ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECANICA Y
ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL ―ADOLFO LOPEZ MATEOS‖
INGENIERIA EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA
―
TECNOLOGÍA LTE
‖
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA
PRESENTAN:
ALEJANDRO ARIAS CUEVAS
CARLOS ALBERTO FERNÁNDEZ RODRÍGUEZ
GUSTAVO RODRIGO GARCÍA RICO
ASESORES:
Ing. Víctor Flores García
M. en C. Pedro Gustavo Magaña del Río
DEDICATORIAS
Por las oraciones que día a día me obsequiaron para llegar a mi meta, por la confianza que depositaron en mí:
La amistad que me brindaron en los momentos más difíciles cuando mas los necesitaba, por ser una parte importante de éste ciclo que gratificante cierro dedicando estas palabras a ustedes:
Mi familia y amigos
ING. ALEJANDRO ARIAS CUEVAS
Dedico este trabajo, a la perseverancia del hombre en busca del conocimiento y de la innovación, también al deseo que funciona como motor para lograr nuestros objetivos, día con día.
A la sintonía, que nos lleva, aun sabiendo que no será fácil llegar, sin embargo encontrar ese tenor que nos encamina a realizar nuestros objetivos.
También dedico este trabajo a una parte fundamental de mi vida, mis padres quien en toda ocasión estuvieron presentes, en las buenas y en las malas, así como a mis compañeros de escuela, maestros y amigos.
ING. CARLOS FERNANDEZ RODRIGUEZ
A toda mi familia que me estuvo apoyando en todo momento, en especial a mis padres Rodrigo García Palma, y Gabriela Rico Jiménez, quienes me formaron como la persona que soy hoy en día, forjaron en mí el carácter y los valores necesarios para salir adelante y trazar mis propias metas, que lograre paso a paso.
Y a mis hermanos Fabián, Lizbeth que han sido parte esencial en mi vida, y que tienen la posibilidad de seguir estudiando y que los 2 otorguen una satisfacción mas en su vida.
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a mi familia por confiar en mí todo este tiempo, por su apoyo y comprensión. A mi madre por enseñarme a no darme por vencido nunca y terminar lo que comencé siempre. A mi padre por enseñarme a lograr siempre lo que me propongo. A mis hermanos por estar siempre ahí cuando los necesito.
A todos mis amigos por apoyarme y darme aliento para seguir hasta terminar lo que comencé. A mis compañeros y amigos de equipo, por soportarme y apoyarme hasta el final. A mis dos ángeles que me apoyan desde arriba, mi Abuela y mi amigo.
GRACIAS a todos.
ING. ALEJANDRO ARIAS CUEVAS
Agradezco, a toda persona que voluntaria e involuntariamente aporto una parte de su experiencia, tiempo, y apoyó, para poder realizar este trabajo, contando con mis profesores, como referencias importantes, pero con cierto aprecio, por mis padres, y amigos, ya que mis padres formaron toda una base de valores, de principios los cuales hoy en día se ven reflejados, por otra parte, el gran impulso que recibí de algunos de mis compañeros, de equipo.
No obstante agradezco el poder haber tenido la oportunidad de haber colaborado con este trabajo, recordando que tal vez el día de mañana no llegue, por eso que tenemos que vivir un presente muy conscientemente.
A dios por darme la oportunidad de concluir esta meta.
Gracias a esta gran escuela que me dejo formar parte de esta gran Institución, del Instituto Politécnico Nacional.
A mi familia por todo el apoyo recibido durante esta etapa de mi vida.
A mis amigos por estar conmigo a lo largo de mi carrera, por su apoyo, ayuda y por supuesto por su amistad que me brindaron.
A mis asesores Pedro Gustavo Magaña del Rio, Víctor Flores García por sus enseñanzas las cuales resultaron en la culminación de este trabajo, así también por la amistad brindada durante estos años.
También quiero agradecer a mis compañeros de equipo por soportarme durante la duración de este trabajo, y gracias a su esfuerzo y dedicación, logramos la terminación del proyecto.
O B J E T I V O
Índice
INTRODUCCIÓN. VI
ANTECEDENTES. VIII
CAPÍTULO 1.- INTRODUCCIÓN. 1
1.1.-CARACTERÍSTICAS DE LTE. 2
CAPÍTULO 2.- TÉCNICAS DE ANTENAS MÚLTIPLES. 5
2.1.- CAPACIDAD DE MIMO. 6
2.2.- CAPA DEASIGNACION DE PALABRAS CODIGO. 8
2.3.- PRECODIFICACION MIMO. 11
2.3.1.- LAZO ABIERTO EN MULTIPLEXAJE ESPACIAL. 13
2.4.- VISION GENERAL DE SFBC. 14
2.5.- ESQUEMA CONJUNTO DE SFBC y FSTD. 16
CAPÍTULO 3.- CODIFICACIÓN DE CANAL. 19
3.1.- CÓDIGOS LDPC. 20
3.2.- COMPROBACION DE REDUNDANCIA CICLICA (CRC). 21
3.3.- EARLY STOPPING Y CODEBLOCK DE CRC. 23
3.4.- ESQUEMAS DE AGREGADO CRC. 25
3.5.- SEGMENTACION DEL CODEBLOCK. 27
3.6.- TURBO CÓDIGOS. 28
CAPÍTULO 4.- ACCESO MÚLTIPLE EN EL ENLACE DESCENDENTE Y
ASCENDENTE DE LTE. 31
4.1.-PARP EN MODULACIÓN QAM, QPSK. 32
4.1.1.-MODULACIÓN QPSK. 33
4.1.2.- MODULACIÓN QAM. 34
4.1.2.1.- 16 QAM. 35
4.1.2.2.- 64 QAM. 37
4.2.- ESQUEMAS DE ACCESO MÚLTIPLE EN LTE. 38
4.2.1.- OFDM PARA EL ENLACE DESCENDENTE. 39
4.2.2.- SC-FDMA PARA EL ENLACE ASCENDENTE. 42
4.3.-CAPACIDAD DEL ENLACE DESCENDENTE. 47
4.3.1.- CAPACIDAD DE OFDMA. 47
4.4.-CAPACIDAD DEL ENLACE ASCENDENTE. 49
4.4.1.- CAPACIDAD DE OFDMA. 49
4.4.2.- CAPACIDAD DE SC-FDMA. 50
4.4.3.-RESULTADO DE LA CAPACIDAD. 51
4.4.4.- ACCESO HIBRIDO EN LTE. 53
CAPÍTULO 5. - ARQUITECTURA DE LA RED Y PROTOCOLOS. 57
5.1.-ARQUITECTURA DE LA RED. 58
5.2.-ESTRUCTURA DE LA CAPA DOS Y DE SERVICOS DE QoS. 63
5.3.-ESTADO DE LOS PROTOCOLOS Y ESTADOS DE TRANSICIÓN. 70
5.4.-ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE DIFUSION Y MULTIDIFUSION. 71
5.5.-DIRECCIONAMIENTO IP. 74
CAPÍTULO 6.-UTILIDADES. 77
6.1.- LTE vs 3G. 78
6.2.- CARACTERÍSTICAS DE LTE. 79
6.3.- LTE EN LA INDUSTRIA. 79
6.5.- LTE Y SUS APLICACIONES CON DIFERENTES PROVEEDORES. 83
CAPÍTULO 7.- CONCLUSIONES. 85
Anexos y Tablas 87
Glosario 105
Biblografía / Referencias 114
INTRODUCCION
Durante toda la evolución de la humanidad, el hombre siempre ha necesitado comunicarse con sus semejantes en muy diversas formas dependiendo estas de las características imperantes en el medio ambiente en el que vivían ocasionando una amplia interdependencia entre humano y medio ambiente. Al cambiar el medio ambiente las necesidades específicas de comunicación fueron afectadas sufriendo adaptaciones para proporcionar la finalidad fundamental de la comunicación. Conforme las necesidades de comunicación fueron evolucionando y el hombre lograba satisfacerlas a diferentes costos, incluyendo la modificación del mismo medio ambiente y la consecuente transformación de su entorno. Las comunicaciones siempre han sido parte importante en la vida de los humanos, teniendo así que evolucionar en todo tipo. Primero fuente de la transmisión de voz, después, imágenes, vídeos, datos, VOZ-IP y tecnología óptica, al punto de transmitir todo tipo de información en todo tipo de formas conocidas por cables; ahora es tiempo de usar medios no guiados (espacio-vació) y hacer de esto una comunicación confiable y eficiente, en el cual no involucremos medios guiados.
Las comunicaciones inalámbricas son de amplio uso en la actualidad por la independencia y la movilidad que proporciona a sus usuarios y así como aplicaciones desarrolladas específicamente para satisfacer las necesidades crecientes de comunicación, lo cual ocasiona una continua evolución de la misma.
ANTECEDENTES
Hoy en día se ha apostado con gran fuerza por las nuevas tecnologías con aplicación en la telefonía las cuales brindan una gran ventaja sobre las formas de instrumentación y utilización para los sistemas de telefonía móvil.
Estos a su vez han evolucionado la forma de transmitir desde señales típicamente de voz hasta señales de datos que pueden adoptar la forma de paquetes que pueden incluir imágenes, voz, video, datos puros, multimedia, etc., los cuales requieren de un sistema de transmisión que lo posibilite para con ello alcanzar la plena satisfacción del usuario.
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APÍTULO 1
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CAPÍ
TULO “1” “INTRODUCCIÓN”
1.1 Características de LTE (Long Term Evolution)
El objetivo de LTE es proporcionar una alta velocidad de datos, el tráfico será a través de la arquitectura de red será por conmutación de paquetes todo por IP, con una calidad de servicio y una latencia mínima, y la interfaz de transmisión del sistema LTE es el aire. El sistema soporta anchos de banda flexibles gracias a los sistemas de acceso múltiple como son: OFDMA y SC-FDMA, como se observa en la figura 1. También el uso de FDD (dúplex por división de frecuencia) y TDD (dúplex por división de tiempo).
.
El sistema esta principalmente optimizado para transmitir a bajas velocidades de hasta 15 km/h, sin embargo, el sistema permite la movilidad de más de 350 km/h con alguna degradación en el rendimiento.
El enlace ascendente se basa en el acceso múltiple por división de frecuencia en una sola portadora (SC-FDMA), este acceso promete mayor cobertura de enlace ascendente debido a la baja relación pico de potencia media (PAPR) en relación con OFDMA. El enlace descendente se basa en el acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal, con la asignación de sub-portadoras en el mismo ancho de banda.
La transmisión de los datos se lleva a cabo en MIMO (múltiples entradas, múltiples salidas), en el enlace descendente se ocupan antenas de 2x2, 4x2, y 4x4, en el enlace ascendente son de 1x2 y de 1x4, la tasa de transmisión que se espera alcanzar en el enlace descendente es de 173 Mb/s en antenas de 2x2 y de 326 Mb/s en antenas de 4x4, también se lleva a cabo el proceso de STBC-SFTC que es un esquema que ofrece ortogonalidad, por lo cual se emplea OFDM para colocar los símbolos en el mismo tiempo pero en diferente frecuencia y el cual se puede ofrecer para lo UE´s que se encuentren cercanos a las antenas.
FIGURA 2. Evolución de las tecnologías de radio.
ANCHO DE BANDA 1.25-20 MHZ.
DUPLEXING FDD, TDD
MOVIBILIDAD 350 Km/h
ACCESO MULTIPLE
ENLACE DESCENDENTE OFDMA
ENLACE ASCENDENTE SC-FDMA
MIMO
ENLACE DESCENDENTE 2X2, 4X2, 4X4
ENLACE ASCENDENTE 1X2, 1X4
MAXIMA VELOCIDAD DE
DATOS
ENLACE DESCENDENTE
173 Mb/s EN 2X2 Y 326 Mb/s EN 4x4 MIMO
ENLACE ASCENDENTE 86 Mb/s CON 1X2
MODULACION QPSK, 16 QAM 64 QAM CANAL DE
CODIFICACION TURBO CODIGO
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APÍTULO 2
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“T
ÉCNICAS DE ANTENAS
CAPÍTULO
“
2
” “T
ÉCNICAS DE ANTENAS MÚLTIPLES
”
2.1 Capacidad de mimo.
La capacidad de MIMO se ve reflejada en su canal de transmisión y la diversidad que puede alcanzar al ser transmitida en varias direcciones por lo que con sus respectivas ganancias se ve reflejado en este mismo canal de transmisión, hacia cada una de las antenas de transmisión, por lo que se puede desarrollar una matriz para interpretar la relación de cada unas de las antenas, al igual que en la siguiente figura se observa el por qué se denota así la matriz.
FIGURA 3. Sistema MIMO de NxM.
2.1
Ahora bien se puede observaren la siguiente ecuación la capacidad de canal MIMO con la siguiente formula.
2.2
Donde se ve reflejada la relación señal-ruido como:
2.3
Cabe destacar que si se tiene una baja relación señal a ruido (SNR), en el sistema de LTE y se tiene una matriz de N x M elementos, la potencia resultante se ve reflejada en el impulso de una señal referida a 10log10. Se puede considerar que la
SNR puede ser grande o pequeña, se determina que cuando se llega a un máximo de la SNR, existe un grado de liberación determinado por un nmin, como efecto
2.2 Capa de asignación de palabras código.
Las palabras código y la capa de asignación tienen una gran correlación ya que la capa de asignación depende del tamaño y del número de las palabras código, que adjuntamente van al canal mimo. El cual es transmitido por una antena, dentro de un canal mimo mediante los puertos que tenga disponibles la antena el cual debe cumplir que P≥ nmin, considerando a P como los puertos de la antena que también
tiene un proceso de codificación, modulación, y de un precodificado.
Para las palabras código se manejan dos grandes vertientes, las palabras códigos simples y las múltiples. Que para el caso de ser simples, al momento de ser transmitidas se añade un análisis en el CRC para la parte de codificación y modulación, de esta manera pasan a ser moduladas, sobre varias antenas. Y para las palabras códigos múltiples se hace un análisis por bloques pequeños realizadas individualmente para las llamadas. Esta forma de análisis permite la eliminación de interferencias.
De esta manera las palabras código se asignaran en un intervalo de 1-2, 2-1, 2-2. Tomando en consideración que 2-2, será el número ideal para las palabras que se acomodan en pares de palabras código. Entonces la primer palabra código se acomodara en la primera capa de asignación y la segunda palabra código se acomodara en la segunda capa de asignación y en dado caso que aparezca una tercera palabra código se reasigna a la uno de asignación, dando lugar a que el conjunto de dos palabras códigos sean transmitidas por un canal mimo, y la tercera a un nuevo canal mimo y así cronológicamente. Entonces un esquema de 2-2 queda de la siguiente manera:
FIGURA 4. Esquema 2-2 de palabras código.
FIGURA 5. Esquema 1-3 para palabras código.
Aun que estas combinaciones son reubicadas en una sola capa de asignación, solo se requiere de una señal, lo que puede resultar una ventaja ya que solo se requiere de una transmisión, y en la recepción se obtendrán tres palabras código, considerando también que elimina la interferencia.
FIGURA 6. Proceso para dos antenas en capa de asignación.
2.3 Precodificacion MIMO.
Un esquema de Duplexaje por División de Tiempo (TDD), debe tener como características el reconocimiento total del canal a utilizar ya que el eNB ofrece una retroalimentación, con el cual se logra una mejor conexión para la transmisión y codificación en la forma de la señal (beamforming) y por otra parte en Duplexaje por Division de Frecuencia (FDD), necesita que el UE retroalimente con información al eNB.
Entonces un canal mimo depende de los canales transmitidos, por lo cual se tendrán que señalizar en las antenas receptoras, toda esta interacción se lleva a cabo en la conexión de eNB y el UE. Lo cual puede crear un robusto conjunto de códigos estimando que haya un máximo de canales de transmisión, cabe destacar que se debe hacer un registro dinámico adjunto a la transmisión, el cual se conoce como los libros de códigos que tendrá un límite de P = (P1,P2,P3,…PL) donde L=2r y es el
índice de acceso rápido representado en bits para identificar el libro de códigos correspondientes. Una vez ubicado el libro de códigos este se encarga de realizar el algoritmo adecuado sobre las palabras código, ya sea para la utilización de 2 o 4 antenas, de esta manera los puertos de la antena se convierten en la puerta de enlace. Y se puede ejemplificar de la siguiente manera.
Dentro de la precodificacion existe un esquema bastante importante conocido como CDD, el cual se desprende en dos partes una para un retraso corto y otro para un retraso largo. El objetivo principal del retraso corto es introducir una frecuencia selectiva y la larga asegurar más la diversidad en la transmisión, es por esto que un CDD de retraso largo es la mejor opción en LTE para un estado de circuito cerrado.
Continuando con lo anterior cabe resaltar que el CDD de retraso pequeño también requiere de un análisis profundo, pero no se mencionara más, ya que LTE tiene la aplicación de CDD de retraso largo. Entonces un CDD de retraso largo, considera las capas de asignación conjuntamente con los puertos de la antena, para dar la respuesta final.
2.3.1 Lazo abierto en multiplexaje espacial.
Para un sistema de lazo abierto se utiliza un CDD como de igual forma un precodificador, para la utilización de los puertos. Ya sea para un sistema de dos antenas o 4 antenas. El CDD agrega una SNR a las palabras código en las capas de asignación lo cual produce que las palabras sean robustas pero gracias al CQI se minimiza esta SNR.
Considerando que el precodificador da la referencia de cuantas capas de transmisión serán requeridas. Es decir, la combinación del precodificador y el CDD ubican a la SNR en una capa más adelante permitiendo que el CDD asegure de una manera anticipada las palabras código que pasaran por el precodificador donde se añade la SNR.
reflejada una mejor transmisión hacia un solo UE, pero gracias a la forma en cómo opera OFDM, también es posible ofrecer un servicio de gran calidad a un cierto conjunto de UE.
2.4 Una visión general de SFBC.
Un esquema de SFBC (space frecuency block code), puede llegar a presentar una ventaja sobre el UE de alta movilidad con respecto a otros sistemas de transmisión, considerando que esta transmisión se rige bajo códigos y sub-portadoras pares.
Entonces se obtiene una relación sencilla para determinar la señal recibida y está dada por:
r0 = h0x (0) + h1x (1) + n0 2.4
r1 = - h0x (1) + h1x (0) + n1 2.5
Donde: r0 y r1 representan la señal recibida por parte de las sub-portadoras.
h1 y h2, representa la ganancia de canal.
x(1) y x(0), los símbolos enviados;
n0 y n1, la adición del aditivo ruido gaussiano.
buena ganancia para verse reflejada en una buena transmisión. De aquí la importancia de retransmisión de los paquetes de datos.
Entonces SFBC utiliza un esquema combinado con CDD, ya que LTE maneja OFDM por sus grandes ventajas que ofrece y la característica principal de ortogonalidad.
Prosiguiendo conforme al CDD adjunto al SFBC se ejemplifica de la siguiente manera al tener dos señales de entrada las cuales al pasar por un proceso de desplazamiento al momento de la modulación también se agrega un CP, sufijo al final para rectificar esto, pero no obstante también se debe considerar que se puede realizar una transmisión por medio de cuatro antenas, por lo que en el segundo par de antenas se manda con un CDD igual a la primera, para que pueda ser equivalente aun con un cambio de fase. Como se muestra en la siguiente figura.
A este esquema combinado de SFBC, al tener un cambio de fase debido al CDD, el desplazamiento en fase de la señal de un par de sub-portadoras puede cambiar al siguiente par de sub-portadoras dando así mas utilización sobre las sub-portadoras para el envió de información, claro está que la utilización de las consecuentes sub-portadoras están en función del primer par de sub-sub-portadoras. Esto es que la ganancia que se ve representada por la siguiente ecuación.
2.6
Donde se puede detallar que si se obtiene un número non, la ecuación tiende a cero, y por otra parte si k es un número par se obtiene la ganancia de 3db.
2.5 Esquema conjunto de SFBC y FSTD.
Para un sistema de transmisión diversa conjunta en frecuencia, los símbolos para la transmisión viajan a través de una sub-portadora, la cual es transmitida por medio de una antena conjuntamente con sus puertos considerando un límite para la transmisión de dos antenas en caso de exceder este número se reubican en el siguiente par de antenas.
Cuatro símbolos modulados son transmitidos sobre dos sub-portadoras y dos símbolos de OFDM, como se muestra en la siguiente figura:
FIGURA 10. Transmisión de cuatro símbolos en sub-portadoras.
Es necesario que un esquema de STBC_FSTC sea transmitido en una secuencia ortogonal ya que de lo contrario puede llegar haber una discontinuidad bastante grande, ya que el proceso de dividirlo en sub-portadoras puede ocasionar discontinuidad o fallas en el canal, de esta forma la potencia espectral de densidad se ve afectada, de aquí también que es conocida como transmisión media ya que media transmisión va a al primer par de antenas y la otra mitad al segundo par de antenas.
Lo que significa que al menos en cinco sub-portadoras debe ser constante el canal ya que en caso de falla el ARQ pueda brindar un soporte.
Por ende LTE implementa mimo, y STBC-FSTD ya que otros esquemas pierden la ortogonalidad durante el proceso para transmitir. De acuerdo a estos esquemas de mimo, y STBC-FSTD es necesario realizar una ubicación adecuada de las antenas, el cual requiere de un estudio más a fondo, pero se puede mostrar gracias a la siguiente figura en como son ubicadas en pares de antenas para implementar, mimo y de STBC-FSTD.
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APÍTULO 3
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CAPÍ
TULO “3” “CODIFICACIÓN DE CANAL”
3.1 Códigos LDPC (Low-Density Parity-Check)
El sistema de códigos LDPC, al igual que los sistemas de turbo códigos trabajan de manera muy parecida, con la diferencia de que los códigos LDPC usan un código de designación que se puede adaptar para una codificación y decodificación más eficiente. Lo interesante de LDPC proviene del potencial para lograr una gran velocidad de transmisión de datos (debido al paralelismo inherente en el algoritmo de decodificación) que depende del buen mantenimiento y desempeño del error-corregido y de la poca complejidad de decodificación.
Esto ayuda a incrementar la velocidad de transmisión, ya que entre menor sea la taza de error más libre se encuentra el ancho de banda, logrando así un mejor uso de este mismo, y ya que se codifica por dos diferentes canales, teniendo los bit de paridad, se corrigen con mayor rapidez los errores encontrados, teniendo así una taza de error demasiado pequeña.
Se puede implementar la estructura del código LDPC sin sacrificar el desempeño del mismo. Para un mejor desempeño en la estructura de códigos de LDPC, se permite una complejidad menor en los algoritmos de codificación y decodificación para altas cantidades de datos transmitidos libres de error.
contemplaban, se necesita implementar una nueva infraestructura para poder cargar este tipo de sistemas de codificación/decodificación. Como resultado de esto, se tiene una implementación demasiada compleja debido a que las terminales deberían de soportar dos diferentes esquemas de codificación/decodificación, por este problema y el actual requerimiento de codificación utilizada por la 3GPP turbo códigos es seleccionado dejando atrás a los códigos LDPC para la implementación en los sistemas LTE.
3.2 Comprobación de redundancia cíclica (CRC)
En la detección de errores en el sistema LTE se emplea la comprobación de redundancia cíclica (CRC); esté siendo un esquema diferente a LDPC para detección y corrección de errores. Agregando n-bits CRC a un bloque de datos de longitud arbitraria se detecta cualquier tipo de errores en una sola explosión de n-bits de longitud. Podemos representar un polinomio CRC de la siguiente manera
3.1
Donde:
m(D) es el mensaje codificado CRC que se lleva a cabo de forma sistematizada.
p(D) son los bits de paridad en el mensaje.
3.2
La implementación de CRC es en comparación a otras más fácil, es por eso que se ocupan en este tipo de sistemas como LTE. El cálculo de CRC resulta más fácil cuando implementamos una regeneración lineal de cambio de registro (LFSR) como se muestra en la siguiente figura.
FIGURA 12. LSFR en CRC
Donde LFSR tiene L registros de cambio.
3.3 Early-stopping y codeblock de CRC
Los codeblocks consisten en una serie de bits que serán codificados al mismo tiempo, la máxima capacidad de bits en estos codeblocks es de 6144 bits que es lo que trabaja LTE. El conjunto englobado en el transporte resulta el bloque de datos que libera la MAC de la capa física de transmisión en una simple subtrama de un milisegundo, en el código multi-palabra transmitido por MIMO en los sistemas LTE, tienen un máximo de dos bloques transportadores, que también se pueden transportar en una simple subtrama, el bloque de transporte lo podemos distribuir como se muestra en la figura siguiente:
Cuando el bloque de transporte es tan largo como el codeblocks, se necesita segmentar en múltiples codeblocks como se muestra en la figura 13.
El codeblock también puede se puede asignar, respecto a tiempo-frecuencia con una primera frecuencia, esto permite una canalización de decodificación en los codeblocks para un mejor desempeño al momento de la decodificación. Un inconveniente de mapear con primera frecuencia es, que en la diversidad en tiempo no es capturada completamente dentro de la transmisión de codeblock, si no que puede ser localizada dentro de una subtrama con una longitud particularmente al número de codeblocks, sin embargo, como el tiempo de duración de la subtrama es menor a un milisegundo, el canal es estático y se trabajara con una velocidad demasiado baja a la esperada, y una gran velocidad de la UE puede degradar el desempeño debido a la falta de diversidad en tiempo, ya que el mapeo es por primer tiempo, sin embargo el objetivo es que el sistema LTE cumpla con todos los requisitos de velocidad, así que siempre se trabajará con una velocidad media para tener un mejor desempeño sin perdidas de todo el sistema.
Early-stopping son estrategias que ayudan a reducir aún más la complejidad operacional del sistema. Con la ayuda de early-stopping y las demás formas de canalización, se encuentra con menos complejidad el código principal, pudiendo así, hacer más rápido y eficaz el proceso de codificación/decodificación, lo que aumenta la velocidad de propagación entre codeblocks de datos.
En la transmisión de palabras-código por MIMO, por cada palabra-código que se transporta por el bloque de transporte se calculan los códigos CRC basándose en todos los bits de información que se encuentran en el bloque de transporte, en caso de no contener un código CRC en el bloque, el receptor tendrá que esperar a recibir todos los códigos-bloques para poder hacer el proceso de decodificación.
Otra desventaja que se tiene dentro de estos esquemas, es cuando el esquema C sobrepasa los CRC del esquema A, debido a que el esquema C requiere de 24 bits adicionales de CRC, por lo tanto no debe sobrepasar por mucho, debido a que, en caso de suceder, aparecerán múltiples codeblocks, por lo que el bloque de transporte será de mayor tamaño. Este pequeño sobrepaso es considerado aceptable, ya que tiene una menor probabilidad de no encontrar errores en el esquema C. por su gran precisión, este esquema es el que más cumple con los requisitos para un sistema de LTE, debido a su gran porcentaje de aciertos al momento de encontrar y corregir errores.
3.4 Esquemas de agregado CRC
3.5 Segmentación del codeblock
En los esquemas de codificación de los sistemas LTE, se encuentra con la parte de transporte, la cual se expresa por bloques de transporte, estos mismos, llevan dentro de si los codeblocks, como se ha visto con anterioridad, a estos se les pueden agregar una cadena de bit de tamaño L (L=24) para obtener así una detección de errores más eficaz y con probabilidades altas de corrección de errores, cuando sucede esto, los codeblocks aumentan su capacidad de bits, por lo que se utiliza la segmentación de codeblocks, teniendo así, una mayor velocidad de codificación/decodificación.
Cuando se tiene un CRC dentro de un codeblock(CB-CRC) de tamaño L=24 bits y se le agrega a un codeblock se obtiene una codificación con menor cantidad de errores, es por esto que se implementa en la mayoría de los codeblocks, sin embargo, como este CB-CRC sirve solo para un codeblock y cuando se tiene más de un codeblock, se tiene que agregar un CB-CRC de tamaño L=24 a cada codeblock que se agrega al bloque de transporte (TB-CRC) en la entrada de los bits al TB-CRC.
Para una menor complejidad se determina una cierta capacidad de turbo interleaver de 8 bits, pero esta puede crecer hasta 64 bits, por lo mismo, se manejan cantidades para un desempeño de 64 bits, en tal caso, para que el TB-CRC pueda transmitirse sin perdidas debe estar completo, por lo que se agregan bits filler (bits de relleno).
Debido a que los bits filler se agregan por cada CB-CRC, puede llegar a saturar el TB-CRC, por lo que para un mejor desempeño del sistema, en LTE, para mejorar el desempeño de los codeblocks, se agregan dos capacidades de interleaver adyacentes, esto quiere decir que el largo del primer interleaver será k+ y el siguiente tendrá una capacidad menor, es decir k_. En el primer segmento se debe cumplir la siguiente condición:
La capacidad del segundo segmento es la diferencia entre las dos capacidades de los interleavers es decir
∆k = K+ - K_ 3.4
Las capacidades de los codeblocks utilizados se denotaran por C+ y C_ respectivamente, y con esto podremos calcular la cantidad de bits filler que se agregaran al inicio del primer codeblock con la siguiente ecuación
F = C+ * K+ +C_ * K_ -B’ 3.5
3.6 Turbo códigos.
Lo fundamental en los turbo códigos se sustenta en los dos RSC (códigos de recursividad sistemática convolucional) idénticos, trabajando en paralelismo concatenado. Como se dice anteriormente los turbo códigos trabajan en transmisión de datos de paquetes de larga longitud, esto es debido a la alta tasa de BER debido a la forma de cómo trabaja el turbo decodificador que es como se explica a continuación.
Los turbo códigos son basados en la concatenación de dos codificadores sencillos separados por un interleaver los cuales pueden llegar a acercarse al límite de Shannon hasta un 0.5dB.
Los bits entran en el transmisor y se separan en dos codificadores RSC, en el primero se codifican de la misma manera, y en el segundo se revuelven entre sí.
Cada codificador genera cadenas de bits de paridad y realiza los cálculos de los bits recibidos
En la decofidificación de turbo código sucede lo siguiente:
Cuando la señal es recibida se incluyen, se muestrean y se asignando números enteros diciendo que tan probable el bit es 1 o que tan probable el bit es 0.
Cada decodificador toma el ruido y los bits de paridad respectivos y calcula la confianza de bit, después los dos decodificadores comparten la confianza de bit y el número de iteraciones.
El codificador final suma los valores del ruido y las dos cadenas de confianza valuadas anteriormente, y lo vuelve a convertir en binario nuevamente y gracias a los bits de paridad el error se corrige.
En una codificación turbo se agregan bits filler (de relleno) dentro del sistema de los bloques de información, y cumplen con la misma tarea que hacen en CRC, es decir pasan a ser como bits de paridad dentro del sistema, hasta que son codificados.
Cuando los turbo códigos son encaminados dentro de un codificador convolucional convencional se agregan bits trellis de terminación, que nos ayudaran a señalar el final de la secuencia. Estos bits añadidos hacen que el codificador convolucional convencional sea all-zero y estos a su vez servirán para poder establecer y trabajar de una manera más sencilla con los bits de cola.
3.7 Códigos convolucionales.
Estos códigos también manejan una memoria dentro del codificador, lo que como resultado, las salidas del codificador dependen tanto de la entrada como de las previas salidas de bits.
FIGURA 15. Esquema del Código convolucional
Los códigos convolucionales se trabaja de dos maneras diferentes, por tipo de código y por la longitud de restricción.
Cuando se trabaja por tipo de códigos se utilizara k/n donde k es el número de bits en el codificador y n es el número de canales de símbolo a la salida en un ciclo determinado del codificador. Cuando se trabaja con longitud de restricción se dice que k es la longitud del codificador convolucional, que es el número de etapas y ciclos de bits retenidos en la entrada del codificador.
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APÍTULO 4
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“
ACCESO MÚLTIPLE EN
EL ENLACE
DESCENDENTE Y
CAPÍ
TULO “4” “
ACCESO MÚLTIPLE EN EL ENLACE
DESCENDENTE Y ASCENDENTE D
E LTE”
4.1 La relación pico a potencia media PAPR (The
peak-to-average-power ratio) en modulaciones QAM.
En el actual sistema 3G que utiliza el acceso de enlace ascendente no ortogonal basado en WCDMA, la máxima SINR está limitado debido a la interferencia dentro de la célula. Como el enlace ascendente es un acceso no ortogonales, compartiendo el ancho de banda de subida no es una preocupación como las transmisiones a múltiples usuarios (UE´s) que transmiten de forma simultánea y pueden coincidir en la frecuencia.
En el sistema LTE se emplea el acceso ortogonal en el enlace ascendente sobre la base de SC-FDMA, y no hay interferencia dentro de la célula. El ancho de banda total debe ser compartido entre múltiples usuarios (UE´s), el acceso a los datos del canal del enlace ascendente es de forma simultánea. Por lo tanto, LTE utiliza modulaciones de orden superior como 16-QAM y 64-QAM para lograr mayores tasas de datos.
4.1.1 Modulación de fase de cuadratura (QPSK) (Quadrature Phase-Shift
Keying)
QPSK = 4-PSK es el desplazamiento de fase de 4 símbolos, desplazados entre sí 90º. Los símbolos se encuentran ubicados en la fase 45º, 135º, 225º, y 315º respectivamente. Cada uno de los símbolos aporta 2 bits, y suelen dividirse el flujo de cada bit.
La constelación de QPSK se puede observar en la figura 16. La asignación de bits para cada símbolo se hace mediante el código Gray, en el cual los símbolos se diferencian en 1 bit entre dos símbolos adyacentes. Esto sirve para reducir la tasa de bits erróneos.
FIGURA 16. Constelación QPSK.
4.1
En la modulación QPSK, todos los puntos de la constelación tienen la misma potencia y el PAPR se puede calcular de la siguiente manera:
4.2
Esto significa que la PAPR para QPSK es 0.0 dB es decir, es una señal de forma constante.
4.1.2 Modulación QAM
FIGURA 17. Constelaciones QAM.
4.1.2.1.- Modulación en amplitud de cuadratura de 16 símbolos (16-QAM)
La constelación de 16-QAM se muestra en la figura 18. Los componentes de la constelación toman los valores de amplitud de A, 3A, -A y -3A donde A se da a continuación:
FIGURA 18. Constelación de 16-QAM
El PAPR máximo para 16-QAM se calcula de la siguiente manera:
4.4
Los resultados de 16-QAM para la PAPR es de 2.55 dB con una probabilidad del 25% es decir para cuatro símbolos (puntos de esquina en la constelación) tienen una PAPR de 2.55 dB, de un total de 16 símbolos. Del mismo modo, se calcula el PAPR para los cuatro puntos de la constelación interior:
4.1.2.2.- Modulación en amplitud de cuadratura de 64 símbolos (64-QAM)
La constelación de 64-QAM se muestra en la figura 19. Teniendo una unidad de potencia media, los componentes de la constelación toman los siguientes valores de amplitud de A, 3A, 5A, 7A,-A,-3A, -5A y -7A donde A se da a continuación:
4.6
El PAPR máximo para 64-QAM se calcula de la siguiente manera:
4.7
FIGURA 19. Constelación de 64-QAM.
4.2 Esquemas de acceso múltiple.
4.2.1 OFDM para el enlace descendente
Multiplexaje por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM), el principio básico de OFDM consiste en dividir el espectro disponible en canales paralelos de banda estrecha, denominados sub-portadoras y transmitir información sobre estos canales paralelos. El objetivo es simplificar el proceso de ecualización de los canales que permite la experiencia de cada canal casi plano de desvanecimientos. OFDM proviene del hecho de que la respuesta en frecuencia de los sub-canales es traslapada y ortogonal. En la figura 20 se muestra el esquema de acceso múltiple.
FIGURA 20. Acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA).
Teniendo cinco sub-canales de OFDM con frecuencias de sub-portadoras f 1, f 2, f 3,
f 4 y f 5 como se muestra en la Figura 21. La frecuencia de sub-canal f k = k∆ f,
donde ∆f es el espacio de la sub-portadora. Cada sub-portadora es modulada por un
portadora modulada. El símbolo de la modulación se obtiene de todas las sub-portadoras que son moduladas por los símbolos de datos 1´s, se muestra en la Figura 21.
FIGURA 21. Ilustración de las 5 sub-portadores y del símbolo OFDM.
La ortogonalidad de las sub-portadoras OFDM se puede perder cuando la señal pasa a través de un canal de radio dispersión de tiempo, debido a la interferencia entre símbolos OFDM.
FIGURA 22. Un ejemplo de extensión de prefijo cíclico del símbolo OFDM.
El prefijo cíclico se añade después de la operación de la IFFT y la secuencia resultante es convertida en radio frecuencia (RF), para después ser amplificada y transmitida como se muestra en la Figura 23.
En el lado del receptor, la señal recibida se filtra, se amplifica, y la señal que baja en RF es convertida de analógica a digital, como se muestra en la Figura 24. Una vez que es convertida la señal de analógica a digital se retira el prefijo cíclico de la señal y se realiza la operación FFT en la secuencia receptora de las muestras. La operación de estabilización en el dominio de la frecuencia se realiza mediante estimaciones del canal, obtenidas de las señales de referencia.
Se dice que en un sistema OFDM, los símbolos de modulación se pueden transmitir de una manera libre de ISI en un canal de propagación de múltiple ruta.
FIGURA 24. Implementación digital del receptor OFDM de banda base.
4.2.2 SC-FDMA para el enlace ascendente
En un esquema de SC-FDMA, la secuencia de datos del usuario se repite primero un predeterminado número de veces. Luego de que se repite la secuencia de datos se multiplica por un vector de fase que especifica el usuario. Otra forma de ver este tipo de enfoque es la FFT de la secuencia de datos y luego la asignación de los datos, precodificado en la FFT la secuencia de datos de la sub-portadoras uniformemente espaciadas en la entrada de la IFFT. Cabe señalar que cada símbolo de modulación de datos se va por todas las sub-portadoras utilizadas por el UE. Esto puede proporcionar un beneficio en diversidad de frecuencia en un canal de frecuencia selectiva.
La asignación de la secuencia de datos es en la FFT, los resultados de la sub-portadora contigua en una transmisión localizada en el dominio de la frecuencia es similar la asignación de distribución (DFDMA) en la FFT, en la secuencia de datos de sub-portadora, OFDM también se conoce como propagación DFT OFDM.
El caso de FDMA distribuidos (DFDMA), las muestras de entrada a la IFFT se ofrecen como:
4.8
4.9
Se observa que todas las muestras que están en el dominio del tiempo en la salida de la IDFT (Transformada Discreta de Fourier Inversa) de tamaño N, son las mismas muestras en el dominio de tiempo en la entrada de la DFT de tamaño M. Para q ≠ 0, la muestra del dominio de tiempo en la salida de la IDFT de tamaño N es la suma de las muestras del dominio del tiempo en la entrada de la DFT de tamaño M con un complejo de ponderación diferente. Un ejemplo de cartografía de DFDMA y LFDMA para M = 4, N = 8 y Q = N/M=2 se muestra en la figura 25.
Las cadenas de transmisión y recepción para LFDMA se dan en la figura 26 y 27 respectivamente. Todos los equipos de usuarios utilizan el mismo tamaño de N de la IDFT. El tamaño de la DFT de los UE es proporcional a las sub-portadoras ortogonales asignadas al equipo de usuario para la transmisión del enlace ascendente.
El Prefijo Cíclico se añadirá después de la operación IFFT y la secuencia resultante es convertida de digital a analógica en RF, para ser amplificada y trasmitida. Todos los usuarios transmiten de forma simultánea con sus datos asignados a sub-portadoras ortogonales, esta operación se realiza de forma independiente.
En la figura 26, se observa UE1, UE2 hacen uso de FFT de tamaño de M1 y M2 para la transmisión en sus respectivos amplificadores de potencia.
FIGURA 27. Receptor de localizadas SC-FDMA.
En el enlace descendente, el Nodo-B en general transmite señales simultáneas a múltiples usuarios de sub-portadoras ortogonales utilizando un solo amplificador de potencia común.
4.3 CAPACIDAD DEL ENLACE DESCENDENTE
Una diferencia clave entre OFDM y WCDMA con receptor Rake es que éste sufre de interferencia entre símbolos (ISI) en múltiples rutas de dispersión para canales con desvanecimientos. La principal diferencia de rendimiento entre OFDM y WCDMA depende del grado de interferencia en múltiples rutas de acceso. En general, el uso de mayores anchos de banda en los canales de múltiples rutas de dispersión conduce a una mayor interferencia de múltiples rutas y así favorecer a OFDM sobre WCDMA.
4.3.1 Capacidad de OFDMA
En OFDM, no hay interferencia de múltiples rutas debido al uso del prefijo cíclico y la igualdad 1-toque de sub-portadoras OFDM. Por lo tanto, las fuentes de degradación SINR en un sistema OFDMA son las interferencias de otras células y el ruido de fondo. La SINR en un sistema OFDM se escribe como sigue:
4.10
El límite de la capacidad de un sistema OFDM se da como:
4.11
4.12
Donde Ts es la duración de símbolo OFDM y ∆ es la duración de prefijo cíclico, f
representa la relación entre las otras células y una señal propia de las células.
4.4 CAPACIDAD DEL ENLACE ASCENDENTE
Mediante el uso de modelos sencillos de análisis, se hace un estudio de los esquemas de acceso múltiple, en el rendimiento de la capacidad del canal de acceso de enlace ascendente ortogonal. Los sistemas ortogonales que se consideran son OFDMA, SC-FDMA.
4.4.1 Capacidad de OFDMA
OFDMA permite compartir recursos entre varios usuarios que acceden al sistema mediante la asignación de una fracción del ancho de banda total a un solo usuario. Por lo tanto, varios usuarios pueden transmitir simultáneamente en sub-portadoras ortogonales. Las transmisiones de los múltiples usuarios son ortogonales, siempre y cuando el retraso relativo entre las transmisiones recibidas se encuentra dentro de la longitud del prefijo cíclico (CP). La longitud del CP es de varios microsegundos, por lo tanto se hace que la sincronización de tiempo dentro de la longitud del CP sea factible. La capacidad del enlace ascendente para un sistema OFDMA se puede escribir como:
4.13
4.14
Se observa no existe interferencia dentro de la célula (acceso múltiple) o interferencia entre símbolos (ISI), debido a las sub-portadoras ortogonales utilizados por diferentes usuarios y 1-toque de ecualización de sub-portadora OFDM. La capacidad de un sistema OFDMA, puede ser reducida la escala para tener en cuenta el CP de la siguiente manera:
4.15
Donde Ts es la duración de símbolo OFDM y Δ es la duración de prefijo cíclico.
4.4.2 Capacidad de SC-FDMA
Las pérdidas de rendimiento del enlace SC-FDMA en relación con OFDMA se ha estimado que va desde la pérdida de ganancia leve debido a la diversidad en la baja SINR, para la modulación QPSK es de 1 dB, para modulaciones 16-QAM y 64-QAM suelen utilizar un mayor SINR.
El límite de capacidad del enlace ascendente para un sistema de SC-FDMA se da como:
4.16
Donde LSC-FDMA representa la pérdida del enlace SC-FDMA en dBs en relación con
OFDMA. Esta pérdida se puede recuperar mediante el uso de un receptor más avanzado en el Nodo B a expensas de una complejidad adicional.
4.4.3 Resultado de la Capacidad
Se observan los resultados de algunos casos seleccionados en las figuras 28 y 29 en SINR a un solo usuario, P/N0 de 0.0 y 10.0 dB, respectivamente. En estos resultados se asume que se tiene un canal plano de desvanecimiento es decir, sin la interferencia entre símbolos, teniendo que LSC-FDMA = 0,0 dB es decir, sin pérdida para
SC-FDMA en relación con OFDMA.
Se observa que el rendimiento de OFDMA y SC-FDMA con K = 1 es similar. Sin embargo, el beneficio de OFDMA y SC-FDMA es que varios usuarios pueden transmitir simultáneamente proporcionando energía global más grande de transmisión en el sistema.
Los resultados demuestran que los esquemas de acceso múltiple en el enlace ascendente ortogonal OFDMA y SC-FDMA pueden proporcionar mejores resultados sobre la capacidad de un sistema de acceso múltiple en el enlace ascendente no ortogonales WCDMA.
También puede haber alguna degradación en el rendimiento de OFDMA, debido a la selectividad de frecuencias sub-portadoras diferentes. El rendimiento de SC-FDMA puede degradarse debido a la pérdida de ortogonalidad o la mejora de ruido en un canal de frecuencia selectiva. Estas pérdidas se espera que sean más pequeñas en relación a la pérdida de WCDMA debido a la ISI.
Estos beneficios se suman a las ganancias que OFDMA y SC-FDMA proporcionan al eliminar la interferencia de acceso múltiple (MAI) en el enlace ascendente.
FIGURA 29. Capacidad para OFDMA, SC-FDMA y WCDMA en un escenario unicelular en P/N0 = 10.0 dB.
4.4.4. Acceso Híbrido en LTE.
FIGURA 30. Rendimiento del enlace en OFDM y SC-FDMA para 64-QAM.
FIGURA 31. Transmisor híbrido de SC-FDMA y OFDMA.
C
APÍTULO 5
|
“A
RQUITECTURA DE LA
CAPÍ
TULO “5” “A
RQUITECTURA DE LA RED Y PROTOCOLOS.
”
5.1 Arquitectura de la red.
La arquitectura de red básicamente está constituida por un sistema de comunicación entre el eNB y el UE. Una de parte fundamental para el desarrollo de LTE son las estaciones bases eNB, donde están ubicadas las células UTRAN encargadas de la comunicación entre las radio bases, que realizan un proceso de sincronización para la comunicación con un UE. Dentro de esta relación se trabajara con EPC, por lo consiguiente, para la administración de la señal de entrada y de salida, la entidad de tipo administrador MME/GW realiza el proceso de organizar un plan adecuado para la comunicación dentro de la estructura, para así poder gestionarla hasta la puerta de enlace gateway.
Como se muestra en la siguiente figura:
FIGURA 33. Diagrama a bloques de la conexión entre UE, eNB y la puerta de enlace.
FIGURA 34. Diagrama a bloques de supcapas entre UE y eNB hacia la puerta de enlace.
Tomando en cuenta la subcapa física de los equipos PHY y MAC interactúan entre sí para obtener la comunicación con el servicio y el usuario. Mac se mencionara en el siguiente subtema.
FIGURA 35. Conexión entre eNB y MME/GW .
FIGURA 36. Esquema general para la conexión hacia el PDN.
5.2 Estructura de la capa dos y servicios de QoS.
En la capa 2 de LTE y servicios de QoS, se entrará más a fondo con el estudio del modo en que operan los protocolos, el RRC, en enlace descendente y enlace ascendente, para darle paso a un servicio de access point en la parte física de esta misma capa. En la subcapa de LTE opera MAC con su respectivo enlace descendente y ascendente a través de canales lógicos que se manipulan por medio del multiplexaje, para enrutarlos a sus respectivos canales físicos. Partiendo de los esquemas ya establecidos, el enlace descendente, que también es llamado enlace de bajada, da la prioridad al UE para el manejo de canales lógicos y físicos, organizar la forma en cómo el ARQ y HARQ, actúan en forma conjunta en caso de error en la transmisión y de esta manera ofrecer un servicio de QoS. El segundo gran bloque es el enlace ascendente ó enlace de subida, que de igual forma tendrá constante interacción con protocolos y canales físicos.
FIGURA 37. Trama con el QoS.
Abordando el tema de protocolos en el enlace descendente, se llega al cómo es que convergen los paquetes dentro del PDCP donde se analiza las cabeceras de las tramas y la sincronización de los paquetes. Así se puede detallar un esquema generalizado sobre cómo están conformadas las tramas.
Donde el PDU, que es el protocolo encargado del manejo de los paquetes, y para integrarse a un nuevo canal, a una nueva capa o en dado caso interactuar con otros protocolos, el servicio de unidad de datos otorga el servicio para manipulación de los datos. Esto es para obtener una transmisión óptima. LTE maneja dos formatos para el acomodo de paquetes y de esta forma solucionar antiguos problemas ya que se puede hacer en de-multiplexaje con el manejo de TDD y FDD. Pero como requerimiento, se necesita una sincronización casi exacta, así que se ordenara un PSS con mayor prioridad en la señal para el enlace de sincronización y/o en caso que no sea tan efectiva como se espera un SSS se encarga de apoyar este trabajo de sincronización.
De esta forma el FDD tiene la opción de manejarse para una transmisión half o full dúplex, ya sea para enlace de subida o enlace de bajada, de esta forma las tramas tendrán una estructura diferente respecto a la utilización, ya sea de FDD o TDD. Así se puede observar en las siguientes figuras como es la estructura de las tramas al ser enviado por FDD y TDD.
FIGURA 40. TDD time division duplex.
Dentro del área de convergencia de datos, el ROCH, que es un método estandarizado para el protocolo IP para comprimir y descomprimir las cabeceras de las tramas y así, de acuerdo al canal de transporte correspondiente. Dentro de esta área de trabajo se puede especificar canales físicos y lógicos, los cuales, habrá unos dedicados exclusivamente al tráfico. Para tener un buen control sobre este proceso se documentará por media de un canal llamado PCCH, el cual lleva un registro sobre los procesos realizados.
Haciendo referencia una vez más a los canales de transporte, también se logra por medio del PCH que interactúa constantemente con el usuario y obtiene los RRC para que tenga un ahorro de energía por la buena distribución de los canales reduciendo así el trafico que se puede presentar mucho antes de que llegue a su destino. Por lo que BCH es el primer intermediario para identificar al usuario final y así poder enviar en un intervalo de 40ms, 4 sub-tramas para que no haya falla en la recepción inicial, cumpliendo así con un proceso de QoS, ya que de fallar la primer subtrama puede no llegar completo por algún contratiempo, por lo tanto la existencia de los demás para solventar la transmisión. A esta interacción directa con el RRC y el servidor recibirán el nombre de canal de DL-SCH, que es todo el proceso del enlace descendente y este a su vez es capaz de identificar el servicio de MBSFN requerido para esa área de trabajo donde se opera con OFDM. También está identificado en el DL-SCH, CCCH, DCCH y DTCH conjuntamente con la adaptación y modificación considerando los RRC dinámicos y estáticos en las dos condiciones de conexión o sin conexión DRX, para el envió eficiente del broadcast y multicast, o en caso del siguiente escalón de IPv6 el multicast, anycast, y unicast.
Siguiendo con los canales físicos se encuentra uno importante, el PHICH, que rectificara y llevara al ARQ y HARQ para solventar la transmisión en caso de error como parte del QoS. En la siguiente figura se detalla cómo interactúan estos protocolos en el modelo del enlace descendente.
FIGURA 41. Esquema de protocolos en el enlace descendente.
deliberar el tipo de paquetes que son transmitidos entre el área de trabajo y el UE cuando exista conexión y cuando la conexión sea nula CCCH se encontrará activo.
De igual forma como el enlace descendente se analizará el tráfico por medio de DTCH mientras se encuentre en un enlace punto a punto con un UE. En la siguiente figura se toma más a detalle el esquema para el enlace ascendente y cómo interactúan entre sí canales físicos lógicos y de transporte.
Los 3 canales viajaran a través de UL-SCH, el canal de enlace de subida que soportara la codificación, modulación, HARQ, control de potencia y la asignación de RCC. Para que el canal de transporte RACH viaje con su respectivo canal físico PRACH, agrega un bit más a la cabecera de las tramas para distinguirlos y así enrrutarlos de la manera más adecuada. El RACH buscara la manera más eficiente de enlazar al UE a la red, por lo que realiza un proceso aleatorio para identificar la mejor red posible, tomando en cuenta que todo este proceso tiene una respuesta bastante eficiente a los errores gracias a su gestionador CQI de codificación y modulación, y así es reflejada una mejor relación de señal a ruido.
5.3 Estados de los protocolos y estado de transición.
Se debe tener protocolos para controlar y tener una buena conexión con los RRC, por lo tanto se seccionará en dos partes; RRC IDLE y RRC CONECTED, tomando en cuentan que la conexión puede realizarse en ambos sentidos creando una retroalimentación bastante eficiente.
Un RRC IDLE muestra cómo se hace el envió de multicast y broadcast, dependiendo si se llega a utilizar una versión IPv6, como también realiza la función de monitorear las llamadas entrantes al área de trabajo.
Logrando que tenga la opción de seleccionar y poder re seleccionar una célula de trabajo y en caso de exista una discontinuidad también pueda tener la opción de ser configurado para que el UE pueda tener un ahorro de energía, esto es una gran ventaja ya que el UE controlará al estado de CRR IDLE.
que puede demostrar un esquema básico de comunicación entre estas como se muestra a continuación.
FIGURA 43. Diagrama de estados para una conexión establecida y liberada entre UE y la red.
5.4 Arquitectura del sistema de difusión y multidifusión.
Primero, se fija el tiempo de la transmisión dentro del DL-SCH y la sincronización, ya que de no hacerlo, se pierde la conexión en un esquema de punto a punto o punto a multipunto, una vez fijado el tiempo y la sincronización adecuada el MTCH y MCCH obtendrán una conexión directa con el eNB para el inicio de transmisión de broadcast y multicast o dependiendo la versión de IP.
Para detectar errores en la transmisión como en los procesos mencionados, ahora en esta arquitectura el RNTI, de manera automática coordina el MTCH, para identificar de manera inmediata algún tipo de error en la transmisión, y para corregir el error HARQ se activa inmediatamente para la retransmisión de los paquetes.
que está conformada por un conjunto de células de eNB para tener una conexión con el UE. Este MBSFN puede trabajar en un área de trabajo siempre y cuando exista una sincronización como se muestra la siguiente figura y la combinación que existe entre ellas.
FIGURA 44. Diagrama sobre el área de trabajo de radio bases.
En el esquema de MBMS y MBSFN se realiza la gestión gracias la entidad lógica MCE, encargada de la detección de errores y renovar instantáneamente la comunicación con el nodo eNB, para poder agilizar los RCC disponibles, incluyendo los aspectos de codificación y modulación, el cual necesita un sistema preciso de sincronización llamado SYNC, que se encarga de realizarlo mediante el envió de multicast por IP en la subcapa de PDCP para un UE dentro de la estructura MBMS. Este trabajo se hace sobre el TNL, área de trabajo donde se interconectan en el núcleo de trabajo y el acceso a radio.
El UE tiene una transmision por el MTCH cuando este se encuentre en un estado de RCC CONECTED, y ya ubicada al UE correspondiente. El MCCH se encarga de llevar la infomacion exclusiva de los paquetes en forma de bloques, como se muestra en la siguiente figura.
FIGURA 46. Esquema cuando existe una sincronización entre eNB y MBMS/GW sobre la capa de transporte.
5.5 Direccionamiento IP.
Por lo que se vuelve indispensable el manejo de IP sobre la estructura de enrutamiento, y conexión entre nodos en el entorno de eNB, por que disminuyen la latencia, produce mejoras en el enlace de radio y a su vez el de establecer nuevas redes de paquetería de datos, el cual es más fácil de planificar en el diseño de redes. Todo esto beneficia a la reducción de costos y otorga la opción de escalabilidad.
De esta forma, la elaboración y estratificación de redes se facilita al trabajar en E-UTRAN y el manejo de EPC, en PDCP, por lo tanto, LTE manejaría IPv4 y está preparado para la nueva evolución de IPv6, que brinda 128 bits de direccionamiento, lo cual permite que las direcciones IP sean suficientemente extensas para dar abasto a la creciente demanda de usuarios. De igual manera mejora la velocidad, ya que la descompresión de la cabecera es más rápido que IPv4 dando como resultado una menor desfragmentación de paquetes y así dar espacio a pequeñas tablas de enrutamiento. Esto se facilita aun más por que IPv6 tiene una manera automática de enrutar a la máxima unidad de datos para IP, de esta forma el SIP opera de manera simultánea para abrir y cerrar la sesión cuando se tiene una conexión con el UE.
Para dar un estándar a IPv4 e IPv6, la IEFT realiza ciertas estandarizaciones para otorgar una dirección IP al UE, ya que esta es indispensable para tener acceso a los sistemas inalámbricos de red, esto se ve reflejado en el RFC1883. Lo que ofrece una mayor movilidad al UE ya que, si se implementa IPv6, reduce el enrutamiento hacia el servidor, además de contar con un sistema de seguridad que en IPv4 no existía. De esta forma QoS gestiona las llamadas entre el servidor y el UE.
evolución del manejo de paquetes es inminente ante estos cambios, por lo que el EPC es solventado por IMS encargado del framework, que se organizan dentro del área multimedia en el E-UTRAN y UTRAN.
Para este nuevo esquema de de migración y forma de transmitir basado en IPv6, se obtiene ayuda de un recurso de nodo de GGSN para el manejo de GPRS, que proporciona una nueva puerta de enlace entre redes inalámbricas como GPRS y otras redes que puedan interactuar con el UE. Este proceso se realiza utilizando a SGSN para realizar el enlace de la interfaz en un sistema de radio y la red de paquetes, pero claramente con cierto control y normas basadas en el flujo de transmisión manejado por PCRF. Todo esto enfocado a PDP.
Entonces para poder emigrar de IPv4 a IPv6, LTE proporciona la facilidad de operar con ciertas características para que los usuarios de IPv4 puedan tener acceso a la evolución al IPv6, de esta manera NAT y DNS, nuestros mecanismos para tener la conexión con la red, podrán ofrecer facilidad de conexión a los UE de IPv4 e IPv6.
CAPÍ
TULO “6” “UTILIDADES”
6.1 LTE vs 3G
Desde la llegada de 3G en los años 90´s, se a hablado mucho de las velocidades adquiridas por los usuarios que eran en ese momento de 384kbps, aunque con el tiempo y con nuevas tecnologías agregadas como HSPA se ha llegado a tener velocidades de hasta 14 Mbps, pero la necesidad de mayor velocidad es cada día una necesidad que podría resolverse gracias a la implementación de la tecnología LTE, con la cual se espera llegar a velocidades 10 veces más a las propuestas por 3.5G (HSPA)que es de 14Mbps.
LTE es una tecnología basada en técnicas de modulación OFDMA y SC-OFDMA que ayuda con la interferencia de banda angosta y el desvanecimiento selectivo de la señal con la frecuencia. También las antenas inteligentes brindan el próximo incremento sustancial de la velocidad de transmisión para redes inalámbricas. Las tasas máximas para datos tienden a ser proporcionales al número de antenas de envío y recepción, de modo que 4X4 MIMO en teoría tiene una capacidad que es el doble de las tasas máximas para datos de los sistemas 2X2 MIMO. En otro ejemplo, al actualizar desde HSPA (1X2) a LTE (2X2), se ve una ganancia de 1.6x (Rysavy Research, 2009).
6.2 Características de LTE
Durante el desarrollo de esta tecnología se espera que pueda cumplir con características que incluyen:
173Mbps en enlace de bajada con MIMO 2x2
326Mbps en enlace de bajada con MIMO 4X4
58Mbps en enlace de subida con 16QAM
86Mbps en enlace de subida con 64QAM
Capacidad por celda de 200 usuarios para un ancho de banda de 5MHz
Menos de 10 mseg de retardo en RTD de la UE al servidor
Estos datos fueron publicados por Alcatel-Lucent en su página de internet (ver anexo 1), nos proporciona datos prometedores, los cuales se obtuvieron mediante su estudio teórico, no siendo así, los mismos en la práctica.
6.3 LTE en la industria
Emigrar a LTE podría ayudar a enfrentar problemas potenciales cuando se alcance el punto de saturación de ancho de banda, a los flujos de ingresos de voz convertida en producto de consumo (nuevas aplicaciones).
móviles, porque es allí donde se encuentra un gran potencial de crecimiento en ingresos, pero a la vez de enfrentar los retos en calidad de servicio y congestión de redes, entre otros, que generan los incrementos notables en el consumo de ancho de banda por parte de los usuarios. Un estudio en Estados Unidos hecho por Alcatel-Lucent sobre el tráfico de redes inalámbricas (sin incluir voz y Voz sobre IP) reveló que durante una hora de uso de las redes móviles, los usuarios consumen el 33% del tiempo y el 69% del ancho de banda navegando en la Web, mientras que el correo electrónico se usa el 30% del tiempo, pero sólo consume el 4% del ancho de banda.
FIGURA 47. ©2009, Alcatel-Lucent 9900 Wireless Network Guardian Research
LTE es un estándar móvil diseñado para transportar específicamente datos. Por ello, con los crecientes niveles de tráfico en las redes móviles, LTE podría potencialmente reducir considerablemente los costos que éstos generan.
