA DE DESARROLLO DE LTE- AVANZADA……………...19

2.5 TECNOLOGÍAS UTILIZADAS POR LTE – AVANZADA…………..20

2.6 AGREGACIÓN DE PORTADOR (A.P)……………………………….21

2.7 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE AGREGACIÓN DE

PORTADOR…………………………………………………………………..22

2.8 ASPECTOS DE AGREGACION DE PORTADOR Y RADIO

FRECUENCIAS………………………………………………………………23

2.8.1 INTRA – BANDA………………………………………………23

2.8.1.1 INTRA – BANDA CONTIGUA……………………..23

2.8.1.2 INTRA – BANDA NO CONTIGUA………………...24

2.8.2 INTER – BANDA NO CONTIGUA…………………………..25

2.9 ANCHOS DE BANDA Y CLASES PARA AGREGACIÓN DE

PORTADORA………………………………………………………………...25

2.10 PROGRAMACIÓN DE PORTADOR CRUZADO (CROSS CARRIER

SCHEDULING)……………………………………………………………….26

2.11 MULTIPUNTO COORDINADO (CoMP)……………………………..27

2.12 ASPECTOS BÁSICOS DE LTE AVANZADO MULTIPUNTO

COORDINADO……………………………………………………………….28

2.13 DOWNLINK CoMP:…………………………………………………...31

2.14 UPLINK CoMP:………………………………………………………..32

2.15 RETRANSMISIÓN (RELAY)………………………………………….32

2.16 ASPECTOS BÁSICOS DE RELAY………………………………….33

2.17 RELAYING FULL DUPLEX & HALF DUPLEX…………………….37

2.18 TIPOS DE NODOS RELAY…………………………………………...37

2.19 COMUNICACIÓN DISPOSITIVO A DISPOSITIVO (D2D)………...38

2.20 CONCEPTOS DE COMUNICACIÓN DISPOSITIVO A

DISPOSITIVO ………………………………………………………………..39

2.21 LTE AVANZADA - REDES HETEROGENEAS (HeTNet)………..40

3 ANALISIS PRELIMINAR………………………………………………………..41

3.1 PROPUESTA DE SOLUCIÓN (TECNOLOGÍA LTE –

AVANZADA)……………………………………………………………...41

3.2 ESQUEMA………………………………………………………………. 43

3.2.1 EXPLICACIÓN DETALLADA……………………………………43

3.2.2 GESTIÓN DEL ANCHO DE BANDA DEL ESPECTRO……..45

4 MARCO PRÁCTICO……………………………………………………………..49

4.1 TECNOLOGÍA ACTUAL EN ENTEL……………………………………...49

4.2 REFERENTES A LA LEY GENERAL DE TELECOMUNICACIONES.51

4.2.1 El artículo 5 (PRINCIPIOS), el punto 7 dicta textual:………51

4.2.2 El artículo 6 (DEFINICIONES), el punto 2 dicta textual:…..52

4.2.3 El artículo 14 (DE LA AUTORIDAD DE REGULACIÓN Y

FISCALIZACIÓN DE TELECOMUNICACIONES Y TRANSPORTES),

el punto 12 dicta textual:………………………………………………52

4.3 PROPUESTA AREGACIÓN DE PORTADORA…………………………...52

4.3.1 INTRA – BANDA CONTIGUA…………………………………...53

4.3.2 INTRA – BANDA NO CONTIGUA………………………………54

4.3.3 INTER – BANDA NO CONTIGUA…………………………………..55

4.3.4 CONTROL DE RETRANSMISIÓN…………………………………..57

4.4 ARQUITECTURA DEL TRANCEPTOR………………………………………57

4.4.1 MÚLTIPLES TRANSCEPTORES DE UNA SOLA BANDA……...57

4.4.2 TRANSCEPTOR DE BANDA ANCHA……………………………..58

4.5 MIMO MEJORADO……………………………………………………………..59

4.6 ARQUITECTURA DE MULTIPUNTO COORDINADO (CoMP)……………64

4.6.1 ARQUITECTURA CENTRALIZADA………………………………...64

4.6.2 ARQUITECTURA DISTRIBUIDA…………………………………….65

4.7 ESQUEMAS DE DOWNLINK Y UPLINK DE MULTIPUNTO COORDINADO

(CoMP)…………………………………………………………………………………67

4.7.1 ESQUEMA DE DOWNLINK………………………………………….68

4.7.1.1 PROGRAMACIÓN COORDINADA / FORMACIÓN DE

HAZ (CS / CB)……………………………………………………….68

4.7.1.2 PROCESAMIENTO CONJUNTO (JP)…………………………….69

4.7.2 ESQUEMA DE UPLINK………………………………………………71

4.8 ESCENARIO NODO RELAY……………………….……………………….72

4.8.1. EVALUACIÓN DE RENDIMIENTO PARA RELAY TIPO 1B …..73

4.8.2 ESCENARIOS DE PROPAGACIÓN Y MODELOS DE SISTEMA……...75

4.8.2.1 modelos de propagación………………………………….75

4.8.3 limite de nodos relay desplegados………………………………..85

4.9 ESQUEMAS Y RECOMENDACIONES FINALES……………………….87

5 FUENTE DE INFORMACIÓN…………………………………………………….90

GLOSARIO

LTE-ADVANCED : LONG TERM EVOLUTION-ADVANCED

LTE: LONG TERM EVOLUTION

GSM: GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE

GPRS: GENERAL PACKET RADIO SERVICE

EDGE: ENHACED DATA RATES FOR GLOBAL EVOLUTION

WCDMA: WIDEBAND CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS

UMTS: UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM

HSUPA: HIGH SPEED UPLINK PACKET ACCESS

HSDPA: HIGH SPEED DOWNLINK PACKET ACCESS

UIT: UNION INTERNACIONAL DE TELECOMUNICACIONES

IMT: INTERNATIONAL MOBILE TELECOMUNICATION

IMT ADVANCED: INTERNATIONAL MOBILE TELECOMUNICATION-

ADVANCED

E-UTRAN: EVOLVED UNIVERSAL TERRESTRIAL RADIO ACCESS NETWORK

IP: INTERNET PROTOCOL

QoS: QUALITY OF SERVICE

VoIP: VOZ SOBRE IP

OFDM: ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING

MIMO: MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT

FDD: FREQUENCY DIVISION DUPLEXING

TDD: TIME DIVISION DUPLEXING

TCO: COSTE DE ANALISIS E IMPLEMENTACION

eNB : ENVOLVED NODE B

OPEX: OPERATIONAL EXPEDITURE

CAPEX: CAPITAL EXPEDITURES

CSFB: CIRCUIT SWITCHED FALLBACK

CS: CIRCUIT SWITCHED

SC – FDMA: SINGLE CHANNEL ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION

MULTIPLE ACCESS

AC: AGREGACIÓN DE CANAL

AP: AGREGACION DE PORTADOR

DCI: DOWNLINK CONTROL INFORMATION

PDSCH: PHYSICAL DOWNLINK SHARED CHANEL

PUSCH: PHYSICAL UPLINK SHARED CHANEL

CoMP: COORDINATED MULTIPOINT

IEC: INTERFERENCIA ENTRE CELDAS

TDM: TIME DIVISION MULTIPLEXING

D2D: DEVICE TO DEVICE

EPC: ENVOLVED PACKET CORE

EPS: ENVOLVED PACKET SYSTEM

UE: USER EQUIPMENT

HeNBs: HOME eNBs

MME: MOBILITY MANAGEMENT ENTITY

SGW: Serving Gateway

PDN-GW: PACKET DATA NETWORK GATEWAY

WRC-07: WORLD RADIOCOMMUNICATION CONFERENCE 2007

IMS: INTERNET MULTIMEDIA SUBSYSTEM

VoLTE: VOICE OVER LTE

RRM: RADIO RESOURCE MANAGEMENT

ARQ: AUTOMATIC REPEAT-REQUEST

RLC: RADIO LINK CONTROLRadio Link Control

MAC: MEDIUM ACCESS CONTROL

TCP: TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL

SU- MIMO: MIMO MONOUSUARIO

CC: COMPONENT CARRIER

SDMA: SPACE DIVISION MULTIPLE ACCESS

CSI: CHANNEL STATE INFORMATION

CS / CB: PROGRAMACIÓN COORDINADA/FORMACIÓN DE HAZ

JP: PROCESAMIENTO CONJUNTO

TA: AVANCE DE TEMPORIZACION

NR: NODO RELAY

E2E : EXTREMO A EXTREMO

NLOS: NON-LINE-OF-SIGHT

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1. MARCO REFERENCIAL

1.1TITULO DE TEMA

ESTUDIO SOBRE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA:

LTE – AVANZADA EN BOLIVIA

1.2 ANTECEDENTES

La penetración de la telefonía móvil se acerca casi al 100% en varios

mercados del mundo. Este crecimiento explosivo en el número de

usuarios de telefonía móvil, unido al estado tecnológico actual hace

pensar en una fuerte demanda de aplicaciones móviles de banda

ancha, tales como; la navegación por Internet de alta velocidad, el

envío y recepción de e-mail; la televisión en el móvil; la descarga

rápida de contenidos multimedia o los juegos interactivos.

Satisfacer dicha demanda, consiguiendo que los servicios resulten

atractivos para el usuario al mismo tiempo que los operadores

puedan reducir principalmente los gastos de operación, requiere

continuar avanzando en el desarrollo de las redes móviles actuales.

Es así como se ha llegado a una constante evolución de la banda

ancha móvil, y en el camino hacia ella se han desplegado tecnologías

como GSM, GPRS, EDGE, WCDMA (UMTS),

HSUPA, HSDPA, LTE y actualmente se espera LTE - AVANZADA, en

lo que respecta a las tecnologías 3GPP. La evolución a largo plazo

(Long Term Evolution- Avanzada) de E-UTRA (Evolved Universal

Terrestrial Radio Access) es una tecnología que además de soportar

P á g i n a | 2

los servicios de voz, soporta el acceso de radio de paquetes

optimizados con alta velocidad de datos y baja latencia.

Según los requerimientos de la IMT–Avanzada (International Mobile

Telecommunications-Advanced) LTE – AVANZADA y WI MAX2 son

las dos tecnologías de telecomunicaciones consideradas de Cuarta

generación de Telefonía Móvil.

1.2.1 ANTECEDENTES EN BOLIVIA

La penetración de telefonía móvil en Bolivia es próxima al 79% en

el área urbana, aun que se registró un incremento significativo en

relación a años anteriores, la penetración es la más baja de la

región.

Actualmente en Bolivia Existen tres operadores de telefonía

movil.ENTEL S.A, TIGO (TELECEL) y VIVA (NUEVATEL). Existe

un operador de Santa Cruz de la Sierra que es COTAS que

actualmente trabaja sobre la plataforma de la empresa

NUEVATEL. Los cuales están en constante competencia por

captar más usuarios.

Los datos de la ATT revelan que la empresa líder en telefonía

móvil es ENTEL que controla el 43,1% del mercado, escoltada por

Tigo que maneja el 31,3 por ciento del mercado.

En tercer lugar queda NUEVATEL con el 25 por ciento.

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ENTEL .S.A el servicio de telefonía móvil de Entel fue lanzado el 8

de noviembre de 1996, ante la necesidad de desarrollar y hacer

más accesible una de las áreas más importantes de las

comunicaciones en Bolivia, hasta entonces había un solo operador

de telefonía celular. Al cabo de tan solo un mes del ingreso al

mercado, Entel Móvil comenzó a ocupar el primer lugar en la

preferencia de los bolivianos hasta alcanzar, a fines del 98

alrededor de 120.000 abonados.

El empleo de tecnología digital le permitió a Entel Móvil obtener

ventajas adicionales sobre la analógica utilizada por la

competencia: mejor comportamiento frente a ruidos e

interferencias externas, mayor posibilidad de servicios de valor

agregado, mejor calidad de voz y mayor duración de las baterías,

entre otras.

Entel Móvil presenta una oferta global de planes y pre-pago, fruto

de un gran esfuerzo en Investigación y desarrollo del mercado,

según las necesidades del país y de sus clientes.

ENTEL brinda el servicio de telefonía móvil utilizando las bandas

de 800 MHz (celular TDMA), 850 MHz y/o 1900 MHz (PCS GSM) y

que usa estaciones distribuidas en una configuración de celdas,

utilizando redes de transmisión y centrales de conmutación

propias. También otorga servicios sobre redes GPRS/EDGE en

áreas cubiertas por la telefonía celular GSM (Global System for

Mobile Communication) con acceso a GPRS (General Packet

Radio Service). EDGE fue desarrollada para permitir la

transmisión de largas cantidades de datos a grandes velocidades,

384 Kbps EDGE utiliza la misma estructura que TDMA (Time

Division Multiple Access), el mismo canal lógico y 200kHz para el

ancho de banda que utilizan las actuales redes de GSM.

P á g i n a | 4

TIGO Bolivia fue lanzado en el año 2005, como parte de

integración de la marca nacional Telecel Bolivia con las

internacionales. Siendo el segundo operador de telefonía móvil en

el país. Tigo en Bolivia otorga servicios sobre redes AMPS/TDMA

y GSM/GPRS, ambas en 850 MHz para telefonía móvil; así

como internet WiMAX. Tigo fue la primera compañía en Bolivia en

proveer la tecnología 3.5G para teléfonos móviles.

NUEVATEL opera con marca Viva y es propiedad mayoritaria del

holding móvil estadounidense Trilogy International. Es uno de los

tres operadores de telefonía móvil de Bolivia y utiliza tecnología

GSM1900, utiliza la banda de frecuencias de 1.8GHz a 2.1 GHz

(1,800 MHz a 2,100 MHz). En el segundo semestre de 2002

NuevaTel lanzó servicios de larga distancia y suscribió un acuerdo

de MVNO para arrendar espectro a las cooperativas de línea fija

Cotel y Cotas. NuevaTel fue fundada en 1999.

1.3 PROBLEMÁTICA Y DEFINICIÓN

La constante evolución en las tecnologías de telecomunicaciones,

obliga a las empresas hacer nuevas inversiones en tecnologías que

soporten los nuevos servicios de valor agregado, a demás de los

tradicionales servicios de telefonía y transferencia de datos. La

“nueva” tendencia para las tecnologías es optimizar los procesos que

permitan la transmisión de datos a altas velocidades y minimicen las

tasas de latencia.

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Es por eso que con la evolución de estas tecnologías ahora nos

encontramos en un constante desarrollo, en la cual los países y

también empresas de estos entran en una carrera por obtener más y

mejores tecnologías que les permita competir en el mercado. Esto

viene de la mano con nuevos equipos que permitan brindar el servicio

con la utilización de mucho menos recursos de los que se solía

utilizar, por lo tanto es una evolución necesaria tanto para los

usuarios como para las mismas empresas que minimizan costos de

operación y brindan más y mejores servicios.

Actualmente en el territorio del Estado Plurinacional de Bolivia, no se

cuenta con un verdadero servicio de cuarta generación de telefonía

móvil, si bien ENTEL está implementando la tecnología LTE para sus

servicios de acceso a internet móvil, aún utiliza GPRS/EDGE para

tecnología de telefonía móvil. La tecnología LTE se encuentra en

proceso de prueba.

LTE no alcanza los requerimientos necesarios de la IMT – Avanzada

definidas por la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones)

para ser considerada una tecnología de cuarta generación, como ser,

por ejemplo picos de tasas de transferencia mayores a 1Gb/s. Por lo

cual es denominada tecnología 3.9G. A razón de esto se desarrolla lo

que es la tecnología LTE – AVANZADA.

Se ve por necesario la implementación real de tecnologías

verdaderas de cuarta generación, por lo cual se desarrolla el presente

trabajo de grado, el cual abarca el estudio de una posible

implementación de la tecnología LTE – AVANZADA, con la

descripción de sus criterios generales, descripción de ventajas de los

equipos a ser utilizados. Y la ingeniería necesaria para una

P á g i n a | 6

implementación y recomendaciones para la instalación de esta en

territorio nacional.

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 OBJETIVO GENERAL

Estudio de una propuesta de implementación de tecnología de

cuarta generación LTE – AVANZADA para territorio del estado

Plurinacional de Bolivia.

1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Identificar las principales características de la tecnología LTE –

AVANZADA.

Presentar recomendaciones ITU e IMT-A. para la

implementación de una red 4G.

Identificar el impacto que tendrá la implementación de redes de

cuarta generación en el territorio nacional.

Análisis de factibilidad de la implementación de tecnología

LTE - AVANZADA.

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1.5 JUSTIFICACIÓN

1.5.1 JUSTIFICACIÓN TECNICA

El presente proyecto de grado tiene la finalidad de alentar un

pronto desarrollo de tecnologías 4G, que en la actualidad no se

cuenta con una real en el país.

Ya que se está implementando tecnología LTE en el país, esto

puede fomentar a la posible implementación de la tecnología

LTE – AVANZADA en un futuro.

La implantación de la cuarta generación (4G), por su parte tendrá

lugar más allá de la próxima década, es un tiempo en el cual se

desarrollará la tecnología al máximo y se corregirán posibles

errores, entonces se podría decir que es un tiempo prudente de

espera en el cual podremos preparar las transiciones de

tecnología.

En cuanto a beneficios se trata, el mayor beneficio técnico será

que los usuarios puedan sacar el mayor provecho a aplicaciones

multimedia todavía más ricas de las que se posee hoy en día por

ejemplo la interacción en tiempo real con videoconferencias , la

alta calidad de video, etc. gracias a su gran ancho de banda y su

baja latencia. Es una tecnología que tendrá gran flexibilidad de

interactuar con tecnologías anteriores.

LTE – Avanzado tendrá muchas ventajas en cuanto a transición

de celdas, en las cuales los efectos de los límites de celdas e

P á g i n a | 8

interferencias pueden ser muy bien aprovechados para mejorar la

calidad de servicio.

1.5.2 JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA

Las compañías de telefonía móvil están siempre en busca de

nuevas ofertas o nuevas tecnologías que les permita captar mayor

cantidad de usuarios, por lo cual la implementación de una red

real de 4G en el país sería un interesante atractivo para el usuario.

La tecnología propuesta en el trabajo de grado si bien significa

una inversión significativa para cualquier operador, el beneficio

sería mayor a un tiempo moderado ya que la relación costo –

beneficio es directamente proporcional, a mayor cantidad de

usuarios mayor es el rédito para la empresa.

Es cierto que se necesitan mucho menos recursos de hardware,

con lo cual se podrá dar un mejor servicio con menos equipos de

los que se utiliza actualmente.

1.5.3 JUSTIFICACIÓN SOCIAL

El beneficio es tanto Social como empresarial, la sociedad tiene un

mejor servicio, con un sistema más robusto que cuenta con

mejores servicios de valor agregado, haciendo más agradable y

cómodo el servicio para el usuario.

Beneficio empresarial, por la captación de nuevos clientes reditúa

una ingreso importante para la empresa

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1.5.4 JUSTIFICACIÓN ACADÉMICA

En cuanto al aspecto académico el presente proyecto de grado

beneficiará a profesores y futuras promociones de alumnos de la

carrera a conocer más a fondo la tecnología propuesta, con un

trabajo serio, de calidad y fiable.

1.6 LÍMITES

1.6.1 LÍMITE GEOGRÁFICO

La Investigación se limita a la posible implementación de la

tecnología dentro del territorio del Estado Plurinacional de

Bolivia.

1.6.2 LÍMITE EMPRESARIAL

Ya que el proyecto no define alguna entidad o empresa de

telefonía móvil, de ser necesario se tomarán los

parámetros técnicos designados para la empresa ENTEL

S.A – Bolivia

1.6.3 LÍMITE TEMPORAL

La investigación tendrá una duración de cinco meses.

Desde Febrero hasta junio de 2013

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1.6.4 LÍMITE ECONÓMICO

Ya que es una tecnología nueva, es posible que exista

poca información en cuanto a costo de equipos y esto

podría afectar a la cifra final de implementación del

proyecto.

1.6.5 LÍMITE TÉCNICOS

La presente investigación es netamente teórica y la misma

se ha basado en literatura relacionada con la materia y con

trabajos anteriores relacionados con temas de 4G en

sistemas móviles.

Actualmente en Bolivia Entel está utilizando el sistema LTE

para sus comunicaciones de internet de banda ancha

inalámbrico y se realizan pruebas para la implementación

en el servicio Móvil.

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1.7 ALCANCES

1.7.1 ALCANCE TEMPORAL

La validez de LTE – Avanzada tiene una vigencia de

alrededor de cinco años a partir de su implementación, ya

que por el constante avance de la tecnología será necesaria

la evaluación de la implementación de una nueva.

1.7.2 ALCANCE SOCIAL

Con la implementación de la tecnología propuesta el

beneficio social puede ser muy significativo, en cuanto a la

creación fuentes laborales, directas e indirectas.

La implementación de la tecnología LTE – Avanzada

contribuirá al derecho de comunicación, los niveles de

penetración de comunicación móvil se elevarán, lo cual

significa desarrollo del país.

1.7.3 ALCANCES TÉCNICOS

El presente proyecto dará a conocer tecnologías, equipos,

parámetros y recomendaciones, en la cual se hará una

recopilación metódica de datos y de fundamentos teóricos

para una posible implementación de LTE – Avanzada. Se

analizará un estudio de factibilidad y estudio de costos.

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2 MARCO TEÓRICO

2.2 LTE TECNOLOGIA PREDECESORA A LTE - AVANZADA

Para el año 2010 las redes UMTS llegan al 85% de los abonados de

móviles. Es por eso que LTE 3GPP quiere garantizar la ventaja

competitiva sobre otras tecnologías móviles. De esta manera, se

diseñó un sistema capaz de mejorar significativamente la experiencia

del usuario con total movilidad, que utilice el protocolo de Internet (IP)

para realizar cualquier tipo de tráfico de datos de extremo a extremo

con una buena calidad de servicio (QoS) y, de igual forma el tráfico

de voz, apoyado en Voz sobre IP (VoIP) que permite una mejor

integración con otros servicios multimedia. LTE soporta diferentes

tipos de servicios incluyendo la navegación web, FTP, vídeo

streaming, Voz sobre IP, juegos en línea, vídeo en tiempo real, pulsar

para hablar (push-to-talk) y pulsar para ver (push-to-view).

Las características técnicas que LTE ofrece son:

Alta eficiencia espectral

o OFDM de enlace descendente robusto frente a las

múltiples interferencias y de alta afinidad a las técnicas

avanzadas como la programación de dominio frecuencia

del canal dependiente y MIMO.

o DFTS-OFDM (single-Carrier FDMA) al enlace

ascendente, bajo PAPR, ortogonalidad de usuario en el

dominio de la frecuencia.

o Multi-antena de aplicación.

Muy baja latencia con valores de 100 ms para el Control-

Plane y 10 ms para el User-Plane.

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Separación del plano de usuario y el plano de control

mediante interfaces abiertas.

Ancho de banda adaptativo: 1.4, 3, 5, 10, 15 y 20 MHz

Puede trabajar en muchas bandas de frecuencias

diferentes.

Arquitectura simple de protocolo.

Compatibilidad con otras tecnologías de 3GPP.

Interfuncionamiento con otros sistemas como CDMA2000.

Red de frecuencia única OFDM.

Velocidades de pico:

o Bajada: 326,5 Mbps para 4x4 antenas, 172,8 Mbps para

2x2 antenas.

o Subida: 86,4 Mbps

Óptimo para desplazamientos hasta 15 km/h. Compatible

hasta 500 km/h

Más de 200 usuarios por celda. Celda de 5 MHz

Celdas de 100 a 500 km con pequeñas degradaciones cada

30 km. Tamaño óptimo de las celdas 5 km.

El Handover entre tecnologías 2G (GSM - GPRS - EDGE),

3G (UMTS - W-CDMA - HSPA) y LTE son transparentes.

LTE nada más soporta hard-handover.

La 2G y 3G están basadas en técnicas de Conmutación de

Circuito (CS) para la voz mientras que LTE propone la

técnica de Conmutación IP (PS) al igual que 3G

(excluyendo las comunicaciones de voz).

Las operadoras UMTS pueden usar más espectro, hasta 20

MHz

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Mejora y flexibilidad del uso del espectro (FDD y TDD)

haciendo una gestión más eficiente del mismo, lo que

incluiría servicios unicast y broadcast. Reducción en TCO

(coste de análisis e implementación) y alta fidelidad para

redes de Banda Ancha Móvil.

Principales parámetros LTE versión 8

Tipo de acceso Subida DFTS-OFDM

Bajada OFDMA

Ancho de banda 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz

Mínimo TTI 1 ms

Espacio de la subportadora 15kHz

Prefijo de longitud cíclica Corto 4,7μs

Largo 16,7μs

Modulación QPSK, 16QAM, 64QAM

Multiplicación espacial Una sola capa para subida para UE

Hasta 4 capas para bajada para UE

MU-MIMO soportado para subida y bajada

Tabla 1 parámetros LTE versión 8

FUENTE: “LTE DESIGNS”

P á g i n a | 15

2.1.1 Arquitectura

La interfaz y la arquitectura de radio del sistema LTE es

completamente nueva. Estas actualizaciones fueron llamadas

Envolved UTRAN (E-UTRAN). Un importante logro de E-UTRAN

ha sido la reducción del costo y la complejidad de los equipos,

esto es gracias a que se ha eliminado el nodo de control (conocido

en UMTS como RNC). Por tanto, las funciones de control de

recursos de radio, control de calidad de servicio y movilidad han

sido integradas al nuevo Node B, llamado envolved Node B. Todos

los eNB se conectan a través de una red IP y se pueden

comunicar unos a otros usando el protocolo de señalización SS7

sobre IP. Los esquemas de modulación empleados son QPSK,16-

QAM y 64-QAM. La arquitectura del nuevo protocolo de red se

conoce como SAE donde eNode gestiona los recursos de red.

2.1.2 Barreras

Una de las barreras mas grandes es la disponibilidad de espectro

pues para alcanzar las velocidades prometidas se requiere 20

MHz para el ancho de la portadora y muchos de los operadores no

cuentan con el espectro necesario. Aunque se está abriendo

nuevo espectro en la banda de 2.6 GHz en Europa y 700 MHz en

Estados Unidos, america y parte de Europa, esto no es suficiente

para alcanzar las demandas de LTE.

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2.1.3 LTE y Sus desafíos:

Voz sobre LTE: una de las ventajas que LTE promociona es la

Evolución del Core de Paquetes (EPC), que es un auténtica red

"All-IP" y por lo tanto debe llevar a todos los tipos de tráfico: voz,

video y datos. Pero, la mayoría de los trabajos de normalización se

ha centrado en los aspectos de datos de LTE y la voz se ha

descuidado un poco. Es evidente que los beneficios en

OPEX/CAPEX de un core convergente EPC solo pueden ser

logrados cuando todos los tipos de tráfico se realizan sobre un

núcleo único y unificado. El problema de la normalización de la voz

sobre LTE se complica más aún cuando se mezcla LTE con

diferentes tipos de redes tradicionales incluyendo GSM, HSPA,

CDMA2000, WiMAX y Wi-Fi.

2.1.4 Soluciones

Circuit Switch Fallback CS FallBack: ésta es una opción

atractiva que permite a los operadores aprovechar sus redes GSM

/ UMTS / HSPA legadas para la transmisión de voz. Con CSFB,

mientras se hace o recibe una llamada de voz, el terminal UE

suspende la conexión de datos con la red LTE - Avanzada y

establece la conexión de voz a través de la red legada. CSFB

completamente descarga el tráfico de voz a las redes 2G/3G, que

por supuesto obliga a los operadores para mantener sus redes

básicas de CS. CS FallBack es una opción atractiva a corto y

medio plazo, ya que permite a los operadores optimizar aún más

su infraestructura existente, pero en el largo plazo, otras opciones

P á g i n a | 17

serán más atractivas para cosechar plenamente los beneficios de

la convergencia de EPC.

2.2 LTE TECNOLOGÍA 3.9 G

Las redes 4G están optimizadas para un mundo en que las

comunicaciones son casi todas sobre IP, nos permiten descargas

mucho más rápidas y también aprovechan extremadamente bien

el espectro radioeléctrico.

LTE puede alcanzar velocidades máximas 326 Mbps con 4×4

antenas y un ancho de banda de 20MHz. Por tanto, no cumple los

requisitos de la ITU. LTE no se considera un estándar 4G. Se dice

que LTE es 3,9G o “casi-4G”.

A día de hoy, las únicas dos tecnologías aprobadas por

la ITU como estándar 4G son LTE-Avanzada y WiMAX 2, el

primero está siendo desarrollado por la 3GPP y el otro

(oficialmente IEEE 802.16m) por el IEEE. Son los sucesores

de LTE y WiMAX.

2.3 CARACTERÍSTICAS IMT- AVANZADA (4G)

En 2008, la ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones)

estableció los requisitos para la cuarta generación de estándares

de telecomunicaciones móviles: los sistemas IMT-Avanzada o

P á g i n a | 18

simplemente 4G. Los principales requisitos para un estándar

4G son:

Estar basado en una red totalmente IP conmutada por

paquetes

Proveer tasas de datos máximas de hasta aproximadamente

100 Mbps para alta movilidad, como en el acceso móvil, y

hasta aproximadamente 1 Gbps para baja movilidad. Y en

Uplink hasta 500 Mbps

Compartir dinámicamente y utilizar los recursos de red para dar

soporte a más usuarios simultáneos por celda

Ancho de banda de canal escalable 5–20 MHz, opcionalmente

hasta 40 MHz

Eficiencia espectral máxima: Downlink - 30 bps/Hz; Uplink –

15bps/Hz

Eficiencia espectral del sistema de hasta 3 bit/s/Hz/celda en el

enlace descendente y 2.25 bit/s/Hz/celda para uso en interiores

Retardo: Conexión en menos de 50 ms y para transmisión de

paquetes individuales 5 ms.

Traspasos suaves entre redes heterogéneas

Capacidad de ofrecer alta calidad de servicio para soporte

multimedia de próxima generación

Compatibilidad para operar con redes de 3G o menores.

P á g i n a | 19

Figura 1. Evolución y Características de Tecnologías Móviles

FUENTE: “XATACA”

2.4 HISTORIA DE DESARROLLO DE LTE- AVANZADA

Ya con un standard definido para redes 4G, se desarrolla la

tecnología LTE – AVANZADA, esta tecnología es desarrollada por

3GPP, a causa del avance tecnológico en las redes celulares y en

los propios equipos terminales, que exigen este tipo de

tecnologías para explotar todo su potencial.

En febrero de 2007 en una información dada a la prensa, la NTT

detalló información acerca de experimentos realizados, en los

cuales fueron capaces de enviar información a velocidades

aproximada s a los 5Gbps en downlink, con un ancho de banda a

100 MHz a un terminal que se movía a 10km/h, el experimento

utilizó varias tecnologías para conseguir este resultado incluyendo

factores variables de difusión en OFDM y MIMO. Estos detalles

fueron conocidos por 3GPP para que los tomaran en cuenta.

En 2008 3GPP colaboró con 2 talleres de IMT Advanced, con los

cuales se establecieron los requerimientos de E-UTRA y el

resultado de estos talleres hiso que la UIT considere a LTE –

Avanzada como opción 4G.

P á g i n a | 20

El desarrollo de LTE – Avanzada puede ser considerada una

evolución de 3G, las cuales fueron desarrolladas usando

tecnologías UMTS / W-CDMA

Tabla 2. Características Técnicas de Tecnologías Móviles

FUENTE:”NEXT BIG FUTURE”

2.5 TECNOLOGÍAS UTILIZADAS POR LTE – AVANZADA

Existen tecnologías base para alcanzar el máximo rendimiento del

sistema LTE – AVANZADO como ser: MIMO y OFDM, juntamente

con estas existen varias técnicas y tecnologías que serán

empleadas.

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)

constituye la base de la portadora de radio juntamente con SC –

FDMA (Single Channel Orthogonal Frequency Division Multiple

Access), los cuales serán utilizados en formato hibrido. Aun que la

principal metodología de acceso será OFDM.

P á g i n a | 21

MIMO (Multiple Input Multiple Output) permite alcanzar

velocidades más altas de las que te permitiría normalmente la

portadora de radio base. El uso de MIMO hará que se utilicen

antenas adicionales para permitir rutas de acceso alternas. Más

allá del incremento de antenas, es probable que las técnicas como

la formación del haz de la antena puedan ser enfocadas en zonas

donde sean necesarias.

Con velocidades de datos muy por encima de lo que se disponía

anteriormente, será necesario garantizar que la red también se

actualice para satisfacer las necesidades que son cada vez

mayores, por lo tanto será necesario mejorar la arquitectura del

sistema.

2.6 AGREGACIÓN DE PORTADOR (A.P)

LTE Avanzada ofrece tasas de velocidades considerablemente

mayores a los que ofrece LTE. Incluso con el uso eficiente del

espectro de RF, no es suficiente para alcanzar las velocidades

requeridas para IMT – ADVANCED.

Para lograr alcanzar altas velocidades es necesario incrementar

anchos de banda de transmisión, para lo cual se proponen los

siguientes métodos:

P á g i n a | 22

El método propuesto es la agregación de portador (AP) o a veces

la agregación de canal. Con el método de agregación de canal, es

posible elevar el ancho de banda de transmisión ya que es posible

el uso de más de una portadora.

Para el uso de estos métodos, los canales y portadoras deben

estar adyacentes entre sí o en su defecto en diferentes bandas de

frecuencias.

La disponibilidad de espectro es clave en las redes 4G. En

muchos países del mundo hay disponibilidad de pequeños rangos

de frecuencia que son más o menos de 10 MHz En estos casos es

necesaria la agregación de portadora.

La Agregación de canal es soportado por los formatos FDD

(Frequency Division Duplex) y TDD (time-division duplexing).

2.7 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE AGREGACIÓN DE

PORTADOR

Las cifras de rendimiento en downlink es de 1Gbps para LTE –

AVANZADO. Incluso con las mejoras en la eficiencia espectral no

es posible proporcionar el rendimiento requerido especificado en el

rango máximo de canales de 20 MHz La única manera para lograr

las altas tasas de datos es aumentar el ancho de banda. IMT

Advanced establece el límite de hasta 100 MHz, pero con una

expectativa mínima de 40MHz. En el futuro es posible que el límite

de 100MHz pueda ser extendido.

P á g i n a | 23

2.8 ASPECTOS DE AGREGACION DE PORTADOR Y RADIO

FRECUENCIAS

Las normas actuales permiten hasta cinco portadoras de 20 MHz

a ser agregados, aunque en la práctica dos o tres es probable que

sea el límite práctico. Estos portadores agregados pueden

transmitir en paralelo hacia o desde el mismo terminal, lo que

permite tener un rendimiento mucho mayor.

Existen varias formas en las que las portadoras pueden ser

agregadas:

2.8.1 INTRA – BANDA

Esta forma de agregación de portador utiliza una misma banda el

cual se divide en dos tipos:

2.8.1.1 INTRA – BANDA CONTIGUA

Teóricamente es la forma más fácil de implementación

para agregación de portadora, los requisitos de rendimiento

son los mismos para la estación base, el consumo de

energía y los costos son considerablemente menores. Con

este método es necesario el uso de un solo transceptor, aun

que hay que cerciorarse que el equipo a ser utilizado no

reduzca su rendimiento al aumentar el ancho de banda.

Para la mayoría de los operadores la agregación intra –

banda contigua es poco realista ya que la mayoría no tienen

asignado un ancho de banda mayor a 20MHz, sin

P á g i n a | 24

embargo esto será posible cuando nuevos espectros de

radio frecuencia como el de 3.5GHz se ponga en operación.

Figura 2. Agregación de portador intra – banda contigua

FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”

2.8.1.2 INTRA – BANDA NO CONTIGUA

La agregación de portador intra – banda no contigua es

más complicada de implementar que el caso de intra –

banda contigua ya que la señal multi portadora no puede

ser tratada como una sola señal y por lo tanto se requieren

dos transceptores para su funcionamiento. Los

componentes de la portadora están separados dentro de

una única banda de frecuencias. Este escenario puede ser

aplicado si varios operadores comparten una red o si la

banda de frecuencias atribuida al operador está

fragmentada.

Figura 3. Agregación de portador intra – banda no contigua

FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”

P á g i n a | 25

2.8.2 INTER – BANDA NO CONTIGUA

Esta forma de agregación de portador utiliza diferentes bandas en

las cuales el ancho de banda alcanza a los 10 MHz, para este

caso también es necesario el uso de múltiples transceptores para

el enlace ascendente. Este es el escenario más realista porque a

menudo la asignación de banda de frecuencias para los

operadores es disperso en el enlace descendente.

Figura 4. Agregación de portador inter – banda no contigua

FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”

2.9 ANCHOS DE BANDA Y CLASES PARA AGREGACIÓN DE

PORTADORA

Existen 6 tipos de clases, algunas ya están definidas y otras se

encuentran en estudio.

Tabla 3. Definición de clases y anchos de banda para agregación de portadora

FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”

Las clases D, E y F están en fase de estudio.

P á g i n a | 26

2.10 PROGRAMACIÓN DE PORTADOR CRUZADO (CROSS CARRIER

SCHEDULING)

Cuando se utiliza agregación de portador, es necesario hacer la

programación de portador cruzado, en los cuales a través de los

portadores se informa a la terminal acerca de las tasas de DCI

para los diferentes componentes de la portadora, esta información

puede ser implícita o explícita, esto depende de donde se haga la

programación.

Cuando ninguna programación de portador es dispuesto, la

programación de Downlink este se transmite a través del portador

base predeterminado.

Para el caso del Uplink se crea una asociación entre el portador de

downlink y el portador uplink, de forma que el enlace de downlik

pueda subvencionar al uplink.

Cuando la programación de portador cruzado es utilizado, el

PDSCH en el downlink o el PUSCH en el uplink es transmitido en

un componente asociado del portador. Tanto como el PDSCH y el

PUSCH no pueden ser transmitidos por el PDCCH por que este

posee información de indicadores del portador para ambos.

Es necesario indicar a que componente del portador y a cuál

subvenciona, a causa de esto los componentes del portador se

numeran. El componente primario se lo numera como cero”0”, y

todos los componentes de portador secundarios son asignados

con un número único, esto significa que los quipos terminales, las

estaciones bases, eNodeB tendrán distintas numeraciones dentro

del portador.

P á g i n a | 27

Figura 5. Intrabanda – contigua de dos componentes de portador de Uplink

FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”

2.11 MULTIPUNTO COORDINADO (CoMP)

Multipunto Coordinado es una de las características desarrolladas

para LTE – Avanzada, y muchas de sus aplicaciones aun siguen

en desarrollo.

El multipunto coordinado es principalmente el uso de varias

técnicas que hacen posible la transmisión coordinada entre Tx y

Rx sobre diferentes estaciones bases. El objetivo es mejorar la

calidad del servicio para el usuario y también la mejora de la

utilización de la red.

El multipunto coordinado en LTE Avanzado convierte la

interferencia entre celdas (IEC), en una señal útil especialmente

en los bordes de las celdas, donde el rendimiento comúnmente es

bajo.

P á g i n a | 28

Aun que el Multipunto coordinado es una mezcla de técnicas muy

complejas tiene muchas ventajas tanto para el operador como

para el usuario, a continuación se nombran las ventajas:

Hace mejor uso de la red: Provee conexiones

simultáneas a diferentes radio bases, en los cuales datos

pueden ser pasados a través de la radio base menos

saturada.

Proporciona un rendimiento mayor en recepción: Hace el

uso de varias celdas para su conexión, esto significa una

mejora en la recepción y el número de llamadas

rechazadas debe reducir significativamente.

Recepción múltiple aumenta la potencia de recepción: La

recepción conjunta de múltiples estaciones base permiten

aumentar la potencia de recepción por el teléfono.

Reducción de interferencia: Mediante el uso de técnicas

especializadas combinadas es posible utilizar la

interferencia constructiva en lugar de destructiva,

reduciendo así los niveles de interferencia.

2.12 ASPECTOS BÁSICOS DE LTE AVANZADO MULTIPUNTO

COORDINADO

La transmisión y recepción multipunto coordinado es un conjunto

de técnicas que hacen posible la transmisión y recepción mediante

el uso de diferentes eNBs separadas geográficamente, su

propósito es mejorar el rendimiento del sistema, utilizar los

P á g i n a | 29

recursos de red mas efectivamente y mejorar la calidad de servicio

para el usuario.

Uno de los parámetros claves para LTE Avanzada es alcanzar los

requerimientos de velocidad especificados, estas velocidades son

relativamente fáciles de mantener constantes mientras se esté

cerca de la radio base, pero mientras la distancia crece ahí

aparece el problema de mantener las velocidades.

Los límites de celdas son los puntos más críticos, no solo por que

se encuentra en el límite más lejano de la celda por lo tanto en el

punto más lejano de la radio base, si no por la interferencia

causadas de las radio bases vecinas.

Multipunto coordinado requiere una coordinación muy precisa

entre las radio bases cercanas al terminal. Estas dinámicamente

coordinan para proporcionar una planificación para unir las

señales de transmisión como las de recepción. En este sentido en

los límites de celda un equipo terminal sería capaz de recibir la

señal de dos o más radio bases y esto hace que mejore el

rendimiento.

Figura 6.Concepto Multipunto Coordinado para LTE Avanzado

FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”

P á g i n a | 30

Multipunto coordinado se ramifica en dos modelos:

Proceso de unión: Ocurre cuando existe la coordinación

entre las estaciones bases de diferentes empresas que

transmiten y reciben simultáneamente de los equipos

terminales.

Planificación coordinada: la planificación coordinada o

también conocida como formación de haz coordinada es

una forma de coordinación donde el equipo terminal

transmite y recibe señales de una sola estación base, sin

embargo, la comunicación se realiza con un intercambio de

control de varias empresas.

Para poner en funcionamiento cualquiera de estos dos modelos,

se requiere una retroalimentación en el canal de manera rápida

para que los cambios se puedan hacer. Y el otro requisito es que

exista una coordinación muy precisa entre los eNB para facilitar el

intercambio de datos o el cambio de celdas.

Las técnicas utilizadas para el coordinado multipunto, son muy

diferentes para el enlace ascendente y el enlace descendente.

Esto resulta del hecho de que los eNBs está en una red,

conectado a otros eNBs, mientras que los teléfonos móviles o los

equipos terminales son elementos individuales.

P á g i n a | 31

2.13 DOWNLINK CoMP:

El enlace descendente LTE CoMP requiere coordinación dinámica

entre varios eNBs geográficamente separados que transmiten al

equipo terminal. Los dos formatos de multipunto coordinado se

puede aplicar para el enlace descendente:

Proceso de unión para transmisión en Downlink: El uso de

este elemento de LTE CoMP, los datos se transmiten al equipo

terminal desde diferentes eNBs, con el objetivo de mejorar la

calidad de señal y la potencia. También tiene el objetivo de

eliminar la interferencia en las transmisiones que están

destinadas a otros equipos móviles.

Este modelo de multipunto coordinado supone una elevada

demanda de la red debido a que los datos a transmitir a los

equipos terminales tiene que ser enviado a cada eNB lo

transmite.

Planificación coordinada para downlink: Al usar este

modelo un solo eNB transmite los datos al equipo terminal. Las

decisiones de planificación así como cualquier haz son

coordinadas para eliminar la interferencia.

La ventajas para este modelo son que se reducen las

exigencias para coordinación a través de la red como ser que

no se requiere la transmisión múltiple entre eNB. Solo se

necesita la coordinación entre múltiples eNB para la

planificación de haz.

P á g i n a | 32

2.14 UPLINK CoMP:

Proceso de unión para transmisión en Uplink: El concepto

básico detrás de este formato es utilizar antenas en diferentes

sitios y mediante la coordinación entre eNBs es posible formar

un array de antenas virtual. Las señales recibidas por los eNbs

se combinan y se procesan para formar una señal de salida

final. Esta técnica permite que las señales que tienen bajas

potencias o que están con interferencia mejoren en calidad.

La principal desventaja de este modelo es que es necesaria

grandes cantidades de datos para su funcionamiento.

Planificación coordinada para Uplink: Este formato funciona

mediante la coordinación de decisiones de planificación entre

los eNB para minimizar su interferencia.

Este formato proporciona una carga mucho más reducida en la

red porque solo los datos de planificación tienen que ser

transferidos entre los eNBs.

2.15 RETRANSMISIÓN (RELAY)

La retransmisión es una de las características que se proponen en

el sistema 4G LTE Avanzada. El objetivo de la retransmisión LTE

es mejorar la cobertura y la capacidad.

Uno de los factores principales para el uso de LTE Avanzado son

las altas tasas de datos que se pueden lograr. Sin embargo, todas

las tecnologías sufren de reducción de tasas de datos en el borde

de la celda donde los niveles de señal son más bajos y los niveles

de interferencia son típicamente más altos.

P á g i n a | 33

El uso de tecnologías como MIMO, OFDM y técnicas avanzadas

de corrección de errores mejora el rendimiento en muchas

condiciones, pero no mitigan completamente los problemas

experimentados en el borde de la celda.

Por este motivo se buscó soluciones alternativas para mejorar el

rendimiento en el borde de la celda a un costo relativamente bajo.

2.16 ASPECTOS BÁSICOS DE RELAY

El relay es básicamente una repetidora pero que tiene diferentes

características que una repetidora común, el relay difiere en que la

repetidora común se limita a retransmitir la señal, en cambio relay

al recibir la señal la demodula y la decodifica, aplica corrección de

errores para recién de nuevo retransmitir la señal. De esta manera

la calidad de señal mejora, en lugar de sufrir degradación que

normalmente se produciría al utilizar un repetidor común.

Los equipos terminales se comunican con el relay, y este a su vez

se conecta a un eNB donante.

El relay es una infraestructura fija sin una conexión de retorno por

cable, la cual transmite mensajes entre la estación base y el

equipo terminal a través de comunicación multisalto.

Existen muchas ventajas al utilizar relay:

Aumentan la densidad de red: los nodos relay se puede

implementar fácilmente en situaciones en las que el objetivo es

aumentar la capacidad de la red mediante el aumento del

número de eNBs para asegurar buenos niveles de señal. Los

P á g i n a | 34

nodos Relay de LTE son fáciles de instalar ya que no requieren

backhaul separado y son pequeñas lo que les permite ser

instalado en muchas áreas convenientes, por ejemplo, en las

farolas, en las paredes, etc.

Figura 7 Relay aumenta cobertura de red

FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”

Cobertura de red: Relay de LTE Avanzada se puede utilizar

como un método conveniente de llenado de pequeñas zonas

sin cobertura. Sin necesidad de instalar una estación base

completa, relay puede ser instalado rápidamente para que llene

la zona sin cobertura.

P á g i n a | 35

Figura 8 nodo relay - llenado de zona sin cobertura.

FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”

Los nodos relay pueden ser utilizados para aumentar la

cobertura de señal fuera de la zona principal, siempre y

cuando esta se encuentre en un lugar adecuado y reciba una

buena señal de la antena principal será capaz de mantener

buena comunicación y proporcionar la extensión de cobertura

requerida.

Figura 9 nodo relay - extensión de cobertura.

FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”

P á g i n a | 36

2.17 RELAYING FULL DUPLEX & HALF DUPLEX

Los nodos relay pueden operar en dos escenarios:

Half duplex: Un sistema half duplex proporciona

comunicaciones en ambas direcciones, pero no simultaneas,

las transimsiones deben ser multiplexadas en el tiempo (TDM).

Para esto se necesita que el nodo relay coordine con los

equipos terminarles para el enlace ascendente y el eNB para el

enlace descendente.

Full duplex: En los sistemas full duplex los sistemas son

capaces de transmitir y recibir información al mismo tiempo.

Para los nodos relay recibe la señal, la procesa y luego la

transmite sobre la misma frecuencia con un retardo mínimo.

Para lograr transmisiones en full duplex debe haber un buen

aislamiento entre las antenas de transmisión y recepción.

2.18 TIPOS DE NODOS RELAY

Existen unos cuantos tipos de nodos relay, pero antes de

nombrarlos es necesario tener los siguientes modos de operación.

Una de las características más importantes del nodo Relay es la

frecuencia de la portadora.

Inband: Un nodo relay se dice que es inband cuando el

enlace entre la estación base y el nodo relay están en la

misma frecuencia de portadora, es decir, la estación base –

nodo relay y el enlace estación base – equipo terminal

deben estar en la misma portadora.

P á g i n a | 37

Outband: En los nodos relay outband el enlace de estación

base – nodo relay opera en una frecuencia diferente al

enlace estación base – equipo terminal.

Existen dos tipos de nodos relay los cuales se describen a

continuación:

Nodo relay tipo 1: estos nodos controlan sus celdas con una

identidad propia, incluyendo la transmisión de sus propios

canales de sincronización y símbolos de referencia. Relay

tipo 1 provee half duplex con transmisiones inband.

Existen dos sub tipos de nodos relay tipo 1:

o Tipo1a: Estos nodos son del tipo outband, son nodos

que tienen las mismas propiedades que los nodos

básicos tipo 1, pero estos pueden transmitir y recibir

al mismo tiempo, es decir a full duplex.

o Tipo 1b: Estos nodos son del tipo inband, el cual

tienen el aislamiento suficiente entre las antenas

utilizadas en los enlaces estación base – nodo relay

y enlaces estación base – equipo terminal. Este

aislamiento se puede lograr por el espaciamiento y

directividad de las antenas, así como por técnicas

especializadas en procesamiento de señales, aun

que el impacto estará en el costo de la

implementación de estas.

Nodo relay tipo 2: Estos nodos no controlan sus celdas con

identidad propia como la antena principal, en este caso el

P á g i n a | 38

equipo terminal no es capaz de identificar si la señal

proviene del nodo relay o si viene del eNB principal. Relay

tipo 2 provee servicios full duplex con transmisiones inband.

Tabla 4 Resumen de clasificación de nodos Relay.

FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”

2.19 COMUNICACIÓN DISPOSITIVO A DISPOSITIVO (D2D)

Uno de los puntos que están siendo investigados y considerados

por LTE Avanzada es el concepto de comunicaciones dispositivo

a dispositivo (D2D).

D2D permitirá la conexión directa entre dispositivos usando el

espectro celular. Esto permite transferir grandes volúmenes de

datos en distancias cortas mediante una conexión directa, este

tipo de comunicación permitirá el envío de datos sin la necesidad

de que este pase por la red celular en sí, así evitamos problemas

de sobrecarga de la red.

P á g i n a | 39

2.20 CONCEPTOS DE COMUNICACIÓN DISPOSITIVO A

DISPOSITIVO

Hay una serie de beneficios que surgen de desarrollar D2D, el cual

beneficia a usuarios y operadores.

La provisión de servicios de alta velocidad de datos locales es

probable que surja a medida que el uso de servicios multimedia

se vuelve más común con el desarrollo de las computadoras

móviles como tablets, netbooks, y los últimos aumentos de

generación de teléfonos inteligentes.

La plataforma LTE tendría la ventaja sobre los demás, como Wi-Fi

y Bluetooth por que funcionan con protocolos que utilizan espectro

exento de licencia, y el rendimiento es probable que sea pobre,

especialmente cuando un gran número de usuarios están

presentes.

En cuanto al uso de D2D, existe la posibilidad del uso de cierto

espacio del espectro. Esto proporcionaría un entorno mucho más

eficaz para las comunicaciones de datos de alta velocidad que

podrían incluir descargas de vídeo, música, etc.

Figura 10 concepto D2D.

FUENTE:”RADIO-ELECTRONICS”

P á g i n a | 40

2.21 LTE AVANZADA - REDES HETEROGENEAS (HeTNet)

LTE redes heterogéneas, HetNet están convirtiendo rápidamente

en una realidad.

Dentro de LTE y LTE Avanzada, los operadores ven la necesidad

de aumentar de manera significativa la capacidad de datos y al

mismo tiempo reducir los costos como costos por tasas de bits.

Para lograr redes heterogéneas los operadores de LTE y LTE

Avanzada necesitan adoptar una serie de enfoques para satisfacer

las necesidades de una gran cantidad de escenarios que se

producen dentro de la red.

Los diferentes tipos de usuario tendrán la necesidad de utilizar la

red en diferentes lugares y para diferentes aplicaciones, por lo

que será necesario heredar muchos sistemas. Para crear redes

heterogéneas será necesario dar cabida a otras tecnologías de

telefonía móvil. Como ser HSPA, UMTS,EDGE y GPRS, y otras

tecnologías como WI – FI también tienen que tener cabida.

P á g i n a | 41

3 ANALISIS PRELIMINAR

3.2 PROPUESTA DE SOLUCIÓN (TECNOLOGÍA LTE – AVANZADA)

Como respuesta a la necesidad de tener tecnologías móviles más

robustas y se puede decir que la obsesión por tener comunicaciones

más rápidas, de mayor capacidad y de bajo retardo, surge la idea hasta

ahora revolucionaria de tecnología 4G.

Aún con parámetros teóricos algo “irreales” en el presente se hacen

investigaciones y pruebas con equipos que todavía no son

comercializados y que no están certificados por las normas

internacionales, se trabaja en frecuencias disponibles para fines de

investigación y con anchos de bandas de prueba, todo esto para alcanzar

límites nunca antes experimentados por la humanidad. El fin de estos

estudios es lanzar al mercado una tecnología que esté acorde con la

necesidad del hombre de tener servicios de comunicaciones estables,

rápidos y a menor costo.

Es por este motivo que se crea la tecnología LTE – Avanzada que es una

tecnología verdadera de cuarta generación. Como es previsible, todos los

países pretenden estar a la vanguardia en tecnología, y no es diferente

en el caso de Bolivia.

Como solución al problema se presenta proyecto se presenta una

tecnología que está diseñada para servir a los operadores de redes

móviles que buscan brindar servicios de datos de alta velocidad y con

una gran área de cobertura, probablemente a un costo relativamente bajo

de implementación y con mucho rédito para la empresa que esté

dispuesta a implementarlo.

La tecnología LTE - Avanzada, tiene un costo de instalación

relativamente bajo comparado con el precio de instalación de tecnologías

anteriores, además que la tecnología LTE- A. se obtiene mayor

P á g i n a | 42

cobertura que con tecnologías anteriores, además que por su

comportamiento celular acepta mayor cantidad de usuarios. Además que

sus sistemas inalámbricos están mejor equipados para acomodar el

crecimiento de la utilización de datos, video y voz.

El aporte del presente documento se enfoca en brindar parámetros

preliminares siguiendo las condiciones que dicta IMT – Avanzada, para

poner en pleno uso dicha tecnología.

Las soluciones a los problemas técnicos que hasta ahora se presentaban

con las tecnologías más antiguas pueden ser aprovechadas de una

manera que en vez de ser parte del problema, se conviertan en parte de

la solución.

En el presente proyecto ofrecemos una visión general de la arquitectura

de red que soporta las interfaces LTE - A. Luego, cubrimos los

conceptos y los desafíos de las características descritas en el marco

teórico con visión a una futura implementación en el país.

P á g i n a | 43

3.2 ESQUEMA

Figura 11 ARQUITECTURA LTE – AVANZADA E-UTRAN.

FUENTE:”ECE.GATECH”

3.2.1 EXPLICACIÓN DETALLADA

La Figura 11 nos muestran la arquitectura de E-UTRAN para LTE - A. La

parte central de la arquitectura E-UTRAN es el nodo enhanced Node B

(eNB), que proporciona la interfaz de conexión hacia el equipo del

usuario (UE). Cada uno de los eNBs es un componente lógico que sirve

a una o varias celdas E-UTRAN, y la interfaz de interconexión de los

eNBs se llama la interfaz X2. Adicionalmente, Home eNBs (HeNBs,

también llamadas femtoceldas), que son eNBs de menor costo para la

mejora de cobertura en interiores, se puede conectar a la Evolved Packet

Core (EPC) directamente o a través de una puerta de enlace que

proporciona apoyo adicional a un gran número de HeNBs.

P á g i n a | 44

Además, 3GPP está considerando nodos repetidores (RELAY) como

estrategias para la mejora de rendimiento de la red y brindar mejor QoS.

La flexibilidad de acceso a la EPC es atractivo para los operadores, ya

que les permite tener un solo núcleo a través del cual se soportan

diferentes servicios el EPC es un núcleo basado totalmente en IP. Los

principales componentes de la EPC y sus funciones son las siguientes.

Mobility Management Entity ó Entidad de Gestión de

Movilidad (MME). Este es un elemento de control clave. Se

encarga de las funciones de gestión de seguridad (autenticación,

autorización, señalización NAS), el manejo de movilidad la

itinerancia y traspasos. También la selección de nodos de la

Serving Gateway ó puerta de enlace de Servicio (S-GW) y Packet

Data Network Gateway ó puerta de enlace de paquetes de datos

de red (PDN-GW) es parte de sus tareas. La Interfaz S1-MME

conecta el EPC con los eNBs.

Serving Gateway ó puerta de enlace de Servicio (S-GW) El

EPC termina en este nodo, está conectado a la E-UTRAN a través

de la interfaz S1-U. Cada UE se asocia a un único S-GW, que

será el anfitrión de varias funciones. Es el punto de anclaje de

movilidad, tanto para la movilidad inter-eNB e inter-3GPP local y

realiza las operaciones de enrutamiento de paquetes y reenvío.

Packet Data Network Gateway ó puerta de enlace de paquetes

de datos de red (PDN-GW). Este nodo proporciona al UE acceso

al PDN mediante la asignación de una dirección IP brindado por el

PND

P á g i n a | 45

3.2.2 GESTIÓN DEL ANCHO DE BANDA DEL ESPECTRO

Con el fin de cumplir los requisitos de IMT-Advanced así como los

de los operadores 3GPP, LTE-Avanzada considera el uso de

anchos de banda de hasta 100 MHz en las siguientes bandas del

espectro.

BANDA DE FRECUENCIAS

LUGAR DE IMPLEMENTACIÒN

450 – 470 (MHz)

para ser utilizado a nivel mundial

para los sistemas IMT

698 – 862 (MHz)

Región 2:

América, Groenlandia y algunas

islas del Pacífico oriental.

Región 3:

Asia, incluyendo Irán y la mayor

parte de Oceanía.

790 – 862 (MHz)

Región 1: Europa, África, el

Medio Oeste del Golfo Pérsico

incluyendo a Irak, la antigua

Unión Soviética y Mongolia

Región 3:

Asia, incluyendo Irán y la mayor

parte de Oceanía.

1.7 - 2.1 (GHz)

para ser utilizado a nivel mundial

para los sistemas IMT

2.3 - 2.4 (GHz)

para ser utilizado a nivel mundial

para los sistemas IMT

P á g i n a | 46

3.4 – 4.2 (GHz)

Para ser usado en muchos

países del mundo

4.4 – 4.99(GHz) No definido aún

Tabla 5 Banda de Frecuencias y lugar de Posible implementación.

FUENTE:” FUENTE:”ECE.GATECH

En la tabla 6 su muestra La clasificación de las distintas bandas de

operación LTE, en tal caso ENTELcontaría con la banda 13

P á g i n a | 47

Tabla 6 CLASIFICACIÓN DE BANDAS LTE.

FUENTE:” FUENTE:”ELABORACIÓN PROPIA EN BASE DATOS 3GPP”

Características a ser consideradas e implementadas

Reducción de costes de red (coste por bit)

Mejor servicio de provisión

Compatibilidad con los sistemas 3GPP

P á g i n a | 48

Métodos de Trabajo

Como LTE-avanzada debe ser una evolución de LTE,

manteniendo las características base y mejorando características

técnicas.

LTE-avanzada es probable que se constituya el siguiente paso

importante para el desarrollo de redes de 4G.

Todas las correcciones y mejoras impuestas para rel 9 LTE

podría / debería ser capturados en Rel.10. LTE –avanzada

P á g i n a | 49

4 MARCO PRÁCTICO

4.1 TECNOLOGÍA ACTUAL EN ENTEL

Bolivia se convirtió en el cuarto mercado sudamericano en contar con

servicios comerciales de LTE, luego de Uruguay, Colombia y Brasil,

gracias al lanzamiento de Entel. El despliegue fue posible debido a que la

Autoridad de Fiscalización y Regulación de Telecomunicaciones y

Transportes (ATT) adjudicó en forma directa al operador un bloque de 10

MHz en la banda 13 de espectro de 700 MHz, lo que en términos

prácticos aseguró que Entel no reciba competencia en LTE hasta la

próxima licitación de espectro, en la que sus competidores podrán

hacerse con el recurso espectral para el despliegue de red.

Actualmente ENTEL solo proporciona acceso a datos de banda ancha lo

cual lo hace un sistema con arquitectura fallback, esto significa que

cuando una llamada de voz se va a iniciar o va ser recibida,

automáticamente conmuta de circuito a una red 2G o 3G.

La arquitectura internet multimedia subsystem (IMS) cuenta con perfiles

específicos para el control de los medios de comunicación y los planos

de servicio de voz sobre LTE definido por la GSMA en el PRD IR.92.

Este enfoque se traduce en el servicio de voz (VoLTE) voice over LTE.

Este tipo de arquitectura será implementada para fines del año 2013 por

ENTEL.

P á g i n a | 50

CARACTERIS-

TICAS ITU

CARACTERÍSTICAS ENTEL

OBSERVACIONES

RANGO DE COBERTURA

AREA URBANA

5Km

1Km - 1,5 Km

USUARIOS POR CELDA

200

< 200

NO ESPECIFICA CANTIDAD EXACTA

TIPO DE MODULACIÓN

QPSK, 16 QAM, 64 QAM

64 QAM

BANDA DE FRECUENCIA

ESPECIFICADO EN TABLA 5

698 – 862 (MHz) banda

13

SEGMENTO DE BANDA 13

DOWNLINK 746 – 756 UPLINK

777 – 787

ANCHO DE BANDA

1,4; 3; 5; 10; 15; 20 (MHz)

10 MHz

PICOS DE TRANSMISIÓN

100 Mbps Downlink ,

50 Mbps Uplink

75 Mbps Downlink , 35 Mbps Uplink

Tabla 6 : CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS LTE UIT Y CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS LTE ENTEL.

FUENTE:”ENTEL”

P á g i n a | 51

LTE – Advanced es: backwards y forwards compatible con LTE esto

significa que las bandas designadas para LTE también serían válidas

para LTE – ADVANCED; es decir que cuando se implementen las

nuevas redes LTE –Advanced, los dispositivos LTE podrán funcionar sin

problemas y viceversa (dispositivos LTE-Advanced en redes LTE).

En la versión de LTE-Avanzada 10 la separación entre las frecuencias

centrales de carrier component (CC) contiguos es un múltiplo de 300

kHz. El fundamento de esta opción es mantener la compatibilidad hacia

atrás con la trama de frecuencia 100 kHz utilizado en LTE R8, así como

la preservación de la forma ortogonal de las subportadoras con el

espaciado de 15 kHz. Dependiendo del escenario de la agregación, el

espaciamiento real (un múltiplo de 300 kHz) puede ser facilitada

mediante la inserción de un número de subportadoras no utilizadas entre

CC contiguos.

4.2 REFERENTES A LA LEY GENERAL DE TELECOMUNICACIONES

Dentro de la ley general de Telecomunicaciones del estado plurinacional

de Bolivia

4.2.1 El artículo 5 (PRINCIPIOS), el punto 7 dicta textual:

Neutralidad tecnológica. El Estado fomentará la libre adopción

de tecnologías, en el marco de la soberanía nacional y

teniendo en cuenta recomendaciones, conceptos y normativas

de organismos internacionales competentes e idóneos en la

materia.

P á g i n a | 52

4.2.2 El artículo 6 (DEFINICIONES), el punto 2 dicta textual:

Acceso inalámbrico móvil. Son aplicaciones de acceso

inalámbrico en la que el lugar del punto de conexión de la

usuaria o usuario final es móvil y utiliza frecuencias

establecidas en el Plan Nacional de Frecuencias para

aplicaciones móviles.

4.2.3 El artículo 14 (DE LA AUTORIDAD DE REGULACIÓN Y

FISCALIZACIÓN DE TELECOMUNICACIONES Y

TRANSPORTES), el punto 12 dicta textual:

Elaborar y mantener los planes técnicos fundamentales

definidos por la Unión Internacional de Telecomunicaciones

UIT, y establecer el estándar técnico necesario para operar y

mejorar los servicios de telecomunicaciones, los que serán de

aplicación en todo el territorio del país.

4.3 PROPUESTA AREGACIÓN DE PORTADORA

Ya que la ATT solo ha liberado 10 MHz en la banda de 700 MHz para

Bolivia, no sería posible hacer una agregación de portadora por el

momento, tendríamos que esperar a que se libere más segmentos de

banda u otras bandas para la implementación. Dado el panorama

pondremos un caso supuesto en el cual demostraremos los diferentes

casos de agregación de portadora, en el cual no se tomará en cuenta los

300 KHz mínimos de banda de guarda.

Hay que tomar en cuenta que es un caso supuesto y no un ámbito real y

que es netamente demostración, y que por el momento, dado que los

segmentos de banda para los operadores como máximo llegan hasta 2

P á g i n a | 53

contiguos o no contiguos o en otras palabras hasta 40MHz, este sería el

límite real para el proceso de agregación de portadora hasta que se

libere el resto de las bandas designadas para LTE Y LTE-A.

Puede existir el caso que se liberen 2 bandas de frecuencias como por

ejemplo en el Perú 1710 MHz – 1770 MHz y 2110 MHz – 2.170 MHz.

Para lo cual, se aclaró que no se trata de dos bandas distintas,

sino que la banda de 1700 MHz se usa para el canal de subida (uplink,

del móvil a la estación base) y la de 2100 MHz para el canal de bajada

(downlink, de la estación base al móvil)

4.3.1 INTRA – BANDA CONTIGUA

Simulando el caso en el que la ATT libere 5 secciones de banda

contigua en la banda de 700 MHz, cada una de 20 MHz y las 5 secciones

sean adjudicadas para ENTEL.

Figura 12 INTRABANDA CONTIGUA EN BANDA DE 700 MHz.

FUENTE:”ELABORACION PROPIA”

P á g i n a | 54

La figura 12 muestra un usuario LTE-Advanced que utiliza el ancho de

banda contiguo agregado de hasta 100 MHz. Y se muestra la

coexistencia de un usuario LTE que utiliza un ancho de banda de hasta

20 MHz.

4.3.2 INTRA – BANDA NO CONTIGUA

Simulando el caso en el que la ATT libere 5 secciones de banda no

contigua en la banda de 700 MHz, cada una de 20 MHz y las 5 secciones

sean adjudicadas para ENTEL.

Figura 13 INTRABANDA NO CONTIGUA EN BANDA DE 700 MHz.

FUENTE:”ELABORACION PROPIA”

P á g i n a | 55

La figura 13 muestra un dispositivos LTE utilizando anchos de banda de

hasta 20 MHz, coexistiendo con un dispositivo LTE-Advanced que utiliza

el ancho de banda no contiguo agregado de hasta 100 MHz .

4.3.3 INTER – BANDA NO CONTIGUA

Simulando el caso en el que la ATT libere 3 secciones de banda

contigua en la banda de 700 MHz, cada una de 20 MHz y 2 secciones

de banda no contigua en la banda de 1700 MHz, cada una de 20 MHz.

Figura 14 INTERBANDA NO CONTIGUA EN BANDA DE 700 MHz Y 1700MHz.

FUENTE:”ELABORACION PROPIA”

La figura 14 ilustra el caso de la agregación de portadoras no contiguo en

diferentes bandas. La figura muestra dos dispositivos LTE utilizando

P á g i n a | 56

anchos de banda de hasta 20 MHz, cada uno en una banda del espectro

diferente, que coexisten con un dispositivo LTE-Advanced que utiliza el

ancho de banda agregado no contiguas de diferentes bandas del

espectro. Las bandas que se utilizan pueden ser bandas dedicadas o

bandas compartidas.

En todos los casos anteriores de agregación de portadoras, el número de

UL y DL, así como sus anchos de banda, pueden ser diferentes. Incluso

dentro de un mismo eNB.

Un escenario posible es el representado en la figura. 15. Un UE se

encuentra dentro del rango de transmisión de un eNB de LTE-Avanzada

y un eNB LTE. El UE tiene la flexibilidad de utilizar la banda de espectro

de la LTE eNB y las bandas adicionales proporcionadas a través de la

eNB LTE-Avanzada. De esta manera, la'' banda base'' (utilizado para los

UE LTE dentro de la cobertura de eNB LTE-Avanzada) puede dar

prioridad para los UE LTE o viceversa dar prioridad a los UE LTE-

Avanzada. En este escenario es posible la transmisión coordinada de

múltiples eNBs. Los procesos de gestión de recursos de radio ó en ingles

radio resource management (RRM) y los algoritmos se pueden mejorar

para lograr la utilización de recursos más alta posible.

Figura 15: ESCENARIO DE AGREGACIÓN DE PORTADORAS LTE Y LTE-ADVANCED

FUENTE:”ECE. GATECH”

P á g i n a | 57

4.3.4 CONTROL DE RETRANSMISIÓN

LTE utiliza el método de control de errores Automatic Repeat-reQuest

(ARQ) en la capa de Radio Link Control (RLC) al igual que en la capa

MAC con el fin de lograr la baja probabilidad de error requerida para

alcanzar 100 Mbps. Ambos métodos se complementan entre sí para

evitar la sobrecarga excesiva, mientras que el logro de un alto

rendimiento, especialmente teniendo en cuenta la relación entre la

probabilidad de error y el rendimiento en TCP.

4.4 ARQUITECTURA DEL TRANCEPTOR

Para utilizar bandas de espectro más amplio, LTE-Advanced debe usar

transceptores de banda ancha.

Los dos enfoques básicos para transceptores de comunicación de banda

ancha son los siguientes:

4.4.1 MÚLTIPLES TRANSCEPTORES DE UNA SOLA BANDA

Para “n” bandas de espectro, se utilizan “n” transceptores, en otras

palabras uno para cada banda del espectro.

En este caso, los transceptores trabajan simultáneamente, lo que permite

el uso de todas las bandas del espectro simultáneamente.

En el caso de tomar en cuenta todas las bandas de la tabla 5

(7 bandas), LTE-Advanced requeriría siete transceptores utilizando este

esquema. Existe un punto en el que los transceptores se unen en el

procesamiento de las señales. En la figura. 16, se muestra un ejemplo de

un diagrama de bloques de un receptor, donde el procesamiento de la

señal digital es el punto de unión de los transceptores paralelas. El

P á g i n a | 58

receptor tiene una sola antena, y varias ramas de RF. Cada rama tiene

un filtro pasa banda de RF de banda de espectro específico, una interfaz

de RF, y un convertidor analógico-a-digital.

Figura 16 MÚLTIPLES RECEPTORES DE UNA SOLA BANDA

FUENTE:”ECE. GATECH”

4.4.2 TRANSCEPTOR DE BANDA ANCHA

En este caso, un único transceptor procesa todas las bandas del

espectro de interés, y el filtrado de cada banda del espectro individual se

realiza en el dominio digital, LTE-Advanced se procesará la banda de

espectro de 450 MHz a 4,99 GHz a través de este esquema. En la figura.

17, muestran un ejemplo de un diagrama de bloques de un receptor de

alto nivel. Se compone de un filtro de paso de banda de RF, interfaz RF,

convertidor de analógico a digital, y los bloques de procesamiento de

señales digitales. Debido a la naturaleza de banda ancha de este tipo de

P á g i n a | 59

transceptores, la mayor parte de los componentes de RF utilizados tienen

la necesidad de ser de banda ancha.

Figura 17: RECEPTOR DE BANDA ANCHA

FUENTE:”ECE. GATECH”

4.5 MIMO MEJORADO

El concepto MIMO mejorado se concibe como un marco multi-modo adaptativo

donde la demanda de mayor velocidad de datos y una cobertura más amplia se

acomoda al seleccionar el esquema MIMO adecuado. La estrategia de

adaptación se elige en función de las diferentes mediciones de canal que se

recogen en la estación base a través de un mecanismo de retroalimentación.

Además, LTE-Advanced permitirá a varias de las tecnologías MIMO ser

combinadas en lo que se conoce como pre-codificación extendida o avanzado.

La figura 18 muestra la idea detrás de este concepto y la figura 19 ilustra los

principales tres modos de funcionamiento. Además, cada uno de ellos se dirige

a una de las mejoras llevadas a cabo por LTE-Advanced.

P á g i n a | 60

Figura 18: ESQUEMA DE CONMUTACIÓN ADAPTATIVA MIMO

FUENTE:”ECE. GATECH”

Figura 19: PRINCIPALES MODALIDADES MIMO LTE-ADVANCED

FUENTE:”ECE. GATECH”

P á g i n a | 61

MIMO mono usuario (SU-MIMO): la diversidad de transmisión y

las técnicas de multiplexado espacial se pueden seleccionar para

la transmisión en combinación con la formación de haz. Esta

nueva característica junto con una orden superior MIMO (es decir,

un aumento del número de puertos de antena) hacen posible un

aumento sustancial en las tasas pico de datos de usuario.

MIMO multiusuario (MU-MIMO): este ofrece el mejor rendimiento,

complejidad y equilibrio. La flexibilidad de Space Division Multiple

Access (SDMA) aumenta al permitir que un número diferente de

corrientes para llegar a cada usuario con el fin de aumentar la tasa

de datos promedio de células. SU-MIMO y MU-MIMO constituyen

lo que se llama MIMO de sitio único.

Cooperativa MIMO: el rendimiento de usuario en el borde de la

celda es impulsado por técnicas que permiten que utilizan la

coordinación en la transmisión y recepción de señales entre las

diferentes estaciones de base, que también ayuda a reducir la

interferencia entre celdas. Estas técnicas también son conocidas

como multipunto coordinado de transmisión y recepción

(CoMP).

La idea es realizar una SpaceDivision Múltiple Access inteligente

(SDMA) de modo que el patrón de radiación de la estación base está

adaptado a cada usuario para obtener la ganancia más alta posible

en la dirección de ese usuario. La inteligencia, obviamente, se

encuentra en las estaciones base de las que recogen la channel state

information (CSI) de cada UE y decidir sobre la asignación de

recursos.

MIMO se utiliza para aumentar la tasa de bits global a través de la

transmisión de dos (o más) diferentes flujos de datos en dos (o más)

P á g i n a | 62

diferentes antenas - utilizando los mismos recursos, tanto en

frecuencia y tiempo, separados sólo por el uso de diferentes señales

de referencia - para ser recibido por dos o más antenas. Figura 20

Figura 20: CONFIGURACIONES MIMO LTE-ADVANCED

FUENTE:” ELECTRONICSWEEKLY”

A continuación se presenta una tabla con los requerimientos de

eficiencia de espectro y algunos otros parámetros clave de

comparación entre LTE, IMT – ADVANCED y LTE – ADVANCED.

P á g i n a | 63

Tabla 7: COMPARACIÓN PARÁMETROS CLAVE LTE, IMT-A y LTE-A.

FUENTE:”REDEWEB”

Los nuevos requerimientos de pico de tasa de datos sólo pueden

alcanzarse con dos pasos. Primero, mejorando las capacidades MIMO

en descendente (hasta MIMO 8x8 de único usuario) y permitiendo MIMO

en el ascendente (hasta MIMO 4x4 de único usuario) Segundo, usando

agregación de banda o portadora. LTE-Advanced permite la agregación

de hasta cinco portadoras de hasta 20 MHz cada una para obtener un

ancho de banda de transmisión de hasta 100 MHz.

Dado que es un ámbito supuesto, ya que no se cuenta con segmentos de

banda necesarios hasta la fecha. La eficiencia espectral como los demás

parámetros mencionados se verían afectados.

P á g i n a | 64

4.6 ARQUITECTURA DE MULTIPUNTO COORDINADO (CoMP)

Existen propuestas distintas para la implementación de CoMP que están en

proceso de investigación, es por eso que se proponen dos posibles

arquitecturas, cada cual tiene sus ventajas y sus desafíos. No se descarta la

posibilidad de que se implemente una arquitectura híbrida en un futuro, cuando

LTE-A esté en vigencia. Dado que las dos arquitecturas están en etapa de

prueba no se puede decir cual es más eficiente que la otra, por lo cual se

decidirá la implementación de alguna de las arquitecturas tomando en cuenta el

ámbito realista.

4.6.1 ARQUITECTURA CENTRALIZADA

La arquitectura centralizada, necesita un dispositivo central con el fin de

reunir la información del canal de todos los UE en el área cubiertas por

eNBs coordinados. Este dispositivo también está a cargo de llevar a cabo

la programación de usuario y las operaciones de procesamiento de

señales tales como precodificación. Por otra parte, es necesaria la

sincronización de tiempo entre eNBs y los datos del usuario deben estar

disponibles en todos los nodos colaboradores. En el enlace descendente

de los sistemas FDD el UE debe estimar la información del canal para

alimentar de nuevo al eNB. En los sistemas TDD, la información del

canal se puede obtener mediante el uso de la reciprocidad del canal. En

el caso de funcionamiento en modo FDD, los terminales deben primero

estimar el canal relacionado con el conjunto de eNB cooperantes. La

información se alimenta de nuevo a una sola célula, conocida como ancla

de células, que actúa como la célula de servicio del UE cuando se está

empleando la coordinación. Una vez recopilada toda la información, cada

eNB envía al dispositivo central que es el encargado de decidir la

programación y los parámetros de transmisión, y esta nueva información

se envía de nuevo a los eNBs. Los principales desafíos de esta

P á g i n a | 65

arquitectura se relacionan con las nuevas vías de comunicación

asociados entre la entidad central y las eNBs. Deben apoyar la

transmisión de datos de muy baja latencia y, además, los protocolos de

comunicación para el intercambio de información deben ser diseñados.

La Figura 21 representa la estructura centralizada de la coordinación

entre las diferentes estaciones base.

Figura 21: CoMP ARQUITECTURA CENTRALIZADA

FUENTE:”ECE. GATECH”

4.6.2 ARQUITECTURA DISTRIBUIDA

La arquitectura distribuida es otra solución para llevar a cabo la

coordinación que alivia los requisitos de un enfoque centralizado.

Partiendo del supuesto de que la programación de todos los eNBs son

idénticos y el canal de información respecto a todo el conjunto de

coordinación puede estar disponible para todos los nodos cooperadores,

los enlaces de comunicación, en este caso los eNB ya no son necesarios

para llevar a cabo la cooperación. Por lo tanto, esta arquitectura tiene la

P á g i n a | 66

gran ventaja de minimizar la infraestructura y señalización asociado con

estos enlaces y la unidad central de procesamiento, por lo que los

sistemas convencionales no necesitan someterse a cambios importantes.

Además, la retroalimentación de radio a varios nodos se podría lograr sin

sobrecarga adicional.

El procedimiento que debe seguirse en un entorno distribuido CoMP

puede ser descrito de la siguiente manera. El UE estima el canal de

todos los eNB de coordinación de la misma manera como en el enfoque

centralizado. Las estimaciones se envían de nuevo a todos los eNBs

cooperantes y la programación se lleva a cabo de forma independiente

en cada uno de ellos, como la figura. 22 muestra. Dado que los

programas de cada eNB están diseñados de forma idéntica, los mismos

parámetros de entrada producen las mismas decisiones de producción y

por lo tanto los mismos seleccionan los UE en todo el clúster eNB. Del

mismo modo, los parámetros de transmisión se seleccionan

conjuntamente de acuerdo con un diseño común en los diferentes nodos.

Este sistema presenta algunos inconvenientes. En primer lugar, si

diferentes eNB no realizan la cooperación a través de una red de retorno

por cable, el rendimiento de los algoritmos de CoMP es menos eficiente.

Además, un obstáculo asociado con la transmisión distribuida es el

manejo de errores en los diferentes vínculos de retroalimentación. El

mismo UE informa de sus condiciones de canal para todos los eNB en el

conjunto pero los enlaces inalámbricos a los diferentes nodos puede ser

muy diferentes y no se puede despreciar el impacto de estos errores en

el rendimiento del sistema.

P á g i n a | 67

Figura 22: CoMP ARQUITECTURA DISTRIBUIDA

FUENTE:”ECE. GATECH”

4.7 ESQUEMAS DE DOWNLINK Y UPLINK DE MULTIPUNTO COORDINADO

(CoMP)

En esta sección, describimos los diferentes esquemas CoMP posibles que

prevé LTE-Advanced, tanto para el enlace descendente y el enlace

ascendente. Independientemente de si la arquitectura es una distribuida o

centralizada, existen diferentes enfoques con diferentes niveles de

coordinación. Sus requisitos en términos de mediciones, de señalización, y red

de retorno son diferentes.

Se están estudiando diferentes técnicas tanto para el enlace descendente y el

enlace ascendente. En el enlace descendente, dos técnicas principales de

transmisión se contemplan: la programación coordinada / formación de haz y

procesamiento conjunto. Su principal diferencia radica en el hecho de que en el

primer esquema es sólo un eNB que transmite datos al UE, aunque diferentes

eNB pueden compartir información de control. En el segundo esquema, muchos

eNB transmiten datos simultáneamente a la misma UE. En el enlace

P á g i n a | 68

ascendente, sin embargo, se prevé sólo un enfoque de planificación

coordinada.

En general, el costo del modo COMP se encuentra sólo en beneficio de los

usuarios de teléfonos de última generación, donde la percepción de relación

señal a interferencia y ruido (SINR) es baja. Esto se debe a que más recursos

del sistema se asignan a un mismo usuario durante su funcionamiento. Sin

embargo, los primeros resultados de simulación sugieren que CoMP puede

utilizarse para aumentar tanto el rendimiento medio de celda y el rendimiento

para el usuario de células borde.

4.7.1 ESQUEMA DE DOWNLINK

4.7.1.1 PROGRAMACIÓN COORDINADA / FORMACIÓN DE HAZ (CS

/ CB)

Se caracteriza por el hecho de que cada UE es servida por una sola

célula conocido como el anclaje celular. Sin embargo, se necesita

precodificación en cada estación base para mejorar el rendimiento y

reducir la interferencia. La figura 23 representa un ejemplo de

arquitectura de este sistema de transmisión. El diseño de

retroalimentación debe ser mejorado para dar apoyo a esta estrategia de

transmisión. El planificador en cada eNB toma sus decisiones de forma

independiente pero la información adicional acerca de las condiciones del

canal de otros usuarios es necesario con el fin de realizar una

programación más óptima. El procedimiento de CS / CB implicaría las

siguientes operaciones.

El UE debe estimar la calidad del canal de enlace descendente,

tanto de la célula ancla como del eNB. En este punto, se deben

utilizar señales de referencia comunes (CRS) específicos en cada

P á g i n a | 69

celda presentan el problema de garantizar la ortogonalidad para

cada uno de los eNBs de coordinación, especialmente dado el

hecho de que el conjunto de puntos que participan en CoMP

puede ser diferente para cada UE individual.

Matrices de precodificación basado en la maximización del

rendimiento y las limitaciones de equidad y última selección se

obtienen por cada una de las estaciones de base y la transmisión

se lleva a cabo en consecuencia. Los UEs pueden utilizar las

señales de referencia para realizar la demodulación y el enlace de

adaptación. Según los desarrolladores CS / CB con una mejor

retroalimentación puede proporcionar una ganancia significativa

para los usuarios de teléfonos de última generación.

Figura 23: PROGRAMACIÓN COORDINADA / FORMACIÓN DE HAZ (CS / CB)

FUENTE:”ELECTRONICJOURNAL”

4.7.1.2 PROCESAMIENTO CONJUNTO (JP)

Dos métodos diferentes se están estudiando para el esquema JP:

transmisión conjunta y selección de células dinámico. Aunque los datos

se transmiten de hecho de varios sitios, el primero lo hace al mismo

P á g i n a | 70

tiempo mientras que el segundo utiliza un enfoque de selección de célula

rápido y sólo uno de ellos transmite datos a la vez. Este par avanzado de

técnicas es particularmente beneficioso para la transmisión en el borde

de celda y se prevé que sea la aplicación dominante de CoMP. La figura

24 muestra un esquema simplificado de ambas técnicas. En ambos

casos, los datos de usuario deben ser compartidas entre estaciones

base por lo que un enlace de interconexión muy rápido entre ellos se

requiere.

El esquema de transmisión conjunta considera principalmente que los

puntos de transmisión corresponden a diferentes sitios de la célula y un

grupo de estaciones base deben decidir conjuntamente en el esquema

de transmisión de una señal al UE. Debe ser aplicado la precodificación

en este contexto debe ser aplicado usando Código de producto entre las

células de coordinación.

Figura 24: TRANSMISIÓN CONJUNTA (IZQUIERDA), SELECCIÓN DINÁMICA DE CELDAS(DERECHA)

FUENTE:”ELECTRONICJOURNAL”

P á g i n a | 71

4.7.2 ESQUEMA DE UPLINK

En el enlace ascendente del sistema de compensación, destinado a

aumentar el rendimiento para el usuario móvil de última generación,

implica la recepción de la señal transmitida por los UE en puntos

múltiples geográficamente separados. como la figura 25 muestra. Estos

puntos no son más que el conjunto de coordinación eNBs asignados a

cada UE. En términos generales, la terminal no necesita estar al tanto de

los nodos que están recibiendo su señal y lo que el procesamiento se

lleva a cabo en estos puntos de recepción. Sin embargo, las decisiones

de programación se pueden coordinar entre las células, y algún impacto

especificaciones pueden ser traídos de este hecho. ya que la señal

podría llegar a diferentes células en instantes de tiempo dispersivos

separadas por un intervalo de mayor que la longitud normal de prefijo

cíclico, y esto podría causar la degradación del rendimiento. Básicamente

hay dos enfoques propuestos para combatir este problema.

Prefijo cíclico Flexible: el problema de la dispersión del retardo se

puede resolver mediante el uso de un prefijo cíclico prolongado.

Sin embargo, esta solución también implica una alta sobrecarga

para todo el sistema que debe ser evitado si también se desea un

alto rendimiento medio de las células. Los UE que causan una

gran dispersión del retardo pueden ser programadas a

continuación en el TTI con prefijo cíclico extendido de modo que

puede ser servido por más de una celda, por el otro lado, el resto

de los UE puede ser programado en los TTI con prefijo cíclico

normal y no existe el intercambio innecesario tiene que ser

sacrificado.

P á g i n a | 72

Avance de Temporización (TA). Este método tiene por objetivo

reducir el tiempo de llegada propagado en células CoMP mediante

el ajuste de TA de la celda con un mínimo tiempo de retardo de

transmisión (es decir, la celda más cercana) en CoMP activa

ajusta de manera que la señal no llega al receptor de la célula

antes de lo esperado. La dispersión del retardo es un tema que

debe ser resuelto eficazmente, ya sea con uno o ambos de los

enfoques anteriores. En cualquiera de los casos, la estimación de

temporización de enlace ascendente en múltiples células que

reciben es un problema abierto.

Figura 25: ESQUEMA DE UPLINK EN CoMP

FUENTE:”ELECTRONICJOURNAL”

4.8 ESCENARIO NODO RELAY

Los nodos relay se caracterizan por contar con backhaul inalámbrico y el bajo

consumo de energía que se debe a su tamaño relativamente pequeño. La

conexión entre el nodo relay y la red central se lleva a cabo a través de Nodo B

evolucionado (eNB). El backhaul inalámbrico permite flexibilidad de

implementación y elimina los altos costos de un retorno fijo. Además, (NR) no

P á g i n a | 73

tienen pautas estrictas de instalación con respecto a la radiación, trastornos

visuales, y la regulación de la planificación. Por lo tanto, la instalación de RNs

implica un menor gasto operativo y la mejora de la red más rápida que los

operadores tienen como objetivo mejorar la calidad de servicio. Debido a las

características físicas compactas y bajo consumo de energía, los NR pueden

ser montados en estructuras como postes de luz con las instalaciones de

suministro de energía.

Los nodos relay se clasifican en función de su estrategia de retransmisión. Se

identifican tres tipos de relés de los cuales el tipo 1 se desprenden el tipo 1a y el

tipo 1b. un NR Tipo 1 controla una celda por sí sola, es decir, que tiene su

propio ID de célula física e incluye funcionalidades como la gestión de recursos

de radio, programación, y solicitud de repetición automática híbrida (HARQ) de

control de retransmisión. Los nodos Tipo 1a y 1b se caracterizan por el mismo

conjunto de características, excepto que el primero utiliza backhaul fuera de

banda, mientras que el segundo opera en banda, pero con el aislamiento

antena adecuada entre el acceso y enlaces del relay.

4.8.1. EVALUACIÓN DE RENDIMIENTO PARA RELAY TIPO 1B

El rendimiento de extremo a extremo (E2E) experimentado por un UE en

un enlace de comunicación de dos saltos (eNB-RN-UE) se da de la

siguiente manera:

(1)

donde se obtiene el rendimiento mínimo de e2e.

P á g i n a | 74

En la retransmisión en banda, el eNB donante utiliza el mismo grupo de

recursos de radio de tiempo-frecuencia para servir tanto a la RNs como a

los UE, los cuales se encuentran conectados al eNB. Además, las

comunicaciones sobre el acceso y enlaces del NR son multiplexadas por

división de tiempo. Por lo tanto, los recursos de radio para el enlace de

NR estará en condiciones de alta competencia en la macrocelda eNB.

Dado que la potencia de transmisión RN es bajo, su área de cobertura es

relativamente pequeño en comparación con la macrocelda y un UE

conectado a un RN por lo general experimentará un buen enlace de

acceso. Por lo tanto, si las tasas de UE no se limitan en las células de

RN, el enlace de relay puede convertirse en un cuello de botella en las

conexiones e2e de dos saltos.

Se utiliza una estrategia de asignación de recursos que garantiza la

igualdad de los flujos de datos entre en el relay y los enlaces de acceso.

Se encuentra desde (1) que tal asignación es óptima debido a que

ambos relés y acceso a enlaces se utilizan en su totalidad. sea TX la

porción de recursos de conexión disponibles en un enlace e2e , y sea RX

sea la tasa correspondiente. Entonces, tenemos:

(2)

donde se utiliza esta última igualdad para normalizar el tiempo de

transmisión total en el relay y en los enlaces de acceso. Después de

combinar las ecuaciones en (2), obtenemos la siguiente fórmula para el

rendimiento e2e:

(3)

P á g i n a | 75

A lo largo del análisis de rendimiento, (3) se utiliza para modelar el rendimiento

e2e de Tipo 1 en banda. Hacemos hincapié en que (3) tiene en cuenta la

limitación de caudal en el enlace del relay.

Si se puede obtener suficiente aislamiento entre el acceso y enlaces de relay,

ambos enlaces se pueden operar al mismo tiempo, facilitando así las

limitaciones en el enlace de relé. En tal caso, es razonable suponer que la

capacidad de enlace relay no es un factor limitante y el rendimiento e2e está

meramente limitada por el enlace de acceso. Hemos adoptado esta suposición

para la retransmisión tipo 1b inband con el fin de encontrar los límites para la

diferencia de rendimiento con el enfoque de la retransmisión en banda Tipo 1.

Por lo tanto, asumiremos para los nodos relay tipo 1b:

(4)

4.8.2 ESCENARIOS DE PROPAGACIÓN Y MODELOS DE SISTEMA

3GPP ha creado pautas para la metodología de evaluación del sistema de LTE-

Advanced. El marco de simulación dada contiene modelos de propagación y el

sistema así como los valores recomendados para los parámetros necesarios.

4.8.2.1 modelos de propagación

Zonas de cobertura pequeñas pueden conducir a alta densidad de nodos

de acceso y considerablemente altos costos para los operadores. Por lo

tanto, es importante para validar las implementaciones de NR en

P á g i n a | 76

diferentes entornos de radio y dar pautas a los costes de despliegue

esperados. Debido a los crecientes requerimientos de velocidad, es

igualmente importante para investigar el rendimiento de NR en diferentes

escenarios de propagación.

Se reconoció temprano en 3GPP elemento estudio LTE-Advanced que el

modelado de la propagación es de importancia esencial en el diseño y la

evaluación de diferentes implementaciones de NR. Este hecho se refleja

en la discusión 3GPP en el modelo de pérdida de trayecto dependiente

de la distancia que estaba abierto por un largo tiempo durante el cual el

modelo se cambió varias veces. El primer modelo, de pendiente única

consiste solamente en un componente sin línea de vista non-line-of-

sight (NLOS) y se basa en la Recomendación UIT-R Urban micromodel.

En la tabla 8 supone que tanto los UE y RNs siempre experimentan

NLOS por tanto, se desarrollo el siguiente modelo:

(5)

En los modelos individuales como Okumura-Hata, el término constante

PL0 contiene el impacto de factores tales como la frecuencia de la

portadora, y alturas de antena en el eNB y el UE, mientras que la pérdida

de trayectoria exponente n por lo general no depende de la altura de la

antena de terminal. El modelo en (5) es factible para las zonas

densamente pobladas, cuando un UE está en el nivel de la calle y la

probabilidad de línea de vista (LOS) es pequeño. En la Tabla 8, se dan

los parámetros para modelos de 3GPP de pérdida de trayecto. Se ve

que la diferencia entre los términos constantes en los enlaces directos

(eNB-UE) y (eNB-RN) es 3,6 dB. Esto es debido al hecho de que se

espera que los NR se eleven a 5 m del nivel del suelo. El modelo de

P á g i n a | 77

pérdida de trayectoria NR-UE muestra la atenuación más agresivas como

resultado de la baja altura de la antena NR.

eNB-UE Link RN-UE Link eNB–RN Link

PL = 128.1 + 37.6 log10

PL = 140.7 + 36.7 log10

PL = 124.5 +37.6 log10

Tabla 8: PARÁMETROS PARA MODELOS DE 3GPP DE PÉRDIDA DE TRAYECTO ESCENARIO 1

El modelo de pendiente única, sin embargo, es pesimista, ya que no

tiene en cuenta el hecho de que al estar en condiciones de LOS es cada

vez más probable cuando los tamaños celulares son cada vez más

pequeños. Esto es especialmente cierto cuando los UE están conectados

a NR. Por lo tanto, la hipótesis de considerar exclusivamente una

conexión NLOS puede ser válida sólo en las ciudades densamente

pobladas. En el marco de evaluación 3GPP, los usuarios se supone que

son el interior y el modelo de canal deben aplicarse allí donde se

determina la pérdida de trayectoria hacia el edificio antes de la adición de

la pérdida de la penetración. En muchos escenarios, hay una conexión

LOS o, al menos, una dirección claramente dominante en el canal entre

el NR y el edificio donde está situado el UE. Por lo tanto, el enlace sufre

de pérdida de trayectoria más pequeña.

Para hacer frente a las características de propagación anteriormente

expuestas, un modelo de doble pendiente probabilística fue propuesto en

para el enlace RN-UE. El modelo dado en (6) no es un modelo de doble

P á g i n a | 78

pendiente convencional, que considera el punto de interrupción a través

de una probabilidad y se basa en mediciones.

(6)

El modelo correspondiente, en la tabla 9, se asume un modelado de

canal de acceso mezclado LOS / NLOS. La pérdida de trayectoria en el

enlace de acceso es una combinación ponderada de los componentes

LOS y NLOS, donde el factor de ponderación baja mientras la distancia

entre UE-RN.aumenta.

eNB-UE Link

PL = 128.1 + 37.6 log10(R)

RN-UE Link

PL = Prob(LOS) PL(LOS) + [1−Prob(LOS)] PL(NLOS)

PL(LOS): 103.8 + 20.9 log10(R), PL(NLOS): 145.4 + 37.5 log10(R)

ISD 500 m-Urban Model

Prob(LOS) = 0.5 – min(0.5, 5 exp(−0.156/R)) + min (0.5,5 exp(-R/0.03))

ISD 1732 m-Rural Model

Prob(LOS) = 0.5 – min(0.5, 3 exp(−0.3/R))+min (0.5, 3 exp(-R/0.095))

eNB-RN Link

PL = 124.5 + 37.6 log10(R)

Tabla 9: MODELO DE DOBLE PENDIENTE DE PÉRDIDA DE TRAYECTO ESCENARIO 2

P á g i n a | 79

Por último, el escenario de propagación en Tabla10, considera

entornos con mejores condiciones de propagación, en

comparación con los dos modelos anteriores. En el cual se aplica

un modelo de doble pendiente probabilístico en los tres enlaces.

Se define una función de probabilidad LOS contra la distancia del

UE-eNB o UE-RN y de acuerdo a un factor de probabilidad

aleatoria, el UE podría tener condiciones de propagación de LOS o

NLOS. El modelo, por lo tanto, representa el caso en el que los UE

están en condiciones de LOS con su eNB o RN.

Los escenarios reflejan tres diferentes condiciones de propagación

posibles donde los NR pueden ser desplegados.

eNB-UE Link

PL(LOS): 103.4 + 24.2 log10(R), PL(NLOS): 131.1 + 42.8 log10(R)

ISD 500 m-Urban Model

Prob(LOS) = min(0.018/R, 1)(1− exp(−R/0.063))+ exp(-

R/0.063)

ISD 1732 m-Suburban Model

Prob (LOS) = exp(−(R − 0.01)/0.2)

RN-UE Link

PL(LOS): 103.8 + 20.9 log10(R), PL(NLOS): 145.4 + 37.5 log10(R)

P á g i n a | 80

ISD 500 m-Urban Model

Prob(LOS) = 0.5 − min(0.5, 5 exp(−0.156/R))+ min(0.5,

5 exp(−R/0.03))

ISD 1732 m-Suburban Model

Prob(LOS) = 0.5 − min(0.5, 3 exp(−0.3/R)) + min(0.5,

3 exp(−R/0.095))

eNB-RN Link

PL(LOS): 100.7 + 23.5 log10(R), PL(NLOS): 125.2 + 36.3 log10(R)

ISD 500 m-Urban Model

Prob(LOS) = min(0.018/R, 1)(1− exp(−R / 0.072)) + exp(−R/0.072)

ISD 1732 m-Suburban Model

Prob(LOS) = exp(−(R − 0.01)/0.23)

Tabla 10: MODELO DE DOBLE PENDIENTE DE PÉRDIDA DE TRAYECTO ESCENARIO 3

El rendimiento de enlace en el sistema se calcula a partir de la señal-

interferencia a ruido (SINR) mediante el uso de la siguiente formula:

(7)

P á g i n a | 81

donde BW es el ancho de banda de operación del sistema, Beff es la

eficiencia de anche de banda y SINR eff es la eficiencia de la señal de

interferencia a ruido. El ancho de banda y SINR eficiencia dependen de

la configuración de la antena, y se aplican los valores que se dan en la

Tabla 11. En las simulaciones, hemos utilizado un límite de -7 dB en

SINR por lo cual el UE estará en corte si experimenta niveles SINR

menos de -7 dB. Este límite se introdujo debido a los requerimientos de

control de canal.

P á g i n a | 82

Tabla 11: PARÁMETROS REFERENCIALES

FUENTE: HINDAWI

Figura 26 (a) presenta implementaciones de RN en el escenario 1, mientras que

las implementaciones de RN en el escenario 2 y Escenario 3 se muestran en la

Figura 26 (b). En ambas 2 niveles de RN se despliegan. Un nivel de RN se

define como el número suficiente de RNs requerido para cubrir el borde de la

celda y sin dejar huecos de cobertura. En este estudio, en el escenario 1 se

desliegan 7 y 14 RNs, que constituyen, respectivamente, 1 y 2 hileras. La

segunda hilera es otro grupo de RNs desplegado cerca de la eNB, sin embargo,

existen vacios de cobertura entre las hileras. En el escenario 2 y Escenario 3,

se despliegan. 5 o 10 RN. La diferente número de RNs por nivel refleja las

diferentes áreas de cobertura de RNs en diferentes entornos de propagación.

P á g i n a | 83

Figura 26: NIVELES DE RN

FUENTE: HINDAWI

Las Tablas 12 y 13 presentan, respectivamente, las áreas de cobertura de RN

para los tres escenarios considerados en redes con ISD 500 m y ISD 1732 m.

Observamos que estos valores ISD han sido ampliamente utilizados en 3GPP

para los casos de prueba urbanos y suburbanos. Se ha encontrado que en el

caso de ISD 500 m, el primer nivel de RN abarca aproximadamente el 20% de

la macrocelda en el Escenario 1, mientras que en el escenario 2 la cobertura es

de alrededor de 40%. Un comportamiento similar se experimentó en

ISD1732m. Recordamos que el área de cobertura está definida por la selección

de células de acuerdo con la intensidad de la señal recibida y, por lo tanto,

mejores condiciones de propagación sobre el enlace de acceso en el escenario

2, debido a la componente LOS rendido observados mayor área de cobertura.

Esta conclusión también es válida para el escenario 3, pero no, el componente

potencial LOS ocurre también en la relación directa entre eNB y la UE y, por lo

tanto, las áreas de cobertura de RN son algo menores que en el escenario 2

a

b

P á g i n a | 84

para el caso ISD 500 m. En el caso de redes con ISD 1732 m, sin embargo, el

escenario 3 modelos de un entorno suburbano donde los UE hacia la

experiencia del borde del sector, con muy alta probabilidad, NLOS condiciones

de propagación en el eNB que son peores que las que en el escenario 2. Esto

conduce a una mayor cobertura de las RNs en el escenario 3 en ISD 1732 m

caso.

Tabla 12: CARACTERÍSTICAS DE DESPLIEGUE ISD 500 M

FUENTE: HINDAWI

Tabla 11: CARACTERÍSTICAS DE DESPLIEGUE ISD 1732 M

FUENTE: HINDAWI

P á g i n a | 85

4.8.3 LIMITE DE NODOS RELAY DESPLEGADOS

Desde la perspectiva de extensión de cobertura, el borde exterior de la

macrocelda ofrece los lugares más atractivos para los despliegues del RN. Por

lo tanto, los relays están por lo general desplegados en los niveles de partida

desde el borde macrocelda. Más específicamente, mientras que el balance del

enlace relay define la distancia máxima entre el eNB y el primer nivel RNs, el

nivel de interferencia que causaría el eNB con un nodo relay que esté muy

cerca sería bastante perjudicial para la eficiencia del servicio, por lo tanto es

necesario establecer una distancia mínima práctica entre el eNB y RNs. Para

describir esto con más detalle, se considera un usuario entre el eNB y el RN en

un lugar donde las facultades que reciba de ambos sean iguales. Por lo cual se

define la siguiente formula:

(8)

donde PENB y PRN se refieren a las potencias de transmisión de la eNB y la RN,

respectivamente, y LENB-UE y LRN-UE se refieren a las pérdidas de trayectoria en

los enlaces. Vamos a considerar sólo las pérdidas trayectoria dependientes de

la distancia y las ganancias de antena para la simplicidad. Entonces:

(9)

donde D eNB y DRN son distancias de un UE al eNB y al RN, respectivamente,

(α eNB, β eNB) y (α RN, β RN ) son los parámetros del modelo de pérdida de

trayectoria, y G eNB y G RN son las ganancias de antena del eNB y RN

respectivamente.

P á g i n a | 86

(10)

Si utilizamos los parámetros de la tabla 8 y tabla 11 suponiendo que el RN está

en la dirección del eje de alineación de eNB, entonces obtenemos.

(11)

A partir de la geometría macrocelda, encontramos que si ISD 500 m, el rango

macrocelda es 333 m. Si RN se encuentra cerca del borde de la celda y, a

continuación se la sitúa a 300 m ya sería entonces de 31,94 metros. Por lo

tanto, el rango RN es muy pequeña incluso para los primeros relés de nivel en

el escenario 1. Por otra parte, si RN se coloca cerca del punto medio entre el

borde de la celda y el eNB, y asumir = 160 m, por ejemplo, tenemos = 16,82 m,

y la cobertura de RN llega a ser verdaderamente pequeña. Afortunadamente, la

situación en el escenario 2 y Escenario 3 será más favorable para la

retransmisión, véase, por ejemplo, las tablas 12 y13.

P á g i n a | 87

4.9 ESQUEMAS Y RECOMENDACIONES FINALES

eNB

eNBeNB

eNB

UNIDAD SENTRAL

RELAY

RELAYRELAY

UE

UE

UERELAY

Figura 26: ESQUEMA FINAL DE IMPLEMENTACIÓN c

FUENTE:”ELABORACIÓN PROPIA”

La figura 26 muestra una ARQUITECTURA CENTRALIZADA. Se eligió esta

en lugar de la arquitectura distribuida debido a que en la arquitectura distribuida

nace del supuesto de que la programación que todos los eNBs son idénticos y

el canal de información respecto a todo el conjunto de coordinación puede estar

disponible para todos los nodos que intervienen. Este es un caso muy teórico

por que debido a la geografía que se cuenta en Bolivia, hace que para empezar

no se pueda tener una misma configuración para cada eNB. Por lo cual la

coordinación se vería afectada y no sería la óptima.

En el caso de la agregación de portadora, como se dijo anteriormente, por el

momento en Bolivia no es posible la implementación de esta tecnología debido

P á g i n a | 88

a que la ATT solo liberó 10 MHz en la banda de 700 MHz, Se sabe que se tiene

pensado licitar la banda de 1700 MHz pero aún no se sabe que sección y

cuanto de ancho de banda se liberaría. En el supuesto caso que se libere

alguna banda y esta sea adjudicada a ENTEL, se recomendaría utilizar el

método INTERBANDA NO CONTIGUA y que la agregación de portadora sea

de hasta 2 portadoras de 20 MHz, haciendo un total de 40 MHz. Esto por fines

prácticos y tomando en cuenta un entorno realista hay que tomar en cuenta que

la banda de guarda de para la agregación de portadora sea de 300 KHz o

múltiplo de esta.

Para la implementación de Interbanda no contigua se necesitarán MULTIPLES

TRANCEPTORES DE UNA SOLA BANDA, el número de transceptores será el

mismo número de bandas que esta utilice.

En cualquier caso LTE puede subsistir en las mismas bandas de LTE-Avanzada

por que como se dijo LTE – Advanced es: backwards y forwards compatible

con LTE esto significa que las bandas designadas para LTE también serían

válidas para LTE – ADVANCED; es decir que cuando se implementen las

nuevas redes LTE –Advanced, los dispositivos LTE podrán funcionar sin

problemas y viceversa (dispositivos LTE-Advanced en redes LTE).

LTE utiliza el método de CONTROL DE ERRORES AUTOMATIC REPEAT

REQUEST (ARQ) por lo cual no se pone en discusión el uso de este.

En cuanto a MIMO un ambiente realista es el uso de 4X2, por el momento, ya

que para empezar los UE por el momento no constan con más de dos antenas

receptoras, por lo cual no se puede pensar en la implementación de MIMO

superiór a esta. Por lo cual la eficiencia de espectro llegaría hasta 3.7bps/Hz

utilizando CoMP. CON TASAS DE LATENCIAS QUE VAN DESDE 10ms

hasta 50 ms

P á g i n a | 89

En cuanto a MULTIPUNTO COORDINADO en cuanto al DOWNLINK se

utilizará el mecanismo de PROCESAMIENTO CONJUNTO ya que como se dijo

se prevé que sea la aplicación dominante de CoMP

En cuanto al UPLINK solo existe un mecanismo, por lo cual no tendríamos más

elección.

En cuanto a los nodos RELAY se pueden utilizar dependiendo de su necesidad

a HALF DUPLEX o FULL DUPLEX por el momento En Bolivia se podría

implementar con un SISTEMA INBAND.

El estudio económico no es factible realizarlo ya que los equipos pada LTE-A

están en proceso de prueba y no están siendo comercializados, y ni tampoco no

se tiene especificaciones técnicas de estos. Una de las empresas que está

desarrollando la LTE-A es ERICSSON, pero todos los equipos especializados

para LTE-A son netamente de prueba.

El equipamiento necesario para la implementación de la tecnología LTE –

Avanzada, no se especifica ya que no se tiene especificaciones reguladas por

entidades internacionales, por o cual se encuentran en etapa de prueba.

P á g i n a | 90

5 FUENTE DE INFORMACIÓN

BIBLIOGRAFÍA

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OLMOS, M. GARCÌA and F. MONSERRAT, Maracobo 2011

REVISTA SUMMA EDICIÓN MARTES, 28 DE JUNIO DE 2011

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