Long Term Evolution

El siguiente paso en la evolución hacia las Redes de Cuarta Generación o 4G se conoce como LTE (3GPP Long Term Evolution), y corresponde a las siglas del proyecto UTRA & UTRAN Long Term Evolution, promovido por el 3rd Generation Partner Ship Project (3GPP) a finales de 2004 para trabajar sobre la evolución del estándar de comunicación de Tercera Generación WCDMA, que es la base del sistema UMTS.

Desde que el 3GPP desarrolló la primera versión de WCDMA y de su red de acceso radio (compuesta por los elementos que se encargan de la gestión de los recursos radioeléctricos y la conexión a la red) a finales de 1999, denominada UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), se han desarrollado diferentes versiones. A modo de resumen, los principales hitos se presentan a continuación:

Release 99: primera versión de WCDMA desarrollada a finales de 1999, y que formó parte del conjunto de normas IMT-2000.
Release 5: desarrollada en 2002, introdujo mejoras de velocidad en las comunicaciones desde la red al usuario (enlace descendente) conocidas como HSDPA.
Release 6: concluida a finales de 2004, introdujo mejoras de velocidad en las comunicaciones entre el usuario y la red (enlace ascendente) conocidas como HSUPA.
Releases 7 a 10, son pasos hacia un acceso con mayor ancho de banda, menor latencia y mayor capacidad para poder atender la demanda de las zonas urbanas.

Vea el Contenido y funcionalidad de cada release

Situación actual (2009) y evolución

Las actuales redes móviles de tercera generación se basan en la norma UMTS. Sin embargo, estas redes aún tienen algunas limitaciones:

Soporte insuficiente para los servicios del dominio de paquetes (Packet Switched). Los servicios de voz, por su parte, son administrados por el dominio de circuitos (Circuit Switched) lo que hace que la operación de los dominios PS y CS sea realizado en diferentes redes. Esto incrementa el costo de Operación y Mantenimiento.
Baja eficiencia en las rutas de transmisión de los datos.
Incapacidad de soportar multiples sistemas de radio acceso.

Entonces, con el objetivo de mantener la competitividad de las redes futuras, el 3GPP abordó la investigación sobre la evolución de la tecnología 3G. En la que se permita que los operadotes UMTS empleen más espectro (hasta 20 Mhz.) y mejores velocidades de transferencia de datos.

La llamada E3G o redes de 4 Generación, se refiere a las mejoras a realizar en el sistema 3G con las siguientes características:

La tecnología de la interfaz de aire en E3G es llamada LTE o EPS (Enhanced Packet System).
El programa para la evolución del core de la red se denomina SAE, también conocida como Envolved Packet Core (EPC).

El 11 de diciembre de 2008 el 3Gpp aprobó el release 8 como la norma definitiva del LTE^[1] y en las mismas fechas se comenzaron a anunciar terminales comerciales capaces de alcanzar velocidades de descarga de 100 mbps. ^[2]

Los esfuerzos se orientaron principalmente a la convergencia de diferentes tipos de redes de acceso,mejor uso de los recursos radioeléctricos y a que la red sea basada en IP (IP-Based).

Entre las mejoras que el estándar propone, se encuentran:

Interconexión con redes de acceso heterogéneos.

Soporte de diversos tipos de terminales.

Prestación de servicios únicamente mediante conmutación de paquetes (incluyendo las comunicaciones de voz, VoIP).

Aumento significativo de la velocidad de acceso.

Mejora del uso del espectro para hacer una gestión más eficiente del mismo, lo que incluiría la posibilidad de ofrecer servicios de unicast y broadcast.

Separación del plano de usuario y el plano de control por médio de interfaces abiertas.

LTE/SAE provee flexibilidad de espectro, reducción en TCO y alto desempeño para redes de Banda Ancha Móvil.

Arquitectura

E-UTRAN.

La interfaz y la arquitectura de radio del sistema LTE es completamente nueva. Esta actualizaciones fueron llamadas Envolved UTRAN (E-UTRAN). Un importante logro de E-UTRAN ha sido la reducción del costo y la complejidad de los equipos, esto es gracias a que se ha eliminado el nodo de control (conocido en UMTS como RNC). Por tanto, las funciones de control de recursos de radio, control de calidad de servicio y mobilidad han sido integradas al nuevo Node B, llamado envolved Node B. Todos los eNB se conectan a través de una red IP y se pueden comunicar unos a otros usando el protocolo de señalización SS7 sobre IP.

Funcionalidades: -E-UTRAN soporta 326.4 Mbps en downlink y 86.4 Mbps en uplink. Esto es optimizado para baja velocidad de mobilidad; sin embargo, también soporta velocidades de hasta 500 Km/h. -Utiliza QPSK,16-QAM y 64-QAM como esquemas de modulación. -Los recursos de radio en el downlink son divididos entre los usuarios usando OFDMA y MIMO. Para el uplink son divididos usando SC-FDMA combinado con MIMO. -E-UTRAN solmente soporta hard handover.

eNodeB:

Dentro de las funciones del eNodeB, se encuentran:

Realiza la gestión de los recursos de radio.

La arqitectura de red de Core se conoce como SAE

Fuente: Alcatel Lucent.

Tecnologías empleadas

De las mútiples tecnología empleadas en los equipos Long Term Evolution, merece la pena destacar:

Flexibilidad del uso del espectro: ancho de banda flexible, FDD/TDD
Acceso de Radio: OFDM para el downlink y SC-OFDM para el uplink.
Tecnología Multi-antena: Antenas inteligentes MIMO

Barreras para el Despliegue de LTE

Las principales barreras de LTE incluyen la habilidad de los operadores de desarrollar un business case viable y la disponibilidad de terminales y de espectro.

Los operadores necesitan que las aplicaciones y los terminales de usuario esten disponibles antes de comprometer el despliegue de tecnologías 4G. Pues los usuarios cambian sus planes basados en los equipos, los servicios y las capacidades que estos tengan.

Adicionalmente, la disponibilidad de espectro también representará una barrera para LTE pues para alcanzar las velocidades prometidas se requiren 20MHz para el ancho de la portadora y muchos de los operadores no cuentan con el espectro necesario. Aunque se está abriendo nuevo espectro en la banda de 2.6 GHz en Europa y 700 MHz en Estados Unidos y parte de Europa, esto no es suficiente para alcanzar las demandas de LTE. En Europa Suecia fué el primero en subastar su espectro; los ganadores incluyen TeliaSonera, Telenor, Tele2 y Hi3G. Otros países que planean subastar la banda de 2.6 GHz son Italia, Austria, Inglaterra y los países bajos.

El caso de negocio será un reto para los operadores, pues los modelos tradicionales no serán viables. Ahora se debe usar la plataforma de entrega de servicio para probar y desplegar nuevos servicios hasta que los operadores encuentren los servicios que los clientes estén dispuestos a utilizar.

Sin embargo, LTE tiene también algunos desafios que alcanzar:

- Voz sobre LTE: Una de las ventajas que LTE promociona es la Evolución del Core de Paquetes (EPC), que es un auténtico core "All-IP" y por lo tanto debe llevar a todos los tipos de tráfico: voz, video y datos. Pero, la mayoría de los trabajos de normalización se ha centrado en los aspectos de datos de LTE y la voz se ha descuidado un poco. Es evidente que los beneficios en OPEX/CAPEX de un core convergente EPC solo pueden ser logrados cuando todos los tipos de tráfico se realizan sobre un núcleo único y unificado. El problema de la normalización de la voz sobre LTE se complica más aún cuando se mezcla LTE con diferentes tipos de redes tradicionales incluyendo GSM, HSPA, CDMA2000, WiMAX y Wi-Fi.

Algunas soluciones que se han tomado en cosideración son:

Circuit Switch Fallback CS FallBack: Esta es una opción atractiva que permite a los operadores aprovechar sus redes GSM / UMTS / HSPA legadas para la transmisión de voz. Con CSFB, mientras se hace o recibe una llamada de voz, el terminal de LTE suspende la conexión de datos con la red LTE y establece la conexión de voz a través de la red legada. CSFB completamente descarga el tráfico de voz a las redes 2G/3G, que por supuesto obliga a los operadores para mantener sus redes básicas de CS. CS FallBack es una opción atractiva a corto y medio plazo, ya que permite a los operadores optimizar aún más su infraestructura de legado existentes, pero en el largo plazo, otras opciones serán más atractivas para cosechar plenamente los beneficios de la convergencia de EPC.

IMS-basado en VoIP: El Subsitema IP Multimedia (IMS) soporta la opción de Voz sobre IP (VoIP) a través de redes LTE directamente. Además, esta opción solo aprovecha Radio Voice Call Continuity (SRVCC) para abordar las brechas de cobertura en redes LTE. Si bien la llamada de voz inicial se establece en la red LTE, si el usuario sale del área de cobertura LTE, entonces la llamada es entregada a la CS principal a través del core IMS. Esta opción proporciona una interesante estrategia de despliegue para los operadores que tienen un fuerte núcleo IMS, ya que les permite hacer la transición a VoIP desde el principio la vez que aprovechan los activos existentes legados para la continuidad de voz fuera de las áreas de cobertura LTE.

Tecnologías 4G complementarias o competidoras

WiMAX, que se desarrolló con cierta ventaja de tiempo sobre LTE, puesto que el 18 de octubre de 2007 obtuvo el estatuto de norma 3G UIT, de lo que se desprende que los operadores con licencia 3G podrán desplegar Wimax sobre UMTS.^[3] Sin embargo, el que LTE supere a Wimax en ancho de banda, 100 Mbps contra 70 Mbps (35 + 35) y en alcance (100 kms. en zona rural) y que los principales fabricantes y operadores de telefonía móvil se inclinen hace esta fórmula, conduce a un claro pronóstico a favor de LTE como sistema 4G.

CDMA2000 UMB(CDMA2000 Ultra Mobile Broadband): Desarrollado por el 3GPP2 es la evolución lógica de la familia de estandares CDMA2000 que incluye las tecnologías de 3G CDMA2000-1xRTT y CDMA2000-1xEVDO-DO.

Compromisos, Planes y Pruebas con LTE

Primera red Comercial El 15 de Diciembre de 2009, Teliasonera lanzó la primera red LTE comercial para Suecia y Noruega. La red cubre las areas centrales de la ciudad de Estocolmo y Oslo e inicialmente es usada para suministrar servicios de datos moviles. Durante el primer y segundo sementre de 2010, el cubrimiento en Suecia será extendido a las ciudades de Lund, Västerås, Göteborg, Malmö, Uppsala och Linköping. Por su parte, la red en Noruega será desplegada en 4 ciudades más antes de terminar el 2010.

Trials y planes de despliegue.^[4]

Fuente:GSA.

En Japón los operadores están usando las bandas de 1.5 GHz (DoCoMo/Softbank Mobile), 1.5 GHz+800 MHz (KDDI) y 1.7 GHz (eMobile). NTT DoCoMo planea su lanzamiento comercial en Diciembre de 2010 y para 2014 planea suministrar servicios LTE al 50% de la población con cerca de 20.000 Nodos. eMobile, por su parte, planea lanzar LTE en Septiembre de 2010.

El primer trial de LTE en Latinoamerica fué realizado por Entel PCS en Chile; por lo que se espera que el regulador lanze la subasta por el espectro (en las bandas de 2.6 Ghz y 700 Mhz) en Marzo de 2011 y así se puedan prestar servicios LTE a comienzos de 2012.

China Mobile ha construido su red basada en TS-SCDMA, por lo que se espera que estos sitios puedan ser re-usados para desplegar TD_LTE. El Trial TD-LTE en Expo Shanghai 2010, alcanzó una valocidad pico de bajada de 80 Mbps en 20MHz. China Telecom planea lanzar el servicio LTE en 2010.

T-Mobile Austria lanzó un piloto de 60 celdas en Innsbruck en Julio de 2009. Por su parte, 3 Austria está actualizando su red para LTE y espera tener la capacidad de ofrecer LTE a sus subscriptores en 2011.

En Dinamarcaa,la subasta por el espectro de 2500-2690 MHz y 2010-2020 MHz fué completado en Mayo 10 de 2010. Los ganadores fueron Hi3G Denmark ApS, TDC A/S, Telia Nättjänster Norden AB, y Telenor A/S. TDC ha declarado que realizará un trial pre-comercial en Junio de 2010.

En Finlandia, 3 compañías obtuvieron la licencia de 2.6 GHz para LTE: La primera de ellas ELISA (50MHz) lanzó su red pre-comercial en Helsinki. TeliaSonera, a su vez, obtuvo licencia para 5 bloues de 2 x 5 MHz y ha iniciado pruebas con un número reducido de usuarios en Turku. Y por último DNA, que obtuvo 40 MHz del espectro.

En Francia, Orange está realizando un trial LTE en Paris en 10MHz, acualizado a 20 MHz. El lanzamiento del servicio se espera para 2012. Bouygues Telecom está probando LTE 1800 en 10MHz usando MIMO 2x2 en Orléans y entregará sus primeros resulados a mediados de Junio de 2010.

Telefonica España ha desarrollado el primer test de campo en su Centro de Demostraciones en Madrid y está probando LTE en sus oficinas de Argentina, Brasil, Republica Cheva, Alemania, Peru, Eslovenia y el Reino Unido.

SK Telecom, KT & LG Telecom (Corea del Sur) ya están deplegando LTE.