FÍSICAS MATEMÁTICAS CIENCIAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS

ESCUELA ACADÉMICO-PROFESIONAL DE INFORMÁTICA

DISEÑO LÓGICO DE UNA RED INALÁMBRICA UTILIZANDO

TECNOLOGÍA LTE ADVANCED PARA LA CIUDAD DE

TRUJILLO

TESIS PARA LA OBTENCIÓN DE TÍTULO DE:

INGENIERO INFORMÁTICO

AUTOR: EDGAR SEGUNDO QUISPE VILLA

ASESOR: Ms. EDWIN RAÚL MENDOZA TORRES

Trujillo-Perú

2015

Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/

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DEDICATORIA

A dios.

Por haberme permitido llegar hasta este punto

en mi vida y dado salud para lograr mis

objetivos, y a su infinita bondad.

A mis padres.

Con todo el cariño y respeto para las

personas que hicieron todo en la vida para

que yo pudiera lograr mis sueños, por

motivarme y darme su apoyo cuando más lo

necesitaba, a ustedes por siempre mi corazón

y mi agradecimiento.



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AGRADECIMIENTO

Agradecer a mis padres por estar siempre a mi lado. Con todo su comprensión y su apoyo

incondicional he podido afrontar los problemas que han aparecido y con gran satisfacción

puedo decir que he podido culminar una etapa muy importante en mi vida.

A mi asesor el Ms. Edwin R. Mendoza Torres por su disposición y dedicación para ayudarme

en todo momento para la realización y culminación de esta tesis.

A mi familia fuente de apoyo constante e incondicional en toda mi vida

A todos los amigos que conocí a lo largo de mi carrera universitaria y que siempre estuvieron

conmigo apoyándome en todo momento en diferentes etapas de mi vida universitaria y sobre

todo a quiénes aún me acompañan.



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Diseño Lógico De Una Red Inalámbrica Utilizando Tecnología LTE ADVANCED Para La Ciudad De Trujillo

Autor: Quispe villa Edgar Segundo 1

Presentación

Señores Miembros del Jurado:

En cumplimiento a las normas vigentes del Reglamento de Grados y Títulos de la

Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, carrera Académico Profesional de Informática

de la Universidad Nacional de Trujillo tengo a bien poner a vuestra consideración el presente

trabajo de investigación intitulado:

“DISEÑO LÓGICO DE UNA RED INALÁMBRICA UTILIZANDO

TECNOLOGÍA LTE ADVANCED PARA LA CIUDAD DE TRUJILLO”

Con la culminación de este trabajo de investigación se espera cumplir las exigencias

formuladas en toda investigación, agradeciéndoles por anticipado las sugerencias y

apreciaciones si hubiera al respecto.

Trujillo, enero del 2015

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EDGAR SEGUNDO QUISPE VILLA



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RESUMEN

El presente proyecto consiste en el diseño de una red inalámbrica empleando tecnología Lte-

Advanced. El sitio geográfico elegido para el modelado de dicha red es el distrito de Trujillo el cual

presenta un avance tecnológico, el cual motiva al estudio de este mercado para futuras

implementaciones,

Debido a la creciente necesidad de complacer a los usuarios de telefonía móvil y a la gran

cantidad de servicios que ofrece esta nueva tecnología Lte-Advanced, en cuanto a velocidad de

transmisión de datos, cobertura, calidad de señal y mayores aplicaciones dentro del aspecto técnico,

se puede dar cuenta que esta tecnología solucionará los problemas de las redes actuales de telefonía

móvil, porque permite el uso del espectro radioeléctrico, y se muestra como una verdadera tecnología

móvil de banda ancha que permitirá a los usuarios tener servicios de mejor calidad.

Este proyecto comenzará con el estudio teórico de la tecnología Lte-Advanced, el cual tendrá

una breve historia de las redes móviles, así como su definición de esta tecnología y sus principios

básicos, y la agregación de Carrier que es el punto principal de esta tecnología, también veremos

sobre qué sistema de antenas inteligentes se basará Lte-Advanced.

Se analizará los recursos, servicios y beneficios que brinda esta nueva tecnología Lte-Advanced

para los usuarios finales así como un breve análisis de las redes actuales que se utilizan.

Posteriormente se hará una breve comparación para analizar el grado de calidad y seguridad entre

ambas redes, así tener mayor fundamento que las redes inalámbricas de banda ancha son el futuro

para la conectividad de los usuarios, finalmente se concluirá que esta tecnología es el futuro de red

móvil por sus servicios interactivos con el usuario así como su gran capacidad de ancho de banda.



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Abstract

This project involves the design of a wireless network using LTE ADVANCED. The

geographic location chosen for the modeling of the network is the city of Trujillo which

presents a technological breakthrough, which motivates the study of this market for future

implementations,

Due to the growing need to please mobile users and the large amount of services offered

by this new technology LTE ADVENCED, in terms of data transmission speed, coverage,

and higher signal quality in the technical applications are can realize that this technology

would solve the problems of current mobile phone networks, it allows the use of radio

spectrum, and displayed as a real mobile broadband technology that will enable users to better

quality services.

This project began with the theoretical study of Lte-Advanced technology, which will

have a brief history of mobile networks, as well as its definition of this technology and its

basic principles, and carrier aggregation is the main point of this technology We will also

learn about what smart antenna system was based Lte-advanced.

They analyze the resources, services and benefits offered by this new technology

Advanced Lte for end users as well as a brief analysis of existing networks that are used.

Subsequently, a brief comparison to analyze the degree of quality and safety between the two

networks, and have more basis than the broadband wireless networks are the future for user

connectivity, finally concluded that this technology is the future of network mobile for its

interactive customer service as well as its high bandwidth capacity.



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INTRODUCCION ................................................................................................................................. 9

CAPÍTULO I: PLAN DE INVESTIGACIÓN ........................................................................................ 10

1.1. Realidad problemática .............................................................................................................. 10

1.2. Antecedentes ........................................................................................................................... 11

1.2.1. Nacionales ........................................................................................................................... 11

1.2.2. Internacionales ..................................................................................................................... 11

1.3. Formulación del problema ........................................................................................................ 12

1.4. Hipótesis ................................................................................................................................. 12

1.5. Objetivos ................................................................................................................................. 13

1.5.1. General ............................................................................................................................... 13

1.5.2. Específicos: ......................................................................................................................... 13

1.6. Justificación del estudio ............................................................................................................ 13

1.6.1. Justificación económica ........................................................................................................ 13

1.6.2. Justificación social ............................................................................................................... 13

1.6.3. Justificación científica .......................................................................................................... 13

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ...................................................................................................... 14

2.1. Evolución de la tecnología móvil .................................................................................................... 14

2.2. Introducción a Lte-Advanced .......................................................................................................... 15

2.2.1. Definición. .............................................................................................................................. 15

2.2.2. Principios básicos de la tecnología Lte-Advanced. ..................................................................... 16

2.2.2.1. Sub-portadora ................................................................................................................... 16

2.2.2.2. Multiplicación por división de frecuencia ortogonal (OFDM). .............................................. 16

2.2.2.3. Técnicas de múltiple acceso OFDMA y SC-FDMA. ............................................................ 18

2.2.2.4. TDD (Time Division Duplex) y FDD (Frequency Division Duplex). ..................................... 18

2.3. Carrier de Agregación en Lte-Advanced. ......................................................................................... 20

2.3.1. Canales de control ................................................................................................................... 22

2.3.2. Esquema de acceso múltiple ..................................................................................................... 23

2.4. Sistemas MIMO ............................................................................................................................ 24

2.5. Estaciones Relay............................................................................................................................ 27

Clasificación de los nodos Relay ........................................................................................................ 27

Arquitectura General del Relay .......................................................................................................... 28

Tipos de Relay en LTE-A ................................................................................................................. 28

2.6. Home eNB (Home evolved Node B) y CoMP (Coordinated Multi Point). ........................................... 29

2.6.1. Home eNB (Home evolved Node B). ........................................................................................ 29

2.6.1.1. Modelo de referencia de femtoceldas .................................................................................. 30

2.6.1.2. Tipos de estaciones base en Lte-A. ..................................................................................... 30

2.6.1.3. Arquitectura general de Lte-A incluyendo HeNB o Femtoceldas ........................................... 31

2.6.1.4. Modos de acceso del HeNB. .............................................................................................. 32

2.6.2. CoMP (Coordinated Multi Point). ............................................................................................. 32



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2.6.2.1. Categorías de CoMP ......................................................................................................... 33

2.7. Auto organizador de redes (Self Organising Networks, SON) ............................................................ 35

2.8. Gestión de tráfico en el núcleo de red .............................................................................................. 36

2.8.1. Backhaul. ............................................................................................................................... 36

2.9. Servicios en LTE-A .................................................................................................................. 38

2.9.1. Servicios en IMS. ................................................................................................................. 38

2.9.2. Multimedia Broadcast and Multicast Service (MBMS) ............................................................ 39

2.10. QoS (Quality of Service) en redes Lte-Advanced ........................................................................ 40

2.10.1. Parámetros de QoS ........................................................................................................... 43

2.10.2. Mecanismos de QoS ......................................................................................................... 44

2.10.2.1. Procedimientos de señalización del plano de control ................................................... 45

2.10.2.2. Funciones del plano usuario ...................................................................................... 45

CAPÍTULO III: MATERIALES Y MÉTODOS ..................................................................................... 46

3.1. Enfoque De Investigación............................................................................................................... 46

3.2. Tipo De Investigación ................................................................................................................. 46

3.3. Variables De Estudio ..................................................................................................................... 46

3.4. Indicadores Considerados ............................................................................................................... 46

3.5. Instrumentos y Técnicas ................................................................................................................. 47

3.5.1. Técnicas y Procedimientos de Recolección de Datos .................................................................. 47

3.5.2. Métodos de Análisis ................................................................................................................ 48

3.5.3. Metodología de Trabajo. .......................................................................................................... 48

CAPÍTULO IV: RESULTADOS ........................................................................................................... 50

4.1. FASE I. ........................................................................................................................................ 50

4.1.1. Situación actual de la telefonía móvil en el distrito de Trujillo. .................................................... 50

4.1.1.1. Estudio Actual de la Red 3G (UMTS/WCDMA/HSPA+) ..................................................... 50

4.2. FASE II. ....................................................................................................................................... 58

4.2.1. Propuesta del diseño lógico de una red inalámbrica utilizando Lte-Advanced ............................... 58

4.2.1.1. Características Lte-Advanced (Lte-A) ................................................................................. 58

4.2.1.2. Ubicación de zona de estudio. ............................................................................................ 60

4.2.1.3. Espectro a utilizar ............................................................................................................ 63

4.2.2. Topología de red de acceso ...................................................................................................... 63

4.2.3. Diseño de la red de transporte ................................................................................................... 65

4.2.4. Diseño lógico. ......................................................................................................................... 68

CAPÍTULO V: DISCUSIÓN DE RESULTADOS .................................................................................. 77

CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES:...................................................................................................... 78

CAPITULO VII: RECOMENDACIONES ............................................................................................. 79

CAPÍTULO VIII: REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 80

ANEXOS ............................................................................................................................................ 83



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Lista de figuras Figura 2.1. Principio FDM…………………….……………………………………………………17

Figura 2.2. Ortogonalidad de las ondas portadoras…………………………………………………17

Figura 2.3. Métodos FDD y TDD…………………………………………………………………..19

Figura 2.4. Carrier de agregación en bandas contiguas…………………………………………….21

Figura 2.5. Agregación de Carrier en el ancho de bandas no contiguas de una banda……………..21

Figura 2.6. Agregación de Carrier en el ancho de bandas no contiguas

de diferentes anchos de banda…………………………………………………………..22

Figura 2.7. Esquema de conmutación MIMO adaptativo…………………………………………..25

Figura 2.8. Principales modos MIMO en Lte-Advanced…………………………………………...25

Figura 2.9. Estación Relay………………………………………………………………………….27

Figura 2.10. Esquema de la conexión por femtoceldas……………………………………………. 29

Figura 2.11. Modelo femtoceldas.………………………………………………………………….30

Figura 2.12. Esquema de los tipos de estaciones base ………………………………………………31

Figura 2.13. Arquitectura general de Lte-A incluyendo HeNB o Femtoceldas……………………..31

Figura 2.14. Esquema de la transmisión CoMP …………………………………………………….33

Figura 2.15. Esquema Joint Processing…………………………………………………………….34

Figura 2.16. Esquema Coordinated Scheduling/Beamforming …………………………………….34

Figura 2.17. Backhaul entre eNB, S-GW y el MME……………………………………………… 37

Figura 2.18. Trafico en el backhaul………………………………………………………………...37

Figura 2.19. Servicio IMS………………………………………………………………………….38

Figura 2.20. Arquitectura lógica de MBMS………………………………………………………...39

Figura 2.21. Diferenciación de servicios y usuarios………………………………………………...40

Figura 4.1. Red Multiradio UMTS………...………………………………………………………...51

Figura 4.2. Arquitectura UMTS……...……………………………………………………………...52

Figura 4.3. Calidad de servicios 3G………………………………………………………………….54

Figura 4.4. Arquitectura simplificada de una red móvil 3G………………………………………….56

Figura 4.5. Espectro que muestra la cobertura as tecnologías de la empresa

américa móvil (CLARO)………………………………………………………………..57



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Figura 4.6. Espectro que muestra la cobertura as tecnologías de la empresa telefónica movistar……58

Figura 4.7. Ubicación geográfica del Distrito de Trujillo………...………………………………….61

Figura 4.8. Crecimiento de la población del el 2005-2015…………………………………………..62

Figura 4.9. Distrito de Trujillo donde se desplegaran los eNodoB y el Core…………………………64

Figura 4.10. Modelo de conexión del Core y los eNodoB a escala………………………………….65

Figura 4.11. Viabilidad entre el Core y el eNodoB 4……….……………………………………….67

Figura 4.12. Cobertura del Core y el eNodoB 4……………………………………………………..67

Figura 4.13. Diseño lógico propuesto……………………………………………………………….69

Figura 4.14. Esquema de registro…………………………………………………………………...70



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Listas de tablas Tabla 2.1. Anchos de banda FDD y TDD…………………………………………………………..20

Tabla 2.2. Escenarios primarios de implementación de Lte-Advanced…………………………….23

Tabla 2.3. Modo de acceso HeNB…………………………………………………………………..32

Tabla 2.4. Clases de QoS desde la perspectiva del usuario…………………………………………42

Tabla 4.1. Eficiencia espectral promedio…………………………………………………………...59

Tabla 4.2. Throughput de usuario en el borde de la celda…………………………………………..59

Tabla 4.3. Urbanizaciones que conforman distrito de Trujillo………………………………………61

Tabla 4.4. Localización y coordenadas de los eNodoB…………………………………………….64

Tabla 4.5. Distancia de enlaces…………………………………………………………………….. 66



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INTRODUCCION

Actualmente cuando se habla de redes celulares es imposible no encontrarse con artículos que

hablan sobre Lte Advanced (Long term evolution Advanced – evolución avanzada a largo plazo) en

cual representa a lo último en tecnologías inalámbricas y móviles, al igual que wimax son las que

revolucionaran el mundo de las telecomunicaciones.

Los usuarios de las redes móviles celulares continuamente están en la búsqueda de nuevos

servicios y aplicaciones para satisfacer sus necesidades productivas, comerciales, informacionales,

de entretenimiento y de comunicación, situación que debe impulsar el crecimiento y la evolución de

este tipo de redes hacia redes de banda ancha y capaces ofrecer QoS de extremo a extremo para

soportar los diferentes tipos de tráfico que circularán por la red. En consecuencia, la Unión

Internacional de las Telecomunicaciones (UIT) definió en los sistemas de Lte-Advanced las

características para las redes móviles celulares de 4G.

De esta manera, Lte-Advanced marcará el comienzo de una nueva era en las comunicaciones

móviles de banda ancha al ofrecer una plataforma global para el soporte de las próximas generaciones

de servicios móviles interactivos. Lte-Advanced constituye una tecnología de acceso inalámbrico

completamente IP (All-IP), capaz de ofrecer altas velocidades de acceso (1 Gbps en el enlace

ascendente y 500 Mbps en el enlace descendente), mejorar la eficiencia espectral y reducir el retardo

(50 ms) con lo cual se logra una mejora significativa en la QoS2 para garantizar la entrega

satisfactoria de servicios y aplicaciones a los usuarios finales.

Por lo anterior, en este proyecto se realiza un diseño lógico de una red inalámbrica utilizando

tecnología Lte-Advanced, en el cual también se hablará de los beneficios y ventajas que tiene esta

tecnología de última generación, así como los tipos de sistema de antenas inteligentes a emplearse y

su arquitectura que maneja esta tecnología finalmente se presentarán las conclusiones de este trabajo.



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CAPÍTULO I: PLAN DE INVESTIGACIÓN

1.1. Realidad problemática

El crecimiento explosivo en el número de usuarios de telefonía móvil, unido al estado

tecnológico actual hace pensar en una fuerte demanda de aplicaciones móviles de banda ancha,

entre las que podríamos destacar la navegación por Internet de alta velocidad; el envío y

recepción de e-mail; la descarga rápida de contenidos multimedia o los juegos interactivos.

Para satisfacer dicha demanda, la industria de las telecomunicaciones ha puesto su atención

en el despliegue de redes de banda ancha, en especial en redes Lte y Lte-Advanced como

alternativa para una red de acceso.

Debido al crecimiento de la demanda móvil en la población y la saturación de las redes

actuales de las diferentes empresas de telecomunicaciones existentes en el distrito Trujillo; así

como el incremento de líneas móviles que se dan día a día en la ciudad.

Las empresas que brindan servicio de telefonía móvil como Movistar, y América móvil

tienen presencia en el distrito de Trujillo; por tanto si en un futuro se desea implementar la

tecnología inalámbrica Lte-Advanced, no debería presentar mayores inconvenientes.

En la Libertad se tiene una densidad aproximada 119.3 líneas móviles por cada 100

habitantes, comparándola con la densidad de telefonía fija de 13 líneas por cada 100 habitantes;

se puede concluir que la telefonía móvil tiene mayor penetración.

En cuanto al número de clientes se tiene un aproximado de 340,000 líneas móviles en

servicio, comparándolas con las 102,935 líneas de telefonía fija en Trujillo se resalta la clara

tendencia a la telefonía móvil en esta ciudad. Por lo que una nueva propuesta tecnológica sería

una interesante alternativa a los usuarios actuales de las redes móviles.

La llegada de estas tecnologías Lte y Lte-Advanced permitirá una velocidad de navegación

muchas veces mayor al igual que la transmisión de datos por redes inalámbricas. Según pruebas



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realizadas la velocidad llegó a alcanzar los 170 Mbps, unas diez veces más de lo que ofrece la

tecnología 3G y casi el doble de la tecnología Wimax.

1.2. Antecedentes

1.2.1. Nacionales

Antecedente N° 02.

Título: Diseño de una red LTE para el distrito del callao

Año: 2012

Universidad: pontificia universidad Católica del Perú

Descripción: En la presente tesis se plantea el diseño de una red LTE para el distrito del

Callao para una nueva operadora que quiere ofrecer sus servicios con dicha red. En este

diseño se toma en cuenta no sólo a la población que habita el distrito del Callao, sino

también a aquellas que visitan con frecuencia el mismo y aquél grupo de personas que

concurren diariamente al Aeropuerto Internacional Jorge Chávez que se encuentra en

dicho distrito.

Aporte: los beneficios que ofrece esta nueva red inalámbrica para el acceso a los

servicios móviles que ofrece esta tecnología a usuarios finales.

Antecedente N° 03.

Título: diseño de una red Lte para la ciudad de Chiclayo

Año: 2012

Universidad: universidad san Martin de Porres

Descripción: presenta un diseño lógico de una red lte para la ciudad de Chiclayo.

Aporte: el despliegue de una red lte para una ciudad costera no presenta mayores

problemas en lo que respecta a la red de acceso, ya que cuenta con una demografía ideal

para el despliegue de redes móviles.

1.2.2. Internacionales

Antecedente N° 05.

Título: Estudio de Factibilidad para la implementación de LTE (Long term evolution)

en el ecuador



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Año: 2011

Universidad: Escuela politécnica nacional

Descripción: define la factibilidad de implementar l tecnología celular denominada LTE

en el país Ecuador. La implementación de nueva tecnologías puede ser beneficiosa para

los operadores siempre y cuando exista un ambiente regulatorio y de mercado favorable

para ello

Aporte: la importancia de las nuevas tecnologías en las redes de telefonía celular, en

este caso Lte el cual muestra como una verdadera tecnología móvil de banda ancha que

permite ofrecer a los usuarios servicios de calidad.

Antecedente N° 06.

Título: Estado Actual de las redes Lte en Latino América

Año: 2013

Universidad: universidad de Cuenca

Descripción: La tecnología LTE (Long Term Evolution) representa un elemento clave

en la evolución de las redes móviles ya que sus características lo convierten en la

solución para los problemas de capacidad y conectividad que se presentan en la

actualidad.

Aporte: una síntesis de la arquitectura, características y otros métodos utilizados por las

redes LTE para la entrega de servicios, los beneficios que esta presenta frente a las

tecnologías anteriores, la oferta y demanda por parte de las operadoras y los usuarios,

las tasas de consumo que han impulsado el desarrollo de LTE.

1.3. Formulación del problema

¿Cómo mejorar el acceso a los servicios interactivos móviles en el Distrito de Trujillo?

1.4. Hipótesis

A través del diseño de una red inalámbrica utilizando tecnología Lte Advanced se logrará

mejorar el acceso a los servicios interactivos móviles.



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1.5. Objetivos

1.5.1. General

Diseñar una red inalámbrica para el acceso a los servicios que brinda las redes de banda

ancha utilizando tecnología LTE en la ciudad de Trujillo

1.5.2. Específicos:

Analizar el sistema de red móvil actual en Trujillo.

Investigar las especificaciones técnicas más relevantes de la tecnología Lte-

Advanced

Proponer un diseño lógico de implementación de una red Lte-Advanced teniendo

en cuenta el estándar 3GPP (3rd Generation Partnership Project).

1.6. Justificación del estudio

1.6.1. Justificación económica

En los últimos años el número de usuarios ha crecido considerablemente para los

diferentes proveedores de telecomunicaciones, los cuales actualmente brindan un

servicio aceptable. El planteamiento de una nueva red podrá abarcar mayores distancias

sin pérdida de calidad y de servicios, con lo cual lleva a grandes beneficios económicos

para estas empresas a largo plazo.

1.6.2. Justificación social

Esta propuesta brindará un mejor servicio en calidad, seguridad y otros de parte de

los proveedores de telecomunicaciones, por lo que los usuarios se verán beneficiados

con una mejor señal y una mayor cobertura en sus redes inalámbricas; y no presentaran

los problemas que actualmente los aquejan.

1.6.3. Justificación científica

El presente proyecto pretende contribuir con conocimientos acerca de las redes de

telecomunicaciones para un mejor aprovechamiento de sus características, las cual

podrán solucionar problemas que se presentan actualmente.



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CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO

2.1. Evolución de la tecnología móvil

La necesidad del hombre de comunicarse a mayores distancias lo ha llevado a desarrollar

diversos sistemas como el telégrafo o el teléfono. Estos, impulsados por los estudios de la

electricidad, funcionaban mediante cables que se conectaban unos a otros.

Sin embargo, surgió la necesidad de una comunicación inalámbrica. En los años 1940 y

1950 apareció el primer sistema que ofrecía servicio de telefonía móvil, el radioteléfono. Este

sistema era severamente limitado por su poca movilidad, escasa capacidad, mal servicio y baja

calidad de voz, además los equipos eran grandes, pesados, caros y susceptibles a interferencias

[5,25].

En de los años 70s, aparecieron a nivel comercial las comunicaciones móviles con su

primera generación. Estas redes siguieron transmitiendo únicamente información analógica de

voz

La necesidad de mejorar la calidad de transmisión, la capacidad del sistema y la cobertura,

llevó al desarrollo de los sistemas móviles de segunda generación. Con el avance tecnológico

se hicieron posibles las transmisiones digitales. Aún dominaban las transmisiones de voz pero

las demandas de otros servicios, como fax, mensajería y transmisiones de datos, crecían

rápidamente. Estos sistemas ofrecían voz digital a velocidades relativamente bajas y el poco

ancho de banda restante para datos [25].

A finales de los 90s se introdujo lo que llamamos 2.5G, una generación que cumplía con

características intermedias entre la 2G y la 3G, presentando mejoras en la capacidad de

transmisión de datos mediante el paso de la tecnología de conmutación de circuitos a la de

conmutación de paquetes. Este cambio se da por el surgimiento de la Internet, el cual trabaja con

paquetes en lugar de circuitos, como las comunicaciones de voz de los sistemas 1G y 2G [5,25].

La idea de un estándar que unifique la tecnología en todo el mundo impulsó la llegada de la

tercera generación. Los equipos soportarían altas velocidades de hasta 2 Mbps pero solo en



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interiores y en modo estacionario. Con alta movilidad, la velocidad decaería a 144 Kbps. La

tecnología 3G ofrece alta calidad de transmisión de voz, capacidades multimedia, costos

accesibles, eficacia operacional, prestaciones por más de una red en una zona de cobertura, altas

velocidades de acceso a Internet y dispone de una gran variedad de servicios [5,25].

La generación 3.5 es básicamente la 3G potenciada, es decir, diseñada para un mejor

desempeño. Alcanza velocidades de transmisión descendente de hasta 14 Mbps teóricamente y

fue desarrollada para ofrecer servicios multimedia utilizando la conmutación de paquetes [5].

La demanda de mayor velocidad de transmisión, especialmente cuando se tiene alta

movilidad, ha experimentado un crecimiento junto con la evolución de las tecnologías móviles

y el crecimiento de los operadores que proveen el servicio. La velocidad que se ha conseguido

hasta la tercera generación sigue siendo insuficiente, por lo que surgió la tecnología LTE; es una

tecnología desarrollada por la asociación 3GPP (Third Generation Partnership Project,

Proyectos de Asociación de Tercera Generación) y adoptada por el Instituto Europeo de

Estándares de Telecomunicaciones (ETSI). Actualmente, el enfoque del proyecto LTE se dirige

a tener un rendimiento de bajada (100 Mbps) y de subida (50 Mbps). Para el año 2008, las

especificaciones de 3GPP eran lo suficientemente estables para el inicio de LTE [22].

Para la segunda mitad del año 2009 el 3GPP hizo una especificación referente a la propuesta

de la ITU (international telecommunication unión, unión internacional de telecomunicaciones).

Esta especificación evalúa LTE y LTE-avanzada como candidatas para lo que se denomina

IMT-avanzadas, lo que identifica a un sistema móvil de cuarta generación 4G [5].

2.2. Introducción a Lte-Advanced

2.2.1. Definición.

LTE Advanced es un estándar de comunicación móvil preliminar, formalmente

inscrito como un candidato al sistema 4G a la ITU-T a finales del 2009, y con fecha

estimada de finalización en el 2011. Es estandarizado por la 3GPP como una mejora al

estándar Long Term Evolution (LTE) [26].

Es una de las dos plataformas de comunicación móviles designados oficialmente

por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) como las primeras tecnologías



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http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Lista_de_estandares_de_telefon%C3%ADa_m%C3%B3vil&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/4G

http://es.wikipedia.org/wiki/ITU-T

http://es.wikipedia.org/wiki/Long_Term_Evolution



de 4G. Esta tecnología aumenta la velocidad de datos más rápido que su predecesor LTE,

con más de 500 MB de velocidad máxima de subida, 1 GB Velocidad máxima de descarga

y una latencia de ida y vuelta en unos pocos minutos[26].

2.2.2. Principios básicos de la tecnología Lte-Advanced.

2.2.2.1. Sub-portadora

Una sub-portadora es una portadora de banda angosta que se usa en

comunicaciones basadas en OFDM. Estas sub-portadoras serán distribuidas

sobre toda la banda de frecuencias asignadas al usuario creando un espectro de

hasta 1200 bandas angostas y portadoras ortogonales [27].

2.2.2.2. Multiplicación por división de frecuencia ortogonal (OFDM).

La Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales (OFDM)

consiste en varias portadoras espaciadas de tal forma que, a pesar de que sus

espectros se cruzan, no causan interferencias unas en otras. Se pueden enviar

varias ondas portadoras (múltiples señales) simultáneamente en frecuencias

distintas, de esto nace la necesidad de una división de frecuencias.

Para la división del espectro, es necesario dejar un espacio antes y otro

después de cada frecuencia portadora para que no haya interferencias entre ellas.

A estos espacios se les llama bandas de guarda.

La OFDM tiene a la FDM como principio. En la FDM los datos de un usuario

se transmiten constantemente en una sola frecuencia como se muestra en la figura

2.1, mientras que con la OFDM los datos se dividen y se transmiten continuamente

por varias sub-portadoras de menor capacidad [8,27].



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Figura 2.1. Principio FDM

Como se explicó anteriormente, las señales podrían interferir unas con otras

si no se da una banda de guarda adecuada para cada frecuencia portadora que evite

que se superpongan. La ortogonalidad de las frecuencias permite que estas bandas

sean innecesarias.

En la OFDM se crean sub-portadoras cuyas ondas se puedan superponer sin

causar interferencias. Las frecuencias centrales son seleccionadas con una

diferencia de espacio específica que hace que las ondas portadoras tengan el valor

de cero en las frecuencias centrales de las vecinas, como se muestra en la siguiente

figura 2.2 [8,27].

Figura 2.2. Ortogonalidad de las ondas portadoras



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Para la especificación 8 de LTE la diferencia que 3GPP eligió para las

frecuencias portadoras es de 15 KHz, y como alternativa en las siguientes

especificaciones se planteó una distancia de 7.5 KHz entre portadoras [26].

2.2.2.3. Técnicas de múltiple acceso OFDMA y SC-FDMA.

El OFDMA, que traducido significa Acceso Múltiple por División de

Frecuencias Ortogonales, es una elaboración de la OFDM utilizada por LTE y

otros sistemas que incrementa la flexibilidad del acceso de los usuarios al sistema

mediante la Multiplexación de varios usuarios en las mismas sub-portadoras.

El OFDMA es utilizado para el enlace descendente con el objetivo de

contrarrestar la interferencia de multitrayectoria en el canal de radio y proveer una

mayor eficiencia espectral ya que no se necesitan bandas de guarda. En OFDMA

se comparte el ancho de banda, cada símbolo de datos (dependiendo de la

modulación) se usa para modular una subportadora, las cuales son ortogonales

entre sí, de aquí es de donde nace la característica multiportadora de OFDMA.

SC-FDMA se emplea una combinación lineal, donde varios símbolos de

datos se usan para modular varias subportadoras ortogonales; es decir que cada

símbolo que se transmitan lo harán ocupando todo el ancho de banda. Esto quiere

decir, que en el ancho de banda que se dispone, solo se envía información de

varios símbolos de datos dependiendo de la modulación que se elija [2,8,3, 27]

2.2.2.4. TDD (Time Division Duplex) y FDD (Frequency Division Duplex).

En el FDD los enlaces ascendente y descendente están separados, por lo que

transmiten datos simultáneamente operando en diferentes frecuencias como se

muestra en la figura 2.3. En el FDD la transmisión es continua.

En el TDD ambos enlaces se encuentran en una misma frecuencia pero se

transmiten por turnos, lo que hace que la transmisión sea discontinua [2,3]



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Figura 2.3. Métodos FDD y TDD

El FDD es más eficiente y representa mayor volumen de dispositivos e

infraestructura. Sin embargo, el TDD es preferido por la mayoría de

implementaciones debido a su flexibilidad para escoger las tasas de transferencia

de datos de los enlaces según convenga, capacidad de explotar la reciprocidad del

canal, capacidad de implementación en una banda no dividida y el diseño del

transceptor es menos complejo. Dado que el hardware para FDD y TDD es el

mismo, excepto por la unidad de radio, los operadores del TDD serán por primera

vez capaces de disfrutar de economías de escala contando con un amplio soporte

de productos FDD. [2.3].

La 3GPP ha definido para uso de Lte-Advanced los siguientes anchos de bandas

como se muestra en la tabla 2.1 [21]:

Frecuencia de DL

Frecuencia de UL

Frecuencia

FDD

UL DL UL DL

TDD

Tiempo

DL= E. descendente

Tiempo

Frecuencia

UL= E. ascendente



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Tabla 2.1. Anchos de banda FDD y TDD

2.3. Carrier de Agregación en Lte-Advanced.

Para que LTE-Advanced pueda utilizar plenamente los anchos de banda más amplios de

hasta 100 MHz, debemos mantener la compatibilidad con versiones anteriores de LTE; para lo

cual un esquema de agregación de portadoras ha sido propuesto. Agregación Carrier consiste

en agrupar varios componentes de portadoras (por ejemplo, de hasta 20 MHz), de modo que

los dispositivos de LTE-Advanced sean capaces de utilizar una mayor cantidad de ancho de

banda (por ejemplo, hasta 100 MHz), mientras que al mismo tiempo permitiendo que los

dispositivos LTE continúen viendo el espectro como portadores de componentes separados. En



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la siguiente figura 2.4, se ilustrar el concepto de la agregación Carrier en ancho de banda

contigua. [28]

Figura 2.4. Carrier de agregación en bandas contiguas [28]

Puede que no siempre sea posible para un operador obtener 100 MHz de espectro contiguo.

Por esta razón, también se propone el uso de agregación de portadoras no contiguo. En este caso,

los soportes de los que van a ser agregados pueden ser no contiguas en la misma banda de

espectro o no contiguo en diferentes bandas del espectro. En cualquiera de los casos, varios

desafíos necesitan ser abordados antes de introducir con éxito la agregación de portadoras.

En la siguiente figura 2.5, ilustra el caso de la agregación de portadoras no contiguas en la

misma banda. La figura muestra dos dispositivos LTE utilizando anchos de banda de hasta 20

MHz, coexistiendo con un dispositivo LTE-Advanced que utiliza el ancho de banda no contiguo

agregado de hasta 100 MHz. [28.26]

Figura 2.5. Agregación de Carrier en el ancho de bandas no contiguas de una banda



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En la siguiente figura 2.6, que se muestra ilustra el caso de la agregación Carrier no contiguo en

diferentes anchos de bandas [28,26].

Figura 2.6. Agregación de Carrier en el ancho de bandas no contiguas de diferentes

anchos de banda [28]

2.3.1. Canales de control

A fin de utilizar el espectro disponible, los dispositivos deben ser capaces de acceder

a los canales de control en las tramas de enlace descendente y enlace ascendente (además

de otras señales de referencia). Por lo tanto, para mantener la compatibilidad con versiones

anteriores de dispositivos LTE, cada portador de componentes debe mantener sus propios

canales de control. Por otro lado, si un proveedor de servicios quiere apoyar sólo los

dispositivos LTE-Avanzada, los canales de control se podrían reducir de un grupo de

componentes de portadores (de hasta 20 MHz) para un conjunto total de componentes de

portadores (de hasta 100 MHz). La opción de activación / desactivación de los canales de

control y las señales de referencia podría permitir que un proveedor de servicios para hacer

una migración progresiva de LTE para Lte-Advanced, mediante el control de las bandas

de espectro que se puede acceder a dispositivos LTE y Lte-Advanced [28,22]

En términos de programación, la información de asignación de recursos puede

referirse a los recursos dentro de la misma CC en la que fue enviado, o a los recursos en

otra CC. El primer caso es adecuado para escenarios en los que el UE está configurado

para recibir información de asignación de recursos en cada CC, y de forma fiable puede

recibir en cada CC. Por otro lado, el segundo caso es adecuado para escenarios en los que



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el UE no está configurado para recibir la información de asignación de recursos en cada

CC. [28]

2.3.2. Esquema de acceso múltiple

Para el enlace descendente, el esquema elegido para el acceso múltiple es para llevar

a cabo la transmisión en paralelo de bloques de transporte (TBS) en cada CC, basado en

OFDMA, como en LTE. En cada uno de CC, se transmite un solo TB (o dos TBs en caso

de Multiplexación espacial); también, cada CC administra su propio proceso HARQ. Por

otra parte, la mayoría de los protocolos de capa superior de LTE son reutilizados, ya que

la naturaleza Multi-portadora de la capa física se expone como caminos paralelos hasta la

capa MAC. De esta manera, la mayor parte del desarrollo y la inversión realizada para

dispositivos LTE se puede extender a Lte-Advanced. En la siguiente tabla 2.2 se muestra

los escenarios de implementación lte-advanced [28]

N°

Escenario Descripción

Transmisió

n BWs de

Lte-A

Carrier

N° de Lte-A CCs bandas para Lte-

A carriers

modos

Dúplex

A

Monobanda

continúa.

banda 3.5

GHz para

FDD

UL: 40

MHz

DL: 80

MHz

UL: Contiguos 2 × 20

MHz CCs.

DL: Contiguos 4 × 20

MHz CCs

3.5 GHz band FDD

B

Monobanda

continúa.

Banda 4 Hz

para TDD

100 MHz

Contiguous 5 × 20

MHz

CC

banda 40 (3.5

GHz banda) TDD

C

Multi-banda

Bandas no

contiguos 1, 3

y 7 para FDD

UL: 40

MHz

DL: 40

MHz

UL/DL: Non-

contiguous

10 MHz CC@Band

1 + 10 MHz CC@Band

3 + 20 MHz CC@Band

7

Band 3 (1.8 GHz),

Band 1 (2.1 GHz),

Band 7 (2.6 GHz

FDD

D

Multi-banda

bandas no

contiguas 39,

34 y 40 de

TDD

90 MHz

Non-contiguous 2 × 20

+

10 + 2 × 20 MHz CCs

Band 39 (1.8

GHz), Band 34

(2.1 Hz), Band 40

(2.3 GHz)

TDD

Tabla 2.2. Escenarios primarios de implementación de Lte-Advanced [28]



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En el enlace ascendente, LTE utiliza DFT-pre codificada OFDM. Para Lte-Advanced

hay una DFT por CC, el apoyo a la asignación de recursos contigua y frecuencia no

contiguos en cada CC. Como para el enlace descendente, el objetivo es volver a utilizar y

extender la mayor parte de lo que ya se ha desarrollado para LTE [28].

2.4. Sistemas MIMO

Múltiple-Input Múltiple-Output (MIMO) es una técnica clave en cualquier sistema celular

moderno que se refiere a la utilización de múltiples antenas tanto en el transmisor y receptor. Por

lo tanto, las estaciones base y los terminales están equipadas con múltiples elementos de antena

destinados a ser utilizados en la transmisión y recepción, para hacer disponible MIMO tanto en

el enlace descendente y el enlace ascendente. MIMO es considerado como uno de los principales

aspectos de Lte-Advanced que permitan que el sistema cumpla con los requerimientos de

velocidad de las IMT-Avanzadas establecidas por la UIT-R.

El concepto de MIMO mejora si se concibe como un marco multimodo de adaptación donde

la demanda de mayores velocidades de datos y una mayor cobertura se acomoda al seleccionar

el esquema MIMO apropiado de acuerdo con los requisitos del sistema actual. La estrategia de

adaptación se elige en función de las diferentes mediciones de canal que se recogen en la estación

base a través de un mecanismo de retroalimentación. [2, 3, 28]

MIMO de un solo usuario (SU-MIMO): la diversidad de transmisión y las técnicas de

multiplexado espacial se puede seleccionar para la transmisión en combinación con la formación

señal. Esta nueva característica junto con una orden superior MIMO (es decir, un aumento del

número de puertos de antena) hacen posible un aumento sustancial en las tasas de datos de

usuario pico. [2, 3, 28]

MIMO multiusuario (MU-MIMO): gran énfasis se coloca en MU-MIMO, ya que ofrece

el mejor equilibrio y complejidad de interpretación. La flexibilidad de SDMA se aumenta al

permitir que un número diferente de corrientes para llegar a cada usuario con el fin de aumentar

la tasa de datos promedio. SU-MIMO y MU-MIMO constituyen lo que se llama MIMO de sitio

único. [2, 3 ,28]



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Cooperativa MIMO: es impulsado por técnicas que permiten que utilizan la coordinación en la

transmisión y recepción de señales entre las diferentes estaciones de base, que también ayuda a

reducir la interferencia entre celdas. Estas técnicas, conocidas como Cooperativa multipunto de

transmisión y recepción (COMP), son otro conjunto de tecnologías clave [2, 3, 28].

La figura 2.7 muestra el esquema de adaptación MIMO, y en la figura 2.8 los principales modos

de antena MIMO.

Figura 2.7. Esquema de conmutación MIMO adaptativo [28]

Figura 2.8. Principales modos MIMO en Lte-Advanced [28]



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Transmisión de descarga MIMO

El número de antenas en transmisión y recepción se aumenta: un 4 × 4 configuración de

antena MIMO se convertiría en la línea de base, mientras que una configuración máxima de 8 ×

8 MIMO se podría establecer para lograr altas tasas de pico. Operación en ambos modos de bucle

abierto y de bucle cerrado es posible en combinación con la diversidad y la Multiplexación

espacial, es decir, la información de retroalimentación puede o no puede ser enviado de vuelta

por el UE en función de las condiciones de radio y la movilidad de UE. Diversidad de transmisión

en bucle cerrado es una nueva característica de Lte-Advanced destinados a los escenarios con

baja movilidad y mala calidad del canal.

Con el fin de minimizar la interferencia intra-celular, MU-MIMO se basa en uno o dos de

los siguientes enfoques: un conjunto de haces fijos, una técnica de haz específica del usuario, o

una combinación de ambos. [28]

Transmisión de carga MIMO

El enlace ascendente Lte-Advanced debe proporcionar mejoras significativas sobre LTE,

en la celda de punta, media móvil, y las tasas de datos pico. Las características favorables de

Single-Carrier Frequency División Multiplex Access (SC-FDMA) de LTE, han tranquilizado

Lte-Advanced para mantener el mismo método de acceso, que consiste básicamente en una fase

adicional DFT pre codificación anterior al OFDMA convencional. Sin embargo, la inclusión de

SU-MIMO en combinación con un MIMO de orden superior se considera como una de las

técnicas principales para lograr avance tecnológico significativo. La configuración MIMO es la

base para LTE-Avanzada; se cambia a 2 × 2 MIMO y una configuración máxima de 4 × 4MIMO

debe estar disponible, lo que permite una Multiplexación espacial de hasta cuatro capas. Esta

característica permite un gran aumento en el pico de la eficiencia del espectro.

Diferentes esquemas de diversidad de transmisión de soporte SU-MIMO están en estudio

para el enlace ascendente. El reto es encontrar esquemas de transmisión adecuados para todos

los canales de enlace ascendente que mantienen bajas propiedades CM compatibilidad. Se han

propuesto dos esquemas de bucle abierto y de bucle cerrado. Esquemas de bucle abierto

diferenciar entre el canal de control de enlace ascendente físico (PUCCH) y el Canal Físico

Compartido de Enlace Ascendente (PUSCH) ya que parece inviable para encontrar un esquema

óptimo para ambos canales. Muchas contribuciones han centrado su atención en este tema. Para



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PUCCH, se han propuesto la Diversidad de Recursos ortogonal (ORT) o pre codificador

Switching Diversidad (PVD), mientras que la codificación de bloque espacio-tiempo (STBC) o

Espacio-Frecuencia Block Coding (SFBC) son esquemas de candidatos para PUSCH. [28]

2.5. Estaciones Relay

Es una parte de la red de acceso de radio. El Relay es un nodo fijo. El UE tiene al menos dos

capas físicas, Una para comunicarse con el Donor eNB (DeNB) y Otra para comunicarse con el

UE. Los Relays son transparentes para el UE, no puede saber si está conectado directamente al

eNB o al Relay.

Ayudan a mejorar el enlace y Aumento del throughput; Se reduce, en forma ficticia, la distancia

entre el UE y el eNB. Un Relay es un eNB pero conectado al resto de la red en forma inalámbrica

Sus niveles de potencia pueden ser diferentes a los del eNB clásico. El la figura 2.9 se muestra

un esquema de una estación Relay [25, 28]

Figura 2.9. Estación Relay

Clasificación de los nodos Relay

• Relay Capa 1

– Es la implementación más sencilla, el Relay actúa como un simple repetidor;

recibe la señal del DeNB, la amplifica y la retransmite a su área de cobertura.



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• Relay Capa 2

– Tienen las funcionalidades de la capa 1. Puede decodificar y re-codificar las

señales recibidas con el fin de mejorar la calidad del canal. La ganancia en

desempeño se logra a expensas de mayor complejidad y costo y también se

agrega un delay adicional.

• Relay Capa 3

– Incluye las funcionalidades de la capa 2, tales como gestión de la movilidad

y del handover, en ese sentido actúa como un eNB con todos sus servicios.

– Este es el tipo de Relay que se usan en Lte-Advanced [25, 28]

Arquitectura General del Relay

El Relay tiene dos caras:

– Hacia el UE el Relay se comporta como un eNB convencional y es

transparente al mismo, incluso frente a los UEs del Rel. 8. Esto permite una

introducción gradual de los Relays sin afectar la red existente.

– Hacia el DeNB el Relay se comporta como un terminal usando la interface

de radio LTE para conectarse con el DeNB. [25, 28]

Tipos de Relay en LTE-A

Tipo 1: Inband

– LTE-A usará primordialmente el sistema de Relays Inband, en cuyo caso los

enlaces DeNB-RN y RN-UE compartirán la misma banda. El Relay Outband

también puede usarse, pero es menos eficiente en cuanto al uso del espectro. El

diseño de los enlaces del Relay es esencial para garantizar su eficiencia.

– El Relay controla la celda y aparece frente al UE como una celda distinta al

DeNB.



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– El Relay tiene su propio Physical Cell ID, de acuerdo al Rel. 8, y transmite su

propia sincronización, etc.

– El UE recibe la información de asignación de recursos y de HARQ

directamente del Relay y envía su información de control (SR, CQI, ACK) al

Relay.

– El Relay debe presentarse de manera diferenciada ante los UEs LTE-A.

Tipo 1A.

– Igual que el tipo 1, pero opera en el modo Outband. [25, 28]

2.6. Home eNB (Home evolved Node B) y CoMP (Coordinated Multi Point).

2.6.1. Home eNB (Home evolved Node B).

Un gran interés en la industria de las telecomunicaciones se ha centrado

recientemente en las femtoceldas que se define en términos generales como estaciones de

bajo costo y bajo consumo de energía de base celulares que operan en el espectro con

licencia para conectar los terminales móviles convencionales, sin modificar a la red de un

operador móvil.

También conocida como “Home Base Station”, la Femtoceldas es un punto de acceso

de una red celular y permite conectar dispositivos móviles al núcleo de la red del operador

móvil usando para ello una conexión residencial DSL, FO o tecnologías inalámbricas. En

la figura 2.10 muestra un esquema de conexión por femtoceldas [25, 26 ,28]

Figura 2.10. Esquema de la conexión por femtoceldas



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2.6.1.1. Modelo de referencia de femtoceldas

Para garantizar la interoperabilidad este modelo de referencia debe ser

estandarizado completamente, o al menos los siguientes elementos de red: FAP

(Femto Access Point), FGW (Femto Gateway) y el FMS (Femto Management

System) ver figura 2.11 [28]

Figura 2.11. Modelo femtoceldas

2.6.1.2. Tipos de estaciones base en Lte-A.

Hay tres tipos de estaciones base en la tecnología Lte-Advanced (ver

figura 2.12), las cuales se enumeran a continuación.

- Evolved node B: eNB.

- Relay node: RN

- Home evolved Node B: HeNB o Femtoceldas. [25,28]



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Figura 2.12. Esquema de los tipos de estaciones base [25,28]

2.6.1.3. Arquitectura general de Lte-A incluyendo HeNB o Femtoceldas

Figura 2.13. Arquitectura general de Lte-A incluyendo HeNB o Femtoceldas [28]

La arquitectura de E-UTRAN soporta un Home eNB Gateway (HeNB

GW) que soporta la interface S1 entre HeNB y el EPC y soportar así una gran

cantidad de HeNBs. El HeNB GW sirve como un concentrador para el Control

Plane, específicamente para la interface S1-MME. La conexión de los HeNB



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puede ser a través del HeNB GW o directamente al plano del usuario entre HeNB

y SGW. [25, 28]

2.6.1.4. Modos de acceso del HeNB.

Modo de acceso HeNB

Abrir Cerrar híbrido

UE permite el

acceso para

CSG

acceso acceso Acceso

preferencial

UE no permite

el acceso para

CSG

acceso No acceso acceso

Tabla 2.3. Modo de acceso HeNB

Los modos de acceso determinan los UE que pueden tener acceso a través del

HeNB ver la tabla 2.3.

OPEN: el HeNB da acceso a cualquier UE de cualquier PLMN (public land

mobile network).

CLOSED: se brinda acceso sólo a usuarios pertenecientes a su CSG (closed

subscriber group).

HYBRID: a los usuarios de su CSG y a los de cualquier PLM que no pertenezcan

a su CGS. [25, 28]

2.6.2. CoMP (Coordinated Multi Point).

CoMP transmisión implica la coordinación dinámica entre múltiples puntos de

transmisión que están geográficamente separados como se muestra la figura 2.14. En este

contexto, un punto de transmisión corresponde a un grupo de antenas co-localizadas. Los

sectores de una celda se consideran puntos diferentes.

Cooperativa multipunto de transmisión y recepción (COMP) es un marco que se refiere a

un sistema en el que varios nodos de antenas distribuidas geográficamente colaboren con el



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objetivo de mejorar el rendimiento de los usuarios atendidos en el área de la cooperación

común. Abarca todos los diseños de los sistemas necesarios para lograr una coordinación

estrecha para la transmisión y recepción. La cooperación entre los eNB se caracteriza por la

necesidad de una interconexión entre los diferentes nodos de la forma de enlaces dedicados de

muy alta velocidad. Fibra óptica, conexiones troncales o enlaces inalámbricos. Estos enlaces

de baja latencia son esenciales para el éxito de la comunicación cooperativa, a pesar de su

diseño es un problema muy difícil debido a la gran cantidad de datos que pueden necesitar ser

intercambiados entre los nodos. [25, 26, 28]

Figura 2.14. Esquema de la transmisión CoMP

2.6.2.1. Categorías de CoMP

A. Joint Processing (JP)

Los datos para un UE, correspondientes a un recurso en la matriz tiempo-

frecuencia, están disponibles en más de un punto del CoMP.

– Los datos para un UE se transmiten simultáneamente desde diferentes

puntos y así se mejora la calidad de la señal recibida y el rendimiento ver

figura 2.15. [28]



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Figura 2.15. Esquema Joint Processing [28]

B. Coordinated Scheduling/Beamforming (CS/CB)

Los datos para un UE están disponibles y se transmiten desde un solo punto en

el conjunto de colaboradores CoMP para un recurso tiempo-frecuencia, pero la

decisión de quien transmite y la señal a usar es tomada en conjunto. En la

siguiente figura 2.16. Se muestra el esquema Coordinated

Scheduling/Beamforming [28]

Figura 2.16. Esquema Coordinated Scheduling/Beamforming



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C. Hibrido: JP&CS/CB

Un subconjunto de colaboradores actúa como JP y otra parte actúa como

CS/CB. Ambos subconjuntos pertenecen al conjunto de colaboradores CoMP

[28]

2.7. Auto organizador de redes (Self Organising Networks, SON)

Es un sistema de gestión automatizado para las actividades de operación y mantenimiento

de las redes móviles, entre ellas: Network Planning, Procesos de Configuración y de

Optimización.

SON permite monitorear datos de entrada como métricas de desempeño, alarmas de fallas,

notificaciones, etc. Luego analiza dichos parámetros con el objetivo de tomar decisiones de

optimización de acuerdo con una serie de algoritmos. Finalmente, se iniciarán las acciones

correctivas automáticas o manuales, cuando sea necesario. [28]

De acuerdo con el 3GPP incluye dos grandes funciones principales [28]

Self Configuration. Etapa Pre-operacional, El eNB está energizado y tiene conectividad con

el backhaul (red de transporte encargada de comunicar las estaciones

bases). Es el proceso que incluye el despliegue de nuevos nodos así como

sus configuraciones en forma automática con el fin de establecer la

operación básica del sistema [28]

Self Optimization. Etapa operacional; Las interfaces de RF son energizadas. Es el proceso

donde las mediciones del UE y del eNB, así como las de desempeño de

la red se usan para hacer el auto tunning de la red [28]

A. Aspectos Generales Motivadores de SON.

Los sistemas celulares actuales son muy complejos y requieren la ejecución de muchas

tareas centralizadas a fin de adecuarlos a los cambios propios de ese tipo de red. La adición

de nuevos nodos en la red involucra gastos y mucho consumo de tiempo, visitas en sitios,

y otras actividades necesarias para la optimización. Las razones para implementar SON se

mencionan a continuación [28]:



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- Reducir el esfuerzo requerido cuando se introducen nuevos nodos en la red

- Mejorar el desempeño de la red a través de una O&M más efectiva

- Reducir los costos de instalación y gestión

- Reducir al máximo los procesos manuales

B. Tareas de SON.

- Operaciones de Monitoreo y Gestión para auto optimización

- Optimización del balance de carga

- Función de optimización de los parámetros de entrega

- Control de interferencia

- Optimización de la capacidad y de la cobertura

- Auto Recuperación (Self-Healing)

- Automatic Neighbor Relation (ANR)

C. Automatic Neighbor Relation (ANR)

Una de las labores más intensas en las tecnologías de radio es la gestión de las

relaciones con los vecinos para el manejo de entrega. Es una de las tareas que consume

mucho tiempo en las redes en crecimiento, e incluso en las redes maduras. La entrega

involucra varias capas de la red, lo que hace al proceso aún más complejo. ANR debe

soportar equipos de diferentes fabricantes. ANR eliminará, o reducirá al máximo, el manejo

manual de esta función trascendental para la optimizar la movilidad. Activación de un nuevo

eNB en lared. Optimización de la lista de vecinas, puede ingresar o eliminar vecinas de la

lista esto reduce las tareas de planificación y configuración. [28]

2.8. Gestión de tráfico en el núcleo de red

2.8.1. Backhaul.

El Backhaul es la red de transporte encargada de comunicar las estaciones base, eNodes

B, en el caso de LTE, con el Core, particularmente con el S-GW, con el fin de llevar el

tráfico al centro de control de la red. [22.28]



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2.8.1.1. Características de Backhaul.

- Gran disponibilidad.

- Baja latencia; necesario en voz, independiente si el acceso es 2G, 3G,

LTE.

- Baja tasa de tramas perdidas.

- Redundancia; debe construirse con redundancia y tiempos de restauración

entre 50 y 100 ms en casos de fallas. [22,28]

Figura 2.17. Backhaul entre eNB, S-GW y el MME

Las características de los puntos de agregación y Core vienen dadas por el tráfico

producido desde los eNBs. El tráfico en Agregación ver la figura 2.18, y en Core se obtiene

combinando el tráfico de todos los eNB y aplicando luego algunas estimaciones

estadísticas sobre el multiplexaje de tráfico. [22,28]

Figura 2.18. Trafico en el backhaul.



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2.9. Servicios en LTE-A

2.9.1. Servicios en IMS.

Dado que básicamente IMS es una red multimedia basada en SIP, todos los

servicios que se ofrecen a través de SIP, pueden desplegarse a través de IMS.

Adicionalmente la combinación de aplicaciones multimedia y la movilidad crea

nuevas expectativas en cuanto a los escenarios de nuevos servicios.

Siendo IMS una arquitectura para la prestación de servicios, la misma es

independiente de la red de acceso, por lo tanto incluso los accesos basados en

conmutación de circuitos pueden beneficiarse de los servicios de IMS.

La idea general del 3GPP no es estandarizar las aplicaciones, sino más bien

suministrar la capacidad para desarrollar servicios. Sin embargo, hay ciertas

aplicaciones importantes que han sido definidas entre el 3GPP y OMA, dada la

necesidad de garantizar la interoperabilidad a través de diferentes proveedores. En la

figura 2.19 se muestra un diagrama con los servicios IMS. [20, 23, 28]

- Servicios de presencia.

- Mensajería IMS

- Push to Talk over Cellular (PoC)

- Telefonía multimedia

- Servicios combinados.

- Global Text Telephony (GTT)

Figura 2.19. Servicio IMS



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2.9.2. Multimedia Broadcast and Multicast Service (MBMS)

MBMS es uno de los requisitos para LTE y Lte-Advanced. Una de las ventajas

de MBMS es que usa un solo canal de radio. Varios usuarios pueden recibir la misma

información de manera simultánea a partir de una fuente única. En Broadcast service

la información puede ser recibida por cualquier usuario localizado en el área donde

se ofrece el servicio. Multicast Service sólo puede ser recibido por usuarios que están

suscritos a través de un grupo asociado.

Son servicios multimedia unidireccionales. [28]

- Punto-multipunto.

- Para difusión de audio, texto, imágenes, video o cualquier combinación de ellos

- Existe una sola fuente llamada Broadcast Multicast Service Centre

Los mensajes de difusión se envían por medio de un solo enlace, sin importar la

cantidad de usuarios o el área de difusión. Entre los servicios que se espera prestar

están. [28]

- Tv móvil

- Radio broadcasting móvil

- Bajada de archivos de audio y/o video

- Llamadas de emergencia

- Difusión de publicidad.

Figura 2.20. Arquitectura lógica de MBMS



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El soporte de MBMS en LTE se obtiene gracias a la inclusión de nuevas

funciones de red que mejoran las funcionalidades de los ya existentes, por ejemplo

en el caso de EPS.

En esta arquitectura vemos que el servicio MBMS está diseñado para que los

contenidos puedan ser suministrados por un proveedor distinto al operador de la red

de acceso. [28]

2.10. QoS (Quality of Service) en redes Lte-Advanced

El concepto de QoS toma importancia cuando es necesaria la diferenciación servicios

y usuarios como se lo expresa en QoS Control in the 3GPP Envolved Packet System [19].

En este sentido, los mecanismos de QoS deben permitir al operador ofrecer, por un lado, un

acceso diferenciado a cada uno de los servicios, puesto que estos tienen diferentes requisitos

de desempeño, como ancho de banda y retardo, y por otro lado, una diferenciación de

usuarios, es decir, diferenciar el trato por grupos de usuarios para el mismo servicio, como

por ejemplo diferenciar usuarios pre-pago de los usuarios post-pago en el acceso a Internet

(Figura 2.21)

Figura 2.21. Diferenciación de servicios y usuarios. Fuente: [19]



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A los usuarios les interesan aquellos aspectos de calidad que pueden ser percibido por

ellos y dependen del servicio que se trate [23]. Por ejemplo, un usuario que navega por

Internet percibe la QoS principalmente por el tiempo que transcurre para que una página web

se despliegue totalmente después de hacer la petición.

Técnicamente, esta duración depende de una compleja interacción de factores tales como

el ancho de banda, el retardo y la tasa de error de bits (BER, Bit Error Rate) [23]. Por lo tanto,

uno de los conceptos clave asociados con QoS en las redes Lte-Advanced es la clasificación

de servicios en clases.

Cada una de las clases de servicios forma un flujo de paquetes, al cual se le asignarán

los recursos de la red según las exigencias del servicio [20]. Desde la perspectiva del usuario,

la clasificación de la QoS para los servicios se realiza en conversacional, interactiva,

Streaming y Background (ver Tabla 2.4) [20].

La clase de servicio conversacional agrupa los servicios cuyos requisitos de QoS son

más estrictos y rigurosos puesto que dependen directamente de la percepción humana como

por ejemplo una llamada por voz sobre IP (VoIP, Voice over IP). Mientras que la clase de

servicio Background reúne servicios con requisitos de QoS menores puesto que usuario

envía y recibe datos en un segundo plano como por ejemplo al realizar una transferencia de

archivos.

Técnicamente, antes que los paquetes de datos de un servicio sean transmitidos, un filtro

de paquetes se encarga de asociar los flujos de paquetes con una portadora (bearer), la cual

recibirá el tratamiento de QoS acorde a la clase de servicio que pertenezca [21]. Cada paquete

IP se provee de un encabezado de túnel (tunnel header) compuesto de un identificador de

portadora (bearer identifier) y de un valor DSCP (DiffServ Code Point).

El concepto de portadora y el procedimiento de señalización asociado permiten habilitar

la reserva de recursos antes que los flujos de paquetes que se asignan a esa portadora sean

admitidos en la red, esto último se realiza a través de una función de control de admisión que

opera en un nivel por portadora.



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Conversacional Interactiva Streaming background

Clase de

servicio de QoS

Conversación en

tiempo real

Clase

interactiva al

mejor nivel

posible

Clase

Streaming en

tiempo real

Clase de

background

al mejor nivel

posible

Características

desde la

perspectiva del

usuario

Preserva la

relación

(variación) de

tiempo entre las

entidades de

información del

flujo de bits.

Modelo

conversacional

(estricto y con

bajo retardo)

Patrón de

respuesta a

peticiones.

Preserva el

contenido

útil

Preserva la

relación

(variación) de

tiempo entre

las entidades

de

información

del flujo de

bits

El destino

no espera

los datos

dentro de

un tiempo

limitado.

Preserva el

contenido

útil

Ejemplo de

aplicación Voz

Navegación

de la web

Video

streaming

Correo

electrónico

Tabla 2.4. Clases de QoS desde la perspectiva del usuario Fuente: [20]

Las portadoras pueden ser de dos tipos: portadora de tasa de bit garantizada (GBR,

Guaranteed Bit-Rate) y portadora de tasa de bit no garantizada (non-GBR, Non-Guaranteed

Bit-Rate). Los servicios que utilicen una portadora GBR pueden asumir que no ocurrirá una

pérdida de paquetes asociada con congestión, mientras que los servicios que utilicen una

portadora non-GBR deben estar preparados para experimentar la pérdida de paquetes

relacionada con la congestión. Una portadora GBR se establece por demanda, puesto que

bloquea los recursos de transmisión al reservarlos en la función de control de admisión. No

obstante, una portadora non-GBR puede asignarse por largos períodos de tiempo, ya que no

bloquea los recursos de transmisión. La elección de una portadora GBR o non-GBR dependen

de las políticas de decisión del operador.

Ahora bien una portadora GBR o non-GBR puede ser a su vez una portadora por defecto

(default bearer) o una portadora dedicada (dedicated bearer). La portadora por defecto se

establece cuando un terminal se enlaza con la red proporcionando una conectividad básica.

Una portadora por defecto puede permanecer por largos periodos de tiempo, por lo cual

generalmente se asocia con una portadora non-GBR.



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El nivel de QoS de la portadora por defecto se asigna sobre los datos de suscripción.

Entre tanto, una portadora dedicada puede ser una portadora GBR o non-GBR dependiendo

de la asignación del operador para proporcionar QoS acorde a la política y función de carga

de recursos (PCRF, Policy and Charging Resource Function) [22]. Para proveer diferente

QoS a uno o más flujos de paquetes de un mismo terminal, se necesitan una o más portadoras

dedicadas.

2.10.1. Parámetros de QoS

Como se mencionó en párrafos anteriores, a cada paquete IP de un flujo de

paquetes se le agrega un encabezado de túnel. Éste encabezado contiene los

parámetros de QoS que permiten a los elementos de la red dar el tratamiento

adecuado a los paquetes transportados por las portadoras con el fin de garantizar los

recursos necesarios para su transmisión [21]. Estos parámetros son [21]: el

identificador de la clase de QoS (QCI, QoS Class Identifier), asignación prioritaria

de retención (ARP, Allocation Retention Priority), tasa de bits Máximas

(MBR/AMBR, Máximum Bit Rate/Aggregate Maximum Bit Rate) y

opcionalmente GBR.

El primer parámetro se basa en la clase de servicio, así la red a cada portadora

le asigna a uno y solo un identificador de clase de QoS (QCI). El QCI es un número

que se utiliza dentro de la red de acceso como referencia a los parámetros

específicos del nodo que controla el reenvió de paquetes (por ejemplo la

programación de pesos, los umbrales de admisión, los umbrales de gestión de colas,

la configuración del protocolos de la capa de enlace, etc.) y que fueron configurados

por el operador (por ejemplo en la estación base). Cada QCI está asociada a con

las características estandarizadas de la QCI, las cuales describen el tratamiento de

reenvío de paquetes que recibe el tráfico de la portadora de extremo a extremo entre

el terminal y la Gateway de la red en términos del tipo del portador (GBR o non-

GBR), la prioridad, el retardo de paquetes y la BER [22].

El segundo parámetro permite diferenciar el tratamiento del plano control

relacionado con el establecimiento y conservación de las portadoras. Es decir, ARP



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se usa para decidir si un establecimiento de portadora o solicitud de modificación

puede ser aceptada o debe ser rechazada debido a las restricciones de recursos.

Además, ARP se puede utilizar para decidir que portadora liberar durante las

limitaciones de recursos excepcionales [22].

El tercer parámetro es la tasa máxima de bits (MBR), que corresponde a la tasa

de bits que el tráfico sobre una portadora no puede exceder. La MBR se define

únicamente para portadoras GBR. Así mismo se ha definido la tasa máxima de bits

agregada (AMBR), la cual permite a los operadores limitar la cantidad total de la

tasa de bits consumida por un usuario único. Como tal, no está definida por la

portadora, sin por grupos de portadoras non-GBR [22]. La AMBR proporciona a

los operadores las herramientas necesarias para ofrecer suscripciones

diferenciadas. La AMBR define dos parámetros diferentes. El primero, APN-

AMBR que es definido por el usuario y un punto de acceso de red (APN, Access

Point Network) y es conocido únicamente por la gateway.

El segundo, terminal-AMBR definido por el usuario y conocido tanto por el

Gateway como por la red de acceso radio (RAN, Radio Access network). Cabe

señalar que cada uno de estos valores de AMBR se define por separado para el

enlace ascendente (UL, uplink) y el enlace descendente (DL, downlink). Un

escenario donde aplica la AMBR es cuando un operador ofrece dos servicios

diferentes: acceso a redes privadas virtuales (VPN) para empresas y acceso a

Internet para los usuarios residenciales. El operador proporciona estos servicios a

través APN separados [22].

2.10.2. Mecanismos de QoS

Los mecanismos que se utilizan para proporcionar QoS se pueden dividir en

procedimientos de señalización del plano de control y funciones del plano de

usuario.



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2.10.2.1. Procedimientos de señalización del plano de control

El controlador de las políticas en la red determina como cada flujo

de paquetes para cada usuario debe manipularse en términos de los

parámetros de QoS asociados con el manejo del ese flujo de paquetes.

El controlador de políticas puede emitir reglas de políticas y control de

carga (PCC, Policy and Charging Control) al gateway, que a su vez son

utilizadas como disparadores para establecer nuevas portadoras o

modificar una portadora existente para manejar un flujo de paquetes

específicos o modificar el manejo de un flujo de paquetes.

El flujo de paquetes es descrito por el filtro de paquetes en el UL o

DL. La solicitud de nivel de portadora es enviada a la LTE RAN y si es

admitido por todos los nodos de la red al terminal [22].

2.10.2.2. Funciones del plano usuario

La configuración de los nodos de la red (tanto a través de

procedimientos de señalización y mediante un sistema de operación y

mantenimiento del operador) les permite llevar a cabo funciones de

QoS. Estas funciones pueden ser asignadas a los diferentes nodos y

clasificadas en funciones que operan por flujo de paquetes, por

portadora (o grupo de ellas), o por DSCP [22].



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CAPÍTULO III: MATERIALES Y MÉTODOS

3.1. Enfoque De Investigación

La presente tesis ha sido desarrollada siguiendo un enfoque Cualitativo pues presenta

características como: el problema de investigación es concreto, usa la recolección de datos para

probar hipótesis, este enfoque utiliza la lógica o razonamiento deductivo que comienza con la

teoría y de esta se derivan expresiones lógicas llamadas hipótesis las cuales se busca someter a

prueba, etc.

3.2. Tipo De Investigación

El tipo de investigación es Proyectiva [20], ya que consiste en la elaboración de una propuesta,

plan o diseño, como solución a un problema o necesidad de tipo práctico, ya sea de un área

particular o una institución. Toda investigación proyectiva, requiere de un marco teórico.

3.3. Variables De Estudio

A. Variable dependiente

Mejorar el acceso a los servicios interactivos móviles

B. Variable independiente

Diseño de una red inalámbrica utilizando tecnología Lte-advanced

3.4. Indicadores Considerados

Nivel de Redundancia (tolerante a fallos).

La expectativa de que una red móvil este siempre disponible para millones de usuarios

que confían en ella, requiere de una arquitectura de red diseñada y creada con tolerancia a

fallas. Una red tolerante a fallas es la que limita el impacto de una falla ya sea de software o

hardware y pueda recuperarse rápidamente cuando se produce dicha falla. Esta red depende

de enlaces o rutas redundantes ente el origen y el destino de los datos. Si un enlace o ruta falla



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los procesos garantizan que los datos puedan enrutarse en forma instantánea en un enlace

diferente transparente para los usuarios. Tanto las infraestructuras físicas como los procesos

lógicos que direccionan los datos a través de la red están diseñados para adaptarse a esta

redundancia.

Nivel de Disponibilidad

Una red disponible puede expandirse rápidamente para admitir nuevos usuarios y

aplicaciones sin afectarles rendimiento del servicio enviado a los usuarios actuales. Miles de

nuevos usuarios y proveedores de servicio se conectaran a esta red cada semana, la capacidad

de esta red debe admitir estas nuevas interconexiones. Al igual que la disponibilidad de los

usuarios que están conectados ya sea donde se encuentran ubicados geográficamente dentro

esta red móvil.

Nivel de Ancho de banda

Las nuevas aplicaciones disponibles para los usuarios en internet crean expectativas

mayores para la calidad de los servicios. Las transmisiones de voz y video en vivo requieren

un nivel de calidad consistente y un envió interrumpido, que no era necesario para las

aplicaciones informáticas tradicionales. Una red Lte-A admite una mejor calidad de servicio

de transmisiones de voz y video, ya que su calidad de ancha banda soporta la mejor velocidad

de datos tanto en subida (500Mbit/s) como la descarga (1 Gbit/s) de datos

3.5. Instrumentos y Técnicas

En la presente investigación se utilizan las siguientes técnicas y métodos que permitan

probar los objetivos planteados

3.5.1. Técnicas y Procedimientos de Recolección de Datos

3.5.1.1. Recopilación Documental [6]

Esta técnica se apoya en la recopilación de antecedentes a través de

documentos, papers, libros donde el investigador fundamenta y complementa su

investigación con lo aportado por diferentes autores. Para este proyecto las



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fuentes serán de tipo bibliográficas, la cual será la base tanto de fundamentos

como de complemento para la investigación.

3.5.1.2. Recopilación a través de la observación [7]

Consiste en el estudio de características y comportamiento de un fenómeno

dentro del medio donde se desenvuelve. Esta técnica se utiliza para estudiar el

estado actual de los servicios móviles que actualmente son ofrecidos por las

empresa de telecomunicación que se encuentran en la ciudad de Trujillo, lo que

permitirá obtener un informe de estudió de campo que servirá para un análisis

posterior.

3.5.2. Métodos de Análisis

3.5.2.1. Análisis Documental [6]

La base del planteamiento de la solución vendrá del análisis documental

sobre la información de documentos, papers, libros, etc. que podamos obtener

sobre el tema. Luego de recolectar los datos necesarios procedemos a realizar

una lectura comprensiva y resumen de lo que nos interesa, y ya contrastándolo

con la realidad del centro de cálculo se propone el diseño más apropiado.

3.5.3. Metodología de Trabajo.

La metodología a utilizar para el diseño de la red, es la Metodología Top-Down la

cual también es conocida como Metodología Descendente, propuesta por los investigador

Harlan Mills y Nickaus Wirth de la International Business Machines (IBM). El objetivo

principal de esta metodología es representar la necesidad del usuario, y mantener el

proyecto manejable dividiéndolo en módulos que puedan ser mantenidos y modificados

de manera fácil. La Metodología Top-Down adaptada al diseño de redes, y se compone

en cuatro (04) fases:



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a. Análisis de Requerimiento: En esta fase el diseñador de la red entrevista a los

usuarios y personal técnico para obtener un mayor entendimiento de los objetivos

técnicos y de negocio para la red.

b. Desarrollo de un diseño lógico: En esta se representa la topología de red,

direccionamiento de capas de red, protocolos. El diseño lógico también incluye el

planeamiento de seguridad, la administración de la red y la investigación de

proveedores de servicio que puedan cumplir con las necesidades del usuario.

c. Desarrollo de un diseño físico: Durante la fase del diseño físico se especifica las

tecnologías y productos para llevar a cabo los diseños lógicos seleccionados.

d. Prueba, optimización y documentación del diseño: El paso final consiste en

redactar e implementar el plan de prueba y construir un prototipo o piloto, optimizar

el diseño de red y documentar el trabajo con el diseño de red propuesto.



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CAPÍTULO IV: RESULTADOS

El caso de estudio que se tomara será el distrito de Trujillo para lograr la realización del diseño

lógico de una red Lte-Advanced. Para lo cual adaptamos el caso de estudio a la metodología de trabajo

que se planteó anteriormente.

4.1. FASE I.

En esta fase se identifican los objetivos técnicos, el análisis de los requerimientos, la

obtención de información de la red actual del distrito de Trujillo.

Dentro de esta fase desarrollamos las siguientes actividades:

4.1.1. Situación actual de la telefonía móvil en el distrito de Trujillo.

4.1.1.1. Estudio Actual de la Red 3G (UMTS/WCDMA/HSPA+)

El 3GPP empezó a denominar a los sistemas móviles de tercera generación

como Servicio Universal de Telecomunicaciones Móviles o conocido también

por sus siglas en inglés UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).

Es una propuesta europea para promover la utilización de UTRA (UMTS

Terrestrial Radio Access) en el IMT-2000. También se lo denomina W- CDMA

(Wideband Code Division Multiple Access), por ser ésta la tecnología de radio

que utiliza.

A. UMTS.

Apoyada en el protocolo de Internet IP con velocidades de 350 kbps

en movimiento, velocidades de datos máximas teóricas de 2 Mbps, con

velocidades promedio de 200 a 300 kbps compatible con redes EDGE y

GPRS lo que permite acceder a ellas en las zonas que no existe cobertura

UMTS.

Los operadores UMTS pueden usar una red central común que dé



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soporte a múltiples redes de radio acceso, entre ellas GSM, EDGE, W-

CDMA, HSPA, y evoluciones de estas tecnologías. A esto se lo denomina

la red Multi-Radio UMTS ver figura 4.1, y les da a los operadores un

máximo de flexibilidad al brindar distintos servicios en sus áreas de

cobertura.

Figura 4.1. Red Multiradio UMTS

a. Arquitectura de red UMTS.

La arquitectura UMTS se divide en dos dominios: el dominio del

Equipo de Usuario (UE, User Equipment) y el dominio de la

Infraestructura. Dichos dominios están conectados a través del interfaz

radio denominado Uu.

El dominio de Equipo de Usuario se divide en: el dominio de Equipo

Móvil (ME, Mobile Equipment) y el dominio del Módulo de Identidad de

Servicios de Usuario (USIM, User Services Indentity Module).

La infraestructura se divide en: el dominio de Red de Acceso (AN,

Access Network), y el dominio de Red Central (CN, Core Network).

Ambos dominios están conectados a través del interfaz Iu. Esta partición



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permite que la CN pueda estar conectada con ANs basadas en diferentes

tecnologías de acceso; y que la CN pueda estar también basada en diferentes

tecnologías. La AN específica de UMTS se denomina Red de Acceso Radio

Terrestre UMTS ver figura 4.2 (UTRAN).

Figura 4.2. Arquitectura UMTS

UMTS está compuesta por tres tipos de celdas, Macroceldas,

Microceldas, Picoceldas. Con un mínimo de 5 MHz de ancho de banda

por celda.

Macrocelda: tienen radios desde 1km hasta 35km y se destinan para

ofrecer cobertura rural, y para vehículos que se movilizan a altas

velocidades (transmisión de datos de 144 kbit/s).

Microceldas: tienen radios de 50 m hasta 1km. Ofrece servicio a usuarios

fijos, con velocidades de transmisión de 384kbit/s.

Picoceldas tienen radios hasta 50m. Ofrecen coberturas localizadas en



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interiores, usando ULTRA-TDD, con velocidades de 3Mbit/s.

B. WCDMA.

WCDMA (Acceso múltiple por división de código de banda ancha) es una

tecnología móvil inalámbrica de tercera generación que aumenta las tasas

de transmisión de datos de los sistemas GSM utilizando la interfaz aérea

CDMA en lugar de TDMA, por ello ofrece velocidades de datos mucho

más altas en dispositivos inalámbricos móviles y portátiles que las ofrecidas

hasta el momento.

WCDMA soporta de manera satisfactoria una tasa transferencia de datos

que va de 144 hasta 512 Kbps para áreas de cobertura amplias y éstos

pueden llegar hasta los 2Mbps para mayor cobertura en áreas locales.

Dado que los datos se descargan mayoritariamente de la red al terminal, el

estándar 3GPP en su versión 5 de WCDMA, introduce HSDPA (Hight

Speed Downlink Packet Access) en la interfaz de radio. Con la introducción

del HSDPA, se pasó de velocidades de descarga de 171 Kbit/s teóricos (que

en la realidad eran unos 40 u 80 Kbit/s) del GPRS y 473 Kbit/s teóricos

(que en práctica eran de unos 100/130 Kbit/s) en EDGE, a velocidades de

14 Mbit/s teóricos (que en la práctica corresponden a 3 o 4 Mbit/s),

pudiéndose hablar de velocidades de muy alta velocidad.

C. HSPA+.

HSPA+ (High Speed Packet Access Plus) es también conocida como HSPA

Evolution y HSPA Evolved. HSPA+ se estandarizó por primera vez en la

versión Release 7 del 3GPP y su estandarización continuó hasta la versión

del Release 10. HSPA+ aplicará algunas de las técnicas desarrolladas para

Long Term Evolution (LTE) y esto permitirá a los operadores prolongar la

vida de sus redes HSPA.

HSPA+ aporta soporte y desempeño mejorados para servicios de



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conversación e interactivos en tiempo real tales como: Push-to-Talk por

Celular (PoC), imágenes, videos compartidos, video y voz por protocolo de

Internet (VoIP) mediante la introducción de funcionalidades como antenas

Multiple- Input Multiple-Output (MIMO), Conectividad de Paquetes

Continua (CPC).

HSPA+ con 64 QAM y técnicas de antena avanzadas tales como MIMO

puede entregar 42 Mbps de capacidad teórica y 11.5 Mbps en el Uplink.

Habrá compatibilidad entre HSPA+ y LTE para facilitar la operación de

ambas tecnologías. HSPA+ da soporte a servicios de voz y de datos en la

misma portadora y a lo ancho de todo el espectro de radio disponible, y

ofrece estos servicios de manera simultánea a los usuarios.

D. Calidad de servicios.

El soporte de QoS en UMTS se basa en la arquitectura jerárquica

definida en la especificación TS 23.107, representada en la figura 4.3.

Figura 4.3. Calidad de servicios 3G



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La calidad de servicio extremo a extremo se sustenta en la calidad que

proporcionan los servicios portadores subyacentes: el servicio portador

local, el servicio portador UMTS y el servicio portador externo. Esta

primera descomposición tiene como objeto no limitar innecesariamente los

equipos terminales a emplear (ej. Un PC) y las posibles redes destino

(ej. Internet) con las que comunicarse. Es por este motivo que la

especificación deja fuera del ámbito de la calidad de servicio de UMTS a

los servicios portadores local y externo, centrándose exclusivamente en la

normalización del servicio portador UMTS.

Desde el punto de vista de los requisitos de QoS, y atendiendo

fundamentalmente al criterio de su tolerancia al retardo, se han definido

cuatro clases de tráfico:

Background. Esta clase da cabida a un número considerable de

aplicaciones de datos en las que el usuario no exige una respuesta

inmediata por parte de la red, admitiendo retardos que oscilan desde

unos pocos segundos hasta incluso varios minutos. Ejemplo de tales

aplicaciones son el correo electrónico o la descarga de ficheros, por

citar algunas.

Interactivo. Esta clase de tráfico engloba las aplicaciones de acceso

remoto a información en la modalidad online, donde el usuario (o

una máquina) envía peticiones hacia el equipo remoto esperando que

éste le devuelva las respuestas en un tiempo razonablemente

reducido. Ejemplos de aplicaciones bajo esta categoría son la

navegación web (juegos online), las consultas a bases de datos o el

acceso remoto a ordenadores (telnet).

Conversacional. Dentro de esta clase se encuadran las

comunicaciones de audio y vídeo en tiempo real entre personas. Este

tipo de comunicaciones se caracteriza por exigir un retardo extremo a



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extremo muy reducido, con objeto de que los usuarios no pierdan la

sensación de interactividad. Ejemplos de aplicaciones conversacionales

son la telefonía, la videotelefonía o la videoconferencia.

Streaming. En esta categoría se incluyen las aplicaciones que

permiten a los usuarios la descarga de contenidos multimedia (audio

y video clips) para su reproducción on-line, con una sensación que,

sin serlo, se aproxima a la de tiempo real. El hecho de que la

transferencia de información sea unidireccional permite retrasar el

instante de inicio de la reproducción posibilitando el empleo de

“buffers” relativamente grandes en el extremo receptor para absorber las

fluctuaciones de retardo. Ello permite relajar significativamente los

requisitos de retardo con respecto a los servicios conversacionales.

En la siguiente figura 4.4 nos muestra la arquitectura de red 3G la que predomina el distrito

de Trujillo.

Figura 4.4. Arquitectura simplificada de una red móvil 3G



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En el caso de Estudio, el distrito de Trujillo se recolecto información con respecto al

servicio de telefonía móvil que nos ofrecen las operadoras de telecomunicaciones. Las

empresas de Telecomunicaciones que brindan el servicio de telefonía móvil y las que

se ha escogido para este proyecto son américa móvil y telefónica, por ser las operadoras

más influyentes actualmente.

En el distrito de Trujillo actualmente se tiene las tecnologías 2G, 3G y 4G LTE (SOLO EN

PEQUEÑAS PARTES) brindada por estas operadoras. En la siguiente figura 4.5, se muestra

el espectro de la red 2G y 3G que ofrece la empresa américa móvil (claro). De igual manera

en la figura 4.6, se muestra el espectro de las redes 2G y 3G que brinda la empresa

movistar. Para conocer esta información se utilizó la herramienta online NetworkRank

Figura 4.5. Espectro que muestra la cobertura as tecnologías de la empresa américa móvil

(CLARO)



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Figura 4.6. Espectro que muestra la cobertura as tecnologías de la empresa telefónica

movistar

4.2. FASE II.

4.2.1. Propuesta del diseño lógico de una red inalámbrica utilizando Lte-Advanced

4.2.1.1. Características Lte-Advanced (Lte-A)

Lte-A presenta las siguientes características:

LTE-A esta basado en LTE.

Los equipos LTE-A son compatibles con LTE.

Utiliza la técnica de agregación de portadora para lograr anchos de banda

de hasta 100 MHz.

Uso de la tecnología MIMO mejorada para lograr mayores tasas de datos

en Downlink (DL) como en Uplink (UL), y mejorar la eficiencia espectral.

Soporte de Home eNodeB.

Soporte de Relay Nodes (RN).

Capacidad de VoIP Roaming global..



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Requisitos que debe cumplir LTE-A para satisfacer los requerimientos del IMT-

Advanced.

Tasa de Datos Pico: Para el enlace descendente una tasa de datos pico de

1 Gbps y para el enlace ascendente 500 Mbps.

Eficiencia Espectral Pico: Para el enlace descendente con una

configuración de antena 8x8, la eficiencia espectral pico es 30 bps/Hz y

para el enlace ascendente con una configuración de antena 4x4 la

eficiencia espectral pico es 15 bps/Hz.

Eficiencia espectral promedio: La Eficiencia espectral promedio se

define como el throughput3 agregada de todos los usuarios (el número de

bits recibidos correctamente durante un cierto período de tiempo)

normalizada por el ancho de banda total de la celda, dividida por el

número de celdas, estos valores se representan en la tabla 4.1.

Configuración de antena Lte-A [bps/Hz/cell]

Uplink 1x2 / 2x4 1.2 / 2

Downlink 2x2 / 4x2 / 4x4 2.4 / 2.6 / 3.7

Tabla 4.1. Eficiencia espectral promedio

Eficiencia espectral en el borde de la celda: Lte-Advanced permitirá en

el borde de la celda un throughput tan alto como sea posible. El

throughput de usuarios en el borde de la celda, se define como el 5% de

la función de densidad acumulativa (CDF) de la tasa de transferencia

efectiva (throughput) de usuario normalizada con el ancho de banda total

de la celda. Los requisitos para el Throughput en el borde de la celda se

muestra en la tabla 4.2.

Configuración de antena Lte-A [bps/Hz/cell]

Uplink 1x2 / 2x4 0.04 / 0.07

Downlink 2x2/4x2/4x4 0.07/ 0.09 / 0.12

Tabla 4.2. Throughput de usuario en el borde de la celda



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Movilidad: El sistema será óptimo para velocidades de 0 - 190 km/h, y

soportara velocidades hasta 500 km/h, dependiendo de la banda de

operación.

Latencia: La transición desde el modo idle a conectado ocurre en 50 ms,

mientras si un equipo de usuario (UE) utiliza mecanismos de recepción

discontinua5 (DRX) en el modo activo, la transición se da en 10 ms.[14]

Flexibilidad del Espectro: LTE-A trabajará en diferentes bandas de

frecuencias, y con diferentes anchos de de banda, hasta 100 MHz, debe

soportar modos de operación FDD y TDD en bandas pareadas y no

pareadas. Además LTE-A consistente con IMT-A se ha centrado en las

siguientes bandas para su operación: 450-470 MHz, 698-862 MHz, 790-

862 MHz, 2.3-2.4 GHz, 3.4-4.2 GHz, y 4.4-4.99 GHz.

4.2.1.2. Ubicación de zona de estudio.

El Distrito de Trujillo es uno de los once distritos en que se divide la Provincia de

Trujillo, ubicada en el Departamento de La Libertad, está conformado por 8

centros poblados y conforman una ciudad junto con otros cuatro distritos de la

provincia y una misma área metropolitana con otros 4 distritos más.

Tiene una superficie total de 39,36 km2 y está a una altitud de 33 msnm, sus

coordenadas latitud 08°06′58″S y una longitud de 79°01′48″W.

Tiene una población 317,893 habitantes según INEI.

Es en especial importante, además del hecho de concentrar los órganos de

gobierno local y regional, porque en él se encuentra la antigua ciudad de Trujillo,

actualmente conocida como "Centro Histórico", que aún conserva la forma

original con la que fue diseñada cuando fue fundada.

También concentra la mayoría de campus de las universidades que existen en

Trujillo así como las sedes bancarias de la región La Libertad y los más grandes

centros comerciales.



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http://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_de_Trujillo_(Per%C3%BA)

http://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_de_Trujillo_(Per%C3%BA)

http://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_La_Libertad

http://es.wikipedia.org/wiki/Trujillo_(Per%C3%BA)

http://es.wikipedia.org/wiki/Centro_hist%C3%B3rico_de_Trujillo_(Per%C3%BA)

http://es.wikipedia.org/wiki/Campus

http://es.wikipedia.org/wiki/Regi%C3%B3n_La_Libertad



En el distrito de Trujillo (ver figura 4.7) encontramos

diferentes barrios y urbanizaciones que forman parte de esta zona urbana, como

son ver tabla 4.3:

Centro Histórico Los Cedros Rázuri San Andrés

El Recreo La Intendencia Los Rosales de San Andrés Monserrate

Mansiche Santa María Ingeniería San Salvador

Las Capullanas Las Casuarinas La Esmeralda Trupal

Covicorti La Arboleda Santo Dominguito Santa Inés

Primavera Pay Pay Mochica Las Quintanas

Chicago Vista Hermosa San Nicolás San Luis

Los Pinos Ingeniería San Fernando La Merced

San Eloy Daniel Hoyle Los naranjos La Perla

Santa Teresa de Ávila La Rinconada Los Jardines El Alambre

Chimú Santa María El Molino Los Granados

Vista Bella El Bosque Palermo Miraflores

La Noria UPAO El Sol Aranjuez

Galeno San Isidro Huerta Grande

Tabla 4.3. Urbanizaciones que conforman distrito de Trujillo

Figura 4.7. Ubicación geográfica del Distrito de Trujillo



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http://es.wikipedia.org/wiki/Barrio

http://es.wikipedia.org/wiki/Urbanizaci%C3%B3n



En la ciudad de Trujillo las lluvias son escasas, se dan de forma ocasional

solo en los meses de verano (de diciembre hasta abril) las cuales pueden ser de

débiles a ligeramente fuertes. En los meses de verano (diciembre a abril),

las temperaturas máximas pueden oscilar entre los 26°C a 30°C con mínimas de

entre 15°C a 17°C con cielos generalmente despejados. Sin embargo se puede

llegar a superar estos valores cuando el fenómeno El niño está presente, llegando

incluso hasta los 35°C. En los meses siguientes, en la época de otoño e invierno,

las temperaturas fluctúan entre los 19°C y 12°C, con días muy frescos y con poca

presencia solar.

Análisis de la población en el distrito Trujillo

En las últimas décadas el crecimiento urbano de Trujillo ver figura 4.8, se

debe mayormente al incremento poblacional de origen migratorio, siendo los

principales aportantes de población (censo de 1993), las provincias del interior de

la libertad como otuzco (15.8 %), santiago de chuco (9.3 %), ascope (9 %) y

sánchez carrión (5.2 %), en tanto que cajamarca contribuyó con 16 % y ancash

con 5 %.

Figura 4.8. Crecimiento de la población del el 2005-2015

Fuente-INEI

303068305313

307316309129

310814312422

313969315410

316717317893

318914

295000

300000

305000

310000

315000

320000

325000

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

HABITANTES



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http://es.wikipedia.org/wiki/Verano

http://es.wikipedia.org/wiki/El_ni%C3%B1o



4.2.1.3. Espectro a utilizar

En el Perú, la situación del espectro en el Perú es complicada debido a la gran

cantidad de operadoras y emisoras que ocupan las bandas importantes para

desplegar LTE-A. En el año 2011, se propusieron como candidatas a la Banda

de 700 MHz y a la Banda AWS (del inglés Advanced Wireless Service). Si bien

es cierto que en Europa se ha venido utilizando para LTE la Banda de 2.6 GHZ.

En el Perú, esta banda ya ha sido asignada para el despliegue de WiMAX.

Para el caso de la banda AWS, el Ministerio de Transporte y

Telecomunicaciones (MTC) le ha asignado dos bandas de frecuencia, 1710 MHz

– 1770 MHz y 2110 MHz – 2.170 MHz. Para lo cual, se aclaró que no se trata

de dos bandas distintas, sino que la banda de 1700 MHz se usa para el canal de

subida (uplink, del móvil a la estación base) y la de 2100 MHz para el canal de

bajada (downlink, de la estación base al móvil).

Para el proyecto se ha tomado la banda de uplink (subida) entre 1710 MHz y

1755 MHz; mientras que en el downlink (descarga) entre 2110 MHz y

2155MHz.

4.2.2. Topología de red de acceso

Para el diseño de la red Lte-Advanced propuesta, se debió utilizar el software

Radio Mobile, en el cual se realizó el análisis de los enlaces que conforman dicha

red inalámbrica propuesta.

Para las coordenadas de cada eNodoB se utilizó con la ayuda del software google

Earth versión 7.1.2.2041, con la ubicación de estos datos, en Radio Mobile se

realiza la triangulación generando un perfil topográfico dela zona a estudiar. Para

la conexión de estos eNodoB se proponen 8 enlaces troncales para comunicarse

entre sí.



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En la siguiente tabla se muestra las coordenadas y localización de los eNodoB

Equipos Localización Latitud Longitud

eNodoB 3 Calle José Gálvez 8° 6'43.69"S 79° 1'15.85"O

eNodo B 1 República de Panamá 8° 7'17.28"S 79° 1'47.44"O

eNodo B 2 Av. Guzmán Barrón 8° 6'25.93"S 79° 0'41.85"O

Core Av. 9 de Octubre 8° 6'9.75"S 79° 1'42.24"O

eNodo B 4 Av. Jesús de Nazaret 8° 6'34.37"S 79° 2'22.71"O

eNodo B 5 Av. América Oeste 8° 5'49.43"S 79° 2'31.92"O

eNodo B 6 Hipólito Unanue 8° 5'35.57"S 79° 0'38.80"O

eNodo B 7 Av. Del Contador 8° 7'16.92"S 79° 0'31.90"O

eNodo B 8 Panamericana Norte 8° 8'0.49"S 79° 1'10.56"O

Tabla 4.4. Localización y coordenadas de los eNodoB

En la siguiente figura 4.9, se muestra las ubicaciones y despliegue de los eNodoB en el

distrito de Trujillo.

Figura 4.9. Distrito de Trujillo donde se desplegaran los eNodoB y el Core



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4.2.3. Diseño de la red de transporte

Para la red de transporte se contará con un modelo en escala y no uno en estrella. Es decir,

no se utilizará el modelo en el que todos los eNodos B se encuentran comunicados con el

Core. Esto debido a que, en muchos casos no podrá ser posible la comunicación entre el

eNodo B y el Core, debido a la gran separación que puede llegar a existir entre ambos.

Para solucionar este problema se requerirá el uso de repetidores o femtoceldas. Es por ello

que se empleará, como ya se dijo, el modelo de comunicación en escala. Donde cada

eNodo B podrá comunicarse con el Core (de darse el caso) o con el eNodo más cercano.

El siguiente eNodo lo hará de la misma forma, con lo cual se contará con un sistema

escalonado que finalmente comunicará toda la red LTE-ADVENCED como se muestra

en la figura 4.10.

Figura 4.10. Modelo de conexión del Core y los eNodoB a escala.



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Enlace Distancia

Core - eNodoB 4 1.5 km

eNodo 4 – eNodo 5 1.4 km

Core - eNodoB 3 1.3 km






Tabla 4.5. Distancia de enlaces

Una vez que se realiza los tramos de este modelo de comunicación, se pasa a analizar la

viabilidad de los enlaces al igual que la cobertura de cada antena. Debido a que el distrito

de Trujillo es un territorio muy plano en consecuente es muy poco probable que existan

problemas de interferencia de ruido grave entre eNodos B y el Core. Sin embargo, es

necesario realizar dicha viabilidad y cobertura. Para ello, se analizará cada uno de ellos

mediante el software Radio Mobile.

En la figura 4.11, se observa la buena comunicación entre eNodoB y el Core; y figura

4.12, se observa la el radio de cobertura de los eNodoB y el Core.



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Figura 4.11. Viabilidad entre el Core y el eNodoB 4

Figura 4.12. Cobertura del Core y el eNodoB 4



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En el anexo 2 se muestra los siguientes análisis de enlaces eNodoB y el Core. En los

cuales se observa que no existe problema alguno para lograr una comunicación adecuada

según la ruta establecida. También observamos las coberturas de los eNodoB y Core que

forman un enlace respectivo.

4.2.4. Diseño lógico.

En el siguiente esquema se muestra el diseño lógico propuesto de una red inalámbrica

lte-advanced para el distrito de Trujillo ver figura 4.13.



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Figura 4.13. Diseño lógico propuesto



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4.2.4.1. Esquema del proceso del registro de un usuario

En el siguiente esquema se pueden ver los pasos que se sigue al momento de

registrar un usuario en la red lte-Advanced propuesta. En la figura 35, mostrada

a continuación se observa el proceso de registro en pasos numerados

correlativamente.

Figura 4.14. Esquema de registro



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Descripción de la figura 31.

1- Información Sistema

Identidad del área de seguimiento a la que pertenece la celda.

Lista de redes móviles accesibles a través de esta celda.

Permiso de acceso a la celda.

Criterio de radio para la selección de la celda.

2- Acceso aleatorio

La interfaz de radio decide la celda a través de la cuál debe iniciar

el procedimiento de registro. En dicha celda, lo primero que debe hacer

el terminal es establecer una conexión de control RRC (Control Recurso

de Radio).

3- Inicio de la conexión RRC y mensaje de petición de registro.

El terminal envía el mensaje RRC de petición de establecimiento de

conexión. Dicho mensaje, además de contener los campos específicos

del protocolo RRC, transporta en su parte de datos el mensaje de

señalización NAS correspondiente a la petición de registro (mensaje

“Attach Request). El mensaje de petición de registro forma parte del

protocolo EMM, en el contexto de la señalización NAS entre equipo

de usuario y red troncal EPC.

4- Envió de Petición de Registro a la entidad MME

El mensaje RRC que recibe el eNodeB contiene campos que indican

también la identidad de red PLMN en la que el usuario quiere

registrarse (en caso de que haya múltiples opciones) y la identidad

de la entidad MME de esta red PLMN en la que estuvo previamente

registrado el terminal (si la hubo). Esta información permite que el



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eNodeB envíe el mensaje “Attach Request” a la entidad MME

apropiada, teniendo en cuenta también que un eNodeB puede

proporcionar acceso a múltiples entidades MME de la misma red

PLMN. El mensaje “Attach Request” se envía a través de la interfaz, la

cual soporta el envío transparente de mensajes NAS al igual que el

protocolo RRC en la interfaz radio. En caso de que la entidad MME

indicada por el usuario no pertenezca al conjunto de MME’s

asociadas con el eNodeB, éste puede escoger una entidad MME

alternativa de la misma red PLMN.

5, 6- Establecimiento de la conexión RRC.

La conexión RRC con el terminal en la interfaz radio termina

estableciéndose de forma que queda activado un servicio portador

radio de señalización a través del cual se soportan los posteriores

intercambios de señalización.

7- Autenticación y Seguridad

Una vez recibido el mensaje de “Attach Request” y conocida la

identidad del usuario correspondiente en la entidad MME, se lleva a cabo

el mecanismo de autenticación y seguridad. El mecanismo de

autenticación y seguridad es necesario siempre que en la entidad MME

no exista un contexto del usuario previamente con una asociación de

seguridad válida. Si existe dicha información, el procedimiento de

autenticación puede omitirse.

8, 9 y 10- Actualización de la Localización

Si la entidad MME ha cambiado desde el último registro o si ésta no

dispone de la información de subscripción del usuario, la entidad

MME inicia una actualización de la localización en la base de datos

HSS del sistema. Este proceso permite que la HSS siempre almacene

información de dónde se encuentran accesibles los usuarios registrados.



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Además, como resultado del procedimiento de actualización de la

localización, la entidad MME recibe los datos de subscripción del

usuario que indican la información sobre las posibles conexiones PDN

autorizadas al usuario junto con el perfil de QoS subscrito. Toda

esta información se guarda en la entidad MME en una estructura de

datos que se denomina como contexto. La entidad MME mantiene

un contexto activo para cada uno de los usuarios que se registren a través

de ella.

11, 12 y 13- Establecimiento de la conexión PDN

En estos pasos la entidad MME inicia el establecimiento de la

conexión PDN con la red externa correspondiente que resultará en la

activación de, como mínimo, el servicio portador EPS por defecto. La

selección de la red externa y la PDN-GW correspondiente puede basarse

en la identidad APN enviada por el usuario en el mensaje de registro

y en los parámetros de subscripción, si dicha información está

presente. A nivel de la subscripción, además de poderse indicar la

identidad APN por defecto, también es posible asociar una dirección IP

estática a un usuario e incluso la identidad de la pasarela PDN-GW (si

hubiera varias) que debe proporcionarle acceso a la red externa. En caso

de que no fuera posible determinar la red externa de la información

de subscripción, y el usuario tampoco indicara ningún identificador

APN, la entidad MME escogería la red PDN que tuviera configurada por

defecto. Una vez seleccionada la red externa y la pasarela PDN-GW

asociada en la que se inicia la conexión PDN, la entidad MME

envia un mensaje “Create Session Request” hacia la entidad SGW que

servirá como punto de anclaje del plano de usuario de dicha conexión.

La elección de la entidad S-GW la realiza la entidad MME atendiendo

a criterios tales como balanceo de carga u optimización del rutado

dentro de la red LTE-A. El mensaje “Create Session Request” incluye

información sobre la identidad del usuario, de servicio portador EPS que

se está estableciendo, sus parámetros de QoS , la dirección de la pasarela

PDN-GW, el tipo de red de acceso a través de la que accede el



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terminal, opciones de configuración del protocolo IP, etc. Tras la

recepción del mensaje “Create Session Request”, la entidad S-GW crea

otro mensaje análogo y lo envía hacia la pasarela PDN-GW indicada por

el MME. El mensaje enviado por el S-GW añade a los parámetros

comentados anteriormente la información necesaria para establecer el

túnel en el plano de usuario entre S-GW y PGW. Si la dirección IP no

está fijada por la subscripción, la pasarela PDN-GW es la encargada de

determinar la dirección IP que le será comunicada al terminal

mediante la señalización de establecimiento de la conexión PDN. En

este caso, la dirección IP seleccionada por la pasarela PDN-GW podría

ser una dirección dinámica así como una dirección estática.

En caso de que se utilice el subsistema PCC para el control del

servicio de conectividad de la red LTE-A, la pasarela PDN-GW inicia el

procedimiento de establecimiento de sesión IP-CAN con la entidad

PCRF correspondiente. Una sesión IP-CAN es una asociación entre

la red LTE-A y el sistema PCC en base a una dirección IP, una

identidad de usuario (IMSI en el caso de LTEA) y un identificador de red

PDN. En la activación de la sesión IP-CAN, la entidad PDN-GW podría

recibir un conjunto de reglas PCC por defecto aplicables al usuario.

Dichas reglas pueden conllevar la modificación de los parámetros de

QoS recibidos en la pasarela PDN-GW a raíz de la señalización

iniciada desde la entidad MME así como el establecimiento de

servicios portadores EPS dedicados además del servicio portador por

defecto.

Finalizada la señalización del establecimiento de la conexión

PDN (mensaje “Create Session Response”), el plano de usuario entre

PDN-GW y S-GW queda operativo y en las tres entidades de la red

troncal (MME, S-GW y PDN-GW) quedan establecidos contextos de

datos asociados al usuario donde se guardan las configuraciones de

los servicios portadores establecidos.



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14- Creación de un contexto en E-UTRAN y respuesta a la petición

de registro

En este proceso la entidad MME envía al eNB el mensaje de

control “Initial Context Setup Request” mediante el protocolo S1-AP

soportado en la interfaz S1-MME. Mediante este mensaje se inicia la

creación de un contexto para sustentar la operatividad del plano de usuario

del terminal en proceso de registro. Este mensaje contiene, entre otros,

la identidad del servicio (o servicios) portador EPS activado y sus

parámetros de QoS, el parámetro UE-AMBR (que permite al eNB

limitar la tasa de transferencia máxima entre el usuario con la red),

posibles restricciones de movilidad que tenga el usuario, los

parámetros de seguridad utilizados en la interfaz radio y los

parámetros necesarios para establecer el plano de usuario entre el eNB y

el S-GW.

En el mensaje de control de la interfaz S1-MME, se transporta

también el mensaje “Attach Accept” correspondiente a la señalización

entre el equipo de usuario y la entidad MME. Este mensaje es la

respuesta al mensaje de registro enviado por el terminal en el paso (3)

de la Figura 10-3.1. El mensaje “Attach Accept” contiene el nuevo

identificador GUTI asignado al usuario y la lista de áreas de

seguimiento donde es válido el registro efectuado. El mensaje incluye

también la identidad del servicio portador EPS establecido, sus

parámetros de QoS, el identificador APN de la red externa y la dirección

IP asignada, o en su caso, las indicaciones necesarias para obtenerla.

Finalmente, el mensaje también transporta información de

seguridad relacionada con los servicios de confidencialidad e

integridad de los protocolos NAS así como, en caso de que el

terminal soporte interfaces UTRAN o GERAN, identificadores y

parámetros de QoS que serán utilizados para sustentar la operatividad

de los procedimientos de movilidad entre redes de acceso.



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15 Y 16- Establecimiento de los Servicios Portadores de Interfaz de

Radio

El eNB envía el mensaje “RRC Connection Reconfiguration”

para establecer el servicio (o servicios) portador radio. Después del

mensaje (16) el plano de usuario en la dirección ascendente (Uplink)

ya se encuentra operativo, no así el descendente (downlink) que

todavía requiere el establecimiento del plano de usuario entre el eNB y

el S-GW.

16 Y 17- Finalización del Registro

Finalmente, el equipo de usuario envía el mensaje que completa el

proceso de registro (“Attach Complete”) que se transporta hasta la

entidad MME mediante el servicio de transferencia de mensajes NAS

que ofrece el protocolo RRC de la interfaz radio y el protocolo S1-AP de

la interfaz S1-MME.

18 y 19- Finalización de la configuración del servicio portador EPS

El plano de usuario en el enlace descendente queda

completamente establecido una vez que el S-GW dispone de los

parámetros que caracterizan la terminación del túnel GTP en el eNB.

A tal efecto, en el mensaje de respuesta a la creación del contexto

(“Initial Context Setup Response”) que el eNB envía a la entidad MME

se incluyen los parámetros para la terminación del túnel del enlace

descendente. Posteriormente, y una vez que la entidad MME haya

recibido también el mensaje de “Attach Complete”, la entidad MME

inicia el procedimiento de modificación de las características del

servicio portador (mensaje “Modify Bearer Request”) para incorporar

los parámetros de terminación del túnel GTP en el contexto asociado

al servicio portador del usuario en cuestión en el S-GW.



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CAPÍTULO V: DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En la figura 4.13, de la sección 4.2.4. Del capítulo de resultados se establece la propuesta del diseño

lógico de una red inalámbrica móvil lte-advanced para Trujillo, este diseño se presenta por necesidad

que tienen los usuarios a poder conectarse a altas velocidades en servicios móviles, ya que la actual

red 3G (UMTS/WCDMA/HSPA+) descrita en la sección 4.1.1.1 del capítulo de resultados; no

logra satisfacer dichas necesidades.

Lte-advanced utiliza la técnica de agregación de portadora (agregación de Carrier) para lograr un

ancho de banda de hasta 100 MHz, juntos con la tecnología de antenas MIMO logra mayores tasas

de datos en descarga (downlink) de hasta 1Gbps y una carga (uplink) de 500 Mbps. Y soporta

velocidades de hasta 500 km/h, de Las cuales describimos en la sección 4.2.1.1 del capítulo de

resultados. En cambio la red 3G actual tiene una descarga 42 Mbps y una carga 11.5 Mbps y soporta

velocidades de hasta 100 km/h las cuales se describe en la sección 4.1.1.1. Del capítulo de resultados.

Lte-advanced por su ancho de banda se podrá disponer de mejores y nuevos recursos en la calidad de

servicio, como por ejemplo las aplicaciones multimedia, que son en tiempo real sin ningún problema

alguno, entre las cuales están las videoconferencia, juegos en tiempo real como Streaming de video,

y una gran rapidez de transferencia de datos sin ningún retraso de latencia. A comparación con la red

3G la cual tiene un límite permitido por su ancho de banda el cual tiene un tiempo de respuesta y

causa retardo de latencia en Streaming, video llamada, transferencia de archivos causando malestar

entre los usuarios de esta red, estas limitaciones se describen en la sección 4.1.1.1 del capítulo

resultado

LTE-A cumple y supera los requerimiento de la IMT-A gracias a la combinación de funciones como

agregación de portadoras, MIMO, CoMP, Relay Nodes, que permiten obtener altas tasas de datos,

mejorar la eficiencia espectral, aumentar throughput en el borde de la celda, y ampliar la cobertura,

por otra parte la implementación de esta funciones provocan un impacto significativo en el precio de

los equipos de usuario y costos de la red.



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CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES:

Se logró un análisis de la red móvil más predominante de Trujillo, en la cual se

determinó que esta red (3G), cuenta con limitaciones al brindar varios servicios

móviles, que para la tecnología de hoy en día es necesaria, y la razón principal de

estas limitaciones es el ancho de banda que emplea la red actual en Trujillo.

Después de investigar las especificaciones técnicas de tecnología lte-advanced se

corroboro que esta nueva tecnología brinda mejoras tecnológicas que se ven

reflejadas en las velocidades de transmisión de datos, el ancho de banda y la calidad

de servicio de la señal.

Se pudo lograr un diseño lógico de una red Lte-Advanced para Trujillo, el cual se

muestra en la figura 4.13, del capítulo 4 en la sección 4.2.4; además se detalla las

ubicaciones de los dispositivos necesarios, y se demuestra que la esta red propuesta

se diseñó acorde los requerimientos del estándar 3GPP



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CAPITULO VII: RECOMENDACIONES

Se recomienda a las operadoras de telefonía móvil que están dispuesta a migrar sus redes, el

migrar del estándar 3G (UMTS/WCDMA/HSPA+) a LTE se convierte en la mejor opción

para las operadoras de Perú, porque existe redes funcionales en gran parte del mundo que

utilizan LTE, los equipos finales de usuario LTE son compatibles con el LTE-A, y la

migración de LTE a LTE-A consiste en su mayoría una actualización de software.

Se recomienda a las operadoras móviles adquirir equipos Multi-modo y multibanda, debido a

que durante el proceso de migración funcionaran simultáneamente tecnologías 3G y 4G y en

diferentes bandas de frecuencia, debido a que la migración es un proceso que lleva tiempo.



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CAPÍTULO VIII: REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS

[1] PROJECT MANAGEMENT INSTITUTE. A Guide to the Project Management Body of

Knowledge (PMBOK® Guide).Fourth Edition. Project Management Institute. United

States of America.

[2] José A. Milla Cazana (2012); Diseño de una red LTE para el Distrito del Callao.

[3] Héctor A. Budiel Echevarría (2012); Diseño de una red LTE para la ciudad de

Chiclayo.

[4] Christian G. Hurtado Ati (2011); Estudio de factibilidad para la implementación de

LTE (long term evolution) en el Ecuador.

[5] Andrea P. Guevara Toledo, Viviana G. Vásquez Alarcón (2013); Estado actual de

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[6] Rubio, M. El análisis documental: indización y resumen en bases de datos especializadas.

Centro de Información y Documentación Científica (CINDOC), Consejo Superior de

Investigaciones Científicas (CSIC).Madrid.

[7] Héctor Guillermo Huamán Valencia; Manual de Técnicas de Investigación,

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[8] Henry V. Manosalvas Barriga, Adriana L. Santamaria Naranjo (2012); Estudio,

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[9] Herramienta SYSTEM VUE con fines educativos para la medición del estándar LTE

[10] Cristina E. Guinand salas (2012); Planificación de una red LTE con la herramienta

ATOLL y un análisis del impacto de las estrategias de packet scheduling. Barcelona-

España.

[11] Analysys Research Limited, "Global Mobile Broadband: Market potential for 3G

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[12] “Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update

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[13] Recomendación UIT-R M.1822 (2007), "Marco para los servicios soportados por

las IMT". Octubre de 2008.

[14] M. Alasti, B. Neekzad, Hui J., R. Vannithamby, "Quality of service in WiMAX

and LTE networks". Communications Magazine, IEEE, Mayo de 2010. pp. 104 -

111.

[15] Recomendación ITU-T G.1010 (2001), “Categorías de calidad de servicio para los

usuarios de extremo de servicios multimedios”.

[16] 3GPP TS 23.107, "Quality of Service (QoS) concept and architecture (Release 10)".

Abril de2011.

[17] UMTS Forum, “Recognising the Promise of Mobile Broadband”. Julio de 2010.

[18] HURTADO, J. Investigación Proyectiva. Venezuela, Febrero del 2008. [En línea].

Disponible en:

http://investigacionholistica.blogspot.com/2008/02/la-investigacin-proyectiva.html

[19] H. Ekström, "QoS Control in the 3GPP Evolved Packet System". Communications

Magazine, IEEE, Febrero de 2009. pp. 76 – 83.

[20] Recomendación UIT-R M.1079-2 (2003), "Requisitos relativos a la calidad de

funcionamiento y servicio en las redes de acceso a las telecomunicaciones móviles

internacionales 2000 (IMT 2000)". Junio de 2003.

[21] 3GPP TS. 23.401, “General Packet Radio Service (GPRS) Enhancements for

Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) Access”. Abril

de 2011

[22] 3GPP TS. 23.203, “Policy and Charging Control Architecture”. Abril de 2011.

[23] Recomendación UIT-R M.1822 (2007), "Marco para los servicios soportados por

las IMT". Octubre de 2008.

[24] TELEFONICA DEL PERU. Documento: “Normas de Telefonía.” 2010.

[25] Nelson S. Bravo C ; Benito E. Ñauta Ñ. “análisis técnico, socio-economico y legal

de la implementación del estándar long term evolution Advanced en el ecuador”,

2013.



BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS

http://investigacionholistica.blogspot.com/2008/02/la-investigacin-proyectiva.html



[26] Stefan parkvall, Erick Dahlman, Andres furuskar; “Lte Advanced – Evolving LTE

towards IMT-Advanced”; 2008 pag. 1-5

[27] Christopher Wong M, “analisis y diseño d una red 3GPP Lte en el departamento de

cusco”. Abril del 2011.

[28] Ian F. Akyildiz, David M. Gutierrez-estevez, Elias Chavarria Reyes (2010); “The

evolution to 4G celular System: LTE-Advanced”.



BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS



ANEXOS



BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS



ANEXO 1

GLOSARIO

LTE-ADVANCED: long term evolution-advanced

LTE: long term evolution

GSM: global system for mobile

GPRS: general packet radio service

EDGE: enhaced data rates for global evolution

WCDMA: wideband code division multiple access

UMTS: universal mobile telecommunications system

HSUPA: high speed uplink packet access

HSDPA: high speed downlink packet access

UIT: unión internacional de telecomunicaciones

IMT: international mobile telecomunication

IMT ADVANCED: international mobile telecomunication-advanced

IP: internet protocol

QoS: quality of service

OFDM: orthogonal frequency division multiplexing



BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS



MIMO: multiple input multiple output

FDD: frequency division duplexing

TDD: time division duplexing

eNB : envolved node b

IMS: internet multimedia subsystem

RRM: radio resource management

ARQ: automatic repeat-request

RLC: radio link control

MAC: medium access control

TCP: transmission control protocol

SU- MIMO: mimo monousuario

CC: component carrier

SDMA: space division multiple access

1G Primera Generación

2G Segunda Generación

3G Tercera Generación

4G Cuarta Generación

AMPS Advanced Mobile Phone System

AWS Advanced Wireless Services

BCCH Broadcast Control Channel

BCH Broadcast Channel



BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS



CA Carrier Aggregation

CC Componet Carrier

CCCH Common Control Channel

CS-CN Circuit Switched Core Network

DCCH Dedicated Control Channel

DL Downlink

DL-SCH Downlink Shared Channel

DTCH Dedicated Traffic Channel

E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network

eNB Evolved Node B

EPC Evolved Packet Core

EPS Evolved Packet System

FDD Frequency-division Duplexing

GGSN Gateway GPRS Support Node

GSM Global System for Mobile Communications

HARQ Hybrid Automatic Repeat Request

HOM Higher Order Modulation

HSPA High Speed Packet Access

HSPA+ High-Speed Packet Access Evolution

HSS Home Suscriber Server

IP Internet Protocol



BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS



ISI Intersymbol Interference

LTE-A Long Term Evolution Advanced

MAC Medium Access Control

MCCH Multicast Control Channel

MIB Master Information Block

MME Mobility Management Entity

MTCH Multicast Traffic Channel

OFDMA Orthogonal Frecuency Division Multiple Access

P-GW Packet Data Network Gateway

PAPR Peak-to-Average Power Ratio

PBCH Physical Broadcast Channel

PCCH Paging Control Channel

PCFICH Physical Control Format Indicator Channel

PCH Paging Channel

PCRF Policy and Charging Rules Functions

PDCCH Physical Downlink Control Channel

PDCP Packet Data Convergence Protocol

PDN Packet Data Network

PDSCH Physical Downlink Shared Channel

PDU Protocol Data Unit

PHICH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel



BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS



PMCH Physical Multicast Channel

PRACH Physical Random Access Channel

PUCCH Physical Uplink Control Channel

PUSCH Physical Uplink Shared Channel

RLC Radio Link Control

RN Relay Node

RNC Radio Network Controller

RRH Remote Radio Head

S-GW Serving Gateway

SDU Service Data Unit

SGSN Serving GPRS Support Node

TDD Time-division Duplexing

UE User Equipment

UL Uplink



BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS



ANEXO 2

Figura anexo 2. Viabilidad entre el eNodeB 4 y el eNodoB 5



BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS



Figura anexo 2. Cobertura del eNodeB 4 y el eNodoB 5

Figura anexo 2. Viabilidad entre el Core y el eNodoB 3



BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS



Figura anexo 2. Cobertura del Core y el eNodoB 3

Figura anexo 2. Viabilidad entre el eNodoB 3 y el eNodoB 1



BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS



Figura anexo 2. Cobertura del eNodoB 3 y el eNodoB 1




BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS







BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS







BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS







BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS






BIBLI

OTECA DE C

IENCIA

S FÍS

ICAS

Y MATEMÁTIC

AS

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