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LTE + LTE Advanced

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by

Priscilla Vargas

on 4 December 2014

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Transcript of LTE + LTE Advanced

QoS sobre LTE
Cómo se hace?
La forma de aplicar calidad de servicio en LTE se basa en EPS Bearer Service. Esto se hace cuando se quiere hacer una conexión P2P virtual entre dos componentes de la red. Estos pueden ser dedicados o default. En las redes IP se tienen dos componentes principales:
Se compone de:
• QoS Class: este apartado contiene los parámetros que definen la manera en que se debe manejar el tráfico.

• TFT: este es el mecanismo que decide qué hacer con los paquetes que pertenezcan a una determinada clase de QoS.

Para LTE la calidad de servicio de brinda E2E entre dos dispositivos de la red, sin que se tome en cuenta cuales dos nodos (end devices) de la red se están interconectando.
Componentes del EPS en LTE
QoS Class Identifier
Alocation and Retention Priority
QoS Class Identifier: Este identificador clasifica los paquetes dentro de la red LTE, haciéndolos parte de una determinada CoS, pero no indica de manera alguna valores de rendimiento directo dentro de la red. Cosas como umbrales de admisión, gestión de colas o configuración de la capa de enlace, dependen para asignarlos a un QCI. Dentro de los QCI se tienen otras dos clasificaciones:
GBR Bearers: Son aquellos servicios que garantizan una tasa de transferencia, ya sea una tasa media (GBR) o una tasa máxima (MBR).
No-GBR Bearers: aquellos que no garantizan este servicio.

Allocation and Retention Priority: es el parámetro dentro de la red que maneja el control y toma las decisiones basado en los QCI. Debe determinar si modificar o crear un servicio bearer es viable.
El nivel de prioridad por asignación permite que cuando se necesite formar un bearer, dar preferencia al que tiene une prioridad más alta.
Prioridad de retención, define si un portador con una prioridad más baja deba eliminarse para liberar recursos de red para otros.

Máxima Velocidad de Transferencia
Otros dos parámetros que son esenciales en la red son los Ambr*:
APN-Ambr
UE-Ambr
Es un parámetro que se maneja en el HSS y determina la velocidad que se pueda manejar la APN por todo portador No-GBR. Si no existe tráfico de No-GBR, uno de ellos podría utilizar toda la capacidad del APN-Ambr. Esto no aplica para los portadores GBR.
Este parámetro define la máxima capacidad que puede utilizar cada portador No-GBR del UE. También se almacena en el HSS. Se comporta igual que el APN-Ambr en caso de que no exita otro tráfico desde el UE.
*Aggregate Maximun bit rate
Generaciones Móviles
LTE + LTE Advanced
LTE + LTE Advanced

Presentado por:
Priscilla Ileana Vargas 2010-0978
Jorge Benyi Sang 2010-5187
Emill Cabral 2010-5266
Jhonnel Apolinario 2010-5295
OFDMA/SC-FDMA
Modos de Funcionamiento: FDD y TDD
Estado de Movilidad y Transiciones
LTE_DETACHED
Estado transitorio
UE encendido
Proceso de búsqueda y registro en la RED
LTE_ACTIVE
UE registrado con eNB
Tiene una conexión con RRC
La red conoce la celda a la que pertenece el UE
Tx y Rx manejan flujo de datos
LTE_IDLE
Conservación de la energía del UE
Ubicación conocida por el MME mediante el Tracking Area.
Componentes LTE
Características técnicas de LTE
MIMO: Múltiples Antenas en Tx y Rx
Se utilizan para aumentar la cobertura y la capacidad de la capa física.
La adición de mas antenas para un sistema de radio da la posibilidad de mejorar en el rendimiento, debido a que la radiación de la señales se realizara por caminos físicos diferentes y llegaran con distintos retardos al receptor.
Dependiendo del número de antenas de recepción, los sistemas reciben los siguientes nombres:
SISO: Una Antena en Recepción y otra en transmisión.

MISO: Múltiples antenas en transmisión y una en recepción.

SIMO: Una Antena en transmisión y múltiples en recepción.

MIMO: Múltiples antenas en transmisión y múltiples en recepción.

Arquitectura de una red LTE
Red de Acceso: E - UTRAN (Enhanced UTRAN)
El 3GPP realizo la especificación de una nueva arquitectura de red móvil, orientada a una infraestructura que soporte mayor velocidad, bajo retardo, orientada a paquetes, y que soporte varias tecnologías de acceso radio.

Se basa en el dominio de conmutación de paquetes (PS) y se asume que los servicios de tiempo real (voz y vídeo) se ofrecen sobre este dominio.

Aspectos Importantes:

Soporte de una variedad de redes de acceso.
Mantenimiento de la calidad de servicio negociada a lo largo de todo el sistema.
Soporte a la movilidad radio, entre dominios y entre redes.
La red de acceso esta formada por un único nodo llamado eNodo B. Este nodo esta conectado con otros eNodo B, así como con el núcleo de LTE, tanto para la parte de señalización (MME) como de datos (SGW).



El eNB proporciona las terminaciones tanto del plano de usuario E-UTRA (PDCP/RLC/MAC/PHY) como del plano de control (RRC) hacia el equipo de usuario (EU)
MIMO

Aumenta la capacidad del espectro por la transmisión de múltiples flujos de datos simultáneamente en la misma frecuencia y tiempo.

Aprovecha al máximo las diferentes rutas en el canal de radio.
X2: Conecta los EnB en una red mallada. Esto permite comunicación directa entre los elementos y facilita handover.

S1: Conecta E-UTRAN al EPC.
SU-MIMO
El transmisor ocupa el ancho de banda de todas las antenas en un determinado tiempo. Quiere decir que no es posible crear grupos de dispositivos y comunicar con todos ellos con el máximo ancho de banda disponible.
MU-MIMO
Gestión de los recursos de radio.
Selección del MME asociado a un UE.
Enrutamiento de los datos del usuario hacia el SGW.
Medición y configuración de informes de medición de la movilidad de la configuración.
Red Core: EPC (Envolved Packet Core)
El transmisor sirve para múltiples usuarios simultáneamente en el mismo recurso de frecuencia, basándose principalmente en la separación espacial.
Sigue los mismos parámetros de diseño que las redes 3GPP antecesoras, pero divide las funciones del gateway de control (SGSN en UMTS) en:
Plano de control comandado por MME.
Plano de usuario liderado por el SGW.
Esto reduce el numero de elementos de red que son atravesados por los paquetes de datos en el plano de usuario.
Principios Fundamentales:

Uso de protocolos basados en IP en todas las interfaces.
Separación entre un plano de control y un plano de usuario.
Punto de anclaje (anchor) común, para varias versiones de tecnologías de acceso definidas por la 3GPP.
SGW conecta ENB con core.
Las políticas de facturación y normas de calidad de servicio.
Capacidad de asignar direcciones IP independientes.
Entidades
MME: Mobility Management Entity
Obtiene los datos del usuario a través de la información almacenada en el HSS.
Autentica, autoriza y selecciona la red de datos externa (PDN) para establecer enlace entre E-UTRAN a las redes o servicios externos.
Proporciona conectividad entre el Nodo B y la red GWM/UMTS existente a través del SGSN.
Administración de movilidad y facturación.
SU-MIMO VS MU-MIMO
SGW - Serving Gateway
El SGW es un equipo del plano de usuario que es controlado por el MME.

Es un punto de monitoreo de las políticas de conexión y servicio establecidas en el PCRF.
PGW - PDN Gateway
Se compara con las funciones del GGSN.
Tiene importante papel en control de la movilidad.
Asigna la dirección IP al UE.
Almacena y administra datos relativos a la subscripción de los usuarios.
PCRF - Policy Control and Charging Function
Control de políticas y reglas de facturación.
Interfaces
Versiones Anteriores
La telefonía móvil ha sido un proceso el en el cual se evolucionó de un sistema análogo que solo permitía unas pocas llamadas, que es el caso de 1G, hasta pasar a ser un sistema digital, capaz de manejar mas llamadas y permitir la transmisión de paquetes, que fueron la segunda y tercera generación. La más nueva es la gran comercializada 4G, que todo proveedor de servicio se ha visto en la necesidad de implementarla.
Es LTE 4G?
LTE es una tecnología digital, pero que presenta diferencias marcadas respecto a las generaciones anteriores. Es esta una de las razones por la cual, a pesar de que LTE solo no es 4G, aún así es considerado como una tecnología 4G. LTE Advance si cumple con las normas para ser True 4G.
Qué se necesita para ser 4G?
La ITU definió los requerimientos que se deben cumplir con el fin de diseñar e implementar una red que sea 4G. Dentro de los requerimientos se encuentran:
Una red packet switched totalmente IP
Interoperabilidad con estándares inalámbricos ya implementados
Velocidades de 100Mbits/s en movimiento y 1Gbit/s estacionario
Uso dinámico e inteligente de los recursos que maneja una celda.
Ancho de banda por canal de 5 a 20 Mhz, con opción de llegar a 40Mhz.
Eficiencia de transmisión de 15bits por símbolo en bajada y 6.75Bits/símbolo en subida.
Ofrecer QoS eficiente para servicios multimedia.
Global roaming con smooth handover.
Seguridad de extremo a extremo.
Como uno de los requisitos de LTE es poder operar con los sistemas anteriores de la 3GPP, como GSM, UMTS y HSPA. Esto buscando que sea fácil para el operador, migrar los usuarios y redes desde el HSPA a LTE por ejemplo.
Para lograr la interoperabilidad, por eso los diferentes tipos de canales.
1.25 MHz para 2G reframing
5MHz para compatibilidad con 3G y UMTS

LTE vs WiMax
LTE no es la única implementación que existe para una red 4G. WiMax es otra de estas. Algunos rasgos son comunes a ambas tecnologías como lo son el uso de antenas MIMO y utilizar OFDM como esquema de modulación.
HSS - Home Subscriber Server
No se pretende mantener dos sistemas paralelos como pasó con UMTS y CDMA2000.
Sino que se prefiere un solo sistema, que aplique globalmente.
Tecnologías importantes para la implementación de LTE
Características generales para LTE
Velocidad de bajada teórica de hasta 326 Mbit/s
Velocidad de subida de hasta 86.4Mbit/s
Funcionamiento con TDD o FDD
Ancho de banda de canal escalable desde 1.25 Mhz hasta 20 Mhz
Aumento de la eficiencia del canal
Reducción de la latencia, de unos 10 ms entre MS y BS, y menos de 100 ms de pasar de modo inactivo a activo.
Generales
Desde sus comienzos en 2004, el trabajo sobre LTE se centró en mejorar el acceso radio terrestre de UMTS y la optimización de la arquitectura 3GPP de acceso radio. En el enlace descendente se obtendrían velocidades de datos de usuario de 100 Mbit/s (de tres a cuatro veces superior a los proporcionados por HSDPA) y de 50 Mbit/s en el ascendente (de dos a tres veces las prestaciones de HSUPA).
Específicas
LTE está ya en el mercado, con redes desplegadas por varios operadores. La Rel-8 se aprobó en diciembre de 2008 y ha sido una base para la primera ola de equipos LTE. En cuanto las principales características de LTE Rel-8 son:


Alta eficiencia espectral
OFDMA en el enlace descendente, técnica de acceso múltiple robusta frente a interferencias múltiples y de alta afinidad a las técnicas avanzadas como la programación del canal en el dominio de la frecuencia y MIMO.
SC-FDMA en el enlace ascendente, PAPR baja, la ortogonalidad del usuario en el dominio de la frecuencia.
MIMO (Multiple Input Multiple Output), soporte de antenas con canales de transmisión múltiple.

Muy baja latencia
Reducción del tiempo de preparación y transferencia.
Corta latencia HO (handover) y tiempo de interrupción.
Reducción del TTI (trama radio).
Simplificación de estados RRC (Idle, Connected).

Soporte de ancho de banda variable con separación de 15 kHz
1.25, 3, 5, 10, 15 y 20 MHz.
Arquitectura de protocolo simple
 Compartición de canales.
 Solo modo paquetes (PS), con capacidad de VoIP.

Arquitectura sencilla
ENodo B como único E-UTRAN.
Menor número de interfaces de RAN.

Compatibilidad e interoperabilidad con las versiones 3GPP anteriores.
Introducción de la funcionalidad de autoconfiguración y optimización.

Velocidades
Los objetivos de velocidad de LTE (100 Mbit/s en el enlace descendente y 50 Mbit/s en el ascendente) son diferentes dependiendo de las distintas configuraciones de antenas y modulaciones.
Rendimiento y Latencia
LTE utiliza una serie de mecanismos en la capa física para mejorar el rendimiento y reducir la latencia. Entre ellos están la petición de repetición automática híbrida (HARQ) y la modulación y codificación adaptativa (AMC)

HARQ (Hybrid Automatic Repeat ReQuest)
AMC (Adaptive Modulation and Coding)
Como ya se ha comentado respecto a la tecnología radio usada en LTE, ésta se basa en el uso de OFDMA para el enlace descendente y de SC-FDMA para el enlace ascendente.
OFDMA
OFDMA es una variante de OFDM.
Se hace uso de un gran número de subportadoras ortogonales muy próximas entre sí, que se transmiten en paralelo.
Cada subportadora se modula con un esquema de modulación convencional a una cierta velocidad.
La combinación de estas subportadoras permite alcanzar altas velocidades de datos.


La diferencia entre OFDM y OFDMA es que OFDMA tiene la capacidad para asignar dinámicamente un subconjunto de las subportadoras a los usuarios individuales, haciendo de ésta la versión multiusuario de OFDM
OFDM/OFDMA
Potencia
Duración de las baterías de los móviles.
Los terminales han de operar de modo eficiente en las etapas de amplificación de potencia.
OFDM tiene una relación alta de potencia de pico a potencia media (PAPR)
LTE utiliza para el enlace ascendente SC-FDMA.
SC-FDMA fue elegido para el enlace ascendente de LTE, ya que combina las técnicas de PAPR bajo, con la resistencia a interferencias y con la atribución de frecuencias flexible de OFDMA.


SC-FDMA
Diferencias
La diferencia más obvia entre los dos esquemas es que OFDMA transmite los datos QPSK en paralelo, uno por subportadora, mientras que SC-FDMA transmite los datos de QPSK en serie, con cada símbolo de datos ocupando M*15 kHz de ancho de banda
Cómo funciona?
En OFDMA, la forma de trabajo consiste en la separación de una sola señal en subportadoras, es decir, en dividir una señal extremadamente rápida en numerosas señales más lentas que optimicen el acceso móvil, y con los subcanales formados se pueden transmitir los datos sin estar sujetos a las interferencias y a la intensidad de la distorsión a la que se enfrenta la transmisión en una única portadora. Las subportadoras múltiples se recogen en el receptor y se recombinan para formar una transmisión de alta velocidad.
Servicio de voz
2xTx/Rx
Diferencias entre LTE FDD y LTE TDD
PUNTOS CLAVES
Estructura de Canales en LTE
El cifrado radio termina en el eNodo B.
Requisitos sobre seguridad:
LTE debe proporcionar al menos el mismo nivel de seguridad que los servicios 3G.
Las medidas de seguridad no deben afectar la experiencia del usuario.
Debe proporcionar una defensa contra ataques de Internet.
Debe considerar las transferencias entre sistemas (3G/LTE, 2G/LTE)
Uso de una tarjeta USIM (DES/T-DES & RSA) similar a la usada en 3G.

MECANISMOS DE SEGURIDAD
SU-MIMO
El transmisor ocupa el ancho de banda de todas las antenas por un lapso de tiempo. Quiere decir que no es posible crear grupos de dispositivos y comunicar con todos ellos con el máximo ancho de banda disponible.
LTE es un sistema donde únicamente existe la conmutación de paquetes, siendo un core “todo IP”
• OTT (Over The Top services): son servicios que proporciona un tercero sobre la red de otro, por ejemplo Skype.
• Dual Radio: consiste en que el móvil puede trabajar paralelo con dos tecnologías de radio, por ejemplo UMTS y LTE, y así derivar las llamadas de voz a una red 2G/3G y las de datos a una red 4G

Mecanismos existentes para proporcionar el servicio de voz en LTE
Mecanismos existentes para proporcionar el servicio de voz en LTE
• Volte/Volga: En VoLTE el control de la llamada se realiza en la plataforma IMS, mientras que en VoLGA se utiliza el acceso LTE pero el control de la llamada se lleva a cabo en el MSC a través del VANC. La principal ventaja de VoLGA es que permite reutilizar la red de voz existente para proporcionar servicios de voz sobre LTE desde el principio, pero es una solución provisional.
Mecanismos existentes para proporcionar el servicio de voz en LTE
• CSFB (Circuit Switched Fall Back): utiliza una variedad de procesos y elementos de red para permitir recurrir a la conmutación de circuitos 2G o 3G antes de que la llamada sea iniciada. Además CSFB requiere la modificación de ciertos elementos dentro de la red, en particular del MSC, así como obviamente, de los nuevos dispositivos.
Mecanismos existentes para proporcionar el servicio de voz en LTE
• SRVCC (Signal Radio Voice Call Continuity): este es un mecanismo basado en la red IMS. El móvil de LTE es capaz de transmitir/recibir en una sola de las redes de acceso en un momento dado. Con CSFB, mientras se hace o recibe una llamada, el móvil suspende la conexión de datos con la red LTE.
OFDM Orthogonal Frecuency Division Multiplex
Permite una gran transmisión de datos pero manteniendo la eficiencia y velando por protección contra interferencia.

MIMO Multiple Input Multiple Output
Permite aprovechar las diferentes trayectorias que siguen las señales que son producto de una reflexión para aumentar el rendimiento de la red.

SAE System Architecture Evolution
Debido al aumento de la velocidad de transferencia, además de que se utilizan sistemas a tiempo real, por lo que se necesita de baja latencia existe un cambio significativo de arquitectura. La red pasó de ser una red bastante jerárquica típica de los sistemas 2G/3G, a tener un diseño mas plano. Esto permite que los datos puedan encaminarse de manera más directa a su destino.


Call Setup
EnB
NON-ACCESS STRATUM (NAS)
Set de protocolos utilizados para el establecimiento de las sesiones de comunicación entre el UE y el LTE/E-UTRAN.
TIPOS:
update
attach
authentication
service request
S1 APPLICATION PROTOCOL (S1AP)
3G vs 4G
2G vs 3G vs 4G
Acceso 4G
Provee el servicio de señalización entre el eNodo B
y el MME.


AGREGACION DE PORTADORAS (AC)
LTE puede trabajar en todas las bandas de frecuencias y hacer uso del espectro disponible por el operador. El máximo ancho de banda definido en las IMT-Avanzadas es 100 MHz.
Tecnologia SON (Self Organization Network)
Se introdujo para ayudar a reducir el CAPEX y el OPEX del sistema.
Balancear Carga entre distintas tecnologías.
Detección de fallos.
Optimización de la movilidad.
Coordinación de interferencia.
Mejoras en MIMO
DOWNLINK
MIMO 8x8
UPLINK
MIMO 4X4

MEJORAS DESTACABLES DE LTE-ADVANCED
Todos los eNodo B se conectan al menos a un MME a través de la interfaz lógica
S1-MME
(Plano de Control).
MME se conecta a HSS a través de interfaz
S6a
.
SGW se interconecta con los eNodo B a traves de la interfaz
S1-U
(Plano de Usuario).
SGW y PGW usan
S5
(Si usuario no esta en Roaming) o
S8
de lo contrario.
La señalización del plano de control entre el MME y el SGW realiza usando la interfaz
S11.
S7
interconecta PCRF y PGW.
S11: Se usa para establecer la conexión IP de los usuarios LTE a través de la interconexión de Gateways y estación Base.
Ademas, brindan soporte de movilidad entre distintos eNodoB.
S2
: Conecta PGW a otras redes IP no-3GPP.
S3
: Permite intercambio de información entre redes 3GPP y LTE/SAE.
S4
: Habilita al usuario y permite el intercambio de información entre redes 3GPP y LTE/SAE.
S9
: Transferencia de políticas de QoS y control de cobro.
S10
: Punto de referencia entre los MME.
S11
: Punto de referencia para la conexión entre MME y SGW.
S12
: Punto de referencia entre UTRAN y SGW para formar tunneling del plano de usuario.
S13
: Interconexión entre MME y EIR.
SGi
: Punto de referencia entre PGW y PDN.
Rx
: Interconexión entre PCRF y otras redes de servicios IP.
X2
: Interconecta los EnB. A traves de ella se realiza Handover.
UU (Interfaz radio LTE)
Basada en OFDMA en el enlace descendente y SC-FDMA en el enlace ascendente.

Soporta tanto TDD
como FDD.
MODULACION:
64QAM
Handover
Coordinated Multipoint Transmission (CoMP)
GRACIAS!
BIBLIOGRAFIA
http://www.3gpp.org/
http://www.LTeworld.org
Comunicaciones Móviles - José Manuel Huidobro
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