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Tecnología LTE: la estrella del Mobile World Congress 2009
QUÉ ES... Tecnología LTE: la estrella del Mobile World Carlos Reines González Ingeniero de Telecomunicación Julio Navío Marco Ingeniero de Telecomunicación Aumento del tráfico inalámbrico Las tendencias que están marcando el rumbo de las comunicaciones móviles en la actualidad son dos: el espectacular incremento del uso de Internet y la proliferación de las redes de datos inalámbricos. Las predicciones indican que en el año 2015 habrá 5.000 millones de personas conectadas a Internet, demandando un acceso ubicuo y de gran capacidad. En línea con estas tendencias, estamos presenciando el nacimiento de una nueva gama de servicios móviles tales como videostreaming, oficina móvil, navegación web, juegos en red, juegos remotos interactivos, videoconferencia, redes sociales y mundos virtuales, etc. Estos servicios, que hasta la fecha sólo se soportaban en las redes fijas, traen consigo un incremento exponencial del tráfico de datos y demandan unos requisitos de capacidad superiores a los que nos proporcionan las redes móviles actuales. A la vista de tal panorama, los operadores de red tienen la necesidad de implementar nuevas tecnologías para poder hacer frente a semejante aumento del tráfico. Al mismo tiempo, es evidente que el usuario final no desea asumir un incremento del gasto acorde con el incremento del uso de datos. Es más, el éxito de los accesos DSL ha instaurado el concepto de tarifa plana en el mundo de las comunicaciones y ya no es probable que el usuario final conciba un servicio de Internet con otro modelo de tarificación. De esta forma, los operadores deben encontrar la fórmula que les permita asumir el incremento del tráfico manteniendo tarifas planas para el usuario. Por tanto, sus posibilidades de éxito pasan por lograr alcanzar una reducción significativa del precio por MB. Impulsado por las tendencias anteriores, entra en escena la incipiente tecnología LTE/SAE (Long Term Evolution/Service Architecture Evolution). Esta solución de red inalámbrica se estandariza en la Rel-8 del 3GPP como candidata a lo que algunos ya denominan como la 4G, y parte con el objetivo de incrementar la tasa de pico hasta en un factor de 10, reducir la latencia hasta la tercera parte respecto a la tecnología HSPA predecesora y reducir el coste por MB hasta en 10 veces respecto a UMTS. Tecnología LTE: la estrella del Mobile World Congress 2009 Protagonista estrella del Mobile World Congress 2009, la tecnología LTE/SAE se posiciona como la candidata óptima para soportar la red móvil de banda ancha de nueva generación, respondiendo a la necesidad de los operadores de reducir el coste por MB para hacer frente al notable incremento del tráfico de datos. Con una nueva interfaz radio de gran potencial y una arquitectura de red plana, esta tecnología consigue alcanzar tasas de pico muy superiores a sus predecesoras. Al ser una solución estandarizada por el 3GPP, garantiza una gran integrabilidad con las tecnologías GSM y UMTS, facilitando la introducción de LTE/SAE de forma suave y progresiva, y asegurando la protección de la inversión de los operadores. QUÉ ES... Tecnología LTE: la estrella del Mobile World Congress 2009 Una potente interfaz radio Para conseguir dichos objetivos, la tecnología LTE cuenta con una interfaz radio de gran potencial, que se desmarca de las tecnologías anteriores al escoger esquemas de modulación adaptados a las necesidades de los enlaces descendente y ascendente. Para el enlace descendente se utiliza una modulación multiportadora ortogonal OFDMA, que mediante la inserción de un prefijo cíclico proporciona un excelente rendimiento frente al devastador efecto del desvanecimiento multitrayecto y nos permite utilizar anchos de banda superiores a 5 MHz sin que se disparen los costes de ecualización y se degrade el rendimiento, como ocurría en las soluciones anteriores. En el enlace ascendente se implementa una nueva técnica de modulación de portadora única llamada SC-FDMA aprovechando el bajo PAR (Peak to Average Ratio) que nos ofrece para salvar la limitación de potencia del terminal de usuario y mantener un buen comportamiento frente al multitrayecto. A pesar de su buen comportamiento en términos de potencia y resistencia al multitrayecto, su uso queda limitado al enlace ascendente exclusivamente, debido al elevado grado de procesado en el tiempo que requiere. Éste, como sabemos, es un factor que lastra el dinamismo con el que debe funcionar la estación base en el enlace descendente. La tecnología LTE soporta modulaciones de orden superior (hasta 64QAM) y diferentes anchos de banda de transmisión (1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15MHz, 20 MHz) mediante una asignación variable de sus recursos de tiempo y frecuencia. El intervalo de transmisión es tan corto como 1ms y la separación entre subportadoras es de 15 KHz, alcanzándose una elevada granularidad que nos permite ajustar minuciosamente la asignación de recursos a las necesidades de cada transmisión. Uno de los componentes de mayor importancia de la tecnología LTE es el planificador o scheduler, que se encarga de la gestión y asignación de dichos recursos. La principal ventaja respecto a las tecnologías predecesoras (HSPA) es que por primera vez se realiza planificación en frecuencia, es decir, se analiza el comportamiento del canal y se asignan a los usuarios aquellos bloques de recursos con mejores condiciones y sin desvanecimientos. Otra ventaja del planificador es que nos permite hacer una adaptación rápida del enlace según las variaciones del canal, ajustando los esquemas de modulación y codificación para maximizar el rendimiento. La interferencia intracelular se evita en LTE al elegir subportadoras ortogonales. Sí existe, sin embargo, interferencia intercelular pero, dado que el planificador controla la asignación de recursos a cada usuario, se puede mitigar implementando técnicas de aleto- Figura 1. Claves de éxito de la tecnología LTE. Figura 2. Características radio de la tecnología LTE. QUÉ ES... Tecnología LTE: la estrella del Mobile World Congress 2009 rización, cancelación o coordinación de la interferencia entre células adyacentes. La interfaz radio descrita se ve reforzada por el empleo de técnicas híbridas de retransmisión con combinación (H-ARQ), que proporcionan robustez frente a los errores de transmisión. Dado que las retransmisiones de H-ARQ son rápidas, muchos servicios permiten una o varias retransmisiones; creando así un mecanismo de control de tasa. Además, la implementación de técnicas multiantena permite aumentar la diversidad en recepción o crear haces de radiación directivos. De esta forma, en escenarios con buenas condiciones de señal, se pueden utilizar técnicas de multiplexación espacial (MIMO) que, haciendo uso de múltiples antenas tanto en el transmisor como en el receptor, permiten incrementar las tasas de transmisión sin que sea necesario aumentar el ancho de banda empleado. Arquitecturas cada vez más planas En lo que se refiere a la arquitectura de red, la Rel-8 estandariza una solución caracterizada por el aplanamiento y la eliminación de nodos intermedios como el RNC o el SGSN. El plano de usuario se conecta mediante túnel directo entre la estación base, que recibe el nombre de eNodoB (Nodo B evolucionado) e implementa las funciones radio descritas, y la pasarela SAE GW, que da salida hacia las redes públicas de datos. A través de la interfaz S5, la pasarela SAE GW puede dividirse en dos nodos separados, llamados S-GW (Serving - Gateway) y PDNGW (Public Data Network - Gateway). En este caso, S-GW es el nodo que termina la interfaz del plano de usuario hacia la red de acceso radio. Para cada terminal de usuario asociado con el EPC, hay un único S-GW asignado en cada momento que actúa como punto de anclaje local para la movilidad entre redes 3GPP. Por su parte, PDN-GW es el nodo que terminal la interfaz hacia las redes públicas de datos. Si un usuario está accediendo a múltiples redes PDN, puede haber más de un PDN-GW asignado a él, actuando como punto de anclaje para movilidad hacia redes no-3GPP y aplicando las políticas de utilización de red para el tráfico de usuario. En el núcleo de red también se implementa una entidad de señalización exclusivamente, el nodo MME (Mobility Management Entity), que permite gestionar la movilidad e interconexión con otros accesos de red. El MME también realiza labores de autenticación y autorización, rastreo de usuarios en modo idle y señalización no ligada al acceso. El hecho de implementar un elemento de red separado para la señalización facilita a los operadores la posibilidad de dimensionar la señalización y el tráfico de manera independiente. Una de las ventajas fundamentales de esta arquitectura de red es el hecho de estar definida como evolución de las redes 2G y 3G, ya que permite una total interconexión e interoperabilidad con ellas sin ser necesario implementar unidades de adaptación adicionales. Acorde con las tendencias mencionadas anteriormente, la solución LTE/SAE es una red puramente IP y soporta un único dominio de conmutación de paquetes. Esta arquitectura IP facilita la introducción de servicios IP multimedia a través del sistema IMS (IP Multimedia Subsystem), estandarizado por el 3GPP como plataforma de control de servicios y sesión basada en SIP que proporciona aplicaciones multimedia sobre diferentes accesos de red. Por tanto, la arquitectura de red LTE/SAE es completamente coherente con el fenómeno de convergencia de red que estamos presenciando en las comunicaciones actuales. Este fenómeno se caracteriza por la interconexión de distintos tipos de accesos de red (accesos TDM, banda ancha fija, accesos móviles 2G/3G, LTE, WiMAX,…) mediante un núcleo de red común basado en la plataforma IMS que nos permita soportar cualquier aplicación de forma independiente del tipo de terminal y de acceso de red utilizado. Figura 3. Arquitectura simplificada de red LTE/SAE. La opción más conveniente Una de las alternativas a la tecnología LTE para el despliegue de redes móviles de banda ancha sería la tecnología WiMAX. Existen zonas en las que por las condiciones geográficas, sociales o por la ausencia de redes 3GPP el despliegue de accesos WiMAX puede complementar a la tecnología LTE. La realidad es que ambas soluciones comparten muchos de sus aspectos técnicos y acabarán coexistiendo en el mercado, por lo que es necesario asegurar la compatibilidad e interoperabilidad entre ambas. No obstante, a la hora de elegir entre ambas tecnologías para su despliegue de red, es probable que los operadores apuesten por la tecnología LTE debido a la protección de la inversión que ofrece. Como hemos dicho, la tecnología LTE se integra completamente con las redes 2G y 3G, que son las redes más extendidas en el mundo. La arquitectura de red LTE/SAE permite una introducción progresiva de la tecnología a partir de soluciones predecesoras, siendo posible reutilizar ciertos nodos y ubicaciones (i.e. la estación base) mediante simples actualizaciones remotas de software. Adicionalmente, la ya comentada posibilidad de utilizar diferentes anchos de banda facilita una reasignación progresiva del espectro GSM y UMTS a LTE. A pesar de la amplia gama de nuevos servicios que hemos mencionado, el servicio de voz seguirá siendo el de más importancia y uno de los principales determinantes del éxito de esta tecnología. Al ser LTE/SAE una solución puramente IP, la voz se ofrecerá por primera vez como VoIP exclusivamente, por lo que se requerirán mecanismos avanzados para garantizar la calidad de servicio. En línea con el concepto de despliegue de red de forma progresiva, el paso de servicios de voz sobre conmutación de circuitos a conmutación de paquetes también será progresivo. En la fase inicial, el uso de la tecnología LTE quedará reducido exclusivamente a servicios de datos (dongles para PC) como ocurrió con la tecnología HSPA. Una segunda etapa introducirá terminales con conexión a redes 2G/3G para servicios de voz y conexión a LTE para servicios de datos, por lo que la voz seguirá ofreciéndose sobre circuitos. En una tercera etapa, llamada SR-VCC (Single Radio Voice Call Continuity), se introducirá por primera vez el servicio de VoIP sobre redes LTE, dando el salto a la voz sobre conmutación de paquetes. Sin embargo, dado que en esta etapa no se espera que haya cobertura LTE total, será necesario permitir el traspaso de llamada a las redes 2G/3G para asegurar la continuidad del servicio en aquellas zonas donde no haya cobertura LTE. En la etapa final, una vez realizado el despliegue total de red, el servicio de voz será puramente IP y soportado por las redes LTE exclusivamente. En definitiva, aunque la concepción en general es que aún queda terreno por explotar en la tecnología HSPA+, hay certeza de que la tecnología LTE/SAE posee un elevado potencial y se plantea como la candidata óptima para red móvil de nueva generación. Como es lógico, su implantación se plantea de forma suave y progresiva, naciendo inicialmente como “Islas de LTE en un océano de HSPA” y haciendo uso de la experiencia ganada con el despliegue de las redes UMTS. La prueba fehaciente es que, como ha quedado patente en el Mobile World Congress 2009 celebrado recientemente en Barcelona, operadores y fabricantes en todo el mundo están volcados en la investigación y el desarrollo de la tecnología LTE/SAE. En 2008 se realizaron las primeras simulaciones, que confirmaron que satisfacían los objetivos de rendimiento y coste con los que se había definido esta tecnología. Además, como se ha mostrado en Barcelona, ya se han completado las primeras demostraciones de red haciendo uso de estaciones base 3G compatibles con LTE y se han realizado medidas de campo, alcanzando velocidades de hasta 250 Mbps (MIMO 4x4, 20 MHz). El año 2009 se plantea, en suma, como clave en el porvenir de la tecnología LTE/SAE. De los resultados de los trials y pruebas de campo dependerá el lanzamiento de las primeras implementaciones comerciales, aventurado por los fabricantes para 2010, pero eso está a la vuelta de la esquina. Figura 4. Islas de LTE en un océano de HSPA/HSPA+. QUÉ ES... Tecnología LTE: la estrella del Mobile World Congress 2009
30 oct 2015