Introducción a las redes de cuarta generación

LTE y LTE Advanced

Introducción LTE

Long Term Evolution

Aumento de la demanda de datos

Tendencias clave, la propulsión de LTE Terminales inteligentes Cloud computing Servicios SaaS (Software as a Services) Aplicaciones multimedia

Convergencia de las redes, uso mejorado del espectro, diseño más simplificado y objetivos económicos más claros.

Implantación Tecnología madura en 2015

Principales avances respecto a UMTS/HSPA

Los predecesores y su combinación UMTS y CDMA2000 La evolución permite que las redes aparezcan como red única Cobertura total

Desde WCDMA a OFDM Downlink OFDM Uplink Single Carrier FDMA

Anchos de banda, MIMO y FDD&TDD Mayor flexibilidad en el despliegue, 1.25MHz-20MHZ MIMO: Space-Time Coded, Space Frequency Block Coded,

Spacial Multiplexing, beamforming Duplexado: FDD vs TDD

Principales avances respecto a UMTS/HSPA

QoS Diferentes servicios Diferentes valores QoS Diferentes portadoras para diferentes niveles de calidad de

servicio GBR, n-GBR QCI (QoS Class Identifier) = prioridad, retraso de paquete, tasa

de pérdida de paquetes aceptable.

Filosofía ALL-IP Simplificar diseño, implementación interfaz radio, red y core No completa, p.e. Servicios de voz apoyo en las predecesoras

Arquitectura general

InternetPDN-GW

HSS MME S-GW

SGi

S11

UPCPS5

S1 UPCP

X2

LTE Uu

eNode-BeNode-B

UE

S6

Menor número de nodos lógicos Favorecer coordinación y autonomía Reducir coste y latencia Tendencia a una arquitectura plana

Arquitectura general User equipment (UE) - Interfaz Uu eNode-B:

Hasta 5 tipos de terminales (R8) Enlace descendente 64 QAM Enlace ascendente 16 QAM (64 QAM opcional) Soporte MIMO

Envolved Node B (eNode-B): Elemento más complejo, incremento de la inteligencia Soporte de la arquitectura plana y SON Múltiples funciones (balanceo de carga, gestión QoS, gestión de movilidad e interferencia…)

Composición: Antenas Módulo Radio Módulo digital

Arquitectura general Interfaces

S1: S1 UP S-GW ; S1 CP MME X2: comunicación entre eNode-Bs

Aliviar sobrecarga en el core en traspasos Gestión de interferencias

MME Señalización entre la red con: eNode-B, UE Señalización NAS (Non Access Statum) con eNode-B: sin

involucrar gestión radio Diversas tareas

Autenticación Movilidad NAS Interconexión con otras redes …

Arquitectura general Interfaces

S6a HSS S5 CP PDN-GW S11 S-GW

Serving Gateway (SG) En general integrado con MME Gestión de túneles de datos entre eNode-B y PDN-GW Creación y modificación de túneles controlado por el MME (S11) Interfaces

S1 UP eNodeB S5 UP PDN-GW

Tramos de túnel en S1 y S5 independientes Protocolo GTP (GPRS Tunneling Protocol)

Arquitectura general Packet Data Network Gateway (PDN-GW)

Punto de salida a Internet Usado por operadores para comunicar VPNs Asignación de IPs a los UEs, una o varias (e.g. IPv6) Roaming Internacional (Interfaz S8 PDN-GW S-GW) En general NO integrado con MME y S-GW

Diferente evolución de tráfico de datos y señalización Home Subscriber Server (HSS)

Típicamente integrado con HLR de GSM/UMTS Base de datos de suscriptores

IMSI Puntos de acceso permitidos al usuario Información de autenticación …

Interfaz radio Dos formas de duplexado: FDD y TDD

Escasa implantación de TDD (e.g. China)

FDD Enlace descendente – OFDMA Anchos de banda de 1.25, 2.5, 5, 10, 15 y 20 MHz Separación entre sub-portadoras de 15 KHz Enlace ascendente SC-FDMA

Frecuencia

PilotosSub-portadoras

Banda de guarda

Gestión de la movilidad Dos tipos de movilidad atendiendo a la posibilidad de comunicarse

los eNode-B X2 Handover directamente entre los eNode-B

• Medidas• Handover Request, ACK• Mensaje de eNode-B origen al móvil para transpaso• Redireccionar túnel de datos de usuario del interfaz S1 • Actualizar el contexto de la conexión del usuario en el MME

S1 Handover a través del MME• No hay diferencia desde el punto de vista del UE• Request del eNode-B origen al MME• Comprobación del MME sobre el eNode-B destino

Introducción a LTE-Advanced Nuevos requerimientos para alcanzar una red verdaderamente 4G

Agregación de ancho de banda: tasa datos con valores de pico Mayor orden de sistemas MIMO: 8x8 en los eNode-B y 4x4 en

los UE MIMO cooperativo: cooperación de codificación entre

transmisores. Sólo para el enlace descendente. Uso de relays para mejorar la calidad

3 tipos atendiendo a sus capacidades Uso Redes auto-optimizadas para aliviar la sobrecarga de

gestión al introducir nuevos nodos Implantación de femto-células en hogares y oficinas para aliviar

carga de tráfico. Incrementa los escenarios de handover y complica la gestión de interferencias.

Servicios de Voz y SMS Servicio de voz

Tráfico de datos aumenta pero la voz es importante Múltiples soluciones para acercar servicios CS a LTE CS fallback

Llamadas NO son enviadas sobre la interfaz LTE Se recurre a las redes GSM/UMTS estableciendo CS

VoLGA Cuando se detecta red LTE se conectan y se registran en la red GSM/UMTS Nuevo elemento VANC: nodo externo basado en IP Tiempos de preparación de llamada bajos. Redes no modificadas

VoIP Gran éxito (ex. Skype) Handover de red sobre IP a red CS Requerimientos: (“boca-oreja”, calidad, tasas similares, cabecera, “keep

alive”, roaming…) SMS

Interfaz SG para envío entre el MSC de la CS y el MME de la red LTE

Aspectos de planificación I Una buena planificación es un aspecto fundamental

Análisis de las necesidades (cartografía, métodos de cálculo: determinísticos o empíricos)

Parametrización de estaciones (balance del enlace, estaciones y sectores)

Planificación de redes (mejor servidor por señal: sector deseado en cada punto)

Interferencia de la red (parámetros específicos)

Capacidad de la red (cartografía, parámetros de capacidad: distribución dispositivos)

Reutilización de las portadoras

Rendimiento de la célula en el borde Utilización de la interfaz X2 para intercambio de información

Self Organizing Networks (SON)

Aspectos de planificación II Self Organizing Networks (SON)

Integración de redes, cambios de operación, complejidad

SON centralizado: asociados a mecanismos de baja tasa de actualización

SON distribuido: tiempo de reacción rápido y pocas células

SON localizado: tiempos de reacción rápidos, alcance de una única célula

Distribuido Centralizado Híbrido

Perspectiva de fabricantes e impacto socio-económico

Cultura de datos Incentivar a los usuarios Más y mejores servicios

Competitividad Esfuerzo extra

Convergencia El futuro debe de converger hacia la misma tecnología

Múltiples tecnologías Las predecesoras no deben de desaparecer

Smooth Evolution El usuario no debe de percibir cambios bruscos