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LTE Y SU IMPACTO EN COLOMBIA
JOAN MARINO TAMAYO PINEDA
RICARDO GONZALEZ CASTAÑEDA
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
PROYECTO DE GRADO
PEREIRA
2012
LTE Y SU IMPACTO EN COLOMBIA
JOAN MARINO TAMAYO PINEDA
RICARDO GONZALEZ CASTAÑEDA
INFORME PROYECTO DE GRADO
EHUMIR SALAZAR ROJAS
INGENIERO ELECTRICO
UNIVERSIDAD CATOLICA DE PEREIRA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
PROYECTO DE GRADO
PEREIRA
2012
DECLARACION DE DERECHOS DE AUTOR
Con este proyecto se busca resaltar la importancia del estudio de las
telecomunicaciones. Además se busca enriquecer el conocimiento de los futuros
ingenieros de sistemas y telecomunicaciones el cual puedan tomar como
referencia al momento de construir proyectos telemáticos, por esta razón es un
honor autorizar a la Universidad Católica de Pereira para que incluya este
proyecto a su catalogo de consulta en la biblioteca para que cualquier persona
interesada tenga libre acceso a su contenido, respetando la propiedad intelectual
de su autor.
AGRADECIMIENTOS
A nuestro asesor de proyecto de grado Ehumir Salazar Rojas por habernos
dirigido y apoyado en todas las dificultades que se nos presentaron durante la
realización de este proyecto, a todos nuestros profesores que cada día nos
brindaron su apoyo en cada materia que nos enseñaban y a la Universidad
Católica de Pereira por permitirnos realizar nuestros estudios.
Y especialmente a nuestros padres que fueron nuestro apoyo durante toda la
carrera y a nuestros hermanos que de una u otra forma nos brindaron su apoyo
para culminar nuestros estudios con éxito.
DEDICATORIA
Este trabajo está dedicado a nuestros padres que han sido nuestro apoyo, ya que
gracias a ellos nos permitieron realizar nuestros estudios y siempre nos apoyaron
incondicionalmente en las decisiones que tomáramos y gracias a sus constantes
consejos cada día queríamos sobresalir más en nuestros actos.
También se lo dedicamos a Dios y todas aquellas personas que de una u otra
forma estuvieron pendientes de nuestra futura formación como Ingeniero en
Sistemas y Telecomunicaciones.
RESUMEN
RESUMEN
El crecimiento de las redes móviles, es
debido a que los usuarios cada vez
requieren mayor capacidad del canal de
transmisión para el uso de sus aplicaciones
en tiempo real, lo que hace necesario la
implementación de nuevas tecnologías que
puedan satisfacer las necesidades de los
usuarios.
LTE es una tecnología 4G para las
comunicaciones móviles que mejora
notablemente la experiencia de usuario con
respecto a sus predecesoras mediante la
implementación de una nueva arquitectura,
sus características le permiten aumentar la
capacidad del canal y disminuir la latencia,
dando solución a los problemas de
movilidad que en la actualidad se
presentan.
Por todo lo anterior se puede decir que este
escenario genera nuevas oportunidades de
negocio para los operadores actuales que
pretenden incursionar en este mercado y a
su vez representa nuevos desafíos para los
operadores en la implementación la
arquitectura de red y en el modelo de
negocios al que dará origen esta
tecnología.
En siguiente documente se podrán
observar las características y diferentes
elementos que conformar la arquitectura
LTE, sus ventajas y desventajas, frente a
otras tecnologías y el impacto que va a
tener frente a los operadores en Colombia.
Descriptores: LTE, Release 8, 4G, 3G,
Redes Móviles, Telefonía celular, Datos,
Banda Ancha, Historia de las tecnologías
móviles, Telecomunicaciones.
ABSTRACT
The growth of mobile networks has
generated is because users
increasingly require higher transmission
channel capacity for the use of real-time
applications, necessitating the
implementation of new technologies
that can meet the needs of users.
LTE is a 4G technology for mobile
communications that significantly
improves the user experience with
respect to its predecessors by
implementing a new architecture, its
features allow you to increase the
channel capacity and lower latency,
providing solutions to mobility problems
that at present arise.
Given the above it can be said that this
scenario creates new business
opportunities for existing operators
seeking to enter this market and in turn
poses new challenges for operators in
implementing the network architecture
and business model that will origin
technology.
Next document may observe different
features and elements that form the
LTE architecture, its advantages and
disadvantages compared to other
technologies and the impact they will
have an advantage over operators in
Colombia.
Descriptors: LTE, Release 8, 4G, 3G,
Mobile Networks, cell Phones, data,
Broadband, History of mobile
technologies, telecommunications.
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 12
2. OBJETO DE ESTUDIO ................................................................................... 14
3. OBJETIVOS .................................................................................................... 15
3.1. OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 15
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ..................................................................... 15
4. MARCO CONTEXTUAL .................................................................................. 16
4.1. LTE (Long Term Evolution) ....................................................................... 16
4.2. TENDENCIAS DE MERCADO Y TECNOLOGÍA ...................................... 16
4.3. CRECIMIENTO DE BANDA ANCHA EN COLOMBIA: ............................. 17
4.4. SUSCRIPTORES A BANDA ANCHA ....................................................... 19
4.5. DRIVERS QUE IMPULSAN LA APARICIÓN DE REDES 4G ................... 22
4.6. LTE EN COLOMBIA ................................................................................. 26
5. MARCO TEORICO .......................................................................................... 27
5.1. HISTORIA DE LAS COMUNICACIONES MÓVILES ................................ 28
5.2. ARQUITECTURA ..................................................................................... 31
5.2.1. Aspectos Generales: .......................................................................... 31
5.2.2. Arquitectura general: .......................................................................... 31
5.2.3. Tipos de acceso: ................................................................................ 32
5.3. PCRF ........................................................................................................ 39
5.4. HSS (Home Subscriber Server). ............................................................... 40
5.5. TRAMAS ................................................................................................... 42
5.5.1. Estructura de Trama 1 ........................................................................ 42
5.5.2. Estructura de Trama2 ......................................................................... 43
5.6. CANALES USADOS EN LTE ................................................................... 45
5.7. PROTOCOLOS ........................................................................................ 48
5.8. BEARER ................................................................................................... 51
5.9. QoS en LTE .............................................................................................. 52
5.10. DESPLIEGUE ........................................................................................ 55
5.11. EVOLVED PACKET SYSTEM (EPS), SOLUCIÓN EXTREMO A
EXTREMO IP. .................................................................................................... 56
5.12. LTE Advanced ....................................................................................... 60
5.13. ESTUDIO DE RF ................................................................................... 62
5.13.1. Celdas ............................................................................................. 62
5.14. FUNDAMENTOS DE OFDM ................................................................. 65
5.15. SON: OPTIMIZACIÓN AUTOMÁTICA DE RED .................................... 69
5.16. MECANISMOS DE HANDOVER ........................................................... 70
5.17. PROCEDIMIENTOS DE GESTIÓN DE SESIONES .............................. 72
5.18. PROCEDIMIENTO DE REGISTRO ....................................................... 73
5.19. MIMO ..................................................................................................... 75
5.20. BEAMFORMING: ORIENTACIÓN DEL HAZ ......................................... 77
5.21. ESPECTRO Y BANDAS DE FRECUENCIA .......................................... 79
5.22. ESTANDARIZACIÓN ............................................................................ 81
5.22.1. LTE ................................................................................................. 81
5.23. INTERFACES ........................................................................................ 84
5.24. GESTIÓN DE MOVILIDAD .................................................................... 86
5.24.1. Marco de gestión de movilidad ....................................................... 87
6. MODELO TEORICO ....................................................................................... 90
6.1. ¿QUÉ Y POR QUÉ LTE? ......................................................................... 90
6.2. SITUACIÓN Y TENDENCIAS DE LA INDUSTRIA ................................... 90
6.3. UIT - IMT AVANZADAS ............................................................................ 96
6.4. PROMESA LTE ........................................................................................ 97
6.5. RETOS DE LOS OPERADORES MÓVILES ............................................ 98
7. CONCRECIÓN DEL MODELO ..................................................................... 100
7.1. BARRERAS PARA EL DESPLIEGUE DE LTE ....................................... 104
7.2. IMPACTO SOBRE LOS CABLE OPERADORES ................................... 105
8. CONCLUSIONES .......................................................................................... 107
9. RECOMENDACIONES ................................................................................. 109
10. BIBLIOGRAFIA .......................................................................................... 110
LISTA DE ILUSTRACIONES
ILUSTRACIÓN 1. Evolución de tecnologías móviles ............................................. 31
ILUSTRACIÓN 2. Separación funcional entre eNB y MME/SGW .......................... 34
ILUSTRACIÓN 3. Separación funcional entre el eNB, MME, SGW y PGW .......... 36
ILUSTRACIÓN 4. Estructura de trama tipo 1 ......................................................... 42
ILUSTRACIÓN 5. Estructura de trama tipo 2 ......................................................... 43
ILUSTRACIÓN 6. Canales y protocolos en el acceso ........................................... 46
ILUSTRACIÓN 7. Parámetro de QoS en el sistema LTE ...................................... 54
ILUSTRACIÓN 8. Elementos de la red EPS .......................................................... 58
ILUSTRACIÓN 9. Celdas ....................................................................................... 62
ILUSTRACIÓN 10. Tipos de reuso ........................................................................ 64
ILUSTRACIÓN 11. Utilizando X2 para evitar interferencias .................................. 65
ILUSTRACIÓN 12. Procedimiento de registro ....................................................... 75
ILUSTRACIÓN 13. MIMO: multiplexacion especial ............................................... 76
ILUSTRACIÓN 14. El haz sigue al usuario ............................................................ 78
ILUSTRACIÓN 15. Ancho de banda flexible .......................................................... 80
GRÁFICA 1. Suscriptores a banda ancha ............................................................. 19
GRÁFICA 2. Penetración de banda ancha por tipo de red .................................... 20
GRÁFICA 3. Penetración de banda ancha 1T-2011 a 1T2012 .............................. 21
GRÁFICA 4. Distribución de usuario por modalidad de pago. ............................... 22
GRÁFICA 5. Ejemplo del espectro correspondiente a 6 subportadoras OFDM ..... 68
GRÁFICA 6. Ejemplo de la señal temporal correspondiente a 6 subportadoras
OFDM .................................................................................................................... 68
GRÁFICA 7. Espectro a asignar por la ANE .......................................................... 79
GRÁFICA 8. Crecimiento datos móviles de AT&T ................................................. 91
GRÁFICA 9. Proyección de crecimiento datos móviles de AT&T .......................... 92
GRÁFICA 10. Demanda potencial 4G ................................................................... 93
GRÁFICA 11. Proyección de tráfico móvil en USA al 2017 ................................... 95
GRÁFICA 12. Trafico Dispositivos ....................................................................... 101
TABLA 1. Posibles configuraciones de las sub-tramas. ......................................... 45
TABLA 2. QoS definidas para LTE ........................................................................ 55
TABLA 3. Periodo de mayor demanda de las principales aplicaciones por bytes.. 94
TABLA 4. Periodo de mayor demanda de las principales aplicaciones por bytes.. 94
TABLA 5. Comparativo de descarga entre tecnologías ....................................... 102
TABLA 6. Velocidades de transmisión entre tecnologías. ................................... 103
12
1. INTRODUCCIÓN
En los últimos diez años, el área de las telecomunicaciones ha evolucionado hasta
lograr la convergencia entre dos tecnologías fundamentales en el mundo
contemporáneo las redes móviles y el Internet; es por esto que se origina esta
propuesta investigativa, por el interés de los investigadores sobre la
implementación de nuevas tecnologías que incursionan en el mercado
Colombiano especialmente la Long Term Evolution LTE, con la implementación de
las redes de 3G y el avance de la computación móvil en especial en USA, se ha
dado un cambio sustancial, con la capacidad de los usuarios de estar “siempre
conectados”. Lo anterior ha conllevado a que los usuarios a través de sus nuevos
y poderosos teléfonos inteligentes, han generado una cantidad de tráfico (en
tiempo real) enorme y creciente, por el uso de aplicaciones que permanentemente
hacen uso de la red de comunicaciones.
Esta situación de aplicaciones “en línea”, ha desbordado la capacidad de las redes
móviles existentes de 2G y 3G al punto que la experiencia de usuario se ha
complicado a tal punto que demanda de los operadores, el cambio de
infraestructura tecnológica, por una que pueda soportar el nuevo paradigma que
enfrentan los operadores. Además que abre nuevas oportunidades de negocio,
tanto para fabricantes de teléfonos, desarrolladores de aplicaciones, como de
prestadores de servicios en línea dado que es una tecnología innovadora que
generará grandes cambios a nivel cultural, tecnológico y económico en el país, el
interés principal es describir los cambios en el ámbito tecnológico, tomando como
referencia los antecedentes de implementación de esta, en países europeos y
algunos latinoamericanos, donde dicha tecnología puesta en marcha evidencio a
grandes rasgos la viabilidad del proyecto como un propósito innovador y
generador de grandes cambios que aportaron en la capacidad de ancho de
banda, permitiendo el uso de aplicaciones que aún no son posibles como la
transmisión de video en movimiento entre otras funciones que requieren mayor
capacidad del canal transmisión.
Se estima que el tráfico de datos se va incrementar en un 3900% en los próximos
5 años, y el tráfico de video será de un 65% hacia el año 2013. Según cálculos de
CISCO, el tráfico de datos crecerá de 90 peta bytes ( por mes en el 2009, a
3.6 exabytes por mes en el 2014.
13
Estando este proyecto enfocado en un objetivo primordial como lo es desarrollar
una investigación teórica para estudiar las características y el impacto técnico de
la implementación de la tecnología LTE en Colombia nos enfatizaremos en las
posibles ventajas y desventajas que tendría la implementación de dicha tecnología
en el país.
Partiendo que la LTE es una tecnología de cuarta generación que ha
incursionando en los mercados mundiales desde el 2010 empezando por los
principales países de Europa donde tuvo su origen , aumentando las velocidades
de transmisión hasta 10 veces por medio de nuevos protocolos y un uso adecuado
del espectro electromagnético, permitiendo mayor eficiencia en la cobertura
debido a que tiene un alcance superior al de sus predecesores, como las
tecnologías GSM, GPRS,EDGE, UMTS y 3GSM, la cual se encuentra en
funcionamiento en las principales ciudades del país, y a la cual tienen acceso solo
los dispositivos móviles que soportan dicha tecnología, por esto los más limitados
son los que actualmente prestan la mayor parte del servicio de telefonía móvil
celular en Colombia, siendo menos eficaces y proporcionando un ancho de banda
muy limitado que no da acceso a funcionalidades que requieren velocidades de
trasmisión más alta, lo que la LTE si brindara en el momento de su ejecución y
que en el país se encuentra en proceso de desarrollo.
Este proyecto está compuesto por marco contextual, marco teórico, modelo
teórico, y concreción del modelo, para llegar a las conclusiones.
14
2. OBJETO DE ESTUDIO
Partiendo del hecho de que Colombia es un país con una penetración tecnológica
baja, tendríamos que analizar que tan preparado esta Colombia para adoptar esta
nueva tecnología, mirando desde el punto del operador como desde el cliente,
desde el operador podríamos mirar si estos tienen la infraestructura necesaria
para implementar esta tecnología y poderla llevar hasta el cliente, y desde la
perspectiva del cliente o usuario, ¿qué tan preparados estamos para esto? ¿Se
tienen los recursos necesarios?, están seria unas preguntas se deben responder
para el objeto de estudio.
15
3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Estudiar las principales características de la tecnología LTE y el impacto técnico
sobre los operadores establecidos en Colombia.
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Identificar las características del modelo LTE.
Evaluar LTE en comparación con otras tecnologías semejantes.
Identificar el nivel de desarrollo actual de la tecnología en Colombia.
Analizar las posibles consecuencias técnicas de esta tecnología dentro
del mercado nacional.
Identificar las ventajas y desventajas de la tecnología.
16
4. MARCO CONTEXTUAL
4.1. LTE (Long Term Evolution)
LTE es una evolución del IMT2000 que permite velocidades de más de 150 Mbps
en descarga y de 50 Mbps en subida. Las especificaciones de este estándar
comenzaron a definirse en 2004. LTE se basa completamente en IP, por lo que el
grado de reutilización de las antiguas tecnologías basadas en conmutación de
circuitos será bajo. No obstante, gracias a IP, LTE favorecerá la convergencia, el
ahorro de costes y la eficiencia.
LTE ofrece muchas ventajas, en primer lugar, gracias a OFDMA (Orthogonal
Frecuency Division Multiple Access), que utiliza un gran número de sub portadoras
muy cercanas entre sí en frecuencia y ortogonales, permite ofrecer unos anchos
de banda mucho mayores que las tecnologías predecesoras. Además, se basa en
estándares abiertos a diferencia de los sistemas 3G donde había distintos
estándares en distintas regiones del mundo, lo cual favorece la compatibilidad y
reducción de precios, de los que se beneficiarán tanto operadoras como usuarios
finales.1
4.2. TENDENCIAS DE MERCADO Y TECNOLOGÍA
A menos de una década de haber puesto en marcha las primeras redes Universal
Mobile Telcomunications System (UMTS), ya aun con las redes de Segunda
Generación Móvil (2G) plenamente operativas, cabría preguntarse cuál puede ser
el interés de la industria en realizas nuevas inversiones en infraestructuras de la
red de acceso y de conmutación, o para que necesita el sector de las
comunicaciones un nuevo estándar de acceso celular.
La respuesta hay que buscarla en las características particulares de este mercado,
por comparación con lo que sucede en redes fijas, la experiencia de usuario, es
decir, la calidad subjetiva que percibe en el servicio de banda ancha, es muy alta
1 Ingeniero de Telecomunicación, Máster en Tecnologías de la Información Aplicadas a la Empresa
y Licenciado en Investigación y Técnicas de Mercado. Autor de diversos libros y artículos técnicos y de opinión de tecnologías de telecomunicaciones y sistemas de información en los hogares y empresas. Ramón Millán
17
gracias a los varios megabits por segundo que puede conseguir en una conexión
Digital Subscriber Line (DSL) y a precios cada vez más competitivos. A diferencia
de la que se sucedía años atrás, en mercados maduros, como Europa Occidental
o Estados Unidos, el crecimiento del negocio de telefonía móvil no se corresponde
tanto con el incremento de abonados, sino con el aumento del tráfico, en cuanto a
la cantidad de minutos de voz y sobre todo de megabytes de datos transferidos,
así como la renovación de equipos y contratos para migrar a tecnologías de banda
ancha móvil. La parición de terminales tipo Smartphone junto con la proliferación
de dispositivos portátiles con conectividad de datos Tercera Generación Móvil (3G)
continúa disparando la demanda de capacidad de transmisión de datos en
movilidad.2
4.3. CRECIMIENTO DE BANDA ANCHA EN COLOMBIA:
La telefonía móvil ha sobrepasado el servicio de telefonía fija, tanto en cobertura
como en el número de usuarios. A mediados del año 2011 existían alrededor de
6000 millones de suscriptores en el mundo, que es más del doble de suscriptores
de líneas fijas y cerca del 90% de penetración de la población mundial, se espera
que en el 2015 haya más de 7 billones de usuarios, este crecimiento vertiginoso
de la tecnología móvil se debe a los precios bajos, a que el teléfono celular es
personal y a la necesidad de que las personas se comuniquen mientras se
desplazan de un lugar a otro.
En la actualidad colombiana el crecimiento de la penetración de banda ancha es
importante y muestra una ascendencia exponencial pero aún queda camino por
recorrer y la población con acceso a este servicio todavía es demasiado pequeña
teniendo en cuenta el número de habitantes. Para entender mejor el
comportamiento a nivel local se toma como referencia las cifras del Ministerio de
Tecnologías de la Información y las Comunicaciones a continuación se muestran
los datos más relevantes:
Según los datos del ministerio de tecnologías de la información y las
comunicaciones, para el mes de mayo del presente año la cobertura en banda
ancha alcanzó un total de 5.228.408 suscriptores y 1.237.371 conexiones de otro
tipo, visualizando un crecimiento con respecto al mismo trimestre del año 2011 un
crecimiento del 27.9%.
23GPP LTE: HACIA LA 4G MÓVIL, Narcis Cardona, Mario García Lozano, José F. Monserrate
18
19
4.4. SUSCRIPTORES A BANDA ANCHA
GRÁFICA 1. Suscriptores a banda ancha
Para el año actual al finalizar el primer trimestre el número de suscriptores sigue
mostrando tendencia ascendente 8,1% con respecto al cuarto trimestre de 2011
La distribución del mercado con respecto al tipo de acceso hasta el primer
trimestre de 2012 está compuesta principalmente por internet fijo con un 63,4%,
en segundo lugar se encuentran las suscripciones de internet móvil con un 36.06%
de los cuales el 36,03 utilizan la tecnología 3G y solo el 0,3% disponen de 4G, en
relación a las demás conexiones se distribuyen de la siguiente manera: 85.1%
internet móvil 2G, el internet fijo dedicado representa el 13,3% y un 1.6% a internet
fijo conmutado.
20
GRÁFICA 2. Penetración de banda ancha por tipo de red
También es importante destacar que durante los últimos años las cifras reportan
que la demanda de ancho de banda sigue en aumento3, para el primer trimestre
de 2011 las suscripciones de banda ancha alcanzaban los 3´654.884, para el 4
trimestre de 2011 el número aumento a 4’836.833 y para el primer trimestre llegó a
5’228.408, para mayor comprensión a continuación se muestran las graficas
respectivas:
3http://www.mintic.gov.co/images/documentos/cifras_del_sector/boletin_banda_ancha_vive_digital_
1t_2012.pdf
21
GRÁFICA 3. Penetración de banda ancha 1T-2011 a 1T2012
De acuerdo a los datos se puede observar que las tecnologías 3G y 4G
alcanzaron los 1.911.685 suscriptores, mostrando un crecimiento de 10,6% con
relación al cuarto trimestre de 2011
A continuación se muestra las cifras de suscriptores según la modalidad de pago:
22
GRÁFICA 4. Distribución de usuario por modalidad de pago.
Fuente: LTE: Elaboración propia
4.5. DRIVERS QUE IMPULSAN LA APARICIÓN DE REDES 4G
Uno de los motivadores que impulsaron a la aparición de la redes 4G o LTE es el
internet, que ha entrado en nuestras vidas de una forma que le ha dado un cambio
drástico, a tal punto que cambio nuestra forma de comunicarnos, de trabajar y
hasta la forma en que compramos. Hoy en día se puede comprar, reservas o
hacer lo que queramos por medio del internet, pero el internet solo no podría hacer
todo esto, y va de la mano de la banda ancha que es considerado otro motivador.4
El internet tiene una variedad de aplicativos, desde el e-mail hasta las redes
sociales, desde el e-commerce hasta el entretenimiento. Todos estos servicios
cambiaron nuestra manera de vivir.
4 COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad
Santo Tomas, 2012
7840424, 17
38474285, 83
Pospago
Prepago
23
Otro motivador que dio la aparición de la redes 4G es la banda ancha, ya que los
usuarios han encontrado que ella cambia radicalmente la experiencia que tienen al
navegar en internet, anteriormente la conexión que se tenía a internet era
conmutada a una velocidad de 56 Kb por vía telefónica, donde se podía demorar
horas descargando una canción de 5 minutos y si se era muy desafortunado
entraba una llamada y se caía el internet, ya teniendo una buena conexión a
internet gracias a la banda ancha, no solo se puede descargar música o archivos
de una forma más ágil, sino que también se podía acceder a aplicaciones
multimedia, televisión y juegos interactivos.
Un tercer motivador de LTE son los Smartphone que con su capacidad de
almacenamiento, de reproducir aplicaciones multimedia y múltiples
funcionalidades que tiene hace que sea un motivador muy fuerte para la aparición
de esta tecnología.
“El crecimiento de los Smartphone ha influido en el desarrollo de aplicaciones
móviles. Poco a poco, las marcas van tomando presencia en este nuevo espacio
para establecer un vínculo más directo con el consumidor.
Según investigaciones del IDC, a finales del 2015 se incrementará a 982 millones
de Smartphone en el mercado; es decir, habrá cerca de mil millones de personas
con teléfonos inteligentes. Esto implicará que las descargas de aplicaciones
aumentarán a 183 millones dentro de los próximos años.
Hoy en día las aplicaciones más exitosas no son aquellas que introducen nuevas
ideas, sino aquellas que ofrecen innovadoras maneras de hacer mejor y más fácil
las cosas.”5
Haciendo analogía a lo que dicen, vemos que la tecnología móvil esta en un
constante crecimiento, empezando por celulares inmensos, ahora llamados
panelas ,pero que hace unos años, eran la sensación y pocos podían acceder a
ellos, solo aquellas personas que tuvieran un ingreso económico relativamente
alto, de allí se puede decir que empezó a evolucionar la tecnología móvil que hoy
en día se conoce como Smartphone, estos por su gran capacidad de interacción
con el usuario, sus grandes aplicaciones y sus servicios que nos ofrecen, están
revolucionando la industria.
5
http://thenextweb.com/mobile/2011/07/16/mobile-apps-a-look-at-what-makes-a-good-app-great/
24
Hace unos años en la infancia de muchas personas los juguetes eran carros,
canicas, muñecos, y lo mejor que se tenia era un súper nintendo, ya hoy en día los
niños de 7 a 18 años solo quieren tener tabletas, pc’s, y Smartphone ya que en
este último, encuentran una gran cantidad de aplicaciones, desde juegos, correo,
mensajería instantánea y redes sociales que hoy son el medio de comunicación
que más usan.
Ya no se ve en las calles niños, jóvenes, adultos hablando por celular, sino
digitando sobre un teléfono celular, como no solía ser hace muy poco, esto es
debido a que cada día la industria de la tecnología celular nos permiten interactuar
de una forma segura, veloz y diferente con las demás personas. Los Smartphone
con su capacidad para reconocer gestos, contenidos 3D y traducción de textos
son algunas de sus funciones, con cámaras de alta definición, tecnología para
grabar y reproductor multimedia, funciones de geolocalización, acelerómetro y
servicios que se valen de la inteligencia artificial y la realidad aumentada para
entregar datos precisos del mundo que los rodea. Los Smartphone son algo más
que inteligentes. Su impacto en la vida actual es tal que incluso han llegado a
reemplazar a otros dispositivos tradicionales.
“Un estudio de la firma de mercadeo Prosper Mobile Insight asegura que ya han
reemplazado al despertador, al GPS, a la cámara digital, al MP3, al radio, al PC y
hasta a los reproductores de video.
En el cerebro de estos aparatos cabe una lista casi infinita de funciones. Gracias,
sobre todo, a lo avanzado de sus sistemas operativos: Android, iOS, Windows
Phone y Blackberry OS.”6
Es tanta la evolución que ha adquirido los Smartphone que los mismos usuarios
desconocen cantidades de aplicaciones que tienen su teléfono como las
nombradas anteriormente y su función “principal” que es la de llamadas ya no es
tan usada, sino que ya todo se hace a través del internet. Todo tiende a esto a la
nube, a los planes de datos.
Según cifras que nos da Junsuk Hwang, product manager LG Mobile Colombia,
donde la penetración de los Smartphone en Colombia en el 2012 está en un 7%,
pero que a final de año llegara a un 12%, con estas podemos afirmar que los
Smartphone arrasaran con toda la industria tecnológica.
6Periódico el Tiempo
25
26
4.6. LTE EN COLOMBIA
Las empresas de telecomunicaciones del país van de la mano cada vez más con
los otros países desarrollados como estados unidos que son potencia en esta
tecnología. UNE EPM Telecomunicaciones ya están implementando la tecnología
LTE en Módems y “se está preparando para ampliar su oferta comercial 4G LTE a
teléfonos móviles. Primeras pruebas son realizadas con el Huawei Ascend P1. Ya
tiene plataforma de televisión móvil HD.”7
Estas primeras pruebas realizadas en el Smartphone Huawei Ascend P1 es un
primer avance de que muy pronto tendremos equipos móviles que soporten esta
tecnología.
Marc Eichmann, presidente de UNE, aseguró que tanto la compañía china Huawei
como la coreana Samsung están trabajando para proveer este tipo de celulares,
con el fin de que puedan entrar lo antes posible al mercado móvil.
Cabe señalar que la frecuencia de 2,6 Gigahertz, que es por la que opera el 4G
LTE de UNE, no cuenta en la actualidad con una amplia gama de dispositivos
móviles disponibles en el mercado. Sin embargo, el ejecutivo aseguró que en el
mediano plazo serán cada vez más los terminales.8
UNE también está en el desarrollo de una plataforma de televisión móvil de 15
canales de alta definición que se podrá trasmitir por el momento en internet de alta
velocidad y actualmente solo sus empleados lo están utilizando pero por medio de
sus equipos personales o tabletas. Esta plataforma estará disponible para móviles
en diciembre cuando empiece a ofrecerlos.
7http://comunidad-ola.com/portal/index.php/4g-colombia/4g-lte-une/5881-une-epm-vendera-
celulares-4g-lte- 8http://comunidad-ola.com/portal/index.php/4g-colombia/4g-lte-une/5881-une-epm-vendera-
celulares-4g-lte-
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5. MARCO TEORICO
Es necesario hacer mención en éste punto algunas de las investigaciones a las
cuales se recurrieron no solo para ampliar conceptos y temáticas de esta
propuesta investigativa sino también para hacer una serie de comparaciones y de
esta manera poder hacer de esta investigación algo novedoso, así, por ejemplo,
el estudio que realizaron Carlos Reines Gonzales y Julio Navío Marco, acerca de
la tecnología LTE, donde la catalogan como la estrella del 2009, y se hace un
análisis de los diferentes cambios que se presentaran a lo largo de la
implementación de esta, divergiendo de la presente investigación puesto que el
anterior es solo un artículo de revista donde se exponen algunos de los puntos de
la tecnología y principales cambios que esta misma genera pero muy
superficialmente.
Por otra parte, está el articulo realizado por José Manuel Huidibro, donde refiere
los importantes avances que ha tenido la telefonía móvil, haciendo una
comparación con los avances del internet, difiriendo de la presente investigación,
puesto que el articulo hace un breve recorrido por las diferentes tecnologías que
han sido utilizadas por la telefonía móvil, donde se incluye la LTE, comparándolas
con las tecnologías utilizadas en el internet.
Por último está la investigación realizada por Juan Paúl Inga Ortega, y Andrés
Leonardo Ortega Ortega, sobre el Análisis técnico de los servicios adicionales de
la tecnología Long Term Evolution sobre Sistemas Móviles de Cuarta Generación-
2010, en Ecuador, donde en si se hace un análisis como se plantea de los nuevos
servicios que presta la tecnología y como estos se están llevando a cabo en
ecuador, lo que la hace diferente a la presente investigación.
Es por esto que se ha decidido trabajar acerca de la tecnología LTE considerando
que esta generara un gran impacto en el país en muchos ámbitos, como el
económico, el social, el laboral entre otros, además partiendo del hecho que la
tecnología aun no se ha implementado y es nueva en el mercado en Colombia hay
pocas investigaciones acerca del tema principal de la presente investigación.
28
5.1. HISTORIA DE LAS COMUNICACIONES MÓVILES
Desde sus inicios a finales de los 70, las comunicaciones móviles han
revolucionado enormemente las actividades que realizamos diariamente. Los
teléfonos celulares se han convertido en una herramienta primordial para la gente
común y los negocios. A pesar de que la telefonía celular fue concebida
estrictamente para servicios de voz, hoy es capaz de brindar servicios de datos,
audio y video, entre otros.
El primer radioteléfono corrió a cargo de Motorola en 1973 en Estados Unidos;
pero no fue hasta 1979 cuando aparecieron los primeros sistemas comerciales en
Tokio, Japón, por la compañía NTT. Era la 1G de teléfonos móviles y se
caracterizó por:
Un sistema análogo basado en conmutación de circuitos.
Posibilidad de comunicaciones de voz.
Cada país desarrollo su estándar.
Acceso FDMA.
Calidad de enlaces de voz era muy baja.
No contaba con ningún tipo de seguridad.
Contaba con poca capacidad de almacenamiento.
La tecnología predominante de esta generación es AMPS (Advanced Mobile
Phone System), que llegó a EEUU en 1983 y fue pionera entre los sistemas
celulares analógicos.
La 2G desembarcó en 1990 y a diferencia de la primera se caracterizó por:
Sistema digital basada en la conmutación de circuitos.
Protocolo de codificación más sofisticado.
Posibilidad de comunicación de voz.
Sistema de seguridad avanzado o posibilidad de roaming.
La velocidad de información es más alta para voz pero limitados en
comunicaciones de datos.
Acceso TDMA (aunque realmente es FDMA/TDMA).
Modulación GMSK.
Portadoras de 200Khz (una para uplink y otra para downlink).
Ofrece servicios de SMS (Short Mesagges Services).
8 intervalos de tiempo por portadora.
29
Las celdas utilizan diferentes frecuencia
Reuso de frecuencia con factores de 3 y 9 para evitar interferencias, lo cual
es ineficiente.
Se pueden ofrecer servicios auxiliares, como datos, fax. La tecnología
predominante de esta generación es GSM (Global System Mobile) y CDMA (Code
Division Multiple Acces).Desde finales de los años 90 la carrera tecnológica es
imparable, con la introducción de nuevos terminales, muchos más pequeños.
Posteriormente aparece la 2.5G cuyas características son:
Las velocidades de datos en GPRS están alrededor de 171,2 Kbps.
Las velocidades de transmisión más comunes en GPRS están en el orden
de 40 y 60Kbps.9
EDGE tiene capacidad de transmisión en velocidades alrededor de
384Kbps (8PSK).
En CDMA2000 1x, las velocidades de transmisión están alrededor de 70 y
800Kbps.
Su tecnología predominante es la GPRS (General Packet Radio System) que
introduce la conmutación de paquetes en las redes GSM (introduce el mundo IP);
aparecen los MMS (Mensajes Cortos Multimedia); La 3G se caracteriza por:
Acceso W-CDMA.
Portadoras de 5Mhz (una para uplink y otra para Downlink).
Caminos separados para voz y datos.
Modulación QPSK.
Velocidades máximas de 2Mbps.
Reuso de frecuencia de 1: la misma portadora en toda la red.
No requiere planeación de frecuencias.
Se utiliza el código scrambling para diferenciar las celdas.
Macro-diversidad: estaciones vecinas para sumar las diferentes señales
recibidas del usuario a fin de mejorar el nivel de recepción.
9 COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad
Santo Tomas, 2012.
30
Handover suave, que utiliza recursos tanto en la celda de origen como de
destino, para garantizar que el handover sea exitoso.
También integrar la convergencia de voz y datos con acceso inalámbrico a
Internet; lo cual la hace apta para aplicaciones multimedia y altas transmisiones de
datos. Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan altas velocidades
de información y están enfocados para aplicaciones más allá de la voz como por
ejemplo audio (mp3), video en movimiento, videoconferencia y acceso rápido a
Internet. El estándar que define la tecnología 3G es el UMTS (Universal Mobile
Telecommunications System).
El sector de las comunicaciones móviles celulares ha mostrado un gran
dinamismo en las dos últimas décadas. Los inicios de la década de los 1990
vinieron marcados por el crecimiento exponencial de usuarios de voz al amparo de
un entorno cada vez más competitivo y con predominancia de la tecnología GSM
como estándar de facto a nivel mundial. Posteriormente, y contrariamente a lo que
pronosticaban muchos estudios de mercado, la madurez alcanzada en el servicio
de voz no se vio relevada por los servicios de datos en los primeros años de los
2000 de la mano del cambio tecnológico asociado a la implantación del acceso
radio WCDMA de UMTS. A nivel global, la principal competencia de UMTS es
cdma2000, emanado del 3GPP2. La clara necesidad de mayores velocidades de
transmisión de datos como condición necesaria para el eventual despegue de
estos servicios encuentra respuesta en la tecnología HSPA, y equivalentemente
EV-DO en el contexto 3GPP2, elementos a la postre facilitadores del crecimiento
exponencial del tráfico de datos observado desde 2007, junto con la
generalización de las tarifas planas para el acceso a Internet móvil. El camino
apuntado por el 3GPP para cubrir las necesidades tecnológicas en el horizonte
2010-2020 tiene a LTE como máximo exponente. La predominancia de LTE
supone el fin del camino paralelo del 3GPP2, que abandona el desarrollo de UMB,
equivalente a LTE. El contrapunto competitivo para LTE intenta impulsarse desde
IEEE con WiMAX 802.16e y posteriormente 802.16m, como solución propiamente
IMT-Advanced (sistema 4G), al igual que la propuesta LTE-Advanced por parte del
3GPP.
31
ILUSTRACIÓN 1. Evolución de tecnologías móviles
FUENTE: http://blogcmt.com/2010/05/21/conceptos-basicos-del-telecos-
evolucion-de-las-comunicaciones-moviles-del-gsm-al-lte/
5.2. ARQUITECTURA
5.2.1. Aspectos Generales:
Se denomina comunicación móvil a la transmisión de datos (en especial voz) a
través de un dispositivo o terminal móvil que conecta al usuario a la red por medio
de la interfaz radioeléctrica. El terminal móvil es el que permite acceder a la red
celular, el nombre celular se origino gracias a la distribución de las antenas
repetidoras, donde a cada una se le considera una célula. La comunicación móvil
consiste en la combinación de una red de estaciones transmisores-receptores
también llamado repetidores o antenas y que a su vez se encuentran conectados
a una central de conmutación que hace posible la comunicación entre la red
celular y la telefonía fija.
5.2.2. Arquitectura general:
32
La arquitectura general de una red móvil se compone de una serie de elementos
que se describen a continuación:
El Terminal: Es el equipo que interactúa con el usuario y desempeña una
función determinante que es la de codificar (vocoder) la información y
transmitirla a la red. Es capaz de transmitir desde audio a cualquier tipo de
contenido multimedia.
Interfaz radioeléctrica: es el tipo de transmisión de información sin hacer
uso de medios guiados y se realiza a través del aire, también se llama tipo
de acceso de radio. Esta etapa es de un alto nivel de importancia debido a
que se encarga de la comunicación entre el usuario y la red, en esta
interfaz se regula la forma de trasmitir la información y la velocidad en la
cual se transmiten.
Estaciones base: se trata del conjunto de elementos tales como equipos
de monitoreo y antenas que cumplen el papel de dar cobertura al terminal
móvil.
Control de estaciones base: como su nombre lo indica es encargado del
control de un conjunto de estaciones base con el fin de mantener la
conexión a través del salto de una antena a otra, este proceso también es
conocido como handover.
5.2.3. Tipos de acceso:
Como se mencionó anteriormente, la interfaz radioeléctrica corresponde al método
de transmisión de la información que viaja por el aire y que hace posible que
varios usuarios puedan comunicarse al mismo tiempo. Sin una técnica de
organización surgiría una serie de interferencia que afectaría de manera directa la
comunicación.
Existen varios métodos de transmisión de la información de manera analógica o
digital, cada método se caracteriza por transmitir a diferente potencia, operar en
un ancho de banda específico y por su dirección de transmisión: en un sentido
(simplex) o en ambos sentidos (dúplex). Para los sistemas de datos cada tipo de
acceso permite diferentes velocidades de transmisión.
A continuación se describen de manera general los posibles tipos de acceso en
comunicaciones móviles:
33
Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA): esta técnica puede
ser utilizada tanto en una transmisión analógica como digital. En FDMA el
acceso al medio se realiza dividiendo el canales el espectro disponible,
dichos canales corresponden a diferentes rangos de frecuencia y a su vez
se asignan a los distintos usuarios sin interferirse entre sí. En otras palabras
este acceso brinda a cada usuario su propia banda de frecuencia, los
canales son asignados según la demanda.
Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA): esta técnica solo puede
ser usada en la transmisión de señales digitales, transfiere la información
haciendo uso de la multiplexación que distribuye las unidades de
información en ranuras o slots alternados en el tiempo, permitiendo acceso
múltiple a un reducido número de frecuencias, es decir que esta técnica
permite que varios usuarios puedan comunicarse ocupando la misma
frecuencia pero de manera alternada, dicho de otra manera cada usuario
ocupa un intervalo de de tiempo por cada ciclo. TDMA divide la información
en paquetes de datos para después reconstruirla uniendo los bloques.
Acceso múltiple por división de código (CDMA): El acceso por código es
un método de multiplexación basado en la tecnología de espectro
expandido (Spread Spectrum) y un esquema especial de codificación, al
que a cada transmisor se le asigna un código único elegido de manera
ortogonal con respecto a los demás. El receptor capta las señales emitidas
por todos los transmisores al mismo tiempo pero como emplea el esquema
de codificación es capaz de seleccionar la señal de interés si conoce el
código empleado, con este método se utiliza una sola frecuencia para
transmitir la información de varios usuarios a la vez.
La arquitectura de red de LTE es simplificada comparada con la arquitectura de
las redes de las generaciones anteriores. En el acceso, las estaciones base
aumentan su capacidad de procesamiento para tomar decisiones que en las
generaciones anteriores se concentraban en las controladoras, las cuales
desaparecieron.10
La arquitectura LTE además de reducir el número de bloques en la red y permitir
la coexistencia con redes 2G/3G y redes no 3GPP permite entregar muchos
beneficios en relación con la arquitectura UMTS. Estos son:
10
COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad Santo Tomas, 2012
34
Mejor calidad del servicio gracias a la simplicidad en el núcleo.
Disminución de latencia debido a un único nodo en la interfaz aérea.
Facilidad en el mantenimiento y operación de la red.
Mayor soporte de handover debido a la disminución de bloques.
La arquitectura LTE está conformada por los siguientes bloques:
UE: User Equipment (Equipo de usuario).
eNB: Evolved Node-B (Nodo-B evolucionado).
MME: Mobility Management Entity (Entidad de gestión de movilidad).
GW: Gateway (Puerto de enlace).
A su vez el subsistema Gateway (GW) está formado por bloques El Serving-
Gateway (SGW) y el Packet data Network Gateway (PGW).
ILUSTRACIÓN 2. Separación funcional entre eNB y MME/SGW
Fuente: LTE: Nuevas Tendencias En Dispositivos Móviles – Vodafone España
35
Como se puede observar en la figura, el conjunto de estaciones base eNB
corresponde a la red de acceso de radio E-UTRAN (Evolved- UMTS Terrestrial
Radio Access Network). Mientras que el conjunto de MME y GW (en la imagen
SGW) interconectados corresponde al núcleo de red EPC (Evolved Packet Core).
La interfaz X2 permite la interconexión uno a uno entre eNBs. Mientras que la
interfaz S1 logra la conexión de varios eNBs a MME o SGW
A diferencia de UMTS La conexión entre estaciones bases eNBs ya no se realiza
por medio de un controlador de radio (RNC). Todas las funciones del RNC se
incorporan al eNB. De este modo el control de los recursos de radio y la
comunicación entre eNB cercanas es mucho más directa.
Las redes LTE se separan en dos sectores, la transferencia de datos de usuario y
de control en la interfaz de radio. En el sector de usuario circulan datos del usuario
permitiendo distribución y procesamiento de los servicios y aplicaciones en el
terminal móvil, mientras que en el sector de control se distribuye y procesan los
datos propios del control del sistema, permitiendo mayor facilidad para la
supervisión de la red. Esta separación entrega un mayor control de los datos y una
mejor calidad de trafico cuando la red esta congestionada. Cada uno de estos
sectores posee una serie de protocolos que posibilitan realizar diversas funciones
de cada bloque de la arquitectura de red.
36
ILUSTRACIÓN 3. Separación funcional entre el eNB, MME, SGW y PGW
Fuente: LTE: Nuevas Tendencias En Dispositivos Móviles – Vodafone España
En la gráfica anterior se muestra la separación de funciones entre E-UTRAN y el
EPC. La parte amarilla identifica los bloques de la red, los blancos permiten
visualizar la función de cada bloque en el sector de control y en azul se muestra la
capa de protocolos de radio.
Las funciones generales de cada uno de los bloques se describen a continuación:
(UE: User Equipment) Equipo de Usuario: en LTE el equipo de usuario
es mucho más avanzado permite servicios más completos y soporta
mayores velocidades de transferencia, además tiene la posibilidad de entrar
en modo inactivo “idle” cuando no está siendo utilizado para optimizar el
ahorro de energía en el terminal sin perder la movilidad.
(eNB: Evolved Nodo B) Nodo-B evolucionado: El eNB desempeña las
mismas funciones que los Nodos-B en UMTS y a su vez incorpora las
37
funciones del RNC, generando mayor autonomía de los eNBs lo que se ve
reflejado en una mayor eficiencia para la movilidad (handover).
Las funciones que desempeña el eNB son las siguientes:
Manejo de recursos de radio: control de portadoras de radio, control
de admisión, control de movilidad de conexión, asignación dinámica
de recursos para el enlace ascendente y descendente, control de
potencia, control de congestión de celdas.
Compresión de la información IP de cabecera, el cifrado, re
ensamblé y envío confiable de los paquetes al UE.
Selección del MME cuando el enrutamiento no se puede realizar con
la información entregada por el UE.
Enrutamiento de datos del plano de usuario hacia el SGW.
Programación y transmisión de mensajes paging (originados por el
MME).
Programación y transmisión de información broadcast (originados
por el MME).
Medición y emisión de reportes de configuración de la movilidad y
programación.
(MME: Mobility Management Entity) Entidad de gestión de movilidad: el
MME es una entidad de señalización (opera en el sector de control) que
permite el control de los nodos en las redes LTE, una de las ventajas de
tener una entidad independiente encargada de la señalización es que el
trafico y la capacidad de la red pueden crecer de manera autónoma. El
MME gestiona la movilidad hacia las redes externas ya que determina la
elección del PGW a través del protocolo NAS. De manera análoga es el
responsable de la conexión con el SGW más indicado permitiendo que se
establezca una conexión entre el UE y el nuevo eNB.
También se encarga de la autenticación de usuarios por medio de una
comunicación directa con el HSS. Además posee un sistema de control de
portadoras-EPS que permite administrar el tráfico estableciendo un enlace,
brindando mayor prioridad a los servicios que lo requieren como la voz,
videoconferencia, etc. Sus funciones se pueden resumir de la siguiente
manera:
Autentificación con el HSS.
Roaming.
Permite al UE entrar en modo “idle”.
38
NAS de señalización.
Manejo de portadora-EPS.
Determinación del PGW y SGW.
Realiza el seguimiento de la ubicación del UE.
Selecciona un nuevo MME para cambio de zona.
Selección de SGSN. Permite movilidad con redes 2G y 3G.
Recolección de cobro.
(SGW: Serving Gateway)Puerto de Enlace de Servicio: este
bloque es similar a Serving GPRS Support Node SGSN, está
encargado del enrutamiento de los paquetes de datos se
desempeña en el sector de usuario y es controlado por el MME
actúa como anclaje de movilidad local reenviando y recibiendo los
paquetes al eNB y ofreciendo cobertura al UE. También garantiza la
movilidad con las redes GSM UMTS. Cuando el UE está en modo
“idle” el SGW se encarga de liberar la ruta de datos del enlace
descendente permitiendo el re-uso de ancho de banda disponible,
además almacena y gestiona la información del UE, sus funciones
se resumen a continuación.
Liberación de la ruta de enlace cuando el UE está en modo “idle”.
Transporte y contabilidad de información de UE conectado.
Anclaje de movilidad para redes 3GPP.
Punto de anclaje para handover entre eNBs.
Enrutamiento y envió de paquetes al eNB.
(PGW: PDN Gateway) Puerto de Enlace hacia Red de Paquetes de
Datos
Esta entidad es la encargada de proporcionar conectividad entre la red LTE
y las redes externas (denominadas como Packet Data Network, PDN, en las
especificaciones 3GPP). Es decir, a través de la entidad P-GW, un usuario
conectado al sistema LTE resulta “visible” en la red externa. Por tanto, los
paquetes IP generados por el usuario se inyectan en la red externa a través
de esta pasarela y, viceversa, todo el tráfico IP dirigido a un terminal LTE
proveniente de la red externa va a ser encaminado hasta el P-GW, un
39
usuario tiene asignada como mínimo una pasarela P-GW desde su registro
en la red LTE. Entre las principales funciones de la pasarela P-GW
podemos destacar:
Aplicación de las reglas de uso de la red (policy control) y control de
tarificación a los servicios portadores que tenga establecidos el terminal.
La asignación de la dirección IP de un terminal utilizada en una
determinada red externa se realiza desde la pasarela P-GW
correspondiente. La dirección puede ser una dirección IPv4, IPv6 o bien un
par de direcciones (IPv4, IPv6). El mecanismo de asignación de la dirección
se sustenta en la señalización propia de la red LTE (el terminal recibe la
dirección IP a través de los protocolos NAS) o bien en la utilización de
protocolos propios de redes IP como DHCP.
La pasarela P-GW actúa de punto de anclaje para la gestión de movilidad
entre LTE y redes no 3GPP. La pasarela alberga funciones de Home Agent
(HA) para proporcionar continuidad de servicio en caso de utilizar el
protocolo Mobile IPv4 (MIPv4) para gestionar la movilidad entre la red LTE
y, por ejemplo, una red WiMAX. Además de MIPv4, la pasarela incluye
soporte de movilidad para los protocolos Dual Stack MIPv6 (DSMIPv6) y
Proxy MIPv6 (PMIPv6).11
El tráfico IP que transcurre por la pasarela P-GW es procesado a través de
un conjunto de filtros que asocian cada paquete IP con el usuario y servicio
portador EPS correspondiente. Esto permite, por un lado, aplicar las reglas
de uso y tarificación antes comentadas, y por otro, aplicar funciones de
inspección y verificación de la validez de los paquetes IP que cursa la red
(packetscreening). De esta forma, la pasarela puede descartar los paquetes
IP que sean considerados como tráfico anómalo (un equipo de usuario
envía paquetes con una dirección o puertos para los que no está
autorizado).
5.3. PCRF
La entidad de red PCRF (Policy and Charging Rules Function) constituye un
elemento clave de todos los sistemas 3GPP, y en particular, del sistema LTE. La
entidad PCRF forma parte del marco funcional denominado PCC (Policy and
11
LTE: NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MÓVILES. Ramón Agusti, Francisco Bernardo, Fernando Casadevall, RamonFerrús, Jordi Pérez-Romero, Oriol Sallent.
40
Charging Control) que se utiliza para controlar los servicios portadores que ofrece
la red LTE (activación y determinación de los parámetros de QoS asociados a
cada servicio portador) así como realizar el control de los mecanismos de
tarificación (tarificación on-line, offline, medición del volumen de datos transferido,
tiempo transcurrido, etc.). Así pues, mediante la interfaz Gx, el PCRF gestiona los
servicios portadores EPS de la red LTE mediante el envío de unas reglas de uso
(reglas PCC) que sirven para configurar la operación de unas funciones
específicas del plano de usuario de la pasarela P-GW (funciones que limitan la
tasa de transferencia en bits/s de los servicios portadores). La entidad PCRF es
accesible desde las plataformas de servicios externas como IMS mediante la
interfaz Rx. Dicha interfaz ofrece la funcionalidad de control necesaria para que los
servidores de aplicación externos puedan proporcionar información asociada a los
servicios finales a los que accede el usuario junto con las características y
requerimientos de QoS. A modo de ejemplo, si un usuario establece un servicio de
videoconferencia a través de IMS, el elemento que controla la provisión del
servicio en IMS puede indicar a través de la interfaz Rx cuáles son los parámetros
de QoS que debe proporcionar el servicio portador de la red LTE para transferir de
forma adecuada la información de la videoconferencia. Con esta información, la
entidad PCRF envía a la red LTE las reglas PCC pertinentes para la configuración
de los servicios portadores.
5.4. HSS (Home Subscriber Server).
El HSS es la base de datos principal del sistema 3GPP que almacena la
información de los usuarios de la red. La información contenida en el HSS abarca
tanto información relativa a la subscripción del usuario (perfil de subscripción)
como información necesaria para la propia operativa de la red. La base de datos
HSS es consultada, y modificada, desde las diferentes entidades de red
encargadas de proporcionar los servicios de conectividad o servicios finales
(desde, MME de red troncal EPC, SGSN de la red GPRS, MSC del dominio de
circuitos y también desde servidores de control del subsistema IMS). El HSS
contiene tanto información permanente que sólo puede ser cambiada mediante
procesos administrativos (campos creados al dar de alta a un usuario en la red o
cambiar las condiciones de su contrato), así como información temporal que
cambia a raíz de la propia operación del sistema (localización del terminal dentro
de la zona de servicio del sistema). Así, entre la información almacenada en el
HSS podemos destacar: identificadores universales del usuario (International
41
Mobile Subscriber Identity, IMSI), identificadores de servicio (Mobile Station ISDN,
MSISDN); información de seguridad y cifrado (vectores de autenticación);
información de localización del usuario en la red (identificador de la entidad de
control, MME, que proporciona el plano de control hacia un determinado usuario);
información necesaria para la provisión de los servicios de acuerdo con las
condiciones establecidas en el contrato de subscripción (identificador de la red
externa y parámetros de calidad de servicio del servicio portador por defecto).12
La entidad HSS se estandarizó en 3GPP R5 en base a la integración de dos
entidades definidas inicialmente en redes GSM y que se denominan HLR (Home
Location Register) y AuC (Authentication Center), a las que se añadieron
funciones adicionales necesarias para soportar el acceso y la operativa del
sistema LTE. En la Reléase 8 correspondiente al sistema LTE, el HSS abarca:
El subconjunto de funciones de las entidades HLR/AuC necesarias para el
funcionamiento del dominio de paquetes EPC, así como GPRS. El acceso a
HSS desde la red EPC se realiza desde la entidad de red MME mediante la
interfaz S6a.
El subconjunto de funciones de las entidades HLR/AuC necesarias para el
funcionamiento del dominio CS.
Funciones de soporte asociadas a las funciones de control del subsistema
IMS como la gestión de información relativa a la subscripción de servicios
IMS y el almacenamiento de perfiles de usuario asociados a servicios IMS.
Las entidades de red que acceden a la base de datos HSS para gestionar el
acceso al servicio de conectividad de la red troncal EPC son las siguientes.
Cuando el acceso se realiza a través de E-UTRAN, la entidad MME es la que
interactúa con la base de datos a través de la interfaz S6a. Cuando el acceso es a
través de UTRAN o GERAN, el acceso a HSS se realiza desde el Server GPRS
Support Node (SGSN) mediante la interfaz S6d. Cuando el acceso es a través de
redes no 3GPP, el acceso se canaliza a través del servidor AAA mediante la
interfaz SWz.
12
LTE: NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MÓVILES. Ramón Agusti, Francisco Bernardo, Fernando Casadevall, RamonFerrús, Jordi Pérez-Romero, Oriol Sallent.
42
5.5. TRAMAS
En el dominio temporal los recursos físicos del sistema LTE se estructuran
siguiendo dos posibles estructuras de trama, que se describen a continuación:
5.5.1. Estructura de Trama 1
Esta estructura es válida para sistemas que utilizan duplexado por división de
frecuencia (FDD) y aplica tanto al enlace descendente como al ascendente.
Además, la estructura soporta tanto half como full dúplex FDD.
En esta estructura el eje temporal se divide en tramas de 10 ms. Cada trama a su
vez está compuesta por 20 ranuras temporales (Slots o TS) de duración 0,5 ms.
Se define una unidad básica de recursos, formada por dos ranuras temporales
(TS) denominada subtrama de duración 1 ms. Esta estructura está optimizada
para coexistir con el sistema UMTS. En cada ranura temporal (TS) se transmiten 6
ó 7 símbolos OFDM cada uno de ellos de duración Ts= 66,7μs. En el caso de
utilizar 7 símbolos, el Prefijo Cíclico (CP), que a partir de ahora denominaremos
prefijo cíclico normal, tiene una duración de 4,7μs, salvo para el primer símbolo
que tiene un prefijo cíclico de 5,2μs. Si se utilizan 6 símbolos por ranura temporal
entonces el prefijo cíclico, que a partir de ahora denominaremos prefijo cíclico
largo, tiene una duración de 16,67μs. Normalmente en celdas muy grandes se
utiliza una estructura de 6 símbolos por ranura temporal ya que los retardos de
propagación pueden llegar a ser de algunos μs, lo que requiere un mayor prefijo
cíclico para compensar la propagación multi-camino.
Los usuarios se ubican en determinadas subportadoras, siguiendo la estructura de
un PRB, por un intervalo de tiempo preestablecido, que se determina de forma
dinámica por el gestor de recursos radio (Scheduler). La mínima granularidad
temporal en la asignación de recursos es de 1 ms, es decir una subtrama.
ILUSTRACIÓN 4. Estructura de trama tipo 1
43
Fuente: LTE: Nuevas Tendencias En Dispositivos Móviles – Vodafone España.
Existe un modo de operación denominado Reduced Subcarrier Spacingen donde
la separación entre portadoras (Δf) es de 7,5KHz. En esta modalidad se
transmiten 3 símbolos OFDMA por ranura temporal utilizando un Prefijo cíclico de
33,33μs. Esta modalidad se utiliza cuando se opera en modo MBSFN (Multimedia
Broadcast Single Frequency Network).
5.5.2. Estructura de Trama2
Esta es una estructura pensada para operar en modo TDD (Duplexado por división
en tiempo). Como en el caso anterior, el eje temporal se divide en tramas de 10
ms. Cada trama a su vez está compuesta por 10 subtramas, cada una de duración
1 ms. Es una estructura de trama mucho más flexible que la anterior en tanto que
contiene subtramas de transmisión tanto para el enlace descendente (DL) como
ascendente (UL) así como subtramas especiales que contienen los símbolos piloto
de los enlaces ascendente y descendente y periodos de guarda entre transmisión
y recepción. Esta subtrama especial aparece para facilitar la transición entre los
enlaces descendente y ascendente por razones de sincronización. En efecto,
aunque el sistema esté correctamente sincronizado temporalmente, por lo que
respecta al enlace ascendente sus transmisiones siempre pueden sufrir de una
pequeña incertidumbre temporal que obliga a mantener un mínimo tiempo de
guarda.
ILUSTRACIÓN 5. Estructura de trama tipo 2
44
Fuente: LTE: Nuevas Tendencias En Dispositivos Móviles – Vodafone España
La subtrama especial tiene una configuración variable. En ella se pueden distinguir
tres campos:
DwPTS, que corresponde a la transmisión en el enlace descendente, y
cuya longitud mínima es 1 símbolo OFDM. Este primer símbolo OFDM se
utiliza para ubicar, ahora que el sistema opera en modo TDD, la
denominada señal de sincronización primaria. Los restantes símbolos de
este campo (si existen) pueden transportar señales de referencia o incluso
datos.
UpPTS que corresponde a la transmisión en el enlace ascendente. Se
utiliza para transmitir un preámbulo corto de acceso aleatorio (short RACH
preamble) compuesto por 2 símbolos OFDM. Los restantes símbolos de
este campo (si existen) pueden transportar señales de referencia o incluso
datos.
GP o periodo de guarda. La longitud del mismo depende de los campos
anteriores. Hay 7 combinaciones diferentes de ubicación de las distintas
subtramas, tal como muestra la siguiente tabla, si bien las subtramas 0 y 5
son siempre para la transmisión en el enlace descendente y la subtrama 1
es siempre de tipo especial.
45
TABLA 1. Posibles configuraciones de las sub-tramas.
Fuente: LTE: Nuevas Tendencias En Dispositivos Móviles – Vodafone España
En la tabla “D” indica subtrama dedicada al enlace descendente, “U subtrama
dedicada al enlace ascendente y “S” subtrama especial. Como se ha dicho
anteriormente, las tramas 0 y 5 siempre corresponden al enlace descendente ya
que incluyen a las señales de sincronización utilizadas para la búsqueda inicial de
celda o de celdas adyacentes.
5.6. CANALES USADOS EN LTE
Los canales vienen heredados de las generaciones anteriores y se clasifican en:
Canales físicos: mapeados dentro del RB.
Canales de transporte.
Canales lógicos: manejados principalmente por el eNB.
46
ILUSTRACIÓN 6. Canales y protocolos en el acceso
Fuente: Comunicaciones móviles de última generación – Hugo Campos Polo
BCCH: canal lógico broadcast (eNB => UE)13
Es usado para transmitir información de red, necesaria para que los terminales
Puedan acceder a ésta. El terminal escucha el canal BCCH mientras está en el
estado idle. Algunos resource elements son usados por la red para sincroniza ral
terminal, lo que le permite a este encontrar el canal BCCH.14
La información que se transmiten por el canal BCCH es:
Identificación del operador.
Identificación de la celda.
El código de área de tracking.
Temporizadores.
Información de celdas vecinas.
PCCH: canal lógico paging (eNB => UE)
COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad Santo Tomas, 2012 14
COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad Santo Tomas, 2012
47
Cuando el terminal está en estado idle, la red no conoce la celda en la que se
encuentra sino el área tracking, que es un conjunto de celdas. Cuando la red
necesita contactarlo debe llamarlo en todas las celdas que componen el área
tracking por medio del paging. Cuando el terminal contesta, se establece un
bearer con la red y el paquete es entregado. Para mejorar la autonomía de la
batería, el terminal en estado idle apaga el receptor por periodos cortos de tiempo.
Cuando el terminal está conectado, la red conoce la celda exacta donde está
ubicado.
CCCH: canal lógico de control común (eNB<=> UE)
Se utiliza para intercambiar información de control cuando no hay una asociación
confirmada entre el terminal y el eNB, por ejemplo durante el establecimiento de la
conexión.
DCCH: canal lógico de control dedicado (eNB<=> UE)
Se utiliza para intercambiar información de control cuando la conexión entre el
terminal y la red está establecida:
Para realizar la actualización del área de tracking.
Para autenticar al usuario.
Para informar al terminal los recursos de tiempo y frecuencia
asignados.
MCCH: canal lógico de control multicast (eNB => UE) para enviar información de
control del servicio MBMS.
DTCH: canal lógico de tráfico dedicado (eNB<=> UE) para transportar datos del
usuario.
MTCH: canal lógico de tráfico multicast (eNB => UE) para transmitir datos hacia
los terminales que tengan el servicio MBMS.
RACH: canal de transporte de acceso aleatorio (UE =>eNB), Utilizado por el
terminal para acceder a la red cuando no tiene ningún bearer establecido. Se
conoce con el nombre aleatorio de “random” debido a dos razones: la red nunca
sabe cuándo puede aparecer este mensaje, porque lo envían los terminales
cuando necesitan acceder a la red; y en el evento que dos terminales intenten
48
acceder la red al tiempo, se crea una colisión de la señal, lo que es resulto por
cada terminal retransmitiendo el canal RACH después de un tiempo aleatorio.15
PDCCH: canal físico de control downlink (eNB => UE), Por medio de este canal la
red le informa al terminal cuáles resource block tiene asignados para datos en el
sentido uplink, y también le hace control de potencia.
PHICH: Canal físico de indicador de HARQ (eNB => UE), La red da un
reconocimiento positivo (ACK) a los bloques de datos recibidos sin error, o un
reconocimiento negativo (NAK) en caso de error o de usar retransmisión selectiva.
PUCCH: canal físico de control uplink (EU =>eNB), Es usado en los siguientes
casos:
Para dar reconocimiento positivo o negativo a los bloques de datos
recibidos sin error o con error por el terminal.
Para solicitar al Scheduler recursos, ya que se tienen datos en el
buffer.
Como indicador de calidad del canal de datos (CQI).
5.7. PROTOCOLOS
Los planos de usuario y de control están claramente separados. Al plano de
usuario corresponden los protocolos que llevan datos de usuario. Cuando se
estable este canal se conoce con el nombre de bearer. Al plano de control le
corresponden los protocolos usados para señalización y control.16
Cada nivel se comunica con sus niveles vecinos (superior e inferior) por medio de
mensajes llamados unidades de datos; también recibe del nivel superior SDU
(unidad de datos de servicio) y entrega al nivel inferior PDU (unidad de protocolo
de datos).
NAS: Non Access Stratum
15
COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad Santo Tomas, 2012 16
COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad Santo Tomas, 2012
49
Es el protocolo que comunica el terminal con el MME para realizar intercambio de
información de control. Las principales funciones son:
Conexión a la red.
Autenticación.
Configuración del canal de datos.
Gestión de movilidad.
RRC: control de recursos de radio Los recursos de la interface RF, tanto en uplink
como en downlink, son gestionados por la red. RRC es el protocolo por el cual la
red controla el terminal. En el plano de control, RRC es el protocolo de nivel 3
responsable del establecimiento del bearer y de la configuración de todos los
niveles que comunican el eNB con el terminal. Las principales funciones son:
Comunicación de parámetros de celda e información de celdas
vecinas.
Gestión del paging.
Activación de la seguridad y gestión de cifrado.
Generación de la clave de cifrado.
Gestión de la movilidad: actualización del área de tracking.
Gestión del handover.
Asignación y liberación de resource blocks para datos de usuario.
Asignación de HARQ.
Reporte de medidas de celda y celdas vecinas.
Medidas de calidad del canal.
Establecimiento del bearer.
Control de la recepción discontinua del terminal.
PDCP: protocolo de convergencia de paquetes de datos Es el protocolo que
procesa los mensajes del nivel 3 de RRC en el plano de control y de IP en el plano
de usuario, con el objetivo de mantener la integridad de los paquetes entre el
terminal y el eNB. Existe una entidad PDCP por cada bearer.17
Las principales funciones son:
Codificación para detectar y corregir errores.
17
COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad Santo Tomas, 2012
50
Cifrado para evitar que los datos sean escuchados.
Compresión de cabecera. Al transportar la voz, de naturaleza TDM,
por IP se causa ineficiencia debido a la cabecera. La cabecera IPv4
es de 20 bytes e IPv6 es de 40 bytes; con la compresión quedan en
4 o 6 bytes.
El PDCP del eNB tiene un buffer en el que salva los paquetes
recibidos del SGW cuando no puede evacuar a la misma velocidad
hacia el terminal.
SCTP: protocolo de transmisión de control de streaming
El mismo protocolo SCTP es utilizado como transporte de señalización entre el
eNB y el MME.
RLC: control del enlace de radio
Su función principal es establecer el bearer. La capa RLC es responsable de
segmentar y re-ensamblar los paquetes recibidos de la capa superior, a fin de
adaptarlos al tamaño soportado por la interface de radio. Cada segmento es
enumerado secuencialmente. Para los bearers que requieren transmisión libre, la
capa RLC efectúa tareas de retransmisión para recuperar los paquetes perdidos.
Existe una entidad RLC por bearer.
Las principales funciones son:
Formatear y transportar el tráfico entre el terminal y el eNB
Segmentar la información para evitar paquetes largos.
Concatenar la información recibida.
Eliminar mensajes duplicados.
Corregir los errores por retransmisión.
Asignar canales lógicos.
MAC: control de acceso al medio
Existe una única capa MAC para los planos de usuario y de control; por lo tanto,
se realiza multiplexación o de-multiplexación de datos de diferentes bearers. La
capa MAC decide la cantidad de datos a ser transmitidos por cada bearer e
instruye al RLC respecto al tamaño de segmentos a ser suministrados.
51
La capa MAC negocia la calidad de servicio de cada bearer y reporta al eNB la
cantidad de datos contenidos en el buffer y a ser transmitidos, para que el
Scheduler le asigne recursos.18
Las principales funciones son:
Mapeado de los canales lógicos en los de transporte, y viceversa.
Corrección de errores a través del HARQ.
Gestión de prioridades a través del Scheduler.
Interpretación de un nuevo requerimiento de conexión a la red
proveniente del terminal por medio del canal RACH.
Manejo del tiempo de avance para prevenir solapamiento de
información proveniente de diferentes terminales.
Gestión de la recepción discontinua en el terminal para ahorrar
batería.
Recibo del estado del buffer del terminal para que el Scheduler le
asigne recursos.
PHY: capa física
Funciones:
Codificación de los datos en los canales físicos.
Modulación OFDM.
Mapeo de la información en múltiples antenas.
5.8. BEARER
El bearer es un flujo de paquetes IP con una QoS definida entre el Gateway y el
terminal. Múltiples bearer pueden ser establecidos para suministrar conexiones
con diferentes QoS o hacia diferentes redes. Por ejemplo, un usuario puede tener
una llamada de voz, donde prima retardo y el jitter, y acceder al tiempo a una
página de internet donde prima la perdida de paquetes en tal caso utiliza los dos
bearer.
18
COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad Santo Tomas, 2012
52
El MME hacia un requerimiento de bearer al PGW pasando por el SGW. Con la
aceptación de bearer, el PGW devuelve la IP asignada al terminal. El SGW es
involucrado ya que el túnel para datos de usuario pasa por el SGW y no por el
MME; además el MME no tiene conexión directa con el PGW.
5.9. QoS en LTE
El modelo de QoS “delimita” el comportamiento esperable del servicio de
conectividad proporcionado por una red de transmisión de paquetes. La
concreción del comportamiento esperable se materializa mediante la
especificación de un conjunto de parámetros de QoS asociados a la obtención de
unas determinadas prestaciones en términos de, por ejemplo, tasa (bits/s),
retardos de transferencia y tasa de pérdida de paquetes. La forma de “delimitar” el
comportamiento admite diferentes grados de determinismo que condicionan el tipo
de mecanismos necesarios para poder aplicar el modelo de QoS. A modo de
ejemplo, en redes IP basadas en una arquitectura de QoSDiffserv, el modelo de
QoS se plantea en base a conseguir diferenciar tráfico (priorizar el envío de unos
paquetes frente a otros) y no se contempla el poder establecer una cota de retardo
máximo. Esto hace que la implementación del modelo Diffserv sea relativamente
sencilla y escalable. En cambio, en una arquitectura de QoSIntServ, el modelo de
QoS permite especificar una cota máxima del retardo de transferencia entre dos
nodos de una red IP. La materialización de dicha cota conlleva la necesidad de
reservar recursos de transmisión en cada uno de los nodos de la red, por lo que la
aplicación de dicho modelo tiene problemas de escalabilidad. Un modelo de QoS
también determina el grado de flexibilidad que ofrece un sistema para gestionar la
capacidad de transmisión disponible. Está claro que, en redes como LTE,
planteamientos de sobredimensionado de la capacidad de transmisión de la red no
son viables económicamente (el espectro es limitado y el coste de la
infraestructura de red muy elevado). Por tanto, la porción de capacidad de
transmisión asignada a un determinado servicio portador debe establecerse en
base a las prestaciones mínimas exigibles para garantizar una buena experiencia
de uso del servicio final.
El comportamiento esperable en términos de prestaciones de QoS de un servicio
portador
53
EPS depende del tipo de servicio final que se curse a través de dicho servicio
portador. A modo de ejemplo, el comportamiento de QoS exigible será
completamente diferente en caso de cursar un servicio de VoIP o un servicio de
navegación HTTP. Asimismo, la cantidad de recursos de transmisión y la operativa
de asignación dinámica de los mismos también serán completamente diferentes
en ambos casos. Adicionalmente, los parámetros de QoS exigibles al servicio
portador pueden también fijarse en función del tipo de usuario. De esta forma, el
soporte de QoS puede explotarse también para diferenciar entre usuarios en
función, por ejemplo, de las condiciones subscritas en la contratación del servicio.
Bajo esta perspectiva, para un mismo servicio, el operador de la red LTE puede
ofrecer un comportamiento del sistema diferente para, por ejemplo, usuarios de
negocios frente a usuarios convencionales, usuarios de contrato frente a usuarios
pre-pago, usuarios privilegiados en situaciones de emergencia (policía,
bomberos), etc.
En LTE, el modelo de QoS utilizado para definir el comportamiento de un servicio
portador EPS se basa en la especificación de un máximo de cuatro parámetros.
Además de estos cuatro parámetros, el modelo de QoS se complementa con dos
parámetros adicionales asociados a la subscripción de un usuario. En la Figura 3.4
se esquematiza el conjunto completo de parámetros de QoS considerado en el
sistema LTE.
54
ILUSTRACIÓN 7. Parámetro de QoS en el sistema LTE
Fuente: LTE: Nuevas Tendencias En Dispositivos Móviles – Vodafone España
Cada servicio portador EPS siempre tiene asociados como mínimo dos
parámetros: QCI (QoS Class Identifier) y ARP (Allocation and Retention Priority).
De forma general, el parámetro QCI determina el comportamiento del plano de
usuario del servicio portador EPS mientras que el parámetro ARP aplica a la
operativa del plano de control. Adicionalmente, algunos servicios portadores
denominados como servicios de tasa garantizada (GBR Bearers) especifican
también un parámetro de tasa media garantizada (GBR) y otro de tasa máxima
permitida (MBR).
55
TABLA 2. QoS definidas para LTE
Fuente: Comunicaciones móviles de última generación
5.10. DESPLIEGUE
La tecnología de las telecomunicaciones ha mostrado un crecimiento exponencial
desde sus inicios, y de gran manera en las últimas dos décadas, a comienzo de
los 90 la demanda de usuarios de voz se hizo muy importante y el estándar
predominante a nivel mundial era el GSM, en la actualidad la creciente demanda
de nuevos servicios que requieren mayor capacidad de canal lleva a que nuevas
tecnologías ingresen en el mercado como LTE.
Se puede decir que LTE se basa en ciertos conceptos establecidos y
consolidados además de su propia evolución, visto de otra manera. “LTE como
sistema estándar de comunicaciones móviles conjuga evolución y revolución
tecnológica”. Desde el punto de vista del usuario contrata el acceso a una serie de
servicios con capacidad de movilidad sobre una determinada extensión
geográfica, y define el servicio en niveles de calidad, desde la perspectiva del
operador lo importante es satisfacer la demanda total del conjunto de usuarios de
sistema.
56
En termino de despliegue de red para el operador satisfacer la demanda de
usuarios está relacionado con el aumento progresivo de estaciones base. Es
importante destacar la relación existente entre cobertura y velocidad de
transmisión, también se puede decir que el elemento limitativo para el despliegue
es la movilidad. Otro de los factores importantes para el despliegue de LTE es que
las aplicaciones y los terminales de usuario estén disponibles antes de
comprometer el despliegue de tecnologías 4G
Adicionalmente, la disponibilidad del espectro también representa un aspecto
limitante para el despliegue debido a que para alcanzar las velocidades que
pretende LTE se necesitan 20MHZ para el ancho de la portadora y los operadores
no cuentan con el espectro necesario. El caso de negocio será un reto para los
operadores, pues los modelos tradicionales no serán viables. Ahora se debe usar
la plataforma de entrega de servicio para probar y desplegar nuevos servicios
hasta que los operadores encuentren los servicios que los clientes estén
dispuestos a utilizar.
5.11. EVOLVED PACKET SYSTEM (EPS), SOLUCIÓN EXTREMO A
EXTREMO IP.
En contraste con los anteriores sistemas móviles, basados en el modelo de
conmutación de circuitos, la arquitectura de LTE ha sido diseñada para dar
soporte a los servicios de conmutación de paquetes. Su objetivo es proporcionar
conectividad IP sin problemas ni interrupciones durante la movilidad, entre los
equipos de usuario (UE) y la red de paquetes de datos (PDN).
Como se mencionó previamente, el término "LTE" abarca la evolución del sistema
de acceso de radio de UMTS - Universal Mobile Telecommunications System y se
complementa por la evolución de los elementos de la red que no están en la red
de acceso de radio, bajo el término SAE - “System Architecture LTE Evolution”, el
cual incluye el núcleo de paquetes evolucionado o Evolved Packet Core (EPC) de
la red. Por lo anterior LTE y SAE componen el Evolved Packet System (EPS).
EPS utiliza el concepto de servicios portadores EPS para enrrutar el tráfico IP
desde una pasarela o Gateway en la PDN (Red de paquetes de datos) al equipo
del usuario final (UE). El servicio portador es un flujo de paquetes IP con una
calidad definida de servicio (QoS) entre la pasarela y el UE.
57
El E-UTRAN y el EPC, establecen y liberar los servicios portadores en la medida
que lo demandan las aplicaciones.
La arquitectura EPS proporciona al usuario final la conectividad IP a una PDN (red
de paquetes de datos) para acceder a Internet, así como para el funcionamiento
de servicios tales como Voz sobre IP (VoIP) y Video IP. Un servicio portador de
EPS se asocia típicamente con un nivel de calidad de servicio. Se pueden
establecer múltiples servicios portadores para un usuario con el fin de
proporcionar calidad de servicio para diferentes flujos o conectividad a diferentes
PDNs. Por ejemplo, un usuario podría tener establecida una sesión de voz (VoIP),
mientras que al mismo tiempo realiza navegación web o FTP. El servicio portador
VoIP proporcionaría la calidad de servicio necesaria para la llamada de voz,
mientras que un servicio portador de mejor esfuerzo sería adecuado para la
navegación por la web o una sesión de FTP.
Durante este proceso, la red debe proporcionar la suficiente seguridad y
privacidad para el usuario y la protección de la red contra su uso fraudulento. Esto
se logra por medio de varios elementos en la red EPS que tienen funciones
diferentes. La siguiente figura muestra la arquitectura general de la red, incluyendo
los elementos de red y las interfaces estandarizadas.
58
ILUSTRACIÓN 8. Elementos de la red EPS
Fuente: LTE: Nuevas Tendencias En Dispositivos Móviles – Vodafone España
Viendo la red desde un alto nivel, la red se compone de un núcleo de red de
paquetes (EPC – Evolved Packet Core) y una red de acceso E-UTRAN.
Mientras que la red del núcleo central se compone de muchos nodos lógicos, la
red de acceso se compone esencialmente de un solo nodo, el Nodo B
evolucionado (eNodeB ó eNB), que se conecta a los equipos de los usuarios
finales (UE- User Equipment). Cada uno de estos elementos de la red está
interconectado por medio de interfaces que están estandarizados para permitir la
interoperabilidad de múltiples proveedores. Esto les permite a los operadores de
red la posibilidad de contar con elementos de red diferentes, de diferentes
proveedores. De hecho, los operadores de redes pueden elegir en sus
implementaciones físicas, dividir o combinar estos elementos de la red lógica en
función de consideraciones de carácter comercial. La separación funcional entre el
EPC y E-UTRAN.
59
CARACTERISTICAS GENERALES LTE
Después de la salida de UMTS, surgió el interés por desarrollar una nueva
tecnología móvil que mejore las limitaciones y garantice la competitividad; se
decide implementar un nuevo sistema, la nueva tecnología toma las bases de
UMTS e incorpora una serie de cambios, tomando como referencia a las otras
evoluciones (2G y 3G) la cuarta generación es la que ha realizado un mayor
número de modificaciones; tanto en la interfaz aérea como en la arquitectura
(núcleo y red de acceso).
El encargado de la regulación, estandarización, y la descripción del nuevo sistema
fue la 3GPP. El proceso de transición llevado a cabo por la 3GPP en conjunto con
organizaciones operadoras y proveedoras de sistemas móviles es llamado Long
Term Evolution (LTE).
Las especificaciones generales que determino la 3GPPP para el diseño de la red
LTE se describen a continuación:
Red simplificada sin división de dominios.
Red unificadora con tecnologías previas.
Red eficiente y automatizada.
Velocidades de datos comparables con la banda ancha fija.
La reducción de costos por bit en el tráfico.
Mejor calidad y tipos de servicio.
Ahorro de energía en los terminales móviles.
Para alcanzar estos objetivos la 3GPP decidió considerar los avances realizados
por el comité de estándares LAN/MAN (LMSC - LAN/ MAN Standard Committe). El
LMSC presentó el estándar IEEE 802.16e para accesos móviles de banda ancha
inalámbrica. Este estándar utilizó una tecnología de acceso diferente llamada
OFDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal) que mejoró la
eficiencia espectral y la velocidad de datos que permitía la última tecnología 3G
(HSPA) la familia de las normas IEEE 802.16 se le llamó WIMAX Móvil (World
wide Inter operability for Microwave Access). Como el estándar 802.16e se refería
a sistemas que soportaban movilidad y hacia uso de una arquitectura de red de
datos más simple basada en protocolo IP, la IEEE tomó este estándar como guía
para implementar un sistemas que utilizara OFDMA como tipo de acceso al medio.
60
Por otro lado la 3GPP desarrollo otro proyecto paralelo al cual llamó “System
Architecture Evolution” (SAE) que le dio fuerza a la idea de tener una red de
transmisión de paquetes basada en IP. Este proyecto definía un núcleo de red de
paquetes (EPC –Evolved Packet Core) con el fin de suprimir la separación de los
dominios de paquetes (PS) y de circuitos (CS) en el núcleo de la red.
5.12. LTE Advanced
Al tiempo que las especificaciones de UMTS R99 se estaban completando, la ITU
inició las primeras consideraciones en la concepción de soluciones más allá de
IMT-2000, conocido actualmente como IMT-Advanced y referido como 4G. La
Resolución 228 (WRC-2000 y revisada en WRC-03) invitó a la ITU-R a estudiar en
detalle los aspectos técnicos y operativos relativos al futuro desarrollo de IMT-
Advanced.
El marco general y los objetivos están definidos en la Recomendación ITU-R
M.1645.
Por su parte, la Resolución ITU-R 57 establece los principios y criterios esenciales
para el desarrollo de Recomendaciones para la interfaz radio IMT-Advanced. La
ITU-R Circular Letter 5/LCCE/2 de marzo de 2008 invita a la presentación de
propuestas candidatas para la interfaz radio IMT-Advanced. La Revisión 1 del
documento IMT-ADV/2-E de agosto de 2008 establece el calendario de desarrollo
de IMT-Advanced. El 7 de octubre de 2009 el 3GPP presentó la propuesta “LTE
Reléase 10 & beyond (LTE-Advanced)”, completando así el Step 3 de dicho
proceso (recepción de candidatos). El documento de referencia para el 3GPP en
este punto lo constituye la TR 36.912 v9.0.0.
Previendo el inicio del proceso IMT-Advanced en el seno de ITU, el 3GPP inició en
marzo de 2008 el StudyItem LTE-Advanced. El calendario del 3GPP está alineado
con el calendario de la ITU, de manera que se espera completar las
especificaciones de la Reléase 10 en la primera parte de 2011. Sin embargo, la
visión dentro del 3GPP es que LTE-Advanced no debe limitarse a cumplir los
requerimientos de IMT-Advanced, sino que debe perseguir unos objetivos mucho
más ambiciosos.
LTE se concibe como el punto de inicio para una transición suave hacia el acceso
radio 4G (esto es, IMT-Advanced) o, en otras palabras, LTE-Advanced es la
evolución de LTE. En este sentido, LTE-Advanced debe asegurar toda una serie
de requisitos en relación a la compatibilidad hacia atrás con LTE Reléase 8. En
61
cuanto a compatibilidad espectral, LTE-Advanced debería poderse desplegar en
bandas ocupadas por LTE. Así mismo, el equipamiento LTE debería poder
incorporar las funcionalidades LTE-Advanced con una complejidad y coste
razonablemente bajos.
Los requerimientos de LTE-Advanced establecidos en TR 36.913 distinguen
diferentes categorías: generales, capacidades (velocidad de transmisión de pico,
latencias), prestaciones del sistema (eficiencia espectral, throughputen el extremo
de la célula, movilidad, cobertura, etc.), despliegue (espectro, coexistencia e
interoperación con legacyRATs, etc.), arquitectura E-UTRAN y migración,
complejidad, coste, etc.
Para poder satisfacer los requerimientos establecidos (por ejemplo, soporte de
velocidades de pico de hasta 1 Gbit/s en downlinky 500 Mbit/s en uplink), son
necesarias una serie de mejoras técnicas con respecto a LTE (Reléase 8).
Algunas de las principales componentes técnicas de LTE-Advanced son:
Agregación de banda hasta 100 MHz, por ejemplo a partir de agregar
múltiples componentes de 20 MHz para poder alcanzar un ancho de banda
de 100 MHz y así proporcionar las velocidades de transmisión más
elevadas previstas en los requerimientos.19
Extensión de soluciones multi-antena, con hasta 8 niveles en el downlinky 4
niveles en el uplink, para así incrementar las velocidades de transmisión
alcanzables sobre el enlace.
Coordinated multipoint transmission and reception (CoMP), que permite
mejorar las prestaciones observables en el extremo de la célula a través de
efectuar la transmisión/recepción desde distintas células. CoMP es un
término relativamente general, que incluye diferentes tipos de coordinación
(packetscheduling, beam-forming, etc.) entre transceptores separados
geográficamente.
Repetidores, como mecanismo para mejorar la cobertura y reducir el coste
de despliegue.
19
LTE: NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MÓVILES. Ramón Agusti, Francisco Bernardo, Fernando Casadevall, RamonFerrús, Jordi Pérez-Romero, Oriol Sallent.
62
5.13. ESTUDIO DE RF
La interface mas importante en un sistema celular es la de RF ya que el espectro
es un recurso limitado, y precisamente es en esta interface es donde se presenta
el cuello de botella que limita el ancho de banda. Dos fenómenos se destacan en
la parte de RF: las interferencias, que limitan la cobertura y la capacidad de las
celdas, y la interferencia intersimbólica que reduce la velocidad de acceso.
5.13.1. Celdas
Una red móvil compuesta por celdas y de ahí deriva el nombre: red celular. Una
celda corresponde al área de cobertura del equipo transmisor/receptor, y su
tamaño está limitado por el sentido uplink, debido a que el terminal tiene potencia
limitada para evitar daños a la salud del usuario. Varios factores afectan el tamaño
de la celda: potencia de transmisor, frecuencia usada, topología del terreno,
inclinación y altura de la antena. El trafico afecta el tamaño de las celdas 3G y el
operador define los tamaños de las celdas de acuerdo al tráfico esperado.
ILUSTRACIÓN 9. Celdas
Fuente: LTE: Nuevas Tendencias En Dispositivos Móviles – Vodafone España
Clasificación de las celdas de acuerdo su tamaño:
63
Macro-celda: de 1 a 20 Km
Micro-celda: 300m a 1Km
Pico-celda: 50 a 300m
Femto-celda: menor a 50m
La capacidad de la celda es limitada, y en LTE la eficiencia espectral actual es de
6 bits/Hz utilizando MIMO 2x2, de tal manera que se logran 120 Mbps con una
portadora de 20Mhz. Esta capacidad es repartida entre los usuarios que visitan
dicha celda. Como los usuarios requieren altas velocidades, el operador debe
hacer reuso continuo de las portadoras creando muchas celdas. Normalmente una
estación base la componen 3 sectores o celdas.
Interferencias
El desempeño de un sistema celular está limitado por las interferencias, que
provienen principalmente de las celdas vecinas (downlink) o de otros usuarios
(uplink).
El acceso en LTE es OFDMA, que reduce significativamente las interferencias
dentro de la celda, gracias a la cual esta tiene acceso a todo el ancho de banda
para entregarlo a un usuario en un instante dado. LTE puede utilizar el reuso 1
(todas las celdas utilizan la misma portadora) y, por tanto, no es necesario hacer
un plan de frecuencias. Sin embargo, OFDMA soluciona el problema de
interferencias dentro de la celda, pero no en el borde de la misma. Los usuarios
que se encuentran en el centro de la celda gozan de un buen desempeño, pero en
el borde, las interferencias presentadas con celdas vecinas empobrecen este
desempeño.
64
ILUSTRACIÓN 10. Tipos de reuso
Fuente: LTE: Nuevas Tendencias En Dispositivos Móviles – Vodafone España
Una solución para mejorar la problemática de interferencia en el borde es el reuso
3. La banda asignada al operador se divide en 3 sub-bandas y se hace un plan de
frecuencias para evitar celdas vecinas tengan la misma portadora. Las celdas
vecinas con diferentes frecuencias se agrupan en un clúster que se repite a lo
largo de la región a cubrir por el operador.
65
ILUSTRACIÓN 11. Utilizando X2 para evitar interferencias
Fuente: LTE: Nuevas Tendencias En Dispositivos Móviles – Vodafone España
Los usuarios que están en el borde de la celda utilizan alta potencia para lograr la
comunicación, lo provoca interferencia a la celda vecina. Los eNB asignan su
portadora a los usuarios dependiendo de su ubicación en la celda y se comunican
entre ellos dichas portadoras por medio de la interfaz X2 para disminuir las
problemáticas de las interferencias.
5.14. FUNDAMENTOS DE OFDM
La técnica de transmisión OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)
constituye un mecanismo de transmisión multi-portadora consistente en
multiplexar un conjunto de símbolos sobre un conjunto de subportadoras. Gracias
a las propiedades de ortogonalidad de dichas subportadoras, es posible efectuar
66
la transmisión simultánea de todos los símbolos manteniendo la capacidad de
separación de los mismos en recepción.
Si bien esta técnica es ampliamente conocida desde los años 60, su aplicación
práctica en el ámbito de las comunicaciones inalámbricas es mucho más reciente,
principalmente debido a la complejidad que involucraba en los equipos
transmisores y receptores. Hoy en día es utilizada por sistemas tales como la
Televisión Digital Terrestre según el estándar DVB-T o las redes inalámbricas de
área local según los estándares IEEE 802.11a/g, a la vez que constituye la base
para la técnica de acceso múltiple OFDMA (Orthogonal Frequency Division
Multiple Access) empleada por el sistema LTE.
La característica fundamental de la técnica OFDM es el empleo de un conjunto de
K subportadoras que presentan la propiedad de ser ortogonales. Asumiendo la
notación de señales complejas (en el Anexo 4.1 se presenta un pequeño resumen
de dicha notación), dichas subportadoras pueden formularse en banda base como:
Donde fk=kΔf es la frecuencia de la subportadora k-ésima y TS rect t representa
un pulso rectangular con duración entre 0 y TS. Por otra parte, Δf=1/TS es la
separación entre subportadoras. Obsérvese que, con esta definición, dos
suportadoras diferentes xm (t) y xk (t) cumplen la condición de ser ortogonales en
el intervalo temporal TS, lo que significa que la integración del producto de las
mismas en dicho intervalo es nula excepto cuando m=k:
Nótese igualmente que la propiedad de ortogonalidad entre subportadoras se
consigue precisamente gracias a la relación existente entre la separación de las
mismas Δf y su duración temporal TS.
La Figura muestra un ejemplo con el módulo de los espectros correspondientes a
un conjunto de 6 subportadoras OFDM. Obsérvese en la fi gura que para cada
frecuencia múltiplo de 1/TS únicamente existe contribución espectral de una de las
subportadoras, mientras que el resto presentan nulos. A su vez, la Figura muestra
la evolución temporal de la parte real de las 6 subportadoras.
67
68
GRÁFICA 5. Ejemplo del espectro correspondiente a 6 subportadoras OFDM
Fuente: LTE: Nuevas tendencias en comunicaciones móviles – Vodafone España.
GRÁFICA 6. Ejemplo de la señal temporal correspondiente a 6 subportadoras OFDM
Fuente: LTE: Nuevas tendencias en comunicaciones móviles – Vodafone
España.20
20
LTE: NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MÓVILES. Ramón Agusti, Francisco Bernardo, Fernando Casadevall, RamonFerrús, Jordi Pérez-Romero, Oriol Sallent.
69
5.15. SON: OPTIMIZACIÓN AUTOMÁTICA DE RED
En las redes 2G la planeación de RF era un trabajo complejo, y la introducción de
una nueva celda exigía un análisis de RF de las celdas vecinas para evitar
interferencias. Esta planeación fue diferente en las redes 3G, ya que todas las
celdas pueden usar la misma portadora, pero se debe hacer un análisis de los
códigos scrambling que diferencian una celda de otra.
Con la proliferación de celdas pequeñas, necesaria para satisfacer la demanda de
los usuarios, es necesario definir mecanismos que permitan que nuevas celdas se
adapten automáticamente al ambiente.
La característica SON en LTE hace que las celdas se comuniquen entre ellas por
medio de la interface X2 y realicen la planeación de RF automáticamente. Cuando
una nueva celda es agregada a la red, las celdas vecinas se enteran
automáticamente de los cambios en el ambiente de RF, ajustan sus
configuraciones para minimizar las interferencias (cambian de frecuencia ajustan
la potencia del transmisor y el tilt eléctrico de la antena) y actualizan la lista de
celdas vecinas para soportar el handover. Realmente, una celda no puede
escuchar directamente a las celdas vecinas, sino que se vale de los terminales
para realizar esta labor. El eNB le solicita al terminal que lea la identidad de las
celdas que está recibiendo, a través del canal beacon de cada una de ellas. Con
esta información, el eNB se comunica con las celdas vecinas a través de la
interface X2, para conocer la banda de frecuencia y el área de tracking que usan
para evitar colisiones e interferencias.
FULL IP
Significa que se tiene una solución IP de extremo a extremo, lo cual disminuye la
cantidad de equipamiento, el consumo, retardo y costos operativos. Como todos
los servicios son IP, inclusive la voz, ya no se requiere que en el core exista un
camino para la voz y otro para los datos, como en las redes 2G/3G, pero se deben
tratar los paquetes diferencialmente, dependiendo de la calidad de servicio
requerida. Se debe recordar que la calidad con la cual se deben tratar los
paquetes se marca en el eNB para el sentido uplink, y en el PGW para el sentido
70
downlink, y establecer un bearer e2e por toda la red, desde el terminal hasta el
PGW.
ASIGNACIÓN DINÁMICA DE RECURSOS
En LTE, los recursos de tiempo y frecuencia los asigna el scheduler del eNB cada
milisegundo. Este intervalo de tiempo se conoce con el nombre de TTI (intervalo
de tiempo de transmisión). El scheduler asigna recursos con base en las
necesidades del usuario, el parámetro de calidad de servicio, las medidas en el
canal de RF y la capacidad y el estado del buffer del terminal. En UMTS, el TTI es
de 20 ms y en HSPA se disminuyó a 2 ms.21
5.16. MECANISMOS DE HANDOVER
El mecanismo de handover se utiliza para gestionar la movilidad de los equipos de
usuario que se encuentran en modo activo (ECM-Connected). Conceptualmente,
el handover se un mecanismo que permite que las conexiones que tengan
establecidas los equipos de usuario “sobrevivan” al cambio de estación base que
proporciona el acceso a la red.
Desde la perspectiva del servicio ofrecido al usuario, los requisitos de diseño de
un mecanismo de preparación y ejecución del handover se plantean en términos
del tiempo de interrupción o tasa de pérdida de datos que puede aparecer durante
la ejecución del cambio.
En este sentido, en los requerimientos de diseño del sistema LTE, se establece
que la degradación de prestaciones en la que puede incurrirse durante la
realización de un handover debe ser menor o igual a la existente en redes de
circuitos GSM. Así mismo, entre los requerimientos de velocidades físicas de los
terminales, se apuntan velocidades de hasta 350 km/h, aunque se indica que la
red esté realmente optimizada para trabajar en el rango 0-15 km/h. Todas estos
requerimientos hacen que el diseño del mecanismo de handover en LTE
constituya un elemento clave del sistema.
21
COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad Santo Tomas, 2012
71
Para la consecución de tales requisitos, la implementación del mecanismo de
handover en LTE se sustenta en los siguientes principios básicos:
• El mecanismo de handover especificado en LTE se controla desde la red (la red
decide el cambio de estación base) teniendo en cuenta medidas enviadas desde
los equipos de usuario (handover controlado por la red y asistido por el terminal).
Concretamente, la decisión de llevar a cabo un cambio de eNB de un terminal en
modo conectado, la toma el propio eNB con el que el equipo de usuario mantiene
una conexión RRC activa.
• Una vez tomada la decisión sobre la necesidad de realizar un handover, la propia
red se encarga de reservar los recursos necesarios en el eNB destino en aras a
reducir el tiempo de interrupción (durante este tiempo de preparación el terminal
sigue conectado al eNB antiguo) así como el número de intentos de handover
fallidos. Una vez la red garantiza que el terminal puede ser traspasado al nuevo
eNB, la red ordena al terminal que ejecute el cambio. Este planteamiento se
conoce popularmente como MakeBefore Break, en contraposición a otro
planteamiento denominado Break BeforeMake donde el terminal realizaría el
cambio de eNB sin haberse efectuado ninguna reserva de recursos en el eNB
destino.
• Durante la realización del proceso de handover, la propia red dispone de
mecanismos para transferir los paquetes del usuario pendientes de transmisión en
el viejo eNB hacia el eNB destino (mediante la utilización de la interfaz X2). Este
planteamiento permite reducir el número de paquetes perdidos durante la
ejecución de un handover. Nótese por ejemplo que, a diferencia de la red de
acceso UTRAN basada en CDMA, el handover en E-UTRAN siempre es del tipo
“hard-handover” (en contraposición al denominado “softhandover” característico de
sistemas CDMA). Un “hard-handover” significa que existe un tiempo de
interrupción del servicio durante el cambio de estación base necesario para
adquirir la sincronización en la nueva base y obtener la primera asignación de
recursos en ella (en sistemas CDMA, no se produce dicho tiempo de interrupción).
Además, tal como se verá más detalladamente en el apartado de procedimientos
de movilidad, en el momento en que un terminal conmuta entre estaciones base,
todavía pueden seguir llegando paquetes IP a la estación base antigua dado que
el rutado en la infraestructura de la red todavía puede no haberse actualizado.
Sobre estas premisas, la realización de un handover intra-LTE puede dar
respuesta a diferentes escenarios de movilidad tales como:
72
• Handover entre eNBs conectados mediante una interfaz X2. La existencia de
esta interfaz, permite establecer un plano de usuario entre eNBs para el envío de
datos durante el proceso de handover .Además, a través de X2, la señalización del
procedimiento así como la transferencia del contexto de datos asociado al equipo
terminal puede llevarse a cabo directamente entre eNBs, sin pasar por el nodo
MME de la red troncal.
• Handover entre eNBs que no disponen de la interfaz X2. En este caso, no es
posible el envío de paquetes de usuario entre eNBs y la señalización de handover
debe articularse necesariamente a través de la entidad MME.
• Handover entre eNBs, soporten o no soporten la interfaz X2, que requiera la
reubicación de alguno de los nodos de la troncal EPC. En este caso, el cambio de
eNB podría con llevar el cambio de la pasarela S-GW a través de la cual está
establecido el plano deusuario o bien del nodo MME que termina el plano de
control con el equipo de usuario. El caso más complejo sería el de un handover
donde se cambiaran ambos, S-GW y MME. Es importante destacar que el
mecanismo de handover no considera en ningún caso el cambio de la pasarela P-
GW que se mantiene como el punto de conexión a la red externa durante toda la
vigencia de la conexión PDN.
5.17. PROCEDIMIENTOS DE GESTIÓN DE SESIONES
En el sistema LTE la activación/modificación/desactivación de los servicios
portadores EPS se controla desde la propia red en base a los datos de
subscripción del usuario y/o a las políticas de uso recibidas desde el sistema PCC.
Es importante destacar que este planteamiento es diferente al seguido en el
servicio GPRS de redes UMTS donde la activación de los servicios portadores la
inicia el terminal.
Los procedimientos principales relacionados con la gestión de sesiones son:
Procedimiento de registro (Network Attach). A través de este procedimiento
se establece el servicio de conectividad IP que ofrece la red LTE. Existen
diferentes variantes del procedimiento de registro en función de si la red de
acceso utilizada es E-UTRAN o cualquiera de las otras redes de acceso
alternativas 3GPP y no 3GPP contempladas.
73
Procedimiento de petición de servicio (ServiceRequest). El modelo de
servicio ofrecido por la red LTE permite que un usuario en modo idle (sin
una conexión a E-UTRAN) mantenga abiertos los servicios portadores EPS
en la red troncal. Este procedimiento permite una re-activación rápida del
plano de usuario cuando el terminal pasa de idle a conectado.
Petición de conexión PDN solicitada por el terminal (UE Requested PDN
Connectivity). El sistema LTE permite el equipo de usuario inicie el
procedimiento de establecer una conexión PDN adicional a la conexión
PDN establecida en el procedimiento de registro.
Activación, modificación y desactivación de los servicios portadores EPS
dedicados (EPS BearerActivation/Modification/Deactivation). La gestión de
los servicios portadores EPS dedicados es uno de los pilares de la gestión
de sesiones en la red LTE. La activación y modificación de estos servicios
puede estar vinculada al control dinámico de QoS ofrecido por el
subsistema PCC.
Modificación del servicio portador solicitada por el terminal (UE
requestedbearerresourcemodification). Este procedimiento permite que el
terminal pueda solicitar cambios en los servicios portadores que le ofrece la
red. Los cambios pueden ser tanto un cambio de los parámetros de QoS
como una modificación de los filtros de paquetes que determina la
composición del tráfico agregado en un servicio portador. El procedimiento
constituye una vía de escape al modelo general de activación de servicios
portadores donde, tal como se ha comentado al principio de este apartado,
es la red quien controla su activación y determina sus características. Si la
solicitud de modificación realizada por un terminal es aceptada por la red,
ésta procede a iniciar los mecanismos pertinentes de activación,
modificación y/o desactivación de los servicios portadores EPS (el control
sigue teniéndolo la red, pero en este caso, atendiendo a una petición
proveniente del terminal).
5.18. PROCEDIMIENTO DE REGISTRO
El procedimiento de registro es el primer procedimiento que ejecuta un usuario del
sistema LTE en aras a poder recibir los servicios de la red. El procedimiento de
registro normalmente se lleva a cabo cuando se enciende el equipo de usuario y
éste detecta la presencia de una red LTE. A diferencia de sus predecesores GSM
y UMTS donde los procedimientos de registro correspondientes (IMSI Attach y
74
GPRS Attach) están asociados exclusivamente a la gestión de movilidad, en LTE
dicho procedimiento también forma parte de la gestión de sesiones. El motivo
radica en que el procedimiento de registro en LTE conlleva el establecimiento de
una conexión PDN a través de la activación de un servicio portador EPS por
defecto y, opcionalmente, servicios portadores EPS dedicados adicionales. Por
tanto, en LTE, una vez el terminal ya se ha registrado en la red, ya dispone de un
servicio de conectividad IP operativo (faceta popularmente conocida como
“always-on”). En la siguiente ILUSTRACIÓN 12. se ilustra un procedimiento de
registro.22
22
LTE: NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MÓVILES. Ramón Agusti, Francisco Bernardo, Fernando Casadevall, RamonFerrús, Jordi Pérez-Romero, Oriol Sallent.
75
ILUSTRACIÓN 12. Procedimiento de registro
Fuente: LTE: Nuevas tendencias en comunicaciones móviles – Vodafone España.
5.19. MIMO
Múltiples antenas de entrada y salida Es una técnica que utiliza múltiples antenas
en transmisión y en recepción. Para que la técnica sea efectiva, es necesario que
las condiciones del canal sean tales que el retardo multi trayectoria no cause
interferencia inter-simbólica. Como se explicó antes, OFDM convierte un canal
76
broad band de frecuencia selectiva en varios canales de menor ancho de banda,
lo cual se adapta bien a la técnica MIMO.
ILUSTRACIÓN 13. MIMO: multiplexacion especial
Fuente: LTE: Long Term Evolution – Hugo Campos Polo
La configuración básica de MIMO considera 2 antenas en la transmisión y 2 en la
recepción. Configuraciones con más antenas serán posibles en el futuro. La
técnica de tener varias antenas en LTE se puede usar de varias maneras:
Multiplexación espacial: se transmiten diferentes señales en paralelo por
múltiples antenas. Esta técnica aumenta la velocidad de transmisión o
throughput, y se conoce como MIMO B.
Diversidad de transmisión: se envía la misma información por varias
antenas, pero codificadas de manera diferente. Esta técnica, conocida
como MIMO A, mejora el nivel de la señal recibida, aumentando la
cobertura de la celda.
Debido a que MIMO incrementa la complejidad y costo del terminal, las redes
actuales están utilizando MIMO únicamente en el sentido downlink. En el sentido
uplink las antenas del eNB se usan para diversidad de espacio.23
23
COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad Santo Tomas, 2012
77
5.20. BEAMFORMING: ORIENTACIÓN DEL HAZ
El objetivo es hacer que el haz de la señal se oriente hacia el usuario y siga sus
movimientos. La característica se logra con antenas inteligentes que emiten un
haz muy estrecho, el cual se puede ir moviendo electrónicamente para enfocar
siempre al receptor.
Se llaman “antenas inteligentes” porque se les incluyó un procesador que dirige el
haz de la señal para crear un patrón dirigido, lo que permite controlar la fase y la
amplitud. La técnica de formación del haz incluye enviar el pulso por cada dipolo
de la antena en un tiempo muy corto, para que el pulso impacte al receptor
exactamente al mismo tiempo, produciendo un efecto de un solo pulso emitido de
manera uniforme. El seguimiento del usuario por parte del haz de la señal se
puede realizar más eficientemente al tener varias antenas, al menos 4.
78
ILUSTRACIÓN 14. El haz sigue al usuario
Fuente: LTE: Nuevas tendencias en comunicaciones móviles – Vodafone España.
La técnica beamforming mejora significativamente el área de cobertura, reduce las
interferencias, aumenta la velocidad de datos, permite ubicar con mayor exactitud
al terminal y disminuye el consumo de potencia. No obstante, es un reto
tecnológico, porque seguir a un usuario se ve viable, pero si la celda tiene200
usuarios que atender, los cuales se mueven en direcciones diferentes, el asunto
79
es mucho más complejo. Ya vimos cómo beamforming se complementa con
MIMO, ahora analicemos cómo también hace sinergia con OFDMA, porque las
subportadoras asignadas a un usuario son el mayor componente del haz que
sigue a ese usuario.
5.21. ESPECTRO Y BANDAS DE FRECUENCIA
El espectro es la materia prima de las redes celulares y está saturado. Por eso el
3GPP ha definido nuevas bandas para IMT y está en busca de otras nuevas
bandas.
En Colombia, los operadores móviles tienen desplegadas sus redes 2G/3G en 850
y 1900Mhz, totalmente ocupadas, y 4G en 2.5Ghz (UNE) donde hay espacio libre
para asignar. La ANE ha manifestado el deseo de asignar nuevo espectro a los
operadores: las bandas AWS y 2.5Ghz en el 2012 y la banda 700Mhz en 2013.
GRÁFICA 7. Espectro a asignar por la ANE
Fuente: Comunicaciones móviles de la última generación.
80
Al estudiar las bandas se debe incluir el análisis del espectro de la frecuencia en la
cobertura. Las bandas más bajas, como 700 u 800Mhz permiten celdas más
grandes y una mejor penetración indoor; sin embargo, pueden causar
interferencias entre celdas en zonas urbanas muy densas donde se requieren
micro-celdas. Con frecuencias altas, 2.6Ghz, se pueden construir micro-celdas y
evitar interferencias con sus celdas vecinas, pero es difícil llegar a los espacios
interiores de los edificios y las casas, o cubrir grandes extensiones como zonas
poco pobladas y carreteras. Por lo anterior el mejor escenario para un operador
móvil es tener ambos tipos de bandas: altas y bajas. Por eso la ANE quiere subir
el tope del espectro asignado por operador a 115Mhz, con restricción a 30Mhz en
la parte baja y 85Mhz en la parte alta del espectro.
LTE es una tecnología agnóstica al ancho de banda disponible, lo que significa
que el ancho de banda espectral es escalable. Aunque la tecnología permite
pasos escalonados de 180Khz, el 3GPP definió que una red LTE reléase 8 puede
desplegarse en cualquiera de las canalizaciones: 1.4, 3, 5, 10, 15 y 20Mhz.
También es flexible porque permite operación sobre bandas pareadas FDD y no
pareadas TDD (uplink y downlink en la misma banda).
ILUSTRACIÓN 15. Ancho de banda flexible
Fuente: Comunicaciones móviles de última generación.
81
5.22. ESTANDARIZACIÓN
Las tecnologías de la información y las comunicaciones en general y las
comunicaciones móviles en particular tienen una incidencia decisiva en el
crecimiento económico, la competitividad y la mejora de la productividad. El
terminal móvil ha llegado a constituir hoy en día una parte esencial en la esfera de
objetos personales. En este contexto, la industria de las comunicaciones móviles
ha venido aportando soluciones al mercado, en la forma de sucesivas
generaciones de sistemas. La globalización de los mercados y la búsqueda de
economías de escala son algunos de los principales argumentos (esgrimidos ya
en la concepción de la segunda generación de comunicaciones) que justifican el
interés y el desarrollo de sistemas estándares, resultado del consenso entre los
diferentes agentes implicados. Así, los diferentes organismos y foros de
estandarización adquieren una relevancia muy significativa en el marco general
del negocio de las comunicaciones móviles.
Los procesos de estandarización son costosos en tiempo y esfuerzo. Típicamente
se inician con una primera fase en la que se establecen los requisitos que debe
satisfacer el diseño del sistema que se pretende estandarizar. Tras ello, se decide
la arquitectura del sistema, con sus principales bloques y correspondientes
interfaces. Sobre ello, se procede a la especificación detallada, así como el test y
la verificación que pueden iniciarse cuando las especificaciones alcanzan ya un
alto nivel de estabilidad. El proceso es iterativo. Por ejemplo, pueden añadirse,
modificarse o eliminarse requisitos a la vista de las soluciones técnicas que se
vayan formulando. Similarmente, pueden modificarse las soluciones técnicas si se
evidencian dificultades en la verificación práctica.
5.22.1. LTE
En el caso de LTE, las especificaciones emanan del 3GPP (3rd Generation
Partnership Project), que nació en 1998 con el objetivo de especificar 3G (UTRA-
FDD y UTRA-TDD). También se encarga de mantener y desarrollar las
especificaciones de GERAN (GSM EDGE RAN). La red de acceso radio se
especifica en el marco del TSG RAN, que se organiza en cinco grupos de trabajo:
WG1 (capa física), WG2 (capas 2 y 3), WG3 (interfaces fijos de la red de acceso),
WG4 (aspectos de RF y RRM) y WG5 (conformidad de terminales). Los
documentos del 3GPP se estructuran en Raleases, cada una de ellas
82
caracterizada por la incorporación de un conjunto de funcionalidades destacadas
en relación a la versión anterior. Así, la que se llamó R99 (por el hecho de que se
congeló en diciembre de 1999) supuso el primer conjunto de especificaciones
UMTS. Seguidamente, tras la llamada R4, se completó en marzo de 2002 la R5
que incluye por ejemplo HSDPA. Tres años después se incorpora HSUPA así
como MBMS en R6.24
En la R7 (septiembre de 2007) se incluye HSPA+, mientras que LTE/SAE se
asocian ya a R8 y posteriores.25
Puede decirse que el primer paso hacia LTE se llevó a cabo en noviembre de
2004, cuando 3GPP TSG RAN organizó un Workshop sobre “RAN Evolution” en
Toronto (Canadá), en el que se presentaron unas 40 contribuciones con ideas,
propuestas, etc. En el propio Workshop se identificaron una serie de requisitos de
alto nivel, como un coste por bit reducido, mejora en la provisión de servicios,
flexibilidad en el uso de las bandas frecuenciales, arquitectura simplificada con
interfaces abiertos, consumo de potencia en el terminal razonable, etc. También
se puso de manifiesto que el esfuerzo de estandarización que esta evolución,
bautizada como E-UTRAN (Evolved UTRAN), llevaría asociado sólo resultaría
justificable si las mejoras fueran significativas.
En diciembre de 2004 se creó el StudyItem “Evolved UTRA and UTRAN” para la
evolución hacia una tecnología de acceso de elevada velocidad de transmisión,
baja latencia y optimizada para la transmisión de paquetes, de modo que con ello
quedase asegurada la competitividad de las soluciones 3GPP en un horizonte
temporal largo. En particular, algunos de los objetivos de E-UTRA y E-UTRAN
son:
Velocidades de transmisión de pico de 100 Mbps en downlinky 50 Mbps en
uplink, mejorando la velocidad de transmisión obtenible en el extremo de la
célula.
Mejora de la eficiencia espectral en un factor 2-4 con respecto a la Reléase
6.
Latencia del plano de usuario en la red de acceso radio inferior a 10 ms.
Ancho de banda escalable.
24
LTE: NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MÓVILES. Ramón Agusti, Francisco Bernardo, Fernando Casadevall, RamonFerrús, Jordi Pérez-Romero, Oriol Sallent. 25
LTE: NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MÓVILES. Ramón Agusti, Francisco Bernardo, Fernando Casadevall, RamonFerrús, Jordi Pérez-Romero, Oriol Sallent.
83
Interoperabilidad con sistemas 3G y sistemas no 3GPP.
Este primer periodo de trabajo concluyó con la aprobación del TR 25.912 en la
reunión TSG-RAN #32 en junio de 2006. En TR 25.912 se recomendaba la
creación de un WorkItem sobre E-UTRA y E-UTRAN tomando como punto de
partida el concepto de sistema reflejado en dicho documento, ya que los estudios
realizados validaban su viabilidad. Tras considerarse y discutirse múltiples
propuestas sobre la capa física, protocolos radio, arquitectura de red, aspectos de
RF, consideraciones de complejidad, etc., algunas de las características
principales incorporadas al concepto del TR 25.912 fueron:
Esquema de acceso radio OFDMA en el downlinky SC-FDMA en el uplink.
Soporte de packetschedulingen el dominio temporal y frecuencial.
Simplificaciones en la MAC y en el modelo de estados RRC, así como
reducción del número de canales de transporte (no hay canales dedicados).
Funcionalidades de packetscheduling, ARQ e HARQ terminadas en
eNodeB.
Simplificación de la arquitectura E-UTRAN y descentralización de la misma.
A partir de este Feasibility Study se pasó al desarrollo de tareas de especificación
(Work Ítems). Para cada WI se establece un título y ámbito técnico, se define su
resultado esperado (Technical Specification o Technical Report) e impacto sobre
otros WIs así como el calendario de tareas. La primera versión completa de las
especificaciones LTE se aprobó en diciembre de 2007. Durante 2008 el trabajo del
3GPP se centró en la finalización de Reléase 8, aunque también se han ido
desarrollando con intensidad aspectos de Reléase 9 y Reléase 10. Las
especificaciones de Reléase 8 quedaron congeladas en diciembre de 2008, lo que
significa que no se pueden añadir nuevas funcionalidades a esta versión, si bien
se continúa el trabajo para completar los contenidos acordados.
Cabe destacar que las capacidades y prestaciones de E-UTRA y E-UTRAN
establecidas corresponden a los objetivos fijados en la fase inicial de desarrollo de
LTE, de manera que las prestaciones finalmente alcanzadas en muchos casos
pueden superar los objetivos iníciales.
Por ejemplo, la velocidad de pico teórica alcanzable en el downlink para 2×20 MHz
(FDD), 64-QAM y 4×4 MIMO resulta de 326 Mbits/s. No obstante, si bien por la
84
propia necesidad de sintetizar las capacidades de un sistema se tiende a
proporcionar la velocidad de transmisión de pico, en términos de evaluación de
prestaciones las principales métricas a considerar deben ser de otro tipo (por
ejemplo, el percentil 95 de la distribución bits/s/MHz/célula). Así mismo, siendo
una buena referencia la cota teórica a nivel de enlace, es fundamental evaluar las
prestaciones a nivel de sistema en entornos realistas (a través de simulaciones en
una primera instancia y medidas de campo en una segunda).
En el contexto de la ITU, UTRA y E-UTRA (LTE) son el pariente europeo de la
familia IMT-2000, ya que en realidad IMT-2000 no es una tecnología de acceso
radio en sí misma, sino una familia de tecnologías que cumplen los requisitos
establecidos por la ITU para IMT-2000 y que son aprobadas por la propia ITU. La
principal recomendación IMT-2000 es ITU-R M.1457, en la que se incluye una
descripción de cada uno de los miembros de la familia IMT-2000 acompañada de
una lista de referencias a las especificaciones detalladas. ITU-RWP5D se encarga
de ir revisando dicha recomendación, dado el continuo desarrollo de los diferentes
interfaces radio IMT-2000.
Cabe mencionar que en ITU-R M. 1457-7 (Revisión 7 del documento), aprobado
en octubre de 2007, se incluyó también el estándar IEEE 802.16 (WiMAX), como
un nuevo miembro de IMT-2000. Dentro también de las familias IMT-2000 se
encuentra CDMA-2000 y UMB (Ultra Mobile Broadband), que constituyen el
equivalente a UMTS y LTE en el marco de 3GPP2, y que en el recorrido desde 2G
(con IS-95) hasta la evolución de 3G ha supuesto el principal polo de competencia
a las tecnologías 3GPP. No obstante, el desarrollo de UMB ha quedado paralizado
desde finales de 2008, cuando algunos de los principales motores de las
comunicaciones móviles (Qualcomm, Verizon, etc.) se inclinaron por LTE.26
5.23. INTERFACES
A continuación se describen las interfaces utilizadas por la tecnología LTE:
S1-MME: Punto de referencia para el protocolo de plano de control entre E-
UTRAN y MME.
S1-U: Punto de referencia entre E-UTRAN y GW Sirve para el portador
utilizando el túnel de usuario y la ruta entre eNodeB para la conmutación
durante el Handover
26
LTE: NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MÓVILES. Ramón Agusti, Francisco Bernardo, Fernando Casadevall, RamonFerrús, Jordi Pérez-Romero, Oriol Sallent.
85
S3: Permite el intercambio de información de portador para la movilidad
entre la red de acceso 3GPP en estado de reposo y / o activa.
S4: Proporciona el control y el apoyo relacionados con la movilidad entre
GPRS Core y sirve de anclaje 3GPP GW. Además, si DirectTunnel no está
establecido, proporciona el túnel del plano de usuario.
S5: Proporciona un túnel plano de usuario y gestiona los túneles entre la
porción GW y GW PDN. Se utiliza para la reubicación de la porción GW
debido a la movilidad de UE y si el GW necesita conectarse a una GW no-
collocated PDN para la conectividad requerida PDN.
S6a: Permite la transmisión de datos de suscripción y de autenticación para
autenticar / autorizar el acceso del usuario al sistema evolucionado (interfaz
AAA) entre MME y HSS.
Gx: Proporciona transferencia de (QoS) La política y las reglas de carga de
PCRF en la Política y función de carga Observancia (PCEF) en el GW PDN.
S8: Inter-PLMN punto de referencia que sirva como plano de usuario y
plano de control entre el GW se utiliza en la VPLMN y el GW PDN en el
HPLMN. S8 es la variante entre PLMN de S5.
S9: Proporciona transferencia de (QoS) y la política de información de
control de carga entre el PCRF Interior y el PCRF Visitado el con el fin de
apoyar la función de arranque local.
S10: Punto de referencia entre MMEs por MME para la reubicación y la
transferencia de información de MME y MME.
S11: Punto de referencia entre MME y GW de Servicio.
S12: Punto de referencia entre UTRAN y GW Porción de un túnel del plano
de usuario cuando se establece DirectTunnel. Se basa en el punto de
referencia Iu-u/Gn-u utilizando el protocolo GTP-U tal como se define entre
el SGSN y la UTRAN o, respectivamente, entre el SGSN y el GGSN. Uso
de S12 es una opción de configuración del operador.
S13: Permite al UE control de identidad procedimiento entre MME y EIR.
SGI: Es el punto de referencia entre el PDN GW y la red de paquetes de
datos. El paquete de red de datos puede ser un operador externo paquete
públicos o privados de redes de datos o un paquete intra operador de red
de datos, por ejemplo, para la prestación de servicios IMS. Este punto de
referencia corresponde a Gi para los accesos de 3GPP.
Rx: El punto de referencia Rx se encuentra entre la AF y la PCRF en el TS
23,203 [6].
86
SBc: Punto de referencia entre el CBC y MME para la entrega de aviso de
mensajes y funciones de control.
5.24. GESTIÓN DE MOVILIDAD
La gestión de movilidad es una de las piezas clave que caracteriza a los sistemas
de comunicaciones móviles. Un requisito básico que deben satisfacer estos
sistemas es permitir que los usuarios puedan acceder y recibir sus servicios desde
cualquier ubicación geográfica donde el sistema disponga de cobertura, dejando
aparte posibles limitaciones operativas o restricciones derivadas de las propias
condiciones de uso de los servicios.
Por un lado, este requisito implica que el sistema de comunicaciones móviles tiene
que albergar mecanismos que le permitan avisar a los usuarios de la activación de
servicios originados desde la red donde quiera que se encuentren. Dada la gran
extensión geográfica que puede abarcar una red celular, el envío de avisos
(función de paging) a los terminales debe hacerse de forma “selectiva” a través
únicamente de aquellas estaciones base donde exista una cierta probabilidad de
encontrar al usuario. Para ello, el sistema debe hacer un “seguimiento” que le
permita acotar la localización de los usuarios dentro de la zona de servicio de la
red. Esta funcionalidad se conoce como gestión de la localización. Por otro lado,
cuando los usuarios se encuentran conectados al sistema a través de una
determinada estación base, se requiere que el sistema sea capaz de mantener las
conexiones activas aún cuando el terminal se encuentre en movimiento y resulte
necesario realizar, en el transcurso de una conexión activa, un cambio de la
estación base que le proporciona el acceso a la red. Esta funcionalidad se conoce
como traspaso o handover.
Por tanto, la gestión de movilidad en un sistema de comunicaciones móviles
abarca tanto la gestión de la localización como la gestión del handover. Así
mismo, las funciones propias de gestión de movilidad deben complementarse con
funciones que permitan la autenticación de los usuarios y la autorización de
acceso a los servicios solicitados desde cualquier estación base a través de la que
se conecte el terminal. En los siguientes apartados se describe el marco de
gestión de movilidad considerado en un sistema LTE.
87
5.24.1. Marco de gestión de movilidad
El marco de gestión de movilidad desarrollado en el sistema LTE cubre los
siguientes escenarios:
Movilidad intra-LTE. Gestión de movilidad específica para el acceso a
través de EUTRAN.
Movilidad entre redes de acceso 3GPP, es decir entre E-UTRAN, UTRAN y
GERAN. El sistema LTE incorpora mecanismos específicos para gestionar
la localización así como la realización de handovers (denominados inter-
RAT handovers) entre las diferentes redes de acceso 3GPP. Las soluciones
de interworkin.
Movilidad con redes de acceso no especificadas por 3GPP, como por
ejemplo redes CDMA2000, WLAN o Mobile WiMAX. En este caso, el
sistema LTE incluye soporte para garantizar la continuidad de servicio entre
estas redes mediante un mecanismo de handover entre sistemas. Las
soluciones de interworking entre redes 3GPP y no 3GPP.
El sistema LTE especifica un modelo de movilidad (denominado modelo EMM,
EPS Mobility Management) con dos posibles estados que representan dos
situaciones de accesibilidad en las que puede encontrarse un usuario del sistema.
Los dos estados del modelo EMM son:
Estado “No registrado” (EMM-Deregistered). En este estado, el usuario no se
encuentra visible en el sistema LTE, y por tanto, no tiene acceso a los servicios
del sistema. En este estado, el sistema LTE no dispone de ninguna información
relativa a la localización del usuario. La situación más habitual que conlleva
que un usuario se encuentre en este estado es que el terminal LTE está
apagado.
Estado “Registrado” (EMM-Registered). En este estado, el usuario está
operativo en el sistema LTE, y por tanto, tiene acceso a sus servicios a través
de un equipo de usuario. En este estado, la red dispone de información de
localización del equipo de usuario con la resolución de, al menos, una lista de
áreas de seguimiento (Tracking Arealist). Asimismo, en este estado el equipo
de usuario mantiene, al menos, una conexión PDNactiva y tiene asignado un
nodo MME de la red troncal encargado de realizar su seguimiento.
88
La conmutación entre ambos estados de movilidad se realiza a través de
procedimientos de “registro” y “cancelación de registro”. El procedimiento de
“cancelación de registro” (i.e., Network Dettach) sirve para realizar el paso
contrario y puede ser iniciado tanto por el terminal (en el proceso de apagado 27del
terminal) como por la propia red (cambios en la subscripción de un usuario).
La conmutación de un estado “Registrado” a “No registrado” también puede
acontecer debido a otros motivos tales como el rechazo de la red al registro de un
terminal en una determinada área de localización o bien el hecho de que, pasado
un cierto tiempo, no se haya recibido ninguna actualización por parte del terminal
(la red puede forzar a que los equipos realicen actualizaciones periódicas de su
localización aún cuando no cambien de área de seguimiento).
Junto con los estados de movilidad EMM, el sistema LTE también define un
modelo de estados para indicar la existencia o no de un plano de control activo
entre el equipo de usuario y el nodo MME de la red troncal donde se encuentra
registrado. Dicho modelo de estados se denomina modelo ECM (EPS Connection
Management) y se estructura también en dos posibles estados:
Estado “Desconectado” (ECM-Idle). En este estado, el terminal no tiene
establecida una conexión de señalización con ninguna entidad MME. La
existencia de este estado responde básicamente a la necesidad de
disponer de un modo de operación de bajo consumo que permita conseguir
un modelo de funcionamiento “Alwayson” mediante la posibilidad de
conmutar de forma rápida entre este estado y el siguiente estado
“Conectado” en el que el terminal podría enviar/recibir datos.
Estado “Conectado” (ECM-Connected). En este estado, el equipo de
usuario tiene establecida una conexión de señalización con una entidad
MME de la EPC. Dicha conexión de señalización se compone de una
conexión RRC en E-UTRAN y de una conexión a través de la interfaz S1-
MME entre la red de acceso E-UTRAN y la entidad de la red troncal MME.
El envío/recepción de datos de usuario siempre se realiza en este estado.
27
LTE: NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MÓVILES. Ramón Agusti, Francisco Bernardo, Fernando Casadevall, RamonFerrús, Jordi Pérez-Romero, Oriol Sallent.
89
La información relativa a los estados EMM y ECM de un usuario se almacena en
el equipo de usuario y en la red troncal EPC, en particular en el nodo MME que da
servicio a dicho equipo terminal. En el caso del terminal, los estados ECM-Idle y
ECM-Connected se mapean directamente a los estados RRC_IDLE y
RRC_CONNECTED empleados por la capa RRC del plano de control entre el
terminal y E-UTRAN (en el apartado 5.2 del Capítulo 5 se describen los estados
RRC). En el caso del nodo MME, el estado ECM-Connected se vincula a la
existencia de una conexión de señalización en la interfaz S1-MME asociada al
usuario entre el MME y el eNB correspondiente.28
28
LTE: NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MÓVILES. Ramón Agusti, Francisco Bernardo, Fernando Casadevall, RamonFerrús, Jordi Pérez-Romero, Oriol Sallent.
90
6. MODELO TEORICO
6.1. ¿QUÉ Y POR QUÉ LTE?
Para responder esta pregunta abordaremos algunos hechos que están motivando
este cambio acelerado a LTE, inclusive en algunos operadores que aún no han
terminado de desplegar las redes 3G y que nos permiten entender y responder la
pregunta Qué y por qué LTE?
6.2. SITUACIÓN Y TENDENCIAS DE LA INDUSTRIA
Con la implementación de las redes de 3G y el avance de la computación móvil en
especial en USA, se ha dado un cambio sustancial, con la capacidad de los
usuarios de estar “siempre conectados”. Lo anterior ha conllevado a que los
usuarios a través de sus nuevos y poderos teléfonos inteligentes, han generado
una cantidad de tráfico (en tiempo real) enorme y creciente, por el uso de
aplicaciones que permanentemente hacen uso de la red de comunicaciones.29
No solo estos cambios están sucediendo a nivel de USA, sino a nivel
Latinoamérica y especialmente en Colombia, donde cifras que nos muestra el
ministerio de las Tics es sus boletines trimestrales, se nota un crecimiento en
cuanto a teléfonos inteligentes y a la cantidad de trafico que general ellos en
tiempo real, y en la cantidad de recursos que estos ocupan en las numerosas
aplicaciones que ocupan esta red, debido a estas situaciones y tendencias de la
industria la tecnología LTE coge más fuerza. En la siguiente gráfica se puede
observar el comportamiento de la demanda de datos entre los años 2007 y 2010
en USA para el operador AT&T:
29
COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad Santo Tomas, 2012
91
GRÁFICA 8. Crecimiento datos móviles de AT&T
Fuente: http://www.att.com/Common/about_us/pdf/INV_PRES_3-21-11_FINAL.pdf
Se puede observar claramente el crecimiento exponencial que llevo a este
operador a implementar una nueva red que pudiera cumplir con la demanda
creciente del mercado.
En la siguiente gráfica se pueden observar las proyecciones de crecimiento de
tráfico de AT&T para el año 2015, dejando ver claramente una nueva y gran
oportunidad de negocio para todos los operadores:
92
GRÁFICA 9. Proyección de crecimiento datos móviles de AT&T
Fuente: http://www.att.com/Common/about_us/pdf/INV_PRES_3-21-11_FINAL.pdf
Se puede visualizar la demanda de aplicaciones y en una mayor representación:
Rich Media Video Teleconferencing
Mobile Video
Machine to Machine
Mobile Business Solutions
Remote Helth Monitoring
Explosión de Aplicaciones (Apps Explotion)
Todas estas aplicaciones generan una gran exigencia a los operadores que se ven
obligados a garantizar la capacidad del canal para una buena experiencia de
usuario y la calidad del servicio requerido.
93
Otro operador en Estados Unidos con una situación parecida ya que ha tenido que
migrar sus redes hacia LTE es Verizon que ya tiene una cobertura de más del
75% de su red basada en LTE en Estados Unidos. La grafica siguiente muestra la
proyección de datos de Verizon para el 2014:
GRÁFICA 10. Demanda potencial 4G
Fuente: Verizon
También es importante analizar en que se ocupa la red, como están distribuidos
los datos de acuerdo al uso que le dan los usuarios y a que aplicaciones, y un
análisis del posible comportamiento del tráfico en los próximos años; para esto
tomaremos como referencia los datos generados a mediados del año actual en el
tráfico de datos en Estados Unidos y Latinoamérica respectivamente en su grafica:
94
TABLA 3. Periodo de mayor demanda de las principales aplicaciones por bytes
Fuente: Sandvine
TABLA 4. Periodo de mayor demanda de las principales aplicaciones por bytes
Fuente: Sandvine
95
Podemos observar de acuerdo a los datos que en Latinoamérica la mayor parte
del tráfico se genera por el uso de redes sociales seguido por HTTP y software
P2P como Ares, Skype; a partir de esta información se han realizado algunas
proyecciones para visualizar el posible comportamiento en los próximos años en
Estados Unidos:
GRÁFICA 11. Proyección de tráfico móvil en USA al 2017
Fuente: Sandvine
De acuerdo con el informe presentado por Global Internet Phenomena Report:
2H 2012 se obtiene información muy importante ya que se visualiza el trafico
96
actual y la tendencia del mismo en el cual predominan las aplicaciones en tiempo
real (Real-Time Entertainment) componiéndose principalmente por Streaming de
video y audio, con un porcentaje superior al 50% del tráfico, acompañadas de mas
aplicaciones en tiempo real estableciendo un reto para los operadores que deben
garantizar la solidez para la experiencia de usuarios de todas estas aplicaciones.
Durante el desarrollo del proyecto se investigo acerca de los datos estadísticos de
los operadores en Colombia, tomando como referencia las páginas web del
ministerio de las TIC´S Tecnologías de la Información y las Comunicaciones y
directamente en la de cada operador nacional, sin obtener resultados al respecto
debido a que los operadores no llevan registros del tráfico de la red o no lo hacen
público, por esto se toma como referencia los registros de tráfico en estados
unidos y Latinoamérica en general.
6.3. UIT - IMT AVANZADAS
Con la información anteriormente mencionada se entiende la visión de la UIT con
su iniciativa IMT avanzadas, de las cuales forma parte LTE y donde se describen
dichas redes, a continuación se extraen algunas líneas de la UIT y 3G las
Américas:
“Las Telecomunicaciones Móviles Internacionales-Avanzadas (IMT Avanzadas)
son sistemas móviles dotados de nuevas capacidades que superan las ofrecidas
en las IMT-2000. Esos sistemas dan acceso a una amplia gama de servicios de
telecomunicación, en especial los servicios móviles avanzados, admitidos por
redes fijas y móviles, que utilizan cada vez más la transmisión por paquetes.”
“Los sistemas de IMT-Avanzadas admiten aplicaciones de baja y alta movilidad y
una amplia gama de velocidades de datos, de conformidad con las demandas de
los usuarios y de servicios en numerosos entornos de usuario. Las IMT-
Avanzadas también tienen capacidades destinadas a aplicaciones multimedios de
elevada calidad en una amplia gama de servicios y plataformas, lo que les permite
lograr mejoras considerables de funcionamiento y calidad de servicio.”
“Características esenciales IMT-Avanzadas Un alto grado de uniformidad de
funciones en todo el mundo manteniendo al mismo tiempo la flexibilidad de admitir
una amplia gama de servicios y aplicaciones rentables.
Compatibilidad de servicios con las IMT y las redes fijas.
97
Capacidad de inter-funcionamiento con otros sistemas de acceso
radioeléctrico.
Servicios móviles de elevada calidad.
Equipo de usuario de utilización en todo el mundo.
Aplicaciones, servicios y equipos de fácil utilización.
Capacidad de itinerancia mundial.
Velocidades máximas de transmisión de datos mejoradas para admitir
aplicaciones y servicios avanzados (como objetivo a los efectos de la
investigación, se han establecido velocidades de 100 Mbps para una
movilidad alta y de 1 Gbps para una movilidad baja)”
http://www.itu.int/ITU-R/index.asp?category=information&rlink=imt-
advanced&lang=es
LTE advanced es una de las primeras tecnologías en satisfacer las necesidades
de IMT de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) definida como 4G.
6.4. PROMESA LTE
Lo que promete LTE es garantizar la experiencia de usuario, utilizando como
soporte una rede escalable, robusta y ágil.
LTE representa la respuesta a la demanda de ancho de banda, al crecimiento
exponencial de tráfico de datos, por medio de su fortaleza en su arquitectura LTE
proyecta satisfacer el inminente aumento en la utilización de datos inalámbricos,
explorar nuevos modelos de negocio, con proveedores de contenido, anunciantes,
socios en la web y medios de comunicación.
Por lo anterior no solo es necesario la transformación del negocio sino también la
transformación de la red que atienda los requerimientos del cambio de paradigma
de nuestra sociedad.
Otro aspecto motivador para el desarrollo de redes 4G son los llamados
Millennials: Jóvenes nacidos a finales de los 80 y principios de los 90 que no
conocen un mundo sin internet y sin comunicaciones móviles, esta generación
utiliza con mayor frecuencia fotos y videos para su comunicación dejando la voz
como una alternativa secundaria estos jóvenes son los que demandan la banda
ancha para las redes sociales.
98
Además de estos motivadores también las aplicaciones como Facebook, youtube,
y la televisión móvil, etc., tienen una cantidad de aplicaciones disponibles en la
web, El pionero de esta metodología de venta fue Apple con el sistema 70/30
donde el 70% de lo realizado en una venta es destinado al creador y el 30%
restante es para Apple. Despertando el interés de miles de creadores que ven en
esta una gran oportunidad de negocio.
El cloudcomputing o computación en la nube también es un impulsador de las
redes 4g, debido a que la filosofía de este sistema está orientada a que los
usuarios tengan su información y programas en internet para que se pueda
acceder en cualquier momento y en cualquier lugar, y para que literalmente se
pueda ser accedidos desde cualquier sitio se requiere de la tecnología LTE30
6.5. RETOS DE LOS OPERADORES MÓVILES
Para afrontar los cambios que trae consigo la llegada de la nueva tecnología LTE,
donde el servicio de voz pasa a un segundo plano y los servicios de datos tienen
mayor importancia se deben tener en cuenta algunos aspectos que requieren el
cambio en el modelo de negocio de los operadores actuales, uno de los
principales cambios es modificar la manera de cobro de los servicios móviles; se
hablaba de un nuevo modelo llamado “tarifa plana” creado con el objetivo de
incentivar el uso de las comunicaciones de datos, este modelo consistía en que el
usuario podía consumir todo el ancho de banda que requería pagando un cargo
fijo mensual, pero ahora todos quieren estar conectados todo el tiempo y el
crecimiento del tráfico ha desbordado la capacidad de los operadores, esto
impulsado por los drivers mencionados anteriormente; los suscriptores quieren
tener mayor ancho de banda a un menor precio lo que ha generado un reto para
los operadores que deben implementar nuevas maneras de ofrecer los servicios a
los suscriptores.
Otro aspecto importante para el despliegue de los operadores es que para
acceder al espectro y para esto es necesario participar de la subasta realizada por
el estado más específicamente por la CRC Comisión de Regulación de las
Comunicaciones y el precio de este se espera que sea bastante elevado. Posterior
al proceso de subasta debe iniciar el proceso de implementación en donde se
30
COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACION. Hugo Campos Polo, Universidad Santo Tomas, 2012
99
requiere un gran despliegue de infraestructura para realizar los cambios
necesarios en LTE, teniendo en cuenta que se hace necesario una mayor cantidad
de estaciones base o eNBs en LTE para garantizar la movilidad del sistema.
Además otro de los factores de impacto es directamente sobre los operadores de
CATV ya que como se mencionó anteriormente la tecnología LTE genera
interferencia con los equipos se deben implementar soluciones para contrarrestar
este aspecto.
100
7. CONCRECIÓN DEL MODELO
LTE es el último estándar en tecnología de redes móviles y permite a 3GPP
garantizar la competitividad en los próximos años, perfilándose a ser una
tecnología puente entre las redes 3G - 3,5G actuales y las futuras redes 4G, de las
tienen como principal objetivo alcanzar velocidades de hasta 1 Gbs.
De acuerdo con las investigaciones realizadas durante el desarrollo del proyecto
se puede visualizar que LTE se perfila como la tecnología con mayor proyección
gracias a diferentes factores como el notable aumento en la capacidad de
transmisión, la disminución de la latencia y la solución a problemas de movilidad la
cual era uno de los mayores desafíos para garantizar el internet en movimiento
ofreciendo mayor estabilidad a los servicios, todo esto sumado al crecimiento
exponencial de la demanda de ancho de banda por medio de los usuarios que
requieren mayores servicios con mayor frecuencia haciendo uso de un sin número
de aplicaciones que requieren mayor capacidad del canal.
A nivel mundial se está realizando la implementación de la tecnología LTE
principalmente en países de Europa y Norte América, donde EEUU es el principal
pionero donde hasta el momento cuenta con cobertura en más de 100 ciudades y
se espera que en los próximos dos años se alcance la cobertura total de la
tecnología.
Esta tecnología ha tenido gran acogida teniendo en cuenta que los usuarios cada
vez requieren mayor ancho de banda para hacer uso de la aplicaciones que nos
ofrecen en tiempo real, como video llamadas, video en movimiento,
teleconferencia, redes sociales y trafico http, según los reportes que nos entrega
Estados Unidos. Ver TABLA 2
Basados en lo anterior y desde el punto de vista de los servicios, estas
aplicaciones están basadas en IP y comienzan a dominar, en este sentido LTE
proporcionará a los operadores una arquitectura simplificada pero robusta a la vez,
soportando servicios sobre tecnología IP.
Inicialmente LTE estaba orientado únicamente a la transmisión de datos pero
debido a su arquitectura basada en IP, se implemento el servicio de voz
101
Con el crecimiento de nuevos dispositivos como los Smartphone, computadores
portátiles y tabletas, se ha generado un aumento en el número de los usuarios en
las redes de banda ancha móvil. La evolución de los dispositivos también ha
promovido el desarrollo de nuevos servicios y aplicaciones, permitiendo que los
dispositivos puedan tener más alternativas de operación en la red. Uno de los
principales servicios que permite una mayor interactividad con el usuario es el
cloudcomputing, que consiste en tener ficheros, programas y toda la información
del usuario en un espacio reservado de memoria en un servidor, ubicado en la
nube, similar a un servidor ftp. Gracias a este servicio los dispositivos que se
conectan a la red no necesitan tener memorias de almacenamiento y por ende, lo
único que se necesita para este servicio es tener una conexión a internet de alta
velocidad. Con la llegada de LTE, el aumento de dispositivos capaces de
conectarse a la banda ancha móvil será aún mayor. Según Cisco se espera que
para el 2013, el número de Smartphone compatibles con LTE incrementara a más
de 150 millones de teléfonos móviles vendidos.
GRÁFICA 12. Trafico Dispositivos
Otro factor que intervendrá en el desarrollo LTE y de los servicios que se
entregarán, será la mejora en la experiencia de usuario que recibirán los clientes
102
con respecto a las velocidades de transferencia que ofrece esta tecnología.
Haciendo un comparativo con respecto a otras tecnologías podemos suplir la
necesidad que tienen los usuarios a la hora de descargar archivos o hacer uso de
aplicativos que requieren de una mayor velocidad de transferencia.
TABLA 5. Comparativo de descarga entre tecnologías
Como se puede observar en el cuadro comparativo LTE marca notablemente la
diferencia con las demás tecnologías, UMTS/WCDMA que pertenece a la tercera
generación y HSPA+ que es considerada como una tecnología 4G, con respecto
al tiempo de descarga de diferentes tipos de archivo, donde en una tecnología
como WCDMA tardaría 4 segundos en descargar una imagen con un tamaño de
500kb, en HSPA+ tardaría 0.8 segundos y en LTE solo utilizaría 0.1 segundos,
mostrando una disminución en el tiempo de descarga del 87.5% respecto a
HSPA+. Esto permitirá a los usuarios disfrutar de un mejor servicio, mejorando la
calidad de transmisión y la experiencia de usuario.
Siendo LTE la tecnología con mayor proyección respecto a las demás tecnologías
que hoy en día se están implementando, podremos analizar que de acuerdo a sus
velocidades de transmisión y teniendo en cuenta que los usuarios prefieren mayor
capacidad de respuesta en el acceso a banda ancha móvil a la hora de ingresar a
una página o de manejo de sus aplicaciones, se puede deducir que LTE es
pionero en el mercado por ser una tecnología inalámbrica y su alta velocidad de
trasmisión, lo que le permite posicionarse como la principal tecnología en
Colombia.
103
TABLA 6. Velocidades de transmisión entre tecnologías.
Fuente: Elaboración propia
Podemos observar que LTE con respecto a las demás tecnologías tiene una gran
diferencia en su velocidad de bajada, lo que le permite mayor satisfacción al
usuario en el momento de hacer uso de la red para acceder a un servicio.
VENTAJAS
Una de las principales ventajas que proporciona LTE está relacionada con la
movilidad ya que posee antenas inteligentes que permiten determinar a qué
antena conectarse según la ubicación del EU y la capacidad de la celda,
garantizando la conexión en desplazamiento.
Con LTE aumentará las capacidades de los operadores de la red, permitiéndoles
facilitar una banda ancha móvil con mayor velocidad a un mayor número de
usuarios, con lo que dispararan el mercado de las telecomunicaciones móviles.
En LTE las señales recorren una mayor distancia que con la tecnología GSM, lo
que permitirá reducir un número menor de antenas, necesarias para obtener la
misma cobertura de la red, con lo que se contribuirá a la preservación del medio
ambiente y reducirá el consumo de energía.
LTE dispondrá a través de su infraestructura, grandes servicios de altas
velocidades y menor latencia en carga y descargas. Esto contribuirá que los
proveedores de servicios ofrezcan velocidades más altas de datos, provean mayor
tolerancia de ajuste de tráfico.
104
LTE es compatible con sus tecnologías predecesoras GSM/GPRS/EDGE, UMTS
(WCDMA), HSPA y CDMA2000, lo que garantiza la movilidad entre redes diversas
no relacionadas con 3GPP.
DESVENTAJAS
Un factor a tener en cuenta para la implementación de la infraestructura de LTE es
el costo que probablemente será un poco altos para iniciar, debido a las
licitaciones del nuevo espectro LTE, renovación de equipo, costos de
mantenimiento.
La competencia con otras tecnologías de banda ancha móvil, como HSPA+.
Además de las demás tecnologías de banda ancha por cable módem o fibra, como
el ADSL, ya que cada vez estas tecnologías ofrecen mayores velocidades a los
usuarios, entonces, si un operador va a competir con estas tecnologías, la oferta
debería ser mucho más llamativa para el usuario final.
A causa de la cantidad de servicios que se pueden ofrecer, se hace inevitable que
la utilización del espectro sea mucho más eficiente, y probablemente en un futuro
el espectro no sea suficiente para satisfacer la demanda, debido a que los
proveedores tienen asignado un espectro limitado que no cumple con las
recomendaciones de GSMA.
7.1. BARRERAS PARA EL DESPLIEGUE DE LTE
Las principales barreras de LTE incluyen la habilidad de los operadores de
desarrollar un caso de negocio viable y la disponibilidad de terminales y de
espectro.
Los operadores necesitan que las aplicaciones y los terminales de usuario estén
disponibles antes de comprometer el despliegue de tecnologías 4G. Pues los
usuarios cambian sus planes basados en los equipos, los servicios y las
capacidades que estos tengan.
105
Adicionalmente, la disponibilidad de espectro también representará una barrera
para LTE pues para alcanzar las velocidades prometidas se requieren 20MHz para
el ancho de la portadora y muchos de los operadores no cuentan con el espectro
necesario. Aunque se está abriendo nuevo espectro en la banda de 2.6 GHz en
Europa y 700 MHz en Estados Unidos y parte de Europa, esto no es suficiente
para alcanzar las demandas de LTE.
El caso de negocio será un reto para los operadores, pues los modelos
tradicionales no serán viables. Ahora se debe usar la plataforma de entrega de
servicio para probar y desplegar nuevos servicios hasta que los operadores
encuentren los servicios que los clientes estén dispuestos a utilizar.
Sin embargo, LTE tiene también algunos desafíos que alcanzar:
Voz sobre LTE: Una de las ventajas que LTE promociona es la Evolución del Core
de Paquetes (EPC), que es un auténtico core "All-IP" y por lo tanto debe llevar a
todos los tipos de tráfico: voz, video y datos. Pero, la mayoría de los trabajos de
normalización se ha centrado en los aspectos de datos de LTE y la voz se ha
descuidado un poco.31
7.2. IMPACTO SOBRE LOS CABLE OPERADORES
Debido a que LTE proporciona velocidades de transmisión mucho más altas que
las que permiten las actuales tecnologías, se predice que será utilizado
ampliamente como un acceso a internet remplazando o complementando las
conexiones de ultima milla como DSL y Cable modem, LTE se diferencia de las
tecnologías existentes principalmente en la frecuencia utilizada, tipos de acceso al
medio y anchos de banda, esto trae consigo consecuencias muy importantes para
los operadores de televisión por cable respecto a la interferencia, en estados
unidos los operadores han reportado varios casos, se espera que el numero y la
gravedad de la interferencia aumenten a medida que LTE tenga mayor despliegue,
la superposición de frecuencias entre los dos sistemas hasta ahora se considera
relativamente bajo y fácil de manejar.
Para su despliegue en Estado Unidos las bandas de frecuencias utilizadas se
encuentran en la banda de los 700Mhz a diferencia de las demás tecnologías de
31
http://wikitel.info/wiki/LTE
106
celulares anteriores estas frecuencias se superponen casi con todos los sistemas
de CATV. Las características de propagación y atenuación de la banda de los
700Mhz se diferencian de las características de bandas más altas, las señales de
menor frecuencia tienden a viajar más lejos y ser menos atenuadas que señales
con frecuencia más alta.
Teniendo en cuenta que LTE utiliza OFDM para el enlace descendente genera un
mayor pico promedio (factor de pico o cresta), una señal con mayor pico de cresta
dará mayor lugar a interferencias de entrada.
La mayoría de las investigaciones de penetración de interferencia se han realizado
en Europa, a pesar de que las bandas de frecuencia son diferentes (Europa
800Mhz, 700Mhz para Estados unidos) los estudios dan una perspectiva general.
Los estudios han dado mayor prioridad a la interferencia en las STBs, varios
estudios (Cobham, AgentsChap) han demostrado que los UEs de LTE generan
interferencia masiva en las STBs, produciendo en la forma de la imagen y los
datos con una separación UE/STB de 1 metro, otro estudio (ANGA), mostró alta
interferencia STB con una separación de 3mts y unos 15cms además de un muro
de acero reforzado y hormigón entre el UE y STB, esto implica que la señal
ascendente puede generar interferencia con estructuras y edificios vecinos.
Aunque las investigaciones se concentraron principalmente en el UE también tiene
implicaciones en caso de que el STB se encuentre a una distancia relativamente
cercana a una eNB LTE. Según los estudios no es problema de falta de blindaje ni
deficiencia en los conectores.
También se ha detectado interferencias en el sector aeronáutica, que utiliza
principalmente modulaciones AM para la comunicación entre estaciones de tierra y
aeronave, a pesar de que la interferencia hace que la comunicación sea difícil es
poco probable que presente fallos en el sistema.
107
8. CONCLUSIONES
LTE se diferencia de las demás tecnologías por su mejora en las tasas de
transferencias, latencia, velocidad de usuario, movilidad, cobertura. Con esto, la
tecnología responde al salto tecnológico que se requiere, apurando el desarrollo
de un nuevo sistema, con mayor velocidad y utilizando la mayor cantidad de
infraestructura existente, abriéndose de manera importante el camino hacia la 4G
de telecomunicaciones móviles.
En la actualidad el único operador que presta el servicio haciendo uso de la
tecnología LTE por medio de modem USB es UNE Telecomunicaciones, que fue
el tercer proveedor en implementar dicha tecnología en Latinoamérica. De acuerdo
al ministerio de las tics la asignación del espectro aun se encuentra en proceso de
licitación para operar en la banda de los 700Mhz.
Una consecuencia que nos genera la tecnología LTE es la de la interferencia con
los operadores de televisión por cable CATV, en las investigaciones realizadas en
Europa se encontró que el equipo de usuario UE, produce interferencia
principalmente con los STBs de los cable operadores a una distancia aproximada
de 3mts y 15cms produciendo alteraciones en las imágenes y los datos.
LTE tanto en la fase de estandarización como en la fase de despliegue está
siendo apoyada por: proveedores de equipos, institutos de investigación,
operadores y por presentar una gran ventaja a nivel técnico sobre otras
potenciales tecnologías como WiMAX, ya que LTE tiene como base los cimientos
de su antecesora UMTS, a diferencia de WiMAX que debe implementar su red de
forma completa requiriendo una inversión que parte de cero.
108
Una de las principales características que tiene LTE es la función Movilidad que es
fundamental para prestar servicios móviles con buena calidad y a una excelente
velocidad.
En conclusión, LTE es la evolución natural de los actuales sistemas de
telecomunicaciones móviles que demanda la sociedad de la información en su
continuo avance, tanto para los usuarios finales como para los fabricantes y
suministradores de tecnología, operadores de telecomunicaciones y empresas del
sector.
109
9. RECOMENDACIONES
Sugerimos continuar con investigaciones sobre Release 10 para LTE Advanced.
110
10. BIBLIOGRAFIA
LTE: NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MÓVILES. Ramón Agusti,
Francisco Bernardo, Fernando Casadevall, RamonFerrús, Jordi Pérez-Romero,
Oriol Sallent.
COMUNICACIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACIÓN. Hugo Campos Polo,
Universidad Santo Tomas, 2012
3GPP LTE: HACIA LA 4G MÓVIL. Narcis Cardona, Mario García Lozano, José F.
Monserrate
LONG TERM EVOLUTION, http://wikitel.info/wiki/LTE
MILLÁN, Ramon, Ingeniero de Telecomunicación, Máster en Tecnologías de la
Información Aplicadas a la Empresa, Comienza el LTE,
http://blogtelecomunicaciones.ramonmillan.com/2009/03/comienza-el-lte.html.
TELEFONICA, Artículos de la Sociedad de la Información,
http://sociedadinformacion.fundacion.telefonica.com/index.jsp
ORTEGA, Inga, ORTEGA ORTEGA Juan Paúl, Andrés Leonardo, Análisis Técnico
de los Servicios Adicionales de la Tecnología Long Term Evolution sobre sistemas
móviles de cuarta generación 2010,
http://www.dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/421
111
GONZÁLEZ, Carlos Reines, MARCO Julio Navío, Tecnología LTE: La estrella del
mobile world congress 2009, http://www.coit.es/publicaciones/bit/bit174/49-52.pdf
HUIDOBRO, José Manuel, Hacia la 4 generación de móviles,
http://www.coit.es/publicaciones/bit/bit185/38-41.pdf
SOTO SOTO, Katherine Elizabeth, 2009, LTE, Evolución a largo plazo para el
acceso inalámbrico de banda ancha móvil,
http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2009/bmfcis718l/doc/bmfcis718l.pdf