Guía rápida LTE
LTE significa Long Term Evolution y se inició como un proyecto en 2004 por el organismo de telecomunicaciones conocido como Third Generation Partnership Project (3GPP). SAE (System Architecture Evolution) es la evolución correspondiente de la evolución de la red central de paquetes GPRS / 3G. El término LTE se usa típicamente para representar tanto LTE como SAE.
LTE evolucionó a partir de un sistema 3GPP anterior conocido como Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS), que a su vez evolucionó a partir del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM). Incluso las especificaciones relacionadas se conocían formalmente como el acceso de radio terrestre UMTS evolucionado (E-UTRA) y la red de acceso de radio terrestre UMTS evolucionada (E-UTRAN). La primera versión de LTE se documentó en la versión 8 de las especificaciones 3GPP.
Un rápido aumento del uso de datos móviles y la aparición de nuevas aplicaciones como MMOG (juegos multimedia en línea), televisión móvil, Web 2.0 y contenidos en streaming han motivado al Proyecto de Asociación de 3ª Generación (3GPP) a trabajar en la evolución a largo plazo (LTE). en camino hacia la cuarta generación de móviles.
El objetivo principal de LTE es proporcionar una alta velocidad de datos, baja latencia y tecnología de acceso de radio optimizada para paquetes que respalde implementaciones de ancho de banda flexible. Al mismo tiempo, su arquitectura de red se ha diseñado con el objetivo de admitir el tráfico de conmutación de paquetes con una movilidad perfecta y una gran calidad de servicio.
Evolución de LTE
| Año | Evento |
|---|---|
| Mar. De 2000 | Versión 99 - UMTS / WCDMA |
| Mar. De 2002 | Rel 5 - HSDPA |
| Mar de 2005 | Rel 6 - HSUPA |
| Año 2007 | Rel 7 - DL MIMO, IMS (Subsistema multimedia IP) |
| Noviembre de 2004 | Se inició el trabajo en la especificación LTE |
| Enero de 2008 | Especificación finalizada y aprobada con la versión 8 |
| 2010 | Primera implementación dirigida |
Datos sobre LTE
LTE es la tecnología sucesora no solo de UMTS sino también de CDMA 2000.
LTE es importante porque brindará una mejora del rendimiento de hasta 50 veces y una eficiencia espectral mucho mejor para las redes celulares.
LTE introducido para obtener velocidades de datos más altas, enlace descendente máximo de 300 Mbps y enlace ascendente máximo de 75 Mbps. En una portadora de 20 MHz, se pueden alcanzar velocidades de datos superiores a 300 Mbps en muy buenas condiciones de señal.
LTE es una tecnología ideal para soportar altas tasas de datos para servicios como voz sobre IP (VOIP), transmisión de multimedia, videoconferencia o incluso un módem celular de alta velocidad.
LTE utiliza el modo Dúplex por división de tiempo (TDD) y Dúplex por división de frecuencia (FDD). En FDD, la transmisión de enlace ascendente y descendente utiliza una frecuencia diferente, mientras que en TDD tanto el enlace ascendente como el enlace descendente utilizan la misma portadora y están separados en el tiempo.
LTE admite anchos de banda de portadora flexible, desde 1,4 MHz hasta 20 MHz, así como FDD y TDD. LTE diseñado con un ancho de banda de portadora escalable desde 1.4 MHz hasta 20 MHz, el ancho de banda que se usa depende de la banda de frecuencia y la cantidad de espectro disponible con un operador de red.
Todos los dispositivos LTE deben admitir transmisiones (MIMO) de múltiples entradas y múltiples salidas, que permiten que la estación base transmita varios flujos de datos a través de la misma portadora simultáneamente.
Todas las interfaces entre los nodos de red en LTE ahora están basadas en IP, incluida la conexión de retorno a las estaciones base de radio. Esta es una gran simplificación en comparación con las tecnologías anteriores que se basaban inicialmente en enlaces E1 / T1, ATM y frame relay, siendo la mayoría de ellos de banda estrecha y costosos.
El mecanismo de calidad de servicio (QoS) se ha estandarizado en todas las interfaces para garantizar que el requisito de llamadas de voz para un retraso y ancho de banda constantes se pueda cumplir cuando se alcancen los límites de capacidad.
Funciona con sistemas GSM / EDGE / UMTS que utilizan el espectro 2G y 3G existente y el nuevo espectro. Admite transferencia y roaming a redes móviles existentes.
Ventajas de LTE
High throughput:Se pueden lograr altas velocidades de datos tanto en el enlace descendente como en el enlace ascendente. Esto provoca un alto rendimiento.
Low latency: El tiempo requerido para conectarse a la red está en el rango de unos pocos cientos de milisegundos y ahora se pueden ingresar y salir de los estados de ahorro de energía muy rápidamente.
FDD and TDD in the same platform: Dúplex por división de frecuencia (FDD) y Dúplex por división de tiempo (TDD), ambos esquemas se pueden utilizar en la misma plataforma.
Superior end-user experience:La señalización optimizada para el establecimiento de conexiones y otras interfaces aéreas y procedimientos de gestión de la movilidad han mejorado aún más la experiencia del usuario. Latencia reducida (a 10 ms) para una mejor experiencia de usuario.
Seamless Connection: LTE también admitirá una conexión perfecta a las redes existentes como GSM, CDMA y WCDMA.
Plug and play:El usuario no tiene que instalar manualmente los controladores del dispositivo. En su lugar, el sistema reconoce automáticamente el dispositivo, carga nuevos controladores para el hardware si es necesario y comienza a trabajar con el dispositivo recién conectado.
Simple architecture: Debido a la arquitectura simple, bajo gasto operativo (OPEX).
LTE - QoS
Soporta arquitectura LTE hard QoS,con calidad de servicio de extremo a extremo y tasa de bits garantizada (GBR) para portadores de radio. Así como Ethernet e Internet tienen diferentes tipos de QoS, por ejemplo, se pueden aplicar varios niveles de QoS al tráfico LTE para diferentes aplicaciones. Debido a que LTE MAC está completamente programado, QoS es un ajuste natural.
Los portadores del sistema de paquetes evolucionado (EPS) proporcionan correspondencia uno a uno con los portadores de radio RLC y brindan soporte para las plantillas de flujo de tráfico (TFT). Hay cuatro tipos de portadores de EPS:
GBR Bearer recursos asignados permanentemente por el control de admisión
Non-GBR Bearer sin control de admisión
Dedicated Bearer asociado con TFT específico (GBR o no GBR)
Default Bearer No GBR, catch-all para tráfico no asignado
Esta sección resumirá los parámetros básicos del LTE:
| Parámetros | Descripción |
|---|---|
| Rango de frecuencia | Bandas UMTS FDD y bandas TDD definidas en 36.101 (v860) Tabla 5.5.1, a continuación |
| Duplexado | FDD, TDD, FDD semidúplex |
| Codificación de canal | Código turbo |
| Movilidad | 350 kilómetros por hora |
| Ancho de banda del canal (MHz) |
|
| Configuración del ancho de banda de transmisión NRB: (1 bloque de recursos = 180 kHz en 1 ms TTI) |
|
| Esquemas de modulación | UL: QPSK, 16QAM, 64QAM (opcional) DL: QPSK, 16QAM, 64QAM |
| Esquemas de acceso múltiple | UL: SC-FDMA (acceso múltiple por división de frecuencia de portadora única) admite 50Mbps + (espectro de 20MHz) DL: OFDM (acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal) admite 100 Mbps + (espectro de 20 MHz) |
| Tecnología de múltiples antenas | UL: MIMO colaborativo multiusuario DL: TxAA, multiplexación espacial, CDD, matriz max 4x4 |
| Velocidad máxima de datos en LTE | UL: 75 Mbps (ancho de banda de 20 MHz) DL: 150 Mbps (UE Categoría 4, 2x2 MIMO, ancho de banda de 20MHz) DL: 300Mbps (UE categoría 5, 4x4 MIMO, ancho de banda de 20MHz) |
MIMO (Entrada múltiple Salida múltiple) |
UL: 1 x 2, 1 x 4 DL: 2 x 2, 4 x 2, 4 x 4 |
| Cobertura | 5 - 100 km con ligera degradación después de 30 km |
| QoS | E2E QOS que permite la priorización de diferentes clases de servicio |
| Latencia | Latencia del usuario final <10 mS |
Bandas operativas E-UTRA
A continuación se muestra la tabla para las bandas de operación E-UTRA tomadas de la especificación LTE 36.101 (v860) Tabla 5.5.1:
La arquitectura de red de alto nivel de LTE se compone de los siguientes tres componentes principales:
El equipo de usuario (UE).
La red de acceso de radio terrestre UMTS evolucionada (E-UTRAN).
El núcleo de paquetes evolucionado (EPC).
El núcleo de paquetes evolucionado se comunica con las redes de paquetes de datos del mundo exterior, como Internet, redes corporativas privadas o el subsistema multimedia IP. Las interfaces entre las diferentes partes del sistema se denominan Uu, S1 y SGi como se muestra a continuación:
El equipo de usuario (UE)
La arquitectura interna del equipo de usuario para LTE es idéntica a la que utilizan UMTS y GSM, que en realidad es un Equipo Móvil (ME). El equipo móvil consta de los siguientes módulos importantes:
Mobile Termination (MT) : Maneja todas las funciones de comunicación.
Terminal Equipment (TE) : Esto finaliza los flujos de datos.
Universal Integrated Circuit Card (UICC): Esto también se conoce como la tarjeta SIM para equipos LTE. Ejecuta una aplicación conocida como Universal Subscriber Identity Module (USIM).
UN USIMalmacena datos específicos del usuario muy similares a la tarjeta SIM 3G. Esto mantiene información sobre el número de teléfono del usuario, la identidad de la red doméstica y las claves de seguridad, etc.
La E-UTRAN (la red de acceso)
La arquitectura de la red de acceso de radio terrestre UMTS evolucionada (E-UTRAN) se ilustra a continuación.
El E-UTRAN maneja las comunicaciones de radio entre el móvil y el núcleo de paquetes evolucionado y solo tiene un componente, las estaciones base evolucionadas, llamadas eNodeB o eNB. Cada eNB es una estación base que controla los móviles en una o más celdas. La estación base que se comunica con un móvil se conoce como eNB de servicio.
LTE Mobile se comunica con solo una estación base y una celda a la vez y hay dos funciones principales compatibles con eNB:
El eNB envía y recibe transmisiones de radio a todos los móviles utilizando las funciones de procesamiento de señales analógicas y digitales de la interfaz aérea LTE.
El eNB controla el funcionamiento de bajo nivel de todos sus móviles, enviándoles mensajes de señalización como comandos de traspaso.
Cada eNB se conecta con el EPC mediante la interfaz S1 y también se puede conectar a estaciones base cercanas mediante la interfaz X2, que se utiliza principalmente para señalización y reenvío de paquetes durante el traspaso.
Un eNB doméstico (HeNB) es una estación base que ha sido comprada por un usuario para proporcionar cobertura de femtoceldas dentro del hogar. Un eNB doméstico pertenece a un grupo cerrado de abonados (CSG) y solo pueden acceder los móviles con un USIM que también pertenece al grupo cerrado de abonados.
Evolved Packet Core (EPC) (la red central)
La arquitectura de Evolved Packet Core (EPC) se ilustra a continuación. Hay algunos componentes más que no se han mostrado en el diagrama para simplificarlo. Estos componentes son como el Sistema de Alerta de Terremotos y Tsunamis (ETWS), el Registro de Identidad de Equipos (EIR) y la Función de Reglas de Control de Políticas y Carga (PCRF).
A continuación se muestra una breve descripción de cada uno de los componentes que se muestran en la arquitectura anterior:
El componente Home Subscriber Server (HSS) se ha trasladado desde UMTS y GSM y es una base de datos central que contiene información sobre todos los suscriptores del operador de red.
La puerta de enlace de la red de paquetes de datos (PDN) (P-GW) se comunica con el mundo exterior, es decir. redes de paquetes de datos PDN, utilizando la interfaz SGi. Cada red de paquetes de datos se identifica mediante un nombre de punto de acceso (APN). La puerta de enlace PDN tiene la misma función que el nodo de soporte GPRS (GGSN) y el nodo de soporte GPRS de servicio (SGSN) con UMTS y GSM.
La puerta de enlace de servicio (S-GW) actúa como un enrutador y envía datos entre la estación base y la puerta de enlace PDN.
La entidad de gestión de la movilidad (MME) controla el funcionamiento de alto nivel del móvil mediante mensajes de señalización y servidor de abonado doméstico (HSS).
La función de reglas de cobro y control de políticas (PCRF) es un componente que no se muestra en el diagrama anterior, pero es responsable de la toma de decisiones de control de políticas, así como de controlar las funcionalidades de cobro basadas en flujo en la función de aplicación del control de políticas ( PCEF), que reside en el P-GW.
La interfaz entre las puertas de enlace de servicio y PDN se conoce como S5 / S8. Esto tiene dos implementaciones ligeramente diferentes, a saber, S5 si los dos dispositivos están en la misma red y S8 si están en redes diferentes.
División funcional entre la E-UTRAN y el EPC
El siguiente diagrama muestra la división funcional entre la E-UTRAN y la EPC para una red LTE:
2G / 3G frente a LTE
La siguiente tabla compara varios elementos de red importantes y protocolos de señalización utilizados en 2G / 3G abd LTE.
| 2G / 3G | LTE |
|---|---|
| GERAN y UTRAN | E-UTRAN |
| SGSN / PDSN-FA | S-GW |
| GGSN / PDSN-HA | PDN-GW |
| HLR / AAA | HSS |
| VLR | MME |
| SS7-MAP / ANSI-41 / RADIUS | Diámetro |
| DiámetroGTPc-v0 y v1 | GTPc-v2 |
| MIP | PMIP |
Una red administrada por un operador en un país se conoce como Red Móvil Terrestre Pública (PLMN) y cuando un usuario suscrito utiliza la PLMN de su operador, se dice PLMN Doméstica, pero el roaming permite a los usuarios moverse fuera de su red doméstica y utilizar los recursos. de la red de otro operador. Esta otra red se llama PLMN visitada.
Un usuario itinerante está conectado a la E-UTRAN, MME y S-GW de la red LTE visitada. Sin embargo, LTE / SAE permite que se utilice la P-GW de la red visitada o de la red doméstica, como se muestra a continuación:
El P-GW de la red doméstica permite al usuario acceder a los servicios del operador doméstico incluso mientras se encuentra en una red visitada. Un P-GW en la red visitada permite una "ruptura local" a Internet en la red visitada.
La interfaz entre las puertas de enlace de servicio y PDN se conoce como S5 / S8. Esto tiene dos implementaciones ligeramente diferentes, a saber, S5 si los dos dispositivos están en la misma red y S8 si están en redes diferentes. Para los móviles que no están en roaming, las puertas de enlace de servicio y PDN se pueden integrar en un solo dispositivo, de modo que la interfaz S5 / S8 desaparezca por completo.
Carga de roaming LTE
Las complejidades de los nuevos mecanismos de carga necesarios para admitir el roaming 4G son mucho más abundantes que en un entorno 3G. A continuación se dan algunas palabras sobre el cobro de prepago y pospago para el roaming LTE:
Prepaid Charging- El estándar CAMEL, que habilita servicios de prepago en 3G, no es compatible con LTE; por lo tanto, la información prepaga del cliente debe enrutarse de regreso a la red doméstica en lugar de ser manejada por la red local visitada. Como resultado, los operadores deben confiar en nuevos flujos de contabilidad para acceder a los datos de los clientes prepagos, como a través de sus P-Gateways en entornos IMS y no IMS o mediante su CSCF en un entorno IMS.
Postpaid Charging- El cobro por uso de datos de pospago funciona igual en LTE que en 3G, utilizando las versiones TAP 3.11 o 3.12. Con la ruptura local de los servicios IMS, se requiere TAP 3.12.
Los operadores no tienen la misma cantidad de visibilidad de las actividades de los abonados que en escenarios de enrutamiento doméstico en el caso de escenarios de ruptura local porque las sesiones de datos de abonado se mantienen dentro de la red visitada; por lo tanto, para que el operador doméstico capture información en tiempo real sobre clientes de pre y pospago, debe establecer una interfaz Diameter entre los sistemas de carga y el P-Gateway de la red visitada.
En caso de una ruptura local del escenario de servicios ims, la red visitada crea registros de detalles de llamadas (CDR) a partir de los S-Gateway (s), sin embargo, estos CDR no contienen toda la información necesaria para crear una sesión o mensajería móvil TAP 3.12 registro de eventos para el uso del servicio. Como resultado, los operadores deben correlacionar los CDR de la red de datos centrales con los CDR del IMS para crear registros TAP.
Un área de red LTE se divide en tres tipos diferentes de áreas geográficas que se explican a continuación:
| SN | Área y descripción |
|---|---|
| 1 | The MME pool areas Ésta es un área a través de la cual el móvil puede moverse sin cambiar el servicio MME. Cada área de grupo de MME está controlada por uno o más MME en la red. |
| 2 | The S-GW service areas Esta es un área servida por una o más pasarelas de servicio S-GW, a través de la cual el móvil puede moverse sin un cambio de pasarela de servicio. |
| 3 | The Tracking areas Las áreas del grupo MME y las áreas de servicio S-GW están formadas por unidades más pequeñas que no se superponen conocidas como áreas de seguimiento (TA). Son similares a las áreas de ubicación y enrutamiento de UMTS y GSM y se utilizarán para rastrear las ubicaciones de los móviles que están en modo de espera. |
Por lo tanto, una red LTE comprenderá muchas áreas de grupo MME, muchas áreas de servicio S-GW y muchas áreas de seguimiento.
Los ID de red
La red en sí se identificará mediante la Identidad de red móvil terrestre pública (PLMN-ID) que tendrá un código de país móvil (MCC) de tres dígitos y un código de red móvil (MNC) de dos o tres dígitos. Por ejemplo, el código de país móvil para el Reino Unido es 234, mientras que la red británica de Vodafone usa un código de red móvil de 15.
Los ID de MME
Cada MME tiene tres identidades principales. Un código MME (MMEC) identifica de forma única el MME dentro de todas las áreas de la piscina. A un grupo de MME se le asigna una identidad de grupo MME (MMEGI) que funciona junto con MMEC para hacer un identificador MME (MMEI). Una MMEI identifica de forma única la MME dentro de una red en particular.
Si combinamos PLMN-ID con el MMEI, llegamos a un identificador MME único global (GUMMEI), que identifica un MME en cualquier parte del mundo:
Los ID del área de seguimiento
Cada área de seguimiento tiene dos identidades principales. El código de área de seguimiento (TAC) identifica un área de seguimiento dentro de una red en particular y si lo combinamos con la PLMN-ID, llegamos a una Identidad de área de seguimiento única global (TAI).
Los ID de celda
Cada celda de la red tiene tres tipos de identidad. La identidad de celda E-UTRAN (ECI) identifica una celda dentro de una red en particular, mientras que el identificador global de celda E-UTRAN (ECGI) identifica una celda en cualquier parte del mundo.
La identidad física de la celda, que es un número del 0 al 503 y distingue una celda de sus vecinas inmediatas.
El ID de equipo móvil
La identidad de equipo móvil internacional (IMEI) es una identidad única para el equipo móvil y la identidad de abonado móvil internacional (IMSI) es una identidad única para la UICC y la USIM.
La identidad de abonado móvil temporal M (M-TMSI) identifica un móvil para su MME de servicio. Agregar el código MME en M-TMSI da como resultado una identidad de abonado móvil temporal S (S-TMSI), que identifica el móvil dentro de un área de grupo MME.
Finalmente, agregar la identidad del grupo MME y la identidad PLMN con S-TMSI da como resultado la Identidad Temporal Única Global (GUTI).
La arquitectura del protocolo de radio para LTE se puede dividir en control plane arquitectura y user plane arquitectura como se muestra a continuación:
En el plano del usuario, la aplicación crea paquetes de datos que son procesados por protocolos como TCP, UDP e IP, mientras que en el plano de control, el protocolo de control de recursos de radio (RRC) escribe los mensajes de señalización que se intercambian entre la estación base y la móvil. En ambos casos, la información es procesada por el protocolo de convergencia de datos en paquetes (PDCP), el protocolo de control de enlace de radio (RLC) y el protocolo de control de acceso al medio (MAC), antes de pasar a la capa física para su transmisión.
Plano de usuario
La pila de protocolos del plano de usuario entre el e-Node B y el UE consta de las siguientes subcapas:
PDCP (Protocolo de convergencia de paquetes de datos)
RLC (control de enlace de radio)
Control de acceso medio (MAC)
En el plano del usuario, los paquetes en la red central (EPC) se encapsulan en un protocolo EPC específico y se canalizan entre el P-GW y el eNodeB. Se utilizan diferentes protocolos de tunelización según la interfaz. El protocolo de túnel GPRS (GTP) se utiliza en la interfaz S1 entre eNodeB y S-GW y en la interfaz S5 / S8 entre S-GW y P-GW.
Los paquetes recibidos por una capa se denominan Unidad de datos de servicio (SDU), mientras que la salida de paquetes de una capa se denomina Unidad de datos de protocolo (PDU) y los paquetes IP en el plano del usuario fluyen desde las capas superiores a las inferiores.
Plano de control
El plano de control incluye adicionalmente la capa de control de recursos de radio (RRC) que se encarga de configurar las capas inferiores.
El plano de control maneja la funcionalidad específica de radio que depende del estado del equipo del usuario, que incluye dos estados: inactivo o conectado.
| Modo | Descripción |
|---|---|
| Ocioso | El equipo del usuario se instala en una celda después de un proceso de selección o reselección de celda en el que se consideran factores como la calidad del enlace de radio, el estado de la celda y la tecnología de acceso por radio. El UE también supervisa un canal de búsqueda para detectar llamadas entrantes y adquirir información del sistema. En este modo, los protocolos del plano de control incluyen procedimientos de selección y reselección de células. |
| Conectado | El UE proporciona a la E-UTRAN la calidad del canal de enlace descendente y la información de la celda vecina para permitir que la E-UTRAN seleccione la celda más adecuada para el UE. En este caso, el protocolo del plano de control incluye el protocolo Radio Link Control (RRC). |
La pila de protocolos para el plano de control entre el UE y MME se muestra a continuación. La región gris de la pila indica los protocolos de estrato de acceso (AS). Las capas inferiores realizan las mismas funciones que para el plano de usuario con la excepción de que no existe una función de compresión de encabezado para el plano de control.
Echemos un vistazo de cerca a todas las capas disponibles en E-UTRAN Protocol Stack que hemos visto en el capítulo anterior. A continuación se muestra un diagrama más elaborado de la pila de protocolos E-UTRAN:
Capa física (Capa 1)
La capa física transporta toda la información de los canales de transporte MAC a través de la interfaz aérea. Se encarga de la adaptación de enlace (AMC), el control de potencia, la búsqueda de celda (para la sincronización inicial y el traspaso) y otras mediciones (dentro del sistema LTE y entre sistemas) para la capa RRC.
Capa de acceso medio (MAC)
La capa MAC es responsable del mapeo entre canales lógicos y canales de transporte, multiplexación de MAC SDU de uno o diferentes canales lógicos en bloques de transporte (TB) para ser entregados a la capa física en canales de transporte, de multiplexación de MAC SDU desde uno o diferentes canales lógicos. canales de bloques de transporte (TB) entregados desde la capa física en canales de transporte, informes de información de programación, corrección de errores a través de HARQ, manejo de prioridades entre UE mediante programación dinámica, manejo de prioridades entre canales lógicos de un UE, priorización de canales lógicos.
Control de enlace de radio (RLC)
RLC opera en 3 modos de operación: modo transparente (TM), modo no reconocido (UM) y modo reconocido (AM).
La capa RLC es responsable de la transferencia de las PDU de la capa superior, la corrección de errores a través de ARQ (solo para transferencia de datos AM), la concatenación, la segmentación y el reensamblaje de las SDU RLC (solo para transferencia de datos UM y AM).
RLC también es responsable de la segmentación de las PDU de datos RLC (solo para transferencia de datos AM), reordenación de PDU de datos RLC (solo para transferencia de datos UM y AM), detección de duplicados (solo para transferencia de datos UM y AM), descarte de SDU RLC (Solo para transferencia de datos UM y AM), restablecimiento de RLC y detección de errores de protocolo (Solo para transferencia de datos AM).
Control de recursos de radio (RRC)
Los principales servicios y funciones de la subcapa RRC incluyen la transmisión de información del sistema relacionada con el estrato de no acceso (NAS), la transmisión de información del sistema relacionada con el estrato de acceso (AS), la búsqueda, el establecimiento, mantenimiento y liberación de una conexión RRC entre UE y E-UTRAN, funciones de seguridad que incluyen la gestión de claves, establecimiento, configuración, mantenimiento y liberación de portadores de radio punto a punto.
Control de convergencia de paquetes de datos (PDCP)
La capa PDCP es responsable de la compresión y descompresión del encabezado de los datos IP, la transferencia de datos (plano de usuario o plano de control), el mantenimiento de los números de secuencia (SN) de PDCP, la entrega en secuencia de las PDU de la capa superior al restablecer las capas inferiores, duplicado eliminación de SDU de capa inferior en el restablecimiento de capas inferiores para portadores de radio mapeados en RLC AM, cifrado y descifrado de datos del plano de usuario y datos del plano de control, protección de la integridad y verificación de la integridad de los datos del plano de control, descarte basado en temporizador, descarte de duplicados, PDCP se utiliza para SRB y DRB mapeados en canales lógicos de tipo DCCH y DTCH.
Protocolos de estrato sin acceso (NAS)
Los protocolos de estrato sin acceso (NAS) forman el estrato más alto del plano de control entre el equipo de usuario (UE) y el MME.
Los protocolos NAS soportan la movilidad del UE y los procedimientos de gestión de sesiones para establecer y mantener la conectividad IP entre el UE y un PDN GW.
A continuación se muestra un diagrama lógico de las capas del protocolo E-UTRAN con una descripción del flujo de datos a través de varias capas:
Los paquetes recibidos por una capa se denominan Unidad de datos de servicio (SDU), mientras que la salida de paquetes de una capa se denomina Unidad de datos de protocolo (PDU). Veamos el flujo de datos de arriba hacia abajo:
La capa IP envía PDCP SDU (paquetes IP) a la capa PDCP. La capa PDCP realiza la compresión del encabezado y agrega el encabezado PDCP a estas SDU PDCP. La capa PDCP envía las PDU PDCP (RLC SDU) a la capa RLC.
PDCP Header Compression: PDCP elimina el encabezado IP (mínimo 20 bytes) de la PDU y agrega un token de 1 a 4 bytes. Lo que proporciona un enorme ahorro en la cantidad de encabezado que, de otro modo, tendría que transmitirse por aire.
![]()
La capa de RLC realiza la segmentación de estos SDUS para hacer las PDU de RLC. RLC agrega encabezado basado en el modo de operación RLC. RLC envía estas PDU RLC (MAC SDU) a la capa MAC.
RLC Segmentation: Si una RLC SDU es grande o la velocidad de datos de radio disponible es baja (lo que da como resultado pequeños bloques de transporte), la RLC SDU puede dividirse entre varias RLC PDU. Si la RLC SDU es pequeña, o la velocidad de datos de radio disponible es alta, se pueden empaquetar varias RLC SDU en una sola PDU.
La capa MAC agrega encabezado y rellena para adaptarse a esta MAC SDU en TTI. La capa MAC envía la PDU MAC a la capa física para transmitirla a los canales físicos.
El canal físico transmite estos datos a las ranuras de la subtrama.
Los flujos de información entre los diferentes protocolos se conocen como canales y señales. LTE utiliza varios tipos diferentes de canales lógicos, de transporte y físicos, que se distinguen por el tipo de información que transportan y por la forma en que se procesa la información.
Logical Channels : Definir whattype La información se transmite por aire, por ejemplo, canales de tráfico, canales de control, difusión del sistema, etc. Los datos y los mensajes de señalización se transportan por canales lógicos entre los protocolos RLC y MAC.
Transport Channels : Definir howisalgo que se transmite por aire, por ejemplo, qué son las opciones de codificación, entrelazado que se utilizan para transmitir datos. Los mensajes de datos y señalización se transportan por canales de transporte entre el MAC y la capa física.
Physical Channels : Definir whereisalgo transmitido por el aire, por ejemplo, primeros N símbolos en la trama DL. Los datos y los mensajes de señalización se transportan por canales físicos entre los diferentes niveles de la capa física.
Canales lógicos
Los canales lógicos definen qué tipo de datos se transfieren. Estos canales definen los servicios de transferencia de datos ofrecidos por la capa MAC. Los mensajes de datos y señalización se transportan por canales lógicos entre los protocolos RLC y MAC.
Los canales lógicos se pueden dividir en canales de control y canales de tráfico. El canal de control puede ser un canal común o un canal dedicado. Un canal común significa común para todos los usuarios en una celda (punto a multipunto), mientras que los canales dedicados significa que los canales solo pueden ser utilizados por un usuario (punto a punto).
Los canales lógicos se distinguen por la información que llevan y se pueden clasificar de dos formas. En primer lugar, los canales de tráfico lógicos transportan datos en el plano de usuario, mientras que los canales de control lógicos transportan mensajes de señalización en el plano de control. La siguiente tabla enumera los canales lógicos que utiliza LTE:
| Nombre del Canal | Acrónimo | Canal de control | Canal de tráfico |
|---|---|---|---|
| Canal de control de transmisión | BCCH | X | |
| Canal de control de localización | PCCH | X | |
| Canal de control común | CCCH | X | |
| Canal de control dedicado | DCCH | X | |
| Canal de control de multidifusión | MCCH | X | |
| Canal de tráfico dedicado | DTCH | X | |
| Canal de tráfico de multidifusión | MTCH | X |
Canales de transporte
Los canales de transporte definen cómo y con qué tipo de características los datos son transferidos por la capa física. Los mensajes de datos y señalización se transportan por canales de transporte entre el MAC y la capa física.
Los canales de transporte se distinguen por la forma en que los manipula el procesador del canal de transporte. La siguiente tabla enumera los canales de transporte que utiliza LTE:
| Nombre del Canal | Acrónimo | Enlace descendente | Enlace ascendente |
|---|---|---|---|
| Canal de transmisión | BCH | X | |
| Canal compartido de enlace descendente | DL-SCH | X | |
| Canal de búsqueda | PCH | X | |
| Canal de multidifusión | MCH | X | |
| Canal compartido de enlace ascendente | UL-SCH | X | |
| Canal de acceso aleatorio | RACH | X |
Canales físicos
Los mensajes de datos y señalización se transportan por canales físicos entre los diferentes niveles de la capa física y, en consecuencia, se dividen en dos partes:
Canales de datos físicos
Canales de control físico
Canales de datos físicos
Los canales de datos físicos se distinguen por las formas en que el procesador de canales físicos los manipula y por las formas en que se mapean en los símbolos y subportadoras utilizados por la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDMA). La siguiente tabla enumera losphysical data channels que utilizan LTE:
| Nombre del Canal | Acrónimo | Enlace descendente | Enlace ascendente |
|---|---|---|---|
| Canal compartido de enlace descendente físico | PDSCH | X | |
| Canal de transmisión físico | PBCH | X | |
| Canal de multidifusión físico | PMCH | X | |
| Canal compartido de enlace ascendente físico | PUSCH | X | |
| Canal de acceso aleatorio físico | PRACH | X |
los transport channelEl procesador compone varios tipos de información de control para soportar el funcionamiento de bajo nivel de la capa física. Estos se enumeran en la siguiente tabla:
| Nombre del campo | Acrónimo | Enlace descendente | Enlace ascendente |
|---|---|---|---|
| Información de control de enlace descendente | DCI | X | |
| Indicador de formato de control | CFI | X | |
| Indicador ARQ híbrido | HOLA | X | |
| Información de control de enlace ascendente | UCI | X |
Canales de control físico
El procesador del canal de transporte también crea información de control que apoya la operación de bajo nivel de la capa física y envía esta información al procesador del canal físico en forma de canales de control físicos.
La información viaja hasta el procesador del canal de transporte en el receptor, pero es completamente invisible para las capas superiores. De manera similar, el procesador de canal físico crea señales físicas, que admiten los aspectos de nivel más bajo del sistema.
Los canales de control físico se enumeran en la siguiente tabla:
| Nombre del Canal | Acrónimo | Enlace descendente | Enlace ascendente |
|---|---|---|---|
| Canal indicador de formato de control físico | PCFICH | X | |
| Canal indicador físico híbrido ARQ | PHICH | X | |
| Canal de control de enlace descendente físico | PDCCH | X | |
| Relé del canal de control de enlace descendente físico | R-PDCCH | X | |
| Canal de control de enlace ascendente físico | PUCCH | X |
La estación base también transmite otras dos señales físicas, que ayudan al móvil a adquirir la estación base después de que se enciende por primera vez. Estos se conocen como la señal de sincronización primaria (PSS) y la señal de sincronización secundaria (SSS).
Para superar el efecto del problema de desvanecimiento de múltiples rutas disponible en UMTS, LTE utiliza la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) para el enlace descendente, es decir, desde la estación base al terminal para transmitir los datos en muchas carreras de banda estrecha de 180 KHz cada una. de difundir una señal en todo el ancho de banda de carrera de 5 MHz, es decir. OFDM utiliza una gran cantidad de subportadoras estrechas para la transmisión de múltiples portadoras para transportar datos.
La multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) es un esquema de multiplexación por división de frecuencia (FDM) que se utiliza como método de modulación de múltiples portadoras digitales.
OFDM cumple con los requisitos de LTE para la flexibilidad del espectro y permite soluciones rentables para operadores muy amplios con altas tarifas pico. El recurso físico básico del enlace descendente LTE puede verse como una cuadrícula de tiempo-frecuencia, como se ilustra en la Figura siguiente:
Los símbolos OFDM se agrupan en bloques de recursos. Los bloques de recursos tienen un tamaño total de 180 kHz en el dominio de la frecuencia y 0,5 ms en el dominio del tiempo. Cada intervalo de tiempo de transmisión (TTI) de 1 ms consta de dos ranuras (Tslot).
A cada usuario se le asigna un número de los denominados bloques de recursos en la cuadrícula de frecuencia de tiempo. Cuantos más bloques de recursos obtenga un usuario y cuanto mayor sea la modulación utilizada en los elementos del recurso, mayor será la tasa de bits. Qué bloques de recursos y cuántos obtiene el usuario en un momento dado dependen de mecanismos de programación avanzados en las dimensiones de frecuencia y tiempo.
Los mecanismos de programación en LTE son similares a los que se utilizan en HSPA y permiten un rendimiento óptimo para diferentes servicios en diferentes entornos de radio.
Ventajas de OFDM
La principal ventaja de OFDM sobre los esquemas de portadora única es su capacidad para hacer frente a condiciones de canal severas (por ejemplo, atenuación de altas frecuencias en un cable de cobre largo, interferencia de banda estrecha y desvanecimiento selectivo de frecuencia debido a trayectos múltiples) sin filtros de ecualización complejos.
La ecualización de canal se simplifica porque OFDM puede verse como que usa muchas señales de banda estrecha de modulación lenta en lugar de una señal de banda ancha de modulación rápida.
La baja tasa de símbolos hace que el uso de un intervalo de guarda entre símbolos sea asequible, lo que hace posible eliminar la interferencia entre símbolos (ISI).
Este mecanismo también facilita el diseño de redes de frecuencia única (SFN), donde varios transmisores adyacentes envían la misma señal simultáneamente a la misma frecuencia, ya que las señales de múltiples transmisores distantes pueden combinarse de manera constructiva, en lugar de interferir como ocurriría típicamente en un sistema tradicional. sistema de un solo portador.
Inconvenientes de OFDM
Relación pico a promedio alta
Sensible al desplazamiento de frecuencia, por lo tanto al desplazamiento Doppler también
Tecnología SC-FDMA
LTE utiliza una versión precodificada de OFDM llamada Acceso múltiple por división de frecuencia de portadora única (SC-FDMA) en el enlace ascendente. Esto es para compensar un inconveniente con OFDM normal, que tiene una relación de potencia pico a promedio (PAPR) muy alta.
Un PAPR alto requiere amplificadores de potencia costosos e ineficientes con altos requisitos de linealidad, lo que aumenta el costo del terminal y agota la batería más rápido.
SC-FDMA resuelve este problema agrupando los bloques de recursos de tal manera que se reduce la necesidad de linealidad y, por lo tanto, el consumo de energía en el amplificador de potencia. Un PAPR bajo también mejora la cobertura y el rendimiento del borde de la celda.
| Término | Descripción |
|---|---|
| 3GPP | Proyecto de asociación de tercera generación |
| 3GPP2 | Proyecto de asociación de tercera generación 2 |
| UNA COSTILLA | Asociación de Industrias y Negocios de Radio |
| ATIS | Alliance for Telecommunication Industry Solutions |
| AWS | Servicios inalámbricos avanzados |
| CAPEX | Gastos de capital |
| CCSA | Asociación de Normas de Comunicaciones de China |
| CDMA | codigo de DIVISION DE ACCESO multiple |
| CDMA2000 | Acceso múltiple por división de código 2000 |
| LENGUADO | Transmisión de audio digital |
| DSL | Línea de abonado digital |
| DVB | Transmisión de video digital |
| eHSPA | Acceso a paquetes de alta velocidad evolucionado |
| ETSI | Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones |
| FDD | Dúplex de división de frecuencia |
| FWT | Terminal inalámbrico fijo |
| GSM | Sistema global de comunicación móvil |
| HSPA | Acceso a paquetes de alta velocidad |
| HSS | Servidor de abonado doméstico |
| IEEE | Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos |
| IPTV | Televisión por Protocolo de Internet |
| LTE | evolución a largo plazo |
| MBMS | Servicio de multidifusión de difusión multimedia |
| MIMO | Entrada múltiple Salida múltiple |
| MME | Entidad de gestión de la movilidad |
| NGMN | Redes móviles de próxima generación |
| OFDM | Multiplexación por división de frecuencia ortogonal |
| OPEX | Gastos operativos |
| PAPR | Relación de potencia pico a promedio |
| PCI | Interconexión de componentes periféricos |
| PCRF | Función de reglas de vigilancia y cobro |
| PDSN | Nodo de servicio de paquetes de datos |
| PD | Paquete conmutado |
| QoS | Calidad de servicio |
| CORRIÓ | Red de acceso por radio |
| SAE | Evolución de la arquitectura del sistema |
| SC-FDMA | Acceso múltiple por división de frecuencia de portadora única |
| SGSN | Nodo de soporte de servicio GPRS |
| TDD | Dúplex de división de tiempo |
| TTA | Asociación de Tecnología de Telecomunicaciones |
| TTC | Comité de Tecnología de Telecomunicaciones |
| TTI | Intervalo de tiempo de transmisión |
| UTRA | Acceso universal por radio terrestre |
| UTRAN | Red de acceso de radio terrestre universal |
| WCDMA | Acceso múltiple por división de código de banda ancha |
| WLAN | Red inalámbrica local |