normativa y evolución en lte

EL NUEVO PARADIGMA DE LA MOVILIDAD: LTE. DESDE EL 0G

HASTA EL 5G.

Madrid, Abril 2015Juan Pablo Calvo Pérez

IT Service Delivery ManagerDesarrollo de Servicios y Sistemas

Telefónica España

Estándares, evolución tecnológica y el nuevo

ecosistema

Indice1. Introducción, antecedentes y evolución histórica:

fases de la evolución2. Desde los Sistemas PMR hasta los Sistemas

Celulares.3. Estándares, evolución y tendencias en las

comunicaciones móviles: 3GPP, ETSI, OMA, ITU,….4. Evolución del LTE y principales funcionalidades:

Desde la Release 8 hasta la Release 13.5. El nuevo ecosistema en las comunicaciones

móviles: Operadores, Proveedores y Usuarios.

OBJETIVOS

• ¿Por qué es necesaria la tecnología LTE?

• ¿Para qué se ha desarrollado y cuál es su fin?.

• ¿Cómo va evolucionando y cuál es su punto de partida?

Indice1. Redes Móviles: Introducción, antecedentes y

evolución.2. Desde los Sistemas PMR hasta los Sistemas





INTRODUCTION

• Cómo empezó todo y por qué tenemos la tecnología actual en comunicaciones móviles?

• Una breve historia de los inicios. Tecnología, Tendencias, Redes, terminales y ……el futuro de las comunicaciones móviles.

• Reflexión: ¿Podría haber sido de otro modo?

Redes móviles y su evolución

DESDE EL PRINCIPIO……

Redes Móviles y su evolución

• QUIÉN FUE EL VERDADERO “VISIONARIO” Y EL DESCUBRIDOR DE LAS ONDAS DE RADIO PARA APLICACIONES REALES.

Guglielmo Marconi 1874‐1937Bolonia

Nikola Tesla. 1856‐1943Croacia


Y………..

James Clerk Maxwell 1831‐1879


Y………..

Heinrich Rudolf Hertz1857‐1894 Germany

Descubrió y demostró lo que Maxwell proponía: las ondas electromagnéticas se reflejaban como la luz y viajaban a la misma velocidad.


Nikolay Tesla 1856‐1943

“El presente es vuestro pero…..el futuro es mío”. Dijo Tesla a los periodistas.

En el espacio hay energía, y es cuestión de tiempo que podamos utilizarla.

En 1895 Tesla realizó una monitorización de las emisiones radiales de generadores de alta frecuencia, capturando y analizando señales de radio en los alrededores de Nueva York, pero un incendio inoportuno destruyó todo el trabajo que hizo.


Guglielmo Marconi 1874‐1937

Marconi trabajó en una máquina de telegrafía sin hilos que le permitiera transmitir y recibir ondas de radio. Consiguió su primera transmisión interoceánica en 1901.


Antes de comenzar…….el reconocimiento a los orígenes

Nació el 21 de Marzo de 1768 en Auxerre. Murió el 16 de Mayo de 1830 en Paris. Nacionalidad: Francés. Sobresalió en: Matemáticas, Física e Historia. Análisis de Fourier: Mezcla el dominio del

tiempo y de la frecuencia.

Jean Baptiste Joseph Fourier

La transformada de Fourier relaciona el dominio del tiempo (en rojo) con el dominio de la frecuencia (en azul). Las componentes frecuenciales en el espectro de frecuencia se representan como picos en el dominio de la frecuencia.

Indice1. Redes Móviles: Introducción, antecedentes y

evolución.2. Desde los Sistemas PMR hasta los Sistemas





Desde el PMR hasta el GSMBreve reseña sobre los hitos de la evolución de las comunicaciones móviles

En 1901 Marconi instala la primera estación móvil con Morse en un tranvía.

En 1906 Reginald Fesseden hace la primera transmisión de voz a través de la radio.

En 1921 el Dpto. de Policía de Detroit utiliza 2 MHz para transmitir sólo a un receptor en un coche.

En 1926: primer servicio público telefónico en los ferrocarriles (Berlín‐Hamburgo) en AM (AmplitudeModulation).

Desde el PMR hasta el GSMBreve reseña sobre los hitos de la evolución de las comunicaciones móviles

En 1935 la modulación de frecuencia ya está disponible. La calidad de voz es bastante mejorada. El tamaño y el consumo de la batería va a ser la clave.

En 1946, primera radio privada móvil en San Luis (150 MHz).

En 1956 da servicio a 373 ciudades de EE.UU. (34.000 clientes)

En 1969 NMT (Nordic Mobile Telephone) se establece en Dinamarca, Suecia, Finlandia e Islandia.

En 1971 en Alemania (A Net): 136 zonas y 10.750 clientes

París 1968: 5.000 clientes

Desde el PMR hasta el GSM

En 1971 Bell System propone un sistema de alta capacidad basado en el “IMTS” de 1964.

Reutilización de frecuencia Control por “Computador” Señalización “Digital”.

El sistema se acaba denominando AMPS (American Mobile Phone System)

En Alemania lo denominan C Network En los países nórdicos NMT En Japón, NEC desarrolla un variación del mismo

sistema, sólo para ellos.

Breve reseña sobre los hitos de la evolución de las comunicaciones móviles


Comienzan a aparecer los primeros problemas de congestión.

En los años 60 se evoluciona a las Redes de tipo B: Canales centralizados.Mismos problemas de congestión que las Redes de tipo A

En 1981 Ericsson lanza el primer sistema celular NMT (450 MHz) en Arabia Saudí.

En 1991 se despliega el primer sistema GSM (Global System for Mobile Communications).

Breve reseña sobre los hitos de la evolución de las comunicaciones móviles

Desde el PMR hasta el GSMHistoria del GSM

Entre 1982 y 1985 la CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) comienza la especificación de un estándar de radiocomunicaciones en la banda de 900 MHz.

En 1986 se realizan las primeras pruebas en Paris, y se dilucida entre las tecnologías TDMA y FDMA o ambas combinadas.

En 1988 la CEPT comienza con la especificación del estándar. La CEPT se transforma en ETSI (European Telecommunications

Standard Institute) ubicada en Sophia‐Antipolis (Niza). En 1991 se publica la Fase 1 para que los proveedores

puedan comprender todos los aspectos técnicos relacionados.

Desde el PMR hasta el GSMGSM History

En 1991 se publica el estándar GSM‐1800. The MOU (Memorandum of Understanding) se “abre” a

países que no habían firmado en un principio por no ser europeos.

En 1993 se despliega la primera Red Comercial en UK. En 1994 el GSM ya tiene 100 signatarios de 60 países. En 1998 llega a los 253 miembros de 100 países, con 70

millones de usuarios en total, llegando a los 500 millones en 2001.

In 2013 hay alrededor de 2.000 millones de usuarios GSM en el mundo.

Desde el PMR hasta el GSMGSM phases

Fase 1 (desde 1988) Telefonía vocal. Roaming internacional. Servicios de datos básicos

hasta 9.600 Kbps. Redirección de llamada (Call

Forwarding). Call Barring. SMS.

Fase 2 (desde 1990) Servicios Prepago. Identificación llamada

entrante. Llamada en espera.. Retención de llamada. Llamada en conferencia. Facilidades adicionales.

Fase 2+ (desde 1993) Perfiles de servicio. Planes privados de

numeración. Interoperabilidad entre

bandas GSM‐900, GSM‐1800, GSM‐1900 y DECT.


Conversión Analógico/Digital Codificación de voz y de canal

Interleaving

Cifrado

Procesado digital de la voz en GSM: principal “hito” del cambio

Desde el PMR hasta el GSMMás allá del GSM…….

Pero…..el GSM no parecía suficiente el ETSI propone la creación del 3GPP como nuevo foro mundial que reúne a todas las organizaciones de todos los países, basado en: Estándares más globales.Orientación a transmisión de datos.Economía de escala. Funcionalidades avanzadas.Evolución controlada en sucesivas versiones.Competición entre proveedores.

Desde el PMR hasta el GSM¿Por qué es necesaria la evolución?

NecesidadCapacidad de Red CoberturaGestión de tráficoGestión de Señalización Localización de usuario.Especialización.

UsabilidadMovilidadDisponibilidad Localización InformaciónAccesibilidad Inmediatez

Desde el PMR hasta el GSM¿Por qué se necesita evolucionar?

Descubriendo la movilidad (unos pocos usuarios

PMR)

Hablar y comunicar (sistemas analógicos)

Popularización (Cobertura, aplicaciones, marketing)

Éxito del modelo GSM (Calidad, Servicios, Roaming)

Culminación (no soy nadie sin mi móvil,…)

Reputación (Universalidad y Globalidad)

Madurez (Valor añadido, Precio,

Servicios de datos)

Estamos aquí…


fases de la evolución.2. Desde los Sistemas PMR hasta los Sistemas





Estándares y tendencias en las comunicaciones móviles: 3GPP, ETSI, OMA, ITU…

La clave del éxito de la Comunicaciones Móviles STANDARDS.

Desde los años 80 ya se disponía de un primer pseudo‐estándar analógico: AMPS.

En los años 90 viene la segunda generación: GSM ya es un auténtico estándar. Es el primero en ser adoptado a nivel mundial.

Promovido por el ETSI en Europa. En USA y Japón se adoptan estrategias diferentes

respecto a los estándares europeos ya disponen de redes en funcionamiento.


La iniciativa IMT‐2000 (International Mobile Telecommunications System – 2000) de ITU (International Telecommunications Union) definió los requisitos para las tecnologías candidatas para la tercera generación, basadas en: Integración con las tecnologías existentes. Comunicaciones de tipo personal. Cualquier Servicio, para todas las personas, en cualquier lugar y en cualquier

momento. Se necesitaba un acceso radio avanzado. Múltiples posibilidades para transmisión de datos y Alta Calidad.

Ninguna de las propuestas presentadas se seleccionaron, aunque todas eran válidas familia de estándares.


Se fundó en Noviembre de 1998 con el objetivo de generar Especificaciones e informes técnicos para definir un nuevo sistema 3G. “The 3rd Generation Partnership Project Agreement”.

3GPP/3GPP2 incluían todas las especificaciones técnicas de los sistemas 3G en el mismo formato para diferentes organizaciones de estandarización.

En los Grupos de especificación secubren los 4 aspectos clave:

– Radio Access Networks (RAN), – Service & Systems Aspects (SA), – Core Network & Terminals (CT) and – GSM EDGE Radio Access Networks (GERAN).

Las contribuciones y la documentación esPública en (www.3gpp.org)

Organization Base region

Association of Radio Industries and Businesses (ARIB)

Japan

Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS)

USA

China Communications Standards Association (CCSA)

China

European TelecommunicationsStandards Institute (ETSI)

Europe

Telecommunications Technology Association (TTA)

Korea

Telecommunication Technology Committee (TTC)

Japan


ITU: International Telecommunications Union. Pertenece a la ONU desde 1957 y se encarga de regular las telecomunicaciones

entre las diferentes administraciones. Sede en Suiza. Publica recomendaciones agrupadas en Series.

NGMN: Next Generation Mobile Networks Alliance. Es un foro libre y abierto al que pertenecen Operadores, Suministradores,

Fabricantes s Institutos de investigación. Creado en 2006 y con sede en Frankfurt. Propone tecnologías y soluciones que sean abordables desde el punto de vista

comercial y tecnológico. Small Cell Forum:

Organización muy reciente y abierta a cualquier compañía ligada al desarrollo de las comunicaciones celulares.

Trabajan en recomendaciones sobre Small Cells hacia el entorno de otras organizaciones de estándares (que también son partners) y para la industria en general.

GSA: The Global mobile Suppliers Association. Organización que promueve los estándares de telefonía móvil, con sede en Suiza. Formado por suministradores de tecnología móvil principalmente. Publica información de todo tipo: Negocio, Técnica, White Papers, etc.


GSMA: Asociación de Operadores Móviles de todo tipo de tecnologías 3GPP. Proveedores y OEM, así como miembros invitados. Solamente se hacen contribuciones en estándares

básicos (VoLTE, RCS…), acuerdos de roaming y de interconexión.

Es el auténtico lobby de la industria móvil. Organiza el Mobile World Congress (MWC).

OMA: Open Mobile Alliance. Estándariza los servicios móviles: WAP, Location, PoC,

SyncML, MMS… GCF: Global Certification Forum. Certificación de

3GPP, OMA, and otras tecnologías. No implica una obligación, pues es opcional. Pruebas de conformidad, Tests de interoperabilidad

(IOT), Pruebas de campo y pruebas de prestaciones.


ETSI: European Telecommunications Standards Institute ETSI fue creado por la CEPT en 1988 y es reconocido oficialmente por la Comisión

Europea y la Secretaría de la Asociación Europea de Libre Comercio (AELC). Con sede en el parque científico de Sophia Antípolis de Francia, ETSI es oficialmente responsable de la normalización de las Tecnologías de la información y la comunicación (TICs) dentro de Europa.

Tienes más de 750 miembros de Europa y del resto de continentes. Promovió la creación del foro 3GPP, del que también forma parte, en 1998. También creó el foro TISPAN para telefonía fija e internet. Genera recomendaciones, informes y estándares reconocidos por toda la

comunidad internacional.

Estándares y tendencias en las comunicaciones

móviles: 3GPP, ETSI, OMA, ITU…

Estándares 3GPP y Tendencias

Tecnología de estándares 3GPP: principales aspectos evolutivos en los sucesivos estándares. Modulación. Acceso. Tasa binaria (Throughput). Canalización. Codificación

Estándares 3GPP y TendenciasTecnología de estándares 3GPP: Conceptos de modulación.

Un usuario por canal N usuarios por canal (timeslots)

N usuarios por canal en un ancho de banda determinado

Estándares 3GPP y Tendencias LTE usa OFDMA: más eficiente comparado con OFDM por ejemplo Wi‐Fi). Los usuarios se ubican en una estrategia basada en frecuencia y en tiempo.

Estándares 3GPP y TendenciasTecnología de estándares 3GPP: Canalización.

Physical ChannelFrame

Acceso en GSM/GPRS/EDGE: 8 Timeslots por portadora, equi‐espaciados en 200 KHz. Modulación GMSK en GSM o bien 8‐PSK in GPRS/EDGE.

Tecnología de estándares 3GPP: Canalización.

Acceso en GSM/GPRS/EDGE: 8 Timeslots por portadora, equi‐espaciados en 200 KHz. Modulación GMSK en GSM o bien 8‐PSK in GPRS/EDGE.

MCS Modul. Code Rate Binary Rate

1 GMSK 0,53 8,8 Kbits/s




5 8‐PSK 0,37 22,4 Kbits/s

6 8‐PSK 0,49 29,6 Kbits/s

7 8‐PSK 0,75 44,8 Kbits/s

8 8‐PSK 0,92 54,4 Kbits/s

9 8‐PSK 1,00 59,2 Kbits/s



Acceso en UMTS: La potencia total se distribuye entre los usuarios.

Método Duplex: FDDSeparación de canales: 5 MHzChip rate de portadora: 3.84 MHzEstructura de timeslots: 15 slots/frameLongitud de trama: 10 msModulación: QPSKDetección: basado en los símbolos del piloto de portadora.Intra‐frequency Handover: softInter‐frequency Handover: hardRelación de ensanchamiento (Spreading factors): 4…512.



Access in UMTS: Potencia distribuida entre los usuarios .



Acceso en UMTS: Spreading and Scrambling

Códigos de Spreading: Códigos de canalización ortogonal, para distinguir usuarios en el mismo nodo B.

Códigos de Scrambling: Códigos pseudoaleatorios para distinguir usuarios de diferentes Nodos B.

Spreading = Canalización + Scrambling

SF = 1 SF = 2 SF = 4

C 1,0= (1)

C 2,0= (1,1)

C2,1= (1,‐1)

C4,0=(1,1,1,1)

C4,1= (1,1,‐1,‐1)

C4,2= (1,‐1,1,‐1)

C4,3= (1,‐1,‐1,1)



Acceso en UMTS: Spreading and Scrambling

1 SF 1

11 1‐1

1111 11‐1‐1 1‐11‐1 1‐1‐11

1‐1‐11‐111‐11‐1‐111‐1‐111‐11‐1‐11‐111‐11‐11‐11‐111‐1‐1‐1‐11111‐1‐111‐1‐11111‐1‐1‐1‐111111111

SF 2

SF 4SF 8

SF 16

Etc.

… … … … … … … … … …… … … … … …

Codes Used

Codes Blocked

11‐1‐1‐1‐111

11‐1‐1

11

1

… …


Tecnología de estándares 3GPP: Canalización.Acceso en UMTS: HSDPA y HSUPA usan las frecuencias de forma más eficiente.


Tecnología de estándares 3GPP: Codificación.

Interfaz radio mejorado: Nuevas técnicas de modulación: QPSK 16QAM…… 64 QAM

dependiendo de la calidad del enlace radio. Esquemas de codificación (HARQ): Reintentos rápidos gestionados

en el mismo nodo B. Umbral de decisión cada 2 msg. Nuevo canal de transporte en DL para paquetes de datos. (HS‐

DSCH). Fast Scheduling: Control de transmisiones en el Nodo B, teniendo

en cuenta la calidad del enlace la QoS, la potencia disponible y la disponibilidad de códigos.


Tecnología de estándares 3GPP: Mejoras en Acceso.

NodeB R99/R4 NodeB w/ HSDPA3GPP Rel. 5

Shared Channels between UEs Dedicated Channel for every UE


Tecnología de estándares 3GPP: Tasa binaria (Througput)


Tecnología de estándares 3GPP: Acceso. HSUPA: Nuevos canales físicos. Estrategias similares a las del HSDPA.


Tecnología de estándares 3GPP: muchos canales y gran complejidad.


Tecnología de estándares 3GPP: Tasa binaria (Througput) normalizada en terminales de usuario.


Tecnología de estándares 3GPP: Modulación en LTE.

En LTE los esquemas de modulación evolucionan hacia uno más lineal pero más exigente para los equipos radio se necesita más capacidad de datos (troughput).

El BLER (Block Error Rate) disminuye con el ratio Eb/No, siendo el QPSK el más robusto en caso de bajo nivel de Eb/No.


Tecnología de estándares 3GPP: Conceptos de modulación.

OFDM: Se pueden evitar las portadoras interferidas “ecualizando” las prestaciones pero disminuyendo el data rate de modulación.

Channel Response

Saving Bandwidth


Estándares 3GPP y TendenciasTecnología de estándares 3GPP: Conceptos de modulación.

OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access La banda de frecuencia se divide en múltiples portadoras llamadas sub‐portadoras. Cada una de ellas se modula de forma independiente con un ratio inferior al de una única global. A cada usuario se le asigna un recurso específico de frecuencia y tiempo.

Tecnología de estándares 3GPP: Diferentes esquemas de modulación


Estándares 3GPP y Tendencias 3G vs. LTE: portadora vs. portadoras. En LTE se requiere extremada linealidad en los TX y en los RX para evitar demasiado

“ensanchamiento” del espectro e interferencias no deseadas.

30 MHz

18 MHz

20 MHz

Channel bandwidth

BWChannel [MHz] 1.4 3 5 10 15 20

Transmission bandwidth

RBW(MHz) 1.08 2.7 4.5 9.0 13.5 18

Máximos teóricos de data rates en tecnología móvil

Technology Downlink (Mbps)

Uplink (Mbps)

UMTS Rel 99 0,4 0,4

HSPA Rel 6 14 5,8

HSPA+ Rel 7: 64‐QAM 21 11

HSPA+ Rel 7: 2x2 MIMO + 16‐QAM 28 11

HSPA+ Rel 8: 2x2 MIMO + 64‐QAM 42 11

HSPA+ Rel 8: Multicarrier, 64‐QAM 42 11

HSPA+ Rel 9: Multicarrier, 2x2 MIMO + 64‐QAM 84 23

EVDO Rev A (1,25 MHz) 3,1 1,8

EVDO Rev B: 64‐QAM (5 MHz) 14,7 5,4

LTE Rel 8: 2x2 MIMO (10 MHz) 73 36




WiMAX (2:1 TDD 10 MHz) 40 5,6


Conceptos de MIMO en tecnología móvil: referencia al canal y no a las antenas.


Tecnología de estándares 3GPP : ¿Por qué evolucionar?.

Eficiencia espectral Gestión de usuarios

en la misma célula. Capacidad para datos Congestion Mejora de velocidad Todas las

optimizaciones (no aplicable a Dual Carrier) usan solamente una pequeña parte del tiempo o de la célula.


Tecnología de estándares 3GPP : LTE

De nuevo…..la comunidad de estándares pone sobre la mesa el conocimiento y la experiencia…….para conseguir una solución adecuada al usuario final.



Mapa de versiones en 3GPP

Estándares 3GPP y tendencias

Estándares 3GPP y tendenciasVERSION Released ¿G? Most important Features

Phase 1 1992 2G GSM Features

Phase 2 1995 2G GSM Features, EFR Codec,

Release 96 1997 Q1 2G GSM Features, 14.4 kbit/s User Data Rate,

Release 97 1998 Q1 2,5G GSM Features, GPRS

Release 98 1999 Q1 2,9G GSM Features, AMR, EDGE, GPRS for PCS1900

Release 99 2000 Q1 3G Specified the first UMTS 3G networks, incorporating a CDMA air interface[7]

Release 4 2001 Q2 3G Originally called the Release 2000 ‐ added features including an all‐IP Core Network[8]

Release 5 2002 Q1 3,5G Introduced IMS and HSDPA[9]

Release 6 2004 Q4 3,6G Integrated operation with Wireless LAN networks and adds HSUPA, MBMS, enhancements to IMS such as Push to Talk over Cellular (PoC), GAN[10]

Release 7 2007 Q4 3,7G

Focuses on decreasing latency, improvements to QoS and real‐time applications such as VoIP.[11] This specification also focus on HSPA+ (High Speed Packet Access Evolution), SIM high‐speed protocol and contactless front‐end interface (Near Field Communication enabling operators to deliver contactless services like Mobile Payments), EDGE Evolution.

Release 8 2008 Q4 3,9G First LTE release. All‐IP Network (SAE). New OFDMA, FDE and MIMO based radio interface, not backwards compatible with previous CDMA interfaces. Dual‐Cell HSDPA.

Release 9 2009 Q4 3,9G SAES Enhancements, WiMAX and LTE/UMTS Interoperability. Dual‐Cell HSDPA with MIMO, Dual‐Cell HSUPA.

Release 10 2011 Q1 4G LTE Advanced fulfilling IMT Advanced 4G requirements. Backwards compatible with release 8 (LTE). Multi‐Cell HSDPA (4 carriers).

Release 11 2012 Q3 4,5G Advanced IP Interconnection of Services. Service layer interconnection between national operators/carriers as well as third party application providers.

Release 12 2014 Q4 4,9G Content still open (as of October 2012). In 2013 new features proposed. Key for Critical Communications.


Mapa de versiones en LTE

Fuente: SK Telecom

Estándares 3GPP y tendencias Se añaden

nuevas bandas de frecuencia.

Dependiendo de los países hay cierto margen para añadir frecuencias adicionales.

Estándares 3GPP y tendenciasFDD Operating Bands.

Estándares 3GPP y tendenciasTDD Operating Bands.

Estándares 3GPP y tendenciasTecnología de estándares 3GPP: LTE.

Requisitos exigidos para LTE por la ITU:

Data Rate: Velocidades máximas de hasta 100 Mbps (downlink) and 50 Mbps (uplink) para 20MHz de ancho de banda, asumiendo dos antenas receptoras y una antena transmisora en el terminal.

Throughput: Velocidad efectiva por usuario, por Mhz, 3‐4 veces mejor en downlink que para la Release 6 de 3GPP Release 6 y 2‐3 veces para uplink.

Eficiencia espectral: Mismo objetivo que para el throughput. Latencia: En el Plano de Usuario menos de 30 ms y menos de 100 ms en

Plano de Control. Ancho de Banda: LTE soportará anchos de banda diferentes: 1.4, 3, 5, 10,

15 y 20 MHz. Interworking: with existing UTRAN/GERAN. Multimedia Broadcast Multicast Services (MBMS): MBMS se mejorará

respecto a lo actual. Costes: CAPEX y OPEX más reducidos, incluyendo toda la parte de

conectividad de acceso. Las interfaces serán abiertas y los equipos de diferentes suministradores compatibles entre si.

Estándares 3GPP y tendenciasTecnología de estándares 3GPP: LTE.

Resumiendo los requisitos exigidos para LTE:

Movilidad: El sistema debería estar optimizado para bajas velocidades (0‐15 km/h), pero soportará velocidades más altas, incluso el caso de los trenes de alta velocidad.

Disponibilidad de frecuencias: Se soportarán los esquemas pareados (Frequency Division Duplex / modo FDD) y no pareados (Time DivisionDuplex / modo TDD).

Co‐existencia: Co‐existencia en la misma zona geográfica de GERAN y UTRAN. Así mismo también es requisito la co‐existencia entre operadores en bandas adyacentes y zonas fronterizas.

Calidad de Servicio: Se debe soportar Calidad de Servicio extremo a extremo. Así mismo, también se soportará Voz sobre IP (VoIP), al menos con el mismo nivel de calidad que en el tráfico de voz en redes de conmutación de circuitos.

Sincronización de Red: La sincronización de diferentes ubicaciones de Red, no será obligatorio.

Estándares 3GPP y tendenciasTecnología de estándares 3GPP: LTE Resultado Final

Modulación OFDM para downlink y SC‐FDMA para uplink. Canales nuevos: físicos, lógicos y de transporte. Estrategias similares para retransmisiones, corrección de errores y

codificación de canal. Antenas múltiples: estrategias MIMO en terminales y Nodos B. Nuevo concepto de Resource Block (RB) y subportadora. Modos TDD y FDD.

Channel BW (MHz) 1.4 5 10 15 20

Number of RB 6 25 50 75 100

Number of Subcarriers 76 301 601 901 1201

Estándares 3GPP y tendenciasTecnología de estándares 3GPP: LTE Resultado Final

SC‐FDMA: Tasa binaria más alta posible en

uplink. Cobertura mejorada en los

extremos de las células. Coste de terminales más bajos y

mejora en rendimiento de consumo de batería.

Calidad de Servicio predefinida, con perfiles diferentes.

Estándares 3GPP y tendenciasTecnología de estándares 3GPP : ¿Y el LTE‐Avanzado?

Basado en Release 10 de 3GPP : Portadoras diferentes, anexadas, para conseguir mejor tasa binaria (Througput). SC‐FDMA mejorado. ICIC (inter‐cell interference coordination) mejorado. Más posibilidades y configuraciones MIMO.

Estándares 3GPP y tendencias¿Y qué pasa con Wi‐Max (Worldwide Interoperability for Microwave Access)?

Basado en el estándar IEEE 802.16e: Acceso TDD. Especificaciones definidas por WiMax Forum (similar a la GSMA). Se usa para conectividad P2P (backhaul) y conexiones móviles. Incorpora funcionalidad de movilidad (soft y hard handover entre

estaciones base). Soporta esquemas HARQ, MIMO, Antenas adaptativas, VoIP y QoS.

En algunos mercados se desplegó como tecnología de acceso móvil: USA y Asia.

La Release 2 mejora la anterior y es similar al LTE: MIMO 4x4, Carrier Aggregation hasta 1 Gbit/s pero con baja movilidad, pero entonces……..

Por qué no está teniendo éxito?

Estándares 3GPP y tendencias¿Y qué pasa con Wi‐Max (Worldwide Interoperability for Microwave Access)?

Razones por las que Wi‐Max no se ha adoptado de forma masiva: Compite con LTE. No hay bandas de frecuencias suficientes en algunos países. La “Alta velocidad” prometida no es tal: Los 30/40 Mbps en DL no

llegan más que a 3 Mbps en realidad. No tiene una sencilla integrabilidad con las tecnologías de acceso

móvil existentes: GSM, UMTS, CDMA. Los terminales no son tan accesibles en precio como los de LTE. Los principales operadores de USA han apostado abiertamente por

LTE. El futuro de Wi‐Max no está tan claro……con algunas “nubes” en el

panorama. Quedan algunos nichos de mercados en el horizonte como

alternativa a las redes propietarias y autogestionadas: Eléctricas, Aeronaúticas,….

Estándares 3GPP y tendenciasTecnología de estándares 3GPP : ¿Y el 4,5G y el 5G?

4,5G basado en la Release 11 (LTE‐B) de 3GPP….. CoMP (Coordinated Multipoint transmission/reception). Estructura de la portadora modificada para mejorar la

eficiencia energética y reducir el impacto de las interferencias.

Nuevos requisitos avanzados para terminales y para multi‐estaciones base que soporten todos los estándares: GSM, HSPA y LTE.

Mejora el acceso en zonas más pequeñas complementando con nodos B de menor rango, mejorando el rango de los nodos de baja potencia.

Estándares 3GPP y tendenciasTecnología de estándares 3GPP : ¿Y el 4,5G y el 5G?

Pre‐5G basado en Release 12 (LTE‐C) de 3GPP Mejoras en el acceso a las áreas locales (nodos B de cobertura

reducida y baja potencia bajo la influencia de una capa macro de cobertura).

Mezcla de modo TDD con FDD en áreas locales. Interacción de áreas locales con áreas macro – Soft Cells. Mejoras en esquemas de antenas múltiples basadas en MIMO. Lean Carrier: Mejora en la eficiencia energética de la Red. Comunicaciones M2M: smart power grids, e‐health, etc. Comunicaciones Device‐to‐Device: modo degradado sin conexión a

la Red (fall‐back).

Estándares 3GPP y tendencias Conceptos and Definiciones:

UTRAN: Universal Terrestrial Radio Access Network. UMTS: Universal Mobile Telecommunication System. HSDPA: High Speed Downlink Packet Access. HSUPA: High Speed Uplink Packet Access. HS‐DSCH: High Speed Downlink Shared Channel. HARQ: Hybrid Automatic Repeat Request. OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access. SC‐FDMA: Single Carrier‐Frequency Division Multiple Access. RB: Resource Block. TDD: Time Division Duplex. FDD: Frequency Division Duplex. MIMO: Multiple Input Multiple Output.

Estándares 3GPP y tendencias Estándares 3GPP en LTE:

RAN1(TS36.2xx): Radio Layer 1 RAN2(TS36.3xx): Radio Layers 2 y 3 RAN3(TS36.4xx): Interfaces Iub, Iuu, Iur y requisitos O&M RAN4(TS36.1xx): Prestaciones de estaciones base, pruebas de

conformidad para estaciones base y especificaciones para prestaciones radio desde un punto de vista del Sistema.

RAN5(TS36.5xx): Especificaciones para las pruebas de conformidad en terminales.

Estándares 3GPP y tendencias Estándares 3GPP en LTE: algunos ejemplos.

Spe c no. Title WG Re l- 8 Re l- 9 Re l- 10 Re l- 11 Re l- 12 Re l- 13 Obje c t

36.201 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E- UTRA); LTE physical layer; General description

R1 8 .3 .0 9 .1.0 10 .0 .0 11.1.0

36.211 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E- UTRA); Physical channels and modulation

R1 8 .9 .0 9 .1.0 10 .7 .0 11.4 .0

36.212 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E- UTRA); Multiplexing and channel coding

R1 8 .8 .0 9 .4 .0 10 .8 .0 11.3 .0

36.213 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E- UTRA); Physical layer procedures

R1 8 .8 .0 9 .3 .0 10 .10 .0 11.4 .0

36.214 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E- UTRA); Physical layer; Measurements

R1 8 .7 .0 9 .2 .0 10 .1.0 11.1.0 Measurements

36.216 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E- UTRA); Physical layer for relaying operation

R1 10 .3 .1 11.0 .0

36.300Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E- UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2

R2 8 .12 .0 9 .10 .0 10 .11.0 11.7 .0

36.302 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E- UTRA); Services provided by the physical layer

R2 8 .2 .1 9 .3 .1 10 .6 .0 11.4 .0

36.304 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E- UTRA); User Equipment (UE) procedures in idle mode

R2 8 .10 .0 9 .11.0 10 .6 .0 11.5 .0

36.305Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Stage 2 functional specification of User Equipment (UE) positioning in E- UTRAN

R2 9 .10 .0 10 .5 .0 11.3 .0

36.306 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E- UTRA); User Equipment (UE) radio access capabilities

R2 8 .9 .0 9 .8 .0 10 .10 .0 11.4 .0

36.307Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E- UTRA); Requirements on User Equipments (UEs) supporting a release- independent frequency band

R4 8 .9 .0 9 .9 .0 10 .8 .0 11.5 .0 12 .1.0

User Equipment

Air Interface

Services & Network

Evolución del LTE Para cumplir los requisitos del IMT‐Advanced es preciso evolucionar las Releases 8/9 Release 10.

Evolución del LTE Carrier Aggregation.

El modo CarrierAggregation está soportada, tanto en bloqueos contiguos como de bandas separadas, pero limitando cada componente a 110 Resource Blocks (RB).

Esta modalidad está más orientada a bloques de 20 MHz para evitar modificaciones en las especificaciones de: Scheduling, MIMO, Link Adaptation y HARQ.

Evolución del LTE Transmisión MIMO mejorada en tramo downlink.

Nuevas configuraciones MIMO de hasta 8 x 8 con información específica de referencia: Cada antena física transmite una señal

de referencia con objeto de medición y demodulación posterior.

Nuevas señales de referencia MBSFN (Multicast‐Broadcast Single Frequency Network).

Nuevas señales específicas de referencia en el terminal (DMRS).

Información de posicionamiento: Positioning reference signals (PRS).

Evolución del LTE Transmisión MIMO mejorada en tramo uplink.

Nuevas configuraciones de hasta 4x4.

Diversidad en Transmisión del terminal para mejorar la robustez y las prestaciones en los límites de la célula.

Códigos diferentes dependiendo del número de puertos en las antenas y número de ellas que se utilicen

Evolución del LTE Transmisión MIMO mejorada en UL/DL: Retos.

Los esquemas MIMO complejos requieren transceptores simultáneos en el eNB y en el terminal del usuario.

Se necesitan más antenas en el mástil y se incluyen los conceptos de puertos físicos y virtuales mayor complejidad en la gestión de los mismos.

Las antenas MIMO en el terminal se tienen que des‐correlar en un espacio muy limitado.

Los test de los esquemas MIMO en los terminales son muy complejos y poco efectivos.

Evolución del LTE Coordinated multipoint transmission and reception (CoMP).

Mejora las prestaciones, en general, en el borde de la célula.

Los eNB tiene que estar sincronizados por enlaces de alta velocidad para conseguir efectividad.

Evolución del LTE Enhanced ICIC (Inter‐Cell Interference).

En una Red Celular, un terminal conectado a su célula servidora (línea verde) experimenta interferencia en el límite de cobertura, de la célula más cercana (línea roja). Los terminales presentes en una célula también crean interferencias en el enlace uplink (líneas rojas de la izquierda), que no se pueden eliminar modificando la potencia de emisión.

En la Release 8, las interferencia se gestionan de varias formas: Aleatorización temporal del bit stream en la capa física. Cancelación de las interferencias en el receptor. Coordinación de la detección de interferencia entre varios eNB a través de la interfaz X2.

Evolución del LTE Enhanced ICIC (Inter‐Cell Interference).

En la Release 10 se definen dos nuevas funcionalidades para prevenir las interferencias inter‐célula en el tramo downlink de los canales de datos y control: Uno se aprovecha del Carrier Aggregation,

realizando la negociación de la capa física entre las diferentes portadoras.

La otra se basa en una multiplexación en el dominio del tiempo (TDM) utilizando “tramas ciegas” (almost blank sub‐frames ‐ ABS).

Como la Release 10 se centra especialmente en redes heterogéneas (HetNet) con nodos del tipo picocelular (PeNB), utilizando extensión de la cobertura y de la capacidad por medio de nodos residenciales (HeNB) y grupos cerrados de usuarios, se requieren funcionalidades más avanzadas en las estrategias de ICIC.

Cell Range Expansion

Evolución del LTE Releases 11 & 12: ¿qué aportan como valor diferencial?.

En la Release 11 las mejoras se centran en: Avances en la gestión de Redes Homogéneas y

Heterogéneas: Macro, pico, Small Cells, femtocells,… Más eficacía en la gestión de acceso a portadoras

únicas y multiportadoras (incluido el acceso en modo cross‐carrier)

Más opciones en anchos de banda de portadora. Coordinación más eficiente entre los dominios de

tiempo y frecuencia. TX y RX multipunto. Funcionamiento eficaz y movilidad (handoff y

handover) con otras tecnologías de acceso. Más opciones de capacidades y categorías de

terminales de usuario. Soporte de servicios Unicast y Broadcast.

Evolución del LTE Releases 11 & 12: ¿qué aportan como valor diferencial?.

En la Release 12 y 13 las mejoras se centran en: CoMP en redes con MIMO con una coordinación más

eficaz de la señalización. Gestión de las interferencias en Small Cells. Más posibilidades de conformado de haz en antenas

activas. Lean Carrier (reducción de carga de señalización en el

extremo de la célula) Optimización de comunicaciones M2M: con mayor

foco en IoT (Internet of Things). D2D – NW‐assisted proximity detection Local‐area enhancements (“Soft Cell”). Support of efficient backhaul offloading.

Evolución del LTE e‐MBMS: nuevos retos y oportunidades

eMBMS (Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service): Basado en la

funcionalidad MBMS definida en la Release 6.

Se realizan mejoras sucesivas en las Releases9‐10 y 11.

eMBMS pone el foco en LTE.

Impacto mínimo en coste adicional de Red.

Evolución del LTE e‐MBMS: nuevos retos y oportunidades

eMBMS (Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service): Difunde los mismos contenidos a varios usuarios en desde

diferentes células. Uso del MBSFN (Multimedia Broadcast over a Single

Frequency Network). Una transmisión MBSFN desde varias células, pero dentro

de una área MBSFN se ve como una única difusión para un terminal de usuario.

Se reutiliza la infraestructura LTE existente. Se pueden utilizar hasta un 60% de sub‐tramas para tráfico

eMBMS. Se pierde la posibilidad de utilización del MIMO, HARQ, y

del FSS (Frequency Selective Scheduling). Esto es debido a que se necesitan un Prefijo Cíclico extendido.

Evolución del LTE Release 14 y 15: ¿El verdadero 5G para el 2020?

En el Mobile World Congress de 2015 el NGMN publica un White Paper sobre el 5G, promovido principalmente por los operadores. Las principales recomendaciones se centran en los siguientes aspectos: Capacidad de la Red: Velocidad, Latencia y Conectividad. Experiencia de Usuario consistente y sostenible. Flexibilidad e Inteligencia en la Red. Eficiencia energética, Robustez y Fiabilidad. Innovación.

“5G is an end‐to‐end ecosystem to enable a fully mobile and connected society. It empowers value creation towards customers and partners, through existing and emerging use cases, delivered with consistent experience, and enabled by sustainable business models.”

NGMN 5G Vision

Evolución del LTE Las claves para incrementar la capacidad de tráfico en los próximos años va a

depender de 3 factores:

Incremento del espectro: Hay que reubicar y organizar las bandas existentes (re‐farming), así como utilizar técnicas inteligentes de Carrier Aggregation.

Mejoras en eficiencia espectral: Esquemas de modulación más altos hasta 256QAM, mejoras en CoMP y en ICIC. Mejoras de las técnicas MIMO y de los patrones de radicación de los arrays de antenas con hasta 64 elementos.

Alta densidad celular: Las Small Cells y un escenario de HetNets (Macro, micro, pico, femto) para mejorar el balance del tráfico y mejorar la capacidad de la Red.

56 x 6 x 3 = 1008

Evolución del LTE Future Radio Access (FRA): Visión de NTT docomo

Evolución del LTE Visión de SK Telecom (Corea del Sur)

Retomando los OBJETIVOS

• ¿Por qué es necesaria la tecnología LTE?

• ¿Para qué se ha desarrollado y cuál es su fin?.

• ¿Cómo se ha hecho y como evoluciona?

Nuevo ecosistema en Telco

Diferentes anchos de banda: 1,4; 3,5; 10; 15 and 20MHz Picos de througput proporcionales al ancho de banda:

100Mbps &20MHz (MIMO 2x2 en DL) and 50Mbps & 20MHz(1x2 en UL) Diferentes configuraciones de antena:

DL:4x2, 2x2, 1x2 and 1x1 UL:1x2 and1x1

Eficiencia espectral: DL: 3 á 4 veces la del HSDPA Rel.6 UL: 2 á 3 veces la del HSUPA Rel.6

Latencia Plano de Control < 50 – 100ms para establecer el Plano de Usuario. Plano de Usuario < 10ms desde el terminal de usuario hasta el Servidor.

Movilidad optimizada para velocidades < 15 km/h Prestaciones óptimas para velocidades de 120 Km/h Establecimiento de conectividad hasta 350 Km/h Cobertura: Buena hasta 5 Km y aceptable entre 5 y 30 Km.

Requisitos mínimos para LTE definidos por la ITU para el 3GPP

Nuevo ecosistema en Telco• Eficiencia espectral• Ancho de banda escalable• Reutilización de frecuencias.

Coste por bit

Las c

laves p

ara migrar

• Gestión de tráfico• Experiencia de Usuario (latencia)• Ancho de banda y Throuhgput

Innovador

• Compatibilidad• Estrategia de Red y Servicios• Evitar congestión de Red 3G

Complementario

Nuevo ecosistema en Telco• El comportamiento

de usuario final está cambiando.

• Las necesidades de manejo de datos se están incrementando.

• La latencia debe estar controlada para asegurar un nivel de calidad óptimo.

Nuevo ecosistema en Telco• La infraestructura 3G

está al límite en su capacidad de señalización.

• Es preciso reducir el OPEX en las tareas de Operación de Red.

• Un nuevo despliegue de Red tendría impacto en el CAPEX: posibilidad de reutilización, migración ordenada, compatibilidad, …

Mobile Data Traffic in Western Europe

Nuevo ecosistema en TelcoComparativa de tiempos de descarga en diferentes tecnologías


Mejores velocidaddes de navegación respecto al 3G/HSDPA Latencia más baja y controlada. Capacidad superior y gestionable. Toda la Red es IP y, además, reconfigurable. Nuevos dispositivos más inteligentes y capaces. Mayor disponibilidad de frecuencias, escalables conforme se

incrementa la infraestructura. Mayor capacidad de gestión de la estrategia de despliegue

de la Red para un Operador: OPEX/CAPEX “bajo control” .

Entonces el LTE significa……

Nuevo ecosistema en Telco ¿Qué tecnología se impondrá en el futuro?

De acuerdo a la opinión de la consultora Wiseharbor, el LTE Avanzado será la única tecnología capaz de absorber la demanda exponencial de tráfico de datos en el futuro próximo.


653 millones de usuarios LTE en 2016 y 1.300 millones en 2018. Europa representará el 13% del total.

El Roaming de datos crecerá de forma exponencial. Claves para el éxito del Roaming: Ubicuidad del servicio, compatibilidad hacia

tecnologías Legacy y Calidad de Servicio mejorada.

Nuevo ecosistema en Telco Los nuevos perfiles de uso

más demandados en LTE: Descarga de videos y ficheros

desde cualquier lugar. Dispositivos M2M ‐ Internet

de las cosas. Smart Cities. Servicios de roaming basados

en “paquetes” entre operadores.

Tráfico generado por usuarios de Juegos y VoLTE, de forma simultánea.

Comunicaciones críticas de seguridad pública utilizando las redes públicas o privadas LTE específicas para tal uso.

El RCS (Rich Communications Suite), promovido por la GSMA, podría ser uno de los servicios con más éxito, en tanto que se ligara a VoIP enriquecida.

Nuevo ecosistema en Telco Y con un alto porcentaje de nuevos terminales con movilidad….

Wireless data traffic from tablets and handsets, worldwide, 2012–2017 [Source: Analysys Mason, 2013]


El usuario demanda una mejor experiencia en los contenidos mayor valor añadido en la usabilidad.

Pantallas más grandes con definición HD.Mayor duración de las baterías. Tantas bandas de frecuencia como sean posibles para

roaming ¿Antenas activas?

Fabricante de Terminales

Diferentes puntos de vista, impacto y estrategias, dependiendo del actor implicado:

Nuevo ecosistema en TelcoFabricante de Terminales


Incremento del ARPU basado en el incremento de la tasa binaria (Data Rate) monetización franquicias de datos.

Nuevos contenidos y servicios de mayor valor añadido. Servicios especializados basados en las nuevas capacidades y

funcionalidades del LTE. Mejora de la tasa de abandono (Churn Rate) ofreciendo nuevos

paquetes convergentes (Bundling). Nuevos servicios y paquetes basados en roaming.

Operadores móviles ‐ Oportunidades


Continua la erosión de la mensajería SMS y la pérdida de ingresos de llamadas de voz en 3G.

Inversiones adicionales para retornos inciertos. Vender más velocidad y más franquicia de datos no es fácil

monetización de los datos. Más oportunidades para las OTT (Over The Top) al disponer de

mayor ancho de banda. Si no hubiera disponibilidad de más bandas de frecuencias existe

cierto riesgo para incrementar la capacidad y la velocidad 800 Mhz vs. 1800/1900 vs. 2600 Mhz en el caso de España.

Percepción del usuario: “si no es 4G no funciona bien”.

Operadores móviles ‐ amenazas


Políticas de paquetización entre diferentes tecnologías y coberturas asegurar un mínimo de experiencia de usuario.

No considerar cargos extra por uso del 4G Promocionar dispositivos de 4G no solamente de gama

alta. Utilización de nuevas funcionalidades de LTE que

mejoren la percepción del usuario sobre la nueva tecnología.

Realizar paquetizaciones Fijo‐Móvil (FTTH + 4G) para el caso de Telcos de gran tamaño.

Claves para el éxito del LTE

Nuevo ecosistema en Telco Despliegues


Próximos despliegues en LTE: la mayor parte se finaliza hasta 2016.

Source: Informa Telecoms & Media

Despliegues

Nuevo ecosistema en TelcoMercado de Small Cell: previsiones

Nuevo ecosistema en TelcoSiguiente paso: Cobertura. Situación en diferentes paises.

Enlaces recomendables

http://www.ngmn.org/home.htmlhttp://www.etsi.org/http://www.gsma.com/http://www.3gpp.org/http://www.smallcellforum.org/http://openmobilealliance.org/http://www.itu.int/es/Pages/default.aspxhttp://www.gsacom.com/

Enlaces interesantes

http://www.3gpp.org/News‐Eventshttp://4g‐portal.com/http://3g4g.co.uk/ (blog sobre LTE en general)http://telecoms.com/http://lteworld.org/blog/ (blog sobre LTE y noticias)http://www.rcrwireless.com/http://www.exploregate.com/LTE (tutoriales de LTE)http://www.eventhelix.com/lte/tutorial (más tutoriales) LinkedIn groups for LTE discussions.

normativa y evolución en lte

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