Reseña del libro "3Gpp Lte: Hacia la 4g Móvil"
Las Comunicaciones Móviles, que fueron un privilegio para unos pocos en la década de los 80, han alcanzado ya su nivel de saturación en cotas de penetración en el Mercado. La voz y los mensajes cortos siguen representando un elevado porcentaje del uso de los terminales móviles, pero desde hace unos pocos años están creciendo exponencialmente las cifras de tráfico en servicios de datos, especialmente empujados por la navegación web y el correo electrónico. La introducción primero de la adaptación a GPRS de los sistemas de 2ª generación y el posterior despliegue de UMTS, con su ampliación específica para datos de alta velocidad HSPA, han permitido soportar ese incremento durante la primera década de este siglo. Sin embargo, las previsiones de crecimiento actuales hacen necesario el despliegue en muy poco tiempo de nuevas soluciones, por lo que el foro de estandarización europeo 3GPP (3rd Generation Partnership Project) ha continuado evolucionando sus propuestas cerrando a finales de 2008 la primera versión de una nueva generación de redes de acceso radio celular: Long Term Evolution (LTE) y en 2010 la versión avanzada (LTE-A) que la Unión Internacional de Telecomunicaciones ha reconocido ya como estándar de 4ª generación. LTE arranca su andadura en el mercado con la intención de ofrecer servicios de datos de gran ancho de banda, multiplicando por más de 10 las tasas binarias ofrecidas en 3G y con infraestructuras de redes más eficientes basadas en una arquitectura de red de acceso simplificada. Además, la flexibilidad en el uso del espectro que se contempla en el estándar LTE facilita la regulación del uso de distintas bandas de frecuencia y la sustitución progresiva de los anteriores estándares de 2ª y 3ª generación.Este texto cubre todos los aspectos técnicos relevantes del estándar LTE, desde la descripción de los mecanismos de acceso radio y canales físicos, hasta las consideraciones sobre despliegue y gestión de recursos en redes LTE operativas. En todos y cada uno de los capítulos se ha utilizado una redacción orientada a la comprensión del texto, con las miras puestas en su potencial uso como libro de texto, pero sin dejar de lado ningún detalle significativo del estándar de 3GPP, por lo que el libro puede también considerarse como de referencia para profesionales del sector. Los autores son investigadores españoles de reconocido prestigio en su ámbito que han participado en los últimos años en las propuestas Europeas de estandarización de LTE de forma directa o a través de proyectos de investigación y foros científicos y tecnológicos.Índice de figuras ixÍndice de tablas xviiAcrónimos xxi1. Introducción 1Narcís Cardona, Mario García Lozano, Jose F. Monserrat1.1. Tendencias de mercado y tecnología . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Roadmap del 3GPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3. Requisitos del sistema LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.4. Espectro radioeléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.5. Arquitectura global del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.6. Comparativa UMTS vs. LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162. Tecnologías habilitantes de LTE 17Narcís Cardona, Joan J. Olmos2.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2. Ecualización en el dominio de la frecuencia . . . . . . . . . . . 182.2.1. Convolución circular discreta . . . . . . . . . . . . . . . 192.3. OFDM/OFDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.3.1. OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.3.2. OFDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.4. SC-FDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.5. Técnicas MIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.5.1. Modelo de canal y capacidad máxima MIMO . . . . . . 342.5.2. Multiplexación MIMO en lazo abierto: receptores ZF yMMSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.5.3. Diversidad en transmisión basada en MIMO: códigos espaciotiempoo STBC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.5.4. Esquemas MIMO/OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.5.5. Técnicas MIMO multiusuario . . . . . . . . . . . . . . . 522.6. HARQ y codi_cación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542.6.1. Codi_cación de canal en LTE . . . . . . . . . . . . . . . 572.7. Adaptación al canal y scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . 592.7.1. Adaptación al canal: control de potencia y control de tasa 612.7.2. Scheduling dependiente del estado del canal . . . . . . . 612.7.3. Coordinación de interferencias inter-celda . . . . . . . . 63Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653. El Núcleo de Red - EPC 69Jose F. Monserrat3.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703.2. Entidades funcionales del EPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733.2.1. HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733.2.2. EIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.2.3. MME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.2.4. S-GW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763.2.5. PDN-GW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763.2.6. PCRF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773.3. Arquitectura del núcleo de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783.3.1. Arquitectura en roaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.3.2. Interconexión con otras redes . . . . . . . . . . . . . . . 803.3.3. Arquitectura de protocolos en el EPC . . . . . . . . . . 813.4. El subsistema IMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843.4.1. Arquitectura IMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853.4.2. SIP/SDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873.4.3. RTP/RTCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893.5. Seguridad en el EPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 923.5.1. Proceso de autenticación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933.5.2. Cifrado e integridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 943.6. Gestión de la calidad de servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . 95Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994. Arquitectura de la E-UTRAN 101Daniel Calabuig Soler4.1. Estructura de la E-UTRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.2. Plano de usuario y plano de control . . . . . . . . . . . . . . . . 1044.3. Radio Resource Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1054.3.1. Transmisión de información del sistema . . . . . . . . . 1074.3.2. Paginación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1084.3.3. Establecimiento, mantenimiento y liberación de una conexión RRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1094.3.4. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1094.3.5. Establecimiento, con_guración, mantenimiento y liberación de radio bearers punto a punto . . . . . . . . . . . 1104.3.6. Envío y control de informes de medidas . . . . . . . . . 1104.3.7. Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.3.8. Selección y reselección de celda y control de este proceso 1124.3.9. Transferencia de contextos entre eNodeB . . . . . . . . 1134.3.10. Transferencia directa de mensajes NAS . . . . . . . . . 1134.3.11. Transferencia de capacidades del UE . . . . . . . . . . . 1134.3.12. Tratamiento de errores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1134.3.13. Apoyo a la autocon_guración y autooptimización . . . . 1134.4. Packet Data Convergence Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . 1144.4.1. Compresión de cabeceras . . . . . . . . . . . . . . . . . 1144.4.2. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1154.4.3. Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1164.4.4. Descarte de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.5. Radio Link Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.5.1. Transparent Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1184.5.2. Un-acknowledged Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1184.5.3. Acknowledged Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1194.6. Medium Access Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1204.6.1. Canales lógicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1204.6.2. Canales de transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1214.6.3. Funciones de la capa MAC . . . . . . . . . . . . . . . . 1234.6.4. Multiplexación y priorización de canales lógicos . . . . . 1234.6.5. Corrección de errores mediante HARQ . . . . . . . . . . 1244.6.6. Scheduling y priorizado de UE . . . . . . . . . . . . . . 1254.6.7. Formato de paquete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1264.7. Otras interfaces E-UTRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274.7.1. S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1284.7.2. X2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1335. Capa física LTE-FDD 135Joan J. Olmos5.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1355.2. Canales físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1365.2.1. Mapeo de canales de transporte en canales físicos . . . . 1375.3. Parámetros de capa física LTE y estructura de trama . . . . . . 1395.4. Descripción del enlace descendente . . . . . . . . . . . . . . . . 1405.4.1. Recursos físicos del enlace descendente . . . . . . . . . . 1405.4.2. Procesado de capa física en DL . . . . . . . . . . . . . . 1425.4.3. Canales físicos en DL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1435.4.4. Señales de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1555.4.5. Señales de sincronismo y procedimiento de búsqueda decelda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1575.4.6. Técnicas MIMO en DL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1595.5. Descripción del enlace ascendente . . . . . . . . . . . . . . . . . 1615.5.1. Recursos físicos del enlace ascendente . . . . . . . . . . 1615.5.2. Canales físicos en UL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1625.5.3. Señales de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1745.5.4. Técnicas MIMO en UL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1775.6. Procedimientos de capa física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1775.6.1. Procedimientos del enlace descendente . . . . . . . . . . 1775.6.2. Procedimientos del enlace ascendente . . . . . . . . . . . 182Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1856. Movilidad y otros procedimientos del EPS 187Mario García Lozano6.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1876.2. Estados del terminal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1886.2.1. Estados RRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1886.2.2. Estados EMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1906.2.3. Estados ECM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1916.2.4. Relaciones entre estados . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1926.3. Movilidad en modo idle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1936.3.1. Selección de PLMN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.3.2. Selección de celda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1966.3.3. Reselección de celda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1996.3.4. Registro/desregistro en la red. . . . . . . . . . . . . . . 2046.3.5. Actualización de áreas de tracking . . . . . . . . . . . . 2076.3.6. Procedimiento de aviso o paging . . . . . . . . . . . . . 2126.3.7. Reducción de la señalización en modo idle (ISR) . . . . 2166.4. Movilidad en modo active . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2196.4.1. Medidas realizadas por el UE . . . . . . . . . . . . . . . 2206.4.2. Handover X2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2236.4.3. Handover S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2296.4.4. Handover no exitoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2326.4.5. Handover interRAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2336.5. Movilidad en celdas con CSG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2367. Gestión de recursos radio 239Silvia Ruiz, David González G7.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2397.2. Recursos temporales y frecuenciales disponibles . . . . . . . . . 2427.3. Control de admisión y parámetros de calidad de servicio . . . . 2447.4. Parámetros de señalización en UL y DL . . . . . . . . . . . . . 2467.4.1. Indicadores de calidad del canal (CQI) . . . . . . . . . . 2467.4.2. Señales de referencia (SRS) . . . . . . . . . . . . . . . . 2467.4.3. Estado de las colas (BSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . 2477.5. Estrategias de asignación de recursos en DL . . . . . . . . . . . 2497.5.1. Scheduling en el dominio de la frecuencia FDPS . . . . 2517.5.2. Scheduling en el dominio temporal TDPS . . . . . . . . 2517.5.3. Scheduling en el dominio del tiempo y frecuencia TD-FDPS2527.6. Estrategias de asignación de recursos en UL . . . . . . . . . . . 2567.6.1. Scheduling en el dominio del tiempo y de la frecuenciaTD-FDPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2607.7. Técnicas de coordinación de interferencias . . . . . . . . . . . . 2647.7.1. Interferencia intercelular e ICIC . . . . . . . . . . . . . 2657.7.2. Análisis y rendimiento de estrategias ICIC estáticas enLTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2707.7.3. Estrategias ICIC dinámicas en LTE . . . . . . . . . . . 2797.7.4. Aspectos de implementación en LTE . . . . . . . . . . . 2807.7.5. Técnicas adicionales para control de interferencias . . . 2837.8. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2868. Análisis de prestaciones de LTE 293David Martín-Sacristán Gandía8.1. Metodología de evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2948.1.1. Evaluaciones previas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2948.1.2. Indicadores de prestaciones . . . . . . . . . . . . . . . . 2968.1.3. Métodos de evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2968.1.4. Escenarios de evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2978.1.5. Modelado de canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2978.2. Tasas de pico de capa física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3048.3. Latencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3078.3.1. Latencia del plano de control . . . . . . . . . . . . . . . 3078.3.2. Latencia del plano de usuario . . . . . . . . . . . . . . . 3138.4. Tiempo de interrupción por Handover . . . . . . . . . . . . . . 3178.5. Evaluación de nivel de enlace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3198.5.1. Enlace descendente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3218.5.2. Enlace ascendente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3308.6. Evaluación de nivel de sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3328.6.1. Factores de geometría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3358.6.2. E_ciencia espectral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3358.6.3. Capacidad VoIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3378.7. Link Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3429. Difusión de contenidos en LTE 345Ana Fernández Aguilella9.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3469.2. Modos de operación de E-MBMS . . . . . . . . . . . . . . . . . 3489.2.1. Broadcast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3489.2.2. Multicast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3509.3. Servicios de usuario de MBMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3529.3.1. Servicios de descarga de _cheros . . . . . . . . . . . . . 3529.3.2. Servicios de streaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3539.3.3. Servicios carrusel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3539.3.4. Servicios de televisión móvil . . . . . . . . . . . . . . . . 3539.4. Arquitectura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3549.5. Canales físicos MBMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3569.6. Multiplexación de servicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3589.7. MBSFN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3589.7.1. Transmisión de datos con MBSFN . . . . . . . . . . . . 3589.7.2. Sincronización de las celdas . . . . . . . . . . . . . . . . 3619.7.3. Despliegue de una red E-MBMS . . . . . . . . . . . . . 3639.8. Transmisión de servicios con E-MBMS . . . . . . . . . . . . . . 3659.8.1. Modelo de sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3659.8.2. Servicios de televisión móvil . . . . . . . . . . . . . . . . 3679.8.3. Servicios de descarga de _cheros . . . . . . . . . . . . . 370Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37310.El futuro de LTE: LTE-Advanced 375Jorge Cabrejas Peñuelas10.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37610.2. Características generales de IMT- Advanced . . . . . . . . . . . 37710.3. Requisitos de IMT- Advanced . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37810.3.1. Servicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37910.3.2. Espectro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37910.3.3. Prestaciones técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38010.4. Procedimiento de evaluación de IMT- Advanced . . . . . . . . . 38610.5. Características generales de LTE- Advanced . . . . . . . . . . . 38810.6. Requisitos de LTE- Advanced . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38910.6.1. Requisitos relacionados con la capacidad . . . . . . . . . 38910.6.2. Prestaciones del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39010.6.3. Despliegue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39210.7. Propuestas en estudio en el 3GPP . . . . . . . . . . . . . . . . 39210.7.1. Agregación de espectro . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39310.7.2. Esquema de transmisión en el enlace ascendente . . . . 39810.7.3. Esquema de transmisión en el enlace descendente . . . . 39810.7.4. Coordinated Multipoint Transmission/Reception . . . . 40010.7.5. Relay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40410.7.6. Mejoras de la latencia en plano de control y en plano de usuario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
