Presentacion LTE UCAB
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AGENDA
El 3GPP, GSM, HSPA y LTE LTE y otras Tecnologías Arquitectura de LTE Capa Física de LTE
Downlink: OFDMA Uplink: SC-FDMA
QoS y Seguridad Otras técnicas avanzadas
HARQ MIMO
Conclusiones
¿Qué es LTE?• Es una red All-IP
– Basada en conmutación de paquetes– Aplicaciones de voz, video, datos, navegación web– Ofrece QoS– Movilidad hasta 500 Kph– Estandarizada por el 3GPP
• Acceso– Interface de aire en varias bandas de frecuencia– Diferentes anchos de bandas– Modulación y codificación adaptativa– FDD Y TDD
La BS asigna los recursos en base a ciertas políticas
Las MS solicitan recursos a la BS
Evolución de las Tecnologías Inalámbricas
Otras Tecnologías
GSM
3GPP
CDMA 3GPP2
1X RTT EV-DORev. 0
EV-DORev. A
UMB
EDGE HSDPA HSPA+LTE
Advanced
WiMAX(802.16e)Nuevos Entrantes
4G3G2G 3.5 G
WiMAX2 (802.16m)
LTE
IEEE 802.16 m 03 de octubre de 2009
LTE Release 10 & beyond (LTE‑Advanced) 07-10-09
Diferentes Estándares del 3GPP
HSPA y LTE
Diciembre 2008
HSDPA/HSUPA
junio 2007
Aspectos Básicos de WCDMA, diciembre
1999
TDD (TD-SCDMA)
marzo 2001
HSDPA
Marzo 2002
HSUPA
Diciembre 2004
LTE, en desarrollo
Según el Release 8Es necesaria una evolución de la tecnología de acceso del 3GPP con el fin de garantizar su competitividad a largo plazo. De igual manera la habilidad del sistema del 3GPP para ir a la par del rápido desarrollo en el tráfico IP, necesita introducir mejoras en la tecnología de conmutación de paquetes que se ha venido utilizando. Las mejoras introducidas deben reflejarse tanto en el desempeño de la red como en los costos asociados. Entre otros podemos mencionar:
Reducción de la latencia
Altas tasas de transmisión a nivel de usuarios
Mejoras en la capacidad y cobertura
Reducción general de costos
Adaptación flexible y despliegue de tecnologías de acceso nuevas y existentes con movilidad a través de una red IP común
Hechos más relevantes en el desarrollo de LTE
Motivadores de LTE
Objetivos Técnicos de LTE
Throughput pico por usuario (para un canal de 20 MHz) 100 Mbps en el Downlink 50 Mbps en el Uplink
Ancho de banda flexible: desde 1.4 a 20 MHz, aproximadamente, en diversas bandas
Uso optimo de la potencia en el móvil Movilidad
Optimizado para velocidades entre 0 y 15 Kph Alto desempeño entre 15 y 120 Kph Soporta hasta 350 Kph, e incluso hasta 500 Kph
Duplexing: FDD y TDD Latencia
<5ms en el plano del usuario con la red descargada
ARQUITECTURA COMPLETA DE LOS PROTOCOS DE LTE CAPA 1 Y CAPA2
Capa de Enlace
Cap
a F
ísic
a
Arquitectura General de LTE
The MME (Mobility Management Entity).The Serving Gateway (Serving GW)The PDN Gateway (Packet Data Network).The PCRF (Policy and Charging Rules Function)
Evolved Packet System EPS,
compuesto por el EPC y el E-UTRAN
Interface de aire. OFDMA en el Downlink y SC-FDMA en el Uplink
Radio Base
BANDAS DE OPERACIÓN DE LTE FDD Y TDDBANDAS DE OPERACIÓN DE LTE FDD Y TDD
OFDMA y SC-FDMA• En OFDM se transmiten “M” símbolos en paralelo, repartiendo el ancho de
banda entre ellos; cada símbolo tiene una duración igual al tiempo de símbolo.• En SC-FDMA se transmiten “M” símbolos secuencialmente cada uno ocupando
todo el ancho de banda disponible y con una duración igual a una parte del tiempo de símbolo.
Fre
cuen
cia
Tiempo
12 subportadoras x15 KHz=180 KHz
6 o 7 Símbolos
Matriz de Recursos en el ULMatriz de Recursos en el UL
15 KHz
Receptor de SC-FDMA en la BSQ Terminales Transmitiendo
Ejemplos de Señales de Referencia CP Normal (7 símbolos/slot) Cell-specific reference signals
Una
sol
a an
tena
Dos
ant
enas
Resource Element (k,l)
Antena 1 Antena 2
No usar para transmitir por esta antena
Símbolos de Referencia para esta antena
Tiempo, Símbolos OFDM
Fre
cuen
cia,
S
ubpo
rtad
oras
12 s
ubpo
rtad
oras
, 18
0 K
Hz
Cada Resource Block tiene 84 Resource Elements (RE) por slot, Se envían 4 R0, 4R1, 2R2 y 2R3. Total 12 RBs si se tienen 4 antenas. Por cada antena se envía una señal de referencia, así se puede estimar cada uno de los trayectos entre Tx y Rx.
PARA ESTIMACIÓN DE CANAL
6 subportadoras
Sistema MIMO de M entradas Tx y N salidas Rx
NM1N
M22221
M11211
h..h
....
h.hh
h.hh
H
XHY
X1
x2
i
xM
YN
Y1
Y2
…
M Tx
…
N Rx
hij se refiere al canal entre la antena i de Tx y la antena j de Rx
Estimador de CanalSTC MATRIX
Canal de feedback, puedo o no existir
Beneficios de usar MIMO
3 dB
6 dB
Sistema SIMO
1x2 Gain 3 dB
1x4 Gain 6 dB
Correlacionadas: siguen el mismo camino
No-Correlacionadas: siguen caminos distintos
SISO 1x1
SIMO 1x2
SIMO 1x4
Canal Físico Modulación
Canales de Control
PCFICH QPSK
PDCCH QPSK
PHICH BPSK
Canales de Datos
PDSCH QPSK, 16QAM, 64QAM
PBCH QPSK
PMCH QPSK, 16QAM, 64QAM
CANALES FÍSICOS DEL DL
Hybrid Automatic HARQHARQ se refiere a cualquier combinación de FEC+ARQ, en cuyo caso las tramas erradas que no puedan ser corregidas por FEC no se descartan, sino que se guardan para ser combinadas con sucesivas tramas erradas y producir una trama correcta. HARQ es muy efectivo en ambientes ruidosos donde la cantidad de errores supera lo que el FEC puede corregir. Aquellos paquetes que después del FEC sigan con errores, deben solicitarse su retransmisión y las nuevas versiones son combinadas con las anteriores para tener mayor probabilidad de obtener un paquete sin errores.
La idea general del HARQ es que en dos paquetes sucesivos que transporten la misma información, la probabilidad de tener los mismos bits errados es baja, entonces al tener dos o más copias del mismo paquete errado hay una alta probabilidad de poder reconstruir un paquete sin errores a partir de varios errados.
b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10
b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10
Primer paquete errado
Segundo paquete errado
b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10
Paquete libre de errores
HARQ: Chase CombiningEn las retransmisiones se envían los mismos bits codificados que en la transmisión original, usando la misma tasa de codificación, por lo tanto no hay ganancia por codificación, pero se incrementa el Eb/No al aumentar la energía de bit.
HARQ: Incremental Redundancy (IR)Las retransmisiones no son idénticas a la transmisión original. Ya que cada una usa una tasa de codificación distinta, pero los bits de información que entran al codificador son los mismos. Igualmente la modulación puede cambiar de una retransmisión a otra. IR tiene una ganancia adicional por codificación y también hay un incremento en el Eb/No. Chase Combining puede verse como un caso especial de IR
Packet Error Rate vs. SNR Gráfica del PER en función del SNR para diversos métodos de HARQ. Modulación QPS tasa de codificación ½.
16 QAM 3/4QPSK 1/2
Type I-Simple ARQ: paquete con error es descartado
Type I- with CC: Chase Combining, paquetes con error son almacenados y combinados con los retransmitidos
Type II-Full IR: Gradualmente se reduce la tasa de codificación incrementando la redundancia
Type III-Partial IR: Es una combinación del Type I with CC y del Type II – Full IR
Filosofía de QoS en LTEEn LTE la QoS se maneja de forma similar a como se realiza en otras redes de datos basadas en conmutación de paquetes. El procedimiento general consiste en definir diferentes clases de QoS (QoS Class) y asignar a cada paquete un identificador de QoS que hace referencia a los parámetros de cada clase de QoS.
Identificador de QoS
Encabezado o Header
Carga o Payload
Lista de Parámetros de QoS del paquete
Paquete IP
Características de los QCI Estandarizados(3GPP TS 23.203 version 8.6.0 Release , Pág. 29)
Seguridad en LTELa seguridad es un aspecto importante en todas las tecnologías del 3GPP.
En el caso de LTE se ejecutan dos funciones principales para mantener la seguridad.
1.- Cifrado o Ciphering tanto del plano de control como del usuario: El cifrado evita que la información sea obtenida por un tercero.
2.- Protección de la integridad usada sólo en el plano de control: Permite al receptor saber si la información fue alterada, bien sea porque se modificó la información original o porque se agregaron paquetes adicionales.
La seguridad se llevan a cabo por medio de un proceso de autenticación mutua llamado AKA (Authentication and Key Agreement ) entre el UE y el EPC
LTE usa USIM (Universal Subscriber Identity Module) con una clave maestra para algoritmos de criptografía de 128 bit, con posibilidad de expandirse a 256 bits a futuro. LTE no acepta el uso de SIM.
Mobile Termination (MT): Es el componente del ME que se encarga de la gestión del acceso a la PLMN (3GPP o non-3GPP)
Terminal Equipment (TE): Es el equipo del ME que se encarga de todo lo relacionado con la operación de los protocolos de acceso por parte del usuario
Estructura del UE
Mobile Equipment
USIM
AKA Jerarquía de Claves en EPSEl proceso está basado en una clave secreta K común conocida sólo por el Centro de Autenticación (AuC, ubicado en el HSS) y en el USIM en el UE. A partir de K se obtienen CK e IK (Ciphering Key y Integrity Key) tanto en el USIM como en el AuC.
Luego se genera la clave KASME (Access Security Mangement Entity), a partir de CK e IK , en el AuC y en el USIM. En el centro de Autenticación se generan una serie de claves y checksums a partir de la KASME y de un número aleatorio.
Las claves, los checksums y el número aleatorio se envían al MME. El MME transfiere uno de los checksum y el número aleatorio al UE, donde el USIM calcula el mismo conjunto de claves usando el número aleatorio y su clave secreta. La autenticación mutua se realiza verificando los checksums calculados en el UE y en la red, usando protocolos NAS apara el transporte.
En nombre de
Gracias por su atenciónLo invitamos a visitar
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