Jose F. Monserrat - 3GPP LTE - Hacia la 4G móvil

1 Velocidad de datos: Objetivo de 100 Mbps en tasas de transmisión de pico en enlace descendente y de 50 Mbps en enlace ascendente, en 20 MHz de ancho de banda, asumiendo terminales con 2 antenas en recepción y 1 en transmisión. Estas tasas de transmisión son casi 7 veces las tasas de transmisión de HSDPA Release 6 en el sentido descendente y casi 8 veces a HSUPA en el sentido ascendente.

2 Eficiencia espectral: En las mismas condiciones del punto anterior, 20 MHz de ancho de banda, la eficiencia espectral requerida es de 5 bits/s/Hz y 2,5 bits/s/Hz en UL, cifras que están entre 3 y 4 veces por encima de las de Release 6 en DL (HSDPA) y de 2 a 3 veces mejor que en Release 6 en el UL (HSUPA).

3 Rendimiento: El rendimiento ( throughput ) medio por usuario y MHz en enlace descendente debe ser entre 3 y 4 veces superior al de Release 6 y de 2 a 3 veces mejor que en Release 6 en el enlace ascendente.

4 Latencia: La latencia en el plano de usuario se refiere al tiempo de tránsito unidireccional de un paquete desde que está disponible en la capa IP en el terminal y la disponibilidad de este paquete en la capa IP de un nodo en la red de acceso radio, o viceversa, será inferior a 5 ms. También se reducirá el tiempo de latencia en plano de control para permitir tiempos de transición de menos de 100 ms en un terminal desde el estado camped al estado active.

5 Ancho de banda: Deben soportarse anchos de banda escalables de 5, 10, 15 y 20 MHz. También se soportarán anchos de banda menores que 5 MHz para mayor flexibilidad, en particular, 1,4 MHz y 3 MHz.

6 Asignación de espectro: Posibilidad de uso de banda pareada (modo FDD) y banda no-pareada (TDD).

7 Interconexión: Debe garantizarse la interconexión con los sistemas existentes del 3GPP y otros sistemas no-3GPP. Los terminales multimodo deben soportar traspasos ( handover ) hacia y desde las redes previas, así como medidas inter-sistema. El tiempo de interrupción en el traspaso entre distintas tecnologías deberá ser inferior a 300 ms para los servicios de tiempo real y menos de 500 ms para los servicios de tiempo no-real.

8 Servicios Multimedia Broadcast y Multicast (MBMS): Se especificará una mejora de MBMS para dar lugar a Enhanced MBMS (E-MBMS).

9 Coste: Reducción de CAPEX y OPEX incluyendo la red de transporte. Debe lograrse un coste reducido de migración de la arquitectura y el acceso radio partiendo de una red de Release 6. Debe asegurarse un coste, complejidad y consumo de energía razonables tanto para el terminal como para el sistema. Todas las interfaces especificadas deberán ser abiertas para facilitar la interoperabilidad entre equipos de múltiples proveedores.

10 Movilidad: El sistema debe ser óptimo para baja velocidad del terminal móvil (0-15 km/h), pero se deben soportar velocidades mayores incluyendo el caso particular de trenes de alta velocidad. En particular, debe tener altas prestaciones para velocidades de hasta los 120 km/h y para velocidades mayores y hasta 350 km/h la conexión se debe mantener.

11 Cobertura: En cuanto a la cobertura del sistema, en LTE se debe cumplir que las prestaciones máximas del sistema lleguen hasta los 5 km. Sólo es admisible una leve degradación de la cobertura entre 5 km y 30 km y debería incluirse en el estándar la posibilidad de alcanzar rangos de hasta 100 km.

12 Coexistencia: Debe garantizarse la coexistencia en la misma zona geográfica, así como la compartición de emplazamientos con redes existentes. También es un requisito importante la coexistencia entre operadores en bandas adyacentes, así como la coexistencia de redes en zonas fronterizas.

13 Calidad de servicio: Se garantizará la calidad de servicio extremo a extremo ( end-to-end calidad de servicio o Quality of Service (QoS)). El servicio de voz sobre IP o Voice over IP (VoIP) debe soportarse al menos con la misma calidad, eficiencia y latencia en la red de acceso radio y de transporte que la que se ofrece para tráfico de voz sobre conmutación de circuitos en UMTS.

14 Sincronización de red: No es obligatoria la sincronización temporal entre diferentes emplazamientos de la red.

15 Otros requisitos: LTE debe soportar al menos 200 terminales en estado activo cuando se opera sobre un ancho de banda de 5 MHz.

Una de las características más importantes en las prestaciones de LTE es su flexibilidad espectral. La interfaz radio deberá poder operar en asignaciones de espectro de diferentes tamaños: 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz y 20 MHz, tanto en UL como en DL. Esta flexibilidad permite el despliegue de LTE en diferentes espectros y con diferentes características:

Flexibilidad en gestión dúplex. Una de las características principales de las especificaciones es que LTE debe funcionar en FDD y en TDD. FDD consiste en que la transmisión entre una estación base y un terminal móvil se realiza en un tiempo dado a la vez, pero con distintas frecuencias, y TDD utiliza la misma frecuencia pero en instantes de tiempo diferentes.

Flexibilidad de la banda de operación en frecuencia. LTE debe poder operar desde 450 MHz hasta 3,5 GHz, ya sea en lugares del espectro disponibles actualmente o por migración de antiguos sistemas, lo que se conoce como refarming.

Flexibilidad espectral. El ancho de banda asignado para la transmisión con LTE puede ser mayor o menor. Esta flexibilidad espectral puede hacer que haya una migración de otras tecnologías de acceso radio a LTE. Teóricamente el ancho de banda de transmisión varía de 1 MHz a 20 MHz en pasos de 180 kHz, aunque en las especificaciones se reconocen sólo los anchos comentados anteriormente.

Respecto a la banda de frecuencia utilizada, LTE es miembro de la familia IMT y, por tanto, puede desplegarse en cualquiera de las bandas reconocidas a tal familia. En las World Radiocommunication Conferences (WRC) relacionadas con esta asignación de frecuencia (WRC de 1992, 2000 y 2007), se identificaron las siguientes bandas de trabajo para IMT:

450-470 MHz

698-960 MHz

1.710-2.025 MHz

2.110-2.200 MHz

2.300-2.400 MHz

2.500-2.690 MHz

3.400-3.600 MHz

Ésta es una lista simplificada de las asignaciones reales, ya que la variación es muy significativa entre las distintas regiones. En realidad, la mayor porción de espectro asignada a tecnologías IMT es de 200 MHz y se encuentra en la banda de 3,4-3,6 GHz, disponible en la mayor parte de los países de las Regiones 1 y 3. Un análisis más detallado del uso del espectro se encuentra en el capítulo 10, dedicado a LTE-A.

Para poder conocer la red en su conjunto es importante conocer la arquitectura del sistema (ver figura 1.4). Se llama arquitectura del sistema al conjunto de nodos e interfaces que hacen posible la comunicación entre una estación base y un terminal móvil. Su arquitectura se divide en dos partes: la red de acceso radio o Radio Access Network (RAN) y el núcleo de red o Core Network (CN). A la red de acceso radio de LTE se la conoce como Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN), y al núcleo de red como Evolved Packet Core (EPC).

La filosofía de diseño de la arquitectura del sistema es minimizar el número de nodos y encontrar una solución donde la RAN esté formada por un solo nodo. Por su parte, la filosofía del CN es que sea lo más independiente posible de la RAN.

La filosofía de reducir el número de nodos en la E-UTRAN condujo hacia la implantación de un único nodo mucho más complicado que el NodeB de UMTS, llamado evolved Node B (eNodeB). Su principal función es la gestión de recursos radio y la conexión de los terminales móviles de una celda a otra. Si se observa la figura 1.4, existen dos tipos de interfaces en la red de acceso radio: la S1 que conecta la E-UTRAN con el EPC y la interfaz X2 que conecta un eNodeB con otro. La interfaz X2 es utilizada principalmente para la movilidad y para las funciones de gestión de recursos radio multicelular.