3GPP LTE: Hacia la 4G móvil

Jorge Cabrejas Peñuelas

Universitat Politècnica de Valencia

Daniel Calabuig Soler

Universitat Politècnica de València

Narcís Cardona

Universitat Politècnica de València

Ana Fernández Aguilella

Universitat Politècnica de València

Mario García Lozano

Universitat Politècnica de Catalunya

David González G.

Universitat Politècnica de Catalunya

David Martín-Sacristán Gandía

Universitat Politècnica de València

Jose F. Monserrat

Universitat Politècnica de València

Joan J. Olmos Bonafé

Universitat Politècnica de Catalunya

Silvia Ruiz

Universitat Politècnica de Catalunya

3GPP LTE: Hacia la 4G móvil

Primera edición, abril 2011

Diseño de cubierta: NDENU DISSENY GRÀFIC

«Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra sólo puede ser realizada con la autorización de sus titulares, salvo excepción prevista por la ley. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos, www.cedro.org) si necesita fotocopiar o escanear algún fragmento de esta obra».

ISBN: 978-84-267-1875-4

Agradecimientos

La publicación de este libro se enmarca dentro del proyecto “Advanced 3GPP Long Term Evolution Radio Network Optimization” (ALTERNO, TEC2008-06817-C02) financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN) de España.

Los autores

Barcelona y Valencia, febrero de 2011

Narcís Cardona es Catedrático de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) y Subdirector del Instituto de Investigación iTEAM, donde lidera el Grupo de Investigación y dirige el Master Universitario en Comunicaciones Móviles. A escala internacional, Narcís Cardona es el Delegado Español y Vicepresidente de las acciones de investigación Europeas COST273, COST2100 y IC1004 y ha formado parte de la Red de Excelencia en Comunicaciones Móviles y del foro Europeo para la 4^a Generación de Telefonía Móvil. Ha publicado varios libros sobre redes móviles y más de 140 artículos internacionales en esta materia, siendo miembro de diversos Comités editoriales de congresos y revistas, presidente del Congreso ISWCS’06 y de dos Workshop Internacionales en Comunicaciones Móviles.

Juan José Olmos es Profesor Titular de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) desde 1991. Ha impartido clases en la ETSETB de Barcelona, en el máster MERIT del departamento TSC de la UPC y en el máster de comunicaciones móviles organizado por la Fundación UPC y Vodafone. Ha participado activamente en proyectos de investigación de la Unión Europea en el marco de los programas COST (COST231, COST259, COST273 y COST2100), RACE (proyecto CoDiT), ACTS (proyecto RAINBOW) e IST (proyectos WINEGLASS, ARROWS y AROMA), todos ellos centrados en la evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. Ha publicado numerosos artículos sobre esta materia y actualmente desarrolla su actividad investigadora, sobre comunicaciones móviles 4G, en el grupo WiComTec de la Escola d’Enginyeria de Telecomunicació i Aeroespacial de Castelldefels (EETAC).

Jose F. Monserrat es profesor Contratado Doctor en la Universidad Politécnica de Valencia (UPV). Obtiene el grado de Ingeniero de Telecomunicación con honores (primero de promoción) por la UPV en el 2003 y el grado de Doctor en Telecomunicación en 2007. Recibe el primer premio al mérito académico de la Comunidad Valenciana por su excelente rendimiento universitario en 2003 y el premio extraordinario de Tesis Doctoral de la UPV en 2008. Fue reconocido como joven investigador del año en 2009. En la actualidad investiga sobre la optimización de algoritmos de gestión de recursos en tecnologías IEEE y 3GPP de tercera y cuarta generación. Cabe destacar su implicación como líder de paquete de trabajo en gestión de recursos radio para IMT-Advanced dentro del proyecto europeo WINNER+. En ese contexto actuó como experto invitado de la ITU-R (Naciones Unidas) en la selección de las tecnologías móviles 4G.

Mario García Lozano es profesor Colaborador en la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), donde también desarrolla su actividad investigadora. Durante el periodo 1999-2002 trabaja en la empresa Retevision en la planificación y diseño de su red de acceso. Obtiene el título de Doctor en Telecomunicación con mención europea por la UPC en enero de 2009 y tras haber realizado una estancia de investigación de varios meses en el Instituto Superior Técnico de Lisboa. Ha participado en numerosos proyectos de investigación financiados por la Unión Europea y los gobiernos Español y Catalán así como en convenios con diferentes empresas, liderando algunos de ellos. Sus actividades de investigación se centran en los sistemas de comunicaciones radio, especialmente su planificación, optimización y gestión de recursos.

Índice general

Índice de figuras

Índice de tablas

Acrónimos

1. Introducción

Narcís Cardona, Mario García Lozano, Jose F. Monserrat

1.1. Tendencias de mercado y tecnología

1.2. Roadmap del 3GPP

1.3. Requisitos del sistema LTE

1.4. Espectro radioeléctrico

1.5. Arquitectura global del sistema

1.6. Comparativa UMTS vs. LTE

Referencias

2. Tecnologías habilitantes de LTE

Narcis Cardona, Joan J. Olmos

2.1. Introducción

2.2. Ecualización en el dominio de la frecuencia

2.2.1. Convolutión circular discreta

2.3. OFDM/OFDMA

2.3.1. OFDM

2.3.2. OFDMA

2.4. SC-FDMA

2.5. Técnicas MIMO

2.5.1. Modelo de canal y capacidad máxima MIMO

2.5.2. Multiplexación MIMO en lazo abierto: receptores ZF y MMSE

2.5.3. Diversidad en transmisión basada en MIMO: códigos espacio-tiempo o STBC

2.5.4. Esquemas MIMO/OFDM

2.5.5. Técnicas MIMO multiusuario

2.6. HARQ y codificación

2.6.1. Codificación de canal en LTE

2.7. Adaptación al canal y scheduling

2.7.1. Adaptación al canal: control de potencia y control de tasa

2.7.2. Scheduling dependiente del estado del canal

2.7.3. Coordinación de interferencias inter-celda

Referencias

3. El Núcleo de Red - EPC

Jose F. Monserrat

3.1. Introducción

3.2. Entidades funcionales del EPC

3.2.1. HSS

3.2.2. EIR

3.2.3. MME

3.2.4. S-GW

3.2.5. PDN-GW

3.2.6. PCRF

3.3. Arquitectura del núcleo de red

3.3.1. Arquitectura en roaming

3.3.2. Interconexión con otras redes

3.3.3. Arquitectura de protocolos en el EPC

3.4. El subsistema IMS

3.4.1. Arquitectura IMS

3.4.2. SIP/SDP

3.4.3. RTP/RTCP

3.5. Seguridad en el EPC

3.5.1. Proceso de autenticación

3.5.2. Cifrado e integridad

3.6. Gestión de la calidad de servicio

Referencias

4. Arquitectura de la E-UTRAN

Daniel Calabuig Soler

4.1. Estructura de la E-UTRAN

4.2. Plano de usuario y plano de control

4.3. Radio Resource Control

4.3.1. Transmisión de información del sistema

4.3.2. Paginación

4.3.3. Establecimiento, mantenimiento y liberación de una conexión RRC

4.3.4. Seguridad

4.3.5. Establecimiento, configuración, mantenimiento y liberación de radio bearers punto a punto

4.3.6. Envío y control de informes de medidas

4.3.7. Handover

4.3.8. Selección y reselección de celda y control de este proceso

4.3.9. Transferencia de contextos entre eNodeB

4.3.10. Transferencia directa de mensajes NAS

4.3.11. Transferencia de capacidades del UE

4.3.12. Tratamiento de errores

4.3.13. Apoyo a la autoconfiguración y autooptimización

4.4. Packet Data Convergence Protocol

4.4.1. Compresión de cabeceras

4.4.2. Seguridad

4.4.3. Handover

4.4.4. Descarte de datos

4.5. Radio Link Control

4.5.1. Transparent Mode

4.5.2. Un-acknowledged Mode

4.5.3. Acknowledged Mode

4.6. Medium Access Control

4.6.1. Canales lógicos

4.6.2. Canales de transporte

4.6.3. Funciones de la capa MAC

4.6.4. Multiplexación y priorización de canales lógicos

4.6.5. Corrección de errores mediante HARQ

4.6.6. Scheduling y priorizado de UE

4.6.7. Formato de paquete

4.7. Otras interfaces E-UTRAN

4.7.1. S1

4.7.2. X2

Referencias

5. Capa física LTE-FDD

Joan J. Olmos

5.1. Introducción

5.2. Canales físicos

5.2.1. Mapeo de canales de transporte en canales físicos

5.3. Parámetros de capa física LTE y estructura de trama

5.4. Descripción del enlace descendente

5.4.1. Recursos físicos del enlace descendente

5.4.2. Procesado de capa física en DL

5.4.3. Canales físicos en DL

5.4.4. Señales de referencia

5.4.5. Señales de sincronismo y procedimiento de búsqueda de celda

5.4.6. Técnicas MIMO en DL

5.5. Descripción del enlace ascendente

5.5.1. Recursos físicos del enlace ascendente

5.5.2. Canales físicos en UL

5.5.3. Señales de referencia

5.5.4. Técnicas MIMO en UL

5.6. Procedimientos de capa física

5.6.1. Procedimientos del enlace descendente

5.6.2. Procedimientos del enlace ascendente

Referencias

6. Movilidad y otros procedimientos del EPS

Mario García Lozano

6.1. Introducción

6.2. Estados del terminal

6.2.1. Estados RRC

6.2.2. Estados EMM

6.2.3. Estados ECM

6.2.4. Relaciones entre estados

6.3. Movilidad en modo idle

6.3.1. Selección de PLMN

6.3.2. Selección de celda

6.3.3. Reselección de celda

6.3.4. Registro/desregistro en la red

6.3.5. Actualización de áreas de tracking

6.3.6. Procedimiento de aviso o paging

6.3.7. Reducción de la señalización en modo idle (ISR)

6.4. Movilidad en modo active

6.4.1. Medidas realizadas por el UE

6.4.2. Handover X2

6.4.3. Handover S1

6.4.4. Handover no exitoso

6.4.5. Handover interRAT

6.5. Movilidad en celdas con CSG

Referencias

7. Gestión de recursos radio

Silvia Ruiz, David González G

7.1. Introducción

7.2. Recursos temporales y frecuenciales disponibles

7.3. Control de admisión y parámetros de calidad de servicio

7.4. Parámetros de señalización en UL y DL

7.4.1. Indicadores de calidad del canal (CQI)

7.4.2. Señales de referencia (SRS)

7.4.3. Estado de las colas (BSR)

7.5. Estrategias de asignación de recursos en DL

7.5.1. Scheduling en el dominio de la frecuencia FDPS

7.5.2. Scheduling en el dominio temporal TDPS

7.5.3. Scheduling en el dominio del tiempo y frecuencia TD-FDPS

7.6. Estrategias de asignación de recursos en UL

7.6.1. Scheduling en el dominio del tiempo y de la frecuencia TD-FDPS

7.7. Técnicas de coordinación de interferencias

7.7.1. Interferencia intercelular e ICIC

7.7.2. Análisis y rendimiento de estrategias 138 ICIC estáticas en LTE

7.7.3. Estrategias ICIC dinámicas en LTE

7.7.4. Aspectos de implementación en LTE

7.7.5. Técnicas adicionales para control de interferencias

7.8. Resumen

Referencias

8. Análisis de prestaciones de LTE

David Martín-Sacristán Gandía

8.1. Metodología de evaluación

8.1.1. Evaluaciones previas

8.1.2. Indicadores de prestaciones

8.1.3. Métodos de evaluación

8.1.4. Escenarios de evaluación

8.1.5. Modelado de canal

8.2. Tasas de pico de capa física

8.3. Latencia

8.3.1. Latencia del plano de control

8.3.2. Latencia del plano de usuario

8.4. Tiempo de interrupción por Handover

8.5. Evaluación de nivel de enlace

8.5.1. Enlace descendente

8.5.2. Enlace ascendente

8.6. Evaluación de nivel de sistema

8.6.1. Factores de geometría

8.6.2. Eficiencia espectral

8.6.3. Capacidad VoIP

8.7. Link Budget

Referencias

9. Difusión de contenidos en LTE

Ana Fernández Aguilella

9.1. Introducción

9.2. Modos de operación de E-MBMS

9.2.1. Broadcast

9.2.2. Multicast

9.3. Servicios de usuario de MBMS

9.3.1. Servicios de descarga de ficheros

9.3.2. Servicios de streaming

9.3.3. Servicios carrusel

9.3.4. Servicios de televisión móvil

9.4. Arquitectura

9.5. Canales físicos MBMS

9.6. Multiplexación de servicios

9.7. MBSFN

9.7.1. Transmisión de datos con MBSFN

9.7.2. Sincronización de las celdas

9.7.3. Despliegue de una red E-MBMS

9.8. Transmisión de servicios con E-MBMS

9.8.1. Modelo de sistema

9.8.2. Servicios de televisión móvil

9.8.3. Servicios de descarga de ficheros

Referencias

10. El futuro de LTE: LTE-Advanced

Jorge Cabrejas Peñuelas

10.1. Introducción

10.2. Características generales de IMT-Advanced

10.3. Requisitos de IMT-Advanced

10.3.1. Servicios

10.3.2. Espectro

10.3.3. Prestaciones técnicas

10.4. Procedimiento de evaluación de IMT-Advanced

10.5. Características generales de LTE-Advanced

10.6. Requisitos de LTE-Advanced

10.6.1. Requisitos relacionados con la capacidad

10.6.2. Prestaciones del sistema

10.6.3. Despliegue

10.7. Propuestas en estudio en el 3GPP

10.7.1. Agregación de espectro

10.7.2. Esquema de transmisión en el enlace ascendente

10.7.3. Esquema de transmisión en el enlace descendente

10.7.4. Coordinated Multipoint Transmission/Reception

10.7.5. Relay

10.7.6. Mejoras de la latencia en plano de control y en plano de usuario

Referencias

Índice de figuras

1.1. Previsión de crecimiento del número global de abonados HSPA. Fuente: Global Mobile Suppliers Association, 2010

1.2. Crecimiento exponencial del volumen de tráfico de datos en movilidad; previsiones hasta 2014. Fuente: UMTS forum, 2010

1.3. Evolución de las tecnologías 3GPP

1.4. Arquitectura del sistema LTE

2.1. Espectro OFDM

2.2. Prefijo cíclico en OFDM

2.3. Diagrama de bloques de un sistema OFDM SISO

2.4. Diagrama de bloques de un sistema SC-FDMA SISO

2.5. Bloque SC-FDMA con P = 12 subportadoras en el dominio del tiempo

2.6. Bloque SC-FDMA con P = 24 subportadoras en el dominio del tiempo

2.7. Ventajas de las técnicas MIMO

2.8. Diagrama de bloques de un sistema MIMO de multiplexación espacial

2.9. Capacidad ergódica MIMO con antenas incorreladas y canal Rayleigh

2.10. Modelo de canal MIMO con multiplexación espacial y ecualización ZF

2.11. Modelo de canal MIMO con multiplexación espacial y ecualización MMSE

2.12. Comparación de las SNR de posprocesado ZF y MMSE

2.13. Comparativa de la constelación QPSK tras el procesado MIMO ZF o MMSE

2.14. Diagrama de bloques de un sistema MIMO de multiplexación espacial con SIC

2.15. Códigos espacio-tiempo

2.16. Diversidad en transmisión: esquema de Alamouti

2.17. Diagrama de bloques de un sistema MIMO/OFDM de multiplexación espacial en lazo abierto

2.18. Diagrama de bloques de un sistema MIMO/OFDM de multiplexación espacial con precoding en transmisión

2.19. Diagrama de bloques del transmisor de un sistema MIMO/OFDM con diversidad en transmisión SFBC

2.20. Esquema MIMO/OFDM con diversidad en transmisión Alamouti SFBC

2.21. Relación SNR de posprocesado ZF en función de la frecuencia para multiplexación espacial MIMO 2 × 2 en lazo abierto (64QAM) en entorno peatonal con y sin CDD

2.22. Tasa de error (BER) sin códigos para multiplexación espacial MIMO 2 × 2 en lazo abierto (64QAM) con ecualización ZF en entorno peatonal con y sin CDD

2.23. Protocolo stop & wait

2.24. (a) Control de potencia.(b) Control de tasa

2.25. Esquema de coordinación de interferencias mediante reúso de frecuencia fraccionado

3.1. Evolución de la arquitectura del núcleo de red del 3GPP.

3.2. Arquitectura del núcleo de red en Release 9 [1]

3.3. Alternativas de implementación física del EPC

3.4. Alternativa I de arquitectura de red EPC en caso de roaming

3.5. Alternativa II de arquitectura de red EPC en caso de roaming

3.6. Arquitectura de la red EPC para la interconexión con redes de acceso 2G/3G

3.7. Arquitectura de protocolos del plano de usuario en el EPS.

3.8. Arquitectura de protocolos del plano de control en el EPS

3.9. Arquitectura IMS

3.10. Protocolos implicados en IMS

3.11. Proceso de establecimiento de una sesión multimedia con IMS.

3.12. Cabecera del Protocolo RTP

3.13. Proceso de autenticación

3.14. QCI estandarizados en LTE [4]

3.15. Portadoras LTE

4.1. Arquitectura de la E-UTRAN

4.2. Pila de protocolos del plano de usuario del EPS

4.3. Pila de protocolos del plano de control del EPS

4.4. Ejemplo de la localización de los bloques de información del sistema

4.5. Mapeo de canales lógicos en canales de transporte

4.6. Encapsulado de los paquetes a través de la pila de protocolos de la interfaz radio

4.7. Pila de protocolos del plano de usuario y del plano de control de la interfaz X2

4.8. Ejemplo de indicador RNTP

5.1. Mapeo de canales de transporte en canales físicos en DL

5.2. Mapeo de canales de transporte en canales físicos en UL

5.3. Estructura de tramas en la capa física de LTE

5.4. Cuadrícula de recursos en frecuencia/tiempo en la capa física de LTE

5.5. Diagrama de bloques del procesado de capa física

5.6. Diagrama de bloques del procesado de capa física del PDSCH.

5.7. Diagrama de bloques del codificador de turbocódigo LTE

5.8. Entrelazado del turbocódigo

5.9. Lectura del buffer circular en función de la versión de redundancia.

5.10. Throughput del PDSCH en canal gaussiano sin HARQ

5.11. Throughput del PDSCH en canal gaussiano con HARQ

5.12. Posición del PBCH en la cuadrícula tiempo/frecuencia

5.13. Posición del PCFICH en la cuadrícula tiempo/frecuencia.

5.14. Posición del PDCCH en la cuadrícula tiempo/frecuencia

5.15. Codificación del PHICH

5.16. Mapeado de las señales de referencia en la cuadrícula tiempo/frecuencia en DL

5.17. Ubicación de las señales de sincronismo en la cuadrícula tiempo/frecuencia

5.18. Diagrama de bloques del procesado de capa física del PUSCH.

5.19. Procedimiento de acceso aleatorio

5.20. Mapeado de un recurso de PRACH dentro de la cuadrícula tiempo/frecuencia en UL

5.21. Diseño de la duración del preámbulo de acceso aleatorio

5.22. Diagrama de bloques de la generación del preámbulo de acceso aleatorio

5.23. Disposición de los recursos de PUCCH (4 regiones)

5.24. Generación de un slot de PUCCH en formato 1a o 1b

5.25. Generación de un slot de PUCCH en formato 2a o 2b

5.26. Multiplexación de SRS con factor de repetición igual a 2.

5.27. Curvas de BLER de referencia (canal gaussiano) para todos los CQI en LTE

5.28. Información mutua para las modulaciones utilizadas en LTE.

6.1. Máquina de estados EMM en el UE

6.2. Relación entre estados del UE

6.3. Extracción de la HPLMN a partir del IMSI

6.4. Extracción de la PLMN a partir de la TAI

6.5. Celda no seleccionada por previsión de hueco de cobertura UL.

6.6. Resumen de los procesos de selección y reselección de celda

6.7. Procedimiento de registro

6.8. Campos que conforman el GUTI

6.9. Lista de TA para dos UE

6.10. Concepto de MME pool area y balanceo de carga entre MME.

6.11. Procedimiento TAU con cambio de MME y S-GW

6.12. Motivos posibles de paging y acciones que deben tomar los UE.

6.13. Procedimiento de paging

6.14. Representación gráfica del ejemplo de la tabla 6.5

6.15. Funcionamiento de ISR

6.16. Ejemplo de un listado de identidades de medida

6.17. Handover mediante la interfaz X2

6.18. Handover X2 intraS-GW

6.19. Handover X2 interS-GW

6.20. Handover S1 interMME, interS-GW (primera parte)

6.21. Handover S1 interMME, interS-GW (segunda parte)

6.22. Handover de E-UTRAN a CDMA2000

6.23. Handover hacia una celda con CSG

7.1. Esquema de asignación de recursos en LTE

7.2. Recursos temporales y frecuenciales en una subtrama

7.3. Esquema de asignación dinámica de paquetes

7.4. Asignación en el dominio de la frecuencia

7.5. Esquema de asignación dinámica de RB

7.6. Diagrama de bloques de las funcionalidades RRM del UL

7.7. Tabla de métricas por UE y RB

7.8. Ejemplo de algoritmo FME con 3 UE y 21 RB

7.9. Ejemplo de algoritmo RME y comparativa con FME

7.10. Escenario celular genérico

7.11. Pérdida en la tasa de transmisión debido a la ICI

7.12. Patrones de reúso celular: 1, 3 y 7

7.13. SINR en el centro de la celda para diferentes valores de reúso en frecuencia

7.14. Eficiencia espectral en el centro de la celda para diferentes valores de reúso en frecuencia

7.15. SINR en el borde de la celda para diferentes valores de reúso en frecuencia

7.16. Eficiencia espectral en el borde de la celda para diferentes valores de reúso en frecuencia

7.17. Esquemas ICIC estáticos clásicos

7.18. Evaluación de FFR ICIC en LTE

7.19. Evaluación de SFR ICIC en LTE

7.20. Eficiencia espectral en el borde de la celda para diferentes valores de reúso en frecuencia

8.1. El canal MIMO IMT-Advanced

8.2. Requisitos de la latencia en el plano de control

8.3. Procedimiento de activación del plano de control (ejemplo para Release 8)

8.4. Componentes de la latencia del plano de usuario en LTE.

8.5. Interrupción del plano de usuario en LTE

8.6. Ejemplo de obtención de la curva de prestaciones envolvente.

8.7. Throughput para transmisión con antena única con diferentes números de antenas receptoras y baja correlación

8.8. Throughput para transmisión con antena única con diferentes números de antenas receptoras y alta correlación

8.9. Comparación SISO y TrxDiv 2 × 1

8.10. Comparación SISO, SIMO 1 × 2 y TrxDiv 2 × 2 con baja correlación en recepción

8.11. Comparación SISO, SIMO 1 × 2 y TrxDiv 2 × 2 con alta correlación en recepción

8.12. Comparación SIMO y multiplexación espacial (SM) con baja correlación del canal

8.13. Comparación SIMO y multiplexación espacial (SM) con alta correlación del canal

8.14. Comparación SIMO y multiplexación espacial (SM) de rango 1 con alta correlación del canal

8.15. Obtención de envolvente del throughput para canal EPA y frecuencia Doppler de 5 Hz con 2 antenas en recepción

8.16. Throughput para canal EPA y EVA con frecuencia Doppler de 5 Hz empleando 2 antenas en recepción

8.17. Throughput para canal EPA y frecuencia Doppler de 5 Hz con 2 y 4 antenas en recepción

8.18. Throughput para canal EPA con diferentes frecuencias Doppler y 2 antenas en recepción

8.19. Distribuciones del factor de geometría para los diferentes escenarios de despliegue en SIMO 1 × 2

8.20. Eficiencia espectral de celda para los diferentes escenarios de despliegue

8.21. Eficiencia espectral en el borde de la celda para los diferentes escenarios de despliegue

8.22. Capacidad VoIP

9.1. Arquitectura E-MBMS

9.2. Estructura de canales E-MBMS

9.3. Multiplexación de servicios en una subtrama LTE

9.4. Transmisión sincronizada MBSFN

9.5. Mapeado de las señales de referencia en MBSFN

9.6. Ejemplo de despliegue de una red E-MBMS

9.7. Nivel de cobertura (%) en función del CQI

9.8. Número total de canales de TV disponibles en función del número de celdas, ambos por cluster SFrN

9.9. Número total de canales de TV disponibles en el sistema en función del número de celdas por cluster SFrN

9.10. Tiempo de servicio de descarga del fichero en función del valor de CQI asignado

9.11. Tasa binaria total del sistema (Mb/s) vs. número de usuarios por celda

9.12. Tasa binaria media por usuarios unicast (Mb/s) vs. número de usuarios por celda

10.1. Futura red IMT

10.2. Bandas de frecuencia móvil asignadas a IMT-A

10.3. Latencia en el plano de control

10.4. Proceso de evaluación y recomendación

10.5. Agregación de espectro en LTE-A

10.6. Posibles arquitecturas del transmisor en tres escenarios de agregación. Por orden, de arriba a abajo, se encuentran las opciones de la 1 a la 4

10.7. Estructura de la capa física y MAC en LTE-A

10.8. Estructura del transmisor para un ACK/NACK con desplazamiento de capas

10.9. Mapeo de CW a capas en multiplexación espacial

10.10 Señales de referencia de demodulación. Rango 1 y 2 (izquierda). Rango 3 y 4 (derecha)

10.11. Tipos de procesamiento conjunto en CoMP

10.12. Estructura del sistema CoMP en recepción

10.13. Configuración de la red de relays

10.14. Comunicación Relay-Usuario mediante subtramas normales y comunicación eNodeB-Relay mediante subtramas MBSFN.

10.15. Procedimiento de activación en el plano de control

Índice de tablas

1.1. Comparativa de capacidad y coste estimado por megabyte en redes 3G, HSPA y LTE modelados para un despliegue de 10.000 estaciones base

4.1. Distribución de funciones en las entidades MAC y dirección en la que se ejecutan

5.1. Formatos posibles del DCI

5.2. Número de recursos de PRACH por celda en cada trama radio LTE

5.3. Formatos posibles del UCI

5.4. Tabla de CQI

6.1. Parámetros relacionados con el nivel de potencia en el criterio S.

6.2. Parámetros relacionados con la calidad del enlace en el criterio S.

6.3. Criterios de reselección interRAT e interfrecuencia E-UTRAN con diferente prioridad

6.4. Determinación de PO a partir de N_s e i_s (modo FDD)

6.5. Ejemplo de cálculos para determinar PF y PO

7.1. Patrones de QCI estandarizados en LTE

7.2. Tamaño de los RBG en DL

7.3. Parámetros de evaluación en simulaciones

7.4. Opciones para asistir en la coordinación de interferencias en LTE.

8.1. Indicadores de calidad y métodos de evaluación

8.2. Perfiles de potencia de los modelos de la UIT

8.3. Perfiles de potencia de los modelos UIT extendidos

8.4. Parámetros del modelo de canal IMT-A (I)

8.5. Tasas de pico DL para E-UTRA FDD

8.6. Tasas de pico UL para E-UTRA FDD

8.7. Tasas de pico DL para E-UTRA TDD

8.8. Tasas de pico UL para E-UTRA TDD

8.9. Tasas de pico ofrecidas a capa MAC empleando TBS estándar(Mbps)

8.10. Análisis de la latencia en plano de control. Los retardos se indican en ms

8.11. Análisis de la latencia en plano de control para transición de DORMANT a ACTIVE iniciada en UL con UE sincronizado. Los retardos se indican en ms

8.12. Análisis de la latencia en plano de control para transición de DORMANT a ACTIVE iniciada en UL con UE desincronizado. Los retardos se indican en ms

8.13. Análisis de la latencia en plano de control para transición de DORMANT a ACTIVE iniciada en DL con UE desincronizado. Los retardos se indican en ms

8.14. Análisis de la latencia de plano de usuario (valores medios) en FDD DL. La latencia se indica en ms

8.15. Análisis de la latencia de plano de usuario (valores medios) en DL para diferentes configuraciones TDD UL/DL. La latencia se indica en ms

8.16. Análisis de la latencia de plano de usuario (valores medios) en UL para diferentes configuraciones TDD UL/DL. La latencia se indica en ms

8.17. Interrupción del plano de usuario en LTE FDD y LTE TDD (configuración 1 con preámbulos de acceso aleatorio en las subtramas especiales)

8.18. Ejemplo de balance de potencias: requisitos de calidad [11].

8.19. Ejemplo de balance de potencias: canales de datos en escenario UMi con LoS [11]

8.20. Resumen de balance de potencias en escenarios con LoS [11].

9.1. Ejemplos de casos de uso de E-MBMS

9.2. Parámetros de simulación E-MBMS comunes

9.3. Parámetros de simulación E-MBMS a nivel de enlace

9.4. Parámetros de simulación E-MBMS a nivel de sistema

10.1. Características a evaluar y su método respectivo

10.2. Escenario de despliegue para evaluación

10.3. Eficiencia espectral de la celda

10.4. Eficiencia espectral de pico en el sentido ascendente y descendente de la comunicación

10.5. Eficiencia espectral en el borde de la celda

10.6. Eficiencia espectral para evaluar la movilidad

10.7. Tiempo de interrupción por handover.

10.8. Capacidad de VoIP.

10.9. Requisitos de eficiencia espectral media

10.10 Requisitos de eficiencia espectral en el borde de la celda

10.11 Escenarios de despliegue de LTE-A

10.12 Análisis temporal en plano de control

Acrónimos

1xRTT	1 Times Radio Transmission Technology
2G	Segunda Generación Móvil
3G	Tercera Generación Móvil
3GPP	Third Generation Partnership Project
4G	Cuarta Generación Móvil
AC	Admission Control
ACK	Acknowledgement
ADSL	Asymmetric Digital Subscriber Line
AKA	Authentication and Key Agreement
AM	Acknowledged Mode
AMBR	Aggregated Maximum Bit Rate
AMC	Adaptive Modulation and Coding
AoA	Angle of Arrival
AoD	Angle of Departure
AS	Access Stratum
ASA	Angle Spread Arrival
ASD	Angle Spread Departure
ASME	Access Security Management Entity
ASN.1	Abstract Syntax Notation One
ARP	Allocation and Retention Priority
ARPU	Average Revenue Per User
ARQ	Automatic Repeat-reQuest
ATB	Adaptive Transmission Bandwidth
AuC	Authentication Centre
AV	Authentication Vector
B3G	Beyond 3G
BE	Best Effort
BCCH	Broadcast Control Channel
BCH	Broadcast Channel
BEC	Backward Error Correction
BER	Bit Error Rate
BGCF	Breakout Gateway Control Function
BLER	Block Error Rate
BM-SC	Broadcast Multicast Service Centre
BPRE	Bits Per Resource Element
BPSK	Binary Phase-Shift Keying
BSR	Buffer Status Report
CAZAC	Constant Amplitude Zero Autocorrelation
CBS	Cell Broadcast Service
CCCH	Common Control Channel
CCE	Control Channel Element
CCI	Co-Channel Interference
CDD	Cyclic Delay Diversity
CDF	Cumulative Density Function
CDM	Code Division Multiplexing
CDMA	Code Division Multiple Access
CFI	Control Format Indicator
CIF	Carrier Indicator Field
CK	Ciphering Key
CMAS	Commercial Mobile Alert System
CN	Core Network
CoC	Component Carrier
CoMP	Coordinated Multipoint Transmission/Reception
COPS	Common Open Policy Service
CP	Cyclic Prefix
CQI	Channel Quality Indicator
CRC	Cyclic Redundancy Check
CRF	Charging Rules Function
CRS	Channel state information Reference Signal
C-RNTI	Cell-Radio Network Temporary Identifier
CS	Circuit Switched
CS/CB	Coordinated Scheduling and Beamforming
CSCF	Call Session Control Function
CSG	Closed Subscriber Group
CSG-ID	Closed Subscriber Group Identity
CSI	Channel State Information
CSRC	Content Source
CW	Code Word
DCCH	Dedicated Control Channel
DaCI	Data Control Indicator
DCI	Downlink Control Information
DFT	Discrete Fourier Transform
DHCP	Dynamic Host Configuration Protocol
DL	Downlink
DL-SCH	Downlink Shared Channel
DM-RS	Demodulation Reference Signal
DNS	Domain Name Service
DRB	Data Radio Bearer
DRX	Discontinuous Reception
DRX/DTX	Discontinuous Reception and Transmission
DS	Delay Spread
DSL	Digital Subscriber Line
DSMIPv6	Dual Stack Mobile IPv6
DTCH	Dedicated Traffic Channel
DVB	Digital Video Broadcasting
DVB-T	Digital Video Broadcasting- Terrestrial
ECM	EPS Connection Management
EESM	Exponential Effective SINR Metric
EIR	Equipment Identity Register
E-MBMS	Enhanced MBMS
EMM	EPS Mobility Management
eNodeB	evolved Node B
EP	Elementary Procedure
EPA	Extended Pedestrian A
EPC	Evolved Packet Core
EPRE	Energy Per Resource Element
EPS	Evolved Packet System
ESNR	Effective Signal-to-Noise Ratio
ETSI	European Telecommunications Standards Institute
ETU	Extended Typical Urban
ETWS	Earthquake and Tsunami Warning System
E-UTRA	Evolved UMTS Terrestrial Radio Access
E-UTRAN	Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network
EVA	Extended Vehicular A
EXP	Exponential
FDD	Frequency Division Duplexing
FDM	Frequency Division Multiplexing
FDPS	Frequency Domain Packet Scheduling
FEC	Forward Error Correction
FFR	Fractional Frequency Reuse
FFT	Fast Fourier Transform
FH	Frequency Hopping
FME	First Maximum Expansion
FTB	Fixed Transmission Bandwidth
FTP	File Transfer Protocol
GBR	Guaranteed Bit Rate
GCI	Global Cell Identifier
GERAN	GSM EDGE Radio Access Network
GGSN	Gateway GPRS Support Node
GPRS	General Packet Radio Service
GSM	Global System for Mobile Communication
GTP	GPRS Tunneling Protocol
GTP-U	GPRS Tunneling Protocol User Plane
GTPv2	GPRS Tunneling Protocol version 2
GUMMEI	Globally Unique Mobility Management Entity Identifier
GUTI	Globally Unique Temporary Identity
GWSSUS	Gaussian Wide-Sense Stationary Uncorrelated Scattering
HARQ	Hybrid ARQ
HeNB	Home eNodeB
HII	High Interference Indicator
HLR	Home Location Register
HOL	Head of the Line
HPLMN	Home Public Land Mobile Network
HRPD	High Rate Packet Data
HSDPA	High Speed Downlink Packet Access
HSPA	High Speed Packet Access
HSPA+	High Speed Packet Access Evolution
HSUPA	High Speed Uplink Packet Access
HSS	Home Subscriber Server
HTTP	Hyper Text Transfer Protocol
ICI	Inter-Cell Interference
ICIC	Inter-Cell Interference Coordination
I-CSCF	Interrogating Call Session Control Function
IDFT	Inverse DFT
IETF	Internet Engineering Task Force
IFDMA	Interleaved Frequency-Division Multiple Access
IFFT	Inverse FFT
IK	Integrity Key
IMEI	International Mobile Equipment Identity
IMT	International Mobile Telecommunication
IMT-2000	International Mobile Telecommunications 2000
IMT-A	IMT-Advanced
IMS	IP Multimedia Subsystem
IMSI	International Mobile Subscriber Identity
InH	Indoor hotspot
IOI	Interference Overload Indicator
IP	Internet Protocol
IR	Incremental Redundancy
ISI	Inter Symbol Interference
ISR	Idle Mode Signalling Reduction
JC	Joint Coding
JP	Joint Processing
LA	Location Area
LAU	Link Adaptation Unit
LCID	Logical Channel Identifier
LoS	Line Of Sight
LLR	Log-Likelihood Ratio
LTE	Long Term Evolution
LTE-A	LTE-Advanced
LUT	Look-Up Table
MAC	Medium Access Control
MAC-I	Message Authentication Code for Integrity
MAD	Minimum Area-Difference to the Envelope
MAP	Maximum a Posteriori
MBMS	Multimedia Broadcast and Multicast Service
MBMS GW	MBMS Gateway
MBR	Maximum Bit Rate
MBSFN	MBMS over Single Frequency Networks
MCC	Mobile Country Code
MCCH	Multicast Control Channel
MCE	Multiceli/Multicast Coordination Entity
MCH	Multicast Channel
MCS	Modulation and Coding Scheme
MGCF	Media Gateway Control Function
MGW	Media Gateway
MIB	Master Information Block
MIESM	Mutual Information Effective SINR Mapping
MIMO	Multiple-Input Multiple-Output
MIPv4	Mobile IPv4
ML	Maximum Likelihood
M-LWDF	Modified-Largest Weighted Delay First
MNC	Mobile Network Code
MME	Mobility Management Entity
MMSE	Minimum Mean Square Error
MRC	Maximum Ratio Combining
MRS	Maximum Rate Scheduler
MSISDN	Mobile Station Internacional ISDN Number
MTCH	Multicast Traffic Channel
MUD	Multi User Diversity
MU-MIMO	Multi-User MIMO
NACK	Negative Acknowledgement
NAS	Non-Access Stratum
NDI	New Data Indicator
NLoS	Non Line Of Sight
NRT	Non Real Time
OFDM	Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OFDMA	Orthogonal Frequency Division Multiple Access
OI	Overload Indicator
OLLA	Outer-Loop Link Adaptation
OtoI	Outdoor to Indoor
P2P	Peer to Peer
PA	Pedestrian A
PAPR	Peak-to-Average Power Ratio
PARC	Per Antenna Coding and Rate Control
PBCH	Physical Broadcast Channel
PBR	Prioritized Bit Rate
PC	Prefijo Cíclico
P-C	Power Control
PCCH	Paging Control Channel
PCFICH	Physical Control Format Indicator Channel
PCH	Paging Channel
PCI	Physical Cell Identifier
PCRF	Policy and Charging Rules Function
P-CSCF	Proxy Call Session Control Function
PDCCH	Physical Downlink Control Channel
PDCP	Packet Data Convergence Protocol
PDF	Policy Decision Function
PDN	Packet Data Network
PDN-GW	Packet Data Network Gateway
PDP	Packet Data Protocol
PDSCH	Physical Downlink Shared Channel
PDU	Protocol Data Unit
PEP	Policy Enforcement Point
PF	Paging Frame
PFS	Proportional Fair Scheduling
PHICH	Physical Hybrid ARQ Indicator Channel
PHY	Physical
PIRE	Potencia Isotrópica Radiada Equivalente
PLMN	Public Land Mobile Network
PMCH	Physical Multicast Channel
PMI	Precoding Matrix Indicator
PMIPv6	Proxy Mobile IPv6
P-RNTI	Paging Radio Network Temporary Identifier
P-TMSI	Packet Temporary Mobile Subscriber Identity
PO	Paging Occasion
PRACH	Physical Random Access Channel
PRB	Physical Resource Block
PS	Packet Switched
P-SCH	Primary-Synchronization Channel
PSS	Primary Synchronization Signal
PUCCH	Physical Uplink Control Channel
PUSCH	Physical Uplink Shared Channel
QAM	Quadrature Amplitude Modulation
QCI	QoS Class Identifier
QoS	Quality of Service
QPSK	Quadrature Phase Shift Keying
RA	Routing Area
RACH	Random Access Channel
RAN	Radio Access Network
RAR	Random Access Response
RAT	Radio Access Technology
RAU	Routing Area Update
RB	Resource Block
RBG	Resource Block Group
RC	Resource Chunk
RE	Resource Element
REG	Resource Element Group
Rel8	Release 8
Rel9	Release 9
Rel99	Release 99
RF	Radio Frequency
RI	Rank Indicator
RIT	Radio Interface Technology
RLC	Radio Link Control
RMa	Rural Macrocell
RME	Recursive Maximal Expansion
RNC	Radio Network Controller
RNTP	Relative Narrowband Transmit Power
ROHC	Robust Header Compression
RR	Round Robin
RRM	Radio Resource Management
RRC	Radio Resource Control
RS	Reference Signal
RSC	Recursive Systematic Convolutional
RSRP	Reference Signal Received Power
RSRQ	Reference Signal Received Quality
RSSI	Received Signal Strength Indication
RT	Real Time
RTCP	Real Time Control Protocol
RTP	Real-Time Transport Protocol
RTPC	Red Telefónica Pública Conmutada
RV	Redundancy Version
S1-AP	S1 Application Protocol
SAP	Service Access Point
SAW	Stop and Wait
SC-FDMA	Single Carrier-Frequency Division Multiple Access
SCM	Spatial Channel Model
SCME	Spatial Channel Model Extension
S-CSCF	Serving Call Session Control Function
SCTP	Stream Control Transmission Protocol
SDF	Service Data Flows
SDP	Session Description Protocol
SDU	Service Data Unit
SF	Shadow Fading
SFBC	Space Frequency Block Coding
SFrN	Single Frequency Network
SFN	System Frame Number
SFR	Soft Frequency Reuse
SG	Scheduling Grant
SGSN	Serving GPRS Support Node
S-GW	Serving Gateway
SGW	Serving Gateway
SI	System Information
SIB	System Information Block
SIC	Successive Interference Cancelation
SIM	Subscriber Identity Module
SIMO	Single Input Multiple Output
SINR	Signal to Interference plus Noise Ratio
SIP	Session Initiation Protocol
SI-RNTI	System Information Radio Network Temporary Identifier
SISO	Single-Input Single-Output
SMa	Suburban Macrocell
SN	Sequence Number
SNIR	Signal to Noise plus Interference Ratio
SNR	Signal to Noise Ratio
SON	Self-Optimized Network
SR	Scheduling Request
SRB	Signaling Radio Bearer
SRS	Sounding Reference Signal
SS7	Signalling System No 7
S-SCH	Secondary-Synchronization Channel
SSRC	Synchronization Source
SSS	Secondary Synchronization Signal
STBC	Space Time Block Code
SVD	Singular Value Decomposition
SYNC	E-MBMS Synchronization protocol
TA	Tracking Area
TAI	Tracking Area Identity
TAU	Tracking Area Update
TB	Transport Block
TBS	Transport Block Size
TCP	Transmission Control Protocol
TDD	Time Division Duplexing
TDM	Time Division Multiplexing
TDMA	Time Division Multiple Access
TD-FDPS	Time Domain and Frequency Domain Packet Scheduling
TDPS	Time Domain Packet Scheduling
TEID	Tunnel Endpoint Identifier
TFC	Transport Format Combination
THR	Throughput
TIN	Temporary Identity used in Next update
TM	Transparent Mode
TTI	Transmission Time Interval
TU	Typical Urban
UCI	Uplink Control Information
UDP	User Datagram Protocol
UE	User Equipment
UIT	Unión Internacional de las Telecomunicaciones
UIT-R	sector de radiocomunicaciones de la UIT
UL	Uplink
UL-SCH	Uplink Shared Channel
UM	Un-acknowledged Mode
UMa	Urban macrocell
UMi	Urban microcell
UMTS	Universal Mobile Telecommunications System
UPA	Uniform Power Allocation
USIM	Universal Subscriber Identity Module
UTRA	UMTS Terrestrial Radio Access
UTRAN	UMTS Terrestrial Radio Access Network
VA	Vehicular A
VoIP	Voice over IP
VoLGA	Voice over LTE Generic Access
WCDMA	Wideband Code Division Multiple Access
WINNER	Wireless World Innitiative New Radio
WINNER+	Wireless World Innitiative New Radio +
WiMAX	Worldwide Interoperability for Microwave Access
WLAN	Wireless Local Area Network
WP 5D	Working Party 5D
WRC	World Radiocommunication Conference
X2-AP	X2 Application Protocol
ZC	Zadoff-Chu
ZF	Zero Forcing

Capítulo 1

Introducción

Narcís Cardona, Mario García Lozano, Jose F. Monserrat

1.1. Tendencias de mercado y tecnología

A menos de una década de haber puesto en marcha las primeras redes Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), y aún con las redes de Segunda Generación Móvil (2G) plenamente operativas, cabría preguntarse cuál puede ser el interés de la industria en realizar nuevas inversiones en infraestructura de red de acceso y de conmutación, o para qué necesita el sector de las comunicaciones un nuevo estándar de acceso celular.

La respuesta hay que buscarla en las características particulares de este mercado, con tendencias muy cambiantes pero siempre con expectativas crecientes por parte de los usuarios y con previsiones ciertas de saturación en la capacidad global de servicios de datos en muy pocos años. Por comparación con lo que sucede en redes fijas, la experiencia de usuario, es decir, la calidad subjetiva que percibe en el servicio de banda ancha, es muy alta gracias a los varios megabits por segundo que puede conseguir en una conexión Digital Subscriber Line (DSL) y a precios cada vez más competitivos. A diferencia de lo que sucedía años atrás, en mercados maduros, como Europa Occidental o Estados Unidos, el crecimiento del negocio de telefonía móvil no se corresponde tanto con el incremento de abonados, sino con el aumento del tráfico, en cuanto a la cantidad de minutos de voz y sobre todo de megabytes de datos transferidos, así como en la renovación de equipos y contratos para migrar a tecnologías de banda ancha móvil. La aparición de terminales tipo smartphone junto con la proliferación de dispositivos portátiles con conectividad de datos Tercera Generación Móvil (3G) continúa disparando la demanda de capacidad de transmisión de datos en movilidad. Según estudios recientes, la progresión que se puede prever del consumo demandado por los usuarios no podrá ser cubierta completamente o con suficiente calidad por las redes actuales ni por las evoluciones de 3G, como High Speed Packet Access Evolution (HSPA+).

Esta oferta de servicios la están proporcionando desde mediados de 2010 la práctica totalidad de operadores 3G, unos 365, los cuales comercializan servicios High Speed Packet Access (HSPA), y se espera a que a finales de 2010 la mitad de dichas redes hayan también adoptado HSPA+, ofreciendo entonces servicios de datos de hasta 14 Mbps. No obstante, se ha previsto un aumento de más del 50% en la penetración de la banda ancha para los próximos cinco años, por lo que la amenaza de sobrecarga en las redes es más que real para muchos de los citados operadores.

Esta suposición se basa en datos reales. En efecto, al observar la evolución reciente de los abonados de banda ancha móvil se puede ver cómo a partir de 2007 se ha producido un incremento muy significativo en su número y en la demanda de tráfico de servicios de banda ancha. En muchos países de los mercados más desarrollados el consumo de datos en movilidad se ha multiplicado entre 2008 y 2010 y sigue creciendo exponencialmente. Basta con comprobar cómo a principios de 2008 el número global de abonados a High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) era de unos 20 millones, a mediados de 2009 alcanzó los 150 millones y sólo un año más tarde la cifra se ha multiplicado hasta alcanzar los 500 millones, a pesar de lo cual aún corresponde a poco más del 10% del total de usuarios de Global System for Mobile Communication (GSM) y UMTS, por lo que cabe esperar que en 2012 se alcancen los 1.000 millones de abonados de banda ancha móvil, repartidos entre tecnologías 3G y Long Term Evolution (LTE).

Estas tendencias de crecimiento se están manteniendo debido a factores como:

Incremento en la penetración de 3G, estimándose que la práctica totalidad de los usuarios de 2G terminen de migrar a 3G antes de 2014.
Penetración de módems y smartphones, con previsiones de que en 2014 la cuarta parte de los terminales de bolsillo sean de este tipo.
Proliferación de los contratos de tarifa plana y la reducción de precios de datos.

Figura 1.1. Previsión de crecimiento del número global de abonados HSPA. Fuente: Global Mobile Suppliers Association, 2010.

Cambio en los servicios que los usuarios esperan del terminal, con un giro hacia servicios que requieren alta tasa de transmisión (audio de alta calidad, vídeo, etc.).
Mejora de la calidad ofrecida en las redes 3G con la generalización de HSPA+.
Sustitución progresiva de los teléfonos fijos de los hogares por móviles.

Ahora bien, todo este incremento en el número de usuarios, con el consiguiente incremento en la demanda de capacidad en la red de acceso radio, no podrá ser cubierta por las redes actuales. La estimación de carga por usuario de servicios de banda ancha nos indica que en la actualidad el usuario típico de banda ancha móvil consume entre 500 Mbytes y 1 Gbyte al mes y la calidad de servicio que esperan recibir de la red implica garantizar un throughput de 200 kbps, con picos por encima de los 2 Mbps. Estas condiciones se pueden ofrecer en las redes actuales para un número limitado de usuarios en 3G, en celdas con poco tráfico o de pequeñas dimensiones, o bien limitando estas condiciones de servicio a los usuarios que están más cerca de la estación base. En este sentido, el crecimiento del número de usuarios HSPA, sin otros cambios en la infraestructura de la red de acceso, lleva asociado un detrimento en la calidad que el operador puede garantizar a sus abonados. Se han planteado soluciones para soportar estos incrementos de demanda en las redes actuales, que pasan por el despliegue de un mayor número de picoceldas y femtoceldas, complementar el servicio móvil con puntos de acceso de tecnología inalámbrica, o añadir sectorización en el plano vertical en las macroceldas actuales, pero aun con todas ellas el binomio calidad/capacidad no puede mantenerse por mucho tiempo.

Figura 1.2. Crecimiento exponencial del volumen de tráfico de datos en movilidad; previsiones hasta 2014. Fuente: UMTS forum, 2010.

Por todo ello, el despliegue de tecnología LTE, en nuevas bandas de frecuencia o en parte de las actuales bandas ocupadas por 2G, parece la solución más viable, eficiente y rentable a medio y largo plazo.

Cabe destacar que un acusado incremento del tráfico como el que se ha previsto no trae consigo un crecimiento proporcional de los ingresos. Esto es debido a que la proliferación y generalización del consumo de datos en movilidad incrementa la competencia entre operadores y la exigencia de los usuarios de seguir recibiendo cada vez más ancho de banda con menores tarifas. Para mantener la rentabilidad, los operadores y, en general, los proveedores de servicios de comunicaciones necesitan responder a estas tendencias optimizando al máximo las capacidades de las tecnologías de acceso radio actuales y en desarrollo.

En este sentido, LTE aparece en la escena actual como una oportunidad de cubrir esa creciente demanda de tráfico de datos, con inversiones que se pueden rentabilizar a partir de poblaciones de usuarios con menor Average Revenue Per User (ARPU) respecto al que requerían las redes 3G, o con menor coste por Mbps que aquéllas. En efecto, al comparar el coste de despliegue y la capacidad de las tecnologías Third Generation Partnership Project (3GPP) que actualmente ofrecen banda ancha móvil, se ve que LTE puede ofrecer capacidades muy superiores a 3G y con un coste por Mbyte sensiblemente inferior, por lo que la amortización de las inversiones que deberán realizar los operadores se podrá conseguir con precios competitivos, en menos tiempo que las tecnologías anteriores o con objetivos de ARPU no tan altos como cabría esperar.

Tabla 1.1. Comparativa de capacidad y coste estimado por megabyte en redes 3G, HSPA y LTE modelados para un despliegue de 10.000 estaciones base.

A partir del lanzamiento comercial de LTE, los resultados de estudios de mercado indican que la acogida de este estándar puede ser mucho más rápida que la de los anteriores estándares móviles. Algunas previsiones apuntan a que el número de usuarios de LTE crecerá más rápidamente a partir de 2014, momento en el que superará ya los 130 millones, aunque esta cifra represente en ese momento apenas un 5% del total de abonados a banda ancha móvil. En una primera fase, los abonados vendrán de mercados desarrollados, como Japón, Estados Unidos y Europa Occidental, mientras que el crecimiento en los mercados emergentes estaría dirigido por China con unos 36 millones de suscripciones en 2014. Además, se espera que nuevos operadores en los mercados emergentes pasen directamente a desplegar LTE, obviando el despliegue 3G.

**1.2. Roadmap del 3GPP**

Como consecuencia del elevado ritmo de crecimiento en el sector de la telefonía móvil, los sistemas móviles han ido alcanzando de manera continua sus límites en términos de capacidad. Por otro lado, el conjunto de tipos de servicio ofrecido por los sistemas ha ido evolucionando conforme a las necesidades del mercado y las mejoras ofrecidas por los sistemas cableados análogos.

Atendiendo a estas necesidades, diversos organismos de estandarización, coordinados por la Unión Internacional de las Telecomunicaciones (UIT), están trabajando desde finales de la década de los 80 en la especificación de un conjunto de sistemas que permitan satisfacer dichas necesidades. El resultado definitivo de este trabajo constituyó la tercera generación de sistemas de comunicaciones móviles y conformará la venidera cuarta generación móvil.

Inicialmente la intención de la UIT era definir un sistema global que reuniera un conjunto ambicioso de características técnicas. Sin embargo, debido a la imposibilidad de llegar a un consenso en la definición de la tecnología que sustentase tal sistema, el objetivo inicial tuvo que ser sustituido por la meta de lograr una familia de sistemas distintos con características comunes conocido con el nombre de International Mobile Telecommunications 2000 (IMT-2000). Por motivos de marketing, a las tecnologías incluidas en esta familia se las denominó tecnologías de tercera generación.