1

1

CONFERENCIA EUITTCONFERENCIA EUITT

Hacia la Cuarta GeneraciHacia la Cuarta Generacióónn

de Comunicaciones Mde Comunicaciones Móóvilesviles

CAPA FISICA LTECAPA FISICA LTE

2

PROCESO NORMATIVO: PROCESO NORMATIVO: ANTES Y DESPUANTES Y DESPUÉÉS DE LA 3GS DE LA 3G

• Antes de la 3G:

– Organismos normalizadores (ETSI, TIA etc), trabajando por separado y elaborando normas independientes.

– UIT: elabora Informes y Recomendaciones sobre sistemas móviles.

– WRC: asignaciones de espectro regionales.– Papel predominante de los operadores,

derivado de la época PTT.

2

3

• Después de 3G:

– Organismos normalizadores trabajando coordina-damente en proyectos conjuntos (Partnershipprojects).

– UIT: foro de definición de los requisitos de 3G, selección de tecnologías y elaboración de Informes y Recomendaciones que definen el marco de 3G.

– WRC: asignaciones globales de espectro (en la medida de lo posible).

– Liderazgo de fabricantes.

4

• Se trabaja en la evolución progresiva de las redes actuales IMT-2000 hacia una convergencia de:

– Redes celulares actuales mejoradas.

– Sistemas nómadas de acceso inalámbrico.Ofreciendo elevada comunalidad e interfuncionamientosin discontinuidades.

• Programa de estudios “Beyond IMT-2000”:

– Interfaces radio para altas tasas de datos (hasta 100 Mb/s).

– Arquitecturas de redes abiertas.El marco temporal abarca el periodo 2003 - 2015.

SITUACISITUACIÓÓN EN EL UITN EN EL UIT--RR

3

5

1 1 0 1 0 0 1 0 0 0

F I G U R E 2

I l l u s t r a t i o n o f c a p a b i l i t i e s o f I M T - 2 0 0 0 a n d s y s t e m s b e y o n d I M T - 2 0 0 0

E n h a n c e m e n t

D e n o t e s i n t e r c o n n e c t i o n b e t w e e n s y s t e m s v i a n e t w o r k s , w h i c h a l l o w s

f l e x i b l e u s e i n a n y e n v i r o n m e n t w i t h o u t m a k i n g u s e r s a w a r e o f

c o n s t i t u e n t s y s t e m s

N o m a d i c / l o c a l a r e a a c c e s s s y s t e m s

D i g i t a l b r o a d c a s t s y s t e m s

P e a k u s e f u l d a t a r a t e ( M b i t / s )

D a s h e d l i n e i n d i c a t e s

t h a t t h e e x a c t d a t a

r a t e s a s s o c i a t e d w i t h

s y s t e m s b e y o n d I M T - 2 0 0 0

a r e n o t y e t d e t e r m i n e d

N e w c a p a b i l i t i e s

o f s y s t e m s b e y o n d

I M T - 2 0 0 0

S y s t e m s b e y o n d I M T - 2 0 0 0 w i l l e n c o m p a s s

t h e c a p a b i l i t i e s o f p r e v i o u s s y s t e m sM o b i l i t y

H i g h

L o w

� e w

m o b i l e

a c c e s s

� e w n o m a d i c / l o c a l

a r e a w i r e l e s s a c c e s s

E n h a n c e d

I M T - 2 0 0 0

I M T - 2 0 0 0

D a r k s h a d i n g i n d i c a t e s e x i s t i n g c a p a b i l i t i e s , m e d i u m s h a d i n g i n d i c a t e s e n h a n c e m e n t s t o

I M T - 2 0 0 0 , a n d t h e l i g h t e r s h a d i n g i n d i c a t e s n e w c a p a b i l i t i e s o f s y s t e m s b e y o n d I M T - 2 0 0 0 .

T h e d e g r e e o f m o b i l i t y a s u s e d i n t h i s F i g u r e i s d e s c r i b e d a s f o l l o w s : l o w m o b i l i t y c o v e r s

p e d e s t r i a n s p e e d , a n d h i g h m o b i l i t y c o v e r s h i g h s p e e d o n h i g h w a y s o r f a s t t r a i n s ( 6 0 k m / h t o

~ 2 5 0 k m / h , o r m o r e ) . 1 6 4 5 - 0 2

MARCO DEL FUTURO DESARROLLO DEMARCO DEL FUTURO DESARROLLO DEIMTIMT--2.0002.000

6

• Tras una fase inicial lenta en el desarrollo de 3G se ha producido un crecimiento rápido que demanda mayor anchura de banda inalámbrica.

• Incidencia de los teléfonos inteligentes (smartphones).

• Disponibilidad de aplicaciones (Application Stores)

• Nuevos sistemas operativos (Android)

4

7

• Respuesta de fabricantes y operadores con HSPA+ (3,9G).

• Cambio de los patrones de tráfico de las comunicaciones de voz a los servicios multimedia de banda ancha.

• El mercado continuará siendo la fuerza motriz de la evolución.

8

• El usuario deberá poder percibir que puede utilizar todos los servicios:

– Desde cualquier lugar (Anywhere)

– En cualquier momento (Anytime)

– Con interoperabilidad entre servicios y accesos sin soluciones de continuidad (Seamless)

• Perfil de usuarios acostumbrados a Internet, por lo que los valores añadidos serán la ubicuidad y la movilidad.

5

9

OBJETIVOS PARA LA 4GOBJETIVOS PARA LA 4G

− Estándar mundial.− Interoperabilidad con los núcleos de red existentes.− Facilidad de migración desde 3G− Tasas de 1 Gbit/s (área local) y 100 Mbit/s (área

extendida).− Latencia pequeña.

10

La 4G debe también ofrecer– Calidad de servicio negociable– Alto grado de personalización– Servicios orientados a los usuarios

Todo ello con costes moderados en– Adjudicaciones de espectro– Terminales– Contratación y uso de los servicios

6

11

• Centrándonos en la capa física hay que afrontar grandes retos como son:

– Uso de nuevas Bandas de Frecuencias.

– Alta eficiencia espectral.

– Asimetría de los enlaces.

– Relaciones de protección moderadas.

– Arquitecturas de terminales móviles de tamaño y consumo limitados.

– Minimización de efectos de emisiones.

– Terminales móviles multitecnología, multimodocapaces de soportar la amplia variedad de aplicaciones.

12

1000

Mob

ilit

ya

nd

cov

era

ge

1100,1

Ped

rest

ian

Veh

icu

lar

Sta

tio

nar

y

Data rate (Mbps)

100

4G research

target

Envolved 3G

CD

MA

20

00

1X

ED

GE

ED

GE

Evolu

tion

1xE

VD

O1xE

VD

V

UMTSTDD

1xE

VD

VW

CD

MA

Rel4

HSPA

3.9G

3G EVOLUTIO�

802.20

WLA�

802.11n

WIMAX

802.16e

WLA�

802.11a,g

WLA�

802.11b

WIMAX

802.16-2004

MARCO EVOLUTIVO A 4G: TECNOLOGMARCO EVOLUTIVO A 4G: TECNOLOGÍÍAS ACCESOAS ACCESO

7

13

FTP

E-Mail

P2P

File

Share

IM VoIP

MUDD Gam-ing

VOD

MMS

SMS/Serial Games

(Chess)

Music Streaming

Web Browsing

Video Phone

Video Conference

HSPA

EDGE Evolution

WCDMA R99

EDGE

<5

6 k

b/s

ec

1 sec 200 ms <50 ms10 sec

1 M

B/s

ec5

MB

/sec

Nar

row

ban

dB

road

band

Bit

Ra

te

EDGE EDGE Evolution HSPAWCDMA R99

SynchronousAsynchronous �etwork Latency

MARCO EVOLUTIVO A 4G: APLICACIONES MARCO EVOLUTIVO A 4G: APLICACIONES

14

EVOLUCIEVOLUCIÓÓN TEMPORAL EN 3 GPPN TEMPORAL EN 3 GPP

8

15

3 GPP STANDARD3 GPP STANDARD

HSPA+Rel.6

LTERel.8

SAE

16

DESARROLLO DE LTEDESARROLLO DE LTE• La actividad del 3 GPP relativa a la evolución de 3G se

inició en Noviembre de 2004, mediante un “WORKSHOP”abierto a: operadores, fabricantes y centros de I+D.

• El workshop estableció un conjunto de requisitos de alto nivel para el E-UTRAN– Coste por bit reducido.– Mejoras en la provisión de los servicios.– Flexibilidad.– Rendimiento espectral de las bandas de frecuencias

existentes y nuevas.– Arquitectura de red simplificada.– Interfaces abiertos.– Optimización consumo de los terminales.

9

17

• En Diciembre de 2004 se inicia el estudio de viabilidad de UTRA & UTRAN Long Term Evolution.

• Objetivos:Desarrollo de un marco para la evolución de la tecnología de acceso radio del 3 GPP, hacia una nueva tecnología de acceso radio que proporcione tasas binarias elevadas, con latencia pequeña y optimice la transmisión por paquetes.

18

• El estudio debería profundizar en servicios del dominio PS relativos a:– Capa física de la interfaz radio.

• Anchura de banda de transmisión hasta 20 MHz.• Nuevos sistemas de modulación y multiacceso.• Técnicas avanzadas multiantena (MIMO).

– Capas 2 y 3 de la interfaz radio.• Optimización de la señalización.

– Arquitectura UTRAN.• Optimización arquitectura UTRAN. Partición funcional

entre nodos de la red RAN.– Aspectos de RF.

10

19

GENESIS DE LTE: GENESIS DE LTE: ““LECCIONES APRENDIDAS LECCIONES APRENDIDAS DE 3GDE 3G””

• Elevada complejidad del Núcleo de red en 3G en:– Equipos – Protocolos– Señalización

Lo que se traduce en costes y latencia altos.• Uso poco eficiente de la anchura de Banda.

– Se ocupan 5 MHz cualquiera que sea la tasa binaria.• Prevalencia inicial de CS, aunque en 3,5G ya se da

protagonismo a PS.

20

• Buen desempeño (performance) de los turbo códigos.

• Ventajas notorias de la planificación (Scheduling).

• Buena respuesta de la técnica AMC (AdaptiveModulation and Coding)

• Ventajas de la técnica ARQ “inteligente”: HARQ. (Hybrid-ARQ)

11

21

• Además de incorporar esas características de HSPA+, en LTE se “exprime” al máximo la tecnología radio. Por ello:– Se utilizan nuevas técnicas de modulación y

multiacceso: OFDMA y SC-FDMA.– Se emplea la tecnología MIMO para aprovechar la

propagación multitrayecto.• Ambas tecnologías hacen un uso masivo del

procesado digital de señales (DSP)

22

REQUISITOS Y OBJETIVOS DE LA LTEREQUISITOS Y OBJETIVOS DE LA LTE

• Tasas de bits máximas instantáneas para BW = 20 MHz.– En DL .... 100 Mb/s. (5 bits/Hz)– En UL .... 50 Mb/s. (2,5 bits/Hz)

• Incremento de la “tasa en el perímetro celular”, manteniendo la ubicaciones existentes.

• Aumento sustancial de la eficacia espectral: (2-4) x Release 6

12

23

• Latencia del plano de control: tiempos de transmisión.– 100 ms del modo “Idle” a un estado activo.– 50 ms del estado “Dormido” al estado activo.

≤

≤

24

• Latencia del plano usuario:Tiempo de tránsito unidireccional entre el instante en que un paquete está disponible en la capa IP del nodo UE y el instante en que lo está en el nodo frontera RAN.

La latencia será inferior a 5 ms en condición descargada: Un único usuario y un solo flujo de datos, para un paquete IP mínimo: Cabecera IP + carga útil de 0 bytes.

13

25

• Capacidad del plano de control– 200 usuarios por célula en estado activo para

BW de 5 MHz.– 400 usuarios por célula para anchuras de

banda mayores.

≥

≈

26

• Movilidad– E-UTRAN estará optimizada por velocidades de

vehículos reducidas; de 0 a 15 km/h.– Con buena calidad, entre 15 y 120 km/h.– Se mantendrá con alguna degradación hasta 350 km/h.

• Cobertura– Los objetivos básicos deben alcanzarse en células de

hasta 5 km de radio.– Con ligera degradación, hasta 30 km de radio.

14

27

• Flexibilidad de espectro– E-UTRA deberá funcionar con diferentes asignaciones

de espectro:1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20 MHz

• Para UL y DL, en bandas emparejadas (paired bands) y no emparejadas (unpaired bands).

• Modos FDD y TDD.

28

LTE: TASAS BINARIAS MLTE: TASAS BINARIAS MÁÁXIMASXIMASDL/FDD/64QAM

326,4172,8100Tasa máxima(Mb/s)

MIMO4X4

MIMO2X2

SISOConfiguraciónAntena

86,457,650Tasa máxima(Mb/s)

64QAM16QAMQPSKModulación

UL/FDD/1 Antena

15

29

COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNCOMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉÉTICATICA

• Coexistencia en la misma zona geográfica y co-ubicación con redes GERAN/UTRAN en canales adyacentes.

• Los terminales E-UTRAN que soporten UTRAN y/o GERAN deberán permitir mediciones y traspasos desde/hacia redes 3 GPP UTRAN y 3 GPP GERAN.

• El tiempo de interrupción durante un traspaso para servicios en tiempo real entre E-UTRAN y UTRAN (o GERAN), será inferior a 300 milisegundos.

30

ARQUITECTURA Y MIGRACIARQUITECTURA Y MIGRACIÓÓNN

• Arquitectura E-UTRAN única: EPS, Evolved PacketSystem

• Basada en paquetes, aunque deberá soportar sistemas que admitan tráfico conversacional y en tiempo real.

• Soportará QoS de extremo a extremo.• Facilidades de migración e interfuncionamiento

16

31

ESQUEMA GENERAL DE ARQUITECTURA SAEESQUEMA GENERAL DE ARQUITECTURA SAE

ePDGEvolved PacketCore

GPRS Core

Trusted non 3GPP IP Access

WLAN3GPP IP Access

S2b

WLANAccess NW

S5b

IASA

S5a

SAE Anchor

3GPP Anchor

S4

SGiEvolved RAN

S1

Op.

IP

Serv.

(IMS,

PSS,

etc…)

Rx+

GERAN

UTRAN

Gb

Iu

S3

MME

UPE

HSS

PCRF

S7

S6

SGSN

S2a

32

ARQUITECTURA GLOBAL LTE/SAEARQUITECTURA GLOBAL LTE/SAE

17

33

• Los Nodo B evolucionados (eNB), proporcionan la terminación de los protocolos hacia UE.

• Están interconectados entre si mediante la interfaz X2.

• Soportan el traspaso de los UE en el modo activo.

• Los eNB se conectan a través de la interfaz S1 con el núcleo de red evolucionado EPC (Evolved Packet Core).

34

• El Nodo B desempeña las siguientes funciones:– Gestión Recursos de Radio (RRM).

• Asignación dinámica planificada (Scheduling).• Control movilidad conexión.• Control admisión.• Control portador radio (radio bearer).

18

35

• Entidad de gestión de movilidad (MME)– Distribución de mensajes de aviso (paging) a los

eNB.• Entidad del plano de usuario (UPE)

– Compresión de cabeceras IP.– Encriptación de datos de usuario.– Terminación de paquetes del plano-U.– Conmutación del plano-U para sustentar la

movilidad de los UE.

36

• Mensajes DCI (Downlink Control Information)– Del eNB al UE sin pasar por MAC.– Van en el PDCCH.– Proporcionan información de planificación (UL-DL)

y ce control de potencia.– Varios por subtrama en diferenes pdcch para uno

o más UE.

19

37

LTE/SAE ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS LTE/SAE ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS SIMPLIFICADASIMPLIFICADA

38

• Access Stratum:– Acceso a la red radio y control conexiones activas

UE-Red.– Consta del Plano de usuario (UP) y del Plano de

control (CP).– Ubicado en el eNB– Capas:

– MAC– RLC– PDCP– RRC

20

39

• Plano de Control

DCP, RLC, MAC para mensajes de control del RRC

UE

RRC

NAS

PDCP

RLC

MAC

PHY

NAS

RRC

PDCP

RLC

MAC

PHY

eNB MME

40

• Plano de usuario

DDCP, RLC: Comprensión cabeceras, cifrados, modo ACKMAC: planificación en eNB

UE

PDCP

RLC

MAC

PHY

PDCP

RLC

MAC

PHY

eNB

21

41

LTE: CARACTERLTE: CARACTERÍÍSTICAS PORTADOR RADIOSTICAS PORTADOR RADIO• Interfaces radio

– Tecnología DL: OFDMA– Tecnología UL: SC-FDMA

• Modulación de datos– DL: QPSK, 16 QAM, 64 QAM– UL: BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM

• Cabezales RF: MIMO– DL: 2 Tx / 2 Rx– UL: 1 Tx / 2 Rx

• Codificaciones– Turbocódigos

• Canales– No hay canales dedicados

42

LTE: CARACTERLTE: CARACTERÍÍSTICAS ACCESO RADIOSTICAS ACCESO RADIO

22

43

TECNOLOGTECNOLOGÍÍA DE ACCESO RADIO OFDM A DE ACCESO RADIO OFDM

• La OFDM realiza la transmisión de la información en paralelo mediante múltiples portadoras, cada una de las cuales soporta una fracción de la tasa binaria total R.

• La BW se divide en Nc subcanales sustentados por Ncsubportadoras no solapadas (ortogonales). Cada una transmite con una tasa R/Nc ocupando la anchura BW/Nc.

• Un símbolo OFDM es el conjunto de toda la información de las subportadoras, con tasa R, anchura de banda BW y periodo Tsimb.

44

• La ortogonalidad de la subportadoras se consigue eligiendo una separación entre sus frecuencias, ∆f, tal que

donde Tútil es el periodo útil de símbolo

útilTf

1=∆

f�BW c ∆⋅=

23

45

• La modulación de las subportadoras se hace con alguna variante de QAM con M estados de modulación, según una constelación en ejes I y Q. Cada símbolo de modulación es un punto de la constelación representado por un número complejo que corresponde a log2 M bits, por lo que cada símbolo OFDM consta de Nc·log2 M bits y su periodo es:

Tútil = Tb·Nc·log2 M

siendo Tb el periodo de bit

46

EjemploTransmisión de un flujo binario de R= 4 Mbit/s, Tb =0,25 µs

• Transmisión con una sola portadora QPSK (M=4)

• Periodo símbolo modulación: Tsimb=2·Tb=0,5 µs• Transmisión con 1000 portadoras QPSK

– Tasa por subportadora: 4 kbit/s– Anchura de banda por subportadora:– Periodo de símbolo OFDM: Tsimb=0,5 ms

MHzBWBW 21042

1 6 =→⋅⋅=

KHzbw 21042

1 3 =→⋅⋅

24

47

48

1.52851.529 1.5295 1.53 1.53051.5311.53151.532 1.53251.5331.53350

5

10

15

20

25

30

tiempo (s)

Módulo de señal OFDM en el dominio del tiempo

25

49

-5000 0 5000 10000 15000-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

dB

frecuencia (Hz)

Densidad espectral de potencia de señal OFDM

50

• La tecnología OFDM es muy robusta frente al desvanecimiento selectivo en frecuencia (FSF). El FSF afectará a algunas portadoras/símbolos y su efecto puede corregirse con codificación de canal.

• Aunque haya FSF, la respuesta en frecuencia del canal para cada subportadora es prácticamente plana, por su reducida anchura de banda, lo cual facilita la ecualización en el dominio de la frecuencia (FDE).

• Para la estimación del canal, necesaria en FDE, se transmiten símbolos de prueba o sondeo conocidos en determinadas subportadoras.

26

51

• La OFDM puede utilizarse de forma dinámica:– Asignando todas las subportadoras a un solo usuario.– Asignando grupos de subportadoras diferentes a

múltiples usuarios.De este modo es posible conseguir multiacceso FDMA.

• También es viable el multiacceso TDMA compartiendo subportadoras diferentes usuarios en tiempos distintos.

• Así, distribuyendo frecuencia y tiempo se tiene el multiacceso OFDMA

52

En LTE descendente se usa la flexibilidad de OFDM para la planificación/adaptación de las transmisiones.

27

53

• Inconvenientes de OFDM– La señal OFDM tiene un valor elevado de la relación PAPR

(Peak to Average Power Ratio):

como consecuencia de la posible suma en fase de varias portadoras.

– Esta alta PAPR, impone limitaciones a la eficiencia de los amplificadores de RF. Ha de aplicarse un valor alto de “Backoff”(reducción de potencia respecto a la saturación) para mantener la linealidad.

– La OFDM es sensible a los desplazamientos (offsets) de las subportadoras y al ruido de fase que producen interferencias entre ellas (ICI)

media Potenciacresta de Potencia

=PAPR

54

• Para la protección frente a la interferencia entre símbolos (ISI) se habilita un tiempo o periodo de guarda, por lo que el tiempo útil de símbolo es

Tu = TS - Tg

• Durante el tiempo de guarda, el receptor no lee la información, por ello las colas de los ecos de un impulso transmitido que caen dentro del tiempo de guarda no afectan al símbolo siguiente (no hay ISI).

28

55

• El tiempo de guarda se elige en función de la dispersión de retardo del canal radio.

• La utilización del tiempo de guarda reduce el tiempo útil del símbolo y aumenta la anchura de banda o al revés, para una anchura dada reduce la tasa binaria.

56

• En OFDM, el número de subportadoras puede variar desde algunos centenares a varios miles.

• La separación ∆f se elige según las características del canal radio, en especial.– La máxima dispersión del retardo → FSF– La máxima dispersión Doppler → TSF

• Una vez elegido ∆f, el número Nc de subportadoras se determina en función de la anchura de banda disponible.

• Para LTE, ∆f = 15 kHz y Nc es del orden de 600 para una anchura de banda de 10 MHz.

29

57

• Señal OFDM en un periodo (banda de base)

para mTu t (m+1) Tu

ak(m): símbolo de modulación complejo aplicado a la

subportadora k-ésima en el intervalo de símbolo m-ésimo

sk(m)(t): subportadora k-ésima modulada por ak

(m)

• Ortogonalidad (para cada m):

ftkjmk

�

k

mk

�

k

m eatstycc

∆−

=

−

=

∑∑ == π2)(1

0

)(1

0

·)()(

≤≤

lk para ≠== ∆−

++

∫∫ 0··)()·( )(2*

)1(

*

)1(

dtesadttsts ftlkjlk

Tm

mT

lk

Tm

mT

u

u

u

u

π

58

GENERACIGENERACIÓÓN N ““CLCLÁÁSICASICA”” DE OFDMDE OFDM

• Comprendería 3 etapas:– Conversión serie-paralelo– Nc modulaciones I-Q– Conversión paralelo-serie

30

59

DEMODULACIDEMODULACIÓÓN N ““CLCLÁÁSICASICA”” DE OFDMDE OFDM

• Comprendería también 3 etapas:– Conversión serie/paralelo– Detección por correlación múltiple– Conversión paralelo/serie

60

• La modulación/demodulación “clásicas” de OFDM, son de compleja realización y ajuste.

• Sin embargo es viable una realización de estas operaciones mediante Procesado Digital de Señal (DSP), a través de las transformadas discretas de Fourier.

• DFT: Discrete Fourier Transform.

• IDFT: Inverse Discrete Fourier Transform.

31

61

• Existe un algoritmo llamado FFT (Fast Fourier Transform) que permite el cálculo rápido y eficiente de DFT e IFFT, lo que ha potenciado la aplicación de éstas transformadas a las modernas comunicaciones digitales.

• Se dispone en el mercado de “chipsets” que implementan la FFT directa e inversa.

• La aplicación de FFT a la OFDM permite una realización compacta, eficiente y económica del procesado de la señal.

62

REVISIREVISIÓÓN DE CONCEPTOSN DE CONCEPTOS

• Las DFT/IDFT se aplican a secuencias: funciones de tiempo discreto y de frecuencia discreta de duración limitada.

• Dada x[n] (0 n N -1), se tiene≤ ≤

[ ]{ } [ ]{ }

[ ] [ ]

[ ]{ } [ ]{ }

[ ] [ ] 102exp1

102exp

1

1

−≤≤

=

=

−≤≤

−=

=

∑

∑

−

=

−

=

�n �

kn· πj· kX

�nx

nxkXIDFT

�k �

nk· πj· nxkX

kXnxDFT

�

ok

�

on

32

63

MULTIPLICACIMULTIPLICACIÓÓN Y CONVOLUCIN Y CONVOLUCIÓÓNN

• Dadas {x[n]} e {y[n]}, se hace una prolongación periódica para obtener las secuencias periódicas de periodo N

Se tiene

[ ]{ } [ ]{ } [ ]{ } [ ]{ }�nyny�nxnx +=+= ~~ ; ~~

[ ]{ } [ ]{ }[ ]{ } [ ]{ } 10 ~

10 ~

−≤≤=

−≤≤=

�nnyny

�nnxnx

64

Se define el producto de convolución periódica

también es periódica de periodo N

[ ]{ } [ ]{ } [ ]{ }

[ ] [ ]mnymxnz

nynxnz

�

m

−=

=

∑−

=

~· ~)(~

~ *~~

1

0

como

)(~ nz

33

65

La convolución periódica o circular de x[n] e y[n] es

La propiedad fundamental de la convolución periódica es

Esta propiedad se utiliza para la ecualización en el dominio de la frecuencia

[ ]{ } [ ]{ } [ ]{ } [ ]{ } 10en ~ * −≤≤== �nnznynxnz

1-Nk0 X[k]·Y[k]Z[k] ≤≤=

66

CONVOLUCICONVOLUCIÓÓN CIRCULARN CIRCULAR

• h[3] x[1]

h[2]

h[0]

h[1]

x[0]

x[3]

x[2]

• h[0] x[1]

h[3]

h[1]

h[2]

x[0]

x[3]

x[2]

34

67

CONVOLUCICONVOLUCIÓÓN NORMALN NORMAL

• Secuencias no periódicas de tamaño diferente

x[n] 0 ≤ n ≤ N-1 ; h[m] 0 ≤ m ≤ L-1 ; N > L

La convolución tiene

M = L + N – 1 términos (0 ≤ k ≤ M-1)

[ ] [ ] [ ]lnhlxky�

l

−⋅=∑−

=

1

0

68

CONVOLUCICONVOLUCIÓÓN N CICLICA=CONVOLUCICICLICA=CONVOLUCIÓÓNNNORMAL CON PREFIJO CICLICO (CP)NORMAL CON PREFIJO CICLICO (CP)

• Secuencias de tamaños diferentes: N, L (N>L)• Se realiza una convolución normal “pegando” al

principio de la secuencia más larga una copia de susL-1 últimos términos, que se llama prefijo (proceso“copy-paste”).

• En la secuencia resultante de la convolución, se suprimen los L-1 términos delanteros y los L-1 traseros. Es la eliminación del prefijo y su “cola”.

• El tamaño final es M=N, como en el caso de la convolución ciclica.

M=N+L-1+L-1-2·(L-1)=N

CP Suprimido

35

69

• Sea X[k] la DFT de una secuencia periódica transmitida y H[k] la DFT de la función de transferencia del canal. La DFT de la señal periódica recibida es:

Y[k] = X[k]·H[k]El canal es multiplicativo.Para recuperar X[k], el ecualizador implementa la función H[k]-1 y se tiene (sin ruido):

Y[k]·H[k]-1 =X[k]Pero H[k]-1 =C· H[k]* siendo C una constante.Entonces

X[k] =C·Y[k]·H*[k]H*[k] se obtiene en un proceso de estimación del canal

70

• Aplicación a OFDM– Retomamos la señal OFDM en un periodo genérico

Esta señal es, aproximadamente, de banda limitada.– La muestreamos con frecuencia fs= N·∆f

La muestra n-ésima es (t = n Ts = n/N∆f):

con

]2·exp[)(

1

0

ftkjaty k

�

k

c

∆= ∑−

=

π

<≤

<≤=′

′=

==

∑

∑−

=

−

=

�k �

�k aa

�

knjany

�

knjanynTy

c

ck

k

k

�

k

k

�

k

s

c

0

0

2·exp][

2·exp][)(

1

0

1

0

π

π

36

71

• Se aprecia que la secuencia {y[n]} es (salvo el factor constante N), la IDFT del bloque de símbolos de modulación a0, a1,... a , ampliado con ceros hasta la longitud N.

• Entonces, la señal OFDM muestreada puede obtenerse como una IDFT (IFFT) de los símbolos de entrada.

• El paso de la señal muestreada a la señal continua en el dominio del tiempo se hace por conversión D/A (interpolación).

1−c�

72

• En la práctica, por razones de eficiencia del algoritmo IFFT, se elige N igual a una potencia de 2.

• Ejemplo de LTE:Nc = 600 ; ∆f = 15 kHz ; N = 1.024Frecuencia de muestreo, fs = 1.024x15 = 15.360 kHz

37

73

Esquema del procesado OFDM en transmisión

74

La demodulación de OFDM se hace de forma similar, con un muestreo seguido de una DFT (FFT) de tamaño N.

38

75

EL PREFIJO CEL PREFIJO CÍÍCLICO: CPCLICO: CP

• El intervalo de guarda no se deja vacío, sino que en él se transmite una copia de la NCP , últimas muestras del símbolo para:– Mantener la continuidad de la transmisión.– Poder aplicar la convolución cíclica y la ecualización en

frecuencia en recepción.

• El tiempo T de símbolo se desglosa en Tsímbolo = Tútil + TCP

76

• TCP equivale a la duración de la respuesta impulsiva del canal.

• Para una dispersión τ < TCP, el multitrayecto asociado al símbolo m no afecta al símbolo m+1: no hay ISI ni ICI.

• Si hay interferencia en el propio símbolo, la cual se compensa con ecualización en frecuencia.

39

77

• El receptor ignora la señal en el tiempo TCP.

• En consecuencia, la potencia de símbolo queda reducida por el término Tu/(Tu + TCP) y lo mismo le ocurre a la relación Eb/No.

• La elección TCP debe ser un compromiso entre potencial de eliminación de ISI y reducción de Eb/No.

78

ECUALIZACIECUALIZACIÓÓN EN FRECUENCIAN EN FRECUENCIA

• El prefijo hace que el símbolo sea “casi periódico” y que, aproximadamente, la convolución de la IFFT del símbolo con la secuencia {h[n]} representativa de la función de respuesta impulsiva del canal, equivalga a una multiplicación término del símbolo con la secuencia {H[k]}, que representa la función de transferencia del canal.

• Para recuperar X[k] a partir de Y[k] se multiplica por la conjugada de H[k]: “one-tap equalization”

40

79

• Es necesaria la estimación en el receptor de las muestras H[k].

• Para ello se insertan en intervalos regulares de tiempo y frecuencia en la señal OFDM, símbolos de referencia o símbolos piloto conocidos.

• El receptor, por comparación entre los símbolos recibidos y los transmitidos que conoce puede estimar H[k].

• La estimación se considera valida para frecuencia de un entorno alrededor de la subportadora k-ésima.

• El tamaño del entorno será del orden de la anchura de banda de coherencia del canal.

80

UTILIZACIUTILIZACIÓÓN DE OFDMN DE OFDM

• Redes LAN inalámbricas con estándares – IEEE 802.11a &11g (WIFI)– IEEE 802.16 (WIMAX)

• Redes ultrawideband UWB.

• Televisión Digital DVB.

• Radiodifusión digital DAB.

• Sistemas ADSL.

• Sistemas PLC.

• Sistemas LTE de 3GPP (Enlace Descendente).

41

81

3G LTE DOWNLINK RADIO ACCESS3G LTE DOWNLINK RADIO ACCESS

82

3G LTE ACCESO RADIO, ENLACE ASCENDENTE3G LTE ACCESO RADIO, ENLACE ASCENDENTE

• Hay que aprovechar las ventajas de OFDM.

• Hay que utilizar ecualización en frecuencia.

• Es necesario salvar el inconveniente de la alta PAPR de OFDM, perjudicial para el UL porque:– Reduce la eficiencia del amplificador RF.– Incrementa el consumo de batería.

• También se requiere resolver el problema del multiacceso en el UL, con emisiones no coordinadas desde los UE.

• La solución SC-FDMA– SINGLE CARRIER FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS

42

83

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A SCN A SC--FDMAFDMA

• Deben cubrirse dos objetivos:a) Para los datos de usuario un solo canal o portadora

(SC).b) Para el sistema, señal tipo OFDM con CP.

• Para conseguirlo se juega con las transformadas DFT-IDFT como se ve en el esquema de principio.

84

Constelación B. Base

Datos de Usuario

DFT IDFT CP ModuladorIQ

SC

OFDM

A B C D

EcualizaciónDemoduladorIQ DFT IDFT

Constelación B. Base

OFDM

SC

43

85

• Como entre B y C se ejecutan operaciones complementarias, pueden eliminarse la DFT e IDFT y aplicar los datos al módulo CP manteniendo la estructura del receptor. Ello simplifica notablemente el transmisor (equipo de usuario).

• La señal es estándar QPSK/MQAM en el dominio del tiempo, pero cuasi-cíclica (CP), para permitir la ecualización de frecuencia en recepción.

• Siendo única la señal, la PAPR es baja e igual a la que corresponde a una única portadora modulada.

86

• Desde el punto de vista de la parte OFDM (tras la DFT) la energía de los datos se reparte entre todas las subportadoras.

• Se aprovecha la DFT para procesar las frecuencias resultantes trasladándolas lo que hace posible el multiacceso FDMA.

• Para ello se establece una correspondencia o proyección (mapping) entre las N subportadoras resultantes de la DFT y M (M>N) subportadoras, añadiendo ceros al espectro.

44

87

• La correspondencia tiene dos modalidades:a) Distribuidab) Localizada

• Las distribuida (IFDMA = Interleaved FDMA)coloca uniformemente las frecuencias en el espectro. Produce una expansión espectral con factor SF (Spread Factor) = M/N

• La localización (IFDMA = Localizaed FDMA)traslada todo el bloque de subportadoras a otra parte del espectro

88

XN-1XN-1

-----------------------------------------------

X2X2

Xo

X1

X1

Xo

Correspondencia Localizada

Correspondencia Distribuida

oX~

•••

c1X +

~

2c2X +

~

1M-X~

•

••

•

••

oX~

•••

•

•

coX +

~

c1X +

~

c2X +

~

•••

c1-NX +

~

1M-X~

45

89

SCSC--FDMA ESQUEMA PROCESADO DE FDMA ESQUEMA PROCESADO DE SESEÑÑALAL

• La correspondencia no altera el carácter SC, solo influye en los valores de los símbolos, por lo que todo el bloque de A a C se puede reemplazar por una sola operación de procesado de los símbolos

P/S

Constelación B. Base

Datos S/PFFT

NPuntos CP

Correspondencia a M

Subportadoras

SC

OFDM

Ceros

IFFTM

Puntos

A C

90

EJEMPLOEJEMPLOMultiacceso con 3 usuarios

46

91

MODALIDADES DE CORRESPONDENCIAMODALIDADES DE CORRESPONDENCIA

92

SESEÑÑAL EN EL DOMINIO DEL TIEMPOAL EN EL DOMINIO DEL TIEMPO

47

93

• Lo que se ha visto en el ejemplo tiene validez general – Con IFDMA, la señal en C es una repetición de Q

veces la señal en A.– Con LFDMA, la señal en C es la señal en A con

símbolos intercalados que son combinación lineal compleja de los símbolos de entrada.

• Por consiguiente, se puede hacer una generación directa de la señal en C a partir de los símbolos de entrada sin las operaciones FFT-IFFT.Ello simplifica el transmisor.

94

TECNOLOGIA MIMOTECNOLOGIA MIMO• Utilización de múltiples antenas en transmisión y

recepción.

• Análisis a una frecuencia• Matriz del canal: (hij), ganancia de la antena

transmisora j a la antena receptora i.• Vector transmitido x; vector recibido y

Y=H·x

TX RX[H]

CANAL

INPUT OUTPUT

X Y

48

95

• Variedades:– SIMO Single Input, Multiple Output.

Sistemas clásicos de diversidad de espacio en recepción.

– MISO Multiple Input Single Output.Diversidad en transmisión.

– MIMO Multiple Input Multiple Output.Multiplexación espacial aprovechando independencia de trayectos, “grados de libertad”del canal.

96

• Alternativas de multiantenas:– Beamforming.

Potencia el haz en una o más direcciones concretas.Favorece el rechazo de interferencias.

– Diversidad.Procesado de señal para combatir el multitrayecto:

• MRC• Alamouti

– Procesado MIMO.Aprovechamiento multitrayecto para multiplexación espacial.

49

97

• Para condiciones de canal adecuadas MIMO proporciona una ganancia “en grados de libertad”que se traduce en un aumento de capacidad por multiplexación espacial.

• Con N antenas de transmisión y M de recepción esa ganancia es proporcional a L= min(M,N).

• En consecuencia, MIMO proporciona alta capacidad con una anchura de banda limitada, es decir elevada eficiencia espectral.

98

• Se requiere que el multitrayecto sea lo suficientemente “rico” para que las antenas de recepción puedan separar las señales procedentes de las diferentes antenas de transmisión.

• La separación de los flujos de datos que comparten banda se basa en la decorrelación de las múltiples señales recibidas en presencia de multitrayecto.

50

99

HIPOTESIS PARA EL ANALISIS Y HIPOTESIS PARA EL ANALISIS Y ESTUDIO DE MIMOESTUDIO DE MIMO

– Canal de banda estrecha.– Desvanecimiento plano, típicamente Rayleigh.– Potencia de transmisión limitada.– Transmisión en ráfagas.– Canal “cuasi-estacionario”, constante en cada

ráfaga.– Canal conocido en el receptor mediante señales

de sondeo.– Si el canal se conoce en el transmisor (CSI) se

puede optimizar la capacidad favoreciendo los mejores trayectos, de forma adaptativa.

100

CAPACIDAD CANAL EN MIMOCAPACIDAD CANAL EN MIMO

• Su determinación se basa en las propiedades matemáticas de la matriz del canal H

Donde hij: ganancia de la antena transmisora j a la antena receptora i.

=

M�M

�

hh

hh

H

LL

LLL

LL

1

112

51

101

DESCOMPOSICIDESCOMPOSICIÓÓN EN VALORES N EN VALORES SINGULARESSINGULARES

• Dada la matriz H(MxN), se tienesvd(H)= [U, D, V]tal que H=U·D·V* y D=U*·H·V– D(MxN), es diagonal con L= min (M,N) elementos

no nulos: d1, d2…. dL en su diagonal.– Las di se llaman valores singulares de D. Sus

cuadrados di2 son los autovalores de la matriz

H·H* y de H*·H, que son positivos o nulos– El rango de H es L.

102

APLICACIONAPLICACION

Objetivo y=D·x

Transmisión realSe tiene y=U*·H·V·x U·y=H·V·x

Luego

xHy ⋅=

y*Uy;xVx;yUy ⋅=⋅=⋅=

V H U*

D

yH·V·xV·x

x

x y

52

103

Consecuencias:• Hay que hacer un procesado en transmisión para

obtener a partir de x y otro en recepción para extraer y de

• Relaciones:

• Es necesario el conocimiento de la matriz H para generar U, D y V.

• Cada canal di define un modo de propagación i.• Potencia transferida entre xi e yi proporcional a di

2 .• A mayor di mayor relación señal/ruido y mayor

capacidad.

x

y

yUy

xVx

⋅=

⋅=

*

104

Si se considera el ruido térmico blanco gaussiano w (AWGN) de densidad espectral N0/2, se tiene

La transmisión de x por el canal equivalente con procesado equivale a L=min (M,N) transmisiones independientes en paralelo.

iiii wxdy +=

+⋅=⋅⋅+⋅= wwwwxxxxDDDDwwww****UUUUyyyy****UUUUyyyy

53

105

AnAnáálisis de capacidadlisis de capacidad

Se estudian dos casos extremos1. Relación SNR alta: Se asigna la misma potencia a

todos los modos no nulos

– SNR = P/N0

– L= rango (H) es el número de “grados de libertad” espaciales por segundo y Hz.

∑∑==

+⋅≈

+=

L

1i

2

iL

1i

2

0

2

i2 bit/s/Hz

L

dlogSNRlogL

LN

pd1logC

106

2. Relación SNR baja

En este caso debe asignarse la potencia al modo propio más intenso solamente.

La capacidad asintótica es

Hzsbited�

PC i //log)(max 2

2

0

⋅≈

54

107

EE--UTRA: REUTILIZACIUTRA: REUTILIZACIÓÓN DE LAS FRECUENCIASN DE LAS FRECUENCIAS

108

EE--UTRA: REUTILIZACIUTRA: REUTILIZACIÓÓN FLEXIBLE N FLEXIBLE

55

109

VISIVISIÓÓN GENERAL DE LA CAPA FN GENERAL DE LA CAPA FÍÍSICA DE LTESICA DE LTE

• La especificación 3 GPP de la capa física de LTE consta de un documento de “overview” (TS 36.201) y cuatro documentos específicos:– 36.211: Canales Físicos y Modulación.– 36.212: Multiplexación y codificación de canal.– 36.213: Procedimientos de capa física.– 36.214: Mediciones de capa física.

110

• La especificación TS 36.211, comprende:– Definición de canales físicos UL y DL.– Estructura de los canales físicos: formatos, recursos.– Correspondencia de modulación (QPSK, MQAM).– Canal físico compartido, UL y DL.– Señal de referencia, UL y DL.

56

111

– Canal de acceso aleatorio– Señales de sincronización primaria y secundaria– Generación señal OFDM para el DL.– Generación señal SC-FDMA para UL.– Aleatorización, modulación y conversión de

frecuencia.– Temporización UL-DL.

112

• La especificación TS 36.212 se refiere a:– Esquemas de codificación de canal.– Codificación de la información de control de capas

1 y 2.– Entrelazado.– Ajuste de tasa (Rate matching).

57

113

• La especificación 36.213 establece procedimientos para:– Sincronización, incluidas la búsqueda de célula y la

temporización.– Control de potencia.– Acceso aleatorio.– Funcionamiento canal físico compartido DL:

notificación CQI y realimentación MIMO.– Funcionamiento canal físico compartido UL:

sondeo UE, detección HARQ, ACK/NACK.– Asignación canales de control compartidos.

114

• La especificación TS 36.214 establece las características de las mediciones de capa física.– Mediciones a efectuar por UE y E-UTRAN.– Notificaciones de mediciones a capas superiores.– Mediciones para traspaso.– Mediciones en modo desocupado.

58

115

ARQUITECTURA GENERAL DE PROTOCOLOS ARQUITECTURA GENERAL DE PROTOCOLOS DE LA INTERFAZ RADIODE LA INTERFAZ RADIO

Radio Resource Control (RRC)

Medium Access Control(MAC)

Transport channels

Physical layer

Co

ntr

ol

/ M

easu

rem

ents

Layer 3

Logical channels

Layer 2

Layer 1

116

• Las elipses representan los puntos de acceso al servicio (SAP).

• La capa física ofrece el servicio de transporte a la subcapa MAC mediante canales de transporte.

• El canal de transporte se caracteriza por el modo en que se transmite la información por la interfaz radio.

• La MAC ofrece diferentes canales lógicos a la subcapaRLC.

• Un canal lógico se caracteriza por el tipo de información transmitida.

59

117

• Funciones de la capa física para proporcionar el servicio de transporte:– Detección de errores en el canal de transporte e

indicación a las capas superiores.– Codificación/decodificación FEC en el canal de

transporte.– Combinación “soft” de HARQ.– Ajuste de la tasa de canal de transporte codificado al

canal físico.– Correspondencia del canal de transporte al canal físico.

118

– Ponderación de la potencia de los canales físicos.– Modulación y demodulación de los canales

físicos.– Sincronización de tiempo y de frecuencia .– Mediciones radio e indicación a capas superiores.– Procesado de antenas en MIMO.– Diversidad de TX.– Formación de haces.

60

119

DESCRIPCIDESCRIPCIÓÓN GENERAL DE LA CAPA FN GENERAL DE LA CAPA FÍÍSICASICA

• Acceso múltiple– DL: OFDM con CP.– UL: SC-FDMA con CP – Dos modos dúplex: FDD (frecuencias emparejadas) y

TDD (frecuencias no emparejadas).– Módulo de acceso: RB: Resource Block bidimensional:

Tiempo y frecuencia.• Frecuencia: 12 subportadoras con ∆f = 15 kHz;

24 subportadoras con ∆f = 7,5 kHz.• Tiempo: 0,5 ms.

120

– Trama radio tipo 1 (FDD):• 20 intervalos (slots) de 0,5 ms.• Duración: 10 ms.• Subtramas de 2 TS con duración de 1 ms.

– Trama radio tipo 2 (TDD):• 2 subtramas de 5 ms.• Cada subtrama, 8 TS de 0,5 ms y tres campos

(DwPTS, GP, UpPTS).

61

121

– Se admite la transmisión MIMO, en DL con 2 ó 4 antenas de transmisión y 2 ó 4 de recepción.

– Transmisión multicapa de hasta 4 flujos.– Posibilidad de MIMO multiusuario asignando flujos

distintos a usuarios diferentes.

122

• Medios Físicos – Canales Físicos sobre los que se proyectan los

canales de transporte.– Indicadores que no proceden de canales de transporte

sino de la propia capa física.– Señales físicas: señales de referencia y sincronización. – Tipos de modulación en UL y DL: QPSK, 16QAM,

64QAM.

62

123

ESTRUCTURA DE TRAMAS DE LA CAPA FESTRUCTURA DE TRAMAS DE LA CAPA FÍÍSICASICA

• Referencia temporal común: unidad de tiempo.

• Periodo de trama

• Tipos de trama– Tipo 1 para FDD y TDD– Tipo 2 para TDD únicamente

s 0325,0768

25

048.2 · 000.15

1µ=⇒= segundos sT

ms 10 200.307 ⇒= sf TT

124

Capa FCapa Fíísica: estructura de trama sica: estructura de trama

63

125

ESTRUCTURA DE TRAMAS DE LA CAPA FESTRUCTURA DE TRAMAS DE LA CAPA FÍÍSICASICA

• Referencia temporal común: unidad de tiempo.

• Periodo de trama

• Tipos de trama– Tipo 1 para FDD y TDD– Tipo 2 para TDD únicamente

s 0325,0768

25

048.2 · 000.15

1µ=⇒= segundos sT

ms 10 200.307 ⇒= sf TT

126

ENLACE ASCENDENTEENLACE ASCENDENTE• Los canales físicos UL se construyen utilizando la retícula

de recursos que consiste un conjunto de Bloques de recursos.

• Cada Bloque de recursos (RB: Resource Block) consta de

elementos de recursos (RE: Resource element). Tanto los símbolos como las subportadoras son consecutivos (SC-FDMA localizado).Un RE es una subportadora (con su anchura ∆f y un símbolo con su duración Tu). El RE (k,l) se describe por un valor complejo ak,l.

RBSC

ULsymb �x�

64

127

• En cada intervalo (TS), la señal transmitida consta de bloques de recursos, esto es:

La variable debe cumplir

RBSC�

f) (Dominio rasSubportado RBSC

ULRB �x�

t) (Dominio símbolosy ULsymb�

ULRB�

1106 ≤≤ ULRB�

128

Capa FCapa Fíísica: recursossica: recursos

65

129

• El valor de NRB depende de la anchura de banda• Para transmisiones FDD:

10020

7515

5010

255

153

61,4

NRBBW (MHz)

130

PARPARÁÁMETROS DEL RBMETROS DEL RBEl número de suportadoras es 12El número de símbolos depende del prefijo cíclico (CP)

Dimensiones del RB:– En frecuencia: ·∆f = 12 x 15 = 180 kHz– En tiempo:1 TS = 0,5 msLos RB se numeran así:

Número del RB (k,l)

8612Ampliado

9712Normal

Trama tipo 2Trama tipo 1

Tipo de CP

=

RBSC

PRB�

kn

RBSC�

ULsimb�

RBSC�

66

131

EJEMPLOEJEMPLO

• Trama tipo 1, CP normal= 50 ; = 12 ; = 7

La retícula tendrá: 50 x 12 = 600 subportadoras con 7 símbolos en 0,5 ms.Cada RB tiene 7 x 12 = 84 elementos.En total habrá 50 x 84 = 4.200 elementos.(También 600 x 7 = 4.200)

ULRB� RB

SC� ULsimb�

132

Canal FCanal Fíísico Compartido Ascendente, PUSCHsico Compartido Ascendente, PUSCH

• Utilizado para el envío de los datos del UE a la red.• El procesado de los datos comprende las siguientes fases:

– Aleatorización.– Modulación B. Base, para generar símbolos complejos.– Correspondencia entre símbolos de modulación y

elementos de recursos.– Generación de símbolos complejos SC-FDMA en el

dominio del tiempo para cada puerto de antena.

67

133

Canal FCanal Fíísico de Control Ascendente PUCCHsico de Control Ascendente PUCCH

• El PUCCH lleva información de control.• Nunca se transmite simultáneamente con el PUSCH.• Admite varios formatos.

2020QPSK2

22QPSK1

11BPSK0

CP extendidoCP normal

Bits por subtrama MbitModulaciónFormato

134

• Procesado de los datos– Aleatorización– Modulación B. Base– Correspondencia con recursos físicos

68

135

ENLACE DESCENDENTEENLACE DESCENDENTE

• Los canales físicos del DL se constituyen, como los del UL, utilizando la retícula de recursos.

• Un canal físico DL, es un conjunto de elementos de recursos que llevan información procedente de capas altas.

136

• Se han definido los siguientes canales físicos e indicadores DL:

– Canal físico DL compartidoPDSCH: Physical Dowlink Shared CHannel

– Canal físico de difusiónPBCH: Physical Broadcast CHannel

– Canal físico de multiconexiónPMCH: Physical Multicast CHannel

69

137

– Canal físico de control descendentePDCCH: Physical Dowlink Control CHannel

– Canal físico indicador formato de controlPCFICH: Physical Control Format IndicatorCHannel

– Canal físico indicador de ARQ híbridoPHICH: Physical Hybrid ARQ Indicator CHannel

138

PDCCH: Canal fPDCCH: Canal fíísico de control DLsico de control DL

• Transporta asignaciones planificadas de recursos e información de control general.

• Se constituye como agregado de elementos de canal de control CCE (Control Channel Elements).

• Puede haber 1, 2, 4 u 8 CCEs según el formato de PDCCH.

• Cada CCE corresponde a un conjunto de elementos de recursos.

• En una subtrama pueden transmitirse múltiples PDCCHs.

70

139

PHICH: Canal fPHICH: Canal fíísico indicador de ARQ hsico indicador de ARQ hííbridobrido

• Transporta las señales ACK/NACK del ARQ híbrido.• Se organiza en grupos PHICH.• Un grupo PHICH comprende múltiples PHICHs

asociados a un mismo conjunto de elementos de recursos.

140

SeSeññales Fales Fíísicas DLsicas DL

• Utilizan elementos de recursos, pero no llevan información procedente de capas altas.

• Hay dos:– Señal de referencia.– Señal de sincronización.

71

141

• Para los canales físicos del DL se utiliza, como en el UL, una retícula de recursos con:– subportadoras– símbolos

• depende de la anchura de banda configurada para el DL. Debe cumplir

1106 ≤≤ DLRB�

RBSC

DLRB �� ·DLsimb�

DLRB�

142

• y dependen del tipo de prefijo cíclico

∆f = 7,5 kHz

∆f = 15 kHz

∆f = 15 kHz

324

6Ampliado

712

Normal

Prefijo cíclico

RBSC� DL

simb�

RBSC�

DLsimb�

72

143

Capa FCapa Fíísica: sincronizacisica: sincronizacióónn

144

Capa FCapa Fíísica: SSSsica: SSS

� La Secondary Synchronization Signal (SSS)SSS) se transmite en las mismas subportadoras que la PSS.

� Ocupa las 62 subportadoras centrales del canal que utilice LTE, lo cual facilita su búsqueda, aunque se reservan al efecto 72 subportadoras (6 RB).

� Sirve para identificar el grupo de identidades de célula, de los 168 posibles.

� Existen 504 identidades de célula (168 grupos x 3

identidades/grupo) determinándose el grupo por la SSS, y, dentro de él, la célula por la PSS.

73

145

Capa FCapa Fíísica: Mecanismo de sincronizacisica: Mecanismo de sincronizacióónn

146

Capa FCapa Fíísica: sesica: seññales de referencia, SISOales de referencia, SISO

� Adquirida la sincronización me-diante las señales PSS y SSS, la UE puede evaluar la respuesta del canal, amplitud y fase, mediante las Reference Signals (RSRS).

� Las RS se transmiten cada seis subportadoras (dominio espectral), en los símbolos-OFDM 1º y 5º de cada slot (si prefijo cíclico normal) o en los símbolos 1º y 4º (si prefijo cíclico extendido).

74

147

Capa FCapa Fíísica: sesica: seññales de referencia, MIMOales de referencia, MIMO

148

Capa FCapa Fíísica: sica: canales físicos DL

Ejemplo de proyección en DL ( prefijo cíclico normal)

75

149

Capa FCapa Fíísica: canales fsica: canales fíísicos DL, proyeccisicos DL, proyeccióónn

Ejemplo de proyección en DL

150

9_ En la proyección en DL, paraFDD, como se ve en la figuraen la zona marcada en rojo, seubican las señales:

a) References Signals (RS).b) Synchronizatios Signals

(PSS y SSS).c) DeModulation Reference

Signals (DMRS).

76

151

Procesado de seProcesado de seññal en el DLal en el DL

• Aleatorización de los bits codificados.

• Modulación de los símbolos complejos en una o más capas de transmisión.

• Precodificación de los símbolos complejos para su envío a los puertos de antenas.

• Conversión, para cada antena, de los símbolos complejos en elementos de recursos.

• Generación de la señal OFDM en cada puerto de antena.

152

BANDAS DE FRECUENCIAS: FDDBANDAS DE FRECUENCIAS: FDD

77

153

PARPARÁÁMETROS BMETROS BÁÁSICOS RADIOELSICOS RADIOELÉÉCTRICOSCTRICOS• Estación base

– Potencia: No se ha establecido todavía.– Fracción de potencia en el canal adyacente. ACLR

(Adjacent Channel Leakage Power Ratio). Depende del tipo de estación base y de los filtros. Valor típico provisional: 45 dB.

– Emisiones no deseadas. La especificación depende de la anchura de banda y categoría de la BS. Valor típico: -15 dBm.

154

• Sensibilidad de recepción de referencia.Para un canal de medición estándar y un caudal 95% del valor máximo, depende de la anchura de banda de recepción. Ejemplo.

≥

-101,65, 10, 15, 20

-103,63

-107,31,4

S (dBm)BW (MHz)

78

155

LTE: TASAS MLTE: TASAS MÁÁXIMAS POR CATEGORXIMAS POR CATEGORÍÍAS AS

4X2

2X2

2X2

2X2

1X2

MIMO

Tx/Rx

Si75,376302,7525

No51,024150,7524

No51,024102,0483

No25,45651,0242

No5,1610,2961

64QAM

UL

Tasa Máxima

UL (Mb/s)

Tasa Máxima

DL (Mb/s)

Categoría

UE

156

• Ejemplo de usuario (UE)– Potencia de transmisión.

– Magnitud del vector error (EVM): Valor RMS en 10 subtramas conecutivas

4

[+25]3

[+27]2

1

P (dBm)Clase

[ ]64QAM

12,516QAM

17,5QPSK

Valor (%)Modulación

79

157

MODELOS DE CANAL DE PROPAGACIMODELOS DE CANAL DE PROPAGACIÓÓNN• Con fines de evaluación y simulación, se han establecido

tres modelos de canal basados en la estructura “Tapped Delay Line”.

La variabilidad temporal de canal se describe con el espectro Doppler Clásico, con una frecuencia Dopplermáxima que puede llegar a 840 Hz para v = 350 km/h y fc = 2.690 MHz,

5.0009919Urbano típico ampliado Extended Typical Urban (ETU)

2.5103579Vehicular ampliado A Extended Vehicular A (EVA)

410457Peatonal ampliado AExtended Pedestrian A (EPA)

retardo máximo (ns)

Dispersión del retardo (ns)

Número de tomas

Modelo