LTE (Long Term Evolution)

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1 Maestría en Redes de Comunicaciones - PUCE LTE (Long Term Evolution) Sistemas de Telecomunicaciones Integrantes: Carlos Aguilar Catalina Cobos Juan Morales Avila Jose Angel Ordóñez

2 Sistemas de Telecomunicaciones LTE (Long Term Evolution) 1. OBJETIVO GENERAL Investigar y analizar la tecnología LTE (Long Term Evolution) para obtener una visión global de su funcionamiento, sus ventajas y desventajas. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Analizar las tecnologías predecesoras de LTE. Describir las características, arquitectura y técnicas de acceso utilizadas por LTE. Conocer las aplicaciones y servicios que ofrece LTE. Conocer la situación actual de LTE con respecto a las operadoras de telefonía móvil. 3. INTRODUCCIÓN Durante los últimos 20 años aproximadamente, las comunicaciones móviles han evolucionado significativamente partiendo desde el sistema global para comunicaciones móviles (GSM) hasta la tecnología (LTE) long term evolution en la actualidad. La evolución de los medios cableados que ofrecen grandes tasas de transferencia de datos, los requerimientos de mayor capacidad en redes inalámbricas, la necesidad de reducir costos, han sido motivos para que el Proyecto Asociación de Tercera Generación 3GPP por sus siglas en inglés, iniciara en el año 2004 con la definición de objetivos de la tecnología LTE, para luego en 2006 estandarizarla y en 2009 comenzar su despliegue. De manera general con LTE se pretende proporcionar una tecnología de acceso por radio de alto rendimiento, que ofrezca movilidad a grandes velocidades y que pueda coexistir con tecnologías anteriores. Además sus principales objetivos están enfocados en mejorar el rendimiento de la red para los usuarios, reducir latencia y utilizar de mejor manera el espectro, lo que puede ser aprovechado por las operadoras para mejorar sus servicios. Según la GSA o asociación global de proveedores de operadores móviles en su reporte de agosto del 2013, indica que existen 202 redes LTE lanzadas comercialmente en 77 países, así como un total 1064 dispositivos de usuario final capaces de operar con esta tecnología. En la siguiente gráfica se puede ver el crecimiento en cuanto a la existencia de dispositivos LTE: 1

3 Fig.1 Crecimiento LTE Así mismo GSA señala que en el último año se han anunciado 647 dispositivos LTE nuevos, siendo los Smartphone los dispositivos con mayor oferta: Fig.2 Distribución de terminales LTE 2

4 4. HISTORIA y EVOLUCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS MÓVILES La necesidad de comunicarse ha impulsado al desarrollo de varias tecnologías a lo largo del tiempo, cada una con sus ventajas y desventajas, en la siguiente tabla se puede apreciar las distintas generaciones que han marcado la historia de las comunicaciones móviles: GENERACIÖN HITOS IMPORTANTES 1G Conocida como primera generación de telefonía móvil. Se desarrolla en los años 80. Los teléfonos utilizaban tecnología analógica. Estándares utilizados: NMT (Nordic Mobile Telephone) en Europa AMPS (Advanced Mobile Phone System) en Estados Unidos TACS (Total Access Communications System) en Reino Unido Otros: C-450, Radiocom 2000, RTMI, TZ-801, TZ-802, TZ- 803 Brindaba velocidades entre 28kbps y 56kbps 2G Segunda generación de telefonía móvil. Introducido en la década de los 90. En esta generación ya se utilizó tecnología digital. Integra nuevos servicios como: envío de mensajes de texto SMS, encriptación de mensajes Tecnologías utilizadas: GSM (Global System for Mobile Communications) TDMA (Time Division Multiple Access) CDMA one (Code Division Multiple Access) D-AMPS (Digital Advance Mobile Phone System PHS (Personal Handyphon System) Se habla de telefonía 2.5G o 2.75G, esto simplemente es utilizado para denominar a algunos teléfonos móviles 2G que incorporan algunas mejoras del estándar 3G como GPRS y EDGE en redes 2G. 3

5 3G Tercera generación, transmisión de voz y datos a través de la telefonía movil. Desplegado a partir del año 2000 aproximadamente. Agrega la posibilidad de realizar videollamadas, descarga de programas, correo electrónico y mensajería instantánea. Tecnologías utilizadas: EDGE (Enhanced data rates for GSM Evolution) UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) CDMA2000 ( Code Division Multiple Access) HSPA (High Speed Packet Access) Ofrece mayor seguridad en comparación con sus predecesoras. Soporta el protocolo IP y velocidades de transmisión de 2Mbps aproximadamente. Su cobertura es limita, lo que puede ocasionar disminución en la velocidad de transmisión. Ampliamente utilizado en TV móvil, video conferencia, telemedicina y GPS. 4G Cuarta generación de telefonía móvil. Su desarrollo inicia en el año Completamente basada en el protocolo IP. Sus servicios están enfocados en acceso móvil a la web, telefonía IP, juegos, TV móvil en HD, video conferencia, televisión 3D y cloud computing. Tecnologías utilizadas: HSPA+ (Envolved High Speed Packet Access) HSPA Evolucionado LTE (Long Term Evolution) WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Provee velocidades mayores a 100Mbps en movimiento y 1Gbps en reposo. 5G Quinta generación, no definida y no oficial. 5G es utilizada en algunos proyectos de investigación orientados a mejorar la actual 4G. Se prevé que las tecnologías 5G remplazaran a 4G en el año

6 A medida que las comunicaciones móviles han ido evolucionando de generación en generación se han desarrollado varias tecnologías que en su momento sirvieron para brindar conectividad móvil y ofrecer varios servicios de acuerdo a las capacidades y limitaciones de cada tecnología; estas tecnologías están enmarcadas dentro de lo que se conoce como tecnologías de la familia 3GPP. 3GPP (3rd Generation Partnership Project) que es un acuerdo de colaboración entre varios organismos de estandarización, tiene como objetivo regular el desarrollo de especificaciones técnicas para las comunicaciones móviles, en este sentido se han desarrollado varias tecnologías que tuvieron lugar en cada una de las generaciones de telefonía móvil antes mencionadas. En la siguiente figura se puede observar la evolución cronológica de las tecnologías de telefonía móvil: Fig.3 Evolución de las tecnologías móviles 4.1. GSM (Global System for Mobile Communications) Es una tecnología que por sus características es ampliamente utilizada por las operadoras y sus clientes. Algunas de las características de GSM: Calidad de voz, lo que significa una alternativa viable a la telefonía fija. Roaming internacional, disponible en más de 219 países, permitiendo a los usuarios viajar fuera de su país con sus dispositivos GSM conservando su número telefónico. Flexibilidad espectral, con la infraestructura de red y los dispositivos de usuario disponibles en varias bandas, incrementa la capacidad de cobertura para los usuarios. Soporte para datos, incluye SMS y navegación WEB. Variedad de productos, su popularidad a nivel mundial hace que sea un negocio atractivo para fabricantes de dispositivos y desarrolladores de aplicaciones. Como resultado los usuarios pueden disfrutar de una variedad de productos, ya sean dispositivos o servicios de voz y datos. 5

7 De manera general GSM es la base para el desarrollo de tecnologías 3G como GPRS, EDGE, UMTS y HSPA, así como de tecnologías 4G como HSPA+, LTE y LTE-Advanced, en el proceso de migración hacia cada tecnología se aprovecha la infraestructura desarrollada en GSM guardando sus características, permitiendo compatibilidad de tal manera que dispositivos de nuevas tecnologías puedan soportar servicios de tecnologías anteriores GPRS (General Packet Radio Service) Es una tecnología orientada a paquetes de datos, que permite a las operadoras brindar servicios de datos como correo electrónico y acceso a Internet, es comúnmente conocida como 2.5G ya que significa el primer paso de un operador GSM para migrar a 3G. Algunas características de GPRS: Aunque es una tecnología orientada a datos, ayuda a mejorar la transmisión de voz. Mediante el uso de codificadores de voz se puede convertir la voz en señales digitales, permitiendo además el manejo de llamadas simultáneas; lo que da como resultado que las operadoras puedan enviar tráfico de voz sin la necesidad de utilizar bandas adicionales. Soporta velocidades máximas de descarga de hasta 115kbps, con velocidades promedio de 40Kbps a 50kbps, siendo lo suficientemente rápido para el servicio de mensajería multimedia y navegación web (similar a una conexión mediante acceso telefónico por modem). Al igual que GSM soporta roaming internacional. Se basa en el protocolo IP, lo que posibilita acceso inalámbrico a otras redes basadas en IP. De igual forma que GSM, GPRS sirve como base para la migración hacia 3G EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) Es una tecnología de tercera generación que permite altas velocidades de transmisión de datos. Algunas características: Soporta velocidades máximas de descarga de hasta 474kbps, con velocidades promedio de 70Kbps a 130kbps. La adopción de EDGE generalmente requiere software y tarjetas adicionales a la infraestructura GSM/GPRS existente. No requiere que la operadoras adquieran nuevas bandas para operar, lo que permite desplegar servicios 3G rápidamente a bajos costos. La mayoría de operadoras HSPA también ofrecen EDGE, sobre todo en zonas rurales que aún no es factible o rentable llegar con HSPA, permitiendo a los 6

8 usuarios mantener el beneficio de acceso a datos. A medida que EDGE ha ido evolucionando, en cada versión se ha procurado reducir la latencia que inicialmente eran de 500ms a 600ms hasta los 300ms. Dentro de esta tecnología también se habla de EDGE Evolution, también llamada Envolved EDGE o simplemente EDGE II, que es una versión actualizada de EDGE que aplica muchas de las técnicas utilizadas en HSPA para reducir la latencia e incrementar la velocidad de EDGE. Algunas características de EDGE evolution: Incremento dramático de velocidad de transferencia con respecto a EDGE, se estima un 200 a 300 por ciento. Eficiente uso del espectro, 50 % más que EDGE. Reduce latencias, permitiendo mejor la calidad de servicio en las comunicaciones UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Conocida también como WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), es una tecnología de tercera generación que proporciona voz y datos de alta velocidad y es parte de la ITU (International Telecommunication Union's). Algunas características: Utiliza CDMA de banda ancha, por tal motivo se utiliza los términos UMTS y WCDMA indistintamente. Está basada en el protocolo IP y alcanza velocidades máximas de 350kbps. Con la integración de HSPA para los servicios de paquetes de datos de alta velocidad, UMTS-HSPA se ha convertido en la red de banda ancha móvil dominante. Ofrece alta eficiencia espectral para voz y datos, y transmisión simultánea de voz y datos. Soporte de altas densidades de usuarios con costos bajos de infraestructura. Soporte para aplicaciones que requieren gran ancho de banda. UMTS opera en una variedad de bandas, ofreciendo flexibilidad para el uso de las bandas 450, 700, 850, 900, 1700, 1800, 1900, 2100 y 2600Mhz. Las operadoras UMTS pueden usar una red común que soporte redes de múltiple acceso por radio, incluyendo GSM, EDGE, WCDMA, HSPA. Esta red se denomina UMTS multi-radio la misma que ofrece flexibilidad para la prestación de diferentes servicios aprovechando la cobertura total. En teoría la máxima velocidad de transferencia es de 2Mbps. 7

9 Fig.4 Arquitectura Común Tecnologías Móviles 4.5. HSPA (High Speed Packet Access) Es la tecnología de banda ancha móvil más utilizada, que combina tecnologías posteriores y complementarias a 3G tales como 3.5G o HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) y 3.5G plus o HSUPA (High Speed Uplink Packet Access). Algunas características: HSDPA Es una actualización de UMTS/WCDMA y se ha convertido en el estándar de comunicaciones móviles líder a nivel mundial. Aumenta las velocidades de descarga 3,5 veces que UMTS. Ampliamente utilizado para transferencia de archivos de gran tamaño, streaming y navegación web a altas velocidades. Ofrece latencias entre 70ms y 100ms, lo que lo hace ideal para aplicaciones de tiempo real como juegos interactivos, aplicaciones empresariales sensibles al retardo, conexiones VPN. Mejora significativamente el rendimiento de UMTS, a través de técnicas como HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) Por lo general sólo requiere software y tarjetas adicionales, en lugar de necesitar remplazar la infraestructura ya adquirida para UMTS. 8

10 HSUPA Es una actualización de UMTS-/HSDPA que utiliza E-DCH (Enhanced Dedicated Channel) o canal dedicado mejorado, para incluir mejoras. Las mejoras incluyen mayor rendimiento, menor latencia y eficiencia espectral. Mejora la velocidad de HSDPA de 384Kbps a una velocidad máxima de 5,8Mbps HSPA es compatible con UMTS, EDGE y GPRS, lo que beneficia a usuarios que viajan a zonas donde no es factible o rentable llegar con HSPA. Además beneficia a las operadoras y desarrolladores de aplicaciones, ya que las aplicaciones diseñadas para UMTS también funcionan en la red HSPA HSPA+ (High Speed Packet Access Plus) También conocida como HSPA Evolution, utiliza algunas técnicas empleadas en LTE (Long Term Evolution), algunas características: Es una actualización de HSPA, incrementa su capacidad reduciendo la latencia a 50ms. Podría igualar e incluso superar las capacidades de rendimiento de WiMAX móvil. Combina MIMO (Multiple Input Multiple Output) y modulación 64QAM, para ofrecer velocidades desde 28Mbps hasta 42Mbps. Soporte para movilidad total, ofreciendo roaming internacional para voz y datos. En la siguiente gráfica se puede apreciar la adopción de las diferentes tecnologías a lo largo del tiempo: Fig.5 Adopción tecnologías móviles 9

11 En la siguiente gráfica se resume la velocidad ofrecida por las distintas tecnologías, así como las frecuencias utilizadas: Fig.6 Características de las tecnologías móviles 10

12 En la siguiente gráfica se puede apreciar la latencia introducida por cada tecnología, a medida que evoluciona la tecnología se logra reducir los tiempos de latencia. Fig.7 Latencia en las tecnologías móviles 11

13 5. LTE (LONG TERM EVOLUTION) SISTEMAS MÓVILES DE CUARTA GENERACIÓN La convergencia de redes y servicios, ha promovido que los usuarios puedan acceder a varios servicios a través de una misma red. Es así que hoy en día, a través de un terminal móvil, se puede acceder a servicios, tales como: llamadas de voz, servicios de correo, servicios multimedia, navegación web, GPS, video conferencias, acceso a redes sociales y entre otras; esto ha desembocado en la imperiosa necesidad de tener sistemas más robustos, con mayores velocidades de trasmisión y con calidad de servicios. La tercera generación de telefonía móvil, ha permitido estándares con velocidades de hasta 42 Mbps para el enlace de bajada y 11 Mbps para el enlace de subida (Release 5, 6 y 7 de la 3GPP - 3rd Generation Partnership Project), satisfaciendo de alguna manera la eficiencia en la trasmisión de paquetes de datos. Sin embargo, el ámbito tecnológico, exige mejoras a la prestación de servicios, es así que la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU), ha establecido los requisitos necesarios para la cuarta generación de telefonía móvil, entre los más representativos están: redes basadas totalmente en conmutación de paquetes y transporte IP, tasas de trasmisión de 100Mbps para usuarios en movimiento y de 1Gbps para usuarios fijos, anchos de banda escalables entre 5 y 20 MHz con opción de hasta 40 MHz y una mayor cantidad de usuarios por celdas. El camino evolutivo, desde la tercera generación (3G) de telefonía móvil a la cuarta generación (4G), ha traído a la luz, la tecnología LTE (Long Term Evolution), como un nuevo estándar para la telefonía celulares, emitido por la 3GPP como parte del release 8. Si bien es cierto, éste estándar no cumple con los requerimientos para la cuarta generación de telefonía móvil, presenta una mejora muy notable, respecto a los estándares celulares de 3G (UMTS) y 3.5G (HSDPA y HSUPA). LTE, junto con HSPA+, son consideradas tecnologías de la generación 3.9G, próximas a la 4G. LTE permite tasas de transmisión pico en bajada, entre 100 y 300 Mbps; y velocidades de subida de 75 Mbps. Cabe señalar, que LTE, vendría a constituirse en el primer sistema All IP, que permita ofrecer servicios de voz, basado completamente en conmutación de paquetes. Una de las características importantes de LTE, es permitir la coexistencia e interoperabilidad con las generaciones móviles predecesoras, garantizando de esta manera la escalabilidad tecnológica. 6. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS LTE El Proyecto Asociación de Tercera Generación o más conocido por el acrónimo inglés 3GPP, es una asociaciones de grupos de telecomunicaciones, cuyo objetivo principal, fue asentar las especificaciones para un sistema global de comunicaciones de segunda generación 2G para móviles, basándose en las especificaciones del proyecto internacional de telecomunicaciones móviles 2000 propuesto por la ITU. Posteriormente, este objetivo se amplió para cumplir con los requerimientos de la tercera y cuarta generación de telefonía móvil. La 3GPP, según la evolución de las tecnologías, ha 12

14 estructurado sus estándares como releases o versiones. LTE, es un estándar del release 8 de la 3GPP, cuyas características funcionales le han dado la connotación de tecnología casi 4G. Dentro de las características más representativas de esta tecnología están: 6.1. Modos de operación El interface de radio LTE, ha sido diseñado para operar tanto con bandas pareadas (FDD) como con no pareadas (TDD). En el modo de operación FDD, el transmisor y el receptor operan con diferentes frecuencias de portadora, para el enlace ascendente y descendente, lo suficientemente separadas para que no interfieran. En cambio, en el modo de operación TDD, la transmisión de enlace ascendente y descendente ocurren en diferentes intervalos de tiempo que no se solapan entre sí, para este caso el enlace ascendente y descendente, utilizan las mismas frecuencias de portadora. Estos modo de operación, permiten una flexibilización en el uso del espectro, haciendo que su gestión sea más eficiente. El estándar define hasta 40 posibles bandas de operación trabajando bien en modo FDD o en TDD Modos de Acceso La tecnología LTE emplea un tipo de acceso denominado OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), donde en lugar de enviar la información en una sola portadora, esta se transmite en múltiples portadoras. El proceso que realiza OFDM, es pasar un bloque del flujo de la información de un formato serial a uno paralelo, después cada elemento es modulado en una portadora ortogonal, lo cual permite que no se presente interferencia entre ellas, estas portadoras ortogonales son conocidas como Sub-Portadoras. Estas técnicas, empleadas en LTE, ayudan a minimizar el efecto de las múltiples trayectorias en el momento de la recepción, de esta forma se tiene mayor confiabilidad en el sistema de comunicación. LTE utiliza la técnica de acceso OFDM para el enlace descendente, lo cual le da a la transmisión robustez frente a interferencia y SC-FDMA para la trasmisión del enlace de ascendente, con lo que incrementar la eficiencia en la amplificación de potencia para la trasmisión. Fig.8 Modo de Acceso OFDM 13

15 6.3. Ancho de banda El sistema LTE se caracteriza por ofrecer un ancho de banda flexible, que permite alcanzar altas velocidades de transmisión. En este sentido, los posibles anchos de banda contemplados para LTE son: 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz y 20 MHz, siendo ésta última la considerada para alcanzar velocidades de transmisión en el orden de 100 Mbps para el enlace descendente. En LTE, la mínima estructura de modulación o el elemento base se llama Resource Element RE que es formado por un símbolo (conjunto de bits) y una sub-portadora, estos a su vez se agrupan en un bloque de 6 o 7 símbolos por 12 Sub-portadoras para formar un Resource Block RB, el cual se constituye en el mínimo elemento de información que puede ser asignado por el nodo a un terminal móvil. Cada RB Resource Block, tiene un ancho de banda definido y la agrupación de RB proporcionan un ancho de banda total para esta tecnología. Un RE es una subportadora de 15 khz por cada símbolo, por lo tanto el ancho de banda de una RB es 15KHz por 12 subportadoras, lo que da un ancho de banda total de 180KHz para cada RB. Fig.9 Mínima estructura LTE En LTE, los anchos de banda nominales están relacionados con el número de RB (Resource Block) y el número de portadoras Esquemas de modulación Fig.10 Anchos de banda LTE Una forma directa para ofrecer altas velocidades de transmisión de datos dentro de un determinado ancho de banda, es el uso de modulaciones más robustas y de orden superior. Los posibles esquemas de modulación para LTE son: QPSK, 16QAM y 64QAM para el enlace descendente (DL); y para el enlace ascendente (UL), QPSK y 16 QAM. Opcionalmente se contempla la posibilidad de incluir 64 QAM en el enlace ascendente en función de las capacidades de los terminales móviles. 14

16 6.5. Tecnologías MINO Las técnicas multi-antena es fundamental para la tecnología LTE, esto se refiere en general, a las estructuras de transmisión y/o recepción que utilizan diversas antenas de los terminales móviles, acompañadas de técnicas de procesado de señal con distintos niveles de complejidad. Para el caso de LTE, las técnicas utilizadas son: Para el enlace descendente: Tx diversity, Rx diversity y Single-User MIMO (up to 4x4) Para el enlace ascendente: Multi-User MIMO 6.6. Tasa de trasmisión Pico Fig.11 Tecnologías de acceso MIMO El ancho de banda del canal, está directamente relacionada con la velocidad de transmisión alcanzable, de manera que para alcanzar mayores velocidades de transmisión se requiere aumentar el ancho de banda. En el caso de LTE, se pueden alcanzar velocidades de transmisión en el orden de 100 a 300 Mbits/s en el enlace descendente, si se considera un ancho de banda de 20 MHz y el uso de antenas MIMO 4x4. Para el enlace ascendente, considerando modulación 64QAM, se pueden alcanzar velocidades teóricas de hasta 86 Mbps en el UL. Básicamente se tienen los siguientes valores para las tasas de trasmisión: Downlink: 150 Mbps (2x2 MIMO, 20 MHz, 64QAM); 300 Mbps (4x4 MIMO, 20 MHz, 64QAM) Upliknk: MHz BW, 64QAM 15

17 6.7. Tipos de servicio LTE, es una red de conmutación de paquetes, que funciona bajo el concepto de All IP, por lo cual, es posible trasmitir todo tipo de tráfico por medio de esta red. Tiene compatibilidad con los servicios de voz y datos. Sin embargo, la voz debe ser trasmitida mediante protocolo SIP (VoIP) Bandas de Frecuencia A continuación se presenta un resumen de las bandas de frecuencia definidas para el despliegue de LTE. Banda para enlace Banda para enlace Tipo de Banda ascendente (Uplink) descendente (Downlink) Duplexado MHz 1980MHz 2110MHz 2170MHz FDD MHz 1910MHz 1930MHz 1990MHz FDD MHz 1785MHz 1805MHz 1880MHz FDD MHz 1755MHz 2110MHz 2155MHz FDD 5 824MHz 849MHz 869MHz 894MHz FDD 6 830MHz 840MHz 875MHz 885MHz FDD MHz 2570MHz 2620MHz 2690MHz FDD 8 880MHz 915MHz 925MHz 960MHz FDD MHz MHz MHz MHz FDD MHz 1770MHz 2110MHz 2170MHz FDD MHz MHz MHz MHz FDD MHz 716MHz 728MHz 746MHz FDD MHz 787MHz 746MHz 756MHz FDD MHz 798MHz 758MHz 768MHz FDD MHz-1920MHz 2600MHz-2620MHz FDD MHz-2025MHz 2585MHz-2600MHz FDD MHz 716MHz 734MHz 746MHz FDD MHz MHz 1525MHz-1559MHz FDD MHz MHz 2350 MHz- 2360MHz FDD MHz 1920MHz 1900MHz 1920MHz TDD MHz 2025MHz 2010MHz 2025MHz TDD MHz 1910MHz 1850MHz 1910MHz TDD MHz 1990MHz 1930MHz 1990MHz TDD MHz 1930MHz 1910MHz 1930MHz TDD MHz 2620MHz 2570MHz 2620MHz TDD MHz 1920MHz 1880MHz 1920MHz TDD MHz 2400MHz 2300MHz 2400MHz TDD Fig.12 Bandas de frecuencia 16

18 La separación entre las bandas para Uplink y Downlink va de 10 MHz a 680 MHz. En las bandas 13, 14, 30 y 24 están invertidas en el Downlink y Uplink. Las bandas 15 y 16 son especificadas por la ETSI para solo ser usadas en Europa. 7. ARQUITECTURA DE RED GENÉRICA Terminal de Usuario Fig.13 Arquitectura de red móvil genérica Lo conforman todo dispositivo que permita al usuario, acceder a los servicios de la red móvil. El equipo de usuario puede incluir una tarjeta inteligente que contenga la información necesaria para permitir el registro del equipo en dicha red Red de Acceso de radio Básicamente, funciona como el interface de comunicación entre el terminal de usuario y la red troncal de servicios. Esta etapa de la red móvil, proporciona los servicios para transportar la información generada por los terminales de usuario, ya sean estos datos, voz o señalización, hacia o desde la red troncal. La red de acceso de radio, es la encargada de gestionar los recursos del espectro radioeléctrico de una manera eficiente. La red de acceso está constituida, por estaciones base, nodos y equipos controladores de estación base, esto dependiendo de la tecnología móvil utilizada; en 2G se utilizan las BTS (Estación Base) y BCS (Controlador de estación base); en 3G, nodo B y RNC (Controlador de la red de radio); y en 4G, los enodob Red troncal Es la parte del sistema encargada del procesamiento de la información transmitida desde lo terminales de usuario, de la gestiones de movilidad, de la gestión de sesiones de datos y de la administración de circuitos utilizados para transportan la 17

19 información; además provee los mecanismos de interconexión con otras redes. En esta etapa se analiza el perfil del usuario, en función del cual, se proporciona los servicios contratados (telefonía, datos, SMS, MMS, video conferencia etc). Esta entidad de red, permiten también funciones de conmutación, enrutamiento, almacenamiento de la información, registro de terminal de usuario, autenticación y control de acceso a la red celular. Los equipos utilizados y su denominación, varían en función de la tecnología celular utilizada; 2G-Circuit Switched Core, 3G- Packet Switched Core y 4G-Envolved Packet Core. 8. ARQUITECTURA DE RED LTE La arquitectura del sistema LTE se diseñó en base a tres requisitos fundamentales: conmutación de paquetes, baja latencia y costos reducidos. Para lograr los objetivos, se planteó una arquitectura con la menor cantidad de nodos e interfaces posibles para su funcionamiento Terminal de Usuario Fig.14 Arquitectura LTE En LTE se han definido categorías para los terminales de usuario (Celulares o Smart Phone o Data Card) los cuales están relacionados con la tasa de transmisión del DownLink (DL) y UpLink (UL), así como los esquemas de modulación que puede soportar cada categoría. Fig. 15 Categorías terminales móviles LTE 18

20 8.2. EUTRAN La red de acceso de LTE está formada por un único elemento de red llamado enodob (nodo B evolucionado) que constituye la estación base de EUTRAN Los enodosb integran todas las funciones de la red de acceso, que eran llevadas a cabo por las estaciones base (BTS), controladores de estación base (BSS), NodoB y Controlador de la red de radio (RNC), en los sistemas móviles 2G y 3G. En este sentido, las funciones que realizan los enodob incluyen: Gestión de recursos radio, Control de admisión de radio, Control de la movilidad, Trasferencia de paquetes, Asignación dinámica de los recursos tanto en uplink como en downlink, Seguridad en la interfaz radio, y Conectividad con la red troncal EPC 8.3. EPC (Evolución del Core de Paquetes) El diseño de la red troncal EPC ha sido concebido principalmente para proporcionar un servicio de conectividad IP, para permitir el acceso a las distintas redes externas y plataformas de servicios, mediante una arquitectura de red optimizada que permite explotar las nuevas capacidades que ofrece la red de acceso EUTRAN. Los elementos principales del EPC son: el MME (Mobility Management Entity), el S-GW (Serving Gateway) y el P-GW (Packet Data Network Gateway), pero además de estas entidades se encuentran también el HSS (Home Subscriber Server) y el PCRF (Policy Control and Charging Rules Función); juntas constituyen los elementos básicos para la provisión de servicios al usuario y para la provisión de conectividad entre los terminales y la interconexión con otras redes MME (Mobility Management Entity) Se encarga de las funciones de establecimiento, mantenimiento y liberación de los servicios de radio portadora (Bearers), así como el establecimiento de la conexión y la seguridad entre la red y el terminal de usuario (UE). Además provee las funciones de: Gestión de movilidad Autenticación y control de acceso Control de sesiones Ubicación de los terminales UE en la red Selección de los S-GW/P-GW Señalización de nodos Inter Core para movilidad entre LTE y 2G/3G Encriptación 19

21 S-GW (Serving Gateway) Se encarga de las funciones de: Punto de anclaje local para la gestión de movilidad entre LTE y redes 3GPP (interenb e inter-3gpp) Almacenamiento de datos de usuarios que se hayan registrado en la red. Enrutamiento y redirección de paquetes enviados desde el terminal de usuario P-GW (Packet Data Network Gateway) La entidad P-GW, se encarga de la asignación de direcciones IP a los terminales de usuario y de los mecanismos de control de los parámetros de calidad de servicio para las sesiones de datos establecidas a través de la red LTE. Además, provee la conectividad hacia las plataformas de servicio multimedia y del acceso a otras redes, como por ejemplo al Internet HSS (Home Subscriber Server) Es la base de datos principal del sistema, que contiene la información de los subscriptores aprovisionados, autenticados y autorizados al servicio. Además, proporciona la administración de los perfiles de QoS (Quality of Service), roaming, enrutamiento entre múltiples HSS s, aprovisionamiento de servicios y de la dinámica del usuario PCRF (Policy Control and Charging Rules Function) Se encarga de controlar los servicios portadores que ofrece la red LTE y de los mecanismos de tarificación; básicamente realiza las siguientes funciones: El Control de los flujos y políticas de servicio Gestión de política Gestión de recursos Política de gestión de cuotas (MB contratados) Flujos de datos en función de las políticas establecidas La autorización de los recursos QoS. Tarificación de servicios. El diseño de la arquitectura LTE, ha sido pensado con el propósito de permitir la interoperación de la red LTE con red 2G y 3G, como parte inherente de la propia evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. A continuación se muestra de manera general, la interoperación entre las arquitecturas de red móvil. 20

22 9. EQUIPOS DE RED LTE Fig. 16 Interoperación Arquitecturas moviles A nivel mundial muchos proveedores de servicios han desarrollado equipos para el core de red LTE. A continuación se hará mención de algunos proveedores de servicios de telecomunicación y de sus productos disponibles para la red LTE: 9.1. Cisco Con su plataforma Cisco ASR 5000, proporciona dentro de la red LTE, los servicios de: Mobility Management Entity (MME), Serving Gateway (SGW) y PDN Gateway (PGW) Alcatel-Lucent Cuenta con varios productos que constituyen la red troncal de LTE, entre los cuales están: Para las funciones de la MME (Mobility Management Entity), el Alcatel-Lucent 9471 Para las funciones de S-GW (Serving Gateway) y P-GW (Packet Data Network Gateway), el Alcatel-Lucent 7750 SR Para el HSS (Home Subscriber Server), el Alcatel-Lucent 8650 PCRF (Policy Control and Charging Rules Function), el Alcatel-Lucent 5780 DSC Todas estos equipo pueden ser gestionados a través de la plataforma 5620 SAM, propia de Alcatel. 21

23 9.3. Huawei De la misma manera que la empresa Alcatel, Huawei cuenta con productos individuales para cada las diferentes entidades de la red LTE: Para la funciones de enodob, por ejemplo: DBS3900 y BBU3900 Para las funciones de la MME (Mobility Management Entity), el Huawei USN9810 Para las funciones de S-GW (Serving Gateway) y P-GW (Packet Data Network Gateway), el Huawei UGW9811 Para el HSS (Home Subscriber Server), el Huawei HSS9820 PCRF (Policy Control and Charging Rules Function), el Huawei RM VENTAJAS SOBRE 2G Y 3G En comparación con las tecnologías 2G y 3G, LTE permite una mayor velocidad de trasmisión, muy superiores a las permitidas en las tecnologías ya mencionadas; esto permite al usuario, el uso de aplicaciones más robusta y que demanda mayores anchos de banda, por ejemplo video streaming HD. LTE, a diferencia de las tecnologías predecesoras, utiliza de manera flexible y eficiente el espectro radio eléctrico. LTE permite un ancho de banda variable, simplificando de esta manera el proceso de reasignación de espectro a LTE LTE es totalmente compatible en sentido inverso con las tecnologías de generación 2G (GSM/GPRS/EDGE) y de 3G (UMTS/WCDMA, HSDPA, HSUPA y HSPA+. LTE, es un tecnología desarrollada enteramente para la computación de paquetes, y es considerada como una red All IP, ello conlleva a que él procesamiento de la información, presente menos latencia en comparación con sus predecesoras A diferencia de las generaciones 2G y 3G, en LTE, la red de acceso está constituida por un único elemento de red, el enodob. Reduciendo de esta manera el número de punto de falla en la red de acceso. 22

24 11. TECNOLOGÍA DE ACCESO Las nuevas tecnologías empleadas para el sistema LTE tanto en el enlace ascendente como descendente, constituyen las principales diferencias con sistemas anteriores de comunicaciones móviles, alcanzando niveles superiores de capacidad y eficiencia, entre sistemas de acceso tenemos para el enlace descendente la implementación de OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) y para el enlace ascendente el uso de SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) OFDM (Enlace Descendente) OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) constituye una técnica de multiplexado, la cual combina múltiples portadoras de poca capacidad y de diferente frecuencia en el transmisor para formar un compuesto de alta capacidad, donde cada portadora transporta datos. La información se divide paralelamente en varios canales, cada uno corresponde a una portadora, que se modula con técnicas convencionales como QAM o PSK. La principal característica de OFDM consiste es que sus portadoras son ortogonales en frecuencia, esto nos permite poder realizar la transmisión paralelamente en un rango de frecuencias evitando que se produzca interferencia en entre ellas. Este concepto de OFDM se puede definir en la siguiente fórmula: ( ) ( ) Donde ( ) ( ) corresponden a las portadoras, que son ortogonales en el tiempo T. OFDM es implementado primordialmente en sistemas de comunicaciones digitales tanto guiados como inalámbricos que utilizan grandes anchos de banda, que son implementadas para brindar servicios como televisión digital, comunicaciones móviles, entre otros Sistemas que utilizan la modulación OFDM Entre los sistemas que usan la modulación OFDM destacan: - LTE (Enlace ascendente LTE). - Televisión digital terrestre DVB-T, que es un estándar de TDT - Radio digital DAB - Radio digital de baja frecuencia DRM - Protocolo de enlace ADSL - Protocolo de red de área local IEEE a/g/n, también conocido como Wireless LAN - Sistema de transmisión inalámbrica de datos WiMAX - Sistema de transmisión de datos basados en PLC HomePlug AV 23

25 11.3. Diferencias entre OFDM Y FDM OFDM tiene características muy similares a FDM, una de sus diferencias es la eficiencia espectral, esto debido a FDM implementa una banda de guarda entre sus canales, mientras OFDM los acerca lo máximo posibles llegando hasta sobreponerlos entre si, como podemos observar en la figura a continuación, gracias a que sus canales son ortogonales, lo que correspondería a decir en sentido matemático que son perpendiculares, por esta razón no existen inconvenientes al sobreponerse sus espectros Características de OFDM Fig. 17 Diferencia entre FDM y OFDM Diversidad multiusuario: Con la implementación de OFDM se optimiza la asignación de subportadoras a usuarios debido a que este procedimiento se realiza de forma dinámica, teniendo además la posibilidad de mediante el uso de estrategias de scheduling poder cambiar en periodos cortos este tipo de asignación. Fig. 18 Ilustración del scheduling de paquetes en OFDMA Scheduling consiste en seleccionar para cada subportadora el usuario que presente mejor canal, es decir, que divise mejor relación señal a ruido, con lo que se mejorará la utilización de la banda y se alcanzará una mayor velocidad de transmisión. 24

26 Fig. 19 Implementación de Scheduling De esta forma la estrategia de scheduling de paquetes es la encargada de determinar cuáles de las subportadoras se asignan a cada uno de los diferentes usuarios, o a su vez a los diversos flujos de información que pueda tener un mismo usuario, correspondientes a diferentes servicios. Robustez frente a la propagación multicamino: Mediante la aplicación del prefijo cíclico, OFDM presenta una robustez ante la interferencia intersimbólica producida por la propagación multicamino, pudiendo minimizar la distorsión mediante técnicas de ecualización en el dominio de la frecuencia, que son más eficientes que las ecualizaciones clásicas en el dominio temporal. Esta característica es muy importante cuando se implementan bandas de transmisión superiores a 5 MHz, como ocurre con LTE. Prefijo Cíclico: A pesar de que la modulación OFDM tiene menos interferencia que los sistemas monoportadores, continúa teniendo aunque en menor escala interferencias. El prefijo cíclico consiste en un tipo de banda de guarda para cada símbolo, donde ubica en el inicio una copia de la última parte de la señal en tiempo, la duración de este prefijo debe ser como máximo ¼ de la duración de cada símbolo. La implementación de este prefijo no afectará la ortogonalidad entre las portadoras, adicionalmente si el prefijo es muy grande producirá un retardo en la señal pero a su vez disminuirá la ber. Fig. 20 Prefijo cíclico para evitar interferencia entre símbolos 25

27 Flexibilidad en la banda asignada: OFDMA simplifica la forma de adaptar diferentes velocidades de transmisión a los diversos usuarios en base a los requerimientos que necesite cada uno de sus servicios, esto con la asignación de las subportadoras que sean necesarias. 12. SC-FDMA (Enlace Ascendente) SC-FDMA es una técnica de acceso múltiple seleccionada, la cual tiene características de transmisión muy similares a OFDM, con la diferencia de que se añade una precodificación de los símbolos previo al proceso de transmisión OFDM, esto contribuye a disminuir las variaciones en la potencia instantánea, como en se va indicado esta técnica tiene características similares a OFDM como realizar la ecualización en el dominio de la frecuencia, implementación de prefijo cíclico y la flexibilidad de la asignación de las bandas con el fin de dedicar una o varias subportadoras a un usuario en base al tipo de servicio. Por la inclusión del proceso de precodificación en DFT, también se suele llamar a esta técnica DDT-Spread OFDM. La principal característica entre SC-FDMA y OFDMA se establece a partir de que SC- FDMA conduce a una sola portadora de señal de transmisión, a diferencia de la segunda técnica que se caracteriza por una transmisión de múltiples portadoras. Fig. 21 Diferencia entre ODMA y SC-FDMA. En la imagen a continuación podemos describir brevemente el esquema de transmisión de SC- FDMA, donde podemos visualizar que existen k números a ser transmitidos, estos pasan una etapa de precodificación mediante el uso de una DFT de k muestras, luego se procede a las etapas de transmisión OFDM, donde se implementa IDFT de N muestras, donde cada subportadora tiene una separación Δf, posterior se agrega el prefijo cíclico. 26

28 Fig. 22 Sistema de transmisión SC- FDMA Procedimientos de RRM asociados a SC-FDMA Como se indicó previamente algunas de las características de esta técnica son muy similares a OFDM, los procedimientos de gestión de recursos asociados son similares, es decir de igual forma se utilizan son los mismos formatos de modulación y de codificación del canal. Pero cabe señalar que la estimación del canal en el enlace ascendente necesaria para realizar scheduling, el cual contribuye a realizar asignaciones del canal según las necesidades del usuario, tienen mayor complejidad que en enlace descendente, esto debido al requerimiento de señales de referencia enviadas en desde cada uno de los móviles que participan en el proceso de scheduling, a diferencia del enlace descendente donde se usaban los mismos símbolos de referencia para todos los terminales, por este motivo se tendrá una mayor señalización en el sistema del enlace Parámetros de SC-FDMA empleados por LTE Para LTE los parámetros de enlace ascendente como descendente son muy similares, la separación de subportadoras que se mantiene en Δf=15 khz y se agrupan en bloques de 12 subportadoras, donde cada bloque se puede asignar flexiblemente a cada uno de los usuarios de acuerdo a sus necesidades, con la limitante de que al emplearse esta técnica, las subportadoras que fueron asignadas a un solo usuario tienen que ser contiguas. Con respecto a la duración del prefijo cíclico y a los valores que tiene el periodo de de símbolo, estos son similares al enlace descendente. 27

29 13. TIPOS DE MODULACIÓN BPSK BPSK proviene de la modulación por desplazamiento de fase (PSK), la cual realiza su modulación al hacer cambiar en base a valores discretos la fase de la portadora. Una de las características de PSK es que a diferencia de la modulación convencional de fase al tener una señal digital solo se utiliza un número limitado de estados. En el modulador se representa la información a través del valor absoluto de la fase de la señal modulada. De acuerdo al número de fases que se utilicen tenemos distintos tipos de modulación BPSK (2 fases), QPSK (4 fases), 8 PSK etc. Al modularse en una mayor cantidad de fases se puede transmitir una mayor cantidad de información pero con el inconveniente de tener una mayor sensibilidad a ruidos e interferencias. En BPSK (Transmisión por desplazamiento de fase binaria) en una sola frecuencia de la portadora existen dos fases de salida, una de llas representa un 1 lógico y la otra un 0 lógico. Al ir cambiando los estados de la señal digital de entrada, en la portadora de salida la fase se desplaza entre ángulos de 180. Fig. 23 Modulación BPSK BPSK constituye un sistema de modulación eficiente en lo que respecta a identificación de errores, adicionalmente este tipo de modulaciones tiene la ventaja de que la potencia de todos los símbolos es igual, esto contribuye a facilitar el desarrollo de amplificadores y receptores. Aplicaciones: Dado que PSK es una modulación muy extendida tiene muchas aplicaciones como por ejemplo el estándar b-1999 de red LAN inalámbrica IEEE, implementa diferentes modulaciones PSK, dependiendo de la velocidad de transmisión. En 1Mbps se aplica DBPSK (BPSK diferencial), en 2Mbps se aplica DQPSK, en 5,5Mbps y 11Mbps se aplica QPSK. 28

30 13.2. QPSK QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying) es un tipo de modulación digital PSK que implementa cuatro fases, es representada en el diagrama de constelación por cuatro puntos equidistantes desde el origen. Tiene la capacidad de codificar 2 bits por cada símbolo, para esta asignación comúnmente se utiliza el código Gray, el cual establece que entre dos símbolos contiguos únicamente se pueden diferenciar en 1 bit, lo que ayuda disminuir la tasa de errores. Fig. 24 Diagrama de constelación para QPSK con código Gray. En un sistema QPSK a diferencia que en una modulación BPSK se puede duplicar la tasa de datos manteniendo el mismo ancho de banda, o su vez mantener la tasa de datos BPSK sin la necesidad de dividir el ancho de banda, esto en base a un análisis matemático del sistema. Una las principales ventajas entre QPSK y BPSK, consiste en que QPSK puede transmitir en un ancho de banda predeterminado el doble de la velocidad de datos utilizando una similar tasa de error, dado el tipo de codificación se debe indicar que los transmisores y receptores de QPSK tiene un mayor rango de complejidad en comparación a BPSK. Algo que se mantiene en QPSK es que siguen existiendo problemas de ambigüedad de fase en el receptor QAM QAM es una modulación de amplitud en cuadratura (Quadrature amplitude modulation), la cual permite la modulación de la portadora tanto en amplitud como en fase, la cual comprende la suma lineal de dos señales moduladas en doble banda lateral con una portadora suprimida. Entre algunas aplicaciones tenemos: módems telefónicos para altas velocidades, transmisión de señales de televisión, microondas, satélite. QAM para lograr simbolizar los posibles estados de modulación digital, se implementa el diagrama de constelación, don los puntos de constelación se encuentran distribuidos de forma uniforme en una rejilla cuadrada, manteniendo la misma separación tanto vertical como horizontalmente. Dado que los estados de modulación QAM son normalmente un número cuadrado, los tipos más comunes de modulación son 16-QAM, 64-QAM y 256- QAM. Las constelaciones de orden superior permiten transmitir más bits por símbolo, pero 29

31 a su vez tienen una mayor tasa de error debido al ruido y a la distorsión. Por lo que los de orden inferior son los más confiables. En QAM la constelación está codificada mediante la aplicación del código Gray, con lo cual se consigue que cada símbolo solo cambie en un bit con su símbolo contiguo, con lo que se consigue disminuir la probabilidad de error. Fig. 25 Tipos de diagramas de 16 QAM En 16-QAM cada uno de los cuadrantes se encuentran tres valores de fase y de amplitud distintos, debido a esto cada uno de los puntos de la constelación representa 4 bits. En la figura anterior se pueden observar dos tipos diferentes de diagramas de 16QAM, circular y rectangular, donde se visualiza que existen distintas fases y amplitudes, de esta manera constituye una combinación de ASK y PSK. La tasa de errores de este sistema depende de la proximidad de los puntos contiguos de la constelación. Para el sistema de modulación 16 QAM rectangular, la normativa de la ITU V29, establece que el primer bit indica la amplitud, donde 0 es una amplitud pequeña y 1 es una amplitud grande, y los 3 bits restantes establecen las ocho fases posibles QAM 64-QAM es un sistema de modulación que posibilita la transmisión de dos diferentes flujos de datos, de alta prioridad y de baja prioridad, a través de un solo flujo en un canal único. Estas prioridades ayudan a mejorar la transmisión de acuerdo al tipo de servicio, por ejemplo la alta prioridad es usada en sistemas móviles o portátiles y a zonas alejadas, en cambio los datos de baja prioridad son implementados para receptores fijos que se encuentran cercanos al transmisor. 30

32 Fig. 26 Constelación 64-QAM formada por la combinación de un 16-QAM y un QPSK. En una constelación 64QAM al tener una modulación jerárquica, se obtiene un sistema de modulación a partir de la combinación de un 16 QAM, al cual se le asigna una baja prioridad, y un QPSK, con una prioridad alta., esta combinación es usualmente la más usada debido a que tiene un bitrate más elevado. El sistema 64QAM tiene en la entrada dos diferentes señales, estas son codificadas por separado, posterior a esto se realiza una intercalación de bits y el mapeo de la señal, cada uno de estos símbolos contiene 6 bits, de estos bit los 2 primeros son de prioridad HP y los cuatro restantes son de prioridad LP. El sistema de recepción de 64QAM, decodifica los datos de alta prioridad distinguiendo uno de los cuadrantes, debido a esto el SNR es muy elevado para la señal de baja prioridad, y a su vez los datos de prioridad alta presentan una muy baja tasa de error. Entre las principales aplicaciones tenemos sistemas de comunicación celular (LTE), televisión digital y módems, en países como EE.UU. esta modulación es obligatoria para cable digital, descrito en la norma ANSI/SCTE

33 14. TÉCNICAS DE ACCESO MIMO La incorporación de antenas adicionales en la estación base y/o en el terminal móvil, permite aprovechar la diversidad espacial, inherente a la multiplicidad de caminos, para mejorar las prestaciones del sistema en términos de tasa de error o capacidad. Es así que en las redes celulares, para la trasmisión y recepción de las señales, se usan varias técnicas de arreglos de antenas entre las cuales podemos mencionar: Single Input Single Output (SISO) Es la tecnología de antenas más simple; en esta configuración, tanto el transmisor como el receptor tienen solo una antena; en ciertos entornos es vulnerable a los problemas causados por los efectos multitrayectoria. Fig. 27 SISO Multiple Input Single Output (MISO) La técnica MISO, conocida también como modo de Transmit Diversity ; implica el uso de varias antenas en el lado del trasmisor y tan solo una antena para la recepción de la señal. Fig. 28 MISO 32

34 14.3. Single Input Multiple Output (SIMO) La técnica SIMO, conocida también como modo de Receive Diversity ; implica el uso de una sola antena en el lado del trasmisor y varias antenas en la correspondiente al recepto. Fig. 29 SIMO Multiple Input Multiple Output (MIMO) Fig. 30 MIMO Técnica de acceso conocida como múltiple entrada y múltiple salida o Multiple stream, la misma que ofrece aumentos significativos en rendimiento de procesamiento de datos. Los sistemas MIMO convencionales están formados por M antenas transmisoras y N receptoras. En recepción se reciben réplicas de la señal transmitida por cada antena transmisora a través de M_N canales separados espacialmente. MIMO, permite una mayor eficiencia espectral a través de la utilización de dos o más antenas para la trasmisión y dos o más antenas para la recepción. La eficiencia del sistema es directamente proporcional al número de antenas, mientras mayor sea la cantidad de antenas, mayor será la eficiencia del mismo. 33

35 Con MIMO, el uso de múltiples antenas tanto en el transmisor como en el receptor permite: Un aumento sustancial de las tasas máximas de datos, sin necesidad de incrementar ni la potencia transmitida ni el ancho de banda utilizado. Eficiencia espectral significativamente mayor, especialmente en entornos de baja interferencia. Mayor capacidad del sistema (número de usuarios). Reducir la probabilidad de error MIMO permite alcanzar altas tasas de 300 a 600 Mbps. Por lo tanto, la tecnología MIMO se utiliza para mejorar el acceso inalámbrico en un gran número de aplicaciones. Varias normas de acceso tales como LTE, WiMax, WiFi y HSPA utilizar esta ganancia para lograr las mejoras significativas que cada uno posee. En LTE, se utiliza para el enlace de bajada las técnicas de: Transmit Diversity (MISO), Receive Diversity (SIMO) y Single-User MIMO (up to 4x4) y para el enlace de bajada: Multi-User MIMO; todo esto desde el punto de vista de los terminales de usuario. Cabe señalar que MIMO, basa su eficiencia en la línea de vista (LOS), que existe entre la estación base y el terminal de usuario. En otras palabras, cualquier cosa que interfiera con la ruta de señal, tales como edificios, vehículos, personas, etc. están contribuyendo a la degradación de eficiencia del sistema y la eficacia de las aplicaciones MIMO. 15. APLICACIONES Y SERVICIOS DE LAS REDES LTE A continuación se describen algunos de los servicios y aplicaciones típicos que se pueden ejecutar en las redes LTE. La mayoría de estos servicios no son específicos de la tecnología misma, ya que han sido adoptados de las tecnologías anteriores, mostrando una mejora en su aplicación. Estos son: Pushtotalk para celulares: es muy similar a la conocida comunicación de servicio walkie-talkie. Proporciona un servicio de voz uno a uno o uno a muchos, para un grupo de personas en modo halfduplex, lo que significa que sólo puede hablar un participante en un momento dado, mientras que los demás están escuchando. Proporciona más información sobre el estado de los abonados, tales como: actividad actual, ubicación, estado de ánimo, zona horaria, dirección de contacto, mensajería instantánea y lista de dispositivos de conectividad a cual se tiene acceso. 34

36 Banda ancha inalámbrica: la tecnología LTE proporciona una conexión semejante a la banda ancha tradicional con la ventaja de la movilidad y mayor capacida. Con lo que bastará conectar el módem LTE a cualquier tipo de computadora y salir navegando por Internet. Acceso a Internet: Navegación en la Web más rápida y eficiente. Servicios de búsqueda disponibles en celulares y en los smartphones3g, para encontrar rápidamente enlaces, sitios, noticias, etc. Además de consultar mapas, descubrir cuál es el mejor camino para llegar a un lugar, o usar servicios de navegación. Descargas de música y videos: Bajar una canción completa con rapidez o ver un video es una facilidad más de este tipo de tecnología. Con la tecnología LTE descargar una canción o un video toma segundos, mientras que, en las tecnologías anteriores, esto demora algunos minutos. Video llamada y conferencia: LTE no sólo sirve para transmitir datos, sino que puede usarse en servicios como Skype para mejorar la calidad del audio en las llamadas e Incorporar video chat. Juegos Online: Para jugar en línea, la latencia es fundamental, porque permite mantener el juego fluido. LTE reduce estos tiempos de espera a casi cero, permitiendo jugar de forma instantánea. Televisión Online: La mayor velocidad de este servicio permitirá tener servicios de video streaming, sino que también estos se verán en alta definición y se podrán recibir en vivo. M-Comercio: Móvil Comercio es un servicio dedicado a la transacción electrónica a través del teléfono móvil. Permite a las empresas ampliar su alcance en el mercado, ofrecer un mejor servicio y reducir los costos. 35

37 Fig. 31 Aplicaciones móviles 16. SITUACIÓN ACTUAL LTE LTE es una gran opción tecnológica para la prestación de servicios de telefonía celular, puesto que ofrece al usuario una amplia gama de servicios multimedia. Vale la pena considerar que las actuales tecnologías de comunicación móviles presente en la región de Latinoamérica y Ecuador (GSM/UMTS/HSPA, etc), podrían permitir, de una manera relativamente económica, la futura migración hacia las redes LTE Operadores y Proveedores Muchos operadores de servicio de telecomunicaciones a nivel mundial, están apostando por el uso de LTE para la prestación de sus servicios. Estas operadoras tienen en sus manos el reto de no quedarse fuera del avance mundial en cuanto a implementación de nuevas tecnologías, un ejemplo de ellos es Telia Sonera, la cual ha es una operadora de servicios pionera a nivel mundial, en la implementación de redes LTE, haciendo que los países nórdicos cuenten ya con este tipo de red. De igual manera, fabricantes a nivel mundial, presentan al mercado soluciones tecnologías para la prestación de servicio LTE, entro los cuales están: ALCATEL-LUCENT ERICSSON HUAWEI MOTOROLA 36

38 NEC NOKIA SIEMENS NETWORKS ZTE SUECIA TELIASONERA Muchas de estas empresas, como por ejemplo ALCATEL-LUCENT y MOTOROLA, han desarrollado redes prototipo para demostración de esta tecnología. En el caso de Motorola, esta empresa ha realizado tours móviles de LTE en países europeos. Durante el recorrido, los invitados y futuros usuarios, pudieron comprobar el rendimiento de la banda ancha móvil que permite esta tecnología. La demostración también incluyó un handover, entre sectores LTE y sectores bajo la cobertura de tecnologías predecesoras. Para el 2014, se prevé que el 75% de usuarios a nivel mundial, tendrán acceso al servicio en el momento del lanzamiento. Los operadores móviles que piensan implementar la tecnología LTE, están en busca de asesoramiento para optimizar y evolucionar sus redes a la próxima generación de 4G. Según estudios, se alcanzarán los 136 millones de usuarios LTE hacia finales del año 2014, creciendo a una velocidad mucho más rápida que los estándares móviles anteriores. El desarrollo de LTE en este momento, ésta siendo respaldado por importantes operadores alrededor del mundo. En América del Norte por las empresas estadounidenses AT&T y Verizon. En Europa con los operadores de redes móviles T- Mobile, TeliaSonera y Telenor Group. En China y Japón con los operadores SmarTone Vodafone, China Mobile, Ntt Docomo y SoftBank. En Australia con su mayor proveedor de servicios móviles Telstra. Y a nivel de Latinoamérica, por las operadoras: Antel en Uruguay, CNT EP en Ecuador, Movistar en Chile, Telcel en México, entre otras Equipos Usados/Categoría de terminales La industria de las telecomunicaciones, de la cual forman parte: operadores, fabricantes y distribuidores; están atravesando un proceso de cambios para lograr el despliegue hacia LTE, y además tiene que lanzar al mercado una amplia oferta de nuevos dispositivos que soporten esta tecnología. Al momento ya se comienza a divisar los primeros despliegues de LTE y por lo tanto, es necesario que los dispositivos terminales acompañen este avance. Según un informe de la Asociación de Proveedores Globales Móviles (Global mobile Suppliers Association, GSA), existen 98 dispositivos y módulos equipados con LTE. Respecto a los nuevos dispositivos más desarrollados, se encuentran: enrutadores, módems USB, teléfonos, tabletas y portátiles; actualmente, ya existen en el mercado algunos terminales a la venta, entre ellos tenemos: los teléfonos HTC ThunderBolt 37

39 comercializado por Verizon y Samsung Craft comercializado por MetroPCS, la tableta BlackBerry PlayBook disponible en Estados Unidos y Canadá y el módem Huawei E398 disponible en Suecia. La comercialización de estos dispositivos es limitada, en América Latina, se están vislumbrando el uso de terminales modem marca Huawei y Alcatel, y de Smartphone marca Alcatel (Tableta), LG (Optimus G) y Nokia (Serie Lumia). Uno de los inconvenientes en la adquisición de estos equipos, es el alto costo. Fig. 32 Terminales móviles LTE 38