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Qué es LTE: tutorial y descripción general de la evolución a largo plazo

Qué es LTE: tutorial y descripción general de la evolución a largo plazo


LTE fue el sucesor 4G del sistema 3G UMTS que se desarrolló para proporcionar una mayor evolución del sistema de telecomunicaciones móviles disponible.

Al proporcionar velocidades de datos mucho más altas y un rendimiento muy mejorado, así como menores costos operativos, el esquema comenzó a implementarse en su forma básica alrededor de 2008.

Las implementaciones iniciales proporcionaron pocas mejoras con respecto a 3G HSPA y, a veces, se denominaron 3.5G o 3.99G, pero pronto se descubrió la capacidad completa de LTE, que proporcionaba un nivel de rendimiento 4G completo.

Las primeras implementaciones se conocieron simplemente como LTE, pero las implementaciones posteriores se denominaron 4G LTE Advanced y luego 4G LTE Pro.

No solo se mejoró la red de acceso por radio para 4G LTE, sino que también se modificó la arquitectura de la red para permitir una latencia más baja y una interconectividad mucho mejor entre los elementos de la red de acceso por radio, RAN.

Inicios de LTE

3GPP, el proyecto de asociación de tercera generación que supervisó el desarrollo del sistema UMTS 3G inició el trabajo sobre la evolución de la tecnología celular 3G con un taller que se llevó a cabo en Toronto, Canadá, en noviembre de 2004. El trabajo sobre LTE comenzó con un estudio de viabilidad. en diciembre de 2004, que se finalizó para su inclusión en la versión 7 de 3GPP. Las especificaciones principales de LTE se incluyeron en la versión 8.

El taller estableció una serie de requisitos de alto nivel para la nueva tecnología:

  • Costo reducido por bit
  • Mayor provisión de servicios: más servicios a menor costo con una mejor experiencia de usuario
  • Flexibilidad de uso de bandas de frecuencia nuevas y existentes
  • Arquitectura simplificada, interfaces abiertas
  • Permitir un consumo de energía de terminal razonable

En términos de cifras reales, los objetivos para las implementaciones iniciales de LTE incluían tasas de descarga de 100 Mbps y tasas de carga de 50 Mbps por cada 20 MHz de espectro. Además de esto, se requería que LTE admitiera al menos 200 usuarios activos en cada celda de 5MHz. (es decir, 200 llamadas telefónicas activas). También se establecieron objetivos para la latencia en la entrega de paquetes IP. Con el uso creciente de servicios que incluyen VoIP, juegos y muchas otras aplicaciones en las que la latencia es una preocupación, es necesario establecer cifras para esto. Como resultado, se ha establecido una cifra de latencia inferior a 10 ms para paquetes IP pequeños.

Evolución 3G LTE

Aunque hay cambios importantes entre LTE y sus predecesores 3G, sin embargo, se considera una evolución de los estándares UMTS / 3GPP 3G. Aunque utiliza una forma diferente de interfaz de radio, utilizando OFDMA / SC-FDMA en lugar de CDMA, existen muchas similitudes con las formas anteriores de arquitectura 3G y hay muchas posibilidades de reutilización.

Para determinar qué es LTE y en qué se diferencia de otros sistemas celulares, un vistazo rápido a las especificaciones del sistema puede proporcionar muchas respuestas. Se puede considerar que LTE proporciona una mayor evolución de la funcionalidad, mayores velocidades y un rendimiento general mejorado.

¿Qué es 4G LTE?
Comparación con otras tecnologías de comunicaciones móviles
WCDMA
(UMTS)
HSPA
HSDPA / HSUPA
HSPA +LTE
Velocidad máxima de enlace descendente
bps
384 mil14 M28 M100 millones
Velocidad máxima de enlace ascendente
bps
128 k5,7 M11 M50 M
Latencia
Tiempo de viaje
aprox.
150 ms100 ms50 ms (máx.)~ 10 ms
Lanzamientos 3GPPRel 99/4Rel 5/6Rel 7Rel 8
Aproximadamente años de implementación inicial2003 / 42005/6 HSDPA
2007/8 HSUPA
2008 / 92009 / 10
Metodología de accesoCDMACDMACDMAOFDMA / SC-FDMA

Además de esto, LTE es una red totalmente basada en IP, que admite tanto IPv4 como IPv6.


Conceptos básicos de LTE: descripción general de las especificaciones

Vale la pena resumir los parámetros clave de la especificación 3G LTE. En vista del hecho de que hay una serie de diferencias entre el funcionamiento del enlace ascendente y el enlace descendente, estas difieren naturalmente en el rendimiento que pueden ofrecer.

Especificaciones básicas de LTE
ParámetroDetalles
Velocidad máxima de enlace descendente
64QAM
(Mbps)
100 (SISO), 172 (2x2 MIMO), 326 (4x4 MIMO)
Velocidades máximas de enlace ascendente
(Mbps)
50 (QPSK), 57 (16QAM), 86 (64QAM)
Tipo de datosTodos los datos conmutados por paquetes (voz y datos). Ningún circuito conmutado.
Esquemas de accesoOFDMA (enlace descendente)
SC-FDMA (enlace ascendente)
Tipos de modulación compatiblesQPSK, 16QAM, 64QAM (enlace ascendente y descendente)
Eficiencia espectralEnlace descendente: 3-4 veces Rel 6 HSDPA
Enlace ascendente: 2-3 x Rel 6 HSUPA
Anchos de banda del canal
(Megahercio)
1.4, 3, 5, 10, 15, 20
Esquemas dúplexFDD y TDD
Movilidad0-15 km / h (optimizado),
15-120 km / h (alto rendimiento)
LatenciaInactivo a activo menos de 100 ms
Paquetes pequeños ~ 10 ms

Estas especificaciones destacadas brindan una visión general del rendimiento que ofrecerá LTE. Cumple con los requisitos de la industria para altas velocidades de descarga de datos, así como una latencia reducida, un factor importante para muchas aplicaciones, desde VoIP hasta juegos y uso interactivo de datos. También proporciona mejoras significativas en el uso del espectro disponible.

Nuevas funciones LTE

LTE ha introducido una serie de nuevas tecnologías en comparación con los sistemas celulares anteriores. Permiten que LTE pueda operar de manera más eficiente con respecto al uso del espectro y también para proporcionar las velocidades de datos mucho más altas que se requieren.

  • OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal): La tecnología OFDM se utilizó para el formato de señal para LTE porque permitía transmitir de manera eficiente anchos de banda de datos elevados y al mismo tiempo proporcionar un alto grado de resistencia a los reflejos y la interferencia. Como los datos se transportaban en una gran cantidad de portadoras, si faltaban algunas como resultado de la interferencia de reflejos, etc., el sistema aún podía hacer frente. Los esquemas de acceso diferían entre el enlace ascendente y el enlace descendente: OFDMA (se utilizó acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal en el enlace descendente; mientras que SC-FDMA (portadora única - acceso múltiple por división de frecuencia) se utilizó en el enlace ascendente. SC-FDMA se utilizó en vista de el hecho de que su relación de potencia pico a promedio es menor que la de OFDMA (la relación de potencia pico a promedio más baja que permite lograr mejores niveles de amplificador de potencia de RF final) fue y es un factor importante para la duración de la batería del teléfono móvil.
  • MIMO (entrada múltiple, salida múltiple): Uno de los principales problemas con los que se han encontrado los sistemas de telecomunicaciones anteriores fue el de las múltiples señales que surgen de las muchas reflexiones que se encuentran. Mediante el uso de MIMO, estas rutas de señal adicionales se podrían aprovechar y se pudieron usar para aumentar el rendimiento.

    Cuando se utiliza MIMO, es necesario utilizar varias antenas para poder distinguir los diferentes caminos. Por consiguiente, podrían utilizarse esquemas que utilicen matrices de antena de 2 x 2, 4 x 2 o 4 x 4. Si bien es relativamente fácil agregar más antenas a una estación base, no ocurre lo mismo con los teléfonos móviles, donde las dimensiones del equipo de usuario limitaban el número de antenas que deberían colocarse al menos a media longitud de onda entre sí.

  • SAE (evolución de la arquitectura del sistema): Con los requisitos de velocidad de datos muy alta y baja latencia para 3G LTE, fue necesario evolucionar la arquitectura del sistema para permitir que se logre un rendimiento mejorado. Un cambio fue que varias de las funciones que anteriormente manejaba la red central se transfirieron a la periferia. Básicamente, esto proporcionó una forma mucho más "plana" de arquitectura de red. De esta manera, los tiempos de latencia podrían reducirse y los datos podrían enrutarse más directamente a su destino. Como parte de la actualización de un núcleo de paquetes evolucionado, se desarrolló EPC para garantizar que los datos del paquete se enrutaran de la manera más eficiente posible.
  • Datos de IP: 4G LTE es un sistema de datos totalmente IP. 3G UMTS había incluido voz con conmutación de circuitos, pero LTE no tenía provisión para ninguna voz con conmutación de circuitos. Originalmente se había anticipado que los operadores proporcionarían la capacidad de datos y la voz a través de aplicaciones OTT. Dado que los operadores perderían importantes ingresos, ya que la voz, en ese momento, constituía un elemento importante de los ingresos. Para superar esto, GSMA estableció el estándar para la conectividad de voz como el esquema de Voz sobre LTE, VoLTE.

    VoLTE requirió la implementación de un núcleo IMS y esto ralentizó el despliegue de esta capacidad en vista del gasto. Para ayudar a los operadores a superar esto, se desarrolló una implementación limitada de IMS y esto redujo considerablemente el gasto de capital requerido por los operadores.

4G LTE se convirtió en la tecnología de comunicaciones móviles principal. Las tecnologías de primera y segunda generación se centraron en la voz y 3G luego se trasladaron a los datos móviles. 4G LTE mejoró los aspectos de datos móviles de las comunicaciones móviles, centrándose principalmente en este aspecto para permitir la conectividad de datos móviles en general.

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Ver el vídeo: LTE: Protocols (Octubre 2020).