UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA INGENIERÍA EN ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES
ALUMNO: JAIME TENE UYAGUARI CICLO: DECIMO A “
”
CATEGORIAS DE EQUIPOS DE USUARIO LTE utiliza categorías o clases de equipos de usuario o categorías LTE para definir las especificaciones de rendimiento de los dispositivos LTE y permite que las estaciones base LTE puedan comunicarse de manera efectiva con ellos conociendo sus niveles de rendimiento. Algunas categorías LTE UE tales como LTE Cat 3, LTE Cat 4 y LTE Cat 0 son ampliamente cotizadas y utilizadas. Otros como LTE Cat 7 y LTE Cat 8 son mucho más nuevos. Del mismo modo que una variedad de otros sistemas adoptaron diferentes categorías para los teléfonos o equipos de usuario, también existen categorías de UE 3G LTE. Estas categorías de LTE definen los estándares a los que funcionará un teléfono, dongle u otro equipo en particular. Las redes actuales 4G y futuras f uturas 5G se ejecutarán más rápido con dispositivos de categoría UE de alta velocidad. También vale la pena señalar que UE clase 1 no ofrece el rendimiento ofrecido por la categoría HSPA de mayor rendimiento. Además, todas las categorías de LTE UE son capaces de recibir transmisiones desde hasta cuatro puertos de antena. En LTE no todos los UE soportan todas las categorías y también los terminales de una versión anterior no son compatibles con co n las características presentadas en versiones posteriores de las versiones de 3GPP. Por ejemplo, un UE de la versión 8 no soporta características como la agregación de portadoras que se introdujo en la Versión 10. Por lo tanto, durante la configuración de la conexión, el UE debe indicar a la red qué versión de 3GPP admite, así como las capacidades que admite con la versión específica. La versión 3GPP 8/9 UE puede tener 5 categorías diferentes, la categoría 1 admite un conjunto mínimo de funcionalidades mientras que la c ategoría 5 UE tiene una velocidad de datos máxima y es compatible con un conjunto completo de características. En la versión 10, se añaden características tales como agregación de portadora y multiplexación espacial de enlace ascendente. Por lo tanto, a partir del lanzamiento 10 se agregan tres nuevas categorías de UE. y el número máximo de portadores de componentes y el grado de multiplexación espacial soportados, tanto en enlace ascendente como en enlace descendente, se señalizan por separado del número de categoría. Por lo tanto, un terminal de liberación 10 puede declararse como, por ejemplo, categoría 4, pero capaz de realizar multiplexaje espacial de enlace ascendente. Por lo tanto, las categorías 1-5 de UE tienen un significado diferente en la Versión 10 en comparación con la Versión 8/9. Para fines de compatibilidad con versiones anteriores, la Versión 10 del UE debe declarar las capacidades de la Versión 8/9 y las capacidades de la Versión 10
CATEGORIAS Hay 9 categorías diferentes de LTE UE que están definidas. Como se puede ver en la tabla a continuación, las diferentes categorías LTE tienen un amplio rango en los parámetros admitidos y el rendimiento. La categoría 1 de LTE, por ejemplo, no es compatible con MIMO, pero la categoría 5 de LTE UE admite 4 × 4 MIMO. La versión 8 de 3GPP define cinco categorías de equipos de usuario LTE dependiendo de la velocidad máxima de datos máxima y el soporte de capacidades MIMO. Con 3GPP Release 10, que se conoce como LTE Advanced, se han introducido tres nuevas categorías y cuatro más con 3GPP Release 11. CATEGORIA DE EQUIPO DE USUARIO (UE)
MAX. DATARATE DOWNLINK (MBIT/S)
MAX. NUMBER OF DL MIMO LAYERS (ANTENAS)
MAX. DATARATE UPLINK (MBIT/S)
NB1(NB- IoT) M1(IoT) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
0.68 1.0 1.0 10.3 51.0 102.0 150.8 299.6 301.5 301.5 2998.6 452.2 452.2 603.0 603.0 391.7 3917 750 979 25065 1174 1566
1 1 1 1 2 2 2 4 2o4 2o4 8 2o4 2o4 2o4 2o4 2o4 8 2o4 2o4 8 2o4u8 2o4u8
1.0 1.0 1.0 5.2 25.5 51.0 51.0 75.4 51.0 75.4 51.0 102.0 1497.8 51.0 102.0 51.0 102.0 150.8 9585 226 n/a n/a
3GPP RELEASE
RELEASE 13 RELEASE 12
RELEASE 8
RELEASE 10
RELEASE 11
RELSEASE 12
RELEASE 13
Tabla 1. Velocidades y capas de MIMO de categorías de UE.
Categoría 1-5: versión 8/9/10, categoría 6-8: versión 10 solamente Modulación máxima del enlace descendente: 64 QAM Modulación máxima del enlace ascendente: 16QAM (Categoría 1-4 y 6), 64QAM (Categoría 5 y 7)
Los datos máximos que se muestran son para 20 MHz de ancho de banda de canal. Las categorías 6 y superiores incluyen tasas de datos combinando múltiples canales de 20 MHz utilizando Carrier Aggregation. Los porcentajes de datos máximos serán menores si se utiliza menos ancho de banda. Estas son las tasas de datos de transporte L1 que no incluyen las diferentes capas de protocolo sobrecarga. Dependiendo de la célula BW, la carga de la célula, la configuración de la red, el
rendimiento del UE utilizado, las condiciones de propagación, etc., las velocidades de datos prácticas variarán. La velocidad de datos de 3,0 Gbit / s / 1,5 Gbit / s especificada como Categoría 8 está cerca de la velocidad máxima de datos agregados para un sector de estación base. Una velocidad de datos máxima más realista para un solo usuario es de 1.2 Gbit / s (enlace descendente) y 600 Mbit / s (enlace ascendente). Un proveedor ha demostrado velocidades de enlace descendente de 1,4 Gbit / s utilizando 100 MHz de espectro agregado.
OPEN-LOOP SPATIAL MULTIPLEXING
MULTIPLEXING
AND
CLOSED-LOOP
SPATIAL
La0s cuatro modos SU-MIMO de LTE incluyen dos modos de bucle abierto (Diversidad de transmisión y Multiplexado espacial de bucle abierto) y dos modos de bucle cerrado (Rango-1 de multiplexación espacial de bucle cerrado y multiplexación espacial de bucle cerrado). Los modos de bucle abierto y bucle cerrado difieren en el nivel de detalle y la frecuencia con la que el UE informa las condiciones del canal. A su vez, el eNodeB depende de información detallada y oportuna del UE para aplicar las mejores técnicas de antena y procesamiento de datos para las condiciones del canal existente. Dependiendo de la velocidad de procesamiento de datos del UE así como también de la calidad de su conexión al eNodeB tanto en enlace ascendente como en enlace descendente, LTE operará en modo de circuito cerrado o de circuito abierto. El eNodo B se comunica con un UE en bucle abierto cuando el UE se mueve demasiado rápido para proporcionar un informe detallado sobre las condiciones del canal a tiempo para que el eNodo B seleccione la matriz de precodificación. Otros factores, como la velocidad de procesamiento del UE o la capacidad de datos del enlace ascendente (que también pueden verse afectados por las especificaciones del UE), pueden dar como resultado operaciones de bucle abierto incluso cuando el UE se mueve con relativa lentitud. Las capacidades del UE son, por lo tanto, cr uciales para lograr los mejores resultados de condiciones multitrayecto particulares.
FIG 1. Múltiples rutas desde eNodeB a UE en 2x2 MIMO. El primer número en la ruta indica el Tx, mientras que el segundo indica el Rx.
En operaciones de bucle abierto, el eNodoB recibe información mínima del UE: un Indicador de Rango (RI), el número de capas que pueden ser soportadas bajo las condiciones actuales del canal y el esquema de modulación; y un Indicador de calidad de canal (CQI), un resumen de las condiciones del canal en el modo de transmisión actual, que corresponde aproximadamente a
SNR. El eNodoB luego usa el CQI para seleccionar el esquema de modulación y codificación correcto para las condiciones del canal. Combinado con este esquema de modulación y codificación, CQI también se puede convertir en un rendimiento esperado. El eNodoB ajusta su modo de transmisión y la cantidad de recursos dedicados al UE en función de si el CQI y el RI informados por el UE coinciden co n los valores esperados, y si la señal se está recibiendo a una tasa de error aceptable. En operaciones de circuito cerrado, el UE analiza las condiciones del canal de cada Tx, incluidas las condiciones de multitrayecto. El UE proporciona un RI así como un Indicador de Matriz de Precodificación (PMI), que determina la matriz de precodificación óptima para las condiciones del canal actual. Finalmente, el UE proporciona un CQI dado el RI y el PMI, en lugar de basar el CQI en el modo de operación actual. Esto permite que eNodeB adapte rápida y eficazmente la transmisión a las condiciones del canal. Las operaciones de bucle cerrado son particularmente importantes para la multiplexación espacial, donde MIMO ofrece las mayores ganancias de rendimiento.
FIG 2. Rendimiento de modos MIMO 2x2 con baja correlación de múltiples caminos
Open-Loop y Closed-Loop Spatial Multiplexing son las claves para el gran salto en el potencial de rendimiento de SU-MIMO. Al enviar datos diferentes en cada antena, estos modos se acercan a la multiplicación del rendimiento máximo por el rango de t ransmisión, que es igual al número de secuencias de datos o capas separadas transmitidas. LTE admite hasta transmisiones de rango 2 para configuraciones de antena 2x2 o 4x2, y hasta rango 4 para configuraciones de antena 4x4. Estos modos de multiplexación espacial, sin embargo, requieren una rica dispersión de señales multitrayectoria y SNR alta para que todos los datos puedan decodificarse con éxito. Bajo las condiciones adecuadas, un UE puede separar las señales de dos Tx, i dentificadas por sus diferentes Señales de Referencia, y reconstruir dos flujos de datos separados en el mismo bloque de frecuencia La multiplexación espacial funciona creando flujos de datos separados en múltiples antenas. En la multiplexación espacial, el eNodoB divide los datos que se enviarán a un UE determinado en un subcanal dado en flujos de datos, llamados capas. El número de capas es el mismo que el rango de la transmisión. El rango de transmisión se determina de acuerdo con las condiciones
del canal en el UE, así como otras consideraciones tales como los recursos disponibles en el eNodoB. En el caso más simple para la multiplexación espacial, una transmisión de multiplexación espacial de rango 2 en una configuración de antena MIMO 2x2 transmitirá una capa de cada Tx. En este caso, las rutas 1-1 y 1-2 que se muestran representan la Capa 1, mientras que las rutas 2-1 y 2-2 representan la Capa 2. Cada capa llega a cada Rx a lo largo de una ruta diferente. El UE luego reconstruye las capas usando información de ambas antenas. Con las transmisiones de múltiples capas, los datos llegan desde procesos de nivel superior en una o más palabras de código, como se muestra en la Figura 4. Cada palabra de código se asigna a una o más capas. En 2x2 MIMO, cada palabra de código corresponde directamente a una capa. Cada capa luego se mapea en una o más antenas usando una matriz de precodificación. Cuando el UE detecta una SNR similar de ambos Tx, la matriz de precodificación mapeará cada capa en una sola antena. Sin embargo, cuando uno Tx tiene una alta SNR y otro tiene una SNR baja, la matriz de precodificación dividirá las capas entre el Tx en un esfuerzo para igualar SNR entre las capas. En este caso, las trayectorias de 1- 1 y 1-2 en la Figura 1 no representaría una sola capa, pero flujos de datos que contienen información tanto de la capa 1 y la capa 2. Desde el máximo rendimiento utilizando un determinado esquema de modulación aumenta linealmente a baja SNR, pero logarítmicamente a alta SNR, el aumento de la La SNR de la capa de SNR baja a expensas de la capa de SNR alta aumenta el rendimiento total. Sin embargo, en un nivel básico, el objetivo es asegurar que cada capa pueda decodificarse a una tasa de error aceptable del 10% o menos, permitiendo que el UE aproveche la multiplexación espacial.
FIG 3. Mapeo de Capa y Precodificación en Multiplexación Espacial MIMO 2x2
Open-Loop Spatial Multiplexing utiliza un conjunto fijo de matrices de precodificación para habilitar la multiplexación espacial de múltiples capas para UEs de rápido movimiento. Sin embargo, las mayores ganancias potenciales en el rendimiento provienen de Closed Loop Spatial Multiplexing, Debido a la información detallada recibida del UE, Closed-Loop Spatial Multiplexing es capaz de adaptar la matriz de precodificación y el esquema de modulación a las condiciones del mundo real del UE, permitiendo que el rendimiento se acerque a los límites teóricos establecidos por las condiciones de multitrayectoria y SNR. Por lo tanto, LTE obtendrá las mayores ganancias en el rendimiento cuando las condiciones de multitrayectoria y las capacidades del UE permitan la multiplexación espacial, y cuando el UE sea capaz de proporcionar los datos necesarios para que el eNodoB coincida estrechamente con las condiciones del canal existente. Una red bien ajustada proporc ionará la mejor oportunidad para que un UE opere en modo de multiplexación espacial de bucle cerrado, pero los UE también deben tener la colocación de la antena y las capacidades de procesamiento para aprovechar este modo cuando se presenten las condici ones.
REFERENCIAS [1] Arunabha Ghosh, Jun Zhang, Jeffrey G. Andrews, and Rias Muhamed, Fundamentals of LTE (Boston, MA: Pearson Education, 2010), 168. [2] 3GPP, 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures (Release 9) (3GPP, September 2010), TS 36.213 V9.3.0, 21. [3] 3GPP, 3 rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures (Release 8) (3GPP, September 2009), TS 36.213 V8.8.0, 20. [4] 3G Americas, 3GPP Mobile Broadband Innovation Path to 4G: Release 9, Release 10 and Beyond: HSPA+, LTE/SAE and LTEAdvanced (3G Americas, February 2010), 68. [5] Ball, C. F., Müllner, R., Lienhart, J., & Winkler, H. (2009, May). Performance analysis of closed and open loop MIMO in LTE. In Wireless Conference, 2009. EW 2009. European (pp. 260-265). IEEE.
