sem telecom - lte
DESCRIPTION
comunicación LTETRANSCRIPT
LTE – LONG TERM
EVOLUTIONS
SEMINARIO DE TELECOMUNICACIONES
Ing. Victor Hugo Cuevas B.
Desarrollo
• Introducción
• Evolución
• Arquitectura LTE
• Tecnologías empleadas
– OFDM
– MIMO
• LTE Advanced
• LTE en Bolivia
• Conclusiones
• El mundo de la telefonía móvil esta en continuo crecimiento y no
para de introducir nuevas tecnologías para ofrecer a los usuarios
un mejor servicio. Después de haber pasado por 1G, GSM, 2G,
GPRS, 3G, UMTS y la 3.5G, HSPA, ahora estamos muy cerca de
la llegada de la ultima generacion, la 4G, que podriamos definir
como “all-IP” donde se busca un sistema que permita conjugar
una capacidad multimedia con una movilidad plena.
• El aumento del uso de datos móviles y la aparición de nuevas
aplicaciones y servicios como Juegos Masivos Multi jugador
Online, televisión móvil, web 2.0, flujo de datos de contenidos
han sido las motivaciones para que el 3GPP desarrollase el
proyecto LTE.
Introducción
Introducción
¿QUE ES LTE?
Evolución a largo plazo o LTE, es una tecnología móvil de
banda ancha emergente que está enfocada para los
operadores de redes globales. LTE, estandarizado por 3GPP
Versión 8, es una evolución mejorada de GSM y
WCDMA/HSPA.
LTE esta diseñada para aumentar la capacidad de ancho de
banda y las velocidades de transmisión de datos, permitiendo
mejorar el rendimiento de las aplicaciones móviles y su
facilidad de uso.
• Aunque es cierto que un cambio en la tecnología de acceso
típicamente acompaña un cambio en la generación de tecnología
móvil (2G usa TDMA/FDMA y 3G usa CDMA), LTE se ha anunciado
como una tecnología 4G porque usa un nuevo método de acceso,
OFDM.
• LTE no es oficialmente una tecnología 4G. Puede ser visto como
los últimos pasos hacia ella, y por esta razón cada vez se habla
más de LTE como 3.9G.
Introducción…. LTE es 4G?
LTE – Advanced…si es 4G
• Luego de una evaluación detallada contra criterios técnicos y
operativos exigentes, la UIT determinó que “LTE - Advanced”
y “WirelessMAN-Advanced” deben recibir la denominación
oficial de IMT-Advanced. Al igual que las tecnologías más
avanzadas definidas actualmente para comunicaciones
móviles globales por banda ancha, IMT-Advanced es
considerada “4G”, aunque se reconoce que este término, no
esté definido, puede aplicarse también a las antecesoras de
estas tecnologías LTE y WiMAX, y a otras tecnologías de 3G
evolucionadas que brindan un nivel sustancial de mejora del
desempeño y las capacidades respecto de los sistemas
iniciales de tercera generación ya desplegados. (Finales de
2012).
Evolución * Release 99: primera versión de WCDMA desarrollada a finales de
1999, y que formó parte del conjunto de normas IMT-2000.
• Release 5: desarrollada en 2002, introdujo mejoras de velocidad en
las comunicaciones desde la red al usuario (enlace descendente)
conocidas como HSDPA.
• Release 6: concluida a finales de 2004, introdujo mejoras de
velocidad en las comunicaciones entre el usuario y la red (enlace
ascendente) conocidas como HSUPA
• Releases 7 a 10, son pasos hacia un acceso con mayor ancho de
banda, menor latencia y mayor capacidad para poder atender la
demanda de las zonas urbanas.
• Equipo de Usuario. Permite al usuario acceder a los servicios que
nos ofrece la red, se conecta a la red a través de la interfaz radio.
• Red de Acceso. Es la parte del sistema que realiza la comunicación,
transmisión radio, con los equipos de usuario para proporcionar la
conectividad con la red troncal.
• Red Troncal. Parte del sistema que se encarga del control de acceso
a la red celular, albergan equipos con funciones de conmutación de
circuitos, routing, bases de datos, etc.
Evolución. Arquitectura genérica de
sistemas celulares (2G y 3G)
SIM /
USIM
Evolución. Arquitectura genérica de
sistemas celulares (2G y 3G)
Requisitos de funcionamiento LTE
Características Técnicas de LTE
Arquitectura LTE
3GPP ha especificado tres tipos de redes de acceso diferentes:
GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network), UTRAN (UMTS
Terrestrial Radio Access Network) y E-UTRAN (Evolved UTRAN).
Arquitectura LTE
Arquitectura completa del sistema LTE, denominada
formalmente como Evolved Packet System (EPS).
La idea es la
misma que en las
otras
generaciones,
dividir el sistema
en los tres
elementos: Un
equipo de
usuario, una
nueva red de
acceso
denominada E-
UTRAN y una red
troncal
denominada EPC
Arquitectura LTE
• Los diferentes componentes han sido diseñados para soportar
todo tipo de servicios de telecomunicación mediante
mecanismos de conmutación de paquetes, por lo que no
resulta necesario disponer de un componente adicional para la
provisión de servicios en modo circuito (en el sistema LTE los
servicios con restricciones de tiempo real se soportan también
mediante conmutación de paquetes). En este sentido, EPC
constituye una versión evolucionada del sistema GPRS.
• Otra característica fundamental del sistema LTE es que
contempla también el acceso a sus servicios a través de
UTRAN y GERAN así como mediante la utilización de otras
redes de acceso que no pertenecen a la familia 3GPP (e.g.,
CDMA2000, Mobile WiMAX, redes 802.11, etc.).
• A diferencia de las redes de acceso de GSM y UMTS compuestas
por estaciones base (BTS, NodoB) y equipos controladores (BSC y
RNC) una red de acceso E-UTRAN está formada únicamente por
eNBs que proporcionan la conectividad entre los equipos de usuario
(UE) y la red troncal EPC.
Red de acceso Evolucionada
E-UTRAN
Un eNB se comunica con el resto de elementos del sistema mediante
tres interfaces: E-UTRAN: Uu, S1 y X2
• E-UTRAN Uu es la interfaz radio que comunica al usuario con la
estación base utilizando el canal radio. Todas las funciones y
protocolos que se necesitan para realizar el envio de datos y
controlar la interfaz se implementa en la eNB.
Interfaces E-UTRAN
• La interfaz X2, se utiliza para conectar los
eNBs entre si. Gracias a esta interfaz se
pueden intercambiar tanto mensajes de
señalización, destinados a permitir una
gestión mas eficiente de los recursos
radio, así como el trafico de los usuarios
del sistema cuando estos se desplazan de
un eNB a otro en el momento de un
traspaso (handover).
• Un eNB se comunica con la red troncal a través de la interfaz S1,
que a su vez se divide en otras dos, la S1-MME, que se utiliza para
el plano de control y S1-U para el plano de usuario.
• El plano de usuario se refiere a la torre de protocolos empleada
para el envió de trafico de usuario a través de dicha interfaz.
• El plano de control se refiere a la torre de protocolos necesaria para
sustentar las funciones y procedimientos necesarios para gestionar
la interfaz.
Interfaces E-UTRAN
• Esta separación entre las entidades de red,
una dedicada al plano de usuario y otra al de
control, nos permite dimensionar de forma
independiente los recursos de transmisión
necesarios para el soporte de la señalización
del sistema y para el envío del tráfico de los
usuarios.
Evolved NodeB (eNB)
• El eNB integra todas las funciones de la red de acceso. Por ello, en
el eNB terminan todos los protocolos específicos de la interfaz
radio. Mediante dichos protocolos, realiza la transmisión de los
paquetes IP hacia/desde los equipos de usuario junto con los
mensajes de señalización necesarios para controlar la operación de
la interfaz radio.
• Sin duda, la funcionalidad clave de un eNB consiste en la gestión
de los recursos radio. Así, el eNB alberga funciones de control de
admisión de los servicios portadores radio, control de movilidad
(p.ej, decisión de realizar un handover), asignación dinámica de los
recursos radio tanto en el enlace ascendente como descendente,
control de interferencias entre estaciones base, control de la
realización y del envío de medidas desde los equipos de usuario
que puedan ser útiles en la gestión de recursos, etc.
Evolved NodeB (eNB)
• Otra función importante introducida en la funcionalidad de un eNB
es la selección dinámica de la entidad MME de la red troncal EPC
cuando un terminal se registra en la red LTE. En E-UTRAN, a
diferencia de arquitecturas más jerarquizadas como GERAN o las
primeras versiones de UTRAN, un eNB puede estar conectado
simultáneamente a múltiples MMEs de la red troncal.
• Así, mediante la selección de qué entidad MME va a controlar el
acceso de cada usuario, es posible balancear la carga de
señalización entre diferentes MMEs así como aumentar la robustez
del sistema frente a puntos de fallo críticos.
Interfaz radio
• La interfaz radio soporta básicamente tres tipos de
mecanismos de transferencia de la información en el canal
radio: difusión de señalización de control, transferencia de
señalización de control dedicada entre un equipo de usuario y
el eNB y envío de paquetes IP.
El envío de paquetes IP entre el eNB y un equipo de usuario a través
de la interfaz radio se sustenta en una torre de protocolos formada por
una capa de enlace y una capa física.
• La capa de enlace se desglosa a su vez en tres subcapas: Packet
Data Convergence Protocol (PDCP), Radio Link Control (RLC) y
Medium Access Control (MAC). Cada capa/subcapa se ocupa de un
conjunto de funciones concreto y define el formato de los paquetes
de datos (e.g., cabeceras y colas) que se intercambian entre
entidades remotas.
• La capa física. Es la encargada de realizar la transmisión
propiamente dicha a través del canal radio. Alberga funciones de
codificación de canal, modulación, procesado asociado a las técnicas
de múltiples antenas de transmisión/recepción y mapeo de la señal a
los recursos físicos frecuencia-tiempo apropiados.
Protocolos de Interfaz de radio
Red troncal de paquetes
Evolucionada: EPC
El núcleo del sistema EPC está formado por tres entidades de red:
MME (Mobility Management Entity), Serving Gateway (S-GW) y Packet
Data Network Gateway (P-GW).
Junto con la base de datos
principal del sistema 3GPP
denominada HSS (Home
Subscriber Server), constituyen
los elementos básicos para la
provisión del servicio de
conectividad IP entre los equipos
de usuario conectados a través de
E-UTRAN y redes externas a las
que se conecta la red troncal EPC.
El SAE (Service Architecture Evolution) Gateway está conformado por
dos entidades lógicas, el Serving Gateway y el PDN Gateway, los
cuales cumplen la función de interface entre la red de acceso y las
diferentes redes de paquetes.
Service Architecture Evolution
Mediante el interface S4, basado en
protocolo GTP es la entidad involucrada
con el tráfico de usuario en caso de
movilidad entre LTE y otra tecnología
3GPP.
En caso de ser necesario disponer de
información del tráfico de usuario ante un
requerimiento judicial, se encarga de
replicar dicha información.
El Serving Gw se encarga entre otras de las siguientes funciones:
Interviene de forma activa en el proceso de movilidad cuando se
produce un traspaso (handover) entre eNBs.
• Por su parte el PDN GW se considera el punto de entrada/salida del tráfico
hacia/ desde el usuario, proporcionando conectividad hacia el resto de
redes externas y destacando las siguientes tareas:
A través del interface S7 se realiza la transferencia de las políticas de
calidad de servicio y tarifación que se aplican al tráfico de usuario entre el
PCRF y el PDN GW.
SAE Gateway…
◦ Facilita la movilidad
transparente y la continuidad
en las sesiones de usuario
cuando éste se desplaza
entre redes de acceso
tecnológicamente
heterogéneas, es decir desde
una red alineada con el 3GPP
(GSM, UMTS, HSPA) a otra
red no alineadas con el 3GPP
(Wimax o WiFi), o viceversa.
El MME es el nodo principal de acceso a la red LTE, administrando las interfaces de la red de acceso y el núcleo de la red. En este plano realiza las siguientes funciones:
• Control de acceso a red: Gestiona la autenticación y la autorización para los equipos de usuario. También facilita a los equipos la obtención de conectividad IP.
• Administración de radio: Encargado de gestionar los recursos de radio.
• Administración de movilidad: Proporcionan la interconexión para múltiples casos de uso como Inter-eNB y el Intger-RAT
MME (Mobility Management Entity)
• Administración de Roaming:
Soporta la entrada y salida de los
suscriptores móviles de otros LTE y
redes tradicionales.
• Administración de seguimiento de
zona: Asigna y reasigna la
identificación de área de zona.
HSS (Home Subscriber Server)
• Es la base de datos principal que almacena los datos de todos los
usuarios de la red. La información almacenada es tanto lo relativo a
la suscripción del usuario como lo necesario para la operatividad de
la red. Esta base de datos es consultada y modificada desde las
diferentes entidades de red encargadas de prestar los servicios de
conectividad o servicios finales (desde el MME de red troncal EPC y
también desde servidores de control del subsistema IMS).
• La información almacenada en la HSS que podemos encontrar:
identificadores universales del usuario, identificadores de servicio,
información de seguridad y cifrado, información relacionada con la
ubicación de un usuario en la red, etc. HSS se estandarizo en
3GPP R5 en base a la integracion de dos entidades definidas en
redes GSM y que se denominan HLR y AuC, a las que se les han
añadido funcionalidades adicionales necesarias para soportar el
acceso y la operativa del sistema LTE.
IMS (IP Multimedia Subsystem)
• Es un subsistema que proporciona los mecanismos de control
necesarios para la prestación de servicios de comunicación
multimedia que están basados en la utilización del protocolo IP a
los usuarios de la red LTE.
• El núcleo del subsistema IMS lo forman las entidades
denominadas CSCF (Call Session Control Function).
Básicamente, se trata de servidores SIP
• El Serving CSCF (S-CSCF) actúa como el nodo central de la señalización en
sesiones IMS. El S-CSCF actúa como servidor de registro SIP.
• El Proxy CSCF (P-CSCF) es un servidor SIP que actúa como la puerta de
entrada al subsistema IMS desde la red de conectividad IP.
• El Interrogating CSCF (I-CSCF) es un servidor SIP que actúa como puerta de
entrada de la señalización SIP proveniente de redes externas.
IMS (IP Multimedia Subsystem)
El IMS se estructura en tres capas:
• Transporte, representa la infraestructura de red IP.
• Control, aquí se ubican los servidores SIP en la gestión de sesiones
• Aplicación, residen los servidores de aplicación.
La idea es desplegar una infraestructura constituida por una serie de
elementos (servidores, base de datos, pasarelas) que se
comunicaran entre si mediante una serie de protocolos, la mayoría
estándares del IETF, y que nos permiten ofrecer servicios de voz y
video sobre IP, videoconferencia, mensajería instantánea, etc.
Equipos de Usuario
• El equipo de usuario (User Equipment, UE) contiene dos elementos
básicos: un modulo de subscripcion del usuario (SIM/USIM) y el
terminal móvil propiamente dicho (Mobile Equipment, ME). A su vez,
el SE ME considera dos entidades funcionales: la terminación móvil
(MT) y el equipo terminal (TE).
Equipos de Usuario
• Módulo de suscripción de usuario: La SIM/USIM esta asociada a
un usuario y por tanto es quien le identifica dentro de la red
independientemente del equipo móvil utilizado. La separación entre
SIM y ME facilita que un usuario pueda cambiar de terminal sin
necesidad de cambiar de identidad, de SIM.
• El equipo móvil (ME): en el se integran las funciones propias de
comunicación con la red celular, así como las funciones adicionales
que permiten la interacción del usuario con los servicios que ofrece
la red.
• Terminación móvil (MT): alberga las funciones propias de la comunicación.
• Equipo terminal (TE): equipo que se ocupa de la interacción con el usuario.
• Las tecnologías de nivel físico que se implementan en el sistema
LTE y que permiten alcanzar mayores niveles de capacidad y
eficiencia en el uso de los recursos radio que los sistemas
predecesores son:
• En el enlace descendente se usa la técnica de acceso múltiple
denominada OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple
Access) y para el enlace ascendente, la técnica denominada
CS-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access).
• Asimismo utiliza también las estructuras de transmisión y
recepción con múltiples antenas (MIMO).
Tecnologías de nivel físico
• La técnica de transmisión OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)
constituye un mecanismo de transmisión multi-portadora consistente en
multiplexar un conjunto de símbolos sobre un conjunto de subportadoras.
Gracias a las propiedades de ortogonalidad de dichas subportadoras, es
posible efectuar la transmisión simultánea de todos los símbolos
manteniendo la capacidad de separación de los mismos en recepción.
• La técnica de acceso múltiple OFDMA (Ortogonal Frequency Division
Multiple Access), utilizada en el enlace descendente de LTE, surge de
forma natural a partir de la modulación OFDM al considerar la posibilidad
de que los diferentes símbolos modulados sobre las subportadoras
pertenezcan a usuarios distintos. De esta forma, es posible acomodar
varias transmisiones simultáneas correspondientes a diferentes flujos de
información al viajar en subportadoras diferentes.
Tecnologías de Nivel Físico - OFDM
• Ventajas.
• Diversidad multiusuario: La asignación de subportadoras se realiza de
manera dinámica (scheduling).
• Diversidad frecuencial: es posible asignar a un mismo usuario
subportadoras no contiguas, lo que nos proporciona diversidad
frecuencial en la transmisión.
• Robustez frente al multitrayecto, gracias a la utilizacion del prefijo
ciclico.
• Flexibilidad en la banda asignada, nos proporciona una forma sencilla
de acomodar diferentes velocidades de transmision a los diferentes
usuarios.
• Desventajas.
• Elevada relacion entre la potencia instantanea y la potencia media
(PAPR).
• Susceptibilidad frente a errores en frecuencia.
Tecnologías de Nivel Físico - OFDM
• En el sistema LTE se ha optado por utilizar la técnica OFDMA para el enlace
descendente porque en la estación base se quieren técnicas que
incrementan la complejidad computacional para reducir el PAPR de la señal
OFDMA, y no es tan critica la eficiencia ni el coste de los amplificadores de
potencia. Sin embargo, en el terminal del usuario si que es crítico reducir el
consumo de potencia y conseguir por lo tanto una gran eficiencia en el
amplificador, por lo que se ha optado por una técnica de acceso de
portadora única.
• SC-FDMA se basa en unos principios de transmisión muy similares a los de
OFDM, pero en este caso se efectúa una pre codificación de los símbolos
que se van a transmitir previa al proceso de transmisión OFDM, lo que nos
permitirá reducir las variaciones en la potencia instantánea.
Tecnologías de Nivel Físico – SC-FDMA
• Multiple Input Multiple Output o MIMO es una tecnología de antenas
inteligentes, de arrays adaptativos empleada en algunas redes
inalámbricas, que aprovecha el fenómeno de multipropagación y
radiocomunicaciones en diversidad de espacio para conseguir una
mayor velocidad y un mejor alcance del que se consigue con las
antenas tradicionales.
• El sistema MIMO utiliza múltiples antenas tanto para recibir como
para transmitir. Una transmision de datos a tasa elevada se divide
en múltiples tramas mas reducidas. Cada una de ellas se modula y
transmite a través de una antena diferente en un momento
determinado, utilizando la misma frecuencia de canal que el resto
de las antenas. Debido a las reflexiones por multitrayecto, en
recepción la señal a la salida de cada antena es una combinación
lineal de múltiples tramas de datos transmitidas por cada una de las
antenas en que se transmitió.
Tecnologías de Nivel Físico - MIMO.
• La tecnología MIMO emplea varias antenas tanto en el transmisor
como en el receptor, y para un mismo ancho de banda y potencia
transmitida consigue mejores resultados que los sistemas SISO
(single input single output).
• Las tramas de datos se separan en el receptor usando algoritmos
que se basan en estimaciones de todos los canales entre el
transmisor y el receptor. Además de permitir que se multiplique la
tasa de transmisión (al tener mas antenas), el rango de alcance se
incrementa al aprovechar la ventaja de disponer de antenas con
diversidad.
Tecnologías de Nivel Físico - MIMO.
• El objetivo de 3GPP LTE Advanced es alcanzar y sobrepasar los
requerimientos de la ITU. LTE Advanced debe ser compatible y
compartir frecuencia de bandas con el primer lanzamiento de LTE.
• Uno de los importantes beneficios de LTE Advanced es la
capacidad de tomar ventaja de la topología avanzada de las redes;
redes optimizadas heterogéneas con una mezcla de macros con
nodos de bajo consumo como pico celdas, femtoceldas y nuevos
nodos de retransmisión.
• LTE Advanced también permite a los proveedores poder usar ultra
anchos de banda, hasta 100 Mhz de espectro soportando tasas de
datos realmente altas.
LTE Advanced
• Las propuestas para LTE Advanced fueron: – Sistema escalable de ancho de banda excediendo los 20 MHz,
potencialmente hasta los 100 MHz.
– Optimización de la interfaz aérea
– Red nómada y soluciones de movilidad
– Uso del espectro flexible
– Configuración y operación de la red automática y autónoma
– Precodificado mejorado y corrección de errores hacia adelante
– Administración de interferencia y supresión
– Asignamiento del ancho de banda asíncrono para FDD, OFDMA y SC-
FDMA híbrido en enlace de subida
– MIMO coordinado UL/DL inter eNB.
LTE Advanced
LTE de ENTEL, hasta en las capitales, la velocidad de descarga
no supera el umbral de 1 Mbps. Además, al realizar la conexión
con la aplicación incluida en el módem, aparece claramente el tipo
de red disponible: HSPA.
Aunque se ha notado el salto cualitativo de la velocidad de
conexión con HSPA, todavía no podemos hablar de alta velocidad, y
menos de 4G. Con HSPA, la velocidad debería poder alcanzar los
5Mbps, pero no se ha podido verificar en ninguna prueba. Si
hubiera 4G, el umbral debería poder alcanzar al menos 100 Mbps
en descarga y 50 Mbps en subida.
LTE en Bolivia
VIVA. Aunque en la web corporativa, se habla de “Internet 4G”, la
misma página aclara que se trata de conexión HSPA+ (conocida
también como 3G++), el escalón previo antes de alcanzar el 4G.
Claro, los que no tienen conocimientos técnicos no repararán en
esta diferencia, pero la velocidad que se vende como 4G tampoco
es real con Viva.
En las pruebas realizadas, la tasa de transferencia ni se acerca a
los 84Mbps de bajada (umbral teórico en HSPA+) ni siquiera en
las grandes ciudades, siendo muy inferior en comunidades más
alejadas.
LTE en Bolivia
TIGO.
Tigo es la empresa más honrada: en la web no hay referencia a 4G,
aunque se habla de “altas velocidades”. La misma web aclara que
la velocidad de descarga podría alcanzar los 2 Mbps, umbral
máximo de tecnología 3G en condiciones óptimas, a 3 pasos
por debajo del 4G.
LTE en Bolivia
En comunidades más alejadas se ha notado un rendimiento
superior a Viva, acercándose más a las velocidades ofrecidas por
Entel. Aún así, en una sencilla prueba de rendimiento, se puede
notar que la señal máxima alcanza 1Mbps (con picos puntuales de
hasta 1.1 Mbps) pero no es constante y a lo largo de la descarga
presenta fluctuaciones importantes, reduciendo la velocidad a
menos de 0.4 Mbps (velocidad máxima alcanzable en redes EDGE
de 2G):.
LTE en Bolivia
• LTE maneja el plano de datos de una manera directa en comparación con 3G esto permite que los datos viajen con una mayor velocidad debido a que no tienen que pasar por todos los nodos.
• A la luz de estos datos, podemos afirmar sin lugar a dudas que las velocidades disponibles con estas compañías ni siquiera se acercan a la transferencia habitual en tecnología 4G.
• La venta de conexión a Internet 4G responde más bien a una estrategia de marketing para hacer creer a la población que la infraestructura de telecomunicaciones es mejor de lo que realmente es.
• De momento en Bolivia no hay 4G. ¿Se podría hablar entonces de publicidad engañosa?
Conclusiones
• Preguntas …….
• Muchas gracias …….