3gpp Lte: Hacia la 4g Móvil

Argumento de 3gpp Lte: Hacia la 4g Móvil

Índice de tablas xvii

Acrónimos xxi

1. Introducción 1

Narcís Cardona, Mario García Lozano, Jose F. Monserrat

1.1. Tendencias de mercado y tecnología . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2. Roadmap del 3GPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3. Requisitos del sistema LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.4. Espectro radioeléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.5. Arquitectura global del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.6. Comparativa UMTS vs. LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2. Tecnologías habilitantes de LTE 17

Narcís Cardona, Joan J. Olmos

2.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2. Ecualización en el dominio de la frecuencia . . . . . . . . . . . 18

2.2.1. Convolución circular discreta . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.3. OFDM/OFDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.3.1. OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.3.2. OFDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.4. SC-FDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.5. Técnicas MIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.5.1. Modelo de canal y capacidad máxima MIMO . . . . . . 34

2.5.2. Multiplexación MIMO en lazo abierto: receptores ZF y

MMSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.5.3. Diversidad en transmisión basada en MIMO: códigos espaciotiempo

o STBC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.5.4. Esquemas MIMO/OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.5.5. Técnicas MIMO multiusuario . . . . . . . . . . . . . . . 52

2.6. HARQ y codi_cación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.6.1. Codi_cación de canal en LTE . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.7. Adaptación al canal y scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

2.7.1. Adaptación al canal: control de potencia y control de tasa 61

2.7.2. Scheduling dependiente del estado del canal . . . . . . . 61

2.7.3. Coordinación de interferencias inter-celda . . . . . . . . 63

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3. El Núcleo de Red - EPC 69

Jose F. Monserrat

3.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.2. Entidades funcionales del EPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.2.1. HSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.2.2. EIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.2.3. MME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.2.4. S-GW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.2.5. PDN-GW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.2.6. PCRF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.3. Arquitectura del núcleo de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.3.1. Arquitectura en roaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.3.2. Interconexión con otras redes . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.3.3. Arquitectura de protocolos en el EPC . . . . . . . . . . 81

3.4. El subsistema IMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.4.1. Arquitectura IMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

3.4.2. SIP/SDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.4.3. RTP/RTCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

3.5. Seguridad en el EPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

3.5.1. Proceso de autenticación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

3.5.2. Cifrado e integridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

3.6. Gestión de la calidad de servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

4. Arquitectura de la E-UTRAN 101

Daniel Calabuig Soler

4.1. Estructura de la E-UTRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.2. Plano de usuario y plano de control . . . . . . . . . . . . . . . . 104

4.3. Radio Resource Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.3.1. Transmisión de información del sistema . . . . . . . . . 107

4.3.2. Paginación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

4.3.3. Establecimiento, mantenimiento y liberación de una conexi

ón RRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

4.3.4. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

4.3.5. Establecimiento, con_guración, mantenimiento y liberaci

ón de radio bearers punto a punto . . . . . . . . . . . 110

4.3.6. Envío y control de informes de medidas . . . . . . . . . 110

4.3.7. Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

4.3.8. Selección y reselección de celda y control de este proceso 112

4.3.9. Transferencia de contextos entre eNodeB . . . . . . . . 113

4.3.10. Transferencia directa de mensajes NAS . . . . . . . . . 113

4.3.11. Transferencia de capacidades del UE . . . . . . . . . . . 113

4.3.12. Tratamiento de errores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

4.3.13. Apoyo a la autocon_guración y autooptimización . . . . 113

4.4. Packet Data Convergence Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . 114

4.4.1. Compresión de cabeceras . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

4.4.2. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

4.4.3. Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

4.4.4. Descarte de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

4.5. Radio Link Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

4.5.1. Transparent Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

4.5.2. Un-acknowledged Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

4.5.3. Acknowledged Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

4.6. Medium Access Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

4.6.1. Canales lógicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

4.6.2. Canales de transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

4.6.3. Funciones de la capa MAC . . . . . . . . . . . . . . . . 123

4.6.4. Multiplexación y priorización de canales lógicos . . . . . 123

4.6.5. Corrección de errores mediante HARQ . . . . . . . . . . 124

4.6.6. Scheduling y priorizado de UE . . . . . . . . . . . . . . 125

4.6.7. Formato de paquete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

4.7. Otras interfaces E-UTRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

4.7.1. S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

4.7.2. X2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

5. Capa física LTE-FDD 135

Joan J. Olmos

5.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

5.2. Canales físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.2.1. Mapeo de canales de transporte en canales físicos . . . . 137

5.3. Parámetros de capa física LTE y estructura de trama . . . . . . 139

5.4. Descripción del enlace descendente . . . . . . . . . . . . . . . . 140

5.4.1. Recursos físicos del enlace descendente . . . . . . . . . . 140

5.4.2. Procesado de capa física en DL . . . . . . . . . . . . . . 142

5.4.3. Canales físicos en DL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

5.4.4. Señales de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

5.4.5. Señales de sincronismo y procedimiento de búsqueda de

celda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

5.4.6. Técnicas MIMO en DL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

5.5. Descripción del enlace ascendente . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

5.5.1. Recursos físicos del enlace ascendente . . . . . . . . . . 161

5.5.2. Canales físicos en UL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

5.5.3. Señales de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

5.5.4. Técnicas MIMO en UL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

5.6. Procedimientos de capa física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

5.6.1. Procedimientos del enlace descendente . . . . . . . . . . 177

5.6.2. Procedimientos del enlace ascendente . . . . . . . . . . . 182

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

6. Movilidad y otros procedimientos del EPS 187

Mario García Lozano

6.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

6.2. Estados del terminal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

6.2.1. Estados RRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

6.2.2. Estados EMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

6.2.3. Estados ECM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

6.2.4. Relaciones entre estados . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

6.3. Movilidad en modo idle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

6.3.1. Selección de PLMN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

6.3.2. Selección de celda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

6.3.3. Reselección de celda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

6.3.4. Registro/desregistro en la red. . . . . . . . . . . . . . . 204

6.3.5. Actualización de áreas de tracking . . . . . . . . . . . . 207

6.3.6. Procedimiento de aviso o paging . . . . . . . . . . . . . 212

6.3.7. Reducción de la señalización en modo idle (ISR) . . . . 216

6.4. Movilidad en modo active . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

6.4.1. Medidas realizadas por el UE . . . . . . . . . . . . . . . 220

6.4.2. Handover X2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

6.4.3. Handover S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

6.4.4. Handover no exitoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
6.4.5. Handover interRAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

6.5. Movilidad en celdas con CSG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

7. Gestión de recursos radio 239

Silvia Ruiz, David González G

7.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

7.2. Recursos temporales y frecuenciales disponibles . . . . . . . . . 242

7.3. Control de admisión y parámetros de calidad de servicio . . . . 244

7.4. Parámetros de señalización en UL y DL . . . . . . . . . . . . . 246

7.4.1. Indicadores de calidad del canal (CQI) . . . . . . . . . . 246

7.4.2. Señales de referencia (SRS) . . . . . . . . . . . . . . . . 246

7.4.3. Estado de las colas (BSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

7.5. Estrategias de asignación de recursos en DL . . . . . . . . . . . 249

7.5.1. Scheduling en el dominio de la frecuencia FDPS . . . . 251

7.5.2. Scheduling en el dominio temporal TDPS . . . . . . . . 251

7.5.3. Scheduling en el dominio del tiempo y frecuencia TD-FDPS252

7.6. Estrategias de asignación de recursos en UL . . . . . . . . . . . 256

7.6.1. Scheduling en el dominio del tiempo y de la frecuencia

TD-FDPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

7.7. Técnicas de coordinación de interferencias . . . . . . . . . . . . 264

7.7.1. Interferencia intercelular e ICIC . . . . . . . . . . . . . 265

7.7.2. Análisis y rendimiento de estrategias ICIC estáticas en

LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

7.7.3. Estrategias ICIC dinámicas en LTE . . . . . . . . . . . 279

7.7.4. Aspectos de implementación en LTE . . . . . . . . . . . 280

7.7.5. Técnicas adicionales para control de interferencias . . . 283

7.8. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

8. Análisis de prestaciones de LTE 293

David Martín-Sacristán Gandía

8.1. Metodología de evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

8.1.1. Evaluaciones previas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

8.1.2. Indicadores de prestaciones . . . . . . . . . . . . . . . . 296

8.1.3. Métodos de evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

8.1.4. Escenarios de evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

8.1.5. Modelado de canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

8.2. Tasas de pico de capa física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

8.3. Latencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

8.3.1. Latencia del plano de control . . . . . . . . . . . . . . . 307
8.3.2. Latencia del plano de usuario . . . . . . . . . . . . . . . 313

8.4. Tiempo de interrupción por Handover . . . . . . . . . . . . . . 317

8.5. Evaluación de nivel de enlace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

8.5.1. Enlace descendente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321

8.5.2. Enlace ascendente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

8.6. Evaluación de nivel de sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

8.6.1. Factores de geometría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

8.6.2. E_ciencia espectral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

8.6.3. Capacidad VoIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337

8.7. Link Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342

9. Difusión de contenidos en LTE 345

Ana Fernández Aguilella

9.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346

9.2. Modos de operación de E-MBMS . . . . . . . . . . . . . . . . . 348

9.2.1. Broadcast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348

9.2.2. Multicast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350

9.3. Servicios de usuario de MBMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352

9.3.1. Servicios de descarga de _cheros . . . . . . . . . . . . . 352

9.3.2. Servicios de streaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

9.3.3. Servicios carrusel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

9.3.4. Servicios de televisión móvil . . . . . . . . . . . . . . . . 353

9.4. Arquitectura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354

9.5. Canales físicos MBMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356

9.6. Multiplexación de servicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358

9.7. MBSFN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358

9.7.1. Transmisión de datos con MBSFN . . . . . . . . . . . . 358

9.7.2. Sincronización de las celdas . . . . . . . . . . . . . . . . 361

9.7.3. Despliegue de una red E-MBMS . . . . . . . . . . . . . 363

9.8. Transmisión de servicios con E-MBMS . . . . . . . . . . . . . . 365

9.8.1. Modelo de sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

9.8.2. Servicios de televisión móvil . . . . . . . . . . . . . . . . 367

9.8.3. Servicios de descarga de _cheros . . . . . . . . . . . . . 370

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373

10.El futuro de LTE: LTE-Advanced 375

Jorge Cabrejas Peñuelas

10.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376

10.2. Características generales de IMT- Advanced . . . . . . . . . . . 377

10.3. Requisitos de IMT- Advanced . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
10.3.1. Servicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

10.3.2. Espectro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

10.3.3. Prestaciones técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380

10.4. Procedimiento de evaluación de IMT- Advanced . . . . . . . . . 386

10.5. Características generales de LTE- Advanced . . . . . . . . . . . 388

10.6. Requisitos de LTE- Advanced . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389

10.6.1. Requisitos relacionados con la capacidad . . . . . . . . . 389

10.6.2. Prestaciones del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

10.6.3. Despliegue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392

10.7. Propuestas en estudio en el 3GPP . . . . . . . . . . . . . . . . 392

10.7.1. Agregación de espectro . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393

10.7.2. Esquema de transmisión en el enlace ascendente . . . . 398

10.7.3. Esquema de transmisión en el enlace descendente . . . . 398

10.7.4. Coordinated Multipoint Transmission/Reception . . . . 400

10.7.5. Relay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404

10.7.6. Mejoras de la latencia en plano de control y en plano de usuario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411