LTE (Long Term Evolution)

Maestría en Redes de Comunicaciones - PUCE

Sistemas de Telecomunicaciones Integrantes:

Carlos Aguilar

Catalina Cobos

Juan Morales Avila

Jose Angel Ordóñez

LTE (Long Term Evolution)

LTE (LONG TERM EVOLUTION) Maestría en Redes de Comunicaciones - PUCE

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Sistemas de Telecomunicaciones

LTE (Long Term Evolution)

1. OBJETIVO GENERAL

Investigar y analizar la tecnología LTE (Long Term Evolution) para obtener una visión

global de su funcionamiento, sus ventajas y desventajas.

2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Analizar las tecnologías predecesoras de LTE.

Describir las características, arquitectura y técnicas de acceso utilizadas por LTE.

Conocer las aplicaciones y servicios que ofrece LTE.

Conocer la situación actual de LTE con respecto a las operadoras de telefonía

móvil.

3. INTRODUCCIÓN

Durante los últimos 20 años aproximadamente, las comunicaciones móviles han

evolucionado significativamente partiendo desde el sistema global para comunicaciones

móviles (GSM) hasta la tecnología (LTE) long term evolution en la actualidad.

La evolución de los medios cableados que ofrecen grandes tasas de transferencia de

datos, los requerimientos de mayor capacidad en redes inalámbricas, la necesidad de

reducir costos, han sido motivos para que el Proyecto Asociación de Tercera Generación

3GPP por sus siglas en inglés, iniciara en el año 2004 con la definición de objetivos de la

tecnología LTE, para luego en 2006 estandarizarla y en 2009 comenzar su despliegue.

De manera general con LTE se pretende proporcionar una tecnología de acceso por radio

de alto rendimiento, que ofrezca movilidad a grandes velocidades y que pueda coexistir

con tecnologías anteriores. Además sus principales objetivos están enfocados en mejorar

el rendimiento de la red para los usuarios, reducir latencia y utilizar de mejor manera el

espectro, lo que puede ser aprovechado por las operadoras para mejorar sus servicios.

Según la GSA o asociación global de proveedores de operadores móviles en su reporte

de agosto del 2013, indica que existen 202 redes LTE lanzadas comercialmente en 77

países, así como un total 1064 dispositivos de usuario final capaces de operar con esta

tecnología. En la siguiente gráfica se puede ver el crecimiento en cuanto a la existencia

de dispositivos LTE:


2

Fig.1 Crecimiento LTE

Así mismo GSA señala que en el último año se han anunciado 647 dispositivos LTE

nuevos, siendo los Smartphone los dispositivos con mayor oferta:

Fig.2 Distribución de terminales LTE


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4. HISTORIA y EVOLUCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS MÓVILES

La necesidad de comunicarse ha impulsado al desarrollo de varias tecnologías a lo largo

del tiempo, cada una con sus ventajas y desventajas, en la siguiente tabla se puede

apreciar las distintas generaciones que han marcado la historia de las comunicaciones

móviles:

GENERACIÖN HITOS IMPORTANTES

1G

Conocida como primera generación de telefonía móvil.

Se desarrolla en los años 80.

Los teléfonos utilizaban tecnología analógica.

Estándares utilizados:

◦ NMT (Nordic Mobile Telephone) en Europa

◦ AMPS (Advanced Mobile Phone System) en Estados Unidos

◦ TACS (Total Access Communications System) en Reino

Unido

◦ Otros: C-450, Radiocom 2000, RTMI, TZ-801, TZ-802, TZ-

803

Brindaba velocidades entre 28kbps y 56kbps

2G

Segunda generación de telefonía móvil.

Introducido en la década de los 90.

En esta generación ya se utilizó tecnología digital.

Integra nuevos servicios como: envío de mensajes de texto

SMS, encriptación de mensajes

Tecnologías utilizadas:

◦ GSM (Global System for Mobile Communications)

◦ TDMA (Time Division Multiple Access)

◦ CDMA one (Code Division Multiple Access)

◦ D-AMPS (Digital Advance Mobile Phone System

◦ PHS (Personal Handyphon System)

Se habla de telefonía 2.5G o 2.75G, esto simplemente es

utilizado para denominar a algunos teléfonos móviles 2G que

incorporan algunas mejoras del estándar 3G como GPRS y

EDGE en redes 2G.


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3G

Tercera generación, transmisión de voz y datos a través de la

telefonía movil.

Desplegado a partir del año 2000 aproximadamente.

Agrega la posibilidad de realizar videollamadas, descarga de

programas, correo electrónico y mensajería instantánea.


◦ EDGE (Enhanced data rates for GSM Evolution)

◦ UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems)

◦ CDMA2000 ( Code Division Multiple Access)

◦ HSPA (High Speed Packet Access)

Ofrece mayor seguridad en comparación con sus predecesoras.

Soporta el protocolo IP y velocidades de transmisión de 2Mbps

aproximadamente.

Su cobertura es limita, lo que puede ocasionar disminución en la

velocidad de transmisión.

Ampliamente utilizado en TV móvil, video conferencia,

telemedicina y GPS.

4G

Cuarta generación de telefonía móvil.

Su desarrollo inicia en el año 2004.

Completamente basada en el protocolo IP.

Sus servicios están enfocados en acceso móvil a la web,

telefonía IP, juegos, TV móvil en HD, video conferencia,

televisión 3D y cloud computing.


◦ HSPA+ (Envolved High Speed Packet Access) HSPA

Evolucionado

◦ LTE (Long Term Evolution)

◦ WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

Provee velocidades mayores a 100Mbps en movimiento y

1Gbps en reposo.

5G

Quinta generación, no definida y no oficial.

5G es utilizada en algunos proyectos de investigación

orientados a mejorar la actual 4G.

Se prevé que las tecnologías 5G remplazaran a 4G en el año

2020.


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A medida que las comunicaciones móviles han ido evolucionando de generación en

generación se han desarrollado varias tecnologías que en su momento sirvieron para

brindar conectividad móvil y ofrecer varios servicios de acuerdo a las capacidades y

limitaciones de cada tecnología; estas tecnologías están enmarcadas dentro de lo que se

conoce como tecnologías de la familia 3GPP.

3GPP (3rd Generation Partnership Project) que es un acuerdo de colaboración entre

varios organismos de estandarización, tiene como objetivo regular el desarrollo de

especificaciones técnicas para las comunicaciones móviles, en este sentido se han

desarrollado varias tecnologías que tuvieron lugar en cada una de las generaciones de

telefonía móvil antes mencionadas.

En la siguiente figura se puede observar la evolución cronológica de las tecnologías de

telefonía móvil:

Fig.3 Evolución de las tecnologías móviles

4.1. GSM (Global System for Mobile Communications)

Es una tecnología que por sus características es ampliamente utilizada por las operadoras

y sus clientes. Algunas de las características de GSM:

Calidad de voz, lo que significa una alternativa viable a la telefonía fija.

Roaming internacional, disponible en más de 219 países, permitiendo a los

usuarios viajar fuera de su país con sus dispositivos GSM conservando su número

telefónico.

Flexibilidad espectral, con la infraestructura de red y los dispositivos de usuario

disponibles en varias bandas, incrementa la capacidad de cobertura para los

usuarios.

Soporte para datos, incluye SMS y navegación WEB.

Variedad de productos, su popularidad a nivel mundial hace que sea un negocio

atractivo para fabricantes de dispositivos y desarrolladores de aplicaciones. Como

resultado los usuarios pueden disfrutar de una variedad de productos, ya sean

dispositivos o servicios de voz y datos.


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De manera general GSM es la base para el desarrollo de tecnologías 3G como GPRS,

EDGE, UMTS y HSPA, así como de tecnologías 4G como HSPA+, LTE y LTE-Advanced,

en el proceso de migración hacia cada tecnología se aprovecha la infraestructura

desarrollada en GSM guardando sus características, permitiendo compatibilidad de tal

manera que dispositivos de nuevas tecnologías puedan soportar servicios de tecnologías

anteriores.

4.2. GPRS (General Packet Radio Service)

Es una tecnología orientada a paquetes de datos, que permite a las operadoras brindar

servicios de datos como correo electrónico y acceso a Internet, es comúnmente conocida

como 2.5G ya que significa el primer paso de un operador GSM para migrar a 3G.

Algunas características de GPRS:

Aunque es una tecnología orientada a datos, ayuda a mejorar la transmisión de

voz. Mediante el uso de codificadores de voz se puede convertir la voz en señales

digitales, permitiendo además el manejo de llamadas simultáneas; lo que da como

resultado que las operadoras puedan enviar tráfico de voz sin la necesidad de

utilizar bandas adicionales.

Soporta velocidades máximas de descarga de hasta 115kbps, con velocidades

promedio de 40Kbps a 50kbps, siendo lo suficientemente rápido para el servicio de

mensajería multimedia y navegación web (similar a una conexión mediante acceso

telefónico por modem).

Al igual que GSM soporta roaming internacional.

Se basa en el protocolo IP, lo que posibilita acceso inalámbrico a otras redes

basadas en IP.

De igual forma que GSM, GPRS sirve como base para la migración hacia 3G.

4.3. EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)

Es una tecnología de tercera generación que permite altas velocidades de transmisión de

datos. Algunas características:

Soporta velocidades máximas de descarga de hasta 474kbps, con velocidades

promedio de 70Kbps a 130kbps.

La adopción de EDGE generalmente requiere software y tarjetas adicionales a la

infraestructura GSM/GPRS existente.

No requiere que la operadoras adquieran nuevas bandas para operar, lo que

permite desplegar servicios 3G rápidamente a bajos costos.

La mayoría de operadoras HSPA también ofrecen EDGE, sobre todo en zonas

rurales que aún no es factible o rentable llegar con HSPA, permitiendo a los


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usuarios mantener el beneficio de acceso a datos.

A medida que EDGE ha ido evolucionando, en cada versión se ha procurado

reducir la latencia que inicialmente eran de 500ms a 600ms hasta los 300ms.

Dentro de esta tecnología también se habla de EDGE Evolution, también llamada

Envolved EDGE o simplemente EDGE II, que es una versión actualizada de EDGE que

aplica muchas de las técnicas utilizadas en HSPA para reducir la latencia e incrementar la

velocidad de EDGE. Algunas características de EDGE evolution:

Incremento dramático de velocidad de transferencia con respecto a EDGE, se

estima un 200 a 300 por ciento.

Eficiente uso del espectro, 50 % más que EDGE.

Reduce latencias, permitiendo mejor la calidad de servicio en las comunicaciones.

4.4. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

Conocida también como WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), es una

tecnología de tercera generación que proporciona voz y datos de alta velocidad y es parte

de la ITU (International Telecommunication Union's). Algunas características:

Utiliza CDMA de banda ancha, por tal motivo se utiliza los términos UMTS y

WCDMA indistintamente.

Está basada en el protocolo IP y alcanza velocidades máximas de 350kbps.

Con la integración de HSPA para los servicios de paquetes de datos de alta

velocidad, UMTS-HSPA se ha convertido en la red de banda ancha móvil

dominante.

Ofrece alta eficiencia espectral para voz y datos, y transmisión simultánea de voz y

datos.

Soporte de altas densidades de usuarios con costos bajos de infraestructura.

Soporte para aplicaciones que requieren gran ancho de banda.

UMTS opera en una variedad de bandas, ofreciendo flexibilidad para el uso de las

bandas 450, 700, 850, 900, 1700, 1800, 1900, 2100 y 2600Mhz.

Las operadoras UMTS pueden usar una red común que soporte redes de múltiple

acceso por radio, incluyendo GSM, EDGE, WCDMA, HSPA. Esta red se denomina

UMTS multi-radio la misma que ofrece flexibilidad para la prestación de diferentes

servicios aprovechando la cobertura total.

En teoría la máxima velocidad de transferencia es de 2Mbps.


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Fig.4 Arquitectura Común Tecnologías Móviles

4.5. HSPA (High Speed Packet Access)

Es la tecnología de banda ancha móvil más utilizada, que combina tecnologías

posteriores y complementarias a 3G tales como 3.5G o HSDPA (High Speed Downlink

Packet Access) y 3.5G plus o HSUPA (High Speed Uplink Packet Access). Algunas

características:

4.5.1. HSDPA

◦ Es una actualización de UMTS/WCDMA y se ha convertido en el estándar de

comunicaciones móviles líder a nivel mundial.

◦ Aumenta las velocidades de descarga 3,5 veces que UMTS.

◦ Ampliamente utilizado para transferencia de archivos de gran tamaño,

streaming y navegación web a altas velocidades.

◦ Ofrece latencias entre 70ms y 100ms, lo que lo hace ideal para aplicaciones de

tiempo real como juegos interactivos, aplicaciones empresariales sensibles al

retardo, conexiones VPN.

◦ Mejora significativamente el rendimiento de UMTS, a través de técnicas como

HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request)

◦ Por lo general sólo requiere software y tarjetas adicionales, en lugar de

necesitar remplazar la infraestructura ya adquirida para UMTS.


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4.5.2. HSUPA

◦ Es una actualización de UMTS-/HSDPA que utiliza E-DCH (Enhanced

Dedicated Channel) o canal dedicado mejorado, para incluir mejoras.

◦ Las mejoras incluyen mayor rendimiento, menor latencia y eficiencia espectral.

◦ Mejora la velocidad de HSDPA de 384Kbps a una velocidad máxima de

5,8Mbps

HSPA es compatible con UMTS, EDGE y GPRS, lo que beneficia a usuarios que viajan a

zonas donde no es factible o rentable llegar con HSPA. Además beneficia a las

operadoras y desarrolladores de aplicaciones, ya que las aplicaciones diseñadas para

UMTS también funcionan en la red HSPA.

4.6. HSPA+ (High Speed Packet Access Plus)

También conocida como HSPA Evolution, utiliza algunas técnicas empleadas en LTE

(Long Term Evolution), algunas características:

Es una actualización de HSPA , incrementa su capacidad reduciendo la latencia a

50ms.

Podría igualar e incluso superar las capacidades de rendimiento de WiMAX móvil.

Combina MIMO (Multiple Input Multiple Output) y modulación 64QAM, para ofrecer

velocidades desde 28Mbps hasta 42Mbps.

Soporte para movilidad total, ofreciendo roaming internacional para voz y datos.

En la siguiente gráfica se puede apreciar la adopción de las diferentes tecnologías a lo

largo del tiempo:

Fig.5 Adopción tecnologías móviles


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En la siguiente gráfica se resume la velocidad ofrecida por las distintas tecnologías, así

como las frecuencias utilizadas:

Fig.6 Características de las tecnologías móviles


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En la siguiente gráfica se puede apreciar la latencia introducida por cada tecnología, a

medida que evoluciona la tecnología se logra reducir los tiempos de latencia.

Fig.7 Latencia en las tecnologías móviles


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5. LTE (LONG TERM EVOLUTION)

SISTEMAS MÓVILES DE CUARTA GENERACIÓN

La convergencia de redes y servicios, ha promovido que los usuarios puedan acceder a

varios servicios a través de una misma red. Es así que hoy en día, a través de un terminal

móvil, se puede acceder a servicios, tales como: llamadas de voz, servicios de correo,

servicios multimedia, navegación web, GPS, video conferencias, acceso a redes sociales

y entre otras; esto ha desembocado en la imperiosa necesidad de tener sistemas más

robustos, con mayores velocidades de trasmisión y con calidad de servicios. La tercera

generación de telefonía móvil, ha permitido estándares con velocidades de hasta 42 Mbps

para el enlace de bajada y 11 Mbps para el enlace de subida (Release 5, 6 y 7 de la 3GPP

- 3rd Generation Partnership Project), satisfaciendo de alguna manera la eficiencia en la

trasmisión de paquetes de datos. Sin embargo, el ámbito tecnológico, exige mejoras a la

prestación de servicios, es así que la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU), ha

establecido los requisitos necesarios para la cuarta generación de telefonía móvil, entre

los más representativos están: redes basadas totalmente en conmutación de paquetes y

transporte IP, tasas de trasmisión de 100Mbps para usuarios en movimiento y de 1Gbps

para usuarios fijos, anchos de banda escalables entre 5 y 20 MHz con opción de hasta 40

MHz y una mayor cantidad de usuarios por celdas. El camino evolutivo, desde la tercera

generación (3G) de telefonía móvil a la cuarta generación (4G), ha traído a la luz, la

tecnología LTE (Long Term Evolution), como un nuevo estándar para la telefonía

celulares, emitido por la 3GPP como parte del release 8. Si bien es cierto, éste estándar

no cumple con los requerimientos para la cuarta generación de telefonía móvil, presenta

una mejora muy notable, respecto a los estándares celulares de 3G (UMTS) y 3.5G

(HSDPA y HSUPA). LTE, junto con HSPA+, son consideradas tecnologías de la

generación 3.9G, próximas a la 4G. LTE permite tasas de transmisión pico en bajada,

entre 100 y 300 Mbps; y velocidades de subida de 75 Mbps. Cabe señalar, que LTE,

vendría a constituirse en el primer sistema “All IP”, que permita ofrecer servicios de voz,

basado completamente en conmutación de paquetes.

Una de las características importantes de LTE, es permitir la coexistencia e

interoperabilidad con las generaciones móviles predecesoras, garantizando de esta

manera la escalabilidad tecnológica.

6. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS LTE

El “Proyecto Asociación de Tercera Generación” o más conocido por el acrónimo inglés

3GPP, es una asociaciones de grupos de telecomunicaciones, cuyo objetivo principal, fue

asentar las especificaciones para un sistema global de comunicaciones de segunda

generación 2G para móviles, basándose en las especificaciones del proyecto

internacional de telecomunicaciones móviles 2000 propuesto por la ITU. Posteriormente,

este objetivo se amplió para cumplir con los requerimientos de la tercera y cuarta

generación de telefonía móvil. La 3GPP, según la evolución de las tecnologías, ha

http://es.wikipedia.org/wiki/3G

http://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_Internacional_de_Telecomunicaciones


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estructurado sus estándares como releases o versiones. LTE, es un estándar del release

8 de la 3GPP, cuyas características funcionales le han dado la connotación de tecnología

casi 4G. Dentro de las características más representativas de esta tecnología están:

6.1. Modos de operación

El interface de radio LTE, ha sido diseñado para operar tanto con bandas pareadas (FDD)

como con no pareadas (TDD). En el modo de operación FDD, el transmisor y el receptor

operan con diferentes frecuencias de portadora, para el enlace ascendente y

descendente, lo suficientemente separadas para que no interfieran. En cambio, en el

modo de operación TDD, la transmisión de enlace ascendente y descendente ocurren en

diferentes intervalos de tiempo que no se solapan entre sí, para este caso el enlace

ascendente y descendente, utilizan las mismas frecuencias de portadora. Estos modo de

operación, permiten una flexibilización en el uso del espectro, haciendo que su gestión

sea más eficiente. El estándar define hasta 40 posibles bandas de operación trabajando

bien en modo FDD o en TDD.

6.2. Modos de Acceso

La tecnología LTE emplea un tipo de acceso denominado OFDM (Orthogonal Frequency

Division Multiplexing), donde en lugar de enviar la información en una sola portadora, esta

se transmite en múltiples portadoras. El proceso que realiza OFDM, es pasar un bloque

del flujo de la información de un formato serial a uno paralelo, después cada elemento es

modulado en una portadora ortogonal, lo cual permite que no se presente interferencia

entre ellas, estas portadoras ortogonales son conocidas como Sub-Portadoras. Estas

técnicas, empleadas en LTE, ayudan a minimizar el efecto de las múltiples trayectorias en

el momento de la recepción, de esta forma se tiene mayor confiabilidad en el sistema de

comunicación.

LTE utiliza la técnica de acceso OFDM para el enlace descendente, lo cual le da a la

transmisión robustez frente a interferencia y SC-FDMA para la trasmisión del enlace de

ascendente, con lo que incrementar la eficiencia en la amplificación de potencia para la

trasmisión.

Fig.8 Modo de Acceso OFDM


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6.3. Ancho de banda

El sistema LTE se caracteriza por ofrecer un ancho de banda flexible, que permite

alcanzar altas velocidades de transmisión. En este sentido, los posibles anchos de banda

contemplados para LTE son: 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz y 20 MHz, siendo ésta

última la considerada para alcanzar velocidades de transmisión en el orden de 100 Mbps

para el enlace descendente.

En LTE, la mínima estructura de modulación o el elemento base se llama “Resource

Element – RE” que es formado por un símbolo (conjunto de bits) y una sub-portadora,

estos a su vez se agrupan en un bloque de 6 o 7 símbolos por 12 Sub-portadoras para

formar un “Resource Block – RB”, el cual se constituye en el mínimo elemento de

información que puede ser asignado por el nodo a un terminal móvil. Cada RB “Resource

Block”, tiene un ancho de banda definido y la agrupación de RB proporcionan un ancho de

banda total para esta tecnología. Un RE es una subportadora de 15 kHz por cada

símbolo, por lo tanto el ancho de banda de una RB es 15KHz por 12 subportadoras, lo

que da un ancho de banda total de 180KHz para cada RB.

Fig.9 Mínima estructura LTE

En LTE, los anchos de banda nominales están relacionados con el número de RB

(Resource Block) y el número de portadoras.

Fig.10 Anchos de banda LTE

6.4. Esquemas de modulación

Una forma directa para ofrecer altas velocidades de transmisión de datos dentro de un

determinado ancho de banda, es el uso de modulaciones más robustas y de orden

superior. Los posibles esquemas de modulación para LTE son: QPSK, 16QAM y 64QAM

para el enlace descendente (DL); y para el enlace ascendente (UL), QPSK y 16 QAM.

Opcionalmente se contempla la posibilidad de incluir 64 QAM en el enlace ascendente en

función de las capacidades de los terminales móviles.


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6.5. Tecnologías MINO

Las técnicas multi-antena es fundamental para la tecnología LTE, esto se refiere en

general, a las estructuras de transmisión y/o recepción que utilizan diversas antenas de

los terminales móviles, acompañadas de técnicas de procesado de señal con distintos

niveles de complejidad. Para el caso de LTE, las técnicas utilizadas son:

Para el enlace descendente: Tx diversity, Rx diversity y Single-User MIMO (up to

4x4)

Para el enlace ascendente: Multi-User MIMO

Fig.11 Tecnologías de acceso MIMO

6.6. Tasa de trasmisión Pico

El ancho de banda del canal, está directamente relacionada con la velocidad de

transmisión alcanzable, de manera que para alcanzar mayores velocidades de

transmisión se requiere aumentar el ancho de banda.

En el caso de LTE, se pueden alcanzar velocidades de transmisión en el orden de 100 a

300 Mbits/s en el enlace descendente, si se considera un ancho de banda de 20 MHz y el

uso de antenas MIMO 4x4. Para el enlace ascendente, considerando modulación 64QAM,

se pueden alcanzar velocidades teóricas de hasta 86 Mbps en el UL.

Básicamente se tienen los siguientes valores para las tasas de trasmisión:

Downlink: 150 Mbps (2x2 MIMO, 20 MHz, 64QAM);

300 Mbps (4x4 MIMO, 20 MHz, 64QAM)

Upliknk: 75 Mbps @ 20 MHz BW, 64QAM


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6.7. Tipos de servicio

LTE, es una red de conmutación de paquetes, que funciona bajo el concepto de “All IP”,

por lo cual, es posible trasmitir todo tipo de tráfico por medio de esta red. Tiene

compatibilidad con los servicios de voz y datos. Sin embargo, la voz debe ser trasmitida

mediante protocolo SIP (VoIP).

6.8. Bandas de Frecuencia

A continuación se presenta un resumen de las bandas de frecuencia definidas para el

despliegue de LTE.

Banda

Banda para enlace

ascendente (Uplink)

Banda para enlace

descendente (Downlink)

Tipo de

Duplexado

1 1920MHz–1980MHz 2110MHz–2170MHz FDD








9 1749.9MHz–1784.9MHz 1844.9MHz–1879.9MHz FDD


11 1427.9MHz–1452.9MHz 1475.9MHz–1500.9MHz FDD




15 1900MHz-1920MHz 2600MHz-2620MHz FDD

16 2010MHz-2025MHz 2585MHz-2600MHz FDD


24 1626.5MHz-1660.5 MHz 1525MHz-1559MHz FDD

30 2305MHz - 2315MHz 2350 MHz- 2360MHz FDD

33 1900MHz–1920MHz 1900MHz–1920MHz TDD








Fig.12 Bandas de frecuencia


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La separación entre las bandas para Uplink y Downlink va de 10 MHz a 680 MHz.

En las bandas 13, 14, 30 y 24 están invertidas en el Downlink y Uplink.

Las bandas 15 y 16 son especificadas por la ETSI para solo ser usadas en

Europa.

7. ARQUITECTURA DE RED GENÉRICA.

Fig.13 Arquitectura de red móvil genérica

7.1. Terminal de Usuario

Lo conforman todo dispositivo que permita al usuario, acceder a los servicios de la

red móvil. El equipo de usuario puede incluir una tarjeta inteligente que contenga

la información necesaria para permitir el registro del equipo en dicha red.

7.2. Red de Acceso de radio

Básicamente, funciona como el interface de comunicación entre el terminal de

usuario y la red troncal de servicios. Esta etapa de la red móvil, proporciona los

servicios para transportar la información generada por los terminales de usuario,

ya sean estos datos, voz o señalización, hacia o desde la red troncal. La red de

acceso de radio, es la encargada de gestionar los recursos del espectro

radioeléctrico de una manera eficiente.

La red de acceso está constituida, por estaciones base, nodos y equipos

controladores de estación base, esto dependiendo de la tecnología móvil utilizada;

en 2G se utilizan las BTS (Estación Base) y BCS (Controlador de estación base);

en 3G, nodo B y RNC (Controlador de la red de radio); y en 4G, los eNodoB.

7.3. Red troncal

Es la parte del sistema encargada del procesamiento de la información transmitida

desde lo terminales de usuario, de la gestiones de movilidad, de la gestión de

sesiones de datos y de la administración de circuitos utilizados para transportan la


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información; además provee los mecanismos de interconexión con otras redes. En

esta etapa se analiza el perfil del usuario, en función del cual, se proporciona los

servicios contratados (telefonía, datos, SMS, MMS, video conferencia etc). Esta

entidad de red, permiten también funciones de conmutación, enrutamiento,

almacenamiento de la información, registro de terminal de usuario, autenticación y

control de acceso a la red celular. Los equipos utilizados y su denominación,

varían en función de la tecnología celular utilizada; 2G-Circuit Switched Core, 3G-

Packet Switched Core y 4G-Envolved Packet Core.

8. ARQUITECTURA DE RED LTE

La arquitectura del sistema LTE se diseñó en base a tres requisitos fundamentales:

conmutación de paquetes, baja latencia y costos reducidos. Para lograr los objetivos, se

planteó una arquitectura con la menor cantidad de nodos e interfaces posibles para su

funcionamiento.

Fig.14 Arquitectura LTE

8.1. Terminal de Usuario

En LTE se han definido categorías para los terminales de usuario (Celulares o Smart

Phone o Data Card) los cuales están relacionados con la tasa de transmisión del

DownLink (DL) y UpLink (UL), así como los esquemas de modulación que puede soportar

cada categoría.

Fig. 15 Categorías terminales móviles LTE


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8.2. EUTRAN

La red de acceso de LTE está formada por un único elemento de red llamado eNodoB

(nodo B evolucionado) que constituye la estación base de EUTRAN

Los eNodosB integran todas las funciones de la red de acceso, que eran llevadas a cabo

por las estaciones base (BTS), controladores de estación base (BSS), NodoB y

Controlador de la red de radio (RNC), en los sistemas móviles 2G y 3G. En este sentido,

las funciones que realizan los eNodoB incluyen:

Gestión de recursos radio,

Control de admisión de radio,

Control de la movilidad,

Trasferencia de paquetes,

Asignación dinámica de los recursos tanto en uplink como en downlink,

Seguridad en la interfaz radio, y

Conectividad con la red troncal EPC

8.3. EPC (Evolución del Core de Paquetes)

El diseño de la red troncal EPC ha sido concebido principalmente para proporcionar un

servicio de conectividad IP, para permitir el acceso a las distintas redes externas y

plataformas de servicios, mediante una arquitectura de red optimizada que permite

explotar las nuevas capacidades que ofrece la red de acceso EUTRAN.

Los elementos principales del EPC son: el MME (Mobility Management Entity), el S-GW

(Serving Gateway) y el P-GW (Packet Data Network Gateway), pero además de estas

entidades se encuentran también el HSS (Home Subscriber Server) y el PCRF (Policy

Control and Charging Rules Función); juntas constituyen los elementos básicos para la

provisión de servicios al usuario y para la provisión de conectividad entre los terminales y

la interconexión con otras redes.

8.3.1. MME (Mobility Management Entity)

Se encarga de las funciones de establecimiento, mantenimiento y liberación de los

servicios de radio portadora (Bearers), así como el establecimiento de la conexión y la

seguridad entre la red y el terminal de usuario (UE). Además provee las funciones de:

Gestión de movilidad

Autenticación y control de acceso

Control de sesiones

Ubicación de los terminales UE en la red

Selección de los S-GW/P-GW

Señalización de nodos Inter Core para movilidad entre LTE y 2G/3G

Encriptación


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8.3.2. S-GW (Serving Gateway)

Se encarga de las funciones de:

Punto de anclaje local para la gestión de movilidad entre LTE y redes 3GPP (inter-

eNB e inter-3GPP)

Almacenamiento de datos de usuarios que se hayan registrado en la red.

Enrutamiento y redirección de paquetes enviados desde el terminal de usuario.

8.3.3. P-GW (Packet Data Network Gateway)

La entidad P-GW, se encarga de la asignación de direcciones IP a los terminales de

usuario y de los mecanismos de control de los parámetros de calidad de servicio para las

sesiones de datos establecidas a través de la red LTE.

Además, provee la conectividad hacia las plataformas de servicio multimedia y del acceso

a otras redes, como por ejemplo al Internet.

8.3.4. HSS (Home Subscriber Server)

Es la base de datos principal del sistema, que contiene la información de los subscriptores

aprovisionados, autenticados y autorizados al servicio. Además, proporciona la

administración de los perfiles de QoS (Quality of Service), roaming, enrutamiento entre

múltiples HSS´s, aprovisionamiento de servicios y de la dinámica del usuario.

8.3.5. PCRF (Policy Control and Charging Rules Function)

Se encarga de controlar los servicios portadores que ofrece la red LTE y de los

mecanismos de tarificación; básicamente realiza las siguientes funciones:

El Control de los flujos y políticas de servicio

Gestión de política

Gestión de recursos

Política de gestión de cuotas (MB contratados)

Flujos de datos en función de las políticas establecidas

La autorización de los recursos QoS.

Tarificación de servicios.

El diseño de la arquitectura LTE, ha sido pensado con el propósito de permitir la inter-

operación de la red LTE con red 2G y 3G, como parte inherente de la propia evolución de

los sistemas de comunicaciones móviles.

A continuación se muestra de manera general, la interoperación entre las arquitecturas de

red móvil.


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Fig. 16 Interoperación Arquitecturas moviles

9. EQUIPOS DE RED LTE

A nivel mundial muchos proveedores de servicios han desarrollado equipos para el core

de red LTE. A continuación se hará mención de algunos proveedores de servicios de

telecomunicación y de sus productos disponibles para la red LTE:

9.1. Cisco

Con su plataforma “Cisco ASR 5000”, proporciona dentro de la red LTE, los servicios de:

Mobility Management Entity (MME), Serving Gateway (SGW) y PDN Gateway (PGW).

9.2. Alcatel-Lucent

Cuenta con varios productos que constituyen la red troncal de LTE, entre los cuales están:

Para las funciones de la MME (Mobility Management Entity), el Alcatel-Lucent

9471

Para las funciones de S-GW (Serving Gateway) y P-GW (Packet Data Network

Gateway), el Alcatel-Lucent 7750 SR

Para el HSS (Home Subscriber Server), el Alcatel-Lucent 8650

PCRF (Policy Control and Charging Rules Function), el Alcatel-Lucent 5780 DSC

Todas estos equipo pueden ser gestionados a través de la plataforma “5620 SAM”,

propia de Alcatel.

http://www.alcatel-lucent.com/wps/DocumentStreamerServlet?LMSG_CABINET=Docs_and_Resource_Ctr&LMSG_CONTENT_FILE=Data_Sheets/5780_DSC_EN_Datasheet.pdf


22

9.3. Huawei

De la misma manera que la empresa Alcatel, Huawei cuenta con productos individuales

para cada las diferentes entidades de la red LTE:

Para la funciones de eNodoB, por ejemplo: DBS3900 y BBU3900

Para las funciones de la MME (Mobility Management Entity), el Huawei USN9810

Para las funciones de S-GW (Serving Gateway) y P-GW (Packet Data Network

Gateway), el Huawei UGW9811

Para el HSS (Home Subscriber Server), el Huawei HSS9820

PCRF (Policy Control and Charging Rules Function), el Huawei RM9000

10. VENTAJAS SOBRE 2G Y 3G

En comparación con las tecnologías 2G y 3G, LTE permite una mayor velocidad de

trasmisión, muy superiores a las permitidas en las tecnologías ya mencionadas; esto

permite al usuario, el uso de aplicaciones más robusta y que demanda mayores anchos

de banda, por ejemplo video streaming HD.

LTE, a diferencia de las tecnologías predecesoras, utiliza de manera flexible y eficiente el

espectro radio eléctrico.

LTE permite un ancho de banda variable, simplificando de esta manera el proceso de

reasignación de espectro a LTE

LTE es totalmente compatible en sentido inverso con las tecnologías de generación 2G

(GSM/GPRS/EDGE) y de 3G (UMTS/WCDMA, HSDPA, HSUPA y HSPA+.

LTE, es un tecnología desarrollada enteramente para la computación de paquetes, y es

considerada como una red “All IP”, ello conlleva a que él procesamiento de la información,

presente menos latencia en comparación con sus predecesoras

A diferencia de las generaciones 2G y 3G, en LTE, la red de acceso está constituida por

un único elemento de red, el eNodoB. Reduciendo de esta manera el número de punto de

falla en la red de acceso.

http://www.alcatel-lucent.com/wps/DocumentStreamerServlet?LMSG_CABINET=Docs_and_Resource_Ctr&LMSG_CONTENT_FILE=Data_Sheets/5780_DSC_EN_Datasheet.pdf


23

11. TECNOLOGÍA DE ACCESO

Las nuevas tecnologías empleadas para el sistema LTE tanto en el enlace ascendente

como descendente, constituyen las principales diferencias con sistemas anteriores de

comunicaciones móviles, alcanzando niveles superiores de capacidad y eficiencia, entre

sistemas de acceso tenemos para el enlace descendente la implementación de OFDMA

(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) y para el enlace ascendente el uso de

SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access).

11.1. OFDM (Enlace Descendente)

OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) constituye una técnica de

multiplexado, la cual combina múltiples portadoras de poca capacidad y de diferente

frecuencia en el transmisor para formar un compuesto de alta capacidad, donde cada

portadora transporta datos. La información se divide paralelamente en varios canales,

cada uno corresponde a una portadora, que se modula con técnicas convencionales como

QAM o PSK.

La principal característica de OFDM consiste es que sus portadoras son ortogonales en

frecuencia, esto nos permite poder realizar la transmisión paralelamente en un rango de

frecuencias evitando que se produzca interferencia en entre ellas. Este concepto de

OFDM se puede definir en la siguiente fórmula:

∫ ( ) ( )

Donde ( ) ( ) corresponden a las portadoras, que son ortogonales en el tiempo T.

OFDM es implementado primordialmente en sistemas de comunicaciones digitales tanto

guiados como inalámbricos que utilizan grandes anchos de banda, que son

implementadas para brindar servicios como televisión digital, comunicaciones móviles,

entre otros.

11.2. Sistemas que utilizan la modulación OFDM

Entre los sistemas que usan la modulación OFDM destacan:

- LTE (Enlace ascendente LTE).

- Televisión digital terrestre DVB-T, que es un estándar de TDT

- Radio digital DAB

- Radio digital de baja frecuencia DRM

- Protocolo de enlace ADSL

- Protocolo de red de área local IEEE 802.11a/g/n, también conocido como Wireless LAN

- Sistema de transmisión inalámbrica de datos WiMAX

- Sistema de transmisión de datos basados en PLC HomePlug AV


24

11.3. Diferencias entre OFDM Y FDM

OFDM tiene características muy similares a FDM, una de sus diferencias es la eficiencia

espectral, esto debido a FDM implementa una banda de guarda entre sus canales,

mientras OFDM los acerca lo máximo posibles llegando hasta sobreponerlos entre si,

como podemos observar en la figura a continuación, gracias a que sus canales son

ortogonales, lo que correspondería a decir en sentido matemático que son

perpendiculares, por esta razón no existen inconvenientes al sobreponerse sus

espectros.

Fig. 17 Diferencia entre FDM y OFDM

11.4. Características de OFDM

Diversidad multiusuario: Con la implementación de OFDM se optimiza la asignación de

subportadoras a usuarios debido a que este procedimiento se realiza de forma dinámica,

teniendo además la posibilidad de mediante el uso de estrategias de scheduling poder

cambiar en periodos cortos este tipo de asignación.

Fig. 18 Ilustración del scheduling de paquetes en OFDMA

Scheduling consiste en seleccionar para cada subportadora el usuario que presente mejor

canal, es decir, que divise mejor relación señal a ruido, con lo que se mejorará la

utilización de la banda y se alcanzará una mayor velocidad de transmisión.


25

Fig. 19 Implementación de Scheduling

De esta forma la estrategia de scheduling de paquetes es la encargada de determinar

cuáles de las subportadoras se asignan a cada uno de los diferentes usuarios, o a su vez

a los diversos flujos de información que pueda tener un mismo usuario, correspondientes

a diferentes servicios.

Robustez frente a la propagación multicamino: Mediante la aplicación del prefijo

cíclico, OFDM presenta una robustez ante la interferencia intersimbólica producida por la

propagación multicamino, pudiendo minimizar la distorsión mediante técnicas de

ecualización en el dominio de la frecuencia, que son más eficientes que las

ecualizaciones clásicas en el dominio temporal. Esta característica es muy importante

cuando se implementan bandas de transmisión superiores a 5 MHz, como ocurre con

LTE.

Prefijo Cíclico: A pesar de que la modulación OFDM tiene menos interferencia que los

sistemas monoportadores, continúa teniendo aunque en menor escala interferencias. El

prefijo cíclico consiste en un tipo de banda de guarda para cada símbolo, donde ubica en

el inicio una copia de la última parte de la señal en tiempo, la duración de este prefijo

debe ser como máximo ¼ de la duración de cada símbolo. La implementación de este

prefijo no afectará la ortogonalidad entre las portadoras, adicionalmente si el prefijo es

muy grande producirá un retardo en la señal pero a su vez disminuirá la ber.

Fig. 20 Prefijo cíclico para evitar interferencia entre símbolos


26

Flexibilidad en la banda asignada: OFDMA simplifica la forma de adaptar diferentes

velocidades de transmisión a los diversos usuarios en base a los requerimientos que

necesite cada uno de sus servicios, esto con la asignación de las subportadoras que sean

necesarias.

12. SC-FDMA (Enlace Ascendente)

SC-FDMA es una técnica de acceso múltiple seleccionada, la cual tiene características de

transmisión muy similares a OFDM, con la diferencia de que se añade una precodificación

de los símbolos previo al proceso de transmisión OFDM, esto contribuye a disminuir las

variaciones en la potencia instantánea, como en se va indicado esta técnica tiene

características similares a OFDM como realizar la ecualización en el dominio de la

frecuencia, implementación de prefijo cíclico y la flexibilidad de la asignación de las

bandas con el fin de dedicar una o varias subportadoras a un usuario en base al tipo de

servicio. Por la inclusión del proceso de precodificación en DFT, también se suele llamar

a esta técnica DDT-Spread OFDM.

La principal característica entre SC-FDMA y OFDMA se establece a partir de que SC-

FDMA conduce a una sola portadora de señal de transmisión, a diferencia de la segunda

técnica que se caracteriza por una transmisión de múltiples portadoras.

Fig. 21 Diferencia entre ODMA y SC-FDMA.

En la imagen a continuación podemos describir brevemente el esquema de transmisión

de SC- FDMA, donde podemos visualizar que existen k números a ser transmitidos, estos

pasan una etapa de precodificación mediante el uso de una DFT de k muestras, luego se

procede a las etapas de transmisión OFDM, donde se implementa IDFT de N muestras,

donde cada subportadora tiene una separación Δf, posterior se agrega el prefijo cíclico.


27

Fig. 22 Sistema de transmisión SC- FDMA

12.1. Procedimientos de RRM asociados a SC-FDMA

Como se indicó previamente algunas de las características de esta técnica son muy

similares a OFDM, los procedimientos de gestión de recursos asociados son similares, es

decir de igual forma se utilizan son los mismos formatos de modulación y de codificación

del canal. Pero cabe señalar que la estimación del canal en el enlace ascendente

necesaria para realizar scheduling, el cual contribuye a realizar asignaciones del canal

según las necesidades del usuario, tienen mayor complejidad que en enlace descendente,

esto debido al requerimiento de señales de referencia enviadas en desde cada uno de los

móviles que participan en el proceso de scheduling, a diferencia del enlace descendente

donde se usaban los mismos símbolos de referencia para todos los terminales, por este

motivo se tendrá una mayor señalización en el sistema del enlace.

12.2. Parámetros de SC-FDMA empleados por LTE

Para LTE los parámetros de enlace ascendente como descendente son muy similares, la

separación de subportadoras que se mantiene en Δf=15 kHz y se agrupan en bloques de

12 subportadoras, donde cada bloque se puede asignar flexiblemente a cada uno de los

usuarios de acuerdo a sus necesidades, con la limitante de que al emplearse esta técnica,

las subportadoras que fueron asignadas a un solo usuario tienen que ser contiguas. Con

respecto a la duración del prefijo cíclico y a los valores que tiene el periodo de de símbolo,

estos son similares al enlace descendente.


28

13. TIPOS DE MODULACIÓN

13.1. BPSK

BPSK proviene de la modulación por desplazamiento de fase (PSK), la cual realiza su

modulación al hacer cambiar en base a valores discretos la fase de la portadora. Una de

las características de PSK es que a diferencia de la modulación convencional de fase al

tener una señal digital solo se utiliza un número limitado de estados.

En el modulador se representa la información a través del valor absoluto de la fase de la

señal modulada. De acuerdo al número de fases que se utilicen tenemos distintos tipos de

modulación BPSK (2 fases), QPSK (4 fases), 8 PSK etc. Al modularse en una mayor

cantidad de fases se puede transmitir una mayor cantidad de información pero con el

inconveniente de tener una mayor sensibilidad a ruidos e interferencias.

En BPSK (Transmisión por desplazamiento de fase binaria) en una sola frecuencia de la

portadora existen dos fases de salida, una de llas representa un 1 lógico y la otra un 0

lógico. Al ir cambiando los estados de la señal digital de entrada, en la portadora de salida

la fase se desplaza entre ángulos de 180° .

Fig. 23 Modulación BPSK

BPSK constituye un sistema de modulación eficiente en lo que respecta a identificación de

errores, adicionalmente este tipo de modulaciones tiene la ventaja de que la potencia de

todos los símbolos es igual, esto contribuye a facilitar el desarrollo de amplificadores y

receptores.

Aplicaciones: Dado que PSK es una modulación muy extendida tiene muchas

aplicaciones como por ejemplo el estándar 802.11b-1999 de red LAN inalámbrica IEEE,

implementa diferentes modulaciones PSK, dependiendo de la velocidad de transmisión.

En 1Mbps se aplica DBPSK (BPSK diferencial), en 2Mbps se aplica DQPSK, en 5,5Mbps

y 11Mbps se aplica QPSK.


29

13.2. QPSK

QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying) es un tipo de modulación digital PSK que

implementa cuatro fases, es representada en el diagrama de constelación por cuatro

puntos equidistantes desde el origen. Tiene la capacidad de codificar 2 bits por cada

símbolo, para esta asignación comúnmente se utiliza el código Gray, el cual establece

que entre dos símbolos contiguos únicamente se pueden diferenciar en 1 bit, lo que ayuda

disminuir la tasa de errores.

Fig. 24 Diagrama de constelación para QPSK con código Gray.

En un sistema QPSK a diferencia que en una modulación BPSK se puede duplicar la tasa

de datos manteniendo el mismo ancho de banda, o su vez mantener la tasa de datos

BPSK sin la necesidad de dividir el ancho de banda, esto en base a un análisis

matemático del sistema.

Una las principales ventajas entre QPSK y BPSK, consiste en que QPSK puede transmitir

en un ancho de banda predeterminado el doble de la velocidad de datos utilizando una

similar tasa de error, dado el tipo de codificación se debe indicar que los transmisores y

receptores de QPSK tiene un mayor rango de complejidad en comparación a BPSK. Algo

que se mantiene en QPSK es que siguen existiendo problemas de ambigüedad de fase

en el receptor.

13.3. 16-QAM

QAM es una modulación de amplitud en cuadratura (Quadrature amplitude modulation), la

cual permite la modulación de la portadora tanto en amplitud como en fase, la cual

comprende la suma lineal de dos señales moduladas en doble banda lateral con una

portadora suprimida. Entre algunas aplicaciones tenemos: módems telefónicos para altas

velocidades, transmisión de señales de televisión, microondas, satélite.

QAM para lograr simbolizar los posibles estados de modulación digital, se implementa el

diagrama de constelación, don los puntos de constelación se encuentran distribuidos de

forma uniforme en una rejilla cuadrada, manteniendo la misma separación tanto vertical

como horizontalmente. Dado que los estados de modulación QAM son normalmente un

número cuadrado, los tipos más comunes de modulación son 16-QAM, 64-QAM y 256-

QAM. Las constelaciones de orden superior permiten transmitir más bits por símbolo, pero


30

a su vez tienen una mayor tasa de error debido al ruido y a la distorsión. Por lo que los de

orden inferior son los más confiables.

En QAM la constelación está codificada mediante la aplicación del código Gray, con lo

cual se consigue que cada símbolo solo cambie en un bit con su símbolo contiguo, con lo

que se consigue disminuir la probabilidad de error.

Fig. 25 Tipos de diagramas de 16 QAM

En 16-QAM cada uno de los cuadrantes se encuentran tres valores de fase y de amplitud

distintos, debido a esto cada uno de los puntos de la constelación representa 4 bits. En la

figura anterior se pueden observar dos tipos diferentes de diagramas de 16QAM, circular

y rectangular, donde se visualiza que existen distintas fases y amplitudes, de esta manera

constituye una combinación de ASK y PSK. La tasa de errores de este sistema depende

de la proximidad de los puntos contiguos de la constelación.

Para el sistema de modulación 16 QAM rectangular, la normativa de la ITU V29, establece

que el primer bit indica la amplitud, donde 0 es una amplitud pequeña y 1 es una amplitud

grande, y los 3 bits restantes establecen las ocho fases posibles.

13.4. 64-QAM

64-QAM es un sistema de modulación que posibilita la transmisión de dos diferentes flujos

de datos, de alta prioridad y de baja prioridad, a través de un solo flujo en un canal único.

Estas prioridades ayudan a mejorar la transmisión de acuerdo al tipo de servicio, por

ejemplo la alta prioridad es usada en sistemas móviles o portátiles y a zonas alejadas, en

cambio los datos de baja prioridad son implementados para receptores fijos que se

encuentran cercanos al transmisor.


31

Fig. 26 Constelación 64-QAM formada por la combinación de un 16-QAM y un QPSK.

En una constelación 64QAM al tener una modulación jerárquica, se obtiene un sistema de

modulación a partir de la combinación de un 16 QAM, al cual se le asigna una baja

prioridad, y un QPSK, con una prioridad alta., esta combinación es usualmente la más

usada debido a que tiene un bitrate más elevado.

El sistema 64QAM tiene en la entrada dos diferentes señales, estas son codificadas por

separado, posterior a esto se realiza una intercalación de bits y el mapeo de la señal,

cada uno de estos símbolos contiene 6 bits, de estos bit los 2 primeros son de prioridad

HP y los cuatro restantes son de prioridad LP.

El sistema de recepción de 64QAM, decodifica los datos de alta prioridad distinguiendo

uno de los cuadrantes, debido a esto el SNR es muy elevado para la señal de baja

prioridad, y a su vez los datos de prioridad alta presentan una muy baja tasa de error.

Entre las principales aplicaciones tenemos sistemas de comunicación celular (LTE),

televisión digital y módems, en países como EE.UU. esta modulación es obligatoria para

cable digital, descrito en la norma ANSI/SCTE 07 2000.


32

14. TÉCNICAS DE ACCESO MIMO

La incorporación de antenas adicionales en la estación base y/o en el terminal móvil,

permite aprovechar la diversidad espacial, inherente a la multiplicidad de caminos, para

mejorar las prestaciones del sistema en términos de tasa de error o capacidad.

Es así que en las redes celulares, para la trasmisión y recepción de las señales, se usan

varias técnicas de arreglos de antenas entre las cuales podemos mencionar:

14.1. Single Input Single Output (SISO)

Es la tecnología de antenas más simple; en esta configuración, tanto el transmisor como

el receptor tienen solo una antena; en ciertos entornos es vulnerable a los problemas

causados por los efectos multitrayectoria.

Fig. 27 SISO

14.2. Multiple Input Single Output (MISO)

La técnica MISO, conocida también como modo de “Transmit Diversity”; implica el uso de

varias antenas en el lado del trasmisor y tan solo una antena para la recepción de la

señal.

Fig. 28 MISO


33

14.3. Single Input Multiple Output (SIMO)

La técnica SIMO, conocida también como modo de “Receive Diversity”; implica el uso de

una sola antena en el lado del trasmisor y varias antenas en la correspondiente al recepto.

Fig. 29 SIMO

14.4. Multiple Input Multiple Output (MIMO)

Fig. 30 MIMO

Técnica de acceso conocida como “múltiple entrada y múltiple salida” o “Multiple stream”,

la misma que ofrece aumentos significativos en rendimiento de procesamiento de datos.

Los sistemas MIMO convencionales están formados por M antenas transmisoras y N

receptoras. En recepción se reciben réplicas de la señal transmitida por cada antena

transmisora a través de M_N canales separados espacialmente.

MIMO, permite una mayor eficiencia espectral a través de la utilización de dos o más

antenas para la trasmisión y dos o más antenas para la recepción. La eficiencia del

sistema es directamente proporcional al número de antenas, mientras mayor sea la

cantidad de antenas, mayor será la eficiencia del mismo.


34

Con MIMO, el uso de múltiples antenas tanto en el transmisor como en el receptor

permite:

Un aumento sustancial de las tasas máximas de datos, sin necesidad de

incrementar ni la potencia transmitida ni el ancho de banda utilizado.

Eficiencia espectral significativamente mayor, especialmente en entornos de baja

interferencia.

Mayor capacidad del sistema (número de usuarios).

Reducir la probabilidad de error

MIMO permite alcanzar altas tasas de 300 a 600 Mbps. Por lo tanto, la tecnología MIMO

se utiliza para mejorar el acceso inalámbrico en un gran número de aplicaciones. Varias

normas de acceso tales como LTE, WiMax, WiFi y HSPA utilizar esta ganancia para lograr

las mejoras significativas que cada uno posee.

En LTE, se utiliza para el enlace de bajada las técnicas de: Transmit Diversity (MISO),

Receive Diversity (SIMO) y Single-User MIMO (up to 4x4) y para el enlace de bajada:

Multi-User MIMO; todo esto desde el punto de vista de los terminales de usuario.

Cabe señalar que MIMO, basa su eficiencia en la línea de vista (LOS), que existe entre la

estación base y el terminal de usuario. En otras palabras, cualquier cosa que interfiera

con la ruta de señal, tales como edificios, vehículos, personas, etc. están contribuyendo a

la degradación de eficiencia del sistema y la eficacia de las aplicaciones MIMO.

15. APLICACIONES Y SERVICIOS DE LAS REDES LTE

A continuación se describen algunos de los servicios y aplicaciones típicos que se pueden

ejecutar en las redes LTE. La mayoría de estos servicios no son específicos de la

tecnología misma, ya que han sido adoptados de las tecnologías anteriores, mostrando

una mejora en su aplicación. Estos son:

Pushtotalk para celulares: es muy similar a la conocida comunicación de

servicio walkie-talkie. Proporciona un servicio de voz uno a uno o uno a muchos,

para un grupo de personas en modo halfduplex, lo que significa que sólo puede

hablar un participante en un momento dado, mientras que los demás están

escuchando.

Proporciona más información sobre el estado de los abonados, tales como:

actividad actual, ubicación, estado de ánimo, zona horaria, dirección de contacto,

mensajería instantánea y lista de dispositivos de conectividad a cual se tiene

acceso.


35

Banda ancha inalámbrica: la tecnología LTE proporciona una conexión

semejante a la banda ancha tradicional con la ventaja de la movilidad y mayor

capacida. Con lo que bastará conectar el módem LTE a cualquier tipo de

computadora y salir navegando por Internet.

Acceso a Internet: Navegación en la Web más rápida y eficiente. Servicios de

búsqueda disponibles en celulares y en los smartphones3G, para encontrar

rápidamente enlaces, sitios, noticias, etc. Además de consultar mapas, descubrir

cuál es el mejor camino para llegar a un lugar, o usar servicios de navegación.

Descargas de música y videos: Bajar una canción completa con rapidez o ver

un video es una facilidad más de este tipo de tecnología. Con la tecnología LTE

descargar una canción o un video toma segundos, mientras que, en las

tecnologías anteriores, esto demora algunos minutos.

Video llamada y conferencia: LTE no sólo sirve para transmitir datos, sino que

puede usarse en servicios como Skype para mejorar la calidad del audio en las

llamadas e Incorporar video chat.

Juegos Online: Para jugar en línea, la latencia es fundamental, porque permite

mantener el juego fluido. LTE reduce estos tiempos de espera a casi cero,

permitiendo jugar de forma instantánea.

Televisión Online: La mayor velocidad de este servicio permitirá tener servicios

de video streaming, sino que también estos se verán en alta definición y se

podrán recibir en vivo.

M-Comercio: Móvil Comercio es un servicio dedicado a la transacción

electrónica a través del teléfono móvil. Permite a las empresas ampliar su

alcance en el mercado, ofrecer un mejor servicio y reducir los costos.


36

Fig. 31 Aplicaciones móviles

16. SITUACIÓN ACTUAL LTE

LTE es una gran opción tecnológica para la prestación de servicios de telefonía celular,

puesto que ofrece al usuario una amplia gama de servicios multimedia. Vale la pena

considerar que las actuales tecnologías de comunicación móviles presente en la región de

Latinoamérica y Ecuador (GSM/UMTS/HSPA, etc), podrían permitir, de una manera

relativamente económica, la futura migración hacia las redes LTE.

16.1. Operadores y Proveedores

Muchos operadores de servicio de telecomunicaciones a nivel mundial, están apostando

por el uso de LTE para la prestación de sus servicios.

Estas operadoras tienen en sus manos el reto de no quedarse fuera del avance mundial

en cuanto a implementación de nuevas tecnologías, un ejemplo de ellos es Telia Sonera,

la cual ha es una operadora de servicios pionera a nivel mundial, en la implementación de

redes LTE, haciendo que los países nórdicos cuenten ya con este tipo de red.

De igual manera, fabricantes a nivel mundial, presentan al mercado soluciones

tecnologías para la prestación de servicio LTE, entro los cuales están:

ALCATEL-LUCENT

ERICSSON

HUAWEI

MOTOROLA


37

NEC

NOKIA SIEMENS NETWORKS

ZTE

SUECIA TELIASONERA

Muchas de estas empresas, como por ejemplo ALCATEL-LUCENT y MOTOROLA, han

desarrollado redes prototipo para demostración de esta tecnología. En el caso de

Motorola, esta empresa ha realizado tours móviles de LTE en países europeos. Durante el

recorrido, los invitados y futuros usuarios, pudieron comprobar el rendimiento de la banda

ancha móvil que permite esta tecnología. La demostración también incluyó un handover,

entre sectores LTE y sectores bajo la cobertura de tecnologías predecesoras.

Para el 2014, se prevé que el 75% de usuarios a nivel mundial, tendrán acceso al servicio

en el momento del lanzamiento.

Los operadores móviles que piensan implementar la tecnología LTE, están en busca de

asesoramiento para optimizar y evolucionar sus redes a la próxima generación de 4G.

Según estudios, se alcanzarán los 136 millones de usuarios LTE hacia finales del año

2014, creciendo a una velocidad mucho más rápida que los estándares móviles

anteriores.

El desarrollo de LTE en este momento, ésta siendo respaldado por importantes

operadores alrededor del mundo. En América del Norte por las empresas

estadounidenses AT&T y Verizon. En Europa con los operadores de redes móviles T-

Mobile, TeliaSonera y Telenor Group. En China y Japón con los operadores SmarTone

Vodafone, China Mobile, Ntt Docomo y SoftBank. En Australia con su mayor proveedor de

servicios móviles Telstra. Y a nivel de Latinoamérica, por las operadoras: Antel en

Uruguay, CNT EP en Ecuador, Movistar en Chile, Telcel en México, entre otras.

16.2. Equipos Usados/Categoría de terminales

La industria de las telecomunicaciones, de la cual forman parte: operadores, fabricantes y

distribuidores; están atravesando un proceso de cambios para lograr el despliegue hacia

LTE, y además tiene que lanzar al mercado una amplia oferta de nuevos dispositivos que

soporten esta tecnología. Al momento ya se comienza a divisar los primeros despliegues

de LTE y por lo tanto, es necesario que los dispositivos terminales acompañen este

avance. Según un informe de la Asociación de Proveedores Globales Móviles (Global

mobile Suppliers Association, GSA), existen 98 dispositivos y módulos equipados con

LTE.

Respecto a los nuevos dispositivos más desarrollados, se encuentran: enrutadores,

módems USB, teléfonos, tabletas y portátiles; actualmente, ya existen en el mercado

algunos terminales a la venta, entre ellos tenemos: los teléfonos HTC ThunderBolt


38

comercializado por Verizon y Samsung Craft comercializado por MetroPCS, la tableta

BlackBerry PlayBook disponible en Estados Unidos y Canadá y el módem Huawei E398

disponible en Suecia. La comercialización de estos dispositivos es limitada, en América

Latina, se están vislumbrando el uso de terminales modem marca Huawei y Alcatel, y de

Smartphone marca Alcatel (Tableta), LG (Optimus G) y Nokia (Serie Lumia). Uno de los

inconvenientes en la adquisición de estos equipos, es el alto costo.

Fig. 32 Terminales móviles LTE


39

17. CONCLUSIONES

UMTS es una de las tecnologías 3G más utilizada, por los servicios que ofrece a

los usuarios tales como voz, datos y soporte para aplicaciones. Así mismo por la

integración que ofrece con GSM, EDGE, WCDMA, HSPA; resulta atractiva para

las operadoras, ya que permite flexibilidad para soportar diferentes servicios.

A medida que las tecnologías de comunicaciones móviles evolucionan, se

incrementa la velocidad de trasferencia y se reducen los tiempos de latencia.

Actualmente con LTE se logra velocidades de 1,2Gbps y latencias de 10ms.

LTE, es una de las tecnologías más próximas a los requerimientos de la 3GPP

para la generación 4G de redes móviles. Su flexibilidad en el manejo del ancho de

banda, permite la optimización de los recursos del espectro radioeléctrico, y

además proporciona las condiciones para operar con altas tasas de velocidad de

trasmisión.

LTE, permite una mayor capacidad de usuario por celda; esto debido a la

eficiencia con al que administra el ancho de banda. Adicionalmente, el usos de

antenas MIMO, permite mejorar el número de elementos de la red de acceso

(eNodoB), mejorando el área de cobertura de las celdas.

En LTE, teóricamente, los terminales móviles, podrán alcanzar velocidad de

trasmisión hasta 300Mbps, esto implica que los terminales deberán tener

procesadores más robustos que les permitan operar a estas velocidades de

trasmisión. Este hecho hará que los primeros terminales LTE tengan costos altos

en comparación con los actuales terminales de 3G.

En el caso de los terminales de usuario, los terminales LTE podrán funcionar sobre

redes 2G y 3G, debido a su compatibilidad inversa. Sin embargo, terminales

diseñados para 2G y 3G no podrán operar bajo cobertura LTE.

LTE, es una de las tecnologías con mayor eficiencia para la oferta de servicios y

contenidos que requieren mayor ancho de banda, los mismos que facilitaran la

conexión de las comunicaciones entre equipos.

Es una tecnología que puede transmitir múltiples señales simultáneamente sobre

un solo medio de transmisión (sean de texto, voz, vídeo, etc.), es decir cada señal

viaja con su propio y único rango de frecuencia.

Las señales con tecnología LTE viajarán más lejos que con la tecnología GSM, ya

que se reducen al número de antenas necesarias para lograr la misma cobertura

de la red, con lo que se disminuirá el consumo de energía.

Es la evolución de los actuales sistemas de telecomunicaciones móviles que

demanda la sociedad de la información en su continuo avance, tanto para los

usuarios finales como para los fabricantes, suministradores de tecnología,

operadores y empresas del sector de las telecomunicaciones.

El uso de la técnica MIMO, representara una forma económica de aumentar la

capacidad, el rango y la velocidad de transmisión al usuario en una variedad de

entornos, una con baja interferencia de radio y serán la técnica más empleada en

el acceso inalámbrico.


40

Es importante mencionar que LTE, no es una tecnología de estándar única, sino

por el contrario se basa en estándares abiertos, lo que es igual una colección de

diversas tecnologías y protocolos que permiten mayor compatibilidad con el resto

de las tecnologías. Esta capacidad de adecuar viejas tecnologías con LTE

garantiza costos reducidos de instalación y operación, ya que permite la

adecuación de los equipos tecnológicos ya instalados y operativos, adaptarlos a la

nueva tecnología.

18. RECOMENDACIONES

LTE, es una nueva tecnología que aún se encuentra en desarrollo, por lo cual es

importante considerar, las posibles insatisfacciones que esta tecnología podría

ocasionar al usuario, respecto a las velocidades de trasmisión teóricas que se

pueden alcanzar.

Los costos de la tecnología seguramente serán un tanto elevados en un comienzo,

debido a las licitaciones del nuevo espectro LTE, renovación de equipo, costos de

mantenimiento y costos operativos (ventas, marketing, sistemas de gestión de

clientes, etc.), aunque esto se solucionará por medio de economías a escala.

El proceso de migración hacia LTE dejará muchos equipos sin utilidad, definir un

proceso de reciclado de dichos equipos ayudará a mitigar el impacto en el cambio

climático del proceso de migración.

19. BIBLIOGRAFÍA

Libros

LTE: Nuevas tendencias en comunicaciones móviles; Ramón Agusti, Francisco

Bernardo, Fernando Casadevall, Ramon Ferrús, Jordi Pérez-Romero, Oriol

Sallent; Fundación Vodafone España; año 2010

LTE, Evolución A Largo Plazo Para El Acceso Inalámbrico De Banda Ancha Móvil;

Katherine Elizabeth Soto Soto; Valdivia – Chile; 2009

Planificación De Una Red Lte Con La Herramienta Atoll Y Análisis Del Impacto De

Las Estrategias De Packet Scheduling; Cristina Eugenia Guinand Salas;

Catalunya; Febrero de 2012

Comunicaciones Inalámbricas “Telefonía Celular”; Miguel Vergara; Ciudad de

México; Versión Full 2.00; 2013

LTE and Evolution to 4G Wireless – 2nd Editions, Moray Rumney, Ed. Wiley, ISBN

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Congestión” http:// www.tele-medios.com

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20. GLOSARIO DE TÉRMINOS

− LTE: Long Term Evolution − 1G: Primera Generación − 2G: Segunda Generación − 2.5G: Generación 2.5 − 3G: Tercera Generación − 3GPP: Third Generation Paterntship Project − E-UTRAN: Evolved- UMTS Terrestrial Radio Access Network − EDGE: Enhanced Data Rates for Global Evolution − eNB: Evolved Node B − EPC: Evolved Packet Core − ETSI: European Telecommunication Standards Institute − GSM: Global System for Mobile Communications − GPRS: General Packet Radio Service − HSDPA: High Speed Downlink Packet Access − HSPA: High Speed Packet Access − HSS: Home Subscriber Server − HSUPA: High Speed Uplink Packet Access − IMS: IP Multimedia Subsystem − MIMO: Multiple Input Multiple Output − OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access − P-GW: Packet Data Network Gateway − PCRF: Policy Control and Charging Rules Function − RNC: Radio Network Controller − SGSN: Service GPRS Support Node − GGSN: Gateway GPRS Support Node − QoS:Quality of Service − BSC: Base Station Controller − BSS:Base Station Subsystem − UMTS: Universal Mobile Telecommunications System − UTRAN:UMTS Terrestrial Radio Access Network − MSC/VLR: Mobile Switch Center/Visitor Location Register − MME: Mobility Management Entity − SISO: Single Input Single Output. − MISO: Multiple Input Single Output. − SIMO: Single Input Multiple Output. − MIMO: Multiple Input Multiple Output. − LOS: línea de visión directa. − S/R: Relación Señal Ruido. − WiMax: Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas.

Documents

LTE (Long Term Evolution)