P O N T I F I C I A U N I V E R S I D A D C AT Ó L I C A D E L P E R Ú
escuela de posgrado
Cálculo de la capacidad del enlace de subida en LTE-Advanced con agregación de
portadoras inter banda
Tésis para optar el título de Magister en Ingeniería de las Telecomunicaciones
José Luis Calderón Choy
Asesor: Dr. Diógenes Marcano
Mayo 2014
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
José Luis Calderón Choy: Cálculo de la capacidad del enlace de subida en
LTE-Advanced con agregación de portadoras inter banda, Tésis para optar
el título de Magister en Ingeniería de las Telecomunicaciones, © Mayo
2014
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
A mi madre, Carmen E. Choy Sam.
Por apoyarme en todo proyecto y en cada momento importante de
mi vida.
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A G R A D E C I M I E N T O S
Mis más sinceros agradecimientos a todos aquellos que ayudaron
a que esta Tesis sea una realidad.
Principalmente a mi Madre por su apoyo incondicional en todo
sentido.
A mi Asesor de Tesis el Doctor Diógenes Marcano.
A mi guía del curso Tesis, el Doctor Carlos Silva Cárdenas.
A mi estimado amigo, Juan Carlos Espichan Infante, por su gran
participación en la programación del aplicativo en PHP.
A Natalí Mena Velásquez, por el préstamo de la netbook de prue-
bas y validación de la web.
A mi hermano, el Licenciado Luis Miguel Calderón Choy, por la
diagramación y mejora en algunas de las figuras e imágenes.
A la Magister Patricia Díaz Ubilluz y a mis amigos de la Maestría
por su apoyo, sus ánimos, sugerencias y comentarios.
v
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Í N D I C E G E N E R A L
Introducción 1
1 análisis de la problemática 3
1.1 Análisis de la problemática 3
2 marco teórico 5
2.1 Fundamentos de LTE 5
2.1.1 Arquitectura LTE 5
2.1.2 Bandas de frecuencia para LTE 8
2.1.3 Acceso de radio 9
2.1.4 Modulación Adaptativa 11
2.1.5 Estructura de los canales en el Down Link (DL) 13
2.1.6 Estructura de los canales en el Up Link (UL) 13
2.1.7 Estructura de la trama y matriz de recursos en
el UL 15
2.1.8 Cálculo de la capacidad pico 16
2.1.9 Sistemas MIMO 16
2.1.10 Link Budget en LTE 17
2.2 Fundamentos de LTE Advanced 19
2.2.1 Agregación de portadoras (Carrier Aggregation) 20
2.2.2 MIMO en LTE-Advanced 28
2.2.3 Categoría de los User Equipment (UE) en Long
Term Evolution Advanced (LTE Advanced) 29
3 desarrollo de la aplicación 31
3.1 Herramientas utilizadas 31
3.2 Detalle del Funcionamiento de la Aplicación 31
3.2.1 Selección del tipo de agregación 31
3.2.2 Selección de la configuración de la agregación
de portadoras 32
3.2.3 Selección de las combinaciones de la agregación
de portadoras 32
3.2.4 Canalizado de los Component Carriers 33
3.2.5 Validación de Ortogonalidad 33
3.2.6 Selección de los parámetros del LinkBudget 35
3.2.7 Cálculo de la capacidad y reporte final 36
3.3 Diagrama de flujo del sistema 37
3.3.1 Selección del tipo de agregación y configura-
ción 37
3.3.2 Selección de las combinaciones de la agregación
de portadoras 38
3.3.3 Canalizado de los Component Carriers 39
3.3.4 Validación de Ortogonalidad 40
3.3.5 Cálculo de la capacidad y reporte final 41
4 resultados de la capacidad con el aplicativo 43
4.1 Validación de resultados para CA Intrabanda Contí-
nua 43
vii
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
viii indice
4.1.1 Comparación de resultados CA Intrabanda Con-
tínua 44
4.2 Validación de resultados para CA Intrabanda Discontí-
nua 45
4.2.1 Comparación de resultados CA Intrabanda Dis-
contínua 46
4.3 Validación de resultados para CA Interbanda 47
4.3.1 Comparación de resultados CA Interbanda 48
Conclusiones y Recomendaciones 49
bibliografía 51
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Í N D I C E D E F I G U R A S
Figura 1 Arquitectura LTE [2]. 7
Figura 2 Arquitectura E-UTRAN [6] 7
Figura 3 Comparación FDM y OFDM 9
Figura 4 Ejemplo del espectro correspondiente a 6 sub-
portadoras Orthogonal Frequency Division Mul-
tiplexing (OFDM) [19] 10
Figura 5 Representación Gráfica OFDMA y SC-FDMA.
Fuente: 3GPP LTE 11
Figura 6 Ilustración de las constelaciones para las mo-
dulaciones QPSK y 16-QAM [19] 12
Figura 7 Estructura de las Tramas en el UL [5]. 15
Figura 8 Matriz de recursos en el PUSCH del UL [5]. 16
Figura 9 cobertura de Portadoras pertenecientes a Ban-
das de diferente frecuencia [13]. 20
Figura 10 Definición del BWchannel y el NRB de una
portadora E-UTRA [14] 22
Figura 11 Definición del ancho de banda del canal agre-
gado y los bordes del ancho de banda del canal
de agregados [14]. 23
Figura 12 términos y definiciones para el Carrier Aggre-
gation (CA) Intrabanda no contínua [14] 24
Figura 13 Selección del tipo de Agregación 31
Figura 14 Selección del tipo de Configuración 32
Figura 15 Selección del tipo de Combinación 32
Figura 16 Canalización de las Component Carriers 33
Figura 17 Validación de la ortogonalidad 34
Figura 18 Selección de los parámetros del LinkBudget 35
Figura 19 Cálculo de la capacidad y reporte final 36
Figura 20 Diagrama de flujo - Selección del tipo de Agre-
gación y configuración 37
Figura 21 Diagrama de flujo - Selección de las combina-
ciones de la agregación de portadoras 38
Figura 22 Canalizado de los Component Carriers 39
Figura 23 Validación de Ortogonalidad 40
Figura 24 Cálculo de la capacidad y reporte final 41
Figura 25 Cálculo de la capacidad para CA Intrabanda
Contínua con el aplicativo 43
Figura 26 Cálculo de la capacidad para CA Intrabanda
Contínua con Hoja de Excel 44
Figura 27 Cálculo de la capacidad para CA Intrabanda
Discontínua con aplicativo 45
Figura 28 Cálculo de la capacidad para CA Intrabanda
Discontínua con Hoja de Excel 45
Figura 29 Cálculo de la capacidad para CA Interbanda
con aplicativo 47
ix
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Figura 30 Cálculo de la capacidad para CA Interbanda
con Hoja de Excel 47
Í N D I C E D E C U A D R O S
Cuadro 1 Requerimientos LTE Rel-8 6
Cuadro 2 Bandas de Operación LTE FDD y TDD [14] 8
Cuadro 3 Cantidad de bits según modulación 12
Cuadro 4 Parámetros del UE, de la Base Station (BS) y
márgenes para el LinkBudget [18] 17
Cuadro 5 Relación entre la modulación y la SINR [8] 19
Cuadro 6 Bandas de trabajo para CA Intrabanda Contí-
nua [14] 20
Cuadro 7 Banda de trabajo para CA Intrabanda Discon-
tínua [14] 21
Cuadro 8 Banda de trabajo para CA Interbanda [14] 21
Cuadro 9 Relación de los Transmission bandwidth con-
figuration NRB con los E-UTRA BWChannel
[14]. 22
Cuadro 10 Clases de Ancho de Banda para CA y sus corre-
pondientes bandas de guarda nominales [14] 25
Cuadro 11 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA)
CA configuraciones y sets de combinaciones de
anchos de banda definidos para CA intrabanda
contínua [14] 26
Cuadro 12 E-UTRA Bandwidth (BW) para CA Intrabanda no
contínua [14] 26
Cuadro 13 E-UTRA BW para CA Interbanda [14] 27
Cuadro 14 Categoría de los terminales en LTE Advanced [7]. 29
Cuadro 15 Comparación de resultados de capacidad para
CA Intrabanda Contínua 44
Cuadro 16 Diferencia ( %) de los resultados obtenidos pa-
ra el cálculo de la capacidad en CA Intrabanda
Contínua 44
Cuadro 17 Comparación de resultados de capacidad para
CA Intrabanda Discontínua 46
Cuadro 18 Diferencia ( %) de los resultados obtenidos pa-
ra el cálculo de la capacidad en CA Intrabanda
Discontínua 46
Cuadro 19 Comparación de resultados de capacidad para
CA Interbanda 48
x
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acrónimos xi
Cuadro 20 Diferencia ( %) de los resultados obtenidos pa-
ra el cálculo de la capacidad en CA Interban-
da 48
A C R Ó N I M O S
LTE Long Term Evolution
LTE Advanced Long Term Evolution Advanced
IMT Advanced International Mobile Telecommunications Advanced
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
3GPP 3rd Generation Partnership Project
LTE-4G 4th Generation LTE
IP Internet Protocol
ITU International Telecommunication Union
MIMO Multiple In, Multiple Out
DL Down Link
UL Up Link
BW Bandwidth
RRC Radio Resource Control
SNR Signal to Noise Ratio
SINR Signal to Interference-plus-Noise Ratio
NF Noise Figure
IM Implementation Margin
KTB Thermal Noise Level
EPS Evolved Packet System
EPC Evolved Packet Cores
E-UTRA Evolved Universal Terrestrial Radio Access
E-UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Networks
MME Mobile Management Entity
SGW Serving Gateway
PDN GW Packet Data Network Gateway
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
xii acrónimos
HSS Home Subscriber Server
UE User Equipment
BS Base Station
eNB evolved Node B
PDCP Packet Data Control Protocol
FDM Frequency Division Multiplexing
FDD Frequency Division Dulexing
TDD Time Division Duplexing
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OFDMA Orthogonal Frecuency Division Multiple Access
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
QAM Quadrature Amplitude Modulation
PAPR Peak-to-Average Power Ratio
ARQ Automatic Repeat Request
HARQ Hybrid Automatic Repeat Request
CQI Channel Quality Indicator
Ts tiempo de símbolo
RB Resource Block
RE Resource Element
EIRP Potencia Efectiva Radiada Isotrópica
SRS Sounding Reference Signal
Tx Transmisor
Rx Receptor
APL Allowable Path Loss
SC-FDMA Single Carrier FDMA
PRB Physical Resource Block
RF Radio Frecuencia
PUSCH Physical Uplink Shared Channel
PUCCH Physical Uplink Control Channel
PRACH Physical Random Access Channel
PDSCH Physical Downlink Shared Channel
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PBCH Physical Broadcast Channel
PMCH Physical Multicast Channel
PCFICH Physical Control Format Indicator Channel
PDCCH Physical Downlink Control Channel
PHICH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel
CA Carrier Aggregation
CC Component Carrier
RN Relay Node
NCS Nominal Carrier Separation
CS Carrier Separation
S Í M B O L O S
BWChannel,block Sub-block bandwidth [MHz]
BWChannel_CA Aggregated Channel Bandwidth
BWChannel Channel bandwidth
d Distancia (Km)
f Frecuencia (MHz)
FC Frequency of the carrier centre frequency
FC,block,high Frecuencia Central del highest transmitted/received ca-
rrier en un sub-block
FC,block,low Frecuencia Central del lowest transmitted/received ca-
rrier en un sub-block
FDL−high Frecuencia más alta del DL operating band
FDL−low Frecuencia más baja del DL operating band
Fedge,block,high Upper sub-block edge
Fedge,block,low Lower sub-block edge
Fedge,high Higher edge of aggregated channel bandwidth [MHz]
Fedge,low Lower edge of aggregated channel bandwidth [MHz]
Foffset,block,high Separación entre el higher edge de un sub-block y
el centro del highest component carrier within the sub-block
Foffset,block,low Separación entre el lower edge de un sub-block y el
centro del lowest component carrier within the sub-block
xiii
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xiv símbolos
FUL−high Frecuencia más alta del UL operating band
FUL−low Frecuencia más baja del UL operating band
hb Altura de la estación base (m)
hr Altura del UE (m)
NRB,high Higher edge of aggregated channel bandwidth [MHz]
NRB,low Lower edge of aggregated channel bandwidth [MHz]
NRB Transmission bandwidth configuration
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A B S T R A C T
This thesis aims to calculate the total capacity of the terminal equip-
ment in the uplink for LTE-Advanced carrier aggregation intraband
and interband according to 3GPP Release 11 and for this it is neces-
sary to select an appropriate propagation model that allows obtaining
the SNR and then determines the modulation of each carrier to be ad-
ded , and finally calculate the capacity.
For the calculation of the capacity, we have designed a web applica-
tion that follows the parameters of Release 11 for carrier aggregation.
It specifies the existing carrier aggregation types, and also the con-
fugurations and combination. After making the channeled of each
carrier, for carrier aggregation intraband continuous, the channel se-
paration is evaluated.
Then, knowing the terminal class and using the propagation model
Cost-231 Hata and reference sensitivity in the link budget for the
uplink, the cells of the adaptative modulation are calculated and then
the capacity of each modulation cell to each component carrier.
Finally, the total capacity is calculated in the uplink for carrier ag-
gregation.
R E S U M E N
Este trabajo tiene como finalidad calcular la capacidad total del
equipo terminal, en el canal de subida de LTE-Advanced para agrega-
ción de portadora intrabanda e interbanda de acuerdo con el Release
11 del 3GPP; para esto es necesario seleccionar un modelo de propa-
gación adecuado que permita obtener la SNR para luego determinar
la modulación de cada portadora a agregarse, y finalmente calcular
la capacidad.
Para el cálculo de la capacidad, se ha diseñado una aplicación web
que sigue los parámetros del Release 11 para la agregación de porta-
doras. Se especifica los tipos de agregación de portadoras existente,
además de sus configuraciones y combinaciones. Luego de hacer el
canalizado de cada una de las portadoras, en el caso de agregación de
portadoras intrabanda contínua, se evalúa la separación intercanal.
Luego, conociendo la clase del terminal y utilizando el modelo de
propagación Cost-231 Hata y la sensibilidad de referencia en el link
budget para el enlace se subida, se calculan los anillos de modula-
ción adaptativa y con ello la capacidad de cada anillo de modulación,
perteneciente a cada component carrier.
Finalmente se calcula la capacidad total en el enlace de subida para
la agregación de portadoras.
xv
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
I N T R O D U C C I Ó N
Long Term Evolution (LTE) es una tecnología desarrollada por el
3rd Generation Partnership Project (3GPP) para cumplir con las exigen-
cias del mercado de las telecomunicaciones. En su primera versión
LTE fue especificado por medio de los Releases 8 y 9 del 3GPP con
un ancho de banda máximo de 20 MHz. Más recientemente, la nue-
va versión denominada LTE Advanced o 4th Generation LTE (LTE-4G)
está basada en los Releases 10, 11 y posteriores y cumple con los
requerimientos de International Mobile Telecommunications Advan-
ced (IMT Advanced) definidos por la International Telecommunication
Union (ITU).
LTE-4G permite tasas de transmisión de 1 Gbps en fijo y unos 100
Mbps en móvil. Para alcanzar dichas tasas de transmisión se han in-
corporado muchas mejoras y novedades en LTE-4G, principalmente
en uso de agregación de portadoras y sistemas Multiple In, Multi-
ple Out (MIMO). De esta forma se pueden alcanzar anchos de banda
agregados de hasta 100 MHz uniendo 5 segmentos de 20 MHz cada
uno.
La planificación de redes LTE considera, entre otros, el cálculo de la
capacidad del enlace de bajada o DL y del enlace de subida o UL.
Este trabajo está dirigido al cálculo de la capacidad del UL, por ser
el enlace limitante, para LTE-4G considerando los diferentes modos de
agregación de portadoras que se han publicado, al menos hasta el
Release 11, es decir agregación intrabanda continua, agregación in-
trabanda no continua y agregación interbanda. Al usar agregación
de portadoras el comportamiento de la onda electromagnética difiere
dependiendo de las bandas que se agreguen. Esto trae como conse-
cuencia que las capacidades de transmisión sean distintas en cada
banda agregada ya que la Signal to Noise Ratio (SNR) será distinta en
cada una de ellas. Para realizar el cálculo de la capacidad del UL es ne-
cesario hacer el presupuesto del enlace, que nos permita calcular las
pérdidas máximas admisibles del trayecto, para una Relación Señal a
Ruido o SNR dada en el móvil; dependiendo de la SNR se selecciona
la modulación y por tanto la cantidad de bits por cada símbolo Sin-
gle Carrier FDMA (SC-FDMA); luego a partir de la matriz de recursos
tiempo frecuencia del UL se calcula la tasa de bits.
A continuación se debe escoger un modelo de propagación acor-
de con LTE-4G que permita obtener la distancia en la cual se tienen
las pérdidas máximas conociendo la frecuencia. De esta forma pode-
mos establecer bandas de distancias para cada modulación con su
respectiva capacidad asociada. Este procedimiento se aplicará para
cada modo de agregación de portadora.
Todos los cálculos y parámetros seleccionados se harán de acuerdo
a los estándares publicados por el 3GPP en los casos que aplique. El
trabajo incluye un análisis de los diferentes modos de agregación de
portadoras, para luego aplicarlos en base al procedimiento antes des-
1
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2 INTRODUCCIÓN
crito. Al agregar varias portadoras debe cumplirse con ciertas limita-
ciones, una de ellas es que las frecuencias centrales de los segmentos
a agregarse deben ser un múltiplo entero de 300 KHz de manera que
se conserve la ortogonalidad entre todas las subportadoras de ambos
segmentos, en el caso de agregación continua. Para ello el estándar
indica el procedimiento a seguir para cumplir con dicho requerimien-
to.
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
1
A N Á L I S I S D E L A P R O B L E M ÁT I C A
1.1 análisis de la problemática
Dado al avance en las tecnologías móviles, y a su rápida llegada a
distintos países de la región, se ha visto la necesidad de poder calcu-
lar la capacidad de los enlaces tanto de bajada como de subida en LTE
y LTE Advanced . En el caso particular de LTE Advanced, tenemos como
grandes participantes a los sistemas MIMO y en especial al CA. Para
poder calcular la capacidad de LTE Advanced utilizando CA, es necesa-
rio revisar detenidamente los estándares publicados por el 3GPP, para
poder conocer la manera cómo se debe realizar la agregación de por-
tadoras, según la canalización del espectro que ha sido concedido al
operador.
Esta Tesis tiene como fin diseñar e implementar una aplicación web
para el cálculo de la capacidad en LTE Advanced en el enlace de subida
usando agregación de portadoras. Aquí el usuario podrá seleccionar
el tipo de agregación que requiere realizar, podrá seleccionar las confi-
guraciones y las combinaciones posibles permitidos por el Release 11
del 3GPP. Así mismo podrá verificar la ortogonalidad entre las bandas
participantes en el cálculo y seleccionar otros parámetros necesarios
para el cálculo de la capacidad. Luego de esto, el aplicativo realizará
el cálculo de la capacidad utilizando los valores para el Link Budget
y los modelos de propagación sugeridos.
3
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2
M A R C O T E Ó R I C O
2.1 fundamentos de lte
Long Term Evolution LTE del Universal Mobile Telecommunica-
tions System (UMTS) se desarrolló para asegurar que la tecnología
siga siendo competitiva en el futuro previsible [5]. Los requisitos del
sistema de LTE Rel-8, ver Cuadro 1, incluyen la mejora de la capaci-
dad y la cobertura del sistema, la mejora de la experiencia del usuario
a través de tasas de datos más altas y latencia reducida, la disminu-
ción de los costos de despliegue y costos operativos, y la integración
de forma perfecta con los sistemas existentes [5].
Tras considerarse y discutirse múltiples propuestas sobre la capa
física, protocolos radio, arquitectura de red, aspectos de Radio Fre-
cuencia (RF), consideraciones de complejidad, etc., algunas de las ca-
racterísticas principales incorporadas fueron [19]:
Esquema de acceso de radio Orthogonal Frecuency Division
Multiple Access (OFDMA) en el downlink y SC-FDMA en el uplink
[19].
Soporte de packet scheduling en el dominio del tiempo y de
frecuencia [19].
Simplificaciones en la MAC y en el modelo de estados Radio Re-
source Control (RRC), así como reducción del número de canales
de transporte (no hay canales dedicados) [19].
Funcionalidades de packet scheduling, Automatic Repeat Re-
quest (ARQ) e Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) termi-
nadas en evolved Node B (eNB) [19].
Simplificación de la arquitectura Evolved UMTS Terrestrial Ra-
dio Access Networks (E-UTRAN) y descentralización de la misma
[19].
2.1.1 Arquitectura LTE
La arquitectura del sistema de LTE se basa en Internet Protocol (IP)
y por lo tanto está diseñado para soportar de manera eficiente la
transmisión basada en paquetes. Una ilustración simplificada de la
arquitectura del sistema de LTE [5], denominado formalmente en las
especificaciones como Evolved Packet System (EPS)[19], se muestra en
la Figura 1.
Los componentes fundamentales del sistema LTE son, por un lado,
el E-UTRAN y el Evolved Packet Cores (EPC) de la red troncal [19].
5
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
6 marco teórico
Cuadro 1: Requerimientos LTE Rel-8 [5].
Característica Requerimiento
Velocidad de datos máxima DL - 100 Mbps a 20 MHz
UL - 50 Mbps a 20 MHz
Eficiencia espectral de la celda DL - 3-4 veces Rel-6 HSDPA
UL - 2-3 veces Rel-6 HSUPA
Eficiencia espectral de usuarios DL - 2-3 veces Rel-6 HSDPA
en el borde de la celda UL - 2-3 veces Rel-6 HSUPA
Eficiencia espectral promedio DL - 3-4 veces Rel-6 HSDPA
de usuarios UL - 2-3 veces Rel-6 HSUPA
Latencia en el Plano de Control 50 ms de dormido a activo
Capacidad en el Plano de Control 400 usuarios
Latencia en el Plano del Usuario 5 ms
Movilidad Hasta 350 Km/h
Rango máximo de la celda 100 Km
Espectro soportado Flexible (hasta 20 MHz)
El E-UTRAN es responsable de la gestión de acceso de radio y pro-
porciona soporte a los planos de usuarios y al plano de control de los
UE [5].
2.1.1.1 E-UTRAN
El E-UTRAN consta del eNB, que es la estación base de LTE y res-
ponsable de proporcionar el plano de usuario E-UTRA y el plano de
control [4].
1. Evolved NodeB (eNB)
El eNB es la única entidad en el E-UTRAN que interactúa con
el UE a través de la interfaz de aire. Los eNBs funcionan co-
mo una estación base y además alojan a las capas Física, MAC,
de Control de Radio Enlace y de Packet Data Control Proto-
col (PDCP). El eNB puede soportar el modo Frequency Division
Dulexing (FDD), el modo Time Division Duplexing (TDD), o la
operación de modo dual. Los eNBs están conectados el uno al
otro a través de la interface X2 como una malla completa (ver
Figura 2).
2.1.1.2 El EPC
El EPC contiene las siguientes entidades: Home Subscriber Server
(HSS), Mobile Management Entity (MME), Serving Gateway (SGW) y
Packet Data Network Gateway (PDN GW) [4]. Se puede apreciar en la
Figura 1, todas estas entidades dentro de la region anaranjada.
1. Home Subscriber Server - HSS
Básicamente, el HSS es una base de datos que contiene la infor-
mación relacionada al usuario y al abonado. También propor-
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2.1 fundamentos de lte 7
Figura 1: Arquitectura LTE [2].
Figura 2: Arquitectura E-UTRAN [6]
ciona funciones de apoyo en la gestión de la movilidad, estable-
cimiento de la sesión y la llamada, autenticación del usuario y
autorización del acceso [1].
2. Mobile Management Entity - MME
El MME gestiona la movilidad, las identidades del UE y los pará-
metros de seguridad [4].
3. Serving Gateway - SGW
El SGW es el nodo que termina la interfaz hacia la E-UTRAN. Para
cada UE asociado con la EPS, en un punto de tiempo dado, hay
una sola SGW [4].
4. Packet Data Network Gateway - PDN GW
El PDN GW es el nodo que termina la interfaz SGi hacia la PDN.
Proporciona conectividad a las redes de paquetes de datos exter-
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
8 marco teórico
Cuadro 2: Bandas de Operación LTE FDD y TDD [14]
E-UTRA Uplink Operating Bands Downlink Operating Bands Duplex
Band FULlow − FULhigh FDLlow − FDLhigh Mode
1 1920 MHz - 1980 MHz 2110 MHz - 2170 MHz FDD
2 1850 MHz - 1910 MHz 1930 MHz - 1990 MHz FDD
3 1710 MHz - 1785 MHz 1805 MHz - 1880 MHz FDD
4 1710 MHz - 1755 MHz 2110 MHz - 2155 MHz FDD
5 824 MHz - 849 MHz 869 MHz - 894 MHz FDD
6 830 MHz - 840 MHz 875 MHz - 885 MHz FDD
7 2500 MHz - 2570 MHz 2620 MHz - 2690 MHz FDD
8 880 MHz - 915 MHz 925 MHz - 960 MHz FDD
9 1749,9 MHz - 1784,9 MHz 1844,9 MHz - 1879,9 MHz FDD
10 1710 MHz - 1770 MHz 2110 MHz - 2170 MHz FDD
11 1427,9 MHz - 1447,9 MHz 1475,9 MHz - 1495,9 MHz FDD
12 699 MHz - 716 MHz 729 MHz - 746 MHz FDD
13 777 MHz - 787 MHz 746 MHz - 756 MHz FDD
14 788 MHz - 798 MHz 758 MHz - 768 MHz FDD
17 704 MHz - 716 MHz 734 MHz - 746 MHz FDD
33 1900 MHz - 1920 MHz 1900 MHz - 1920 MHz TDD
34 2010 MHz - 2025 MHz 2010 MHz - 2025 MHz TDD
35 1850 MHz - 1910 MHz 1850 MHz - 1910 MHz TDD
36 1930 MHz - 1990 MHz 1930 MHz - 1990 MHz TDD
37 1910 MHz - 1930 MHz 1910 MHz - 1930 MHz TDD
38 2570 MHz - 2620 MHz 2570 MHz - 2620 MHz TDD
39 1880 MHz - 1920 MHz 1880 MHz - 1920 MHz TDD
40 2300 MHz - 2400 MHz 2300 MHz - 2400 MHz TDD
41 2496 MHz - 2690 MHz 2496 MHz - 2690 MHz TDD
42 3400 MHz - 3600 MHz 3400 MHz - 3600 MHz TDD
43 3600 MHz - 3800 MHz 3600 MHz - 3800 MHz TDD
44 703 MHz - 803 MHz 703 MHz - 803 MHz TDD
nas y funciona como el punto principal de la movilidad. El UE
puede conectarse a múltiples PDN GWs, los cuales son los encar-
gados de la asignación de direcciones IP de los UEs. El PDN GW
es un ancla para la movilidad entre las tecnologías 3GPP y no
3GPP como WiMAX, 3GPP2 (CDMA 1X y EV-DO), y WLAN a
través de diversos conjuntos de interfaces [4].
2.1.2 Bandas de frecuencia para LTE
Las bandas de operación de LTE son muy flexibles (ver Cuadro 2).
Para el caso de TDD todas las bandas están ubicadas a partir de 1850
MHz hasta 2570 MHz. Para FDD existen varias bandas, incluyendo
la banda de 700 y 800 MHz, así como la banda de 2 GHz.
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2.1 fundamentos de lte 9
2.1.3 Acceso de radio
Las tecnologías de nivel físico empleadas en LTE, y que constituyen
una de las principales diferencias en relación a los sistemas predece-
sores de comunicaciones móviles, son las basadas OFDM [19].
La técnica OFDM es similar a Frequency Division Multiplexing (FDM).
La diferencia se basa en que mientras FDM debe dejar una banda de
guarda entre canales, OFDM por su parte trata de acercar los canales
lo más posible hasta superponerlos [16][9]. Esto se logra escogien-
do frecuencias que sean ortogonales, lo cual significa que estas son
perpendiculares en el sentido matemático; permitiendo así que sus es-
pectros se superpongan sin interferir [16][9]. Esto significa que OFDM
permite conseguir mayores niveles de capacidad y eficiencia en el uso
de los recursos radio [19] (ver Figura 3).
Figura 3: Comparación FDM y OFDM
La técnica de transmisión OFDM constituye además un mecanismo
de transmisión multi-portadora consistente en multiplexar un conjun-
to de símbolos sobre un conjunto de subportadoras [19], las cuales
son elegidas de tal manera que ninguno de sus espectros interfiera
con la frecuencia central de las otras subportadoras [16][9]. Gracias a
las propiedades de ortogonalidad de dichas subportadoras, es posible
efectuar la transmisión simultánea de todos los símbolos mantenien-
do la capacidad de separación de los mismos en recepción [19].
La Figura 4 muestra un ejemplo con el módulo de los espectros
correspondientes a un conjunto de 6 subportadoras OFDM. Obsérvese
en la figura que para cada frecuencia múltiplo de 1/Ts únicamente
existe contribución espectral de una de las subportadoras, mientras
que el resto presentan nulos [19].
OFDM presenta dos desventajas claras. En primer lugar, el hecho
de tener un Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) elevado, lo cual ge-
nera limitaciones para los dispositivos electrónicos de los sistemas,
en particular a los amplificadores. Y en segundo lugar, el hecho de
ser muy sensible a cambios en la frecuencia de las subportadoras. Sin
embargo, presenta grandes ventajas como el reducir la Interferencia
Intersimbólica, el presentar robustez ante los multitrayectos, contar
con una alta eficiencia espectral y el hecho de que su implementación
sea sencilla [16][9].
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
10 marco teórico
Figura 4: Ejemplo del espectro correspondiente a 6 subportadoras OFDM [19]
LTE utiliza OFDMA en el DL, pero SC-FDMA en el UL. El SC-FDMA es
técnicamente similar a OFDMA, pero es más adecuado para dispositi-
vos moviles, ya que demanda menos energía de la batería [4].
2.1.3.1 OFDMA
OFDMA es una técnica de acceso múltiple para aplicaciones móviles
y por supuesto está basada en OFDM [9]. OFDMA es esencialmente
igual a OFDM, la diferencia está en el método cómo se asignan los
recursos a los diferentes usuarios [9].
Como su nombre lo indica, el acceso múltiple se refiere a que en
un mismo tiempo de símbolo (Ts) se asignan recursos a diversos usua-
rios [9]. OFDMA brinda una mayor flexibilidad al poder compartir los
recursos entre diferentes usuarios de manera dinámica [9]. Dado que
los requerimientos de los usuarios, en principio, son diferentes los
recursos asignados a cada uno varía en cantidad, en modulación y en
tasa de codificación [9]. Es decir, OFDMA no sólo permite compartir
recursos sino adaptarse a las condiciones particulares de los usuarios
en un tiempo de símbolo [9].
2.1.3.2 SC-FDMA
Como se mencionó en líneas anteriores, SC-FDMA es una variante
de OFDMA. Es por ello que tiene las mismas características de esta:
presenta robustez ante los multitrayectos, tiene una alta eficiencia es-
pectral, reduce la interferencia intersimbólica y su implementación es
sencilla [16][9].
Además, muestra otras ventajas que OFDMA no nos daba. Con SC-FDMA
el PAPR será reducido al igual que el consumo de potencia. Sin em-
bargo en SC-FDMA tendremos un receptor muy complejo, pero esto se
soluciona utilizando SC-FDMA para el UL, con lo cual tendremos que
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2.1 fundamentos de lte 11
el receptor en la unidad móvil debe ser sencillo y económico mientras
que la complejidad del receptor se dejan en el eNB, el cual tiene más
recursos [16][9].
En resumen en OFDMA se comparte el ancho de banda, cada sím-
bolo de datos (dependiendo de la modulación) se usa para modular
una de las subportadoras, las cuales son ortogonales entre sí. De aquí
es de donde nace la característica multiportadora de OFDMA. Además
los “M” símbolos que se transmiten lo harán en paralelo y repar-
tiéndose en todo el ancho de banda disponible. Esto implica que se
superpongan varios símbolos de datos en forma simultánea, es decir
varias sinusoides con amplitudes y fases distintas, las cuales en deter-
minado instante pueden estar algunas de ellas en fase y producir un
PAPR elevado [16][9].
Por el contrario, en SC-FDMA se emplea una combinación lineal,
donde varios símbolos de datos se usan para modular varias sub-
portadoras ortogonales; es decir que cada símbolo de los “M” que se
transmitan lo harán ocupando todo el ancho de banda disponible y
con una duración igual a una parte del tiempo del símbolo SC-FDMA.
Esto quiere decir, que en el ancho de banda que se dispone, solo se
envía información de varios símbolos de datos dependiendo de la
modulación que se elija [16][9].
Figura 5: Representación Gráfica OFDMA y SC-FDMA. Fuente: 3GPP LTE
2.1.4 Modulación Adaptativa
Una de las características de OFDMA es que no impone a priori
ninguna condición sobre los símbolos que se modulan sobre las dife-
rentes subportadoras y en consecuencia pueden pertenecer a modu-
laciones que incluyan más o menos bits de información por símbolo
según el orden de la modulación empleada, reflejado en el número de
símbolos de su constelación [19]. La Figura 6 ilustra a modo de ejem-
plo las constelaciones para las modulaciones Quadrature Phase Shift
Keying (QPSK) y 16-QAM (donde es Quadrature Amplitude Modula-
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
12 marco teórico
tion (QAM) y donde 16 es el número de símbolos de la constelación
asociada a esta modulación) [19]. Como puede apreciarse, la conste-
lación define por un lado las amplitudes de la componente en fase (I)
y cuadratura (Q) asociadas a cada símbolo o punto, y por otro lado
la correspondencia entre símbolos y grupos de bits [19].
Figura 6: Ilustración de las constelaciones para las modulaciones QPSK y
16-QAM [19]
Puede verse como, en el caso de utilizarse una modulación QPSK, ca-
da uno de los símbolos corresponde a 2 bits de información, mientras
que en el caso de emplearse una modulación 16-QAM cada símbolo
corresponde a 4 bits. Igualmente, en el caso genérico de una modula-
ción m-QAM con m símbolos, correspondería a Log2(m) bits [19], ver
Cuadro 3.
Cuadro 3: Cantidad de bits según modulación
Modulación N° Símbolos N° bits
m Log2(m)
QPSK 4 2
16QAM 16 4
64QAM 64 6
Desde esta perspectiva, con objeto de incrementar la velocidad de
transmisión resultaría conveniente incrementar número de bits por
símbolo de la modulación empleada a base de utilizar constelaciones
con más símbolos. Sin embargo, ante unas condiciones de SNR en el
canal dadas, el empleo de modulaciones de orden elevado ocasiona
un peor comportamiento en términos de probabilidad de error de bit,
ya que al existir más símbolos en la constelación y encontrarse éstos
más próximos, es más fácil que debido al ruido se detecte errónea-
mente un símbolo en lugar de otro [19]. Por este motivo, para poder
emplear satisfactoriamente modulaciones con un número elevado de
símbolos, es preciso disponer de buenas condiciones de relación se-
ñal a ruido [19]. Por lo general, dada una modulación, ésta podrá
emplearse apropiadamente con una tasa de error acotada, en tanto
que la relación señal a ruido existente en el canal esté por encima de
un cierto umbral mínimo, que será mayor cuanto mayor sea el orden
de la modulación [19].
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2.1 fundamentos de lte 13
De acuerdo con lo anterior, una estrategia que habitualmente se em-
plea en el contexto de OFDMA es la denominada adaptación de enlace,
que intenta extraer el máximo rendimiento del canal (en términos de
velocidad de transmisión) mediante la selección de la modulación que
permita enviar el mayor número de bits por símbolo ante unas condi-
ciones de SNR dadas [19]. De esta forma, aquellas subportadoras que
presenten una relación señal a ruido mejor tenderán a utilizar modu-
laciones de mayor orden que las que presenten una relación señal a
ruido menor [19].
2.1.5 Estructura de los canales en el DL
Un canal físico de enlace de bajada, corresponde a un conjunto de
elementos de los recursos que llevan información procedente de las
capas superiores. Se definen los siguientes canales físicos de enlace
de bajada [14]:
Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)
Physical Broadcast Channel (PBCH)
Physical Multicast Channel (PMCH)
Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH)
Physical Downlink Control Channel (PDCCH)
Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH)
2.1.6 Estructura de los canales en el UL
La capa física del UL proporciona tres funciones básicas [5]:
Transporte de datos desde el UE al eNB.
Realimentación de la información del canal de estado y de con-
trol.
Acceso aleatorio
El canal físico en el enlace de subida, corresponde a un conjunto de
elementos de los recursos que llevan información procedente de las
capas superiores. Se definen los siguientes canales físicos de enlace
de subida [14]:
Physical Uplink Shared Channel (PUSCH)
Physical Uplink Control Channel (PUCCH)
Physical Random Access Channel (PRACH)
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14 marco teórico
2.1.6.1 PUSCH
La señal de banda base que representa el canal compartido físico
de subida se define en términos de los siguientes pasos [14]:
Agrupación de los bits.
Modulación de los bits agrupados para generar símbolos de
valor complejo.
Transformar precodificación para generar símbolos de valor com-
plejo.
Mapas de símbolos de valores complejos de los elementos de
recursos.
Generación de valor complejo en el dominio del tiempo de la
señal SC-FDMA para cada puerto de la antena.
2.1.6.2 PUCCH
El PUCCH, lleva información de control del Uplink. El PUCCH nun-
ca se transmite simultáneamente con el PUSCH desde el mismo UE
[14]. En particular puede transmitir las siguientes informaciones de
control:
Peticiones de asignación de recursos (Scheduling Request) [19].
Reconocimientos (ACK/NACK) para el mecanismo de HARQ de
paquetes en el enlace descendente [19].
Información del Channel Quality Indicator (CQI) necesaria pa-
ra optimizar los procedimientos de asignación de recursos de
radio en el DL [19].
2.1.6.3 PRACH
En el DL, OFDM es la técnica de acceso múltiple para sistemas
E-UTRA en FDD y TDD. En OFDM, un símbolo de datos se transmite
por una frecuencia subportadora (llamado un elemento de recurso en
LTE). Este explota la selectividad de frecuencia del canal de trayecto-
rias múltiples desde los diferentes símbolos de los paquetes de datos
que se transmiten en diferentes emplazamientos de frecuencias. Ade-
más, debido a que sólo un símbolo de datos se transmite por cada
elemento de recurso, se pueden utilizar receptores de baja compleji-
dad. Esto permite el funcionamiento de frecuencia selectiva, además
de la programación de frecuencia diversa y la reutilización de una cé-
lula del ancho de banda disponible. Además, debido a su naturaleza
de dominio de frecuencia, OFDM permite la operación de ancho de
banda flexible con baja complejidad [5].
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2.1 fundamentos de lte 15
2.1.7 Estructura de la trama y matriz de recursos en el UL
Una ilustración gráfica de la estructura de trama en el UL se mues-
tra en la Figura 7 [5]. La estructura de subtrama del UL es el mismo
que para el DL y es de 1 ms de longitud y dividido en dos ranuras de
0.5 ms [5]. Cada ranura está compuesto de siete símbolos SC-FDMA, en
el caso de un prefijo cíclico normal, o seis símbolos, en el caso de un
prefijo cíclico prolongado [5]. La transmisión de datos se produce en
los Resource Block (RB)s del interior de la banda, con el fin de reducir
las emisiones fuera de banda [5]. Los diferentes usuarios se asignan
diferentes bloques de recursos, asegurando la ortogonalidad entre los
usuarios en la misma celda [5].
RBs de control se colocan entonces en el borde de la banda por-
tadora, con entre ranuras de salto para proporcionar diversidad de
frecuencia [5]. Las señales de referencia necesarias para la demodu-
lación de datos se intercalan a través de los canales de datos y de
control [5]. El Sounding Reference Signal (SRS) puede ser programa-
do por la estación base para transmitir en el último símbolo de una
subtrama [5].
Figura 7: Estructura de las Tramas en el UL [5].
Un Bloque de Recursos consiste de NULsymbxN
RB
SC resource elements,
donde NRBSC=12 es el número de resource elements (o subcarriers)
por símbolo SC-FDMA y NULsymb=7 para un prefijo ciclico normal o
NULsymb=6 para un prefijo cíclico extendido [5]. Los RBs son nume-
rados: 0,...,NRBUL-1 y mapeados en el rango de frecuencias como se
muestra en la Figura 7 [5].
2.1.7.1 Canal de datos
La transmisión de datos ocurre en el PUSCH [5]. Los recursos de
los usuarios son asignados dentro de la PUSCH por el eNB a través de
una asignación del scheduling [5]. Cada RB virtual se asigna a dos
RBs físicos [5]. El tamaño de cada RB físico es de 12 Resource Element
(RE)s por 7 símbolos SC-FDMA para un prefijo cíclico normal [5]. Sin
embargo, un símbolo por slot se utiliza para la señal de referencia
[5]. Por lo tanto, cada RB puede acomodar 144 símbolos de datos [5].
Para un prefijo cíclico extendido, el tamaño de cada RB físico es 12
REs por 6 símbolos SC-FDMA, resultando en 120 símbolos de datos
disponibles [5].
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
16 marco teórico
Figura 8: Matriz de recursos en el PUSCH del UL [5].
2.1.8 Cálculo de la capacidad pico
La Capacidad es la cantidad de bits transmitidos, divididos entre el
tiempo de transmisión [11]. En el caso del UL la cantidad de bits que
se transmiten durante 14 símbolos SC-FDMA, dividido entre el tiempo
de transmisión.
Capacidad =
[
(NREs)(NRBs)(Nbitsimbol)
1ms
]
(2.1.8.1)
donde:
NREs : Número de Resources Elements.
NRBs : Número de Resources Blocks.
Nbitsimbol : Número de bits por símbolo.
Las señales de referencia en el UL toma 1 de 7 símbolos que resulta
en un overhead del 1/7 = 14, 3% [17].
2.1.9 Sistemas MIMO
LTE utiliza las técnicas MIMO para enviar datos a través de trayec-
torias de señal separadas que ocupan el mismo ancho de banda de
RF, al mismo tiempo, lo que lleva a un aumento significativo en las
velocidades de datos alcanzables y en el rendimiento. Los sistemas
de antenas MIMO son un ingrediente mágico en la búsqueda de siste-
mas inalámbricos de banda ancha con mayor capacidad, rendimiento
y fiabilidad [4].
Ley de Shannon se aplica a un sólo enlace de radio entre un trans-
misor y un receptor. Pero las técnicas MIMO crean múltiples enlaces
de radio; cada enlace individual está limitada por la ley de Shannon,
pero, en conjunto, pueden superarlo [4].
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2.1 fundamentos de lte 17
2.1.10 Link Budget en LTE
Link Budget es el cálculo fundamental para la planeación de cual-
quier enlace RF entre un transmisor y un Receptor (Rx). El cálculo de
link budget debe realizarse en ambas direcciones, es decir, en enlace
ascendente y descendente [20].
El resultado de los cálculos del link budget, es la máxima pérdida
por trayectoria admisible (Allowable Path Loss (APL)) desde la esta-
ción base hacia el móvil en el enlace descendente y la máxima pérdida
de enlace admisible en el enlace ascendente [20]. Se deben de incluir
todas las atenuaciones y ganancias de la trayectoria desde el Transmi-
sor (Tx) hasta el Rx, la atenuación debida a la distancia, las pérdidas
añadidas por el ambiente, la atenuación del cable y las ganancias de
las antenas. Se debe incluir también un margen de seguridad para
proporcionar una probabilidad de señal deseada, acorde con los már-
genes de desvanecimiento [20].
Algunos de los parámetros utilizados en el Link Budget se pueden
verificar en el Cuadro 4
Cuadro 4: Parámetros del UE, de la BS y márgenes para el LinkBudget [18]
Potencia Efectiva Radiada Isotrópica (EIRP) del UE Unidades Valor
Potencia de transmisión PTX dBm 23.0
Ganancia de la Antena dBi 7.0
UE EIRP dBm 30.0
Características de la BS Unidades Valor
Ganancia de la Antena dBi 17.0
Ganancia Diversidad de Antenas dB 3.0
Figura de Ruido de la BS dB 4.0
Parámetros Unidades Valor
Margen de Fading Log Normal dB 6,5
Fast Fading Margin dB 4,50
Interference Margin dB 2,00
Pérdidas debido a Penetración dB 10,00
2.1.10.1 El Modelo de propagación
Los modelos de propagación se utilizan ampliamente en la pla-
nificación de redes, en particular para la realización de estudios de
viabilidad y durante el despliegue inicial[3]. También son muy úti-
les para realizar estudios de interferencia a medida que avanza la
implementación [3]. Estos modelos pueden ser modelos empíricos y
se basan en observaciones y mediciones[3]. Estos modelos se utilizan
principalmente para predecir la pérdida de trayectoria, pero también
se han propuesto modelos que predicen el devanecimiento por lluvia
y multitrayecto [3]. En esta Tesis utilizaremos el modelo de propaga-
ción COST-231 Hata.
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
18 marco teórico
modelo de propagación cost-231 hata .
Un modelo que se utiliza ampliamente para la predicción de la pérdi-
da de trayectoria en los sistemas inalámbricos móviles, es el modelo
COST-231 Hata [3]. Fue concebido como una extensión del modelo de
Hata-Okumura [3]. El modelo de COST-231 Hata está diseñado para
ser utilizado en la banda de frecuencias de 500 MHz a 2000 MHz [3].
Gracias a su simplicidad y la disponibilidad de factores de corrección
para los entornos urbanos, suburbanos y rurales se ha visto amplia-
mente utilizado para la predicción de las pérdidas en la trayectoria
en esta banda de frecuencias [3]. La ecuación básica para la pérdida
de trayecto en dB es:
PL = 46,3+ 33,9Log10(f) − 13,82Log10(hb) − ahm
+(44,9− 6,55Log10(hb))Log10d+ cm
(2.1.10.1)
donde f es la frecuencia en MHz, d es la distancia entre el UE y la
estación base en Km, y hb es la altura de la estación base sobre el nivel
del terreno en metros [3]. El parámetro cm se define como 0 dB para
ambientes suburbanos o abiertos y 3 dB para los entornos urbanos [3].
El parámetro ahm está definido para los entornos urbanos 1 como:
ahm = 3,20(log10(11,75hr))2 − 4,97 (2.1.10.2)
y para entornos suburbanos o rurales [3],
ahm = (1,1log10f− 0,7)hr − (1,56log10f− 0,8) (2.1.10.3)
donde, hr es la altura de la antena del UE con respecto al nivel del
terreno en metros [3].
2.1.10.2 Sensibilidad de referencia
El nivel de sensibilidad de referencia es la mínima intensidad de
señal aplicada a los puertos de una antena en el que hay suficiente
Signal to Interference-plus-Noise Ratio (SINR) para el esquema de mo-
dulación especificado, y así satisfacer un esquema en donde se debe
cumplir con el requisito mínimo del 95% del rendimiento de lo má-
ximo posible [17]. La sensibilidad de referencia está definida como
[17]:
1 para f >400 MHz
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2.2 fundamentos de lte advanced 19
S = KTB+NF+ SINR+ IM− 3(dBm) (2.1.10.4)
donde Thermal Noise Level (KTB)2, Noise Figure (NF) del receptor,
SINR y el Implementation Margin (IM) deben estar medidos en dBm
[17]. -3 dB representa la ganacia por diversidad [17].
El Cuadro 5 muestra los valores de SINR e IM para el esquema de
modulación y codificación elegido.
Cuadro 5: Relación entre la modulación y la SINR [8]
Modulation Code Rate SINR IM SINR+IM
QPSK 1/8 -5,1 2,5 -2,6
QPSK 1/5 -2,9 2,5 -0,4
QPSK 1/4 -1,7 2,5 0,8
QPSK 1/3 -1 2,5 1,5
QPSK 1/2 2 2,5 4,5
QPSK 2/3 4,3 2,5 6,8
QPSK 3/4 5,5 2,5 8
QPSK 4/5 6,2 2,5 8,7
16QAM 1/2 7,9 3 10,9
16QAM 2/3 11,3 3 14,3
16QAM 3/4 12,2 3 15,2
16QAM 4/5 12,8 3 15,8
64QAM 2/3 15,3 4 19,3
64QAM 3/4 17,5 4 21,5
64QAM 4/5 18,6 4 22,6
2.2 fundamentos de lte advanced
La fuerza motriz para desarrollar aún más LTE hacia LTE Advanced,
es proporcionar mayores tasas de bits de una manera eficiente, y al
mismo tiempo cumplir plenamente los requisitos establecidos por la
ITU para la IMT Advanced, también conocida como 4G [15].
LTE Advanced para entregar una mayor capacidad de tasa bits, busca
lo siguiente [15]:
Aumento de la velocidad máxima de datos, DL 3 Gbps, UL 1.5
Gbps [15].
Una mayor eficiencia espectral, de un máximo de 16 bps/Hz en
el Release 8 a 30 bps/Hz en Release 10 - aumento del número
de abonados activos en simultáneo [15].
Mejora del rendimiento en los bordes de la celda, por ejemplo
para DL MIMO 2x2, al menos, 2,40 bps/Hz/celda [15].
Las principales nuevas funcionalidades introducidas en LTE-Advanced
son Carrier Aggregation CA, el aumento de la utilización de técnicas
de múltiples antenas y el apoyo a los nodos de retransmisión Relay
Node (RN) [15].
2 para convertir la potencia en Watts a dBm usar: P(dBm) = 10log10(1000P(W))
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
20 marco teórico
2.2.1 Agregación de portadoras (Carrier Aggregation)
En CA múltiples portadoras LTE, tanto en el UL como en el DL en
bandas de frecuencias contiguas o no contiguas pueden ser agru-
padas (figura)[13]. Cada componente del bloque de portadoras será
compatible con los UEs de los releases 8,9 que proporcionan señales
para la sincronización y transmisión de la información del sistema, a
través del canal de broadcast [13].
A partir del Release 11, se soporta la agregación interbanda, lo que
significa que cada Component Carrier (CC) pertence a una banda dis-
tinta. Esto es muy beneficioso para los operadores que tienen frecuen-
cias de LTE en distintas bandas [13]. El scheduler en un escenario,
como se ilustra en la Figura 9, puede hacer uso de diferentes condi-
ciones para la cobertura y diferentes condiciones para la propagación.
F1 con una frecuencia inferior puede proporcionar la cobertura y la
movilidad, mientras que F2 con la alta frecuencia puede proporcionar
un alto rendimiento en un área de cobertura limitada [13].
Figura 9: cobertura de Portadoras pertenecientes a Bandas de diferente fre-
cuencia [13].
2.2.1.1 Bandas de Trabajo para CA
La E-UTRA CA está diseñado para funcionar en las bandas de trabajo
definidas en el Cuadro 6, Cuadro 7 y Cuadro 8 [14].
Cuadro 6: Bandas de trabajo para CA Intrabanda Contínua [14]
EUTRA EUTRA Banda de trabajo en UL Banda de trabajo en DL Duplex
CA Band Band BS recibe/UE transmite BS transmite/UE recibe Mode
FUL−low - FUL−high FDL−low - FDL−high
CA_1 1 1920 - 1980 2110 - 2170 FDD
CA_7 7 2500 - 2570 2620 - 2690 FDD
CA_38 38 2570 - 2620 2570 - 2620 TDD
CA_40 40 2300 - 2400 2300 - 2400 TDD
CA_41 41 2496 - 2690 2496 - 2690 TDD
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2.2 fundamentos de lte advanced 21
Cuadro 7: Banda de trabajo para CA Intrabanda Discontínua [14]
EUTRA EUTRA Banda de trabajo en UL Banda de trabajo en DL Duplex
CA Band Band BS recibe/UE transmite BS transmite/UE recibe Mode
FUL−low - FUL−high FDL−low - FDL−high
CA_25-25 25 1850 - 1915 1930 - 1995 FDD
Cuadro 8: Banda de trabajo para CA Interbanda [14]
EUTRA EUTRA Banda de trabajo en UL Banda de trabajo en DL Duplex
CA Band Band BS recibe/UE transmite BS transmite/UE recibe Mode
FUL−low - FUL−high FDL−low - FDL−high
CA_1-5 1 1920 - 1980 2110 - 2170 FDD
5 824 - 849 869 - 894
CA_1-18 1 1920 - 1980 2110 - 2170 FDD
18 815 - 830 860 - 875
CA_1-19 1 1920 - 1980 2110 - 2170 FDD
19 830 - 845 875 - 890
CA_1-21 1 1920 - 1980 2110 - 2170 FDD
21 1447,9 - 1462,9 1495,9 - 1510,9
CA_2-17 2 1850 - 1910 1930 - 1990 FDD
17 704 - 716 734 - 746
CA_2-29 2 1850 - 1910 1930 - 1990 FDD
29 0 - 0 717 - 728
CA_3-5 3 1710 - 1785 1805 - 1880 FDD
5 824 - 849 869 - 894
CA_3-7 3 1710 - 1785 1805 - 1880 FDD
7 2500 - 2570 2620 - 2690
CA_3-8 3 1710 - 1785 1805 - 1880 FDD
8 880 - 915 925 - 960
CA_3-20 3 1710 - 1785 1805 - 1880 FDD
20 832 - 862 791 - 821
CA_4-5 4 1710 - 1755 2110 - 2155 FDD
5 824 - 849 869 - 894
CA_4-7 4 1710 - 1755 2110 - 2155 FDD
7 2500 - 2570 2620 - 2690
CA_4-12 4 1710 - 1755 2110 - 2155 FDD
12 699 - 716 729 - 746
CA_4-13 4 1710 - 1755 2110 - 2155 FDD
13 777 - 787 746 - 756
CA_4-17 4 1710 - 1755 2110 - 2155 FDD
17 704 - 716 734 - 746
CA_4-29 4 1710 - 1755 2110 - 2155 FDD
29 0 - 0 717 - 728
CA_5-12 5 824 - 849 869 - 894 FDD
12 699 - 716 729 - 746
CA_5-17 5 824 - 849 869 - 894 FDD
17 704 - 716 734 - 746
CA_7-20 7 2500 - 2570 2620 - 2690 FDD
20 832 - 862 791 - 821
CA_8-20 8 880 - 915 925 - 960 FDD
20 832 - 862 791 - 821
CA_11-18 11 1427,9 - 1447,9 1475,9 - 1495,9 FDD
18 815 - 830 860 - 875
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
22 marco teórico
2.2.1.2 Ancho de Banda del canal
El Cuadro 9 muestra la relación entre el ancho de banda del canal
(BWChannel) y la configuración del ancho de banda de transmisión
(NRB). Los bordes del canal se definen como las frecuencias más bajas
y más altas del portador separados por el ancho de banda de canal,
es decir: FC ±BWChannel/2 [14].
Cuadro 9: Relación de los Transmission bandwidth configuration NRB con
los E-UTRA BWChannel [14].
Channel bandwidth
BWChannel [MHz] 1.4 3 5 10 15 20
Transmission bandwidth
configuration NRB 6 15 25 50 75 100
En la Figura 10 se aprecia graficamente la definición del (BWChannel)
y el (NRB).
Figura 10: Definición del BWchannel y el NRB de una portadora E-UTRA
[14]
2.2.1.3 Ancho de Banda del canal para la agregación de portadoras
Para CA intrabanda contínua, el ancho de banda de canal agregado,
la configuración del ancho de banda de transmisión agregada y de
las bandas guarda se definen de la siguiente manera, ver Figura 11
[14].
El aggregated channel bandwidth, BWChannel_CA, está definido
como [14]:
BWChannel_CA = Fedge,high − Fedge,low[MHz] (2.2.1.1)
El lower bandwidth edge Fedge,low y el upper bandwidth edge
Fedge,high del BWChannel_CA se utilizan como puntos de referen-
cia de frecuencia para los requerimientos del transmisor y receptor, y
se definen como [14]:
Fedge,low = FC,low − Foffset,low (2.2.1.2)
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2.2 fundamentos de lte advanced 23
Figura 11: Definición del ancho de banda del canal agregado y los bordes
del ancho de banda del canal de agregados [14].
Fedge,high = FC,high + Foffset,high (2.2.1.3)
El lower and upper frequency offsets dependen del transmission band-
width configurations del lowest edge y highest edge del CC y están
definidas como [14]:
Foffset,low = 0,18NRB,low/2+BWGB[MHz] (2.2.1.4)
Foffset,high = 0,18NRB,high/2+BWGB[MHz] (2.2.1.5)
Donde NRB,low y NRB,high son el transmission bandwidth configu-
rations de acuerdo a el Cuadro 9 para el CC más bajo y más alto,
respectivamente. BWGB denota al Nominal Guard Band y es defini-
da en el Cuadro 10, y el factor 0.18 es el ancho de banda del Physical
Resource Block (PRB) en MHz [14].
El Aggregated Transmission Bandwidth Configuration (NRB,agg)
es el número de RBs agregados que se asignan dentro del fully alloca-
ted Aggregated Channel bandwidth y es definido por CA Bandwidth
Class (Cuadro 10) [14].
Para CA Intrabanda no contínua Sub-block Bandwidth y Sub-block
edges están definidos como se muestra en la Figura 12:
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
24 marco teórico
Figura 12: términos y definiciones para el CA Intrabanda no contínua [14]
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2.2 fundamentos de lte advanced 25
El lower sub-block edge del Sub-block Bandwidth (BWChannel,block)
está definido como:
Fedge,block,low = FC,block,low − Foffset,block,low (2.2.1.6)
El upper sub-block edge del Sub-block Bandwidth está definido co-
mo:
Fedge,block,high = FC,block,high + Foffset,block,high (2.2.1.7)
El Sub-block Bandwidth, BWChannel,block, está definido como:
BWChannel,block = Fedge,block,high − Fedge,block,low[MHz]
(2.2.1.8)
El lower y upper frequency offsets Foffset,block,low y Foffset,block,high
dependen del transmission bandwidth configurations del lowest ed-
ge y highest edge del CC dentro de un sub-block y están definidas
como [14]:
Foffset,block,low = 0,18NRB,low/2+BWGB[MHz] (2.2.1.9)
Foffset,block,high = 0,18NRB,high/2+BWGB[MHz] (2.2.1.10)
Donde NRB,low y NRB,high son el transmission bandwidth configu-
rations de acuerdo al Cuadro 9 para el CC más bajo y más alto dentro
de un sub-block, respectivamente. BWGB denota al Nominal Guard
Band y es definida en el Cuadro 10, y el factor 0.18 es el ancho de ban-
da del PRB en MHz. El tamaño del sub-block gap entre dos sub-blocks
consecutivos Wgap está definido como:
Wgap = Fedge,blockn+1,low − Fedge,blockn,high[MHz] (2.2.1.11)
Cuadro 10: Clases de Ancho de Banda para CA y sus correpondientes ban-
das de guarda nominales [14]
CA Aggregated Maximum
Bandwidth Transmission number of Nominal Guard Band BWGB
Class Bandwidth CC
Configuration
A NRB,agg 6 100 1 0.05BWChannel(1)
B NRB,agg 6 100 2 FSS
C 100 < NRB,agg 6 200 3 0.05 max(BWChannel(1),BWChannel(2))
D 200 < NRB,agg 6 [300] FSS FSS
E [300] < NRB,agg 6 [400] FSS FSS
F [400] < NRB,agg 6 [500] FSS FSS
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
26 marco teórico
2.2.1.4 Ancho de Banda del canal por banda de trabajo para CA
Los requisitos para la agregación de portadoras en esta especifica-
ción, se definen para las configuraciones de agregación de portadoras
con un conjunto de combinaciones de anchos de banda. Para agrega-
ción de portadoras Interbanda, una configuración de agregación de
portadoras es una combinación de bandas de trabajo, cada uno sopor-
tando una clase de ancho de banda agregación de portadoras. Para
la agregación de portadoras intrabanda contínuas, una configuración
de agregación de portadoras es una sola banda de trabajo soportando
una clase de ancho de banda de agregación de portadoras [14].
Para cada configuración de agregación de portadoras, los requisi-
tos están especificados para todas las combinaciones de los ancho de
banda contenidas en un conjunto dados por cada configuración [14].
Los requerimientos para CA Intrabanda contínua, están especifica-
dos en el Cuadro 11
Cuadro 11: E-UTRA CA configuraciones y sets de combinaciones de anchos
de banda definidos para CA intrabanda contínua [14]
50RB+ 75RB+ 75RB+ 100RB+ Maximum Bandwidth
E-UTRA CA 100RB 75RB 100RB 100RB aggregated Combination
Configuration (10MHz+ (15MHz+ (15MHz+ (20MHz+ bandwidth Set
20MHz) 15MHz) 20MHz) 20MHz) [MHz]
CA_1C Yes Yes 40 0
CA_7C Yes Yes 40 0
CA_38C Yes Yes 40 0
CA_40C Yes Yes Yes 40 0
CA_41C Yes Yes Yes Yes 40 0
Los requerimientos para CA Intrabanda no contínua, están especifi-
cados en el Cuadro 12
Cuadro 12: E-UTRA BW para CA Intrabanda no contínua [14]
E-UTRA CA E-UTRA 1.4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz
Configuration Bands
CA_25A-25A 25 Yes Yes
Los requerimientos para CA Interbanda, están especificados en el
Cuadro 13
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2.2 fundamentos de lte advanced 27
Cuadro 13: E-UTRA BW para CA Interbanda [14]
Maximum Bandwidth
E-UTRA CA E-UTRA 1.4 3 5 10 15 20 aggregated Combination
Configuration Bands MHz MHz MHz MHz MHz MHz bandwidth Set
[MHz]
CA_1A-5A
1 Yes
20 0
5 Yes
CA_1A-18A
1 Yes Yes Yes Yes
35 0
18 Yes Yes Yes
CA_1A-19A
1 Yes Yes Yes Yes
35 0
19 Yes Yes Yes
CA_1A-21A
1 Yes Yes Yes Yes
35 0
21 Yes Yes Yes
CA_2A-17A
2 Yes Yes
20 0
17 Yes Yes
CA_2A-29A
2 Yes Yes
20 0
29 Yes Yes Yes
CA_3A-5A
3 Yes Yes Yes
30 0
5 Yes Yes
3 Yes
20 1
5 Yes Yes
CA_3A-7A
3 Yes Yes Yes Yes
40 0
7 Yes Yes Yes
CA_3A-8A
3 Yes Yes Yes
30 0
8 Yes Yes
3 Yes
20 1
8 Yes Yes
CA_3A-20A
3 Yes Yes Yes Yes
30 0
20 Yes Yes
CA_4A-5A
4 Yes Yes
20 0
5 Yes Yes
CA_4A-7A
4 Yes Yes
30 0
7 Yes Yes Yes Yes
CA_4A-12A
4 Yes Yes Yes Yes
20 0
12 Yes Yes
CA_4A-13A
4 Yes Yes Yes Yes
30 0
13 Yes
4 Yes Yes
20 1
13 Yes
CA_4A-17A
4 Yes Yes
20 0
17 Yes Yes
CA_4A-29A
4 Yes Yes
20 0
29 Yes Yes Yes
CA_5A-12A
5 Yes Yes
20 0
12 Yes Yes
CA_5A-17A
5 Yes Yes
20 0
17 Yes Yes
CA_7A-20A
7 Yes Yes Yes
30 0
20 Yes Yes
CA_8A-20A
8 Yes Yes
20 0
20 Yes Yes
CA_11A-18A
11 Yes Yes
25 0
18 Yes Yes Yes
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
28 marco teórico
2.2.1.5 Separación entre canales para CA
Para CA intrabanda contínua de anchos de banda de clase C, la
separación entre canales nominal entre dos E-UTRA CC adyacentes, se
define de la siguiente manera [14]:
NChS =
[
BWChannel(1)+BWChannel(2)−0,1(BWChannel(1)−BWChannel(2))
6
]
0,3[MHz]
(2.2.1.12)
donde BWChannel(1) y BWChannel(2) son los anchos de banda de
canal de las dos E-UTRA CC respectivamente de acuerdo con el Cua-
dro 9 con valores en MHz. La separación de canales para CA intraban-
da contínua se puede ajustar a cualquier múltiplo de 300 kHz menos
que el espaciamiento nominal del canal para optimizar el rendimien-
to en un escenario de implementación particular [14].
2.2.1.6 Trama de Canal
Para la agregación de portadoras la trama de canal es de 100 kHz
para todas las bandas, lo que significa que la frecuencia central de la
portadora debe ser un múltiplo entero de 100 kHz [14].
2.2.2 MIMO en LTE-Advanced
Para mejorar el performance de la red se amplió el uso de MIMO,
con lo que se logró lo siguiente:
Aumento del Peak Rate.
Aumento de la cobertura.
Incremento del throughput.
En LTE Advanced por el lado del UE podemos tener hasta 4 antenas
transmitiendo y 8 recibiendo, mientras que por el lado del eNB tene-
mos hasta 8 antenas transmitiendo y 4 recibiendo [12].
Es por esto que en el UL la transmisión, vista por un UE, es punto
a punto, es decir todos los UEs transmiten hacia el eNB. Dado que el
UE puede tener hasta 4 antena transmitiendo, puede configurarse SU-
MIMO en el UL. Este modo no es posible en LTE Rel. 8, dado que el
UE sólo tiene una antena para transmitir [12].
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
2.2 fundamentos de lte advanced 29
2.2.3 Categoría de los UE en LTE Advanced
Debido a la gran variedad de UEs que existen en el mercado, los
equipos móviles son clasificados en Categorías.
En el Cuadro 14 se muestran las características de los terminales
móviles en LTE Advanced.
Cuadro 14: Categoría de los terminales en LTE Advanced [7].
Class6 Class7 Class8
Peak Rate DL (Mbps) 300 300 3000
Peak Rate UL (Mbps) 50 100 1500
RF Bandwidth (MHz) 40 40 100
Modulation DL 64QAM 64QAM 64QAM
Modulation UL 16QAM 16QAM 64QAM
MIMO DL
2x2 2x2
8x8
4x4 4x4
MIMO UL no 2x2 4x4
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
3
D E S A R R O L L O D E L A A P L I C A C I Ó N
3.1 herramientas utilizadas
El aplicativo ha sido elaborado en PHP. Para esto se descargó el
WAMP Server (http : //www.wampserver.es/) que es un pack que
incluye:
PHP, un lenguaje de programación interpretado, diseñado ori-
ginalmente para la creación de páginas web dinámicas [21].
MySQL, un sistema de gestión de bases de datos relacional, mul-
tihilo y multiusuario [21].
APACHE, un servidor web HTTP de código abierto, para plata-
formas Unix, Microsoft Windows, Macintosh y otras que imple-
menten el protocolo [21].
Para la publicación del aplicativo, se ha alquilado un hosting y
además se compró un dominio en GoDaddy.com
3.2 detalle del funcionamiento de la aplicación
Para acceder a la página inicial del aplicativo, debe dirigirse al si-
guiente enlace: www.choytelecomsolutions/portadora.
3.2.1 Selección del tipo de agregación
El aplicativo inicia con la selección del tipo de agregación que se
requiere realizar. Según el estándar, tenemos 3 tipos de agregación de
portadoras: Intrabanda contínua, Intrabanda no contínua o discontí-
nua e Interbanda.
Figura 13: Selección del tipo de Agregación
31
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
32 desarrollo de la aplicación
3.2.2 Selección de la configuración de la agregación de portadoras
Según el estándar del 3GPP , el Cuadro 6, el Cuadro 7 y el Cuadro 8,
muestran las configuraciones permitidas para la agregación del tipo
Intrabanda contínua, Intrabanda discontínua e Interbanda respectiva-
mente.
Figura 14: Selección del tipo de Configuración
3.2.3 Selección de las combinaciones de la agregación de portadoras
Según el estándar del 3GPP , el Cuadro 11, el Cuadro 12 y el Cua-
dro 13, muestran las distintas combinaciones permitidas para la agre-
gación del tipo Intrabanda contínua, Intrabanda discontínua e Inter-
banda respectivamente. Luego de seleccionar la(s) combinación(es),
hacer click en el botón “Canalizar CCs” para pasar al siguiente paso.
Figura 15: Selección del tipo de Combinación
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
3.2 detalle del funcionamiento de la aplicación 33
3.2.4 Canalizado de los Component Carriers
La concesión de los espectros y los anchos de bandas son adminis-
trados por cada nación. Cada una de ellas tiene la libertad de dividir y
de canalizar el espectro radio eléctrico. Por esta razón se le da al usua-
rio la libertad de poder canalizar los Component Carriers, siguiendo
los parámetros del 3GPP.
Figura 16: Canalización de las Component Carriers
Para no generar problemas en el cálculo, debemos certificar que los
valores ingresados para la canalización son los permitidos. Conocien-
do que Fi1 = Frecuencia inicial de CC1, Fi2 = Frecuencia inicial de
CC2, BW1 = Ancho de banda del CC1, BW2 = Ancho de banda del
CC2, Flow = Frecuencia mínima de la Banda y Fhigh = Frecuencia
máxima de la Banda, se implementó las siguientes validaciones:
CA Intrabanda continua CA Intrabanda no continua CA Interbanda
Fi1 > Flow Fi1 > Flow Fi1 > Flow1
Fi2 > Flow Fi2 > Flow Fi2 > Flow2
Fi1+BW1 < Fhigh Fi1+BW1 < Fhigh Fi1+BW1 6 Fhigh1
Fi2+BW2 6 FHigh Fi2+BW2 6 FHigh Fi2+BW2 6 FHigh2
Fi1+BW1 = Fi2 Fi1+BW1 < Fi2
Fi1+BW1+ 1,4 < Fi2
3.2.5 Validación de Ortogonalidad
Para el enlace de subida, se utiliza SC-FDMA, que es una variación
de OFDMA. Por tal motivo, en el caso de la agregación de portadoras
intrabanda contínua, debemos validar que las frecuencias centrales
de cada CC mantengan la ortogonalidad entre sí. Para esto, debemos
verificar que la diferencia de las frecuencias centrales FC1 y FC2, sea
un múltiplo entero de 300KHz [10].
De no cumplirse la ortogonalidad, debemos realizar un corrimiento
de alguna de las component carriers. El estándar no precisa un proce-
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
34 desarrollo de la aplicación
dimiento para realizar este corrimiento, por tal razón en el aplicativo
se realiza el siguiente procedimiento:
Sea en caso de una agregación del tipo Interbanda contínua, con
dos CC de 20MHz y denotamos la separación nominal de los canales
como Nominal Carrier Separation (NCS) y la separación modificada
como Carrier Separation (CS) [10], tenemos que:
NCS
300KHz
=
20MHz
300KHz
= 66, 6666¯
El resultado no es un valor entero, entonces la separación no puede
ser NCS, y en su lugar usaremos CS, que es el mínimo entero más
próximo que es un múltiplo de 300KHz. Por lo tanto:
CS = (300KHz)Floor
[
NCS
300KHz
]
= (300KHz)(66) = 19,8MHz
Nota:
Floor[x]=Mayor
entero que no supera
a x.
Figura 17: Validación de la ortogonalidad
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
3.2 detalle del funcionamiento de la aplicación 35
3.2.6 Selección de los parámetros del LinkBudget
En esta ventana, se le da al usuario la libertad de poder configurar
ciertos parámetros del Linkbudget como:
Parámetros del UE
• La Clase del Móvil
• La Potencia de Transmisión
Parámetros del eNodeB
• La figura de Ruido
• La altura de la Antena
Figura 18: Selección de los parámetros del LinkBudget
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
36 desarrollo de la aplicación
3.2.7 Cálculo de la capacidad y reporte final
Luego de seleccionar los párametros para el linkbudget y hacer
click en el botón CALCULAR, el sistema recoge los valores e inicia
el cálculo. Al terminar con el cálculo, el sistema muestra un reporte
en donde se detalla a cada uno de los CC que participaron en la
agregación de portadoras. Además se muestran los radios (límites)
para la respectiva modulación y el aporte en capacidad de cada anillo.
Al final del reporte se visualiza capacidad total de la agregación de
portadoras realizado.
Figura 19: Cálculo de la capacidad y reporte final
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
3.3 diagrama de flujo del sistema 37
3.3 diagrama de flujo del sistema
3.3.1 Selección del tipo de agregación y configuración
Figura 20: Diagrama de flujo - Selección del tipo de Agregación y configu-
ración
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
38 desarrollo de la aplicación
3.3.2 Selección de las combinaciones de la agregación de portadoras
Figura 21: Diagrama de flujo - Selección de las combinaciones de la agrega-
ción de portadoras
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
3.3 diagrama de flujo del sistema 39
3.3.3 Canalizado de los Component Carriers
Figura 22: Canalizado de los Component Carriers
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
40 desarrollo de la aplicación
3.3.4 Validación de Ortogonalidad
Figura 23: Validación de Ortogonalidad
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
3.3 diagrama de flujo del sistema 41
3.3.5 Cálculo de la capacidad y reporte final
Figura 24: Cálculo de la capacidad y reporte final
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
4
R E S U LTA D O S D E L A C A PA C I D A D C O N E L
A P L I C AT I V O
Se ha concluído con el diseño, la programación y la publicación del
aplicativo web en la WWW (www.choytelecomsolutions/portadora).
Para verificar el funcionamiento del aplicativo y la validez de los
resultados, se ha seleccionado de forma aleatoria una configuración
y combinación para cada tipo de CA y con ella, hallar la capacidad en
el enlace de subida. Estos resultados son confrontados con resultados
obtenidos de forma manual con la misma metodología.
Para este cálculo manual, se utilizó un documento en Excel, basado
en una hoja de cálculo creada inicialmente para hallar el Linkbudget
para LTE, el cual fue adecuado para que se pueda calcular la capaci-
dad de la agregación de portadoras.
4.1 validación de resultados para ca intrabanda con-
tínua
La configuración y combinación elegidas para CA Intrabanda Con-
tínua fue de CA_7C y 20MHz-20MHz respectivamente. Además, se
consideró un terminal móvil de clase 8.
Los resultados para esta selección se muestran a continuación:
Figura 25: Cálculo de la capacidad para CA Intrabanda Contínua con el apli-
cativo
43
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
44 resultados de la capacidad con el aplicativo
Figura 26: Cálculo de la capacidad para CA Intrabanda Contínua con Hoja
de Excel
4.1.1 Comparación de resultados CA Intrabanda Contínua
la comparación de los resultados se muestra en las siguientes Ta-
blas:
Cuadro 15: Comparación de resultados de capacidad para CA Intrabanda
Contínua
Aplicativo Excel
CC1 CC2 CC1 CC2
Radio Capacidad Radio Capacidad Radio Capacidad Radio Capacidad
(m) (Mbps) (m) (Mbps) (m) (Mbps) (m) (Mbps)
64 QAM 117,76 23,65 116,88 23,65 117,55650 23,51346 116,66332 23,51346
16 QAM 191,54 25,94 190,1 25,94 191,40579 25,88116 189,95151 25,88116
QPSK 450,17 94,34 446,79 94,34 450,68726 94,42160 447,26299 94,42160
La diferencia de resultados entre cada uno de los métodos es:
Cuadro 16: Diferencia ( %) de los resultados obtenidos para el cálculo de la
capacidad en CA Intrabanda Contínua
CC1 CC2
Radio Capacidad Radio Capacidad
(m) (Mbps) (m) (Mbps)
64 QAM 0,17% 0,58% 0,19% 0,58%
16 QAM 0,07% 0,23% 0,08% 0,23%
QPSK -0,11% -0,09% -0,11% -0,09%
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
4.2 validación de resultados para ca intrabanda discontínua 45
4.2 validación de resultados para ca intrabanda dis-
contínua
La configuración y combinación elegidas para CA Intrabanda Dis-
contínua fue de CA_25A-25A y 5MHz-10MHz respectivamente. Ade-
más, se consideró un terminal móvil de clase 8.
Los resultados para esta selección se muestran a continuación:
Figura 27: Cálculo de la capacidad para CA Intrabanda Discontínua con
aplicativo
Figura 28: Cálculo de la capacidad para CA Intrabanda Discontínua con Ho-
ja de Excel
[ 18 de mayo de 2014 at 11:40 – classicthesis ]
46 resultados de la capacidad con el aplicativo
4.2.1 Comparación de resultados CA Intrabanda Discontínua
la comparación de los resultados se muestra en las siguientes Ta-
blas:
Cuadro 17: Comparación de resultados de capacidad para CA Intrabanda
Discontínua
Aplicativo Excel
CC1 CC2 CC1 CC2
Radio Capacidad Radio Capacidad Radio Capacidad Radio Capacidad
(m) (Mbps) (m) (Mbps) (m) (Mbps) (m) (Mbps)
64 QAM 234,56 5,91 191,21 11,83 234,02392 5,87836 190,69142 11,75673
16 QAM 381,5 6,49 311 12,97 381,03833 6,47029 310,48426 12,94058
QPSK 896,63 23,59 730,93 47,17 897,19921 23,60540 731,07140 47,21080
La diferencia de resultados entre cada uno de los métodos es:
Cuadro 18: Diferencia ( %) de los resultados obtenidos para el cálculo de la
capacidad en CA Intrabanda Discontínua
CC1 CC2
Radio Capacidad Radio Capacidad
(m) (Mbps) (m) (Mbps)
64 QAM 0,23% 0,54% 0,27% 0,62%
16 QAM 0,12% 0,30% 0,17% 0,23%
QPSK -0,06% -0,07% -0,02% -0,09%
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4.3 validación de resultados para ca interbanda 47
4.3 validación de resultados para ca interbanda
La configuración y combinación elegidas para CA Interbanda fue
de CA_1A-19A y 10MHz-15MHz respectivamente. Además, se consi-
deró un terminal móvil de clase 6.
Los resultados para esta selección se muestran a continuación:
Figura 29: Cálculo de la capacidad para CA Interbanda con aplicativo
Figura 30: Cálculo de la capacidad para CA Interbanda con Hoja de Excel
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48 resultados de la capacidad con el aplicativo
4.3.1 Comparación de resultados CA Interbanda
la comparación de los resultados se muestra en las siguientes Ta-
blas:
Cuadro 19: Comparación de resultados de capacidad para CA Interbanda
Aplicativo Excel
CC1 CC2 CC1 CC2
Radio Capacidad Radio Capacidad Radio Capacidad Radio Capacidad
(m) (Mbps) (m) (Mbps) (m) (Mbps) (m) (Mbps)
16 QAM 200,69 5,21 401,01 7,82 200,56985 5,19460 401,37006 7,79190
QPSK 471,68 11,79 942,48 17,69 472,26512 11,80270 945,07263 17,70405
La diferencia de resultados entre cada uno de los métodos es:
Cuadro 20: Diferencia ( %) de los resultados obtenidos para el cálculo de la
capacidad en CA Interbanda
CC1 CC2
Radio Capacidad Radio Capacidad
(m) (Mbps) (m) (Mbps)
16 QAM 0,06% 0,30% -0,09% 0,36%
QPSK -0,12% -0,11% -0,28% -0,08%
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C O N C L U S I O N E S Y R E C O M E N D A C I O N E S
conclusiones
1. Luego de comparar los resultados obtenidos con el aplicativo
web y los resultados obtenidos mediante el cuadro de excel,
pudimos verificar que la diferencia de los resultados para el
cálculo de la capacidad entre las dos modalidades es menor al
1%.
2. Gracias a esto, podemos concluir que el aplicativo entrega re-
sultados cuyos valores son muy aceptables para el cálculo de la
capacidad en el enlace de subida en LTE Advanced con agrega-
ción de portadoras Intrabanda contínua, discontínua e interban-
da, siguiendo las recomendaciones del 3GPP.
3. El aplicativo desarrollado beneficia a la comunidad de la si-
guiente manera:
Es muy útil para la capacitación, enseñanza o entrenamien-
to de las personas interesadas en aprender este tema, ya
que sigue paso a paso la metodología para realizar el cálcu-
lo.
Nos libera de memorizar el estandar, ya que todas las po-
sibles configuraciones, combinaciones y limitantes dadas
por el Release 11 están presentes en el aplicativo.
Ahorra bastante tiempo al usuario en el proceso del cálcu-
lo, ya que además incluye el modelo de propagación, el
cálculo del SNR y el cálculo del LinkBudget para cada uno
de los casos.
Al ser un aplicativo web, funciona en Windows (XP, 7 y 8),
Linux, MAC y en equipos móviles como Tabletas y teléfo-
nos inteligentes.
recomendaciones
Se sugiere al usuario leer el estandar para la agregación de por-
tadoras. Esta base ayudará al usuario a no perderse en el uso
del aplicativo.
El usuario deberá tener conocimientos previos de dimensiona-
miento de sistemas móviles para poder comprender varios de
los términos y parámetros que se incluyen en el aplicativo.
Este aplicativo, sólo contempla el cálculo de la capacidad en el
enlace de subida. Para trabajos posteriores, se podría incluir el
enlace de bajada basado en la misma metodología.
49
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50 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Debido a que el aplicativo es web, es necesario que el usuario
cuente una conexión a internet. Para trabajos posteriores se po-
dría pensar en un software standalone para cada uno de los
sistemas operativos que existen en el mercado.
En este aplicativo se incluyen las canalizaciones según el Relea-
se 11 del 3GPP y no las distintas formas de canalización por
región.
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B I B L I O G R A F Í A
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colofón
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