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LTE:NUEVAS TENDENCIASEN COMUNICACIONESMVILESAUTORESRamn Agusti, Francisco Bernardo, Fernando Casadevall,Ramon Ferrs, Jordi Prez-Romero, Oriol SallentCoordinadorRamn Agusti ComesCatedrtico de UniversidadDepartamento de Teora de la Seal y Comunicaciones Universitat Politcnica de CatalunyaAutoresRamn Agusti ComesCatedrtico de UniversidadDepartamento de Teora de la Seal y Comunicaciones Universitat Politcnica de CatalunyaFrancisco Bernardo lvarezIngeniero de TelecomunicacinDepartamento de Teora de la Seal y Comunicaciones Universitat Politcnica de CatalunyaFernando Casadevall PalacioCatedrtico de UniversidadDepartamento de Teora de la Seal y Comunicaciones Universitat Politcnica de CatalunyaRamn Ferrs FerrProfesor Titular de UniversidadDepartamento de Teora de la Seal y Comunicaciones Universitat Politcnica de CatalunyaJordi Prez RomeroProfesor Titular de UniversidadDepartamento de Teora de la Seal y Comunicaciones Universitat Politcnica de CatalunyaOriol Sallent RoigProfesor Titular de UniversidadDepartamento de Teora de la Seal y Comunicaciones Universitat Politcnica de CatalunyaEdita: Fundacin Vodafone EspaaISBN: 84-934740-4-5D.L: M-34503-2010 Copyright 2010. Fundacin Vodafone Espaa.Queda prohibida cualquier reproduccin total o parcial de este libro y del CD-Rom, almacenamiento en un sistema informtico o transmisin en cualquier forma o por cualquier medio (electrnico, fotocopia y otros mtodos).PRLOGOLa Fundacin Vodafone Espaa siempre ha tenido una especial preocupacin por potenciar el conocimiento sobre los fundamentos tecnolgicos de la telefona mvil en nuestras universidades y el sector especializado que desee ponerse al da con rigor, en una tecnologa compleja que ha devenido, mediante un progreso tecnocientco continuado y de intensidad creciente, en utensilio imprescindible para el trabajo y las relaciones que desarrollan la mayor parte de los ciudadanos. El objetivo ha sido claro, la tecnologa que en la actualidad soporta la comunicacin ms utilizada hoy, no es balad. Se fundamenta en un sustrato terico que, a gran velocidad, va ofreciendo desde la investigacin, el desarrollo y la innovacin, soluciones crecientemente integradoras, crecientemente exibles y verstiles.En 1999 la entonces Fundacin Airtel Mvil, hoy Fundacin Vodafone Espaa, comenz una serie de publicaciones en el sentido indicado que han continuado hasta el presente. En aquel ao, presentamos una obra pionera y bsica, Primeros Pasos de la Telecomunicacin, del Profesor Sebastin Oliv que recoga las lecciones y conferencias que desde la Ctedra Airtel se impartieron en el curso 1997-1998. En ella se ofreca una completa descripcin del proceso de avance de las telecomunicaciones en Espaa.Ese mismo ao de 1999 publicbamos Comunicaciones Mviles GSM, bajo la coordinacin del Profesor Jos Mara Hernando Rbanos, Catedrtico de la Universidad Politcnica de Madrid, primera obra en espaol que ofreca una completa descripcin del sistema GSM as como de sus avances desde su lanzamiento. Esa obra fue fundamental y de referencia en el mundo por entonces todava emergente de las comunicaciones mviles. Ofreca junto a una elevada claridad y extensin didctica, una potente herramienta de inmersin en una tecnologa que surga con fuerza en el panorama tcnico, econmico y social espaol. Colaboraron en ella un conjunto de jvenes profesores y tecnlogos.En el ao 2002, el profesor Miguel Calvo Ramn, as mismo Catedrtico de la UPM, presentaba la obra que llevaba por ttulo Sistemas de Comunicaciones Mviles de Tercera Generacin IMT-2OOO (UMTS) editada por la Fundacin Vodafone Espaa, que cont con un numeroso grupo de colaboradores, varios de ellos ingenieros de esta Fundacin.En el ao 2004 vio la luz una nueva publicacin. Esta vez coordinada por el Profesor Ramn Agust, Catedrtico de la Universidad Politcnica de Catalua, Director del Master de Comunicaciones Mviles que se ha venido impartiendo en Barcelona durante catorce aos, y muy prximo a nuestra Fundacin. Ya por entonces los servicios basados en los sistemas de comunicaciones 3G eran una realidad. Ramn Agust y sus colaboradores nos propusieron ordenar el conocimiento sobre el tema, sistematizarlo y transformarlo, mediante un libro, en un elemento referencial y didctico de primer nivel. As se planic est obra que recopilaba las ltimas actualizaciones del sistema UMTS y aparecieron, con la colaboracin de los profesores lvarez-Campana y Sallent, los Elementos de arquitectura y gestin de recursos en redes UMTS, un hito pedaggico y de consulta para los profesionales interesados en profundizar sus conocimientos en temas relativos al diseo y arquitectura de estas redes. Nuevamente, nuestro entraable amigo el Profesor Agust hace un valioso regalo a la comunidad cientca y tecnolgica: un libro de anticipacin sobre el futuro de la telefona mvil. Segn nos anuncia el autor en su prlogo, estamos en los albores de una nueva generacin de comunicaciones mviles, la cuarta generacin o 4G, de la que el sistema LTE (Long Term Evolution) puede considerarse el primer eslabn en una supuesta trayectoria evolutiva que debe culminar con el LTE-Advanced.Ciertamente, la industria, los operadores de telefona y los usuarios aguardan, con inters creciente, que se puedan eliminar denitivamente las barreras que todava impedan la consecucin plena de una movilidad con capacidad multimedia. Y en la implementacin de la LTE reside la mayor esperanza de que ello sea posible.Esto equivaldra a armar en palabras del propio Agust que con la aparicin de LTE los usuarios que lo deseen ya no tendrn que verse penalizados en su capacidad de comunicacin por el hecho de ser mviles en lugar de jos. Y esta cuestin, por muchas razones que a los lectores de este libro no pueden serles indiferentes, es un asunto importante.Escribir sobre este nuevo libro del Profesor Agust, nos ha dado la posibilidad de narrar la aparicin de un conjunto de publicaciones rigurosas sobre comunicacin mvil, hecho que ha constituido y constituye uno de sus ms preciados signos de identidad tecnocientca de nuestra Fundacin. Hablar en este pas de Agust, es en muchos aspectos relatar, tecnolgicamente y sin concesiones a lo fcil, la evolucin de la telefona mvil en Espaa.En el libro que hoy nos honramos en prologar desde la Fundacin Vodafone, LTE: nuevas tendencias en comunicaciones mviles, Ramn Agust ha coordinado un selecto grupo de autores entre los que gura l mismo junto a Francisco Bernardo, Fernando Casadevall, Ramon Ferrs, Jordi Prez-Romero yOriol Sallent.Como Ramn dice en su prlogo introductorio y sencillo: Nuestra pretensin ha sido aunar por una parte el rigor expositivo que un sistema estandarizado como LTE requiere con la pedagoga necesaria para una correcta comprensin de sus principios bsicos, pedagoga de la que desgraciadamente carecen las especicaciones tcnicas que emanan de los estndares. Y creemos que lo han logrado con creces.A todos los autores, al Profesor Jos M Hernando (quien ha realizado la revisin nal del proyecto) y en especial al Profesor Agust, recin nombrado acadmico de la Real Academia de Ingeniera, muchas gracias y nuestra ms sincera enhorabuena por el magnco trabajo realizado, primero que edita desde esta nueva y merecida silla.Y a las personas de la Fundacin Vodafone Espaa, que esta publicacin y en otras anteriores han trabajado intensamente para hacerlas realidad, nuestro expreso reconocimiento por su valioso trabajo. Francisco Romn Jos Luis Ripoll Presidente Presidente VODAFONE Espaa Fundacin Vodafone EspaaINTRODUCCINDespus de ya casi dos dcadas de prcticamente ininterrumpido crecimiento de las co-municaciones mviles, primero de la mano de GSM y ltimamente con el despliegue denitivo de UMTS, estamos en los albores de una nueva generacin de comunicaciones mviles, la cuarta generacin o 4G, de la que el sistema LTE (Long Term Evolution), cuya primera espe-cicacin fue concluida por 3GPP a nales de 2008, puede considerarse el primer eslabn en una supuesta trayectoria evolutiva que debe culminar con el LTE-Advanced. Son muchas las variantes que LTE introduce en relacin a sistemas de comunicaciones mviles previos y que tendremos ocasin de tratar en este libro, sin embargo dos aspectos relevantes que cabra destacar son que en LTE, por primera vez, todos los servicios, incluida la voz, se soportan sobre el protocolo IP (Internet Protocol), y que las velocidades de pico de la in-terfaz radio se sitan dentro del rango de 100 Mb/s y 1Gb/s, ampliamente superiores a las con-seguidas en los sistemas predecesores. Se espera que con LTE se puedan romper nalmente y denitivamente las barreras que todava impedan la consecucin plena de una movilidad con capacidad multimedia. Lo que sera equivalente a armar que con la aparicin de LTE los usuarios que lo deseen ya no tendrn que verse penalizados en su capacidad de comunicacin por el hecho de ser mviles en lugar de jos. A la vista de lo anterior, este libro pretende sentar las bases de los principios en los que se sustenta el sistema LTE. Nuestra pretensin ha sido aunar por una parte el rigor expositivo que un sistema estandarizado como LTE requiere con la pedagoga necesaria para una correcta comprensin de sus principios bsicos, pedagoga de la que desgraciadamente carecen las es-pecicaciones tcnicas que emanan de los estndares. Con esta nalidad hemos estructurado el libro en los siete captulos que se introducen a continuacin.En el Capitulo 1: Acceso radio mvil: visin perspectiva y prospectiva, se despliega, a modo de captulo introductorio, el contexto dentro del que el sistema LTE debe inmiscuirse. Aspectos tecnolgicos de base se alternan con otros correspondientes al entorno regulatorio, del que la gestin del espectro es su principal exponente, o de estandarizacin dentro del que se ha gestado el sistema. Se pretende que en denitiva al sistema LTE se le vea un acomodo natural dentro del ecosistema tecnolgico en el que deber desenvolverse, tanto desde un punto de perspectiva del mismo como de prospectiva hacia nuevos paradigmas que estn emergiendo, y que el sistema LTE va a acabar usando en mayor o menor medida.En el Captulo 2: Arquitectura del sistema LTE, se proporciona una visin global de la es-tructura de un sistema LTE mediante una aproximacin que arranca con descripciones gen-ricas de las arquitecturas de los sistemas celulares , en especial de los sistemas desarrollados en el 3GPP. Esta aproximacin permite una mejor comprensin del sistema LTE al hacer explci-tos sus orgenes, a la vez que proporciona una diferenciacin clara del mbito que cubre LTE en relacin con los sistemas precedentes. Sobre esta base, se van desmenuzando posteriormen-te los elementos constituyentes tanto de la red de acceso como del nucleo de red del sistema LTE, haciendo especial hincapi en las funciones que abarcan cada uno de los nodos de la red, sus interfaces y los principales protocolos sobre los que se sustentan dichas interfaces.En el Captulo 3: Marco de gestin de sesiones, movilidad y seguridad en LTE, una vez introducidos los elementos de la arquitectura de LTE en el Captulo anterior, se describe su operativa en cuanto a la gestin de sesiones, movilidad y seguridad, todas ellas funcionali-dades bsicas de cualquier sistema celular. Se procede entonces a una descripcin de los conceptos inherentes a cada una de las citadas funcionalidades, incluyendo aspectos tales como el modelo de provisin de servicios de conectividad IP con control de QoS que ofrece LTE en lo que lo que respecta a la gestin de sesiones, los principios de funcionamiento de la localizacin y el handover en lo que respecta a la gestin de movilidad y los servicios de control de acceso y condencialidad soportados por LTE en lo que respecta a seguridad. Adems de la descripcin del planteamiento adoptado en LTE para sustentar dichas funcio-nes, se incluye tambin una descripcin de los principales procedimientos o mecanismos nales de ejecucin. En el Captulo 4: Tecnologas de nivel fsico, se desarrollan de modo autocontenido los principios bsicos de las tecnologas de transmisin OFDM y MIMO contempladas en LTE. Se introducen primero los fundamentos y motivaciones del esquema de modulacin OFDM, en tanto que presente en las tcnicas de acceso mltiple OFDMA y SC-FDMA, usadas en LTE en el enlace descendente y ascendente respectivamente, y que se describen a continuacin. Se hace especial hincapi tambin en las estrategias multi-antena MIMO que, si bien no son es-pecicas de LTE, en este sistema han encontrado terreno abonado para su explotacin. Se termina el Captulo con la descripcin de las estructuras conjuntas de transmisin y recepcin OFDMA con mltiples antenas.En el Captulo 5: Interfaz radio del sistema LTE, se describen los ingredientes bsicos de la interfaz aire contemplados en la primera especicacin del sistema. Tomando como punto de partida la torre de protocolos de la interfaz aire, en lo que respecta al plano de control y plano de usuario, se van desmenuzando las distintas capas, funciones, servicios portadores, canales lgicos, canales de transporte y canales fsicos con las consiguientes estructuras de tramas y seales de sincronizacin. Todo lo anterior aplica tanto al enlace ascendente como descendente. El captulo naliza con la descripcin de los principales procedimientos propios de la operativa de la interfaz radio. En el Captulo 6: Gestin de recursos radio y del espectro radioelctrico, se describen el conjunto de funciones y mecanismos encaminados a permitir un mximo aprovechamiento de los recursos espectrales y de potencia disponibles en LTE, limitados por naturaleza, de ma-nera que se garantice un determinado valor de los parametros de calidad o QoS establecidos. En este contexto cobra especial relevancia la apropiada gestin del control de admisin y con-gestin, de las interferencias intercelulares, del scheduling de paquetes, de la movilidad, del balanceo de carga, del control de potencia y la transmision discontinua. Tambin se detalla a lo largo del Captulo propuestas de algoritmos de gestin de recursos radio, ya que, an no siendo objeto de estandarizacin, tienen una especial relevancia en el correcto funcionamien-to del sistema. Por ltimo, se describe la capacidad inherente que ofrece el sistema LTE para soportar una gestin exible del espectro asignado. En el Captulo 7: Redes heterogneas, se aborda un escenario real donde los sistemas LTE se deben interconectar con otra multiplicidad de sistemas, algunos de ellos estandarizados tambin por el 3GPP como sucede con GSM y UMTS, pero no necesariamente en otros casos como las redes CDMA2000, WiMAX o WLAN. Para ello se introducen primero unos fundamen-tos de interworking entre redes que nos permiten abstraernos de las redes concretas a in-terconectar. En este sentido se destacan primero los aspectos de escenarios y arquitecturas genricas, terminales multimodo, los distintos niveles de interconexin, handover y meca-nismos de optimizacin entre distintos sistemas, para posteriormente detallar ya de manera especca la interconexin de redes LTE con UMTS y GSM as como con redes no 3GPP.Los AutoresINDICECAPITULO 11 Acceso radio mvil: visin perspectiva y prospectiva ................................................................. 211.1 Introduccin ...................................................................................................................................... 211.2 Principios de evolucin y expansin ....................................................................................... 231.2.1 Despliegue .............................................................................................................................. 251.2.2 Espectro radioeltrico ........................................................................................................ 32 1.2.3 Tecnologa y eciencia espectral ................................................................................... 391.3 Estandarizacin................................................................................................................................ 461.3.1 LTE............................................................................................................................................... 461.3.2 LTE Advanced ......................................................................................................................... 481.4 Referencias bibliogrcas ............................................................................................................ 50 CAPITULO 22 Arquitectura del sistema LTE ............................................................................................................... 552.1 Introduccin .............................................................................................................................. 552.2 Arquitectura genrica de los sistemas celulares ......................................................... 562.3 Arquitectura general de los sistemas 3GPP .................................................................. 582.4 Arquitectura del sistema LTE ............................................................................................... 602.5 Red de acceso evolucionada: E-UTRAN .......................................................................... 622.5.1 Arquitectura de E-UTRAN ........................................................................................... 622.5.2 Entidades de red e interfaces ................................................................................... 642.5.3 Protocolos.......................................................................................................................... 702.5.4 Comparativa E-UTRAN y UTRAN .............................................................................. 762.6 Red troncal de paquetes evolucionada: EPC ................................................................ 782.6.1 Arquitectura de EPC ...................................................................................................... 782.6.2 Entidades de red e interfaces ................................................................................... 822.6.3 Protocolos......................................................................................................................... 892.6.4 Conguraciones de la red EPC ................................................................................. 982.6.5 Soporte de itinerancia (roaming) .......................................................................... 1002.7 IP Multimedia Subsystem (IMS) ........................................................................................ 1032.8 Equipos de usuario................................................................................................................. 1072.9 Referencias bibliogrcas ................................................................................................... 109CAPITULO 33 Marco de gestin de sesiones, movilidad y seguridad en LTE ............................................... 1153.1 Introduccin ..............................................................................................................................1153.2 Gestin de sesiones ...............................................................................................................1153.2.1 Servicio de conectividad IP: conexiones PDN ...................................................1153.2.2 Servicio portador EPS .................................................................................................1183.2.3 Modelo de QoS ..............................................................................................................1213.2.4 Control del servicio de conectividad: sistema PCC .........................................1263.2.5 Procedimientos de gestin de sesiones .............................................................1323.3 Gestin de movilidad .............................................................................................................1463.3.1 Marco de gestin de movilidad ...............................................................................1473.3.2 Gestin de la localizacin .........................................................................................1503.3.3 Mecanismo de handover ...........................................................................................1513.3.4 Procedimientos de gestin de movilidad ...........................................................1533.4 Gestin de seguridad .............................................................................................................1613.4.1 Marco general de seguridad .....................................................................................1623.4.2 Seguridad de acceso a la red....................................................................................1653.4.3 Seguridad en la infraestructura de red.................................................................1683.4.4 Procedimientos de gestin de seguridad ...........................................................1713.5 Referencias bibliogrcas ................................................................................................173CAPITULO 44 Tecnologas de nivel fsico ....................................................................................................................1774.1 Fundamentos de OFDM ........................................................................................................1774.1.1 Esquemas de modulacin y demodulacin ......................................................1794.1.2 Efecto de la dispersin del canal: concepto de prejo cclico ...................1834.2 OFDMA como tcnica de acceso mltiple para el enlace descendente ..........1904.2.1 Procedimientos de RRM asociados a OFDMA ...................................................1934.2.2 Sistemas celulares OFDMA .......................................................................................1974.2.3 Parmetros de OFDMA empleados por LTE ....................................................... 2004.3 SC-FDMA como tcnica de acceso mltiple para el enlace ascendente ........ 2024.3.1 Motivacin ...................................................................................................................... 2024.3.2 Esquemas de transmisin y recepcin SC-FDMA ........................................... 2044.3.3 Procedimientos de RRM asociados a SC-FDMA ................................................2104.3.4 Parmetros de SC-FDMA empleados por LTE ................................................... 2104.4 Estructuras con varias antenas ......................................................................................... 2114.4.1 Caracterizacin de las estructuras MIMO .......................................................... 2154.4.2 Formulacin de las Estructuras MIMO ................................................................ 2154.4.3 Capacidad de las Estructuras MIMO ..................................................................... 2194.4.4 Precodicacin ............................................................................................................. 2224.4.5 MIMO multiusuario (MU MIMO).............................................................................. 2274.4.6 Comparativa entre estructuras MIMO y MU MIMO ......................................... 2314.5 Estructuras de transmisin y recepcin OFDMA con mltiples antenas ......... 2314.6 Referencias bibliogrcas ................................................................................................... 235Anexo 4.1. Notacin de seales complejas ......................................................................... 237CAPITULO 55 Interfaz Radio del sistema LTE ........................................................................................................... 2415.1 Divisin funcional y Pila de protocolos ......................................................................... 2425.2 Radio Resource Control (RRC) ...........................................................................................2445.3 Packet Dependence Convergence Protocol (PDCP): Funcionalidades Principales .................................................................................................................................. 2465.4 Capa RLC-MAC ......................................................................................................................... 2465.4.1 Funcionalidades relevantes de la sub-capa RLC ............................................. 2465.4.2 Funcionalidades relevantes de la sub-capa MAC.............................................2485.5 Capa Fsica ................................................................................................................................. 2515.5.1 Concepto de bloque de recursos fsicos (Physical Resource Block) ....... 2525.5.2 Estructura de trama .................................................................................................... 2545.5.3 Enlace Descendente .................................................................................................. 2565.5.4 Enlace Ascendente ..................................................................................................... 2735.6 Mapeo entre canales Fsicos, de Transporte y Lgicos ........................................... 2885.7 Categoras de terminales mviles en LTE ..................................................................... 2905.8 Procedimientos bsicos asociados a la interfaz aire ................................................ 2925.8.1 Procedimiento de sincronizacin y adquisicin inicial de parmetros . 2925.8.2 Procedimiento de acceso aleatorio ......................................................................2945.8.3 Mecanismo de aviso (Paging) ................................................................................. 2975.8.4 Mecanismo de establecimiento del servicio portador radio .................... 2985.8.5 Mecanismo de Informacin del estado del canal (CQI-Reporting) ..........3015.9 Referencias bibliogrcas ................................................................................................... 303Anexo 5.1. Secuencias utilizadas en la interfaz aire LTE ................................................ 305I.1 Secuencias de ZadoffChu ........................................................................................... 305I.2 Cdigos de Walsh-Hadamard ....................................................................................... 307I.3 Secuencias de mxima longitud (m-sequences) ................................................. 309I4.- Cdigos de Gold ................................................................................................................311Anexo 5.2.- Sistema de Informacin en la interfaz aire LTE ...........................................313Anexo 5.3.- Mecanismos de Retransmisin Hbrida (HARQ mechanisms) ............. 315III.1 Redundancy Version (RV)................................................................................................... 317Anexo 5.4. Servicio Multicast and Broadcast (MBMS) ..................................................... 319Anexo 5,5. Mecanismos de seguridad en la interfaz aire ............................................... 322CAPITULO 66 Gestin de Recursos Radio y del Espectro Radioelctrico ..................................................... 3276.1 Introduccin ............................................................................................................................. 3276.2 Control de admisin radio................................................................................................... 3306.3 Control de servicios portadores radio ............................................................................ 3316.4 Scheduling de paquetes ..................................................................................................... 3326.4.1 Informacin de estado del canal ........................................................................... 3356.4.2 Informacin de estado del buffer ......................................................................... 3366.4.3 Informacin de disponibilidad de potencia .......................................................3376.4.4 Adaptacin dinmica del enlace ........................................................................... 3386.4.5 Estrategias de scheduling .........................................................................................3406.4.6 Scheduling semi-persistente .................................................................................. 3436.5 Inter-Cell Interference Coordination .............................................................................. 3436.5.1 Indicadores de interferencia y estrategias ICIC en downlink ..................... 3466.5.2 Indicadores de interferencia y estrategias ICIC en uplink ........................... 3486.5.3 Otras tcnicas de mitigacin de interferencia intercelular ........................ 3486.6 Control de la movilidad ........................................................................................................ 3486.6.1 Etapas para la ejecucin de estrategias RRM de movilidad. .......................3506.6.2 Estrategias de reseleccin de celda ..................................................................... 3526.6.3 Estrategias de handover ............................................................................................3546.7 Balanceo de carga .................................................................................................................. 3576.8 Control de potencia ............................................................................................................... 3586.8.1 Control de potencia para el PUCCH ..................................................................... 3596.8.2 Control de potencia para el PUSCH ..................................................................... 3606.9 Recepcin discontinua ........................................................................................................ 3616.10 Gestin exible del espectro .......................................................................................... 3646.10.1 Flexibilidad en la banda de despliegue ........................................................... 3646.10.2 Flexibilidad en el ancho de banda en uso ...................................................... 3656.10.3 Asignacin dinmica de espectro ..................................................................... 3666.11 Referencias bibliogrcas ............................................................................................... 367CAPITULO 77 Redes Heterogneas .............................................................................................................................. 3737.1 Generalidades ...................................................................................................................... 3737.2 Fundamentos de las soluciones de interworking ..................................................... 3747.2.1 Escenario de referencia ............................................................................................. 3747.2.2 Arquitectura genrica de las redes de acceso ..................................................3767.2.3 Terminales multimodo ...............................................................................................3787.2.4 Niveles de interworking ............................................................................................ 3807.2.5 Mecanismos de interworking ................................................................................. 3817.3 Interworking entre LTE y otras redes 3GPP .................................................................. 3887.3.1 Marco general ............................................................................................................... 3887.3.2 Interworking mediante interfaces propias del sistema GPRS ....................3907.3.3 Interworking mediante nuevos interfaces entre GPRS y EPC ................... 3937.3.4 Movilidad entre redes de acceso 3GPP ............................................................... 3957.3.5 Soluciones de interworking para los servicios de voz .................................. 4017.4 Interworking entre LTE y otras redes no 3GPP ........................................................... 4047.4.1 Marco general ............................................................................................................... 4047.4.2 Solucin genrica para redes Trusted ................................................................. 4087.4.3 Solucin genrica para redes Untrusted ........................................................... 4157.4.4 Movilidad entre sistemas .......................................................................................... 4207.4.5 Solucin de interworking para redes CDMA2000 .......................................... 4257.5 Referencias Bibliogrcas ................................................................................................... 429IACCESO RADIO MVIL:VISIN PERSPECTIVA Y PROSPECTIVAACCESO RADIO MVIL: VISIN PERSPECTIVA Y PROSPECTIVA211 Acceso radio mvil: visin perspectiva y prospectiva1.1 IntroduccinEl sector de las comunicaciones mviles celulares ha mostrado un gran dinamismo en las dos ltimas dcadas. Los inicios de la dcada de los 1990 vinieron marcados por el crecimien-to exponencial de usuarios de voz al amparo de un entorno cada vez ms competitivo y con predominancia de la tecnologa GSM como estndar de facto a nivel mundial. Posteriormen-te, y contrariamente a lo que pronosticaban muchos estudios de mercado, la madurez alcan-zada en el servicio de voz no se vio relevada por los servicios de datos en los primeros aos de los 2000 de la mano del cambio tecnolgico asociado a la implantacin del acceso radio WCDMA de UMTS. A nivel global, la principal competencia de UMTS es cdma2000, emanado del 3GPP2, tal y como se ilustra en la Figura 1-1. La clara necesidad de mayores velocidades de transmisin de datos como condicin necesaria para el eventual despegue de estos ser-vicios encuentra respuesta en la tecnologa HSPA, y equivalentemente EV-DO en el contexto 3GPP2, elementos a la postre facilitadores del crecimiento exponencial del trco de datos observado desde 2007, junto con la generalizacin de las tarifas planas para el acceso a In-ternet mvil. El camino apuntado por el 3GPP para cubrir las necesidades tecnolgicas en el horizonte 2010-2020 tiene a LTE como mximo exponente. La predominancia de LTE supone el n del camino paralelo del 3GPP2, que abandona el desarrollo de UMB, equivalente a LTE. El contrapunto competitivo para LTE intenta impulsarse desde IEEE con WiMAX 802.16e y posteriormente 802.16m, como solucin propiamente IMT-Advanced (sistema 4G), al igual que la propuesta LTE-Advanced por parte del 3GPP. Figura 1-1 Panormica de sistemas mviles celulares 3G/4GLa evolucin tecnolgica ilustrada en la Figura 1-1 reeja, sin duda, la existencia de un mercado altamente dinmico, que requiere de una elevada capacidad de adaptacin y an-UMTS HSPA HSPA+LTEcdma2000 EV-D0LTE-A802.16e 802.16m3GPP3GPP2IEEELTE Y NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MVILES22ticipacin para satisfacer las necesidades de los usuarios as como para hacer frente a los competidores, en un entorno marcado tambin por la evolucin de los modelos de negocio, la aparicin de nuevos agentes o la modicacin del papel jugado por agentes ya presentes. En este sentido, la Figura 1-2 ilustra uno de los principales paradigmas observados en los lti-mos tiempos. En efecto, mientras que el incremento del trco de voz supone un incremento de los ingresos del operador al facturarse por establecimiento de llamada y tiempo de ocu-pacin de los recursos del sistema, en el caso del trco de datos se produce un desacoplo entre ambos, asociado a la adopcin de tarifas planas. Por otra parte, tal y como se ilustra en la Figura 1-3, el coste del despliegue y operacin de las redes de comunicaciones mviles con la tecnologa actual guarda cierta proporcionalidad con el volumen de trco a cursar si se pretende ofrecer una QoS adecuada, de manera que para preservar un cierto margen de benecio es necesario reducir diferentes componentes de la estructura de costes, lo que constituye una de las principales motivaciones para el desarrollo de un sistema como LTE.Figura 1-2 Paradigma de la evolucin del mercado de comunicaciones mvilesFigura 1-3 Relacin del coste de la red con el volumen de trcoTrficoIngresosCoste de la red(tecnologa actual)Coste de la r(LTE)T fi TrficoDesacoplo Trfico/Ingresos Desacoplo Trfico/IngresosDominio voz Dominio vozIngresos gDominio datos Dominio datostiempo tiempoACCESO RADIO MVIL: VISIN PERSPECTIVA Y PROSPECTIVA23Con el n de proporcionar un primer posicionamiento de la tecnologa LTE, ncleo de este libro, en un contexto ms amplio en el mbito de los sistemas mviles, este Captulo preten-de describir los principales ingredientes que estn involucrados en el proceso de evolucin y expansin de las redes de comunicaciones mviles. Como se ver a lo largo de este Captulo, una visin perspectiva permite ya identicar algunos de estos ingredientes en las tecnologas actualmente en uso, de manera que puede decirse que LTE recoge la evolucin de ciertos conceptos bien establecidos y consolidados. Adems, la propia evolucin tecnolgica conlle-va la aparicin de nuevos fundamentos tecnolgicos cuya implantacin resulta viable en el horizonte temporal en que se desarrolla LTE. As pues, puede decirse que LTE como sistema estndar de comunicaciones mviles conjuga evolucin y revolucin tecnolgica, tal y como se describir con mayor nivel de detalle en los Captulos posteriores. Por otra parte, y en una visin prospectiva, se identica tambin que el posicionamiento nal de LTE depender tam-bin de factores no tecnolgicos. Finalmente, este Captulo describe los aspectos asociados al proceso de estandarizacin de LTE as como LTE-Advanced. 1.2 Principios de evolucin y expansinDesde la perspectiva de un usuario de un sistema de comunicaciones mviles, ste con-trata el acceso a una serie de servicios, con capacidad de movilidad y sobre una cierta exten-sin geogrca, a los que asocia un cierto nivel de calidad a nivel cualitativo y/o cuantitativo. Desde la perspectiva del operador de la red, ste debe realizar un ejercicio de dimensionado de red con el n de satisfacer la demanda agregada del conjunto de usuarios del sistema. A modo ilustrativo, considrese una densidad de usuarios U [usuarios/Km2], cada uno de ellos generando en trminos medio un trco T [bits/s/usuario]. Para satisfacer esta deman-da, considrese que el operador tiene asignado a una estacin base dada un ancho de banda B [Hz], que pretende explotar mediante una tecnologa caracterizada por una cierta eciencia espectral E [bits/s/Hz]. Considrese que una estacin base tiene capacidad para cubrir una supercie S [Km2]. As, la capacidad desplegada por el operador es BE/S [bits/s/Km2]. El di-mensionado adecuado corresponde al caso en que la capacidad desplegada por el operador permite cubrir la demanda de trco de los usuarios, esto es, cuando BE/S= UT. A partir de la igualdad anterior, se desprende que el aumento de la demanda (por la incor-poracin de un mayor nmero de usuarios aumenta U y/o por el aumento en el uso de las comunicaciones mviles por ejemplo con la incorporacin de nuevos servicios aumenta T) requiere de una respuesta por parte del operador para satisfacer dicha demanda. El equilibrio podra restablecerse: Aumentando B, esto es, accediendo a una mayor cantidad de espectro radioelctrico. Aumentando E, esto es, utilizando una tecnologa espectralmente ms eciente. Reduciendo S, esto es, desplegando una mayor nmero de estaciones base para redu-cir la supercie cubierta por cada una de ellas.LTE Y NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MVILES24La opcin ms factible en el corto plazo es reducir S, ya que el aumento de B tiene laten-cias de orden de magnitud de aos debido al impacto regulatorio y el aumento de E tiene en muchos casos impacto a nivel de estandarizacin, cuyas latencias tambin son del orden de magnitud de aos. No obstante, la movilidad de los usuarios termina por imponer un l-mite en el tamao mnimo que puede tener una clula, como se ver con ms detalle en el apartado 1.2.1. En esta situacin, se dira que la red mvil ha llegado a su lmite de capacidad, y los incrementos de demanda deberan satisfacerse a travs de cambios regulatorios que permitieran la asignacin de mayor cantidad de espectro (aumentar B) y/o el desarrollo y despliegue de nuevas tecnologas que permitieran mejorar la eciencia espectral ofrecida por las existentes (aumentar E).Si bien la componente tecnolgica, como es el diseo de la interfaz radio en general y de la capa fsica en particular, suele ser el aspecto ms llamativo y al que se le otorga ms es-pectacularidad asociado a la implantacin de cada nueva generacin de sistemas de comu-nicaciones mviles, es en realidad la estrategia de despliegue de la red la que proporciona al operador el mayor grado de exibilidad y la mayor potencialidad en la provisin de aumento de capacidad en la red. En efecto: Respecto a la disponibilidad de espectro, partiendo de los 50 MHz iniciales asignados para GSM en la banda de 900 MHz, se aadieron 150 MHz en la banda 1800 MHz y posteriormente 155 MHz en la banda 2100 MHz con la llegada de UMTS. Es decir, en aproximadamente una dcada se ha conseguido ampliar en un factor aproximadamen-te 6 la banda disponible. Estableciendo ahora la referencia en los aproximadamente 350 MHz disponibles en 2G/3G, el factor de expansin esperable, puramente en el sentido de aumento de banda disponible para los sistemas de comunicaciones mvi-les, es limitado (digamos, un factor del orden de 2 en el mejor de los casos). As, en la componente espectral, las mejoras deben incentivarse a partir de nuevos modelos que conlleven un uso ms eciente del espectro, superando la perspectiva de disponer propiamente de mayor cantidad de espectro. Respecto a la evolucin de la eciencia espectral de pico asociada a la tecnologa, si tomamos como referencia GSM (9.6 Kbit/s sobre una banda de 200 KHz, esto es, 0.05 bits/s/Hz asociados a un usuario), el paso a UMTS R99 supone un salto hasta 0.4 bits/s/Hz (2 Mbps sobre 5 MHz), mientras que HSDPA proporciona 3 bits/s/Hz (14 Mbit/s en 5 MHz). Esto es, respecto a la tecnologa que hoy en da tenemos operativa y que reeja una evolucin tecnolgica de unos 15 aos, se ha introducido un factor de mejora del orden de 60. Estableciendo ahora la referencia en HSDPA, el salto esperable asociado a LTE puede llevar a eciencias de pico del orden de 5 bits/s/Hz (para el caso 100 Mbit/s sobre 20 MHz) que puede ampliarse a un valor prximo a 16 si se considera MIMO 4x4. Es decir, con respecto a HSDPA, que presenta ya un diseo del enlace radio signicativamente sosticado y eciente, el factor de mejora esperable con LTE estara en el rango 2-5 aproximadamente, conseguible mayormente gracias a la introduccin de MIMO. Cabe mencionar, no obstante, que la discusin en trminos de eciencia ACCESO RADIO MVIL: VISIN PERSPECTIVA Y PROSPECTIVA25espectral de pico no debe tomarse de manera dogmtica, ya que en la prctica el usua-rio no experimenta las prestaciones asociadas a la eciencia espectral de pico sino la eciencia espectral media. Respecto al tamao de las clulas, citar que en el Reino Unido (con una supercie del orden de 250,000 Km2 y una poblacin de unos 60 millones de habitantes) estn desplegadas en 2009, segn la aplicacin Sitender de Ofcom, del orden de 52,000 estaciones base. La capacidad de expansin en este sentido, particularmente consi-derando el despliegue de femtoclulas, es ciertamente signicativa. Por ejemplo, al-gunas previsiones efectuadas en 2006 [1] pronostican 102 millones de usuarios de femtoclulas sobre 32 millones de puntos de acceso en todo el mundo para 2011. A partir de estos primeros conceptos bsicos, en este Captulo se elaboran los principios de expansin de la red de acceso radio con el n de proporcionar una visin panormica de la evolucin de los sistemas de comunicaciones mviles, arrancando en los sistemas 2G y pasando por los sistemas 3G hasta llegar a LTE, ncleo del presente libro, y las puertas de los sistemas 4G. Segn lo comentado anteriormente, el operador de red mvil puede expandir la capacidad de la red a travs del despliegue de un mayor nmero de estaciones base, la disponibilidad de mayor cantidad de espectro o el uso de una tecnologa ms avanzada. La variable preferi-da a atacar depender tanto de la viabilidad y exibilidad que ofrezcan cada una de ellas as como de consideraciones econmicas al respecto de las mismas. Por ejemplo, si un operador pudiera acceder a mayor cantidad de espectro con un coste de las licencias bajo, sta podra resultar sin duda la opcin ms atractiva para el operador. Por el contrario, si resultara que el coste de las licencias para la operacin en nuevas bandas frecuenciales fuera muy elevado, podra resultarle ms interesante explotar una nueva tecnologa sobre las bandas que ya tu-viera asignadas, siempre que la regulacin lo permitiera. 1.2.1 DespliegueEn trminos de despliegue de red, un aumento progresivo de la demanda se cubre con un aumento progresivo de estaciones base. De manera simplicada, podra decirse que, para unos valores de U [usuarios/Km2], T [bits/s/usuario], B [Hz] y E [bits/s/Hz] dados, el rea de cobertura de una clula debera ser S=(BE)/(UT) [Km2]. Antes de pasar a identicar diferentes compo-nentes asociadas al despliegue que se espera jueguen un papel relevante en el contexto de LTE, conviene destacar a continuacin el compromiso existente entre cobertura y velocidad de transmisin as como el impacto de la movilidad como elemento limitativo del despliegue. El compromiso entre cobertura y velocidad de transmisinLa teora de Shannon [2] establece la capacidad mxima que puede obtenerse en la trans-misin desde un elemento transmisor hasta otro receptor a travs de un canal de comunica-ciones afectado por ruido gaussiano: LTE Y NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MVILES26 donde B es el ancho de banda y P/N la relacin seal a ruido. A su vez, la potencia de seal recibida P se relaciona con la energa del bit Eb a travs de la velocidad de transmisin Rb, mientras que la potencia de ruido N se relaciona con la densidad espectral No a travs del ancho de banda B. Por otra parte, la potencia recibida P resulta de la potencia empleada en el transmisor PT una vez ha sufrido las prdidas de propagacin L(d), que dependen de la distancia, d, existen-te entre transmisor y receptor: Combinando las expresiones anteriores y expresndolo directamente en escala logartmi-ca se obtiene: As pues, suponiendo una cierta densidad espectral de potencia de ruido dada No y una potencia disponible en el transmisor limitada PT , las prdidas mximas de propagacin tole-rables (y con ello el radio y correspondientemente la supercie cubierta por la clula S [Km2]) se reducen en mayor o menor medida segn el ancho de banda disponible B y la velocidad de transmisin Rb de acuerdo con el ltimo trmino de la expresin anterior. La movilidad como elemento limitativo en el despliegueSupngase un sistema celular regular con clulas de radio R [m]. A nivel ilustrativo [3], modelemos la distancia que recorre un mvil dentro de una clula como una variable alea-toria con distribucin uniforme en el intervalo [0, 2R]. El tiempo de permanencia en la clula, , si el mvil se desplaza a velocidad uniforme de v [m/s] ser tambin una variable aleatoria. Considerando adems que la duracin de una conexin, , puede modelarse como una varia-ble aleatoria exponencial de media D [s], la probabilidad de que un usuario deba efectuar un handover, Ph, a lo largo de la comunicacin vendra dada por [3]: donde se ha denido el factor de movilidad, , como =2R/(vD).La Figura 1-4 muestra esta funcin, indicando claramente que:2 2log 1 log 1 b bboE R PC B B RN N B| || |= + = + > | |\ .\ . ( )TbbPER L d= ( )/( )[ ] [ ] [ / ] 10log 2 1bR BT oL d dB P dBm N dBm Hz B ( s 2 //01 112 /R vDhP e d eR vt oto ( = = } (1.1)(1.3)(1.2)(1.4)ACCESO RADIO MVIL: VISIN PERSPECTIVA Y PROSPECTIVA271. Cuanto ms pequeas sean las clulas (menor R) ms probable ser que el usuario deba realizar un handover.2. Cuanto mayor sea la velocidad del mvil (mayor v) ms fprobable ser que el usuario deba realizar un handover.3. Cuanto ms larga sea la duracin media de las comunicaciones (mayor D) ms proba-ble ser que el usuario deba realizar un handover.Figura 1-4 Probabilidad de handover versus factor de movilidadEl nmero medio de handovers que efectuar una comunicacin, considerando llegadas de Poisson as como el caso ideal en que el sistema proporciona siempre continuidad a la comunicacin sera: Claramente, la expresin anterior indica que si Ph se aproxima a 1, entonces el nmero medio de handovers tiende a innito y el funcionamiento del sistema sera inviable. Esta si-tuacin se dara para valores del factor de movilidad tendiendo a 0. Para unas v y D dadas, a medida que se reduce el radio de la clula R aumenta la probabilidad de handover y se reduce el tiempo en que discurre un mvil bajo el rea de cobertura de una clula. Puesto que el proceso de sealizacin asociado al handover requiere de un cierto tiempo para su ejecu-cin adems de suponer una carga de sealizacin sobre la red, el aumento del nmero de procesos de handover y la reduccin del tiempo entre handovers consecutivos puede hacer inviable la operacin prctica de la red.Ph10 11(1 )1i hh h hi hPN i P PP== = (1.5)LTE Y NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MVILES281.2.1.1 Estructuras multicapa y femtoclulasEn la prctica, la demanda de trco no es uniforme ni en la dimensin espacial ni en la temporal. En cuanto a la dimensin temporal, clsicamente se ha utilizado el concepto de hora cargada, de manera que U y T se toman como los valores esperados de las funciones dependientes del tiempo U(t) y T(t) en el perodo de tiempo en que la red se ve sometida a la mayor carga (p.e. en horario de ocina en entornos de centro de negocios, en horarios per-tinentes en entornos de ocio). En cuanto a la dimensin espacial, la distribucin de usuarios presenta fuertes diferencias (p.e. en entornos urbanos frente a entornos rurales), con lo que la visin del despliegue de red conlleva la necesidad de clulas ms pequeas en los entor-nos de alto trco, amplindose la supercie cubierta por una clula en entornos rurales. As, el despliegue clsico en un entorno urbano hace uso de las denominadas estructu-ras celulares jerrquicas, en las que se combinan macroclulas, situadas tpicamente en las azoteas de los edicios y proporcionando clulas de mayor supercie, microclulas, situadas a pocos metros del suelo con supercies de cobertura ms reducidas, y picoclulas, situa-das en interiores de edicios y con unos pocos metros de cobertura. De esta manera, las estructuras celulares jerrquicas proporcionan exibilidad en el despliegue de red y pueden entenderse como inherentemente ligadas a la estrategia de despliegue del operador, con lo que se ha utilizado intensivamente ya desde las primeras fases de GSM. Los trabajos de AT&T Bell Labs constituyen una referencia destacada y pionera en el concepto de microclulas [4].Por otra parte, ntese que las estructuras celulares jerrquicas permiten la introduccin de mecanismos de gestin de recursos radio que reduzcan el nmero de handovers que de-ben realizarse en la red, mediante una apropiada asociacin de los usuarios a las distintas capas de clulas segn sea su grado de movilidad. As por ejemplo, resultara ms adecuado soportar una comunicacin desde un coche en movimiento a travs de macroclulas que no a travs de microclulas, ya que en este ltimo caso deberan realizarse handovers muy fre-cuentemente. En denitiva, se tratara de evitar que los usuarios que presenten una v elevada vean reducido su factor de movilidad mediante la asignacin a una clula que presente un mayor R. Una posible manera de estimar la movilidad de los terminales es precisamente a travs de la observacin de su tasa de handovers (esto es, si se observa que una conexin ha requerido varios handovers en un breve perodo de tiempo, puede asumirse un alto grado de movilidad al usuario e intentar traspasar esta comunicacin a una macroclula del entorno).En el contexto de una red GSM en la que el trco es bsicamente voz, las microclulas y picoclulas responden a la necesidad de satisfacer a una fuerte concentracin de usuarios, esto es, S=(BE)/(UT) [Km2] debe reducirse debido a que U es muy elevado. No obstante, con la llegada de HSPA y el uso masivo de acceso a Internet, se incrementa signicativamente el volumen de trco generado por usuario, con lo que aparece la necesidad de reducir S a causa del incremento de T. La propia evolucin de los terminales (por ejemplo, iPhone) y sus funcionalidades conlleva tambin un aumento de trco signicativo. Ello deriva en la apari-cin del concepto de femtoclula, en el que se concibe el despliegue de una estacin base de bajo coste por usuario residencial. En este caso, la femtoclula se plantea para proporcionar ACCESO RADIO MVIL: VISIN PERSPECTIVA Y PROSPECTIVA29un enlace va radio al usuario desde cualquier ubicacin en su entorno domstico y la propia femtoclula proporciona conectividad a travs de una conexin ADSL. Ntese que, al estar la movilidad del usuario connada en su entorno domstico la mayor parte del tiempo de utili-zacin del servicio, la problemtica de los handovers no aparece como elemento limitativo, aunque S pueda resultar muy reducida. As, las femtoclulas en el marco de los sistemas 3G avanzados como LTE permitirn que los usuarios puedan gozar de las velocidades de transmi-sin de pico, sin malgastar capacidad de red para penetrar en interiores, donde se genera gran parte del trco a cursar. Otra ventaja que pueden aportar las femtoclulas es que pueden hacer uso de las bandas de frecuencia ms altas al tener asociadas coberturas limitadas [5]. 1.2.1.2 Redes heterogneasEl despliegue de LTE comportar la operacin de una nueva tecnologa, aumentando as el grado de heterogeneidad ya existente hoy en da en los escenarios tpicos de comunica-ciones mviles. As, en el caso habitual el despliegue de LTE coexistir con las redes GERAN y UMTS/HSPA. La explotacin de la heterogeneidad de redes de acceso radio requiere lgi-camente de la capacidad de inter-operacin entre las mismas, tal y como se describir en el Captulo 7: Redes heterogneas.Por otro lado, con el nacimiento de UMTS se despert un gran inters en el estudio de las ganancias que podran alcanzarse con la explotacin conjunta de los recursos radio co-rrespondiente a redes heterogneas, a travs de los denominados mecanismos de Common Radio Resource Management (CRRM). En este sentido, las estrategias de seleccin de red y handover vertical entre redes GERAN/UMTS permiten conseguir mejoras de capacidad signicativas [6][7]. No obstante, cuando las redes heterogneas incluyen redes de alta ve-locidad como HSPA y an en mayor medida LTE, la ganancia de capacidad debida a la explo-tacin conjunta de las redes deja de ser un elemento destacable, ya que la gran diferencia de prestaciones entre las distintas redes hace que la aportacin de las redes GERAN/UMTS sea poco signicativa. Ello puede entenderse fcilmente a partir del siguiente ejemplo: con-sidrese la funcin clsica Erlang-B para evaluar la capacidad C1 soportada por el Sistema #1 que dispone de M1 canales con una cierta probabilidad de bloqueo, PB. Considrese el Sistema #2 con M2 canales y la misma probabilidad de bloqueo, soportando una capacidad C2 en el mismo escenario. Caso de que este escenario de redes heterogneas se explotara sin capacidad de interoperacin entre las redes, la capacidad total alcanzable sera C= C1+ C2, con C1=ErlangB(M1, PB) y C2=ErlangB(M2, PB). Por el contrario, si las redes tuvieran la facilidad de interoperacin entre ellas, la capacidad alcanzable sera C=ErlangB(M1+M2, PB). La Figura 1-5 muestra la ganancia de capacidad que se consigue con una gestin conjun-ta de los recursos radio con respecto a una gestin independiente para cada red, esto es, G=ErlangB(M1+M2, PB)/ [ErlangB(M1, PB)+ErlangB(M2, PB)]. Se observa claramente que la ganancia es muy elevada cuando el nmero de canales es bajo. A medida que aumenta el nmero de canales (aumenta la capacidad) la ganancia se reduce, limitndose al 10% aproxi-madamente para los mayores valores mostrados. LTE Y NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MVILES30Figura 1-5 Ilustracin del denominado trunking gain En cualquier caso, y aunque como se ha ilustrado la ganancia de CRRM en trminos de capaci-dad esperable es discreta, la explotacin de la heterogeneidad de las redes sigue siendo un aspec-to de gran importancia en el marco del despliegue LTE. En efecto, por una parte las redes legacy pueden seguir cursando trco asociado a diferentes servicios y as continuar la amortizacin de las inversiones en estas redes, de manera similar a lo ocurrido en su da con el despliegue de UMTS y la continuidad en el uso de la red GSM para cursar trco de voz. Por otro lado, el hecho de que las redes legacy ya proporcionen cobertura extensa en el territorio, con disponibilidad ubicua de voz con GSM/UMTS y datos con HSPA, permitir un despliegue ms exible de los eNodeB de LTE, centrndose al menos inicialmente en la provisin de cobertura en hot zones. 1.2.1.3 Mecanismos SONCon todo lo anterior, en un escenario urbano pueden estar desplegadas un nmero muy elevado de estaciones base de todo tipo, mxime si se considera un despliegue intensivo de femtoclulas domsticas. En estas condiciones, aparece un nuevo paradigma vinculado a la complejidad de la gestin de una red de acceso radio formada por un nmero muy elevado de nodos. As, evoluciona tambin la concepcin de la manera en que una red como LTE deber operarse y gestionarse, ya que la presin por reducir costes conlleva realizar una explotacin de la red mucho ms eciente. En este sentido, los conceptos SON (Self-Organizing Networ-ks) se vislumbran como un ingrediente importante, ya que la componente OPEX (OPerational EXpenditures) repercute un peso importante en la estructura de costes. SON persigue la conguracin y optimizacin automtica de la red, existiendo consenso en foros como NGMN de que jugar un papel relevante para hacer el business case de LTE ms atractivo y, como prueba de ello, SON est recibiendo en los ltimos aos gran atencin. Por ejemplo, en [8] se han formulado los casos de uso en diferentes estadios: planicacin (por ejem-M1M2G(%)ACCESO RADIO MVIL: VISIN PERSPECTIVA Y PROSPECTIVA31plo, determinar la potencia del eNode B), despliegue (por ejemplo, determinar los parmetros de transporte), optimizacin (por ejemplo, optimizacin de parmetros radio bien sea orientada a capacidad, cobertura o prestaciones) y mantenimiento (por ejemplo, actualizacin de software). El 3GPP tambin ha reconocido la importancia de SON [9] y el progreso puede verse reejado por ejemplo en [10], donde se desarrollan casos de uso junto con las funcionalidades requeridas, cri-terios de evaluacin y resultados esperados as como impacto en las especicaciones e interfa-ces. Ciertamente, el concepto SON es muy ambicioso, con lo que continuar requiriendo esfuer-zos de investigacin para facilitar su implementacin prctica progresiva. Entre los aspectos en los que se debe todava profundizar pueden citarse (1) resolver adecuadamente el compromiso entre la ganancia en prestaciones obtenibles y la complejidad de implementacin en trminos de la sealizacin y medidas necesarias, los requerimientos de computacin, etc., (2) asegurar la convergencia de los algoritmos a una solucin estable en un tiempo determinado o (3) asegurar la robustez frente a medidas de entrada a los algoritmos corruptas o errneas.1.2.1.4 Conceptos SDR en el despliegue de redFinalmente, en cuanto al despliegue y estructura de la red radio, cabe destacar que la implan-tacin de LTE supondr la posibilidad de llevar a la prctica algunos de los conceptos que se han ido gestando y madurando en los ltimos aos en el entorno Software Dened Radio (SDR). Se entiende por SDR un dispositivo radio en el cual algunas de sus funciones de nivel fsico (o todas) pueden modicarse por software, lo que proporciona mayor exibilidad frente al hardware tradi-cional, permitiendo por ejemplo que se puedan aadir nuevas capacidades o modicar las existen-tes sin necesidad de reemplazar el hardware. Por otra parte, la enorme evolucin en trminos de capacidad de computacin permite plantear tambin la separacin fsica de las funcionalidades puramente radio y de procesado digital, de manera que la unidad de radio podra estar distribuida en los emplazamientos desplegados sobre todo el territorio mientras que la unidad digital podra ubicarse en un centro de gestin soportando multitud de emplazamientos, unidos por bra p-tica, tal y como ilustra la Figura 1-6. Esta tendencia vendra a tener un cierto paralelismo con la losofa cloud computing, paradigma de los servicios de computacin a travs de Internet.Figura 1-6 Modelo de separacin fsica entre la unidad radio y la unidad digital900 MHz1800 MHz2.1 GHzx.x GHzUnidad radioLTEHSPA (+)3GUnidad digitalFibra pticaMulti-estandardBase StationCentro de Cloud ComputingEmplazamientoradio900 MHz1800 MHz2.1 GHzx.X GHzUnidad radioLTEHSPA (+)3GUnidad digitalFibra pticaSDRBase StationCentro de Cloud ComputingEmplazamientoradio LTE Y NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MVILES32Los diferentes aspectos mencionados anteriormente tienen, en denitiva, una misma mo-tivacin: conseguir reducir el coste de despliegue y operacin de la red para compensar en la medida de lo posible el gap cada vez mayor entre el nivel de trco que se ofrece a la red, que no cesa de aumentar, y la saturacin en el revenue que se observa. La Figura 1-7 ilustra a modo de resumen los principales elementos que se espera jueguen un papel destacado en el contexto del despliegue LTE. Figura 1-7 Componentes asociadas al despliegue de red en el marco de LTE.1.2.2 Espectro radioeltricoLa capacidad de una red puede aumentar de manera directamente proporcional al au-mento de ancho de banda que pueda disponerse. Sin embargo, la asignacin de espectro resulta en la prctica un proceso altamente complejo, que adems lleva asociados unos pla-zos regulatorios y administrativos que se dilatan a lo largo de varios aos, de manera que clsicamente se ha considerado que la variable B del modelo introducido en el apartado 1.1 vena a ser un dato. As por ejemplo, el espectro asignado inicialmente a GSM corresponda a la banda 890-915 MHz para el enlace de subida y 935-960 MHz para el enlace de bajada. La asignacin de licencias DCS-1800 (1710-1785 MHz y 1805-1880 MHz), en el caso de Espaa realizado en junio de 1998, constituye un claro ejemplo de incremento de capacidad por parte del operador a travs del incremento de la banda disponible, B. En este caso, la banda adicional se reparti entre 3 adjudicatarios, al incorporarse Amena (hoy Orange) como operador. Para el caso de explotacin DCS-1800 en todos los emplazamientos GSM-900, el trco absorbible (UT) aumenta proporcionalmente al incremento de banda.En el caso de UMTS, la identicacin de bandas de frecuencia se realiz en la WRC92. La World Radio Conference (WRC) es un evento organizado por la International Telecommu-nication Union (ITU) -organismo de las Naciones Unidas-, que se suele realizar cada cuatro ACCESO RADIO MVIL: VISIN PERSPECTIVA Y PROSPECTIVA33aos y su objetivo es armonizar la utilizacin del espectro radioelctrico a nivel mundial. Las administraciones europeas elaboran sus posiciones tcnicas de manera conjunta dentro de la CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations), si bien en ltima instancia las distintas administraciones europeas negocian en la ITU sobre una base nacional. En particular, se identicaron 155 MHz sobre la banda de 2100 MHz para la compo-nentes terrestre de IMT-2000, correspondiendo dos bloques de 60 MHz para el modo FDD y 35 MHz para el modo TDD. Esta componente de espectro IMT-2000 suele denominarse como core band. La expectativa de mayor necesidad de espectro para IMT-2000 llev a la WRC-2000 a identicar las denominadas new 3G spectrum en las bandas 2500-2690 MHz. Por su parte, la WRC07 identic espectro adicional para IMT-2000 e IMT-Advanced en las bandas 450-470, 698-806, 2300-2400 y 3400-3600 MHz, aunque la aplicabilidad de las bandas vara a nivel regional y nacional.No obstante, el aumento continuado del trco en las redes mviles, conlleva que de-ban considerarse todas las componentes posibles para el incremento de la capacidad. En este sentido, en los ltimos aos se ha planteado la reconsideracin de la asignacin y uso del espectro radioelctrico frente a los procedimientos clsicos descritos anteriormente. Las propuestas abarcan mltiples dimensiones, algunas de ellas revolucionarias, que deben pon-derarse adecuadamente teniendo en cuenta los aspectos tcnicos, regulatorios, impacto en el modelo de negocio y competencia, etc. En las secciones siguientes se presenta una pano-rmica de estas alternativas. Una posible clasicacin de los modelos de uso del espectro radioelctrico permite dis-tinguir los siguientes: 1. Modelo de uso exclusivo de derechos. En este caso se realiza la asignacin de licen-cias exclusivas a operadores para ciertas bandas de frecuencias, que pueden estar ligadas o no con el uso de una determinada tecnologa y la provisin de determina-dos servicios. 2. Modelo de uso comn del espectro. En este caso se promueve el acceso compar-tido por parte de una serie de usuarios a una determinada banda del espectro ra-dioelctrico. La responsabilidad de la gestin de la interferencia en este caso recae directamente entre los propios usuarios. Dentro de este caso puede distinguirse el modelo de uso pblico (en el que el espectro est abierto a todos los usuarios con los mismos derechos, como sera el caso de la banda ISM Industrial, Scientic and Medical) y el privado (en que es el adjudicatario de una licencia el que permite el acceso al espectro licenciado a un conjunto de usuarios bajo unas condiciones establecidas por el propio adjudicatario). 3. Modelo de uso oportunista del espectro. En este caso se permite que el denomina-do usuario secundario (que pretende acceder a una banda de espectro licenciada al denominado usuario primario) identique de manera independiente bandas de es-pectro que no se estn utilizando en un cierto tiempo y lugar, pudindolas utilizar LTE Y NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MVILES34en ese caso siempre que se asegure que no generar interferencia daina para el usuario primario. Dentro de este caso puede distinguirse entre el modelo underlay (en el que la interferencia al usuario primario se evita transmitiendo una seal con una densidad espectral de potencia que se encuentre por debajo del nivel de ruido, como es el caso de UWB) y el overlay (en el que no se da esta coexistencia sino que el usuario secundario debe detectar y aprovechar los huecos espectrales libres de usuario primario). La tendencia es pues, de manera clara, hacia un uso ms exible y dinmico del espectro radioelctrico. 1.2.2.1 RefarmingLas bandas de 900 y 1800 MHz quedaron restringidas regulatoriamente a travs de la Di-rectiva 87/372/ECC [11] conocida como Directiva GSM a servicios de telefona mvil GSM. Posteriormente, el sistema UMTS se despliega en la banda de 2100 MHz, siguiendo el mismo modelo de uso exclusivo de derechos (mediante otorgacin de licencias). Dentro del propio modelo de uso exclusivo de derechos, spectrum refarming se reere a la posibilidad de ex-plotar la tecnologa ms conveniente en la banda ms conveniente dentro de las asignadas en licencia a un operador, lo que supone un primer principio de exibilidad espectral. La CEPT dene refarming como una combinacin de medidas administrativas, nancieras y tcnicas, presentes y futuras, dentro de los lmites de regulacin de frecuencias, con el objeto de hacer una banda de frecuencia especca disponible a otro tipo de uso o tecnologa. Estas medidas pueden ser a corto, medio o largo plazo. As, el refarming requiere de una modicacin regu-latoria en este caso, para permitir el uso de las bandas de 900 MHz y 1800 MHz bajo los prin-cipios de neutralidad tecnolgica y de servicios, los cuales son objetivos de la poltica comn europea. A nales de 2008 la Comisin Europea present una propuesta para la revisin de la Directiva GSM en esta direccin. La propuesta fue aprobada por el Parlamento en mayo de 2009, y publicada en Diario Ocial de la Unin Europea el 20 de octubre de 2009 [12] para su aplicacin a partir de mayo de 2010. En cualquier caso, el debate del refarming de GSM se est ya llevando a cabo en los diversos pases de la Unin Europea, dadas las fuertes implica-ciones asociadas en trminos de competencia y desarrollo del sector.1.2.2.2 Canalizacin exibleLa canalizacin de un sistema de comunicaciones mviles es uno de los parmetros fun-damentales que lo caracterizan y su eleccin est condicionada por mltiples factores. La canalizacin est directamente relacionada con la velocidad de transmisin alcanzable, de manera que para alcanzar mayores velocidades de transmisin se requiere aumentar la ca-nalizacin. Por otro lado, y a partir de la teora de muestreo de Nyquist, la canalizacin tie-ne una incidencia directa en la complejidad de implementacin del sistema (por ejemplo, el ACCESO RADIO MVIL: VISIN PERSPECTIVA Y PROSPECTIVA35conversor A/D) y en la complejidad computacional asociada al tratamiento de seal. As pues, al concebirse una nueva generacin de comunicaciones mviles pensando en un determina-do horizonte temporal para su implementacin prctica, se establecen sus capacidades de transmisin y se selecciona una cierta canalizacin de acuerdo con el estado del arte espera-ble en los mbitos de hardware y procesado en la poca de su implementacin. En GSM la canalizacin se estableci en 200 KHz, valor asumible con la tecnologa dispo-nible a principios de la dcada de 1990. En UMTS, y aprovechando los avances de toda una dcada, se escogieron 5 MHz.En el caso de LTE, para alcanzar velocidades de transmisin del orden de 100 Mbits/s en el downlink se considera una canalizacin de 20 MHz. Para LTE-Advanced, en el que se pretende llegar a 1 Gbit/s, la canalizacin se aumenta hasta 100 MHz.Tal y como se ha comentado anteriormente, se observa una notable disparidad en las bandas de frecuencias y las posibilidades espectrales sobre las que desplegar LTE, de manera que sera deseable que LTE ofreciera una elevada exibilidad en este sentido. Por ejemplo, en el caso de considerar refarming sobre la banda de 2100 MHz, un operador determinado puede disponer de bloques de 5 MHz de ancho de banda inicialmente asociados a portadoras UMTS, con lo que sera interesante que LTE tuviera la capacidad de operar tambin con esta canalizacin. Obviamente, las prestaciones alcanzables con LTE operando sobre un ancho de banda de 5 MHz quedaran aproximadamente escaladas en un factor 4, correspondiente a la reduccin de canalizacin con respecto a los 20MHz. La canalizacin exible es, por tanto, un concepto de gran inters cuando se plantea la migracin gradual hacia LTE de bandas espectrales actualmente ocupadas por 2G/3G. En particular, las canalizaciones posibles para LTE son 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz y 20 MHz. Citar tambin que, bajo el concepto de exibilidad espectral, se incluye tambin la posibilidad de operacin tanto sobre bandas pareadas como no pareadas, de manera que LTE permite tambin su explotacin tanto en FDD como TDD, incrementando as la exibilidad en su despliegue.1.2.2.3 Dividendo digitalLa Comisin Europea ha defendido que Europa deba perseguir la meta comn de maximi-zar el potencial social y econmico del dividendo digital derivado de las bandas de espectro potencialmente libres tras el cambio a difusin digital [13]. El dividendo digital se deriva de la capacidad de transmitir hasta 8 canales de TV digital en el espectro que anteriormente ocu-paba un nico canal de TV analgica (la ganancia puede incluso ser mayor si se utilizan estn-dares ms avanzados como DVB-T2 para la infraestructura y MPEG-4 para la compresin).Todos los Estados miembros deben completar el abandono de la televisin analgica para 2012 a ms tardar, aunque algunos pases como Alemania, Finlandia o Suecia ya lo completa-ron antes de n de 2009. La Comisin Europea tambin ha enfatizado la necesidad y posibles LTE Y NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MVILES36aproximaciones para conseguir una apropiada coordinacin a nivel de la Unin Europea [14]. La necesidad de coordinacin tambin ha sido reconocida en diversas ocasiones por el Radio Spectrum Policy Group (RSPG), que aconseja a la Comisin Europea en el desarrollo de la po-ltica de espectro radioelctrico. Para comprender el posible impacto social y econmico del dividendo digital y as poder derivar la estrategia ms apropiada desde la perspectiva global de la Unin Europea, la Comisin llev a cabo un amplio estudio [15], cuyos resultados se presentaron pblicamente el 9 de septiembre de 2009 en Bruselas. Segn el mismo, si antes de 2015 se consigue una coordinacin europea adecuada del espectro del dividendo digital en su conjunto, su impacto econmico potencial se incrementara entre 20.000 y 50.000 mi-llones de euros adicionales a lo largo de 15 aos, dependiendo principalmente del nivel real de la futura demanda de servicios tales como la radiodifusin terrestre avanzada y la banda ancha inalmbrica.Por otra parte, el 10 de julio de 2009, la Comisin Europea lanz una consulta pblica so-bre el dividendo digital, con el objetivo de recibir comentarios y puntos de vista de los diferen-tes stakeholders [16]. La consulta incluy un punto sobre la conveniencia de poner disponi-ble la banda de 800 MHz para redes de comunicaciones electrnicas de baja/media potencia bajo condiciones tcnicas armonizadas y siguiendo los principios de neutralidad tecnolgica y de servicio. De dicha consulta se deriva un alto nivel de consenso en cuanto a establecer un modelo para abrir de manera coherente la subbanda de 790-862 MHz a los servicios de comunicaciones electrnicas adoptando unas condiciones tcnicas de uso armonizadas.Sobre las bases anteriores, la Comisin Europea adopt el 28 de octubre de 2009 una Reco-mendacin [17] y una Comunicacin [18] al Parlamento y al Consejo con una serie de propues-tas relativas a un enfoque comn con respecto al dividendo digital en Europa, de manera que pueda avanzarse de inmediato en lo que se reere a los retos ms urgentes. Este movimiento responde tambin al hecho de que varios Estados miembros estn ya, o lo estarn en breve, en situacin de decidir la apertura de la subbanda de 790-862 MHz para servicios de comunica-ciones electrnicas. Dado que los Estados miembros se ven sometidos a una presin creciente para actuar, si no se cuenta urgentemente con un modelo comunitario de enfoque coordinado se corre el riesgo de fragmentacin del mercado interior y de prdida de las economas de esca-la que podran obtenerse. Literalmente, la Recomendacin se centra en dos aspectos: 1. Que los Estados miembros adopten todas las medidas necesarias para garantizar que todos los servicios de radiodifusin televisiva terrestre utilicen la tecnologa de transmisin digital y abandonen la tecnologa de transmisin analgica en su territorio antes del 1 de enero de 2012. 2. Que los Estados miembros apoyen la labor reguladora tendente a establecer en la Comunidad unas condiciones de uso armonizadas de la subbanda de 790-862 MHz para servicios de comunicaciones electrnicas distintos y adicionales a los servicios de radiodifusin y se abstengan de adoptar cualquier medida que pueda obstaculizar o impedir el despliegue de dichos servicios de comunicaciones en la mencionada subbanda.ACCESO RADIO MVIL: VISIN PERSPECTIVA Y PROSPECTIVA37En este contexto, a nivel europeo destaca el papel activo del Reino Unido, a travs del regu-lador Ofcom. Ofcom ya lanz a nales de 2005 el proyecto Digital Dividend Review (DDR) para examinar las distintas opciones asociadas al dividendo digital y posibles nuevos usos del espec-tro disponible [19]. En todo caso, la explotacin del dividendo digital en Europa se materializar con un retraso signicativo respecto a Estados Unidos, donde la transicin a la TV digital ya est completada y la mayor parte del espectro liberado ya ha sido subastado, asignndose principal-mente a los operadores mviles para el despliegue de LTE en la banda de 700 MHz. 1.2.2.4 Cognitive radioEl crecimiento explosivo del uso de bandas no licenciadas (por ejemplo WiFi en ISM) y los avances tecnolgicos que ello ha motivado, llevaron a la FCC a considerar la apertura de nuevas bandas bajo esta modalidad [20]. Al mismo tiempo, medidas de ocupacin de espectro mostra-ron que las bandas licenciadas como las de TV estn poco utilizadas [21]. Cognitive radio apa-rece como una solucin al bajo uso del espectro, ya que permite un uso del mismo de manera exible, eciente y able a partir de la capacidad de adaptar en tiempo real las caractersticas de operacin a las condiciones del entorno. Los dispositivos cognitive radio podran explotar de manera inteligente amplias bandas de espectro inutilizadas sin interferir a dispositivos que pudieran tener licencia de operacin en estas u otras bandas frecuenciales [22].El concepto genrico cognitive radio inici una primera va de materializacin a partir de la TV band Notice of Proposed Rule Making de la FCC en mayo de 2004 [23], que propone permitir la operacin de dispositivos no licenciados en las bandas de TV siempre y cuando se garantice que no se producir interferencia daina a los servicios licenciados (por ejemplo, un receptor de TV). Motivado por la NPRM, en noviembre de 2004 se form el grupo de trabajo IEEE 802.22 con el objetivo de denir una interfaz radio basada en cognitive radio para la operacin no licenciada en bandas de TV.Por otra parte, la consulta pblica de la Comisin Europea sobre el dividendo digital [16] incluy tambin un punto referente al uso de equipos cognitive radio sobre la base de unos requisitos tcnicos comunes en Europa y la potencial consideracin de un marco regulatorio coordinado para el tratamiento de los usage rights en los white spaces. De nuevo, en Eu-ropa destaca el papel activo de Ofcom. A nales de 2007 [19], Ofcom aboga por permitir el uso de dispositivos cognitive radio, siempre y cuando quede garantizado que no introducen interferencia daina a los usuarios licenciados. Continuando con su trabajo de anticipacin en este mbito, Ofcom dio un paso ms al proponer una serie de parmetros tcnicos para la correcta operacin de usuarios cognitive no licenciados [24], que nalmente ha derivado en [25]. Como conclusiones destacadas puede citarse que, si bien la operacin podra basarse exclusivamente en sensing, la aportacin de geo-localizacin se considera en general muy importante e incluso esencial, sobre todo al considerar las dicultades de implementacin de los mecanismos de sensing. En todo caso, el documento reconoce la necesidad de ms estudios al respecto.LTE Y NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MVILES38Un escenario que podra vislumbrarse como plausible es la explotacin de los principios de cognitive radio en femtoclulas. La relevancia de las femtoclulas ya se ha descrito en el apartado 1.2.1.1. En una visin ms avanzada, una femtoclula podra operar no slo en las bandas licenciadas al operador sino tambin en otras siguiendo los principios de cognitive radio, ya que la operacin en interiores facilitara el aislamiento radioelctrico necesario. A nivel espaol, la Consulta pblica sobre el uso de la banda de frecuencias de 2.500 a 2.690 MHz y sobre posibles nuevas modalidades de explotacin de las bandas de frecuencias de 900 MHz, 1.800 MHz y 3,5 GHz impulsada por la Secretara de Estado de Telecomunica-ciones y para la Sociedad de la Informacin llevada a cabo en verano de 2008 es un indicio de la importancia que estn nalmente tomando estos aspectos, si bien en dicha consulta no se incluy el debate del dividendo digital. En este caso, los resultados de la consulta reforzaron la conveniencia de los principios de neutralidad tecnolgica y el refarming. En cuanto a la banda de 2.6 GHz, en general las respuestas recibidas no consideraban urgente la licitacin de la misma. En este ltimo aspecto, resulta razonable adoptar una posicin prudente, ya que puede resultar complicado efectuar una estimacin del valor econmico de dicha banda si previamente no est claricado el escenario resultante del refarming y el dividendo digital.Los diferentes aspectos mencionados anteriormente tienen, en denitiva, una misma mo-tivacin: conseguir un uso ms eciente y exible del espectro radioelctrico. La Figura 1-8 ilustra a modo de resumen los principales elementos que se espera jueguen un papel desta-cado en el contexto del despliegue LTE. Figura 1-8 Componentes asociadas al espectro radioelctrico en el marco de LTEACCESO RADIO MVIL: VISIN PERSPECTIVA Y PROSPECTIVA391.2.3 Tecnologa y eciencia espectralAunque el concepto de eciencia espectral E [bits/s/Hz] resulta a nivel terico un indica-dor claro y evidente de las prestaciones que puede ofrecer un sistema de comunicaciones mviles y, con ello, puede constituirse como base de comparacin para la bondad de diferen-tes soluciones, en la prctica resulta mucho ms complicado, ya que depende de mltiples elementos y no slo del diseo de la interfaz radio (tcnica de acceso mltiple, tcnicas de ingeniera radio, etc.) sino tambin de su explotacin prctica en un entorno con mltiples estaciones base.A principios de los aos 90, el encendido debate de si la 3G deba basarse en un acceso TDMA o en un acceso CDMA se plante en muchas ocasiones en trminos comparativos de eciencia espectral. Clebres trabajos de los fundadores de Qualcomm como [26] pronosti-caban que un acceso CDMA ofreca una capacidad muy superior a cualquier otro esquema de acceso propuesto, con lo que el trabajo conclua que CDMA deba ser la eleccin lgica para todas las aplicaciones de telefona celular. No obstante, llevados a la realidad prctica la ganancia no es ni mucho menos tan signicativa, y estudios posteriores ms detallados concluan que CDMA y TDMA ofrecan eciencias espectrales similares [27]. Cabe sealar que la sensibilidad de una tcnica de acceso u otra a una misma imperfeccin en la implementa-cin de un determinado subsistema radio o a un determinado efecto del canal mvil puede ser muy diferente. As por ejemplo, considerar un control de potencia ideal en un anlisis comparativo tendera a sobrevalorar el comportamiento de un acceso CDMA, ya que ste es un aspecto crtico en el funcionamiento del mismo. En este sentido, y desde el punto de vista de la eleccin de la tcnica de acceso radio para la 4G, debe decirse que la atencin no se ha centrado tanto en la mejora que puede ofrecer un acceso OFDMA per se frente a otras posibles alternativas. Sea como fuere, puede armarse que, conceptualmente, el principal objetivo de la evolu-cin tecnolgica en el mbito de las comunicaciones mviles es el de desarrollar interfaces radio que mejoren en la mayor medida posible la eciencia espectral. En este sentido, la teo-ra de Shannon marca una cota del mximo rendimiento que puede obtenerse en un enlace radio entre un transmisor y un receptor y, por lo tanto, permite valorar el grado de bondad de un diseo determinado. En este apartado se pretende proporcionar una visin panormica, aunque no comple-tamente exhaustiva, de distintos aspectos que se han ido introduciendo histricamente en el mbito de las comunicaciones mviles con el n de ir mejorando su rendimiento espec-tral. Esta visin panormica permitir concluir que algunos de los ingredientes bsicos para conseguir un diseo LTE ya muy prximo a la cota de Shannon, resultan de la evolucin de conceptos ya presentes en los sistemas 2G (GSM/GPRS) y/o 3G (UMTS/HSPA). Junto a estos principios ya establecidos en el pasado, LTE se fundamenta tambin sobre nuevos conceptos facilitados por el propio progreso tecnolgico. LTE Y NUEVAS TENDENCIAS EN COMUNICACIONES MVILES401.2.3.1 Transmisin y acceso mltiple multiportadoraEl diseo de la interfaz radio es, obviamente, uno de los aspectos ms relevantes y deni-torios de un sistema de comunicaciones mviles. En el caso de GSM, se dise una interfaz radio basado en TDMA ajustado a las caractersticas del servicio de voz y del codicador estan-darizado (RPE-LTP a 13 Kbits/s). En el caso de UMTS, y sobre la base de una potencial mayor eciencia as como mayor exibilidad para poder acomodar servicios multimedia, la solucin adoptada fue WCDMA. En el caso de LTE (y posteriormente LTE-A), el hecho de considerarse anchos de banda de hasta 20 MHz (y hasta 100 MHz para LTE-A) requiri de nuevo considerar los principios de transmisin y acceso mltiple que pudieran resultar ms apropiados. La transmisin de una seal sobre 20 MHz de ancho de banda estar afectada por un com-portamiento del canal mvil que introducir una fuerte distorsin por interferencia intersim-blica derivada de la propagacin multicamino [3]. En estas condiciones, la consideracin de la tcnica de transmisin OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), consistente en multiplexar un conjunto de smbolos sobre un conjunto de subportadoras ortogonales entre s, permite eliminar los efectos de la interferencia intersimblica gracias a la introduccin del denominado prejo cclico, tal y como se explicar en detalle en el Captulo 4: Tecnologas de nivel fsico. El uso de OFDM permite evitar la transmisin de una nica seal de banda an-cha mediante la transmisin de un conjunto de seales de banda estrecha ortogonales entre s, resultando por tanto ms robusta frente a la propagacin multicamino. Sobre la base de una transmisin OFDM, el empleo de la tcnica de acceso mltiple OFDMA proporciona un alto grado de exibilidad al permitir la asignacin dinmica de las diferentes subportadoras a los diferentes usuarios, tal y como se ver en detalle tanto en el Captulo 4: Tecnologas de nivel fsico como en el Captulo 6: Gestin de recursos radio y del espectro radioelctrico. Tambin se describir en detalle la tcnica SC-FDMA, empleada en el enlace ascendente para mitigar los inconvenientes que presenta OFDMA en cuanto a que la potencia instantnea transmitida puede ser signicativamente superior a la potencia media, lo que diculta la realizacin del amplicador de potencia a incorporar en el terminal mvil.Finalmente, cabe mencionar que la eleccin del esquema de transmisin y acceso mlti-ple viene tambin condicionada por la complejidad y coste de implementacin (incluyendo aqu los aspectos de propiedad intelectual) as como por las propias dinmicas de la industria de fabricacin que impulsa de manera natural a la renovacin tecnolgica. En este caso, el diseo del acceso radio LTE facilita su implementacin en el dominio digital a travs de la realizacin de los procesos FFT/IFFT de manera eciente. 1.2.3.2 Modulacin y codicacin adaptativasLa estructura de rfaga GSM est compuesta por un total de 148 bits, que nalmente se transmiten sobre el canal radio con una modulacin binaria GMSK. Parte de los bits se dedi-ACCESO RADIO MVIL: VISIN PERSPECTIVA Y PROSPECTIVA41can a procedimientos de nivel fsico como la sincronizacin, ecualizacin, etc., otra parte son propiamente d