CARACTERIZACION LTE.

Capitulo 2: caracterización de la tecnología LTE.

Introducción

2.1 Arquitectura del sistema LTE

2.2 Elementos de la arquitectura

2.3 Arquitectuera E-UTRAN

2.3.1Interfaz eNB EPC (S1)

2.3.2Interfaz eNB eNB (X2)

2.3.2.1 Protocolos en las interfaces S1 y X2

2.3.3Interfaz E-UTRAN Uu o Interfaz radio

2.3.3.1 Protocolos de la interfaz radio E-UTRAN o LTE-Uu

2.3.3.2 Canales Lógicos

2.3.3.3 canales  de Transporte

2.4 Arquitectura EPC

2.4.1 MME

2.4.2 S-GWW

2.4.3 P-GW

2.5 rouning

2.6 Comparativa E-UTRAN y UTRAN

2.7 Técnicas de multi-antenas en LTE

2.8 Tecnologías de nivel físico.

2.9 Capa física

2.9.1 dowlink

2.9.2 uplink

2.10Interconexion

2.11 QoS

2.12EPS

2.1 Introducción

Long Term Evolution (LTE)  es un  estándar de la norma Third Generation Partnership Project (3GPP). Es una evolución de la norma sistema móvil terrestre universal (UMTS, Universal Mobile Terrestrial System) denominada como Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN). Formalmente, la nueva red de acceso recibe el nombre de Evolved UTRAN Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) aunque muchas veces se utiliza también bajo el término de LTE en las especificaciones como sinónimo de E-UTRAN, para otros como un nuevo concepto de arquitectura evolutiva de cuarta generación (4G). De hecho LTE será la clave para el despliegue del internet móvil. Servicios como la transmisión de datos a más de 300 metros y videos de alta definición, gracias a la tecnología de acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA)

2.2 Arquitectura del sistema LTE PLANIFICACION DIMENSIONAMIENTO

La arquitectura del sistema LTE está diseñada en base a tres requisitos fundamentales: conmutación de paquetes únicamente, baja latencia y costos reducidos. Para lograr los objetivos, a diferencia de redes inalámbricas precedentes, las cuales tienen una arquitectura de red jerárquica, se planteó una arquitectura plana sin ningún nivel de jerarquización con la menor cantidad de nodos e interfaces posibles. La arquitectura de LTE comprende una nueva red de acceso denominada E-UTRAN y una nueva red troncal denominada Evolved Packet Core (EPC), y a estas dos juntas se le conoce como Evolved Packet Systen (EPS) como podemos observar en la figura 2.1

[pic 1]

                                     Figura 2.1 Arquitectura de LTE[12]

La E-UTRAN tiene como principales funciones la gestión de recursos radio, como son: control de portadoras de radio, control de admisión de radio, asignación dinámica de recursos en enlaces ascendente y descendente a los Equipos de Usuario (UE, User  Equipment), compresión de cabeceras y el encaminamiento del tráfico hacia el EPC.

Mediante un conjunto de interfaces presentes en el EPC, el sistema LTE permite el acceso a sus servicios a través de UTRAN y  GSM/EDGE Radio Access Network (GERAN) y a otras redes de acceso que no pertenecen a la familia 3GPP como CDMA2000 y redes 802.11.

La infraestructura de red LTE integra elementos de red propios de las redes IP tales como routers, servidores de Protocolo de Configuración de Host Dinámico (DHCP, Dynamic Host Configuration Protocol) para la configuración automática de las direcciones IP de los equipos de la red LTE y servidores Sistema de Nombres de Dominio (DNS, Domain Name Server) para asociar los nombres de los equipos con sus direcciones IP[12]

En la figura 2.2 se muestran los elementos de la red. Los nodos lógicos y conexiones que se indican representan la configuración básica de la arquitectura del sistema LTE.

[pic 2]

Figura 2.2 Elementos y nodos de una arquitectura LTE[13].

Arquitectura de E-UTRAN

El Nodo B evolucionado (eNB, evolved Node B) es la única entidad de red que conforma la red de acceso y es por tanto la estación base de E-UTRAN. Este proporciona la conectividad entre los equipos de usuario y la red troncal EPC, en él terminan los protocolos específicos de la interfaz radio. El servicio de transferencia de paquetes IP entre un eNB y un equipo de usuario se denomina servicio portador radio (RB, Radio Bearer). El eNB conserva un contexto de cada uno de los equipos de usuario conectados a él, donde almacena la información necesaria para mantener los servicios de E-UTRAN activos.

Su funcionalidad clave consiste en la gestión de los recursos radio: control de admisión de los servicios portadores radio, control de movilidad, asignación dinámica de los recursos radio en uplink (UL) y downlink (DL) y control de interferencias entre estaciones base.

Otra función importante es la selección dinámica de la Entidad de Gestión de Movilidad (MME, Mobile Management Entity) cuando un terminal se registra en la red LTE, lo que otorga flexibilidad. Un eNB puede estar conectado simultáneamente a varias MMEs, lo que le permite balancear la carga de señalización y aumentar la robustez del sistema frente a puntos de fallo críticos.

El eNB puede enviar/recibir paquetes IP de los usuarios a los que sirve a través de diferentes Pasarelas de Servicio (S-GW, Serving Gateway) de la red troncal EPC, por lo que el eNB alberga funciones de encaminamiento del tráfico de los usuarios hacia la pasarela de red S-GW correspondiente. La elección de S-GW compete a la entidad MME y no al eNB.  Un eNB puede gestionar una o varias celdas, y se comunica con el resto de elementos del sistema mediante tres interfaces: E-UTRAN Uu, S1 y X2

                 [pic 3]

                                       Figura 2. Red de acceso E-UTRAN[1]

Interfaz eNB EPC (S1): El eNB se conecta a la red troncal EPC a través de la interfaz S1, esta se desdobla en dos interfaces diferentes: para el plano de control (S1-MME) y para el plano de usuario (S1-U).

Mediante la interfaz S1-U, el eNB se comunica con el S-GW  que es el encargado de procesar el plano de usuario; y mediante la interfaz S1-MME, el eNB se comunica con  la MME que es el encargado de sustentar las funciones relacionadas con el plano de control.

S1-U proporciona un servicio de transferencia de datos de usuario entre eNB y S-GW sin garantías de entrega basado en el Protocolo de Datagrama de Usuario (UDP, User

Datagram Protocol) y que no soporta ni mecanismos de control de errores ni de control de flujo; se denomina servicio portador S1.

La interfaz S1-MME soporta un conjunto de funciones y procedimientos de control entre los eNBs y el MME, como procedimientos para establecimiento, modificación y liberación de recursos de los servicios portadores tanto en la interfaz radio como en la interfaz S1. Soporta además procedimientos de handover entre eNBs, de aviso (Paging), de envío de forma transparente entre MME y eNB de los mensajes de señalización de control que fluyen entre el MME y el equipo de usuario.

Interfaz eNB eNB (X2): La interfaz X2 conecta los eNB entre sí y a través de esta conexión se intercambian  mensajes de señalización y tráfico de los usuarios del sistema cuando estos se desplazan de un eNB a otro durante un proceso de handover. El plano de usuario de la interfaz X2 proporciona un servicio de transferencia de datos de usuario entre eNBs sin garantías de entrega y sin soporte de mecanismos de control de errores y de control de flujo. El plano de control soporta el mecanismo de handover entre eNBs e indica el estado de carga del eNB, transfiriendo información para la gestión de los recursos de radio.

Protocolos en las interfaces S1 y X2 : La estructura de protocolos que soporta las interfaces S1 y X2 separa la Capa de Red Radio (RNL, Radio Network Layer,) y Capa de Red de Transporte (TNL ;Transport Network Layer). Esto permite aislar las funciones específicas del sistema de comunicaciones móviles (UMTS o LTE) de las que dependen de la tecnología de transporte utilizada (IP, ATM).

[pic 4]

          Figura 2.   Protocolos en las interfaces S1 (izquierda) y X2 (derecha)[1]

Tanto el plano de usuario de la interfaz S1 (S1-U) como el de la interfaz X2 utilizan el Protocolo de Tunelización del Plano de Usuario de GPRS (GTP-U, GPRS Tunneling Protocol – User Plane) para el envío de paquetes IP de usuario. Este protocolo se transporta sobre UDP/IP y se utiliza para multiplexar los paquetes IP de múltiples usuarios.

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