CAPITULO 13 SISTEMA LTE.pdf

1Comunicaciones Mviles: 13

CapCaptulo 13:tulo 13:Sistema LTESistema LTE


1. Origen de LTE. Objetivos de diseo.2. Arquitectura de red.3. Interfaz radio. Caractersticas generales.4. Canales en la interfaz radio.5. Transmisin multiantena, MBSFN.6. Procesos asociados a la transmisin: adaptacin de

tasa binaria, control de potencia, planificacin de usuarios.

7. Planificacin radio.

Sistema LTESistema LTE


1. Origen de LTE.Objetivos de diseo


Origen de LTEOrigen de LTE

Long-Term Evolution

Evolucin a largo plazo del sistema UMTS para permitir mayores tasas binarias y menor latencia (retardo).

Sin restricciones de compatibilidad hacia atrs con UMTS (a diferencia de HSDPA y HSUPA).

Generacin casi 4. El nombre LTE se refiere a la interfaz radio. El ncleo de

red se conoce como System Architecture Evolution (SAE).


Objetivos de diseObjetivos de diseoo

Tasas de pico de 100 Mb/s en DL y 50 Mb/s en UL, para un ancho de banda de 20 MHz

Capacidad 24 veces superior a la de HSPA bsico. Latencia (retardo) reducida. Flexibilidad de espectro:

Funcionamiento en diferentes bandas de frecuencia Ancho de banda flexible desde 1,4 MHz hasta 20 MHz

Arquitectura de la red: Simplificada, con el mnimo nmero de interfaces y entidades

funcionales Basada en paquetes, pero con soporte para servicios en

tiempo real y conversacionales


2. Arquitectura de red


Arquitectura de la red de acceso radioArquitectura de la red de acceso radio

La red de acceso radio LTE est formada por un solo tipo de nodos: la estacin base o e-Nodo B (e-Node B).


3. Interfaz radio:caractersticas generales


Interfaz radio: caracterInterfaz radio: caractersticas generales (I)sticas generales (I) Flexibilidad en bandas de frecuencias: 900 / 1800 / 2000 / 2600

MHz (Europa); otras. Flexibilidad en ancho de banda: 1,4 / 3 / 5 / 10 / 15 / 20 MHz. Modos TDD y FDD. Transmisin mediante OFDM en DL, y su variante DFTS-OFDM

(SC-FDMA) en UL. Separacin entre subportadoras: 15 kHz (normal) 7,5 kHz

(reducida). Prefijo cclico: ~5 s (normal) ~16,7 s (ampliado). Seales ortogonales (recursos tiempo-frecuencia disjuntos)

dentro de la clula o sector. Modulaciones QPSK, 16QAM y 64QAM. Adaptacin de la tasa binaria en funcin del estado del canal de

propagacin (AMC). Codificacin de canal mediante cdigo turbo o convolucional.


Retransmisiones (HARQ) con combinacin mediante redundancia incremental (IR).

Transmisin mediante canal compartido, controlada por un planificador (scheduler).

Planificacin de usuarios (scheduling) en funcin del estado del canal de propagacin, en tiempo y en frecuencia.

Soporte para MIMO (obligatorio para los terminales tener 2 antenas de recepcin)

Posibilidad de coordinacin de interferencia entre clulas (inter-cell interference coordination, ICIC)

Control de potencia en sentido ascendente. Pueden utilizarse servicios de difusin mediante SFN (Multimedia

Broadcast SFN) No hay macrodiversidad ascendente. En cada momento hay una

sola clula servidora. No hay macrodiversidad descendente, salvo en MBSFN.

Interfaz radio: caracterInterfaz radio: caractersticas generales (II)sticas generales (II)


Bandas de frecuenciasBandas de frecuencias Modo FDD: bandas emparejadas

(GSM 900 y E-GSM 900) (Europa)UL: 880915 MHz; DL: 925960 MHz

(GSM 1800) (Europa)UL: 17101785 MHz; DL: 18051880 MHz

(UMTS FDD) (Europa)UL: 19201980 MHz; DL: 21102170 MHz

(Europa)UL: 25002570 MHz; DL: 26202690 MHz

(otros continentes) Modo TDD: bandas no emparejadas

(UMTS TDD) (Europa)19001920 MHz

(UMTS TDD) (Europa)20102025 MHz

(Europa)25702620 MHz

(otros continentes)


4. Canales en la interfaz radio


Canal lgico: definen el tipo de informacin enviadaDe control / de trfico

Canal de transporte: definen el formato de envoComunes o compartidos (no hay dedicados)

Canal fsicos: conjuntos de recursos tiempo-frecuencia.Comunes / dedicadosAsociados a canales de transporte / no.

Un canal lgico se puede usar para enviar informacin de control o de trfico de las capas superiores (SAE bearers).

Canales lCanales lgicos, de transporte y fgicos, de transporte y fsicossicos


Canales lCanales lgicosgicos

De control BCCH (Broadcast Control Channel, DL): informacin

general de configuracin de la red PCCH (Paging Control Channel, DL): aviso a mviles CCCH (Common Control Channel, DL y UL): otros tipos de

sealizacin comn cuando no hay conexin activa DCCH (Dedicated Control Channel, DL y UL): sealizacin

dedicada MCCH (Multicast Control Channel, DL): sealizacin

asociada al MTCH. De trfico

DTCH (Dedicated Traffic Channel, DL y UL): informacin dedicada

MTCH (Multicast Traffic Channel, DL): informacin punto-multipunto


Canales de transporteCanales de transporte

Comunes o compartidos BCH (Broadcast Channel, DL): sustenta el BCCH PCH (Paging Channel, DL): sustenta el PCCH RACH (Random Access Channel, UL): acceso aleatorio DL-SCH (Downlink Shared Channel, DL): canal principal

descendente, compartido entre los usuarios UL-SCH (Downlink Shared Channel, UL): canal principal

ascendente, compartido entre los usuarios MCH (Multicast Channel, DL): sustenta el MTCH y el MCCH.


Canales fCanales fsicossicos

Asociados a canales de transporte PDSCH (Physical Downlink Shared Channel, DL): sustenta el

DL-SCH y el PCH PBCH (Physical Broadcast Channel, DL): sustenta el BCH PMCH (Physical Random Access Channel, DL): sustenta el MCH PUSCH (Physical Uplink Shared Channel, UL): sustenta el UL-SCH PRACH (Physical Random Access Channel, UL) : sustenta el RACH

No asociados a canales de transporte PDCCH (Physical Downlink Control Channel, DL): decisiones de

planificacin de usuarios en DL y UL, e informacin relacionada PHICH (Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel, DL): contiene los

ACK/NACK de HARQ en sentido descendente. PCFICH (Physical Control Format Indicator Channel, DL):

informacin de sealizacin necesaria para decodificar el PDCCH PUCCH (Physical Uplink Control Channel, UL): contiene los

ACK/NACK de HARQ ascendentes, informes de estado del canal radio y peticin de recursos ascendentes.


CorrespondenciasCorrespondencias

DL

UL


Estructura general de la transmisiEstructura general de la transmisin (DL y UL)n (DL y UL)

Recurso elemental (RE, resource element): 1 subportadora 1 periodo de smbolo

Bloque de recursos (RB, resource block): 12 subportadoras: 180 kHz Nmero total de RB: 6110, segn el ancho de banda


Estructura general de la transmisiEstructura general de la transmisin (DL y UL)n (DL y UL)

Prefijo cclico: dos posibles: normal ~5 s ampliado ~16,7 s.El ampliado se utiliza sobre todo en MBSFN.

Trama: 10 ms: 10 intervalos Subtrama: 1 ms: 2 intervalos Intervalo: 0,5 ms: 7 smbolos OFDM, 6 si se utiliza prefijo cclico

ampliado


Funcionamiento de los canales fFuncionamiento de los canales fsicossicos

Un canal fsico es un conjunto de recursos elementales tiempo-frecuencia.

Un canal fsico puede multiplexar varios canales de transporte (iguales o diferentes entre s).

El canal fsico tiene una tasa binaria variable dinmicamente. Para acomodar esas variaciones de tasa, el canal fsico puede

ocupar un nmero variable de recursos tiempo-frecuencia. Se utilizan tcnicas de adaptacin de tasa binaria (rate

matching), que modifican la tasa de codificacin de canal para acomodarla al canal fsico.


SeSeales de referencia en DLales de referencia en DL

Seales de referencia especficas de la clula: Se utilizan para estimacin de canal excepto en ciertos tipos

de transmisin. Abarcan todo el ancho de banda de la clula.

Seales de referencia especficas para un mvil: Se utilizan para ciertos tipos de transmisin, en los que se

aplica conformacin de haz sin indicar al mvil los parmetros de la conformacin.

Abarcan slo los RB en los que se transmite al mvil. Seales de referencia para MBSFN.


SeSeales de referencia de cales de referencia de clula en DLlula en DL

Se utilizan los smbolos 1 y antepenltimo (4 5) de cada intervalo. Separacin en frecuencia de 6 subportadoras. Las seales de los smbolos 1 y 4/5 van escalonadas en frecuencia. Se pueden enviar los smbolos de referencia con ms potencia, para mayor

fiabilidad. En ese caso se desplazan en frecuencia los de clulas vecinas. Los valores de los smbolos de referencia forman una secuencia que se

repite en cada trama. La secuencia es diferente para cada clula. Hay 504.

Sin multiplexacin espacial (1 puerto de antena)


Con multiplexacin espacial mediante 2 flujos (puertos de antena)

SeSeales de referencia de cales de referencia de clula en DLlula en DL

En cada antena se dejan libres los smbolos de referencia utilizados por otras antenas, para facilitar la estimacin.


Con multiplexacin espacial mediante 4 flujos (puertos de antena)SeSeales de referencia de cales de referencia de clula en DLlula en DL

En los puertos tercero y cuarto hay la mitad de smbolos. Ser utilizable con baja movilidad.


SeSeales de referencia para ales de referencia para demodulacidemodulacinn en ULen UL

Se denominan demodulation reference signals (DRS). Ser utilizan como referencia para la demodulacin. Se transmiten en PUSCH y PUCCH. Cubren el ancho de banda de la transmisin. Ocupan todas las subportadoras (para mantener PAPR baja). Se

transmiten en el intervalo 4, 3 si se usa prefijo cclico ampliado.


SeSeales de referencia para sondeo en ULales de referencia para sondeo en UL

Se denominan sounding reference signals (SRS). Ser utilizan para que la base pueda hacer una estimacin del

estado de canal (necesaria para planificacin y adaptacin de tasa). Se envan con un periodo entre 2 y 160 ms. Ocupan el ltimo smbolo

de la subtrama Pueden cubrir un ancho de banda mayor que el de la transmisin

normal; idealmente todo el disponible en la estacin base. Hay dos modalidades:

De banda ancha: ocupan cada vez toda la banda de inters. De banda estrecha, con saltos de frecuencia: seal ms estrecha que

por medio de saltos cubre la banda de inters.


SeSeales de referencia para sondeo en ULales de referencia para sondeo en UL


5. Transmisin multiantena, MBSFN


TransmisiTransmisin n multiantenamultiantena en DLen DL Diversidad de transmisin en bucle abierto:

Con 2 puertos de antena: SFBC (Space-Frequency Block Coding) Con 4 puertos de antena: SFBC/FSTD (Frequency-Shift Transmit

Diversity) Conformacin de haz (beamforming) arbitraria, usando seales de

referencia especficas para cada mvil. Multiplexacin espacial en bucle abierto:

Cyclic-Delay Diversity: aplica matrices de pre-codificacin que introducen diversificacin en frecuencia, sin realimentacin del mvil (sse realimentan otras informaciones del canal)

Diversidad de transmisin en bucle cerrado, basada en conjuntos predefinidos de vectores de pre-codificacin y realimentacin:

Conformacin de haz (codebook-based beamforming). Multiplexacin espacial en bucle cerrado, basada en conjuntos

predefinidos de matrices de pre-codificacin y realimentacin. Con 2 puertos de antena y 2 flujos. Con 4 puertos de antena y 2, 3 4 flujos.


Diversidad de transmisiDiversidad de transmisin en DL: SFBCn en DL: SFBC

2 puertos de antena Se utiliza pre-codificacin de Alamouti en frecuencia


Diversidad de transmisiDiversidad de transmisin en DL: SFBC/FSTDn en DL: SFBC/FSTD

4 puertos de antena Se utiliza pre-codificacin de Alamouti en frecuencia en pares de

antenas (SFBC), y diversificacin de antenas por pares (FSTD)


MultiplexaciMultiplexacinn espacial/diversidad de transmisiespacial/diversidad de transmisin n en bucle cerrado en DLen bucle cerrado en DL

Existe un conjunto predefinido de vectores (para diversidad de transmisin: un flujo) o matrices (para multiplexacin espacial: varios flujos) de precodificacin: codebook.

El mvil debe indicar a la base (realimentacin) el vector o matriz ms apropiado.

En general, el vector o matriz ms apropiado vara con la frecuencia, por lo que la realimentacin debe ser dependiente de la frecuencia.

El nmero de vectores o matrices es reducido (compromiso) Ejemplo: para 2 puertos de antena:


MBSFNMBSFN

MBSFN (Multicast/Broadcast over Single Frequency Network) es un modo de transmisin en DL que consiste en enviar la misma informacin desde varias bases.

Se utiliza el concepto SFN mediante OFDM. El mvil ve la seal agregada como una seal nica que ha

atravesado un canal multitrayecto con gran dispersin temporal. Las bases participantes forman el rea de MBSFN. Se utilizan el canal de transporte MCH y el canal fsico PMCH. No se utilizan diversidad de transmisin ni multiplexacin espacial. Las subtramas del PMCH tienen una estructura especial:

Parte unicast: equivale a la zona de sealizacin de las tramas no MBSFN. Ocupa 2 smbolos como mximo. Puede usar prefijo cclico normal o ampliado.

Parte MBSFN: usa siempre prefijo cclico ampliado.


SeSeales de referencia MBSFNales de referencia MBSFN

La posicin de los smbolos de referencia es la misma para todas las bases del rea de MBSFN. De esa forma la estimacin refleja correctamente el canal de propagacin equivalente.

Debido a la gran dispersin temporal del canal equivalente, se requiere mayor densidad en frecuencia de seales de referencia.


6. Procesos asociados a la transmisin:adaptacin de tasa binaria, control de potencia,planificacin de usuarios.


AdaptaciAdaptacin de tasa binarian de tasa binaria Existen 29 formatos de modulacin y codificacin (MCS). Cada uno

determina un valor de eficiencia espectral (bit/s/Hz) bruta, es decir, sin descontar retransmisiones.

Cada uno de ellos puede utilizarse con un nmero variable de RB, en funcin de la planificacin hecha por la base.

Restricciones generales: El MCS debe ser el mismo en todos los RB asignados El nmero de flujos espaciales debe ser el mismo en todos los RB

Restricciones en UL: Deben asignarse a un usuario RB contiguos en frecuencia No se utiliza multiplexacin espacial (s en LTE-A).

Se realimentan tres tipos de informacin sobre el estado del canal: CQI (Channel Quality Indicator): puede ser wideband o frequency-

selective. RI (Rank Indicator): siempre es wideband. PMI (Pre-coding Matrix Indicator): puede ser wideband o frequency-

selective.


Control de potenciaControl de potencia

Respecto a sistemas anteriores, se introduce la posibilidad de compensacin parcial de la prdida de propagacin: compromiso entre control de potencia y adaptacin de tasa binaria.


PlanificaciPlanificacin (n (schedulingscheduling)) La planificacin tiene una resolucin en frecuencia de un RB (180 kHz,

normalmente), y en tiempo de una subtrama (1 ms). El nmero de RB existentes en la base vara entre 6 y 110, segn el

ancho de banda total disponible en la base. La informacin de planificacin (asignacin de RB a usuarios) para DL y

UL se enva en canales PDCCH, uno para cada usuario planificado simultneamente.

Hay diferentes formatos para los mensajes del PDCCH: compromiso flexibilidad de asignacin - carga de sealizacin.

Restricciones en UL: Deben asignarse a cada usuario RB contiguos en frecuencia No se utiliza multiplexacin espacial (s en LTE-A) El MCS no puede cambiar entre retransmisiones

La planificacin puede hacerse dependiente del canal: se aprovechan mximos del canal en tiempo y frecuencia, pero requiere realimentaciny seales de sondeo en sentido ascendente.

A veces la planificacin no es dependiente del canal (p. ej. alta movilidad). Se asignan RB separados en frecuencia para tener diversificacin.


PlanificaciPlanificacin dependiente del canaln dependiente del canal

Efecto de la restriccin de subportadoras contiguas en UL


7. Planificacin radio


Planteamiento de la planificaciPlanteamiento de la planificacin radion radio

Proceso complicado, debido a la complejidad de la tecnologa LTE No existen modelos tericos: debe recurrirse a simulacin La simulacin es ms compleja que en sistemas UMTS, debido a la

planificacin dependiente del canal, que obliga a simular de forma explcita en el nivel de sistema las variaciones del canal multitrayecto (en tiempo y en frecuencia)

Debe recurrirse a herramientas de simulacin especficas.


ReutilizaciReutilizacin de frecuenciasn de frecuencias

Hard Fractional Soft

Se introducen mtodos nuevos de reutilizacin de frecuencias: Estticos: hard / fractional / soft / Dinmicos: coordinacin de interferencias entre clulas (inter-cell

interference coordination, ICIC)

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