Capitulo 3c

Nivel físico LTE
Claudia Milena Hernández B.
Víctor Manuel Quintero F.
Contenido
3. Nivel físico (20 horas - CH)
– Principios fundamentales y conceptos básicos de
OFDM.
– OFDMA.
– SC-FDMA.
– MIMO.
– Canales físicos y modulación.
– Multiplexación y codificación.
– Procedimientos de nivel físico.
– Medidas de nivel físico.
– Procedimientos de acceso y niveles superiores.
3.6 Multiplexación y codificación
3.6 Multiplexación y codificación
• Se emplea un CRC de 24 bits, permite la detección de errores
en el bloque de transporte.
• Tamaño máximo del bloque codificado: 6144 bits, si se excede
es necesario realizar segmentación del bloque.
• Turbo código de tasa 1/3 que genera un bloque de bits
sistemáticos ( idénticos a los bits del bloque de información a
la entrada) y dos bloques de bits de paridad denominados 0 y
1 respectivamente.
• Los bits de los distintos bloques son entrelazados siguiendo
para cada uno un determinado patrón.
3.6 Multiplexación y codificación
3.6 Multiplexación y codificación
• Mecanismo de adaptación de tasa (Rate Matching): adaptar al
número de bits que es posible transmitir en un determinado
canal físico, una vez específicado su formato de transmisión.
• A partir del flujo de bits codificados entrelazados, se realiza un
proceso de diezmado (puncturing) o de repetición de bits.
• Se emplea un buffer circular, en las primeras posiciones se
colocan los bits entrelazados procedentes del bloque
sistemático.
• El gestor de paquetes (scheduler) selecciona diferentes
valores de
la versión de redundancia (RV) para la
retransmisión de un paquete, para optimizar los mecanismos
de combinación propios del mecanismo HARQ.
3.6 Multiplexación y codificación
3.7 Procedimientos de nivel físico
Los procedimientos claves de nivel físico son:
• HARQ.
• Timing advance.
• Control de potencia.
• Paging.
• Indicación de estado del canal.
• Acceso aleatorio.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
HARQ
• Utiliza técnicas de retransmisión basadas en el incremento de
redundancia, FEC + ARQ.
• Inicialmente se transmite la información contenida en canal
de transporte con un mínimo de redundancia capaz de
corregir los errores que introduce el canal radio.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
3.7 Procedimientos de nivel físico
HARQ
• Si en recepción con esta redundancia no basta:
–
–
En lugar de volver a retransmitir todo el paquete, se
solicita la transmisión sólo de información de redundancia
adicional, no transmitida anteriormente.
Se añade a la disponible en el receptor para intentar
detectar correctamente la información transmitida por el
canal de transporte.
3.7 Procedimientos de nivel físico
Retransmisión Idéntica – Combinación Chase
3.7 Procedimientos de nivel físico
Retransmisión Idéntica – Combinación Chase
3.7 Procedimientos de nivel físico
Retransmisión Diferente – Redundancia Incremental
3.7 Procedimientos de nivel físico
Retransmisión Diferente – Redundancia Incremental
3.7 Procedimientos de nivel fisico
HARQ
• Si nuevamente se produce una detección errónea de la
información se repite el proceso hasta que:
– Se recibe correctamente el canal de transporte.
– Se completa la transmisión de toda la información de redundancia
asignada al código utilizado.
• Se busca optimizar el uso del canal radio, transmitiendo la
mínima información de redundancia posible para detectar
correctamente el canal transmitido.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Proceso HARQ
• Basado en Proceso de pare y espere.
• Cuando el paquete se transmite desde
EnodeB, el UE lo decodifica y envía
respuesta en el PUCCH.
• Para NACK el EnodeB retransmite el
paquete.
• UE combina la retransmisión con la
transmisión
original
y
realiza
decodificación turbo nuevamente.
• Si recibe correctamente el paquete UE
envía ACK.
• EnodeB envía un nuevo paquete.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Proceso HARQ
• Para flujo continuo de datos: se necesitan múltiples procesos
HARQ.
• En LTE: 8 procesos en el enlace de subida y bajada.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Proceso HARQ
• Retardo entre el final de un paquete y la retransmisión: 7ms.
• Cada proceso HARQ utiliza su propio buffer de
retransmisiones y se identifica mediante un indicador (HARQID o HARQ process IDentifier) de 3 bits.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
HARQ Enlace de bajada
El mecanismo HARQ es asíncrono.
• La retransmisión puede ocurrir en cualquier instante
de tiempo después de la transmisión inicial.
• Se necesita una señalización explícita que indique al
receptor a qué paquete inicial corresponde una
determinada retransmisión.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
HARQ Enlace de bajada
3.7 Procedimientos de nivel fisico
HARQ Enlace de subida
• Mecanismo de retransmisión HARQ es síncrono.
• Los procesos de retransmisión se efectúan en
instantes de tiempo predefinidos con respecto a la
transmisión inicial, no es necesario incluir un número
de secuencia en HARQ.
• ARQ puede incluir o no mecanismos de adaptación
de enlace.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
HARQ Enlace de subida
3.7 Procedimientos de nivel físico
Avance temporal
• Consiste en adelantar el instante de transmisión de
cada terminal en el enlace de subida de acuerdo con
su retardo de propagación.
• Busca asegurar que todas las transmisiones lleguen
aproximadamente en el mismo instante.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Avance temporal
• El control de sincronización evita interferencia entre
los usuarios con transmisiones del enlace de subida
en la misma subtrama.
• Enode B mide los tiempos de la señal y ajusta la
sincronización de la señal de subida del UE.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Avance temporal
Adquisición del valor inicial del Avance Temporal:
• Se utiliza el preámbulo de acceso aleatorio (PRACH) 
primera señal que transmite el UE, en el momento de su
transmisión no se tiene conocimiento del valor apropiado del
valor del Avance Temporal a utilizar.
• Por consiguiente, este preámbulo inicia su transmisión según
el patrón temporal del terminal móvil, y llegará al eNB con un
retardo igual al 2Tp (Tp retardo de propagación).
3.7 Procedimientos de nivel físico
Avance temporal
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Avance temporal
Avance temporal en régimen permanente:
• Una vez establecido el valor del avance temporal inicial, en las
siguientes transmisiones el eNB mide la desviación temporal
con que llegan los paquetes.
• Si la desviación temporal es mayor de ±0,52 μs envía al móvil,
utilizando el canal PDCCH, un comando de corrección
indicándole que aumente o disminuya, el valor actual del
Avance Temporal.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Control de potencia
• El objetivo del control de potencia (CP): gestionar
adecuadamente la PTx, tanto del eNB como del UE  asegure
una correcta recepción de la señal en/desde todos los puntos
de la zona de cobertura de un eNB.
• El CP para los UE: minimizar la potencia transmitida para
aumentar la vida de las baterías.
• Mucha potencia genera interferencia.
• Muy poca potencia: incremento en la BER, retransmisiones,
mayor retardo y menor troughput.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Control de potencia
• En un ambiente multiusuario se comparten los recursos radio
 El mismo canal se asigna a varios usuarios.
• Una señal para un usuario, puede alcanzar otros usuarios y
producir interferencia en sus conexiones.
• Si un usuario tx con alta potencia, puede disminuirla y aun
tener buena calidad sin interferir con otros usuarios.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Control de potencia
• En el enlace de bajada como la transmisión es ortogonal no
existe interferencia entre usuarios de la misma celda.
• Existe interferencia entre usuarios de celdas vecinas:
interferencia intercelda (ICI), limita el desempeño del sistema
en términos de capacidad.
• En LTE todas las celdas en la red usan las mismas bandas de
frecuencia.
3.7 Procedimientos de nivel físico
Control de potencia
• De acuerdo
a las variaciones del canal que
compensa, se divide en dos tipos:
• CP Lento: compensa variaciones lentas del canal, pérdidas
de trayecto dependientes de la distancia, perdidas en la
antena, desvanecimiento por sombra.
• CP Rápido: compensa las variaciones rápidas del canal
(desvanecimiento rápido).
• LTE emplea CP Lento.
3. Procedimientos de nivel fisico
Control de potencia Enlace de bajada
• El CP está totalmente controlado por el eNB, por que conoce
la potencia disponible en todo momento para la transmisión.
• Lo más común es que no se implemente CP, el consumo de
potencia no es crítico para el eNB.
• No es un problema distribuir toda la potencia disponible en el
eNB uniformemente entre los bloques de recursos.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Control de potencia - Enlace de bajada
• Existen algunas propuestas para asignación óptima de
potencia: Water-filling.
• Consisten en asignar dinámicamente más potencia a aquellas
subportadoras OFDM que tienen las mejores condiciones de
desvanecimiento e interferencias pero su ganancia es
marginal.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Control de potencia – Enlace de subida
• No es recomendable que los UE transmitan con máxima
potencia.
• Reduciría la duración de la batería e incrementaría la
interferencia intercelular.
• El control de potencia se hace indispensable.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Control de potencia
En LTE se estandarizan los mecanismos para
• Physical Uplink Control Channel (PUCCH).
• Physical Uplink Shared Channel (PUSCH).
• Sounding Reference Signals (SRS).
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Control de potencia
Recepción discontinua: DRX
• Mecanismo por el cual el UE desactiva el receptor durante un
determinado tiempo con el fin de ahorrar energía e
incrementar la vida de la batería.
• Desde el punto de vista del retardo sería beneficioso tener
encendido el receptor del UE, ya que se podría monitorear en
cada subtrama la señalización en DL y reaccionar de forma
instantánea ante mensajes de la red.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Control de potencia
Recepción discontinua: DRX
• El tráfico de paquetes es altamente variable, con periodos de
transmisión dispersos y largos periodos de silencio.
• Mantener el receptor del terminal apagado permite ahorrar
energía, se compensa ampliamente el coste en el incremento
de la latencia.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Paging
En LTE un UE puede estar en uno de tres estados:
• Libre (LTE Detached): estado transitorio en el cual el UE esta
encendido pero en proceso de búsqueda y registro de la red.
• Reposo (LTE Idle): modo de conservación de potencia, no se tx
o se rx paquetes, localización de UE solo se conoce en el
MME, y solo el área de seguimiento (varios eNBs en la cual el
usuario fue registrado la ultima vez).
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Paging
• Activo (LTE Active): UE esta registrado con la red y tiene una
conexión RRC con el eNB, la red conoce la celda donde se
encuentra y puede transmitir y recibir datos desde UE.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Paging
• El sistema de comunicaciones móviles  mecanismos para
avisar a los usuarios de la activación de servicios originados
desde la red dondequiera que se encuentren.
• Dada la extensión geográfica  el envío de avisos (función de
paging) a los terminales debe hacerse de forma “selectiva” a
través únicamente de aquellas estaciones base donde exista
una cierta probabilidad de encontrar al usuario.
3.7 Procedimientos de nivel fisico
Paging
• El sistema debe hacer un “seguimiento” que le permita acotar
la localización de los usuarios dentro de la zona de servicio de
la red. Esta funcionalidad  gestión de la localización.
• Permite conocer con cierta resolución en qué eNB o conjunto
de eNBs (áreas de seguimiento) puede ser localizado un
usuario que se encuentre en modo idle.
3.7 Procedimientos de nivel físico
Paging
• Paging es un mensaje de señalización que se distribuye a los
terminales.
• Lo utiliza la red troncal EPC para forzar el re-establecimiento
de la señalización de control con un equipo de usuario que se
encuentre en modo idle.
• Cuando la red necesita contactar con el terminal, el mensaje
de aviso (paging) se difunde a través de todas las estaciones
base que integran el área de seguimiento en que se encuentra
localizado el terminal.
3.7 Procedimientos de nivel físico
3.7 Procedimientos de nivel físico
Paging
Propósito:
• Llamar o despertar a los terminales móviles que se
encuentran en estado de espera (Idle).
• Informar a terminales móviles activos de cambios en
el sistema de información o de notificaciones de
emergencia.
3.7 Procedimientos de nivel físico
Paging
• Localizado en el Physical Downlink Shared Channel
(PDSCH).
• Un procedimiento de paging eficiente debe permitir
que el terminal se duerma y se despierte durante
unos intervalos de tiempo predefinidos para
monitorear la información de paging de la red.
3.7 Procedimientos de nivel físico
Paging
3.7 Procedimientos de nivel físico
Indicación de estado del canal
El UE proporciona a la red tres tipos de información del
estado del canal:
• CQI- Indicador del estado del canal.
• RI - Indicador del rango.
• PMI - Identificador de la matriz de precodificación.
3.7 Procedimientos de nivel físico
Indicación de estado del canal
CQI Reporting
• Permite describir hasta 16 posibles esquemas de
Modulación-Codificación (MCS).
• Informa al eNodeB sobre los posibles parámetros a
utilizar en el proceso de adaptación de enlace.
3.7 Procedimientos de nivel físico
3.7 Procedimientos de nivel físico
Indicación de estado del canal
RI
• Se utiliza para indicar cual es el número apropiado de
capas a considerar en el esquema de multiplexación
espacial.
• Puede ser 1 o 2 (Mimo 2x2) o 4 ( Mimo 4x4).
• Se transmite con menor periodicidad que el CQI.
3.7 Procedimientos de nivel físico
Indicación de estado del canal
PMI
• Informa al eNodeB de cual es la matriz de precodificación
preferida, según estado del canal.
• El No. de matrices de precodificación depende del número de
antenas considerado en el eNB, del valor de RI y de las
capacidades del terminal móvil.
• eNB con dos antenas puede elegir entre 6 matrices posibles,
caso de 4 antenas, el número de posibles matrices se eleva a
64.
• Se transmite en el caso de utilizar estructuras MIMO actuando
como sistemas de multiplexación espacial.
3.7 Procedimientos de nivel físico
Indicación de estado del canal
• Esta información se transmite en el PUCCH (entre 5 y
10 bits si solo se transmite información de control).
• Típicamente se transmite utilizando una subtrama de
1 ms, aunque para informes largos puede utilizar
múltiples subtramas.
• Por su limitada capacidad se consideran informes
periódicos y aperiódicos.
3.7 Procedimientos de nivel físico
Indicación de estado del canal
Informes periódicos:
• Este tipo de informe generalmente utiliza las capacidades
aportadas por el canal PUCCH, siendo el eNB quien configura
los parámetros de repetición del informe.
• Período de repetición oscila entre 2 y 160 ms.
• Si en el momento en que el terminal móvil debe enviar el
informe CQI, el mecanismo de gestión de recursos radio le
asigna recursos al móvil para transmitir (canal PUSCH), en
lugar de utilizar el canal de control PUCCH se utiliza el canal
de datos de usuario PUSCH.
3.7 Procedimientos de nivel físico
Indicación de estado del canal
Informes aperiodicos
• Cuando el eNB necesita de una información más detallada del
estado del canal  solicitar al terminal móvil un informe
aperiódico, que se transmitirá utilizando el canal PUSCH.
• Este tipo de informes pueden adjuntarse a los datos de
usuario transmitidos en el canal PUSCH, o transmitirse
utilizando un canal PUSCH específicamente dedicado a este
fin.
3.7 Procedimientos de nivel físico
Indicación de estado del canal
• Los informes aperiódicos son prioritarios sobre los
periódicos.
• Si el instante de transmisión de ambos informes
coincide en un determinado momento, únicamente
se envía el informe aperiódico.
3.7 Procedimientos de nivel físico
Procedimiento de acceso aleatorio
Procedimiento mediante el cual un terminal móvil se conecta a
un determinado eNB. Este procedimiento se ejecuta por diversas
razones:
• Al acceder el terminal móvil a la red.
• Cuando el terminal móvil realiza un procedimiento de
handover (a lo largo de una llamada, cambia de eNB)
• Cuando el terminal móvil realiza procedimientos de
reselección de celda.
• Como resultado de una llamada entrante.
3.8 Medidas de nivel físico
Medidas en eNB
• La mayoría de las funcionalidades de radio están en
el eNB.
• Algunas medidas se deben reportar sobre alguna
interfaz.
• No hay una entidad encargada de RRM como el RNC
de WCDMA.
3.8 Medidas de nivel fisico
Medidas en eNB
Medidas en el enlace de bajada:
 La potencia usada por los elementos de recursos 
empleados para transmitir señales de referencia específicas
de la celda desde el eNB.
 Potencia de interferencia recibida por bloque de recurso
físico.
 Potencia de ruido térmico sobre el ancho de banda del
sistema.
 Se deben tener en cuenta en las decisiones de handover y
para realizar coordinación de interferencia intercelda.
3.8 Medidas de nivel fisico
Medidas de UE
Las medidas que se consideran son:
Potencia recibida de la señal de referencia RSRP: promedio de la
potencia medida del elemento de recursos que contiene señales
de referencia, específica de la celda.
3.8 Medidas de nivel físico
Medidas en UE
Indicador de la intensidad de la señal Recibida portadora EUTRA
RSSI :
• Potencia de banda ancha recibida total en una frecuencia
dada, incluye todo el ruido presente en la frecuencia
particular, ya sea de celdas interferentes o de cualquier otra
fuente de ruido.
• No es reportado por el UE sino utilizado para el cálculo del
RSRQ.
3.8 Medidas de nivel físico
Medidas en eNB
Calidad recibida de la señal de referencia RSRQ:
Relación del RSRP y del RSSI para las señales de
referencia.
3.9 Procedimientos de acceso
• La primera acción de un dispositivo LTE es buscar la
celda.
• El UE busca las sx de sincronización primaria en las
frecuencias centrales de la banda.
• Cuando la detecta busca las sx de sincronización
secundaria.
• UE descubre el identificador de celda (PCI), así puede
decodificar el PBCH.
3.9 Procedimientos de acceso
• Procedimiento mediante el cual un terminal
móvil se conecta a un determinado eNB.
• Dos tipos: acceso basado en contienda y
acceso regulado.
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso basado en contienda.
Se utiliza para:
• Acceso general.
• Transferencia de llamada (handover).
• Transferencia de información en UL para establecer los
mecanismos de scheduling, cuando no están disponibles
canales PUCCH.
• Cuando hay datos para transmitir en el enlace de subida o
bajada y el terminal móvil ha perdido la sincronización
(mecanismos de ahorro de batería).
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso basado en contienda
• 1. UE envía un preámbulo de acceso PRACH, La secuencia
preámbulo (PRACH) se escoge de forma aleatoria, entre un
grupo de hasta 64 posibles secuencias.
• El nivel de potencia del UE se determina a partir de una
estimación de las pérdidas de propagación del enlace,
utilizando las señales de referencia transmitidas en el enlace
de bajada.
3.9 Procedimientos de acceso
• Acceso basado en contienda
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso basado en contienda
• Si no hay respuesta, el UE repite la transmisión
aumentando el nivel de potencia transmitida: Power
Ramping.
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso basado en contienda
Si varios UE envían un preámbulo RACH en el mismo bloque de
acceso.
• Si los terminales móviles han elegido secuencias preámbulo
distintas, no hay problema, el eNB será capaz de diferenciar
las peticiones de acceso.
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso basado en contienda
Caso en que dos o más UE eligen la misma secuencia preámbulo.
• El eNB nota que le llega el mismo preámbulo por caminos de
propagación diferentes.
• eNB es capaz de compensar dicha propagación multicamino
virtual y detectar la petición de acceso.
3.9 Procedimientos de acceso
• Acceso basado en contienda
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso Basado en contienda
2. eNB responde a la petición de acceso.
• La respuesta contiene un duplicado del preámbulo,
información para el alineamiento temporal, y asignación
inicial de recursos en el enlace de subida.
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso basado en contienda
Si dos o más terminales móviles han utilizado la misma secuencia
preámbulo en el bloque de acceso:
• El eNB manda un único mensaje de respuesta a estos UE
(correspondería con un caso de propagación multicamino del
canal).
• Obliga a resolver este problema de colisión en los siguientes
pasos del procedimiento.
3.9 Procedimientos de acceso
• Acceso basado en contienda
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso basado en contienda
• 3. UE informa al eNB, mediante un paquete PUSCH, su
identidad y puede solicitar una actualización del área de
seguimiento (Tracking area).
• Caso que eNB envie a dos UE la misma secuencia, estos
terminales móviles entenderían que tienen recursos
reservados para transmitir (serían los mismos) y por lo tanto
se produciría una colisión entre los mensajes enviados por
dichos terminales móviles.
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso basado en contienda
Cuando el eNB no es capaz de detectar ninguno de los mensajes
enviados por los UE.
• A. Después del número de retransmisiones , ninguno de los
UE implicados recibirá el reconocimiento positivo a la
transmisión programada.
• Los UE deberán reiniciar el mecanismo de acceso,
inmediatamente,
o dejando pasar un tiempo elegido
aleatoriamente dentro de una determinada ventana de
contención.
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso basado en contienda
El eNB es capaz de detectar correctamente la transmisión de uno
de los UE.
• B. eNB envía un reconocimiento positivo al UE, canal de
control PDCCH.
• Cuando el resto de UE implicados reciben este
reconocimiento detectan colisión en sus peticiones de acceso
y reinician el mecanismo de acceso.
• Resolución de la contienda.
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso regulado
• Sólo aplica en los procedimientos de handover.
• No hay posibilidad de colisión de la secuencia
preámbulo.
• El UE utiliza un preámbulo asignado previamente por
el eNB.
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso regulado
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso regulado
• 1. el procedimiento lo inicia el eNB, asigna la
secuencia preámbulo del paquete de acceso.
• 2. El UE, utilizando la secuencia preámbulo asignada,
envía un paquete de acceso PRACH.
• 3. eNB envía la respuesta a la petición de acceso, tal
como ocurre en el caso del acceso en contienda.
3.9 Procedimientos de acceso
Acceso regulado
• El proceso termina, puesto que la red (eNB) lo ha iniciado,
conoce la identidad del UE y ha establecido asignación de
recursos.
• No es necesario considerar ningún tipo de mensaje de
resolución de contienda ya que todos los mensajes
intercambiados utilizan transmisiones programadas.
Preguntas?