Arquitectura EUTRAN como parte de una red LTE y SAE
E-UTRA es la interfaz aérea de la ruta de actualización de la evolución a largo plazo (LTE) del Proyecto de Asociación de Tercera Generación ( 3GPP ) para redes móviles. Es un acrónimo de Evolved UMTS Terrestrial Radio Access , [1] también conocido como Evolved Universal Terrestrial Radio Access en los primeros borradores de la especificación LTE 3GPP. [1] E-UTRAN es la combinación de E-UTRA, equipo de usuario (UE) y un Nodo B (E-UTRAN Node B o Evolved Node B, eNodeB ).
Tasas de descarga máximas de 299,6 Mbit/s para antenas 4×4 y 150,8 Mbit/s para antenas 2×2 con 20 MHz de espectro. LTE Advanced admite configuraciones de antenas 8×8 con tasas de descarga máximas de 2998,6 Mbit/s en un canal agregado de 100 MHz. [2]
Velocidades máximas de carga de 75,4 Mbit/s para un canal de 20 MHz en el estándar LTE, con hasta 1.497,8 Mbit/s en una portadora LTE Advanced de 100 MHz. [2]
Latencias bajas en la transferencia de datos (latencia inferior a 5 ms para paquetes IP pequeños en condiciones óptimas), latencias más bajas para el tiempo de entrega y de configuración de la conexión.
Soporte para terminales que se mueven hasta 350 km/h o 500 km/h dependiendo de la banda de frecuencia.
Admite dúplex FDD y TDD , así como FDD semidúplex con la misma tecnología de acceso por radio
Soporte para todas las bandas de frecuencia utilizadas actualmente por los sistemas IMT por la UIT-R .
Ancho de banda flexible: 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz y 20 MHz están estandarizados. En comparación, UMTS utiliza segmentos de espectro de tamaño fijo de 5 MHz.
Mayor eficiencia espectral de 2 a 5 veces más que en la versión 6 de 3GPP ( HSPA )
Aunque UMTS , con HSDPA y HSUPA y su evolución , ofrece altas velocidades de transferencia de datos, se espera que el uso de datos inalámbricos continúe aumentando significativamente durante los próximos años debido a la mayor oferta y demanda de servicios y contenido en movimiento y la continua reducción de costos para el usuario final. Se espera que este aumento requiera no solo redes e interfaces de radio más rápidas sino también una mayor rentabilidad de la que es posible gracias a la evolución de los estándares actuales. Por ello, el consorcio 3GPP estableció los requisitos para una nueva interfaz de radio (EUTRAN) y una evolución de la red central ( System Architecture Evolution SAE ) que satisfagan esta necesidad.
Estas mejoras en el rendimiento permiten a los operadores inalámbricos ofrecer servicios cuádruple play (voz, aplicaciones interactivas de alta velocidad que incluyen grandes transferencias de datos) e IPTV con múltiples funciones y total movilidad.
A partir de la versión 8 del 3GPP, E-UTRA está diseñado para proporcionar una única ruta de evolución para las interfaces de radio GSM / EDGE , UMTS / HSPA , CDMA2000 / EV-DO y TD-SCDMA , proporcionando aumentos en las velocidades de datos y la eficiencia espectral, y permitiendo la provisión de más funcionalidad.
Arquitectura
EUTRAN consta únicamente de eNodeBs en el lado de la red. El eNodeB realiza tareas similares a las que realizan los nodos B y el RNC (controlador de red de radio) juntos en UTRAN. El objetivo de esta simplificación es reducir la latencia de todas las operaciones de interfaz de radio. Los eNodeB están conectados entre sí a través de la interfaz X2 y se conectan a la red central de conmutación de paquetes (PS) a través de la interfaz S1. [3]
Capa física: [4] Transporta toda la información de los canales de transporte MAC a través de la interfaz aérea. Se encarga de la adaptación del enlace (ACM) , el control de potencia , la búsqueda de celdas (para fines de sincronización inicial y transferencia) y otras mediciones (dentro del sistema LTE y entre sistemas) para la capa RRC.
MAC: [5] La subcapa MAC ofrece un conjunto de canales lógicos a la subcapa RLC que multiplexa en los canales de transporte de la capa física. También gestiona la corrección de errores HARQ, gestiona la priorización de los canales lógicos para el mismo UE y la programación dinámica entre UEs, etc.
RLC : [6] Transporta las PDU del PDCP . Puede funcionar en 3 modos diferentes dependiendo de la fiabilidad que proporcione. Dependiendo de este modo puede proporcionar: corrección de errores ARQ , segmentación/concatenación de PDU, reordenación para entrega en secuencia, detección de duplicados, etc.
PDCP : [7] Para la capa RRC, proporciona transporte de sus datos con cifrado y protección de integridad. Y para la capa IP, transporte de los paquetes IP, con compresión de encabezado ROHC , cifrado y, dependiendo del modo RLC, entrega en secuencia, detección de duplicados y retransmisión de sus propias SDU durante la entrega.
RRC : [8] Entre otras cosas, se encarga de: la información del sistema de difusión relacionada con el estrato de acceso y el transporte de mensajes del estrato sin acceso (NAS), paginación, establecimiento y liberación de la conexión RRC, gestión de claves de seguridad, handover, mediciones de UE relacionadas con la movilidad entre sistemas (inter-RAT), QoS, etc.
Capas de interfaz con la pila de protocolos EUTRAN:
NAS: [9] Protocolo entre la UE y el MME en el lado de la red (fuera de EUTRAN). Entre otras funciones, realiza la autenticación de la UE, el control de seguridad y genera parte de los mensajes de paginación.
En el enlace ascendente, LTE utiliza tanto OFDMA como una versión precodificada de OFDM llamada Acceso Múltiple por División de Frecuencia de Portadora Única (SC-FDMA) según el canal. Esto es para compensar un inconveniente con el OFDM normal, que tiene una relación de potencia pico a promedio (PAPR) muy alta . Una PAPR alta requiere amplificadores de potencia más caros e ineficientes con altos requisitos de linealidad, lo que aumenta el costo del terminal y agota la batería más rápido. Para el enlace ascendente, en las versiones 8 y 9 se admite el acceso múltiple por división espacial (SDMA) / MIMO multiusuario; la versión 10 también introduce SU-MIMO .
Bloque de recursos LTE en dominios de tiempo y frecuencia: 12 subportadoras , intervalo de tiempo de 0,5 ms (prefijo cíclico normal).
LTE admite los modos dúplex por división de frecuencia (FDD) y dúplex por división de tiempo (TDD). Mientras que FDD utiliza espectros emparejados para la transmisión UL y DL separados por un intervalo de frecuencia dúplex, TDD divide una portadora de frecuencia en períodos de tiempo alternos para la transmisión desde la estación base al terminal y viceversa. Ambos modos tienen su propia estructura de trama dentro de LTE y están alineadas entre sí, lo que significa que se puede utilizar hardware similar en las estaciones base y terminales para permitir una economía de escala. El modo TDD en LTE está alineado con TD-SCDMA, lo que también permite la coexistencia. Hay chipsets individuales disponibles que admiten los modos operativos TDD-LTE y FDD-LTE.
Marcos y bloques de recursos
La transmisión LTE está estructurada en el dominio del tiempo en tramas de radio. Cada una de estas tramas de radio tiene una duración de 10 ms y consta de 10 subtramas de 1 ms cada una. Para las subtramas que no son del Servicio de Multidifusión Multimedia (MBMS), el espaciado entre subportadoras OFDMA en el dominio de la frecuencia es de 15 kHz. Doce de estas subportadoras asignadas en conjunto durante un intervalo de tiempo de 0,5 ms se denominan bloque de recursos. [11] A un terminal LTE se le pueden asignar, en el enlace descendente o ascendente, un mínimo de 2 bloques de recursos durante 1 subtrama (1 ms). [12]
Codificación
Todos los datos de transporte L1 se codifican utilizando codificación turbo y un intercalador interno de código turbo de polinomio de permutación cuadrática libre de contención (QPP) . [13] Se utiliza HARQ L1 con 8 (FDD) o hasta 15 (TDD) procesos para el enlace descendente y hasta 8 procesos para el UL.
Canales y señales físicas de EUTRAN
Enlace descendente (DL)
En el enlace descendente hay varios canales físicos: [14]
El canal de control de enlace descendente físico (PDCCH) transporta, entre otros, la información de asignación de enlace descendente y las concesiones de asignación de enlace ascendente para el terminal/UE.
El canal indicador de formato de control físico (PCFICH) se utiliza para señalar CFI (indicador de formato de control).
El canal indicador ARQ híbrido físico (PHICH) se utiliza para transportar los reconocimientos de las transmisiones de enlace ascendente.
El canal compartido de enlace descendente físico (PDSCH) se utiliza para la transmisión de datos de transporte L1. Los formatos de modulación admitidos en el PDSCH son QPSK , 16QAM y 64QAM .
El canal físico de multidifusión (PMCH) se utiliza para la transmisión de difusión mediante una red de frecuencia única.
El canal de transmisión física (PBCH) se utiliza para transmitir la información básica del sistema dentro de la celda.
Y las siguientes señales:
Las señales de sincronización (PSS y SSS) están destinadas a que la UE descubra la celda LTE y realice la sincronización inicial.
Las señales de referencia (específicas de la celda, MBSFN y específicas de la UE) son utilizadas por la UE para estimar el canal DL.
Señales de referencia de posicionamiento (PRS), agregadas en la versión 9, destinadas a ser utilizadas por la UE para el posicionamiento OTDOA (un tipo de multilateración )
Enlace ascendente (UL)
En el enlace ascendente hay tres canales físicos:
El canal de acceso aleatorio físico (PRACH) se utiliza para el acceso inicial y cuando el UE pierde su sincronización de enlace ascendente, [15]
El canal compartido de enlace ascendente físico (PUSCH) transporta los datos de transporte de L1 UL junto con la información de control. Los formatos de modulación admitidos en el PUSCH son QPSK , 16QAM y, según la categoría del equipo del usuario, 64QAM . El PUSCH es el único canal que, debido a su mayor ancho de banda, utiliza SC-FDMA.
El canal de control de enlace ascendente físico (PUCCH) transporta información de control. Tenga en cuenta que la información de control de enlace ascendente consta únicamente de reconocimientos de DL y de informes relacionados con CQI, ya que todos los parámetros de codificación y asignación de UL son conocidos por el lado de la red y se envían a la UE en el PDCCH.
Y las siguientes señales:
Señales de referencia (RS) utilizadas por el eNodeB para estimar el canal de enlace ascendente para decodificar la transmisión de enlace ascendente del terminal.
Señales de referencia de sondeo (SRS) utilizadas por el eNodeB para estimar las condiciones del canal de enlace ascendente para que cada usuario decida la mejor programación de enlace ascendente.
Categorías de equipos de usuario (UE)
La versión 8 de 3GPP define cinco categorías de equipos de usuario LTE en función de la velocidad máxima de datos y la compatibilidad con capacidades MIMO. Con la versión 10 de 3GPP, denominada LTE Advanced , se han introducido tres categorías nuevas. A continuación, se introdujeron cuatro más con la versión 11, dos más con la versión 14 y cinco más con la versión 15. [2]
Nota: Las velocidades máximas de datos que se muestran corresponden a un ancho de banda de canal de 20 MHz. Las categorías 6 y superiores incluyen velocidades de datos de la combinación de múltiples canales de 20 MHz. Las velocidades máximas de datos serán inferiores si se utiliza menos ancho de banda.
Nota: Estas son velocidades de datos de transporte L1 que no incluyen la sobrecarga de las diferentes capas de protocolo. Dependiendo del ancho de banda de la celda , la carga de la celda (número de usuarios simultáneos), la configuración de la red, el rendimiento del equipo de usuario utilizado, las condiciones de propagación, etc., las velocidades de datos prácticas variarán.
Nota: La velocidad de datos de 3,0 Gbit/s/1,5 Gbit/s especificada como Categoría 8 está cerca de la velocidad de datos agregada máxima para un sector de estación base. Una velocidad de datos máxima más realista para un solo usuario es 1,2 Gbit/s (enlace descendente) y 600 Mbit/s (enlace ascendente). [16] Nokia Siemens Networks ha demostrado velocidades de enlace descendente de 1,4 Gbit/s utilizando 100 MHz de espectro agregado. [17]
Comunicados de EUTRAN
Como el resto de las partes del estándar 3GPP, E-UTRA está estructurado en versiones.
La versión 8, congelada en 2008, especificó el primer estándar LTE
La versión 9, congelada en 2009, incluyó algunas adiciones a la capa física, como transmisión con formación de haz de doble capa (MIMO) o soporte de posicionamiento.
La versión 10, congelada en 2011, introduce en el estándar varias características LTE Advanced como agregación de portadora, SU-MIMO de enlace ascendente o relés, con el objetivo de aumentar considerablemente la velocidad máxima de datos L1.
Hasta ahora, todas las versiones LTE se han diseñado teniendo en cuenta la compatibilidad con versiones anteriores. Es decir, un terminal compatible con la versión 8 funcionará en una red de la versión 10, mientras que los terminales de la versión 10 podrán utilizar su funcionalidad adicional.
Bandas de frecuencia y anchos de banda de canales
Despliegues por región
Demostraciones de tecnología
En septiembre de 2007, NTT Docomo demostró velocidades de datos E-UTRA de 200 Mbit/s con un consumo de energía inferior a 100 mW durante la prueba. [18]
En abril de 2008, LG y Nortel demostraron velocidades de datos E-UTRA de 50 Mbit/s viajando a 110 km/h. [19]
15 de febrero de 2008 – Skyworks Solutions ha lanzado un módulo front-end para E-UTRAN. [20] [21] [22]
^ ab Página de evolución a largo plazo de UMTS 3GPP
^ abc 3GPP TS 36.306 Capacidades de acceso por radio de equipos de usuario E-UTRA
^ ab 3GPP TS 36.300 E-UTRA Descripción general
^ 3GPP TS 36.201 E-UTRA: Capa física LTE; Descripción general
^ 3GPP TS 36.321 E-UTRA: Especificación del protocolo de control de acceso (MAC)
^ 3GPP TS 36.322 E-UTRA: Especificación del protocolo de control de enlace de radio (RLC)
^ 3GPP TS 36.323 E-UTRA: Especificación del Protocolo de convergencia de datos en paquetes (PDCP)
^ 3GPP TS 36.331 E-UTRA: Especificación del protocolo de control de recursos de radio (RRC)
^ Protocolo 3GPP TS 24.301 Non-Access-Stratum (NAS) para sistemas de paquetes evolucionados (EPS); etapa 3
^ "3GPP LTE: Introducción a la tecnología FDMA de portadora única" (PDF) . Consultado el 20 de septiembre de 2018 .
^ TS 36.211 rel.11, LTE, Acceso universal a radio terrestre evolucionado, Canales físicos y modulación - capítulos 5.2.3 y 6.2.3: Bloques de recursos etsi.org, enero de 2014
^ Estructura del marco LTE y arquitectura del bloque de recursos Teletopix.org, recuperado en agosto de 2014.
^ 3GPP TS 36.212 E-UTRA Multiplexación y codificación de canales
^ 3GPP TS 36.211 E-UTRA Canales físicos y modulación
^ "Boletín de investigación de Nomor: canal de acceso aleatorio LTE". Archivado desde el original el 19 de julio de 2011. Consultado el 20 de julio de 2010 .
^ "Estandarización LTE/LTE-A 3GPP: estado y descripción general de la tecnología, diapositiva 16" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 29 de diciembre de 2016. Consultado el 15 de agosto de 2011 .
^ "Récord de velocidad 4G batido con llamada móvil de 1,4 gigabits por segundo #MWC12 | Nokia". Nokia . Consultado el 20 de junio de 2017 .
^ NTT DoCoMo desarrolla un chip de bajo consumo para teléfonos móviles 3G LTE Archivado el 27 de septiembre de 2011 en Wayback Machine .
^ "Nortel y LG Electronics demuestran LTE en CTIA y con vehículos de alta velocidad". Archivado desde el original el 6 de junio de 2008. Consultado el 23 de mayo de 2008 .
^ "Skyworks lanza un módulo de interfaz para aplicaciones inalámbricas de 3,9 G. (Skyworks Solutions Inc.)" (se requiere registro gratuito) . Wireless News . 14 de febrero de 2008. Consultado el 14 de septiembre de 2008 .
^ "Noticias breves sobre tecnología inalámbrica - 15 de febrero de 2008". WirelessWeek . 15 de febrero de 2008 . Consultado el 14 de septiembre de 2008 .[ enlace muerto permanente ]
^ "Skyworks presenta el primer módulo de interfaz de usuario de la industria para aplicaciones inalámbricas de 3,9 G". Nota de prensa de Skyworks . Gratuito con registro. 11 de febrero de 2008. Consultado el 14 de septiembre de 2008 .
Enlaces externos
Calculadora EARFCN y referencia de banda
Procedimientos S1-AP Configuración, modificación y liberación de E-RAB
Página de evolución a largo plazo del 3GPP
Enciclopedia LTE 3GPP
3G Americas - UMTS/HSPA acelera el camino de la tecnología inalámbrica. 3G Americas publica un informe técnico sobre las versiones 7 y 8 de 3GPP. Bellevue, WA, 10 de julio de 2007
