TUTORIAL LTE

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Análisis de capacidad radio LTE


Es tal vez una de las características más importantes en LTE. Consiste en la selección, en cada momento, de los usuarios a conectar y de los parámetros de transmisión: modulación y codificación MCS (Modulation and Coding Scheme).

A fin de optimizar la capacidad y la cobertura, para una potencia de transmisión dada, el transmisor debe adaptar la tasa de transmisión de cada usuario a las variaciones de la calidad de la señal recibida. Este es el concepto de adaptación del enlace, que conduce a la idea de modulación y codificación adaptativas AMC: Adaptive Modulationand Coding.

Es posible la elección de modulación de QPSK, 16 QAM o 64 QAM con 2, 4 o 6 bits por símbolo (4, 16 o 64 niveles), QPSK es más resistente al ruido e interferencia, pero proporciona tasas binarias bajas. Lo contrario ocurre con 64QAM que ofrece tasas altas, pero requiere un canal radio con elevada SINR (Signal to Interference and Noise Ratio).

También puede elegirse la tasa del código de canal corrector de errores, que es el cociente entre el número de bits de entrada y el número de bits de salida. A menor tasa del código, mayor es su poder corrector, pero menor es la tasa binaria de la señal.

La aplicación de AMC, mediante selección del MCS la hace el eNB basándose en estimaciones de calidad que le retorna el terminal móvil UE, mediante el parámetroCQI (Channel Quality Indication).

El UE mide las señales de referencia (RS: Reference Signals) enviadas por el eNodeB. De esta medida estima la relación señal/ruido del canal descendente, SNR y notifica al eNodeB, mediante señalización de retorno (canal PUSCH), un valor de CQI que asegure una tasa de error de bloque BLER (Block Error Ratio) ≤ 0,1. El valor notificado de CQI lleva aparejada la selección del MCS.

En consecuencia, el UE notifica el mejor MCS que puede decodificar con una BLER del canal de transporte que no exceda del 10%. Se tienen así en cuenta las característicasdel receptor, además de las del canal. Un UE de peor calidad que otro reportará un MCS más bajo que éste.

En la siguiente tabla vemos la modulación elegida en función del valor de CQI, la tasa del código de canal (normalizada por 1024) y la eficiencia espectral:

analisis capacidad radio lte

En función del CQI, el eNodeB decide que MCS debe utilizar para que pueda decodificar la información del canal descendente con la calidad requerida. La tasa de errores BLER del 10% es tasa bruta en la transmisión por el canal radio. Con los códigos de detección y corrección de errores, la tasa de error neta es mucho menor.

El UE en estado conectado, envía el CQI por el canal de control ascendente PUCCH. El eNodeB, según el CQI recibido, selecciona la modulación y la tasa de código que utilizará para sus transmisiones y lo notifica al UE por el canal de control descendente PDCCH.

Como en todos los sistemas de comunicaciones móviles celulares la capacidad y la cobertura están condicionadas por el ruido y más principalmente por la interferencia, como consecuencia de la reutilización de las frecuencias. La interferencia que soporta un eNodeB conectado a un UE se llama intracelular y está originada por los demás UEs de la célula. La interferencia intercelular es debida a emisiones de UEs de otras células. La interferencia que soporta un UE conectado a un eNodeB de una célula se debe a las transmisiones de eNodeBs de otras células que le puedan llegar.

El parámetro de calidad utilizado en los cálculos de capacidad y cobertura es la relación SINR=señal/(interferencia + ruido). Considerando el enlace descendente, la interferencia soportada por un terminal (UE) es la intercelular. La intracelular puede considerarse nula por la ortogonalidad de dicho enlace. Se define el factor de geometría celular g como la relación entre la potencia recibida en el UE de la señal deseada y la potencia de interferencia recibida de las demás células.

analisis capacidad radio

Donde:
psc : potencia deseada (misma célula)
poc : potencia interferente (otras células)

Suponiendo que las potencias medias emitidas por todas las células son iguales y que la pérdida básica de propagación sigue leyes similares, el cociente psc/psc depende solo de la geometría celular: tipo de célula (omni, sector), punto de evaluación (borde, punto interior).

De esta forma la SINR vale:

analisis capacidad radio en lte

siendo snr = psc / pn la relación potencia de señal deseada a potencia de ruido térmico. De aquí se deduce que SINR>g.

Entonces, la geometría celular limita la SINR máxima que puede obtener. Esta acotación es muy importante ya que la eficiencia espectral o el caudal dependen de la relación SINR, por lo que si g es pequeña también lo será SINR y en consecuencia el caudal será reducido. Esto ocurre en el borde de la celda.

El objetivo de LTE de alcanzar tasas de bits elevadas con alta eficiencia espectral, recomienda reutilizar las frecuencias portadoras en todas la células (factor de reutilización =1). Sin embargo, esta intensa reutilización puede producir en los bordes de las células una interferencia excesiva, lo que implica una reducción del factor g y en consecuencia de la SINR lo que limita el caudal. Una alternativa es dividir la anchura de banda total en varios bloques y usar bloques de frecuencias diferentes en celdas contiguas según un determinado patrón de reutilización (reuse scheme).

Un parámetro importante que hay que recordar son los distintos tipos de UEs que pueden existir, en la siguiente tabla vemos las distintas características de cada tipo referentes a la release 8 del 3GPP:

analisis de capacidad radio

A la hora de definir la capacidad de una celda otro valor a tener en cuenta es el frame ratio que se usará, este valor define las diferentes asignaciones de recursos en TDD entre Uplink y Downlink, que pueden ser (DL : UL) - 1:3 o 2:2 o 3:1 o 2:1 o 7:2 o 8:1 o 3:5.

Técnicas como MIMO, agregación de portadoras, el uso de picoceldas o femtoceldas, también son técnicas usadas para aumentar la capacidad las celdas en LTE.

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