Soluciones para la voz sobre la Tecnología LTE

Texto completo

(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Soluciones para la voz sobre la Tecnología LTE. Autor: Darian Beltrán López. Tutor: MsC. Carlos A. Rodríguez López. Santa Clara 2012 "Año 54 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Soluciones para la voz sobre la Tecnología LTE. Autor: Darian Beltrán López Tutor: MSc. Carlos A. Rodríguez López e-mail:crodrigz@uclv.edu.cu. Santa Clara 2012 "Año 54 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central ―Marta Abreu‖ de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. “Sabiduría ante todo; adquiere sabiduría; Y sobre todas tus posesiones adquiere inteligencia. Engrandécela, y ella te engrandecerá; Ella te honrará, cuando tú la hayas abrazado. Adorno de gracia dará a tu cabeza; Corona de hermosura te entregará.”. Proverbios Bíblicos 4: 7-9.

(5) ii. DEDICATORIA. A mis padres por haberme brindado su amor incondicional su tiempo y dedicación en todos los momentos de mi vida. A ellos siempre les dedicare todos mis logros y mis días. A mi hermanita la cual siempre tengo en mi corazón, y me hace la vida feliz con su manera de ser. A mis abuelos, tíos y toda la familia en general, pues ellos son parte de mi vida y me han brindado su apoyo sincero, amor y dedicación. A mi esposa que es mi ayuda idónea, y me ha apoyado en mi carrera con firmeza, brindándome su amor y dedicación todo el tiempo..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. . A mi Dios todopoderoso por ayudarme siempre y mostrarme su misericordia.. . A Carlos Rodríguez, mi hermano en Cristo y mi amigo por brindarme su tiempo, dedicación, paciencia y su excelente tutoría incondicionalmente..

(7) iv. TAREATÉCNICA. Búsqueda bibliográfica y estudio de trabajos relacionados con el tema. Revisión general de topologías para la introducción de LTE. Análisis comparativo de variantes tecnológicas para el soporte de servicios de voz sobre LTE. Confección del informe.. FirmadelAutor. FirmadelTutor.

(8) v. RESUMEN Aunque el reciente entusiasmo por el despliegue de LTE está relacionado con el tráfico de datos es obvio que los operadores introducirán servicios de voz en estas redes. Pero, existe poca claridad en cuanto a este proceso. En este trabajo se evalúan dos opciones para la introducción de servicios de voz sobre LTE. Cada opción y sus variantes son examinadas con base a las características de funcionamiento, tipos de servicios que soporta, requisitos para la implementación y prevalencia. La mayor parte del estudio se presenta desde la óptica de los operadores de telecomunicaciones, sin embargo, también se discuten trabajos de investigación científico-tecnológicos que permiten identificar áreas que pueden ser objeto de futuras investigaciones..

(9) vi TABLA DE CONTENIDOS PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1. 1.1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA................................................................. 3. Proceso de las telecomunicaciones. ......................................................................... 3. 1.1.1. Evolución y convergencia de la telefonía móvil ............................................... 4. 1.1.2. Problemas en 3G ............................................................................................... 5. 1.1.3. Evolución del 3G (pre-4G) ............................................................................... 6. 1.2. Evolución de la tecnología GSM ............................................................................. 6. 1.2.1. Propuestas del estándar LTE............................................................................. 9. 1.2.2. Arquitectura de LTE ....................................................................................... 10. 1.2.3. Normas de LTE ............................................................................................... 11. LTE tiene también algunos desafíos que alcanzar: ....................................................... 12 CAPÍTULO 2.. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ. SOBRE LTE…………….. ................................................................................................... 13 2.1. Métodos utilizados para el servicio de voz sobre LTE .......................................... 13. 2.2. Circuitos conmutados de reserva CS Fallback ....................................................... 14. 2.2.1 Funcionamiento de CS de reserva ....................................................................... 15 2.3. Funcionamiento de IMS ......................................................................................... 19. 2.3.1 Funcionamiento de VoIMS ................................................................................. 26 2.4 Comparación entre las opciones para voz sobre LTE............................................. 32 2.5 Conclusiones parciales. ........................................................................................... 34.

(10) vii REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 40 GLOSARIO: ......................................................................................................................... 43.

(11) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN A nadie sorprende estar informado minuto a minuto, y poder comunicarse con gente del otro lado del planeta, ver el video de una canción o trabajar en equipo sin estar en un mismo sitio. Con una rapidez impensada las tecnologías de la información y comunicación son cada vez más importantes en nuestras vidas (2012). Desde los primeros teléfonos móviles hasta los de la actualidad se ha notado en gran manera el cambio en cuanto al diseño y peso. También, las redes de transmisión han evolucionado desde la primera generación (1G) hasta la actualidad, sobre todo en cuanto a la velocidad de transferencia de datos y los métodos utilizados para la transmisión. Las primeras generaciones utilizaban circuitos conmutados para el soporte de servicios de voz. La tendencia, de cara al futuro, propone la técnica de Conmutación por Paquetes IP (PS) para todos los servicios. Esta tecnología de última generación, que se ha logrado implementar en algunos países, propone una infraestructura ―todo IP‖ para soportar los servicios de voz, datos y video. LTE (las iníciales de Long Term Evolution) es un nuevo estándar de la norma 3GPP que se presenta como la clave para el despliegue de la Internet móvil (2012). Entre las características que se exigen a este nuevo estándar están: garantizar la interconexión con las redes precedentes, aumentar las razones de transferencia para servicios de datos, ofrecer una elevada calidad de servicio (QoS), transparencia en el soporte de los servicios tradicionales, etc. Muchos autores ven en LTE a un representante de la cuarta generación (4G) en las redes de telefonía celular. Paradójicamente, la mayoría de los trabajos de normalización se han centrado en los aspectos de datos de LTE y la vozse ha descuidado un poco. El problema de la normalización de la voz sobre LTE se complica aún más cuando se mezcla LTE con diferentes tipos de redes tradicionales incluyendo GSM, HSPA, CDMA2000, WiMAX y Wi-Fi (2012). Se han propuesto algunas alternativas para darle solución a tal problema. Obviamente, no todas las soluciones gozan de los mismos atractivos cuando se analizan ante escenarios particulares. Tampoco tienen el mismo impacto en función del tiempo. Algunas aparecen como buenas soluciones a largo plazo, pero enfrentan dificultades para la implementación a corto plazo. En este trabajo se evaluarán algunas soluciones para el establecimiento de voz sobre LTE. El objetivo fundamental es contribuir con la investigación de la transmisión de voz sobre.

(12) INTRODUCCIÓN. 2. LTE mediante el estudio y la evaluación crítica de alternativas. Se espera que este trabajo facilite la elección de soluciones ante el problema que representa la transparencia para el servicio de voz en presencia de la tecnología LTE. Con una mejor comprensión de las opciones y su impacto en GSM / UMTS, los operadores serán capaces de tomar decisiones más informadas y elegirán las opciones que mejor se adapten a sus redes a la hora de implementar voz sobre LTE, teniendo presente la manera de cómo trabaja cada opción, incluyendo las ventajas y desventajas de cada una de ellas, y los tipos de servicios que soportan cada una de las alternativas. Organización del informe: El informe de la investigación se estructurará en introducción, capitulario, conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y glosario. Introducción: se define la importancia, actualidad y necesidad del tema que se aborda, además de los objetivos propuestos. Capítulo I: Se desarrolla una descripción de la evolución de la telefonía móvil celular, resaltando las ventajas, desventajas y el principal desafío de la tecnología actual (LTE). Y además se describen soluciones creadas para enfrentar una de sus principales dificultades. Capítulo II: En este capítulo se evalúan dos opciones para la introducción de servicios de voz sobre LTE. Cada opción y sus variantes son examinadas con base a las características de funcionamiento, tipos de servicios que soporta, requisitos para la implementación y prevalencia..

(13) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 3. CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. En el presente capítulo se hará un estudio sobre la evolución y convergencia de. la. tecnología de las comunicaciones móviles, abarcando desde las primeras generaciones que utilizan circuitos conmutados para el soporte del servicio de voz, hasta la cuarta generación que propone la introducción de conmutación de paquetes IP ( PS) para todos los servicios. Se destaca fundamentalmente la tecnología LTE, describiendo su arquitectura, normas, ventajas y también algunos desafíos que debe alcanzar, como la transportación de voz, para su mejor funcionamiento. 1.1. Proceso de las telecomunicaciones.. Las telecomunicaciones, comienzan en la primera mitad del siglo XIX siendo definida años más tarde en una conferencia de la UTI el día 3 de septiembre de 1932 con el término siguiente: "Telecomunicación es toda transmisión, emisión o recepción, de signos, señales, escritos, imágenes, sonidos o informaciones de cualquier naturaleza por hilo, radioelectricidad,. medios. ópticos. u. otros. sistemas. electromagnéticos"(2012).. Comenzando por el telégrafo eléctrico, que permitió enviar mensajes cuyo contenido eran letras y números, después se le hicieron dos notables mejorías y luego se llamó telégrafo múltiple. Más tarde se desarrolló el teléfono, con el que fue posible comunicarse utilizando la voz, y posteriormente, la revolución de la comunicación inalámbrica: las ondas de radio. El siguiente artefacto revolucionario en las telecomunicaciones fue el módem que hizo posible la transmisión de datos entre computadoras y otros dispositivos. En los años 1980, los ordenadores personales se volvieron populares y aparecen las redes digitales. En la última década del siglo XX aparece Internet, que se expandió enormemente, ayudada por la.

(14) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 4. expansión de la fibra óptica; y a principios del siglo XXI se están viviendo los comienzos de la interconexión total a la que convergen las telecomunicaciones, a través de todo tipo de dispositivos que son cada vez más rápidos, más compactos, más poderosos, y también de nuevas tecnologías de comunicación inalámbrica como las redes inalámbricas. El teléfono móvil es un dispositivo inalámbrico electrónico que permite tener acceso a la red de telefonía celular o móvil. Se denomina celular debido a las antenas repetidoras, las cuales conforman cada una de ellas una célula en la red inalámbrica. Una característica fundamental de la telefonía móvil es su portabilidad, que permite comunicarse desde casi cualquier lugar. Aunque su principal función es la comunicación de voz, como el teléfono convencional, su rápido desarrollo ha incorporado otras funciones de interés(2012). El primer antecedente respecto al teléfono móvil es de la compañía Motorola, con su modelo DynaTAC 8000X. El modelo fue diseñado por el ingeniero de Motorola Rudy Krolopp en 1983. El modelo pesaba poco menos que un kilo y un valor de casi 4000 dólares. La evolución del teléfono móvil ha permitido disminuir su tamaño y peso, desde el primer teléfono móvil de 800 gramos, a los actuales más compactos y con mayores prestaciones de servicio(2012). 1.1.1 Evolución y convergencia de la telefonía móvil La 1G (o 1-G) es la abreviación para la telefonía móvil de primera generación. Estos teléfonos utilizan tecnología analógica y fueron lanzados en los 80. Éstos continuaron después del lanzamiento comercial de los teléfonos móviles de segunda generación. La mayor diferencia entre la 1G y la 2G es que la 1G es analógica y la 2G es digital; aunque los dos sistemas usan sistemas digitales para conectar las Radio bases al resto del sistema telefónico, la llamada es cifrada cuando se usa 2G. La telefonía móvil 2G no es un estándar o un protocolo sino que es una forma de marcar el cambio de protocolos de telefonía móvil analógica a digital (2012). La llegada de la segunda generación de telefonía móvil(2G) fue alrededor de 1990 y su desarrollo deriva de la necesidad de poder tener un mayor manejo de llamadas en prácticamente los mismos espectros de radiofrecuencia asignados a la telefonía móvil, para esto se introdujeron protocolos de telefonía digital que además de permitir más enlaces.

(15) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 5. simultáneos en un mismo ancho de banda, permitían integrar otros servicios, que anteriormente eran independientes, en la misma señal, como es el caso del envío de mensajes de texto o Página en un servicio denominado SMS y una mayor capacidad de envío de datos desde dispositivos de fax y módem(2012). Los servicios asociados con la tercera generación (3G) proporcionan la posibilidad de transferir tanto voz y datos (una llamada telefónica) y datos no-voz (como la descarga de programas, intercambio de email, y mensajería instantánea). Inicialmente la instalación de redes 3G fue lenta. Esto se debió a que los operadores requieren adquirir una licencia adicional para un espectro de frecuencias diferente al que era utilizado por las tecnologías anteriores 2G. El primer país en implementar una red comercial 3G a gran escala fue Japón. En la actualidad, existen 164 redes comerciales en 73 países usando la tecnología WCDMA. La (ITU) definió las demandas de redes 3G con el estándar IM T-2000.. 1.1.2 Problemas en 3G Aunque la 3G fue introducida con éxito a los usuarios de todo el mundo, hay algunas cuestiones debatidas por proveedores de 3G y usuarios(2012). . Las licencias de servicio 3G son caras.. . Muchas diferencias en las condiciones de licencia.. . Muchas compañías tienen grandes cantidades de deudas, lo que convierte en un reto el construir la infraestructura necesaria para el 3G.. . Falta de apoyo a los operadores con problemas.. . Costo de los móviles 3G.. . Falta de interés a los nuevos servicios inalámbricos del 3G por parte de los usuarios de móviles 2G.. . Falta de cobertura por tratarse de un nuevo servicio.. . Precios altos de los servicios de los móviles 3G en algunos países, incluyendo el acceso a Internet..

(16) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 6. 1.1.3 Evolución del 3G (pre-4G) La estandarización de la evolución de al 3G se está desarrollando tanto en 3GPP como en 3GPP2. Las especificaciones correspondientes a las evoluciones del 3GPP y 3GPP2 se llaman LTE. La evolución del 3G usa en parte tecnologías más allá del 3G para aumentar el rendimiento y para conseguir una migración sin problemas. LTE es parte de la trayectoria evolutiva de (GSM) ―Sistema Global para las Comunicaciones Móviles‖, proviene de "Groupe Special Mobile", es un sistema estándar, completamente definido, para la comunicación mediante teléfonos móviles que incorpora tecnología digital. Por ser digital, cualquier cliente de GSM puede conectarse a través de su teléfono con su computador y puede enviar y recibir mensajes por e-mail, faxes, navegar por Internet, acceso seguro a la red informática de una compañía (LAN/Intranet), así como utilizar otras funciones digitales de transmisión de datos, incluyendo el Servicio de Mensajes Cortos (SMS) o mensajes de texto (2012). 1.2. Evolución de la tecnología GSM. Como ejemplos de la evolución de GSM tenemos a GPRS, EDGE, UMTS, HSPA y la evolución HSPA+ que sirve de trampolín a LTE para muchos operadores. En la figura 1.1 se pueden apreciar los saltos evolutivos(2012).. Figura: 1.1 Evolución Tecnológica de la Familia 3GPP. Siendo (GPRS) o Servicio General de Paquetes vía Radio una extensión de GSM, y recibe a menudo el nombre de 2.5G, o de segunda generación y media. Esta nomenclatura se refiere al hecho de que es una tecnología intermedia entre la segunda (2G) y la tercera (3G).

(17) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 7. generación de telefonía móvil(2012).La tecnología GPRS se puede utilizar para servicios como el acceso mediante el Protocolo de Aplicaciones Inalámbrico (WAP), el servicio de mensajes cortos (SMS) y multimedia (MMS), acceso a Internet y correo electrónico. La velocidad máxima de GPRS es 171,2 kbit/s aunque en la práctica no suele pasar de 40 kbit/s de bajada y de 9,6 kbit/s de subida(2012). Como una evolución de GPRS tenemos a (EDGE) la cual es una tecnología, que actúa como puente entre las redes 2G y 3G. Aunque EDGE funciona con cualquier GSM que tenga implementado GPRS, el operador debe implementar las actualizaciones necesarias, además no todos los teléfonos móviles soportan esta tecnología.La EDGE, o EGPRS, puede ser usada en cualquier transferencia de datos basada en conmutación por paquetes (Packet Switched), como lo es la conexión a Internet (2012). Los beneficios de EDGE sobre GPRS se pueden ver en las aplicaciones que requieren una velocidad de transferencia de datos alta, como video y otros servicios multimedia. EDGE puede alcanzar una velocidad de transmisión de 384 Kbps en modo de paquetes, con lo cual cumple los requisitos de la ITU para una red 3G, siendo aceptado por la ITU como parte de IMT-2000, de la familia de estándares 3G. También, mejora el modo de circuitos de datos llamado HSCSD, aumentando el ancho de banda para el servicio. EDGE fue estrenado en las redes GSM de Estados Unidos en el año 2003 (2012). Luego nos encontramos con la tecnología (UMTS). El Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles es una de las tecnologías usadas por los móviles de tercera generación (3G, también llamado W-CDMA). Sus tres grandes características son las capacidades multimedia, una velocidad de acceso a Internet elevada, la cual también le permite transmitir audio y video en tiempo real; y una transmisión de voz con calidad equiparable a la de las redes fijas. Además, dispone de una variedad de servicios muy extensa, UMTS permite introducir muchos más usuarios a la red global del sistema e incrementar la velocidad a 2 Mbps por usuario móvil. La principal ventaja de UMTS sobre la segunda generación móvil (2G), es la capacidad de soportar altas velocidades de transmisión de datos de hasta 144 kbit/s sobre vehículos a gran velocidad y 384 kbit/s en espacios abiertos, y de 7.2 M bit/s con baja movilidad (interior de edificios) (2012). Tras la implantación del sistema UMTS, el concepto de teléfono móvil ha cambiado radicalmente,.

(18) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 8. pasando de ser un simple instrumento de comunicación para convertirse en un terminal multimedia con múltiples capacidades para la comunicación y el ocio, gracias a la gran cantidad de servicios ofertados y que crecen día a día(2012). Siguiendo la trayectoria de la evolución antes de llegar a LTE tenemos a HSPA que es la combinación de tecnologías posteriores y complementarias a la 3ª generación de telefonía móvil (3G), como son el 3.5G o HSDPA y 3.5G Plus, 3.75G o HSUPA. Teóricamente admite velocidades de hasta 14,4 Mb/s en bajada y hasta 2 Mb/s en subida, dependiendo del estado o la saturación de la red, y de su implantación. En la actualidad, HSDPA admite hasta 3,6 Mb/s de bajada y 384 Kb/s de subida y HSUPA hasta 7,2 Mb/s en bajada y 2 Mb/s en subida (2012). El reciente aumento del uso de datos móviles y la aparición de nuevas aplicaciones y servicios como MMOG (Generación de Juegos en Línea Multimedia), televisión móvil, Web 2.0 y flujo de datos, han sido las motivaciones por el que 3GPP desarrollase el proyecto LTE. Poco antes del año 2010, las redes UMTS llegan al 85% de los abonados de móviles. Es por eso que LTE quiere garantizar la ventaja competitiva sobre otras tecnologías móviles. De esta manera, se diseña un sistema capaz de mejorar significativamente la experiencia del usuario con total movilidad, que utilice el protocolo de Internet (IP) para realizar cualquier tipo de tráfico de datos de extremo a extremo con una buena calidad de servicio (Qos); y de igual forma el tráfico de voz, apoyado en Voz sobre IP (VoIP) que permite una mejor integración con otros servicios multimedia (2012). LTE propone un Conjunto de mejoras al Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS), está siendo desarrollado para proporcionar el ancho de banda y calidad de servicio (QoS) para la entrega de aplicaciones intensivas de datos, como el Servicio de Mensajería Multimedia (MMS) y la TV móvil. LTE ofrece a los proveedores de servicios móviles (MSP) una avenida para entregar rentablemente servicios de próxima generación de banda ancha inalámbrica con una experiencia de usuario mejorada a un costo reducido por megabit. Además, LTE está siendo desarrollado para ínter operar con todas las redes existentes. El Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM) / MSP UMTS ha comenzado o está a punto de comenzar la implementación de redes LTE. Aunque su primera consideración es de datos, la voz no se queda atrás. Sin embargo, la forma de.

(19) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 9. proporcionar servicios de voz sobre LTE está siendo muy debatida en la industria inalámbrica. No importa cómo se implementan los servicios de voz, la red LTE debe ser eficiente y rentable, para datos y voz. Por esta razón se han desarrollado proyectos para darle solución a tal problema. Lo novedoso de LTE es la interfaz radioeléctrica basada en OFDMA, para el enlace descendente (DL) y (CS-FDMA) para el enlace ascendente (UL), siendo la interfaz (OFDMA) una versión multiusuario de la conocida multiplexación por división de frecuencias ortogonales. Se utiliza para conseguir que un conjunto de usuarios de un sistema de telecomunicaciones puedan compartir el espectro de un cierto canal para aplicaciones de baja velocidad. El acceso múltiple se consigue dividiendo el canal en un conjunto de subportadoras que se reparten en grupos, en función de la necesidad de cada uno de los usuarios. Para conseguir una mayor eficiencia, el sistema se realimenta con las condiciones del canal, adaptando continuamente el número de subportadoras asignadas al usuario en función de la velocidad que este necesita y de las condiciones del canal(2012). La modulación elegida por el estándar 3GPP hace que las diferentes tecnologías de antenas (MIMO) tengan una mayor facilidad de implementación; esto favorece, según el medio, hasta cuatro veces la eficacia de transmisión de datos. Se refiere específicamente a la forma como son manejadas las ondas de transmisión y recepción en antenas para dispositivos inalámbricos como enrutadores. En el formato de transmisión inalámbrica tradicional, la señal se ve afectada por reflexiones, lo que ocasiona degradación o corrupción de la misma y por lo tanto pérdida de datos. MIMO aprovecha fenómenos físicos como la propagación multicamino para incrementar la tasa de transmisión y reducir la tasa de error. En breves palabras; MIMO aumenta la eficiencia espectral de un sistema de comunicación inalámbrica por medio de la utilización del dominio espacial. Durante los últimos años, la tecnología MIMO ha sido aclamada en las comunicaciones inalámbricas, pues aumenta significativamente la tasa de transferencia de información utilizando diferentes canales en la transmisión de datos o la multiplexación espacial por tener las antenas físicamente separadas(2012). 1.2.1 Propuestas del estándar LTE . Tasa de pico del enlace DL de hasta 326,4 M bit/s para 4x4 antenas, 172,8 M bit/s para 2x2 antenas..

(20) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 10. . Espectro de frecuencia 20 M Hz.. . Tasa de pico del enlace UL de hasta 86,4 M bit/s. Al menos 200 usuarios activos por célula de 5 M Hz.. . Latencia mínima 100 ms para el Control-plane y hasta de 10 ms para el User-plane. Ancho de banda adaptativo, 1.4, 3, 5, 10, 20 M Hz.. . Tamaño óptimo de las células de 5 km, de 30 km con ligera degradación y hasta 100 km con un rendimiento aceptable.. . LTE proporciona un alto rendimiento para velocidades de 0 a15 km/h. La conexión es mantenida en velocidades de 300 a500 km/h.. . El Handover entre tecnologías 2G (GSM-GPRS-EDGE), 3G (UMTS-W-CDM AHSPA) y LTE son transparentes.. . La 2G y 3G están basadas en técnicas de Conmutación de Circuito (CS) para la voz, mientras que LTE propone la técnica de Conmutación por Paquetes IP (PS).. 1.2.2 Arquitectura de LTE La interfaz y la arquitectura de radio del sistema LTE son completamente nuevas. Estas actualizaciones fueron llamadas Envolved UTRAN (E - UTRAN). Un importante logro de E-UTRAN ha sido la reducción del costo y la complejidad de los equipos, esto es gracias a que se ha eliminado el nodo de control (conocido en UMTS como RNC). Por tanto, las funciones de control de recursos de radio, control de calidad de servicio y movilidad han sido integradas al nuevo Node B, llamado envolved Node B (eNB). Todos los eNB se conectan a través de una red IP y se pueden comunicar unos a otros usando el protocolo de señalización SS7 sobre IP. Los esquemas de modulación empleados son QPSK, 16- QAM y 64-QAM. La arquitectura del nuevo protocolo de red se conoce como SAE donde eNode gestiona los recursos de red (2012)..

(21) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 11. 1.2.3 Normas de LTE El 11 de diciembre de 2008 el 3GPP aprobó el release 8 como la norma definitiva del LTE y en las mismas fechas se comenzaron a anunciar terminales comerciales capaces de alcanzar velocidades de descarga de 100 Mbps (2012). Siendo descrito LTE como una tecnología 3.9G (más allá de 3G pero anterior a 4G), su primer lanzamiento no alcanzó los requerimientos de 4G. La industria de comunicación móvil y las organizaciones de estandarización han iniciado el trabajo para las tecnologías 4G como LTE Advanced. Un primer grupo de requerimientos de la 3GPP sobre LTE Advanced fue aprobado en Junio del 2008. Los requerimientos de 4G definidos por la ITU-R, también apunta a un cambio entre estados de energía más rápidos y una mejora en el rendimiento en el lado de la celda. Propuestas detalladas están siendo estudiadas dentro de los grupos. LTE Advanced debe ser compatible con el primer equipo lanzado de LTE y debe compartir frecuencias de banda con el primer lanzamiento de LTE. Tabla 1: Comparativa con LTE versión 8 e IMT Advanced. LTE nació para cubrir principalmente las siguientes necesidades: . Los usuarios quieren una conexión de datos que descargue y suba a más velocidad.. . Los fabricantes y operadores quieren un estándar menos complejo y que reduzca los costes.. . Hay que asegurar la competitividad del 3G en el futuro frente, por ejemplo, a WiMAX..

(22) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 12. LTE tiene también algunos desafíos que alcanzar: Aunque los comentarios en curso están centrados en usar LTE solo para datos, la mayoría de los proveedores están planeando también proveer servicios de voz en la medida en que LTE es introducido en la red, si no es al inicio, entonces en un tiempo más tarde. Algunos operadores de GSM o UMTS están planeando desplegar inicialmente LTE para cubrir áreas de alto tráfico, complementando la cobertura de HSPA, HSPA+ y EDGE. Sin embargo, sin importar donde comienza el operador, LTE gradualmente se introducirá progresivamente a lo largo de toda la red. Una de las ventajas que LTE promociona es la Evolución del Núcleo de Paquetes (EPC), que es una auténtica red "All-IP" y por lo tanto debe llevar todos los tipos de tráfico: voz, video y datos. Pero la mayoría de los trabajos de normalización se han centrado en los aspectos de datos de LTE y la voz se ha descuidado un poco. Es evidente que los beneficios en OPEX/CAPEX de un núcleo convergente EPC solo pueden ser logrados cuando todos los tipos de tráfico se realizan sobre un núcleo único. El problema de la normalización de la voz sobre LTE se complica más aún cuando se mezcla con diferentes tipos de redes tradicionales incluyendo GSM, HSPA, CDMA2000, WiMAX y Wi-Fi. Para darle solución a la transmisión de voz en LTE se han desarrollado algunos proyectos capaces de brindar este servicio, aprovechando las redes heredadas GSM o UMTS. Para que LTE sea exitoso durante la etapa del despliegue, los operadores deben asegurar la continuidad del servicio de voz con mínimas interrupciones de servicio en la medida en que los subscriptores se desplazan entre las redes LTE y GSM/UMTS (2012). Tomando en consideración dos de esos proyectos, en el capítulo dos de este trabajo se presenta un estudio en cuanto al funcionamiento, desempeño, y los requisitos de implementación en la red para estas soluciones..

(23) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 13. CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. En el presente capítulo se analizan dos de los métodos desarrollados para darle solución a la trasmisión de voz mediante la tecnología LTE. Explicando como funcionan cada uno de ellos, los pros y contras a la hora de ser implementado en la red, y al finalizar se hará una comparación en cuanto a las ventajas y desventajas en el momento de ser utilizados por los operadores de red. Los métodos a los que se hace referencia en este capítulo se nombran: circuitos conmutados de reserva (CS Fallback) y voz sobre IMS (VoIMS). 2.1. Métodos utilizados para el servicio de voz sobre LTE. El CS FallBack: es una opción atractiva que permite a los operadores aprovechar sus redes GSM / UMTS / HSPA legadas para la transmisión de voz. Con CSFB, mientras se hace o recibe una llamada de voz, el terminal de LTE suspende la conexión de datos con la red LTE y establece la conexión de voz a través de la red legada. CSFB descarga el tráfico de voz completamente a las redes 2G/3G, que por supuesto obliga a los operadores mantener sus redes básicas de CS. El CS FallBack es una opción atractiva a corto y medio plazo, ya que permite a los operadores optimizar aún más su infraestructura de legado existente, pero en el largo plazo, otras opciones serán más atractivas para cosechar plenamente los beneficios de la convergencia de EPC (2012). VoIP sobre IMS: El Subsistema IP Multimedia (IMS) soporta la opción de Voz sobre IP (VoIP) a través de redes LTE directamente. Además, esta opción solo aprovecha al SRVCC (Radio Voice Call Continuity) para abordar las brechas de cobertura en redes LTE. Si bien la llamada de voz inicial se establece en la red LTE, si el usuario sale del área de cobertura LTE, entonces la llamada es entregada al CS principal a través del núcleo IMS. Esta opción.

(24) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 14. proporciona una interesante estrategia de despliegue para los operadores que tienen un fuerte núcleo IMS, ya que les permite hacer la transición a VoIP desde el principio, a la vez que aprovechan los activos existentes para la continuidad de voz fuera de las áreas de cobertura LTE (2012). 2.2. Circuitos conmutados de reserva CS Fallback. En las soluciones que se han tomado en consideración. Los CS fallback soportan servicios de voz para LTE, mediante la utilización de las redes GSM/UMTS, como se muestra en la figura 2.1(Alcatel 2009).. Figura 2.1: Red de aplicación de la reserva CS. Los dispositivos móviles normalmente asociados a la red LTE para realizar servicios de datos, son forzados a retroceder a la red antigua cuando los subscriptores desean los servicios CS, tales como voz, servicio CAMEL y (G3 fax). Esta opción ofrece soporte y.

(25) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 15. transparencia total para los servicios anteriores mediante la habilitación del uso de las redes GSM/UMTS por parte de los operadores(Alcatel 2009).. 2.2.1 Funcionamiento de CS de reserva Registro Para que esta opción trabaje, un dispositivo habilitado para CS fallback debe registrarse tanto en la red LTE como en la GSM o UMTS, para asegurar que ambas redes estén consciente de su presencia y localización. Sin embargo la estación de usuario (UE) no tiene que realizar los procedimientos de registro. Pues la MME, nodo de control clave para la red LTE, realiza eficientemente un registro combinado cuando el usuario se une a la red LTE. El registro en la red GSM/UMTS se activa mediante la actualización de localización iniciada por el MME a través de las interfaces SGs con el MSC. El ID de localización de área (LAI) requerido para la actualización de localización, es calculado a partir de su equivalente LTE, y el ID del área de seguimiento TAI(Alcatel 2009).. 2.2.1.1 Origen y terminación de llamadas Para el origen de llamadas, los UE envían una solicitud de servicio con el indicador CSfallback hacia el MME, instruyéndolo de que realice un CS fallback. La MME le solicita entonces al eNodeB que redireccione al dispositivo móvil hacia la red GSM/UMTS, para determinar las celdas GSM/UMTS hacia la cual la estación de usuario debe ser movido. El eNodeB debe solicitar una medición desde el Terminal móvil o usar la información existente acerca de las celdas pre configuradas(Alcatel 2009). Cuando la celda elegida ha sido identificada, el eNodeB desencadena un cambio de celda hacia la red GSM/UMTS mediante el envió de un mensaje RRC hacia el UE. El móvil se conmuta entonces hacia la nueva celda y realiza una conexión de recurso de radio usando el procedimiento antiguo, además, antes del origen de la llamada es necesario actualizar la localización si la LAI de la nueva celda difiere de aquella almacenada en el equipo usuario(Alcatel 2009)..

(26) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 16. El CS fallback para la determinación de llamada trabaja en una forma similar a como lo hace el origen de llamada. Cuando entra una llamada para un dispositivo móvil, la MSC envía una solicitud ―page‖ sobre las interfaces SG hacia el MME. En respuesta la MME ―busca‖ al dispositivo móvil en la red LTE, con el indicador de dominio del núcleo de la red puesto a CS en el mensaje ―paging‖, indicando que la red CS originó la solicitud. Los eNodeB que deben ser ―notificados‖ se determinan a partir de la lista de TAIs para el dispositivo móvil en el MME, o desde la información de localización enviada en el mensaje de búsqueda (page) de la MSC(Alcatel 2009). Cuando el dispositivo móvil responde con una solicitud de servicio, que tiene un indicador CS fallback, el MME instruye al eNodeB para mover el dispositivo móvil a la red GSM/UMTS mediante el envió de un mensaje de establecimiento de contexto inicial UE. El eNodeB determina a cual celda debe ser movido el dispositivo móvil, de la misma manera que se hacen con las llamadas de origen. Si el área de localización de la nueva celda difiere de aquella almacenada en el dispositivo móvil. Entonces debe ser realizada una actualización de la localización antes de que el dispositivo móvil responda al ―aviso‖ para establecer la conexión de la llamada (Alcatel 2009). Si el usuario tiene una sesión de datos LTE activa cuando la llamada es iniciada, la sesión de datos debe ser entregada sobre la red GSM/UMTS o deberá ser finalizada dependiendo de las características de la red. Si la red fallback es un UMTS, la E-UTRAN realizará un handover de conmutación de paquetes, habilitando la sesión de datos a continuar durante la duración de la llamada de voz. Sin embargo si la red fallback es GSM, una PSHO solo pudiera ocurrir si la red GSM y el UE soportan Modo de Transmisión Dual (DTM), lo cual las habilita para manipular llamadas de voz y datos en formas simultáneas. De otra forma la sesión de datos se suspende para toda la duración de la llamada(Alcatel 2009). Al finalizar la llamada o el servicio CS, el dispositivo móvil es movido de regreso al EUTRAN, donde el servicio LTE es finalizado en caso de que hubiera sido suspendido durante la sesión CS. SMS El dispositivo móvil no tiene por qué regresar nuevamente a la redes CS cuando envía o recibe mensajes SMS. La MSC simplemente reenvía los SMS a la MME mediante las.

(27) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 17. interfaces SG, ycuando el subscriptor origina un mensaje de texto a la UE, lo envía hacia la MME, la cual lo reenvía a la MSC sobre las interfaces SG(Alcatel 2009). 2.2.1.2 Implementación de la red CS fallback Los terminales usados para CS fallback deben tener el acceso habilitado hacia las redes LTE, así como hacia las redes GSM/UMTS, aunque no se requieran cambios a la 3GPP en cuanto a los clientes usados para redes GSM/UMTS se deben hacer mejoras para que sea posible el CS fallback. Experimentalmente los dispositivos móviles necesitan soportar los procedimientos combinados ligado, desligado y actualización de localización, así como los procedimientos CS fallback y SMS. La implementación en la red de CS fallback requiere de mejoras en la MME, E-UTRAN y MSC. La MME debe soportar no solo las interfaces SGs con la MSC, sino también ciertos procedimientos MSC tales como el ligado y desligado IMSI, la actualización de localización y el voceo, o sea ―paging‖. Además la MME debe mejorarse para soportar los procedimientos SMS de CS fallback como se definen en 3GPP TS 23.272. La E-UTRAN debe también actualizarse para re-direccionar los dispositivos usuarios hacia las celdas GSM/UMTS disponibles cuando el servicio CS se requiera. LA E-UTRAN debe también ser mejorada para reenviar las solicitudes ―paging‖ y los SMS hacia el UE. En la red antigua los MSCs que están en el área de cobertura de LTE deben ser mejorados para soportar CS fallback. Las mejoras requeridas incluyen: . Soportes para interfaces SGs con la MME. . Paging simultaneo con las interfaces A,Iu y SGs.. . Envío y recepción de SMS sobre las interfaces SG.. El operador debe asegurarse de que la capacidad de las MSC y de los accesos por radio superpuestos a la cobertura LTE sea suficiente para acomodar el incremento de la carga de tráfico en la red LTE. El CS fallback requiere algunas consideraciones para la ingeniería de la red. Las áreas de cobertura LTE deben ser concebidas para solaparse con las redes. GSM/UMTS para.

(28) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 18. permitir a los subscriptores LTE una fácil resintonía o handover hacia la red UMTS/GSM para servicios de voz. Además, el seguimiento de las áreas LTE debe ser configurado geográficamente similar a las áreas de localización usadas en las redes GSM/UMTS por causa de los usos MME y el TAI para derivar el LAI usado por la red GSM o UMTS(Alcatel 2009). 2.2.1.3 Pros y contras para CS fallback CS fallback extiende la vida de las redes GSM /UMTS habilitándolas para proveer servicios de voz para las redes LTE. Los componentes GSM /UMTS tales como MSCs, plataformas de servicios CS, sistemas de soportes de operaciones y sistemas de cobros, prepagos y pos pagos, son todos reutilizados asegurando un rápido despliegue de servicios para LTE. No se necesitan nuevos elementos de red y las actualizaciones requeridas a los nodos de red existentes son relativamente menores comparadas con otras opciones. Los cambios de CS fallback hacia las MSC no son complicados debido a que las interfaces SG están intencionalmente basadas en las interfaces Gs que son usadas regularmente entre las MSC y los nodos de soporte de servicios. Los terminales rehúsan a el cliente GSM /UMTS con solo unas pocas mejoras adicionales para el CS fallback(Alcatel 2009). Otro beneficio de CS fallback es que este provee un servicio completo, y transparencia con la característica de la red GSM /UMTS. Dando lugar a que el subscriptor LTE pueda ser re direccionadoa la red GSM/ UMTS para los servicios CS. Por el contrario la señalización CS fallback es bastante intensa y puede tomar un tiempo largo para completarse, con estimados que pueden llegar hasta cerca de 500 ms. Además, esta demora se puede incrementar si el dispositivo móvil realiza las mediciones que le permitan encontrar una celda GSM /UMTS disponible para usar; y debe entonces realizar una actualización de localización antes de ser capaz de responder la llamada. Esta demora de establecimiento en la llamada puede ser suficientemente grande como para ser notada por algunos de los subscriptores LTE. Otra desventaja de CS Fallback es que no soporta llamadas concurrentes de voz y datos cuando el manejo de las redes GSM no tiene DTM(Alcatel 2009)..

(29) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 2.3. 19. Funcionamiento de IMS. El IMS es una conectividad IP de acceso independiente basada en estándares. Proporciona el marco para servicios basados en IP multimedia en una red de telefonía móvil, y es una opción óptima para ofrecer servicios de voz sobre IP. El IMS se ha especificado primero en 3GPP Release 5 y mejorado en las versiones siguientes de 3GPP. La arquitectura IMS que se muestra en la Figura 2.2, incluidas las interfaces hacia las redes heredadas y otras redes IP de multimedia, proporciona las entidades para la administración de sesiones y de enrutamiento, servicios de apoyo, bases de datos, y el inter funcionamiento.. Figura 2.2: Arquitectura IMS.

(30) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 20. La complejidad del marco IMS se hace evidente, pero no todas las entidades y interfaces se muestran en la Figura # 3, únicamente aquellas entidades que son inmediatamente necesarias para la comprensión de los conceptos de voz y SMS a través de IMS. En la Figura # 4 se redujo el esquema sobre la arquitectura IMS para una mejor compresión del Soporte de voz y SMS a través de IMS.. Figura 2.3: Esquema de una parte de la arquitectura IMS:. Para LTE, la conectividad de la red de acceso IP (IP-CAN) como se muestra en la figura estaría compuesto por el EPS y el E-UTRAN. Las funciones de la sesión de control de llamada (CSCF) son los componentes básicos de la IMS.. Hay tres CSCF: . M Proxy-CSCF (P-CSCF): El P-CSCF es el primer punto de contacto de un usuario. El P- CSCF se comporta como un servidor Proxy, es decir, que acepta las solicitudes y contratos a plazo sobre ellos..

(31) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. . 21. M interrogación-CSCF (I-CSCF): El I-CSCF es el contacto de entrada dentro de un operador de red para todas las conexiones con destino a un abonado.. . M Serving-CSCF (S-CSCF): El S-CSCF es responsable de gestionar la inscripción de proceso, donde el usuario toma decisiones de enrutamiento, el mantenimiento de sesiones, y la descarga de la información y perfiles de servicio de la FSS.. El (HSS) Home Subscriber Server es la base de datos principal para un usuario. Es comparable con el Registro de ubicación de casa (HLR) en una red GSM. El HSS contiene la información de suscripciones necesarias para las entidades de la red en específico, gestión de las llamadas o sesiones. Por ejemplo, el HSS proporciona soporte para el control de llamadas para completar los procedimientos de enrutamiento o itineranciapara la solución de la autorización, autenticación, nombrando o direccionamiento de resolución de dependencias, ubicación, etc.. Vista como una solución estratégica a largo plazo para LTE, voz sobre IMS usa control de llamadas IMS tal y como se define en 3GPP para la ejecución de servicios de voz. El IMS provee los servicios tradicionales tales como, terminación de origen de llamadas de voz básicas, identificación de la línea llamante, servicios suplementarios, así como servicios de valor añadido y. servicios multimedia avanzados. Tales como, videos compartidos. mediante sustracción o adicción de soporte multimedia en cualquier momento de la llamada. Se espera que voz sobre IMS sea ampliamente desplegado asegurando cobertura para subscriptores LTE, ya sea en la casa o durante el camino. La figura 2.4 muestra la implementación de la red básica(Alcatel 2009)..

(32) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 22. Figura 2.4: implementación de la red básica. La continuidad de los servicios CS para GSM /UMTS esta implementada con la ayuda de servicios centralizados ICS y SRVCC, lo cual asegura la continuidad del servicio y la transparencia de características o funciones para subscriptores que se mueven entre una red LTE sin cobertura nacional completa y una red GSM/UMTS que existe en todo el territorio. Opcionalmente como se muestra en la figura 2.5, y evitando el uso de ICS y SRVCC, la HSPA+ habilita la implementación de VoIMS con accesos UMTS PS permitiendo que los servicio de voz, datos y multimedia sean llevados simultáneamente sobre el mismo dominio PS de la conexión IP. VoIMS implementa a ambos, LTE y HSPA+ habilitando los servicios multimedia de voz y datos de forma concurrente de extremo a extremo sobre IP, así como movilidad entre las redes LTE y UMTS con el uso de los handover PS(Alcatel 2009)..

(33) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 23. Figura 2.5 En el caso de la continuidad de servicio CS GSM/UMTS, ICS asegura que los usuarios de VoIMS experimenten los mismos servicios de voz consistentes, ya sea que ellos estén en la red LTE o en la red GSM/UMTS, mediante la conexión transparente de las redes de acceso GSM /UMTS al control de la llamada IMS mediante los portadores CS. La SRVCC provee el traspaso controlado de la red para la continuidad eficiente de la llamada, eliminando la necesidad de enlaces simultáneos para los equipos usuarios (UE) a dos redes de acceso diferentes(Alcatel 2009). Hay dos formas de implementar ICS, basados en MSC o basadas en equipo usuario (UE). Con ISC basada en MSC, la MSC actúa como un agente usuario del protocolo SIP para el UE, interoperando la señalización CS usada para las comunicaciones desde MSC hacia el equipo usuario (UE) con SIP, el cual es usado para las comunicaciones desde MSC a IMS..

(34) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 24. En el ICS basado en UE, las funciones ICS están soportadas directamente por el UE, usando un cliente dedicado en el dispositivo móvil por el mismo. Los ICS basados en UE implementan el control de llamadas IMS para accesos GSM/UMTS con señalización SIP entre el UE y el núcleo IMS, llevados sobre las capacidades de transporte existentes de la red GSM/UMTS. Para las redes que soportan servicio simultaneo PS y CS la conexión IP es proporcionada por el núcleo de paquetes tradicionales y también por el punto de referencia Gm, tal y como muestra la figura 2.6(Alcatel 2009).. Figura 2.6. De otra forma la señalización SIP y ICS se trasporta sobre el enlace de control USSD así como por el punto de referencia I1 como se muestra en la figura 2.7. Esta versión de ICS deberá estandarizarse en 3GPP IMS Release 9. La EMSC gestiona el establecimiento del portador CS para el trasporte de flujo de audio.

(35) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 25. Figura 2.7. Los ICS basados en UE se consideran más utilizables que su contraparte basados en MSC. El método basado en MSC requiere una inversión significativa por parte de los proveedores de servicio para mejorar el ICS y todos los MSCs de su red. Además, para soportar roaming, todos los MSC en las redes vecinas deben también ser actualizados(Alcatel 2009). En contraste solo los equipos terminales deben ser mejorados en las redes basadas en UE. A causa de que la cobertura no esta limitada solo para las MSCs con ICS habilitado, el servicio pude ser provisto en una mayor área geográfica, y los ICS basados en UE soportan servicios ICS aun cuando los subscriptores estén en roaming ( vagando ) Por estas razones y a causa del que método USSD no será estandarizado hasta el Release 9, aquí solo describe el modelo ICS basado en el equipo usuario y el método de implementación de interface Gm(Alcatel 2009)..

(36) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 26. 2.3.1 Funcionamiento de VoIMS Registro Un UE habilitado para VoIMS ya sea usando la red LTE o UMTS PS, siempre se registra en la red IMS y recibe todos los servicios de Voz y datos desde IMS. Este también es el caso para UE habilitados para VoIMS/ ICS / SRVCC usando las redes de acceso LTE o GSM/UMTS CS. Para ICS y UE habilitados para SRVCC, los indicadores ICS y SRVCC están también incluidos en los mensajes de registro. El indicador de ICS notifica tanto al SCSCF como al SCC AS que el UE posee capacidades ICS, mientras que SRVCC le informa al eNodo B y al MME que la UE es capaz de realizar handover SRVCC(Alcatel 2009).. 2.3.1.1 Origen y terminación de llamadas o sesiones Cuando un dispositivo móvil origina o termina una sesión de voz sobre la red IMS usando el acceso LTE o UMTS PS, la sesión es establecida en correspondencia con los procedimientos descritos en 3GPPTS 23.228. Para la sesiones de origen basadas en ICS en las redes GSM/UMTS CS, los UE habilitados para ICS establecen en primer lugar un trayecto de señalizaciónpara el control de servicios con el SCC AS, a través del núcleo de la red de paquetes heredada y de la interface GM, y luego de un trayecto de señalización de control portador CS hacia la MSC usando los procedimientos CS de la red heredada.El SCC- AS combina la señalización SIP recibida sobre la interface Gm con la descripción de los portadores establecidos a través de las redes CS para formar el acceso CS base de la sesión. Usando la señalización SIP en nombre del UE, la SCC - AS establece entonces el IMS base remoto de la sesión, y se la presenta al CSCF para el manejo IMS estándar(Alcatel 2009). Para la sesión de terminación de un UE habilitado para ICS en las redes GSM/UMTS, el SCC – AS selecciona una dirección de contacto, del conjunto de direcciones registradas que él contiene para el UE, seguido por la red de acceso a ser usada para el envió de la sesión. La terminación de la sesión IMS es entonces iniciada hacia la dirección de contacto del equipo usuario seleccionado, con el indicador puesto a ―CS portador‖. Una vez recibido.

(37) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 27. el mensaje, la UE habilitada para ICS origina una llamada CS hacia la SCC – AS usando el número de directorio asociado. De la misma forma la sesión de origen SCC – AS combina la señalización SIP con la descripción de CS portador para establecer el CS base de la sesión de terminación. Usando la señalización SIP en el nombre del equipo usuario, el SCC – AS establece entonces el IMS base de la sesión y se lo entrega al CSCF para el manejo IMS estándar. 2.3.1.2 Handover Handover desde LTE hacia UMTS PS. El handover desde LTE hacia UMTS PS proporciona un excelente handover entre las dos redes, con las llamadas de voz y datos siendo simultáneamente traspasadas. Debido a que la llamada de voz es retenida como voz sobre IP bajo el control de IMS, la llamada puede ser traspasada rápidamente y sin complicaciones, sin la necesidad del uso de SRVCC. El handover es iniciado por el eNode B cuando este envía una solicitud hacia el MME para establecer recursos en RNC, SGSN, y SGW. El MME solo necesita coordinar y realizar un handover PS. Debido a que tanto la sesión de voz como las otras posibles sesiones están sobre PS, no existe una sesión CS separada que traspasar(Alcatel 2009). Uno de dos métodos puede ser usado para establecer el trayecto: . Un túnel directo desde el SGW hacia el RNC a trabes de la interface S12. . Un túnel indirecto desde SGW hacia el SGSN para la RNC.. Después de reservar el trayecto y el portador de aseso de radio (RAB) en la red UMTS PS, el MME ordena el handover. El eNode B instruye entonces al UE par hacer el traspaso a la celda seleccionada en la red UMTS. Después del completamientoexitoso del handover, la RNC envía un mensaje de completamiento hacia el SGSN, el cual lo envía a su vez hacia el MME.

(38) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 28. 2.3.1.3 Handover basado en SRVCC SRVCC habilita las llamadas para ser traspasadas fácilmente desde LTE hacia las redes de acceso GSM/UMTS mientras el control de la llamadas es retenido en IMS. Los traspasos SRVCC son disparados por la E- UTRAN basados en los reportes de medición que esta recibe desde los UE con SRVCC habilitado. Cuando un handover es requerido, la EUTRAN le solicita al MME que inicié el traspaso hacia la celda elegida. El MME entonces separa el portador de voz del portador de servicio no vocal e inicia el procedimiento de handover con ambos, la MSC y SGSN(Alcatel 2009). Una vez recibida la notificación del handover, MSC instruye al subsistema de red de radio seleccionado de que se prepare para el handover, reservando los recursos de radios necesarios. Cuando los recursos han sido reservados, la MSC inicia la transferencia de la sesión IMS hacia el dominio CS(Alcatel 2009). Los procedimientos de continuidad de servicio para el estándar IMS son ejecutados en el dominio IMS en correspondencia. con 3GPP y TS 23. 292 y TS 23.237. Una vez. completado, el CSCF conmuta la llamada de voz hacia el acceso base CS que ha sido establecido mediante el handover. La MSC entonces le informa a la MME que todo está listo para que el handover proceda(Alcatel 2009). Si el UE tiene sesiones simultaneas PS y CS, el SGSN también solicita al RNS que reserve o asigne recursos. Después que el RNS ha coordinado la solicitud de reubicación de CS y PS, y ha asignado los recursos requeridos, le notifica al SGSN, el cual entonces le notifica al MME de que también está listo para el handover(Alcatel 2009). La MME sincroniza la reubicación de CS y PS e instruye a la E- UTRAN para el traspaso. El UE entonces hace el traspaso hacia la RNS cuando es instruida de hacerlo por parte de la E- UTRAN. Una vez que detecta que el handover ha ocurrido, la RNS informa a la MSC y a la SGSN de que el handover está completado, señalizando hacia la MSC para que conecte la llamada. Tanto la MSC como la SGSN le notifican entonces al MME de que el handover ha sido realizado exitosamente(Alcatel 2009)..

(39) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 29. Como ya se dijo, si una sesión PS está concurrentemente activa con la sesión de voz, esta también es traspasada hacia la red GSM/UMTS solo en el caso en que la red tradicional soporte ese traspaso. Si el handover es hacia UMTS, la E-UTRAN realiza un handover PS habilitando la sesión de datos para continuar junto con la llamada de voz CS. Sin embargo si el handover es hacia GSM, un handover PS puede ocurrir solo si la red GSM y el UE soportan DTM, de otra forma la sesión de datos es suspendida(Alcatel 2009).. SMS El envió de SMS hacia el UE en las redes LTE / IMS requiere del uso de una pasarela de mensajes cortos IP, como se define por 3GPP Realse 7. Esta pasarela es requerida para el envió de mensajes SMS entre el centro SMS y cualquier UE basado en IP. Cuando el (IPSM- GW) recibe un mensaje desde el centro SMS lo reenvía hacia el CSCF el cual a su vez lo envía hacia el UE. Si el UE está haciendo roaming en la red GSM/UMTS el CSCF usa la interface GM para el envió del mensaje(Alcatel 2009). Como quiera que el (IP -SM- GW) puede enviar mensajes SMS usando los dominios IMS PS o CS, el UE recibe sus SMS en las redes IMS/UMTS o GSM. El (IP -SM- GW) intenta enviar los SMS en el orden definido por la política del operador y o por las preferencia del usuario. Por ejemplo: El (IP- SM –GW) puede primero intentar el envió de SMS en las redes LTE / IMS, seguido por el núcleo de paquetes y finalmente por el núcleo de circuitos. 2.3.1.4 Implementación de la red de VoIMS Voz sobre IMS con acceso LTE únicamente. La implementación de red VoIMS requiere del despliegue del núcleo IMS, así también de CSCF, Servidor de Aplicación de Telefonía y otros componentes (en caso de que no estén presente en la red), además de otros cambios necesarios. Los terminales de voz sobre IMS deben también soportar el cliente móvil IMS..

(40) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 30. Además se requiere de un (IP- SM- GW) para el soporte de SMS. Puede también ser necesario una actualización del servidor del suscriptor (HSS) de casa para soportar la presencia del nuevo (IP-SM-GW) en la red(Alcatel 2009).. 2.3.1.5 Voz sobre IMS con acceso de LTE y UMTSPS La implementación de voz sobre IMS con ambos accesos (LTE y UMTS PS) requiere de la actualización de las E- UTRANs en las redes GSM/UMTS y pueden también requerir de una actualización para los SGSNs en caso de que el método indirecto sea usado. La UTRAN no solo requiere de una actualización del Release 8 de la 3GPP, sino también debe soportar (ROHC) y el proceso de localización de radio. La E UTRAN debe también soportar la interface (S12) entre la RNC y la SGW usada por el método del túnel indirecto. El SGSN debe también ser actualizado hacia el Release 8 3GPP para soportar la interface (S4) con el SGW. Esta interface es usada por el método del túnel indirecto(Alcatel 2009).. 2.3.1.6 Voz sobre IMS con ICS y SRVCC. Para voz IMS implementada con ICS y SRVCC, los terminales deben también soportar los clientes ICS y SRVCC. Las mejoras a ICS incluyen soporte para el establecimiento del trayecto de señalización de control de servicio, usado por las comunicaciones SCC AS y por el trayecto de control portador usado para establecer el portador CS a través del dominio CS, así como el soporte para seleccionar el dominio del aseso para el origen de la sesión y terminación de sesión. Para SRVCC el terminal debe ser habilitado para indicar a la EPS que SRVCC será usado para el handover hacia las redes GSM/UMTS. En las redes IMS la implementación de VoIMS con el ICS y SRVCC requiere la adición de dos servidores de aplicación IMS. Estos son el SCC AS y SRVCC- AS. Estos pueden ser servidores separados o estar combinado en un único servidor. Para VoIMS con soporte GSM el SCC-AS junto con la MSC y el HLR deben soportar USSD(Alcatel 2009)..

(41) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 31. SRVCC también requiere de actualizaciones para la E- UTRAN, para la MME y del HSS en la redes LTE. La E- UTRAN y la HSS requiere actualizaciones relativamente menores para el soporte de los parámetros SRVCC. La MME requiere trabajos más extensivos ya que esta debe separar el tráfico de voz de los portadores PS para tráfico no vocal, e iniciar el procedimiento de handover SRVCC hacia la MSC seleccionada sobre la interface SV y coordinar. el. handover. CS. y. PS. cuando. ambos. deben. ser. realizados. simultáneamente(Alcatel 2009).. En las redes GSM/UMTS un MGCF, que puede ser integrado opcionalmente con la MSC, se requiere para el establecimiento de la interconexiones de IMS. Para soportar el handover SRVCC, el MSC debe ser actualizado con la interface SV y debe soportar coordinación de la relocalización SRVCC y de los procedimientos de transferencia de sesión. Después de la relocalización. exitosa. el. MSC,. debe. también. estar. disponible. para. registrar. automáticamente el UE con HLR. El HLR también debe necesitar mejoras para soportar el nuevo (IP- SM- GW) en la red(Alcatel 2009). 2.3.1.7 Pros y contra de VoIMS Normalmente aceptada como la solución final para el soporte de los servicios de voz sobre LTE, la VoIMS utiliza completamente las redes LTE o IMS garantizando el ahorro que representa una red todo IP. Voz sobre IMS ofrece servicios de voz conversacionales y habilita a los operadores para la introducción de servicios de datos y voz avanzados que generan nuevos ingresos. Además los proveedores de servicios tiene el potencial para ofrecer servicios convergentes móviles y fijos sobre sus redes inalámbricas o redes por hilo usando VoIMS. Si un proveedor tiene implementado VoIMS con UMTS PS, los PSHO entre las redes LTE y UMTS lucirían más suaves que aquellos proporcionados por SRVCC. Además, a causa de implementación de soporte de handover de LTE a UMTS, la UMTS está mejor capacitada para manejar los pequeños huecos de la cobertura de la red LTE. La VoIMS, implementada con acceso LTE y UMTS PS, provee handover para los servicios de voz y datos concurrentes de forma excelente, ya que ambos voz y datos son traspasados en un dominio simple PS..

(42) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 32. Para VoIMS implementada con ICS y SRVCC los subscriptores experimentan los mismos servicios de voz en las redes LTE que en las redes GSM/ UMTS, ellos tienen un único número de directorio, un plan de numeración, un correo de voz, un conjunto de servicios de subscriptores y así sucesivamente. Además VoIMS, implementada con ICS y SRVCC, capacita a los operadores para introducir servicios combinados avanzados, los cuales son transparentes a las redes de acceso que se utilizan. Sin embargo VoIMS requiere de una inversión grande en la red LTE ya que los proveedores necesitan desplegar el núcleo IMS, o sea CSCF, TAS y otros componentes así como el (IP- SM-GW). El HSS puede también requerirse para actualizar el soporte para (IP-SM- GW). Si se está desplegando VoIMS con ICS y SRVCC son requeridos los SCC y SRVCC así como las actualizaciones SRVCC para la E-UTRAN y MME. En las redes antiguas la implantación de ICS y SRVCC requiere del despliegue de un MGCF y de actualizaciones en todas las MSCs de fronteras en las redes LTE/IMS para soportar las interfaces Sv. También es necesaria la actualización de la HLR para soportar el (IP- SMGW). Debido a que la señalización SRVCC es complicada, los subscriptores LTE pueden experimentar una posible ruptura en el flujo de voz cuando se traspasa o se maneja la sesión o llamada hacia las redes GSM /UMTS, sin embargo, el desempeño de SRVCC puede ser optimizado a lo largo del tiempo(Alcatel 2009). 2.4 Comparación entre las opciones para voz sobre LTE Para una mejor respuesta de como comparar estas opciones unas con otras, cada opción debe ser analizada en correspondencia a:  Los requerimientos de implementación de la red  El desempeño. En cuanto a los requerimientos de implementación de la red, la tabla 1 proporciona un resumen para las opciones de voz sobre LTE(Alcatel 2009)..

(43) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 33. Table 1. Voice over LTE options: network-implementation comparison. VoIMS REQUIREMENT. CS FALLBACK. VoIMS LTE. VoIMS UMTS PS. VoIMS GSM/UMTS CS (ICS AND SRVCC). New network equipment. None. Legacy network upgrades. All.  IMS core  IP-SM-GW. MSCs. overlaying. None. LTE. converage EPS and/or IMS upgrades. 3GPP compliance for IOT.  E-UTRAN  MME.  HSS.  IMS core  IP-SM-GW.    .  UTRAN  SGSN for indirect tunneling method.  Only MSCs at  LTE edge  HLR.  HSS.  E-UTRAN  MME  HSS. IMS core IP-GS-GW SCC and SRVCCAS MGCF. Yes. Yes. Yes. Yes. Likely small. Likely small. Likely small. Likely substantial. ease Terminal changes.  CS-fallback support. LTE and GSM / UMTS coverage considerations. engineering.  Requires LTE and GSM/UMTS coverage overlap  Similar configuration for tracking and location areas.  IMS client. None.  IMS client. None.  IMS client  ICS support  SRVCC support. None.

(44) CAPÍTULO 2. EVALUACION DE SOLUCIONES PARA SERVICIOS DE VOZ SOBRE LTE.. 34. 2.5 Conclusiones parciales. La implementación de la red de CS fallback es relativamente simple y requiere un nivel de inversión comparativamente bajo. Con CS fallback no se requieren nuevos nodos de red, solo una actualización de los MSC que están sirviendo en el área de la red LTE así como una actualización de la E- UTRAN y de la EMM.. Además cuando la red LTE es desplegada, su área de cobertura debe ser diseñada para solaparse con las de las redes GSM/UMTS. Los cambios a los terminales CSfallback también son menores, haciendo esta opción relativamente fácil de implementar. La implementación de VoIMS requiere una inversión y cambios en la red mas grandes que en la otras opciones. Se necesita desplegar el núcleo IMS, si es que este no este presente en la red del operador, junto con todos los cambios necesarios al sistema. Además se requiere un (IP- SM- GW) para el soporte de SMS. Se requiere una actualización del E- UTRAN si VoIMS esta también desplegada con acceso UMTS PS. Si VoIMS esta siendo implementado con ICS y SRVCC, nuevos nodos SCC y SRVCC AS deben también ser desplegados juntos con las actualizaciones de ambos, E- UTRAN y a MME.En la red antigua, si un MGCF no esta presente debe ser desplegado, y también las actualizaciones a todas las MSCs de la red LTE para soportar SRVCC. El HLR también requiere de actualización para soportar la adicción de un nuevo (IP- SM- GW) en la red.En fin VoIMS es la solución final para LTE, no una solución temporal como CS fallback, una inversión en Voz sobre IMS asegura el futuro para el operador ya que es una solución a largo plazo. Lo anteriormente tratado, presenta un enfoque desde la óptica del operador de telecomunicaciones. Sin embargo, el desarrollo de la 4G reclama de una atención profunda en cuanto a aspectos científico tecnológicos. Es importante entonces destacar algunos trabajos que se han realizado en este campo e identificar áreas que pueden ser objeto de futuras investigaciones. El desempeño de las aplicaciones en las redes inalámbricas depende en gran medida de la configuración del enlace. Las características del enlace varían con la persistencia de la retransmisión de las tramas, con las estrategias de modulación adaptativa, con el tipo de codificación, etc. La configuración del enlace y las condiciones del canal, repercuten en parámetros como la pérdida de paquetes, la demora y la variación de la demora, los cuales.