nivel físico lte claudia milena hernández b. víctor...

Claudia Milena Hernández B.

Víctor Manuel Quintero F.

Nivel físico LTE

Contenido

3. Nivel físico (20 horas - CH) – Principios fundamentales y conceptos básicos de

OFDM. – OFDMA. – SC-FDMA. – MIMO. – Canales físicos y modulación. – Multiplexación y codificación. – Procedimientos de nivel físico. – Medidas de nivel físico. – Procedimientos de acceso y niveles superiores.

3.6 Multiplexación y codificación


• Se emplea un CRC de 24 bits, permite la detección de errores en el bloque de transporte.

• Tamaño máximo del bloque codificado: 6144 bits, si se excede es necesario realizar segmentación del bloque.

• Turbo código de tasa 1/3 que genera un bloque de bits sistemáticos ( idénticos a los bits del bloque de información a la entrada) y dos bloques de bits de paridad denominados 0 y 1 respectivamente.

• Los bits de los distintos bloques son entrelazados siguiendo para cada uno un determinado patrón.


• Mecanismo de adaptación de tasa (Rate Matching): adaptar al número de bits que es posible transmitir en un determinado canal físico, una vez específicado su formato de transmisión.

• A partir del flujo de bits codificados entrelazados, se realiza un proceso de diezmado (puncturing) o de repetición de bits.

• Se emplea un buffer circular, en las primeras posiciones se colocan los bits entrelazados procedentes del bloque sistemático.

• El gestor de paquetes (scheduler) selecciona diferentes valores de la versión de redundancia (RV) para la retransmisión de un paquete, para optimizar los mecanismos de combinación propios del mecanismo HARQ.

3.7 Procedimientos de nivel físico

Los procedimientos claves de nivel físico son:

• HARQ.

• Timing advance.

• Control de potencia.

• Paging.

• Indicación de estado del canal.

• Acceso aleatorio.

3.7 Procedimientos de nivel fisico

HARQ

• Utiliza técnicas de retransmisión basadas en el incremento de redundancia, FEC + ARQ.

• Inicialmente se transmite la información contenida en canal de transporte con un mínimo de redundancia capaz de corregir los errores que introduce el canal radio.


HARQ

• Si en recepción con esta redundancia no basta:

– En lugar de volver a retransmitir todo el paquete, se solicita la transmisión sólo de información de redundancia adicional, no transmitida anteriormente.

– Se añade a la disponible en el receptor para intentar detectar correctamente la información transmitida por el canal de transporte.

Retransmisión Idéntica – Combinación Chase


Retransmisión Diferente – Redundancia Incremental



HARQ

• Si nuevamente se produce una detección errónea de la información se repite el proceso hasta que: – Se recibe correctamente el canal de transporte.

– Se completa la transmisión de toda la información de redundancia asignada al código utilizado.

• Se busca optimizar el uso del canal radio, transmitiendo la mínima información de redundancia posible para detectar

correctamente el canal transmitido.


Proceso HARQ

• Basado en Proceso de pare y espere.

• Cuando el paquete se transmite desde EnodeB, el UE lo decodifica y envía respuesta en el PUCCH.

• Para NACK el EnodeB retransmite el paquete.

• UE combina la retransmisión con la transmisión original y realiza decodificación turbo nuevamente.

• Si recibe correctamente el paquete UE envía ACK.

• EnodeB envía un nuevo paquete.


Proceso HARQ

• Para flujo continuo de datos: se necesitan múltiples procesos HARQ.

• En LTE: 8 procesos en el enlace de subida y bajada.


Proceso HARQ

• Retardo entre el final de un paquete y la retransmisión: 7ms.

• Cada proceso HARQ utiliza su propio buffer de retransmisiones y se identifica mediante un indicador (HARQ-ID o HARQ process IDentifier) de 3 bits.


HARQ Enlace de bajada

El mecanismo HARQ es asíncrono.

• La retransmisión puede ocurrir en cualquier instante de tiempo después de la transmisión inicial.

• Se necesita una señalización explícita que indique al receptor a qué paquete inicial corresponde una determinada retransmisión.


HARQ Enlace de bajada


HARQ Enlace de subida

• Mecanismo de retransmisión HARQ es síncrono.

• Los procesos de retransmisión se efectúan en instantes de tiempo predefinidos con respecto a la transmisión inicial, no es necesario incluir un número de secuencia en HARQ.

• ARQ puede incluir o no mecanismos de adaptación de enlace.


HARQ Enlace de subida


Avance temporal

• Consiste en adelantar el instante de transmisión de cada terminal en el enlace de subida de acuerdo con su retardo de propagación.

• Busca asegurar que todas las transmisiones lleguen aproximadamente en el mismo instante.


Avance temporal

• El control de sincronización evita interferencia entre los usuarios con transmisiones del enlace de subida en la misma subtrama.

• Enode B mide los tiempos de la señal y ajusta la sincronización de la señal de subida del UE.


Avance temporal

Adquisición del valor inicial del Avance Temporal:

• Se utiliza el preámbulo de acceso aleatorio (PRACH) primera señal que transmite el UE, en el momento de su transmisión no se tiene conocimiento del valor apropiado del valor del Avance Temporal a utilizar.

• Por consiguiente, este preámbulo inicia su transmisión según el patrón temporal del terminal móvil, y llegará al eNB con un retardo igual al 2Tp (Tp retardo de propagación).


Avance temporal


Avance temporal

Avance temporal en régimen permanente:

• Una vez establecido el valor del avance temporal inicial, en las siguientes transmisiones el eNB mide la desviación temporal con que llegan los paquetes.

• Si la desviación temporal es mayor de ±0,52 μs envía al móvil, utilizando el canal PDCCH, un comando de corrección indicándole que aumente o disminuya, el valor actual del Avance Temporal.


Control de potencia

• El objetivo del control de potencia (CP): gestionar adecuadamente la PTx, tanto del eNB como del UE asegure una correcta recepción de la señal en/desde todos los puntos de la zona de cobertura de un eNB.

• El CP para los UE: minimizar la potencia transmitida para aumentar la vida de las baterías.

• Mucha potencia genera interferencia.

• Muy poca potencia: incremento en la BER, retransmisiones, mayor retardo y menor troughput.


Control de potencia

• En un ambiente multiusuario se comparten los recursos radio El mismo canal se asigna a varios usuarios.

• Una señal para un usuario, puede alcanzar otros usuarios y producir interferencia en sus conexiones.

• Si un usuario tx con alta potencia, puede disminuirla y aun tener buena calidad sin interferir con otros usuarios.

http://www.dolcera.com/wiki/index.php?title=Image:Cdma17.jpg


Control de potencia

• En el enlace de bajada como la transmisión es ortogonal no existe interferencia entre usuarios de la misma celda.

• Existe interferencia entre usuarios de celdas vecinas: interferencia intercelda (ICI), limita el desempeño del sistema en términos de capacidad.

• En LTE todas las celdas en la red usan las mismas bandas de frecuencia.


Control de potencia

• De acuerdo a las variaciones del canal que compensa, se divide en dos tipos:

• CP Lento: compensa variaciones lentas del canal, pérdidas de trayecto dependientes de la distancia, perdidas en la antena, desvanecimiento por sombra.

• CP Rápido: compensa las variaciones rápidas del canal (desvanecimiento rápido).

• LTE emplea CP Lento.

3. Procedimientos de nivel fisico

Control de potencia Enlace de bajada

• El CP está totalmente controlado por el eNB, por que conoce la potencia disponible en todo momento para la transmisión.

• Lo más común es que no se implemente CP, el consumo de potencia no es crítico para el eNB.

• No es un problema distribuir toda la potencia disponible en el eNB uniformemente entre los bloques de recursos.


Control de potencia - Enlace de bajada

• Existen algunas propuestas para asignación óptima de potencia: Water-filling.

• Consisten en asignar dinámicamente más potencia a aquellas subportadoras OFDM que tienen las mejores condiciones de desvanecimiento e interferencias pero su ganancia es marginal.


Control de potencia – Enlace de subida

• No es recomendable que los UE transmitan con máxima potencia.

• Reduciría la duración de la batería e incrementaría la interferencia intercelular.

• El control de potencia se hace indispensable.

http://www.dolcera.com/wiki/index.php?title=Image:Cdma19.jpg


Control de potencia

En LTE se estandarizan los mecanismos para

• Physical Uplink Control Channel (PUCCH).

• Physical Uplink Shared Channel (PUSCH).

• Sounding Reference Signals (SRS).


Control de potencia

Recepción discontinua: DRX

• Mecanismo por el cual el UE desactiva el receptor durante un determinado tiempo con el fin de ahorrar energía e incrementar la vida de la batería.

• Desde el punto de vista del retardo sería beneficioso tener encendido el receptor del UE, ya que se podría monitorear en cada subtrama la señalización en DL y reaccionar de forma instantánea ante mensajes de la red.


Control de potencia

Recepción discontinua: DRX

• El tráfico de paquetes es altamente variable, con periodos de transmisión dispersos y largos periodos de silencio.

• Mantener el receptor del terminal apagado permite ahorrar energía, se compensa ampliamente el coste en el incremento de la latencia.


Paging

En LTE un UE puede estar en uno de tres estados:

• Libre (LTE Detached): estado transitorio en el cual el UE esta encendido pero en proceso de búsqueda y registro de la red.

• Reposo (LTE Idle): modo de conservación de potencia, no se tx o se rx paquetes, localización de UE solo se conoce en el MME, y solo el área de seguimiento (varios eNBs en la cual el usuario fue registrado la ultima vez).


Paging

• Activo (LTE Active): UE esta registrado con la red y tiene una conexión RRC con el eNB, la red conoce la celda donde se encuentra y puede transmitir y recibir datos desde UE.


Paging

• El sistema de comunicaciones móviles mecanismos para avisar a los usuarios de la activación de servicios originados desde la red dondequiera que se encuentren.

• Dada la extensión geográfica el envío de avisos (función de paging) a los terminales debe hacerse de forma “selectiva” a través únicamente de aquellas estaciones base donde exista una cierta probabilidad de encontrar al usuario.


Paging

• El sistema debe hacer un “seguimiento” que le permita acotar la localización de los usuarios dentro de la zona de servicio de la red. Esta funcionalidad gestión de la localización.

• Permite conocer con cierta resolución en qué eNB o conjunto de eNBs (áreas de seguimiento) puede ser localizado un usuario que se encuentre en modo idle.


Paging

• Paging es un mensaje de señalización que se distribuye a los terminales.

• Lo utiliza la red troncal EPC para forzar el re-establecimiento de la señalización de control con un equipo de usuario que se encuentre en modo idle.

• Cuando la red necesita contactar con el terminal, el mensaje de aviso (paging) se difunde a través de todas las estaciones base que integran el área de seguimiento en que se encuentra localizado el terminal.


Paging

Propósito:

• Llamar o despertar a los terminales móviles que se encuentran en estado de espera (Idle).

• Informar a terminales móviles activos de cambios en el sistema de información o de notificaciones de emergencia.


Paging

• Localizado en el Physical Downlink Shared Channel (PDSCH).

• Un procedimiento de paging eficiente debe permitir que el terminal se duerma y se despierte durante unos intervalos de tiempo predefinidos para monitorear la información de paging de la red.


Paging


Indicación de estado del canal

El UE proporciona a la red tres tipos de información del estado del canal:

• CQI- Indicador del estado del canal.

• RI - Indicador del rango.

• PMI - Identificador de la matriz de precodificación.



CQI Reporting

• Permite describir hasta 16 posibles esquemas de Modulación-Codificación (MCS).

• Informa al eNodeB sobre los posibles parámetros a utilizar en el proceso de adaptación de enlace.



RI

• Se utiliza para indicar cual es el número apropiado de capas a considerar en el esquema de multiplexación espacial.

• Puede ser 1 o 2 (Mimo 2x2) o 4 ( Mimo 4x4).

• Se transmite con menor periodicidad que el CQI.



PMI

• Informa al eNodeB de cual es la matriz de precodificación preferida, según estado del canal.

• El No. de matrices de precodificación depende del número de antenas considerado en el eNB, del valor de RI y de las capacidades del terminal móvil.

• eNB con dos antenas puede elegir entre 6 matrices posibles, caso de 4 antenas, el número de posibles matrices se eleva a 64.

• Se transmite en el caso de utilizar estructuras MIMO actuando como sistemas de multiplexación espacial.



• Esta información se transmite en el PUCCH (entre 5 y 10 bits si solo se transmite información de control).

• Típicamente se transmite utilizando una subtrama de 1 ms, aunque para informes largos puede utilizar múltiples subtramas.

• Por su limitada capacidad se consideran informes periódicos y aperiódicos.



Informes periódicos:

• Este tipo de informe generalmente utiliza las capacidades aportadas por el canal PUCCH, siendo el eNB quien configura los parámetros de repetición del informe.

• Período de repetición oscila entre 2 y 160 ms.

• Si en el momento en que el terminal móvil debe enviar el informe CQI, el mecanismo de gestión de recursos radio le asigna recursos al móvil para transmitir (canal PUSCH), en lugar de utilizar el canal de control PUCCH se utiliza el canal de datos de usuario PUSCH.



Informes aperiodicos

• Cuando el eNB necesita de una información más detallada del estado del canal solicitar al terminal móvil un informe aperiódico, que se transmitirá utilizando el canal PUSCH.

• Este tipo de informes pueden adjuntarse a los datos de usuario transmitidos en el canal PUSCH, o transmitirse utilizando un canal PUSCH específicamente dedicado a este fin.



• Los informes aperiódicos son prioritarios sobre los periódicos.

• Si el instante de transmisión de ambos informes coincide en un determinado momento, únicamente se envía el informe aperiódico.


Procedimiento de acceso aleatorio

Procedimiento mediante el cual un terminal móvil se conecta a un determinado eNB. Este procedimiento se ejecuta por diversas razones:

• Al acceder el terminal móvil a la red.

• Cuando el terminal móvil realiza un procedimiento de handover (a lo largo de una llamada, cambia de eNB)

• Cuando el terminal móvil realiza procedimientos de reselección de celda.

• Como resultado de una llamada entrante.

3.8 Medidas de nivel físico

Medidas en eNB

• La mayoría de las funcionalidades de radio están en el eNB.

• Algunas medidas se deben reportar sobre alguna interfaz.

• No hay una entidad encargada de RRM como el RNC de WCDMA.

3.8 Medidas de nivel fisico

Medidas en eNB

Medidas en el enlace de bajada:

La potencia usada por los elementos de recursos empleados para transmitir señales de referencia específicas de la celda desde el eNB.

Potencia de interferencia recibida por bloque de recurso físico.

Potencia de ruido térmico sobre el ancho de banda del sistema.

Se deben tener en cuenta en las decisiones de handover y para realizar coordinación de interferencia intercelda.

3.8 Medidas de nivel fisico

Medidas de UE

Las medidas que se consideran son:

Potencia recibida de la señal de referencia RSRP: promedio de la potencia medida del elemento de recursos que contiene señales de referencia, específica de la celda.


Medidas en UE

Indicador de la intensidad de la señal Recibida portadora EUTRA RSSI :

• Potencia de banda ancha recibida total en una frecuencia dada, incluye todo el ruido presente en la frecuencia particular, ya sea de celdas interferentes o de cualquier otra fuente de ruido.

• No es reportado por el UE sino utilizado para el cálculo del RSRQ.


Medidas en eNB

Calidad recibida de la señal de referencia RSRQ:

Relación del RSRP y del RSSI para las señales de referencia.

3.9 Procedimientos de acceso

• La primera acción de un dispositivo LTE es buscar la celda.

• El UE busca las sx de sincronización primaria en las frecuencias centrales de la banda.

• Cuando la detecta busca las sx de sincronización secundaria.

• UE descubre el identificador de celda (PCI), así puede decodificar el PBCH.


• Procedimiento mediante el cual un terminal móvil se conecta a un determinado eNB.

• Dos tipos: acceso basado en contienda y acceso regulado.


Acceso basado en contienda.

Se utiliza para:

• Acceso general.

• Transferencia de llamada (handover).

• Transferencia de información en UL para establecer los mecanismos de scheduling, cuando no están disponibles canales PUCCH.

• Cuando hay datos para transmitir en el enlace de subida o bajada y el terminal móvil ha perdido la sincronización (mecanismos de ahorro de batería).


Acceso basado en contienda

• 1. UE envía un preámbulo de acceso PRACH, La secuencia preámbulo (PRACH) se escoge de forma aleatoria, entre un grupo de hasta 64 posibles secuencias.

• El nivel de potencia del UE se determina a partir de una estimación de las pérdidas de propagación del enlace, utilizando las señales de referencia transmitidas en el enlace de bajada.


• Acceso basado en contienda



• Si no hay respuesta, el UE repite la transmisión aumentando el nivel de potencia transmitida: Power Ramping.



Si varios UE envían un preámbulo RACH en el mismo bloque de acceso.

• Si los terminales móviles han elegido secuencias preámbulo distintas, no hay problema, el eNB será capaz de diferenciar las peticiones de acceso.



Caso en que dos o más UE eligen la misma secuencia preámbulo.

• El eNB nota que le llega el mismo preámbulo por caminos de propagación diferentes.

• eNB es capaz de compensar dicha propagación multicamino virtual y detectar la petición de acceso.


Acceso Basado en contienda

2. eNB responde a la petición de acceso.

• La respuesta contiene un duplicado del preámbulo, información para el alineamiento temporal, y asignación inicial de recursos en el enlace de subida.



Si dos o más terminales móviles han utilizado la misma secuencia preámbulo en el bloque de acceso:

• El eNB manda un único mensaje de respuesta a estos UE (correspondería con un caso de propagación multicamino del canal).

• Obliga a resolver este problema de colisión en los siguientes pasos del procedimiento.



• 3. UE informa al eNB, mediante un paquete PUSCH, su identidad y puede solicitar una actualización del área de seguimiento (Tracking area).

• Caso que eNB envie a dos UE la misma secuencia, estos terminales móviles entenderían que tienen recursos reservados para transmitir (serían los mismos) y por lo tanto se produciría una colisión entre los mensajes enviados por dichos terminales móviles.



Cuando el eNB no es capaz de detectar ninguno de los mensajes enviados por los UE.

• A. Después del número de retransmisiones , ninguno de los UE implicados recibirá el reconocimiento positivo a la transmisión programada.

• Los UE deberán reiniciar el mecanismo de acceso, inmediatamente, o dejando pasar un tiempo elegido aleatoriamente dentro de una determinada ventana de contención.



El eNB es capaz de detectar correctamente la transmisión de uno de los UE.

• B. eNB envía un reconocimiento positivo al UE, canal de control PDCCH.

• Cuando el resto de UE implicados reciben este reconocimiento detectan colisión en sus peticiones de acceso y reinician el mecanismo de acceso.

• Resolución de la contienda.


Acceso regulado

• Sólo aplica en los procedimientos de handover.

• No hay posibilidad de colisión de la secuencia preámbulo.

• El UE utiliza un preámbulo asignado previamente por el eNB.


Acceso regulado


Acceso regulado

• 1. el procedimiento lo inicia el eNB, asigna la secuencia preámbulo del paquete de acceso.

• 2. El UE, utilizando la secuencia preámbulo asignada, envía un paquete de acceso PRACH.

• 3. eNB envía la respuesta a la petición de acceso, tal como ocurre en el caso del acceso en contienda.


Acceso regulado

• El proceso termina, puesto que la red (eNB) lo ha iniciado, conoce la identidad del UE y ha establecido asignación de recursos.

• No es necesario considerar ningún tipo de mensaje de resolución de contienda ya que todos los mensajes intercambiados utilizan transmisiones programadas.

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