1. IntroduccinLas empresas que ofrecen telefona mvil han llegado a dominar el campo de las telecomunicaciones, ofreciendo a sus usuarios un servicio conjunto tan extenso como su competencia. A pesar que las tecnologas de tercera generacin poseen velocidades mucho ms altas que las tecnologas de segunda generacin, todava hay ms oportunidades para que los operadores inalmbricos capten mayor mercado frente a la creciente demanda de banda ancha inalmbrica.La evolucin de la tecnologa celular mejora las caractersticas de cada estndar en cuanto a velocidad, capacidad y aspectos fundamentales que hacen que las generaciones anteriores queden de cierta manera obsoletas. La tecnologa 4G de los sistemas celulares inalmbricos est en auge, y su discusin sobre temas de inters viene probablemente desde la definicin formal de los sistemas de tercera generacin 3G. Debido a la creciente demanda de servicios mviles en cuanto a mayores velocidades de datos y calidad de servicio (QoS) , la tecnologa 3GPP trabaja de manera conjunta y paralela en dos estndares ,Long Term Evolution (LTE ) y System Architecture Evolution( SAE ) , destinadas a definir tanto la radiored de acceso ( RAN ) y el ncleo de la red del sistema. LTE / SAE , tambin conocido como el Sistema de Paquetes Evolucionado (EPS) , representa un paso enorme para la industria inalmbrica que tiene como objetivo proporcionar paquetes de alta eficiencia, baja latencia , y seguridad en el servicio . Entre las caractersticas principales se destaca parmetros de diseo de acceso de radio, este nuevo sistema que incluir OFDM con el fin de evitar la interferencia entre smbolos que normalmente limita el desempeo de los sistemas de alta velocidad, y MIMO tcnicas apropiadas para aumentar las velocidades de datos.3GPP empez a trabajar con la tecnologa inalmbrica 4G , y se introdujeron cambios relativamente menores en LTE , en particular las femtoceldas y la formacin de haz de doble capa , fueron predecesores de las futuras tecnologas LTE - Advanced y aadidas en este estndar. La definicin formal de la red inalmbrica de cuarta generacin , conocida como el proyecto de Telecomunicaciones Internacionales Mviles Avanzadas ( IMTAdvanced ) , fue finalmente publicado por la UIT -R a travs de una circular en julio de 2008 . El conjunto de requisitos de IMT-Advanced de alto nivel establecido por el UIT-R son los siguientes: Un alto grado de uniformidad de la funcionalidad de todo el mundo manteniendo la flexibilidad para apoyar una amplia gama de servicios y aplicaciones en una manera rentable. Compatibilidad de los servicios dentro de las IMT y con redes fijas. Compatibilidad de interconexin con otros sistemas de radio acceso. Dispositivos mviles de alta calidad. El equipo de usuario adecuado para su uso en todo el mundo. Las aplicaciones de fcil uso, servicios y equipos. A nivel mundial la capacidad de roaming. Las tasas de pico mejoradas para soportar servicios avanzados y aplicaciones (100 Mbit / s para alta movilidad y 1 Gbit / s para baja movilidad se establecieron como objetivos para investigacin).Todos los requisitos anteriores, a excepcin de la ltima, son de alto nivel, es decir, no cuantifican los requisitos de desempeo; adems que en gran medida han sido perseguidos ya por la industria. Cuando se trata de una descripcin detallada de los requisitos de IMT-Advanced, se han establecido metas explcitas para que el rendimiento promedio y celular de ltima generacin, as como a las velocidades de datos mximas sean habituales. Esta era una cuestin necesaria para abordarse ya que define la experiencia para el tpico usuario. Los requisitos para LTE-Advanced eran consecuencia de lo establecido para alcanzar o incluso mejorar las IMT-Advanced. Otros requisitos importantes son la compatibilidad con versiones anteriores de LTE- Advanced con LTE y la flexibilidad del espectro, es decir, la capacidad de LTEAdvanced para ser desplegado en diferentes espectros asignados ya que cada regin o pas tiene diferentes regulaciones. La cuestin principal ahora es desarrollar las tecnologas apropiadas que permiten a LTE Advanced cumplir con los objetivos propuestos. Desde una perspectiva de rendimiento del enlace, LTE ya alcanza tasas muy cercanas al lmite de datos de Shannon, lo que significa que el esfuerzo principal se debe hacer en la direccin de mejorar la relacin seal a interferencia y ruido experimentada por los usuarios y por lo tanto, proporcionar tasas de datos sobre una porcin ms grande de la clula. 2. Arquitectura de la red3GPP especifica 8 elementos y requisitos de la arquitectura de EPS que servir de base para las redes de prxima generacin. Las especificaciones contienen dos principales elementos de trabajo a saber : LTE y SAE ,que llevan especificaciones de la EPC, E-UTRAN y E-UTRA (acceso universal evolucionado de Radio Terrestre), cada uno de los cuales corresponde a: la red de ncleo, red de acceso de radio , y la interfaz de aire de todo el sistema respectivamente . La EPS proporciona conectividad IP entre un equipo de usuario (UE) y un paquete de datos extremo mediante E UTRAN. En la figura 1, proporcionamos una visin general de las EPS , paquetes de legado y Conmutacin de circuitos, elementos y 3GPP RAN , junto con las interfaces ms importantes . En el contexto de los sistemas de 4G , tanto la interfaz de aire y la red de acceso de radio estn siendo mejorados o redefinido ,pero hasta ahora la arquitectura de red de ncleo , es decir, el EPC , su transformacin no es plena de la ya estandarizada Arquitectura SAE .

Fig.1. Descripcin general de EPS para accesos 3GPP.2.1. Visin general de LTE-Advanced E-UTRANLa parte central en la arquitectura E-UTRAN es el mayor nodo B (eNodoB o eNB), que proporciona la interfaz de aire con el plano de usuario y el protocolo de plano de control en terminaciones hacia el UE. Cada uno de los eNBs es un componente lgico que sirve a una o varias clulas E-UTRAN , y la interfaz de interconexin de los eNB se llama la interfaz X2. Adems, Home eNBs (HeNBs, tambin denominadas femtoclulas), que son eNBs de menor costo para el mejora de la cobertura en interiores, se puede conectar a la EPC directamente o a travs de una puerta de enlace que proporciona un soporte adicional para un gran nmero de HeNBs.1 3GPP est considerando nodos de retransmisin y retransmisin sofisticada que son estrategias para la mejora de rendimiento de la red. Los objetivos de esta nueva tecnologa es incrementar la cobertura, ofrecer mayores velocidades de datos y rendimiento y mejor calidad de servicio asc omo la equidad para diferentes usuarios. En la figura. 2, se muestra la arquitectura de E-UTRAN para LTEAdvanced.

Fig.2. LTE-Advanced arquitectura E-UTRANLos eNBs proporcionan a la E-UTRAN los protocolos necesarios con el usuario as como protocolos de plano de control de terminacin. La figura. 3 da un resumen grfico de los dos protocolos. En el plano de usuario, se incluyen los protocolos que son el Protocolo de Datos por Convergencia de Paquetes (PDCP), el Radio Link Control (RLC), Control de Acceso al Medio (MAC), y los protocolos de la capa fsica (PHY). La pila de plano de control adems, incluye el control de recursos de radio (RRC)

Fig.3. Protocol Stack

Las siglas corresponden a los siguientes significados: NAS (Non-Access Stratum), RRC (Radio Resource Control), PDCP (Packet Data Convergence Protocol), RLC (Radio Link Control) MAC (Medium Access Control)En el contexto de los sistemas de 4G , tanto la interfaz de aire y la red de acceso de radio estn siendo mejorados o redefinidos ,pero hasta ahora la arquitectura de red de ncleo , es decir, el EPC , no tienen muchos cambios en comparacin de la ya estandarizada Arquitectura SAE . 3. Caractersticas Principales El objetivo principal para desarrollar an ms LTE-Advanced era ofrecer mayores tasas de bits de una manera rentable y al mismo tiempo, cumplir completamente los requisitos establecidos por la UIT para las IMT avanzadas, tambin conocida como 4G, entre las principales caractersticas tenemos: El aumento de la velocidad de datos mxima, DL 3 Gbps, UL 1.5 Gbps. Eficiencia espectral superior, de un mximo de 16bps/Hz en R8 a 30 bps / Hz en R10 . Aumento del nmero de abonados activos simultneamente. Mejora del rendimiento en los bordes celulares, por ejemplo para DL 2x2 MIMO al menos 2,40 bps / Hz / clula. Las principales nuevas funcionalidades introducidas en LTE-Advanced son Carrier Aggregation (CA), el aumento de la utilizacin de tcnicas de mltiples antenas y el apoyo a los nodos de retransmisin (RN).

4. Carrier AggregationUna de las formas para aumentar la capacidad de un sistema es simplemente agregar ms ancho de banda. Dado que es importante mantener la compatibilidad hacia atrs con R8 y R9 mviles el aumento de ancho de banda en LTE-Avanzada se proporciona a travs de la agregacin de los portadores de R8/R9. La agregacin de portador puede ser utilizado tanto para FDD y TDD. Cada portador agregado se conoce como un transportador de componentes. El portador de componente puede tener un ancho de banda de 1,4, 3, 5, 10, 15 o 20 MHz y un mximo de cinco portadores de componente se puede agregar. Por lo tanto el ancho de banda mximo es de 100 MHz. El nmero de portadores de agregados puede ser diferente en DL y UL, sin embargo el nmero de portadores de componente UL nunca es mayor que el nmero de portadores de componente DL. Los portadores de componentes individuales tambin pueden ser de diferentes anchos de banda, como se puede apreciar en la figura 4

Fig.4. Carrier AggregationLa forma ms fcil para organizar la agregacin es el uso de portadoras de componentes contiguos dentro de la misma banda de frecuencia (tal como se define para LTE), esto no siempre es posible debido a los escenarios de asignacin de frecuencias. Para la asignacin no contigua se conoce tambin como intra-band, es decir, los portadores de componentes pertenecen a la misma banda de frecuencia de funcionamiento, pero estn separados por un espacio de frecuencia, o podra ser inter-band, en cuyo caso los portadores de componentes pertenecen a diferentes bandas de frecuencia de operacin, como podemos apreciar en la figura5.

Fig.5. Carrier Aggregation intra e inter bandasCuando se utiliza la agregacin de soporte hay un nmero de servicio que ofrecen las clulas, uno para cada soporte de componente. La conexin RRC es manejada por una sola clula, la de servicio primario. Las otras componentes son todas referidas como portador de componentes Secundarios (DL y posiblemente UL SCC). En el inter-band de CA , la agregacin de portadoras en todos los tres portadores de componentes slo es posible para el UE negro, el UE blanco no est dentro del rea de cobertura de la portadora componente rojo, como podemos apreciar a continuacin en la figura 6.

Fig.6. Carrier Aggregation; servicio de clulas 5.- MIMO, Multiple Input Multiple Output MIMO se utiliza para aumentar la tasa de bits global a travs de la transmisin de dos o ms diferentes corrientes de datos para antenas diferentes, las cuales utilizan los mismos recursos tanto en frecuencia y tiempo, separados slo por el uso de las diferentes seales de referencia que se reciban por dos o ms antenas

Fig.7. MIMO 2x2Uno o dos bloques de transporte se transmiten por TTI. Un cambio importante en LTE-Advanced es la introduccin de MIMO 8x8 y 4x4 en la UL. MIMO se puede utilizar cuando S / N (seal a ruido) es alto, es decir, de alta calidad. Para situaciones con baja S / N, es mejor utilizar otros tipos de tcnicas de mltiples antenas en lugar de mejorar la relacin S / N, por ejemplo, por medio de TX-diversas .Para ser capaz de ajustar el tipo de esquema de transmisin de mltiples antenas, de acuerdo con la Figura 8, se ha definido un nmero de diferentes modos de transmisin (TM). El UE a travs de sealizacin RRC debe ser informado sobre el modo de transmisin que se va a utilizar. Hay nueve modos de transmisin diferentes, donde se introdujeron TM1-7 en R8, TM8 se introdujo en R9 y TM9 se introdujo en R10. En la UL hay TM1 y TM2, TM1 donde, por defecto, se introdujo en el R8 y TM2 se introdujo en R10. Los diferentes modos de transmisin difieren en: Nmero de capas Puertos de la antena utilizados Tipo de seal de referencia, la seal de referencia especfica de la clula (CRS) o Demodulacin seal de referencia (DM-RS), introducido en R10. Tipo de precodificacin

Fig.8. Figura 5. MIMO se recomienda para alta S / N En R10 tres nuevas categoras de la UE se introducen, categora 6 , 7 y 8 donde el UE de categora 8 es compatible con el mximo nmero de CC y 8x8 de multiplexacin espacial .En las tcnicas de mltiples antenas de precodificacin se utilizan para asignar los smbolos de modulacin en las diferentes antenas. El tipo de precodificacin depende de la tcnica de mltiples antenas utilizadas, as como en el nmero de capas y el nmero de puertos de antena. El objetivo con precodificacin es lograr la mejor recepcin posible de datos en el receptor .Hay que tener en cuenta que la seal se ver influenciada por la atenuacin de varios tipos, que tambin se pueden ver como algn tipo de codificacin causado por los canales de radio, estas seales de referencia conocidas sern transmitidos junto con los datos , y utilizados por el receptor para la demodulacin de la seal recibida .En R8 se aade la seal de referencia y despus de la precodificacin , se utiliza una CRS ( clulas especficas de seal de referencia ) por antena . A partir de los CRS recibidos la UE estima como el canal de radio de influencia de la seal. El uso de este junto con el conocimiento acerca de la precodificacin basada en el libro de cdigos utilizados, el UE puede demodular la seal recibida y regenerar la informacin enviada .En los DM- R10 los RSS ( Seales Demodulacin de referencia) se aaden a los diferentes flujos de datos antes de precodificacin . El conocimiento acerca de la seal de referencia proporcionar informacin acerca de la influencia combinada de canal de radio y de precodificacin, , este caso se conoce como precodificacin no basada en libro de cdigos , Figura 9 Fig.9. DL MIMO con precodificacin y seal de referencia6.- Nodos RelEn LTE - Advanced , la posibilidad para una eficiente planificacin de la red heterognea es decir, una mezcla de clulas grandes y pequeas se incrementa por la introduccin de nodos de retransmisin (RN) . Estos nodos proporcionan una mayor cobertura y capacidad en los bordes de celda , las reas de punto caliente y tambin pueden ser utilizados para conectar a las zonas remotas sin conexin de fibra . El nodo rel est conectado al Donante eNB a travs de una interfaz de radio y la ONU, que es una modificacin de la interfaz de aire E-UTRAN Uu. Por lo tanto en el donante de la clula los recursos de radio son compartidos entre UEs servidos directamente por el denb y los Nodos. Cuando el Uu utiliza diferentes frecuencias el nodo rel se conoce como un RN Tipo 1a , ver figura 10 . En el ltimo caso existe un alto riesgo de la auto interferencia en el nodo rel , cuando se recibe por Uu y transmite al mismo tiempo ( o viceversa ) . Esto se puede evitar mediante el intercambio de tiempo entre Uu y Un , o tener diferentes ubicaciones del transmisor y el receptor. El RN ser en gran medida compatible con las mismas funcionalidades que el eNB - sin embargo el denb ser responsable de la seleccin MME.

Fig.10. El nodo de retransmisin (RN) est conectado a la denb a travs de la interfaz de radio de la ONU7.- Operacin multipunto coordinada ( COMP) - R11LTE -Advanced sigue evolucionando, se agregan nuevas configuraciones de CA as como nuevas caractersticas introducidas en las prximas versiones de las especificaciones 3GPP , como Coordinated Multi Point (CoMP) introducido en R11.La principal razn para introducir CoMP es mejorar el rendimiento de la red en los bordes de las celdas. En CoMP una serie de TX de puntos proporcionan una transmisin coordinada en la lista , y una serie de RX (recepcin) proporcionan puntos de recepcin coordinada en la UL . Un punto de TX / RX constituye un conjunto de antenas de TX / RX localizados que proporcionan cobertura en el mismo sector. El conjunto de puntos de TX / RX- utilizados en CoMP puede ser o bien en distintos lugares, o localizados , estos no solo proporcionan cobertura en los diferentes sectores , sino que tambin puede pertenecer a la misma o diferentes eNBs . CoMP se puede hacer en de muchas maneras , y la coordinacin se puede hacer tanto para redes homogneas , as como redes heterogneas . En la figura 11 se muestran dos ejemplos simplificados para DL comp. En ambos casos los datos DL est disponibles para la transmisin a partir de dos puntos de TX. Cuando dos, o ms puntos de TX , transmiten en la misma frecuencia en el mismo bastidor auxiliar, se llama junta de transmisin.

Fig.11. DL Comp Conjunto de transmisin; dos puntos de TX transmiten a un UE en el mismo recurso de radio,Cuando se dispone de datos para la transmisin en dos o ms puntos de TX pero slo se programa un punto en cada subtrama se llama dinmica eleccin de punto. Para UL CoMP se programa una recepcin conjunta , un nmero de puntos de RX reciben los datos UL de un UE , y los datos recibidos se combinan para mejorar la calidad . Cuando los puntos de TX / RX son controlados por diferentes eNB se podra aadir un retardo adicional , ya que los eNB deben comunicarse .