LTE (tanto la evolución de la red de radio como la del núcleo) ya está en el mercado. La versión 8 se congeló en diciembre de 2008 y ha sido la base de la primera oleada de equipos LTE. Las especificaciones de LTE son muy estables, con la ventaja añadida de que se han introducido mejoras en todas las versiones posteriores del 3GPP.
La motivación de LTE
- Necesidad de asegurar la continuidad de la competitividad del sistema 3G para el futuro
- Demanda de los usuarios de mayores velocidades de datos y calidad de servicio
- Sistema optimizado de conmutación de paquetes sistema
- Demanda continua de reducción de costes (CAPEX y OPEX)
- Baja complejidad
- Evitar la fragmentación innecesaria de las tecnologías para el funcionamiento en banda emparejada y no emparejada
Resumen de LTE
Autor: Magdalena Nohrborg, para 3GPP
LTE (Long Term Evolution) o la E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Access Network), introducida en 3GPP R8, es la parte de acceso del Evolved Packet System (EPS). Los principales requisitos de la nueva red de acceso son una alta eficiencia espectral, altas velocidades de datos de pico, un tiempo de ida y vuelta corto, así como flexibilidad en la frecuencia y el ancho de banda.
GSM se desarrolló para transportar servicios en tiempo real, de forma conmutada por circuitos (azul en la figura 1), con servicios de datos sólo posibles a través de una conexión de módem conmutada por circuitos, con velocidades de datos muy bajas. El primer paso hacia una solución de conmutación de paquetes basada en IP (verde en la figura 1) se dio con la evolución de GSM a GPRS, utilizando la misma interfaz aérea y el mismo método de acceso, TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo).
Para alcanzar mayores velocidades de datos en UMTS (Sistema Móvil Terrestre Universal) se desarrolló una nueva tecnología de acceso WCDMA (Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha). La red de acceso en UMTS emula una conexión de conmutación de circuitos para los servicios en tiempo real y una conexión de conmutación de paquetes para los servicios de comunicación de datos (en negro en la figura 1). En UMTS, la dirección IP se asigna al equipo de usuario cuando se establece un servicio de comunicación de datos y se libera cuando se libera el servicio. Por lo tanto, los servicios de comunicación de datos entrantes siguen dependiendo del núcleo de conmutación de circuitos para la localización de personas.
El sistema de paquetes evolucionados (EPS) se basa exclusivamente en IP. Tanto los servicios en tiempo real como los servicios datacom serán transportados por el protocolo IP. La dirección IP se asigna al encender el móvil y se libera al apagarlo.
La nueva solución de acceso, LTE, se basa en OFDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal) y en combinación con una modulación de orden superior (hasta 64QAM), grandes anchos de banda (hasta 20 MHz) y multiplexación espacial en el enlace descendente (hasta 4×4) se pueden alcanzar altas velocidades de datos. La velocidad de datos máxima teórica en el canal de transporte es de 75 Mbps en el enlace ascendente, y en el enlace descendente, utilizando la multiplexación espacial, la velocidad puede llegar a ser de 300 Mbps.
La red de acceso LTE es simplemente una red de estaciones base, NodeB evolucionado (eNB), que genera una arquitectura plana (figura 2). No hay un controlador inteligente centralizado, y los eNBs están normalmente interconectados a través de la interfaz X2 y hacia la red central por la interfaz S1 (figura 2). La razón de distribuir la inteligencia entre las estaciones base en LTE es acelerar el establecimiento de la conexión y reducir el tiempo necesario para un traspaso. Para un usuario final, el tiempo de establecimiento de la conexión para una sesión de datos en tiempo real es en muchos casos crucial, especialmente en los juegos en línea. El tiempo de traspaso es esencial para los servicios en tiempo real, en los que los usuarios finales tienden a terminar las llamadas si el traspaso tarda demasiado.
Otra ventaja de la solución distribuida es que la capa del protocolo MAC, responsable de la programación, está representada sólo en el equipo de usuario y en la estación base, lo que permite una comunicación y unas decisiones rápidas entre el eNB y el equipo de usuario. En UMTS el protocolo MAC, y la programación, se encuentra en el controlador y cuando se introdujo HSDPA se añadió en el NB una subcapa MAC adicional, responsable de la programación HSPA.
El programador es un componente clave para conseguir un recurso radioeléctrico ajustado rápidamente y utilizado de forma eficiente. El intervalo de tiempo de transmisión (TTI) se establece en sólo 1 ms.
Durante cada TTI el programador del eNB deberá:
– considerar el entorno radioeléctrico físico por UE. Los UEs informan de su calidad radioeléctrica percibida, como entrada al planificador para decidir qué esquema de Modulación y Codificación utilizar. La solución se basa en una rápida adaptación a las variaciones del canal, empleando HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) con soft-combining y adaptación de la tasa.
– priorizar los requisitos de servicio QoS entre los UEs. LTE admite tanto los servicios en tiempo real sensibles al retardo como los servicios de comunicación de datos que requieren altas velocidades de pico de datos.
– informar a los UEs de los recursos de radio asignados. El eNB programa los UEs tanto en el enlace descendente como en el ascendente. Para cada UE programado en un TTI los datos del usuario se transportarán en un bloque de transporte (TB). DL puede haber un máximo de dos TBs generados por TTI por UE – si se utiliza la multiplexación espacial. El TB se entrega en un canal de transporte. En LTE el número de canales es menor que en UMTS. Para el plano de usuario sólo hay un canal de transporte compartido en cada dirección. El TB enviado en el canal, por lo tanto, puede contener bits de varios servicios, multiplexados juntos.
Para lograr una alta eficiencia espectral de radio, así como para permitir una programación eficiente tanto en el dominio del tiempo como de la frecuencia, el 3GPP eligió un enfoque de multiportadora para el acceso múltiple. Para el enlace descendente, se seleccionó OFDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal) y para el enlace ascendente SC-FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia de Portadora Única), también conocido como OFDMA por Transformada Discreta de Fourier (figura 3).
OFDM es una tecnología multiportadora que subdivide el ancho de banda disponible en una multitud de subportadoras ortogonales mutuas de banda estrecha. En OFDMA, estas subportadoras pueden ser compartidas por múltiples usuarios. La solución OFDMA conlleva una elevada relación pico-potencia media (PAPR) que requiere costosos amplificadores de potencia con elevados requisitos de linealidad, lo que aumenta el consumo de energía del emisor. Esto no es un problema en el eNB, pero daría lugar a teléfonos móviles muy caros. Por lo tanto, se seleccionó una solución diferente para el UL. Como se ilustra en la figura 3, la solución SC-FDMA genera una señal con características de portadora única y, por tanto, con una baja PAPR.
Para permitir un posible despliegue en todo el mundo y cumplir con el mayor número posible de requisitos normativos, LTE se desarrolla para una serie de bandas de frecuencias -bandas operativas E-UTRA- que actualmente van desde 700 MHz hasta 2,7GHz. Los anchos de banda disponibles también son flexibles, empezando por 1,4 MHz hasta 20 MHz. LTE se ha desarrollado para soportar tanto la tecnología dúplex por división de tiempo (TDD) como la dúplex por división de frecuencia (FDD). En la R8 hay 15 bandas especificadas para FDD y ocho bandas para TTD. En la R9 se añadieron cuatro bandas para FDD. En la R9 también se añadieron, por ejemplo, el servicio de multidifusión multimedia (MBMS) y el eNB doméstico (HeNB); véase la figura 4. El MBMS se utiliza para proporcionar información de difusión a todos los usuarios, por ejemplo, publicidad, y multidifusión a un grupo cerrado suscrito a un servicio específico, por ejemplo, televisión en streaming. El HeNB es un eNB de baja potencia que se utiliza en células pequeñas (femto células). Normalmente será propiedad del cliente, se desplegará sin ninguna planificación de red y se conectará al EPC (Evolved Packet Core) del operador.
Figura 4 Novedades en LTE R9: a) MBMS, b) HeNB.
Lectura adicional
– TS 36.211 Acceso Radio Terrestre Universal Evolucionado (E-UTRA); Canales físicos y modulación
– TS 36.212 Acceso Universal Terrestre Evolucionado (E-UTRA); Multiplexación y codificación de canal
– TS 36.213 Acceso Universal Terrestre Evolucionado (E-UTRA); Procedimientos de la capa física
– TS 36.300 Acceso Universal Terrestre Evolucionado (E-UTRA) y Red de Acceso Universal Terrestre Evolucionado (E-UTRAN); Descripción general; Fase 2
– TS 36.321 Acceso Universal Terrestre Evolucionado (E-UTRA); Especificación del protocolo de control de acceso al medio (MAC)
– TS 36.331 Acceso Universal Terrestre Evolucionado (E-UTRA); Control de Recursos de Radio (RRC); Especificación del protocolo
– TS 36.413 Red de Acceso Universal Terrestre Evolucionado (E-UTRAN); Protocolo de Aplicación S1 (S1AP)
– TS 36.423 Red Universal de Acceso Radio Terrestre Evolucionada (E-UTRAN); Protocolo de Aplicación X2 (X2AP)
Información histórica de LTE
El documento técnico UTRA-UTRAN Long Term Evolution (LTE) y 3GPP System Architecture Evolution (SAE) es un buen punto de partida.
Iniciado en 2004, el proyecto Long Term Evolution (LTE) se centró en la mejora del Acceso Universal Terrestre por Radio (UTRA) y en la optimización de la arquitectura de acceso por radio del 3GPP.
La serie de especificaciones 3GPP 36, cubre el «Acceso Universal Terrestre por Radio Evolucionado (E-UTRA)».
Vea también – la página de tecnologías sobre LTE-Advanced, que describe el trabajo más allá de la versión 8/9 de LTE.
…Obtenga detalles sobre cómo utilizar los logotipos de LTE y LTE-Advanced