Evolución a Largo Plazo (LTE)

Rel-8/Rel-9

UTRA (Acceso Universal Terrestre por Radio) como sistema de tercera generación, con las mejoras aportadas por el Acceso a Paquetes de Alta Velocidad (HSPA), tanto para el enlace descendente como para el ascendente, seguirá siendo muy competitivo durante varios años. No obstante, la industria que ha desarrollado las tecnologías 3GPP, lanzó en diciembre de 2004 un proyecto denominado Long Term Evolution (LTE) para estudiar los requisitos de una nueva interfaz aérea denominada Evolved UTRA (E-UTRA).

Nota: Los términos LTE y E-UTRA son sinónimos, sin embargo las especificaciones de radio hablan más bien de E-UTRA.

Los resultados de este estudio, es decir, los requisitos de E-UTRA/LTE, se documentaron en la Rel-7 3GPP TR 25.913:

• Aumento significativo de las velocidades máximas de datos, por ejemplo, 100 Mbps en el enlace descendente/50 Mbps en el enlace ascendente
• Aumento de las velocidades binarias en el borde de las celdas asumiendo las ubicaciones actuales
• Mejora de la eficiencia del espectro, por ejemplo 2-4 x Rel-6
• Reducción de la latencia
• Ancho de banda escalable para una mayor flexibilidad en las asignaciones de frecuencias
• Reducción de los gastos de capital y operativos, incluyendo el backhaul
• Complejidad aceptable del sistema y del terminal, coste y consumo de energía
• Soporte para el interfuncionamiento con los sistemas 3G existentes y los sistemas no especificados por el 3GPP
• Soporte eficiente de los diversos tipos de servicios, especialmente del dominio PS (p.p. ej., voz sobre IP, presencia)
• Optimizado para una velocidad móvil baja pero compatible con una velocidad móvil alta (hasta 500 km/h).

Siguiendo la definición de los requisitos de E-UTRA/LTE, el mismo estudio Rel-7 produjo un 3GPP TR 25.912 «Estudio de viabilidad para el acceso radioeléctrico terrestre universal evolucionado (UTRA) y la red de acceso radioeléctrico terrestre universal (UTRAN)» para describir cómo podría diseñarse la parte radioeléctrica del sistema. Los trabajos normativos correspondientes de E-UTRA/LTE siguieron desde septiembre de 2006 hasta marzo de 2009 en las especificaciones Rel-8.

Paralelamente a la evolución de la arquitectura radioeléctrica, se llevó a cabo un estudio sobre la evolución de la arquitectura del sistema 3GPP (SAE) con el objetivo de desarrollar un marco para la evolución o migración del sistema 3GPP a un sistema de mayor velocidad de datos, menor latencia y optimizado para paquetes que soporte múltiples tecnologías de acceso radioeléctrico. Este trabajo se centró en el dominio PS con la suposición de que los servicios de voz están soportados en este dominio.
Este estudio dio lugar a la Rel-8 3GPP TR 23.882 y fue seguido por el correspondiente trabajo normativo Rel-8.

Aunque el término «UTRA evolucionado» implica una mejora gradual del sistema UMTS de tercera generación existente, finalmente se convirtió en una tecnología de acceso radioeléctrico diferente:

• Mientras que UMTS comenzó centrándose en los datos de conmutación de circuitos, que luego se mejoró cada vez más a través de canales compartidos y HSPA en la dirección de un sistema de conmutación de paquetes, LTE es un sistema de conmutación de paquetes puro
• mientras que UMTS utilizaba CDMA, LTE utiliza OFDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal) en el enlace descendente (NodoB evolucionado (eNodeB) => Equipo de Usuario (UE)) y SC-FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia de una sola portadora) en el enlace ascendente (UE => eNodeB)
  Nota 1: SC-FDMA tiene una relación pico/potencia media (PAPR) más baja que OFDMA, lo que se ha preferido para facilitar el diseño del amplificador de potencia del equipo de usuario y lograr una mayor eficiencia (mayor cobertura/menor consumo de energía)
  Nota 2: SC-FDMA también se denomina DFT-S-OFDM lo que indica que puede entenderse como una precodificación (por transformada discreta de Fourier) más el mismo OFDMA que se utiliza en el enlace descendente
• mientras que UMTS (al menos FDD y 3,84Mcps TDD) utilizaba un ancho de banda de canal de 5MHz, LTE permite 6 anchos de banda de canal diferentes: 1,4/3/5/10/15/20MHz
• mientras que UMTS tiene un RNC (controlador de red de radio) entre el NodeB y la red central, las funcionalidades de esta entidad de red se dividen entre el eNodeB y la red central en LTE => no hay RNC en LTE => arquitectura de radio plana/simplificada

No obstante, tanto UMTS/UTRA como LTE/E-UTRA utilizan una trama de radio de 10 ms, ambos tienen modos FDD y TDD y LTE/E-UTRA admite la plena interoperabilidad con UMTS/UTRA y GSM/GERAN/EDGE.

LTE-Advanced

Rel-10/Rel-11/Rel-12

Espectro adicional propuesto para los sistemas IMT por la CMR-07 en 2007 (en la banda de 450 MHz, en la banda UHF (698-960 MHz), en la banda de 2,3-2.4 GHz, en la banda C (3400-4200 MHz)), así como la solicitud del UIT-R para el desarrollo de una interfaz radioeléctrica IMT-Avanzadas (carta circular de marzo de 2008) desencadenaron el desarrollo de la 4ª generación de sistemas de comunicaciones móviles.

Según la norma UIT-R M.1645 (objetivos generales para más allá de las IMT-2000) y M.2134 (requisitos de las IMT-Avanzadas) las características clave de las IMT-Avanzadas se resumieron como sigue:

• un alto grado de funcionalidad común en todo el mundo, manteniendo al mismo tiempo la flexibilidad para soportar una amplia gama de servicios y aplicaciones de manera rentable
• compatibilidad de servicios dentro de las IMT y con las redes fijas
• capacidad de interfuncionamiento con otros sistemas de acceso radioeléctrico
• servicios móviles de alta calidad
• equipos de usuario adecuados para su uso en todo el mundo
• aplicaciones de fácil uso, servicios y equipos
• capacidad de itinerancia en todo el mundo
• velocidades de datos máximas mejoradas para soportar servicios y aplicaciones avanzadas (se establecieron como objetivos de investigación 100 Mbit/s para la alta movilidad y 1 Gbit/s para la baja movilidad)

El 3GPP estaba en ese momento en la fase de completar su Rel-8 LTE WI e inició un punto de estudio temprano de la Rel-9 (FS_RAN_LTEA, RP-091360) en marzo de 2008 para definir en 3GPP TR 36.913 los requisitos para un sistema de comunicaciones móviles denominado LTE-Advanced bajo las siguientes condiciones:

• LTE-Advanced será una evolución del sistema LTE de la Release 8
• Todos los requisitos de LTE del 3GPP TR 25.913 son también válidos para LTE-Advanced
• LTE-Advanced deberá cumplir o superar los requisitos de IMT-Advanced dentro del plan temporal del UIT-R

Nota: Los términos LTE-Advanced y Advanced E-UTRA son sinónimos.

3GPP TR 36.913 sobre «Requisitos para nuevos avances para el acceso radioeléctrico terrestre universal evolucionado (E-UTRA) (LTE-Advanced)» fue aprobado en RAN #40 en junio de 2008 (todavía en Rel-8).

La siguiente figura de ITU-R M.1645 ilustra las diferencias entre las IMT-2000 (3ª generación) y las IMT-Avanzadas (4ª generación):

Además, el mismo estudio inició en marzo de 2008 un 3GPP TR 36.912 sobre el estudio de viabilidad de «Nuevos avances para E-UTRA (LTE-Advanced)» con el fin de analizar ciertas áreas en las que LTE podría mejorarse, por ejemplo,

• Soporte de un mayor ancho de banda: agregación de múltiples portadoras de componentes con un ancho de banda de hasta 20MHz,
• Multiplexación espacial: DL hasta 8 capas, UL hasta 4 capas,
• Transmisión y recepción coordinada de múltiples puntos: para mejorar la cobertura de altas velocidades de datos, el rendimiento del borde de la célula y/o para aumentar el rendimiento del sistema
• Funcionalidad de retransmisión: para mejorar, por ejemplo la cobertura de altas velocidades de datos, la movilidad de grupo, el despliegue temporal de la red, el rendimiento del borde de la célula y/o proporcionar cobertura en nuevas áreas

para cumplir y superar los requisitos de las IMT-Avanzadas.

Este TR 36.912 fue aprobado en septiembre de 2009 (RAN #45) como TR Rel-9 y se actualizó en RAN #46 y RAN #47 (marzo de 2010), donde se completó el SI.

En la Release 10 se iniciaron elementos de trabajo individuales que introducen mejoras de LTE que se discutieron en el elemento de estudio Rel-9 para LTE-Advanced:

• Agregación de portadoras para LTE (LTE_CA): Dic.09 – Junio 11; RP-100661
• Transmisión de antenas múltiples para LTE (LTE_UL_MIMO): Dic.09 – Junio 11; RP-100959
• Transmisión de antena múltiple de enlace descendente mejorada para LTE (LTE_eDL_MIMO): Dic.09 – Marzo 11; RP-100196
• Operación multipunto coordinada para LTE: sólo se inició un estudio en la Rel-10 que se completó en la Rel-11 y dio lugar a un trabajo normativo en la Rel-11 con nuevas mejoras en la Rel-13 y la Rel-15
• Relays para LTE (LTE_Relay): Dic.09 – Junio 11; RP-110911
• Reducción de latencia: WI se detuvo ya que no fue posible completar esto en Rel-10 (volvió una reducción de latencia L2 en Rel-14 y se completó allí)
• Mejoras adicionales a MBMS para LTE (MBMS_LTE_enh): Junio 10 – Marzo 11; RP-101244
• Mejoras en las redes de auto optimización (SON) de LTE (SONenh_LTE): Marzo 10 – Junio 11; RP-101004
• Minimización de las pruebas de conducción para E-UTRAN y UTRAN (MDT_UMTSLTE): Dic.09 – Junio 11; RP-100360

Nota: No existe una tecnología de acceso radioeléctrico separada «LTE-Advanced». Todas las mejoras de LTE en la Rel-10 y posteriores están integradas en las especificaciones de LTE tal y como se desarrollaron en la Rel-8 y la Rel-9.

3GPP contribuyó al proyecto IMT-Advanced del UIT-R a través de una aportación preliminar temprana de la RAN #41 en Sep.2008 (RP-080763) y una presentación final que incluye los resultados de la autoevaluación de la RAN #45 en septiembre de 2009 (RP-090939).

Nota: la RP-090939 incluye la RP-090745, que proporciona las características de LTE-Advanced en un formato de plantilla condensado.

En enero de 2012, la Asamblea de Radiocomunicaciones aprobó la Recomendación UIT-R M.2012 «Detailed specifications of the terrestrial radio interfaces of International Mobile Telecommunications-Advanced (IMT-Advanced)» (RP-120005) y confirmó a LTE-Advanced como tecnología de interfaz radioeléctrica IMT-Advanced.

Nota 1: Sólo existe otra tecnología de interfaz radioeléctrica IMT-Advanced denominada «WirelessMAN-Advanced» desarrollada por el IEEE).

Nota 2: Aproximadamente cada 2 años, la ITU-R M.2012 es actualizada por el 3GPP con las últimas mejoras.

LTE-Advanced Pro

Rel-13 y posteriores

Todas las mejoras de LTE de la Rel-13 y posteriores (si no están relacionadas con la 5G) funcionan bajo la marca comercial «LTE Advanced Pro», por ejemplo:

Rel-13 (Sep.14-Dic.15, ASN.1 congelación: 16 de marzo):

• Banda estrecha del Internet de las cosas (IOT)
• Mejoras de la capa física de LTE para MTC
• Mejoras de la conectividad dual para LTE
  Extensión de la conectividad dual en E-UTRAN
• Acceso asistido por licencia (LAA) mediante el uso de la tecnología LTE.Assisted Access (LAA) usando LTE
• Elevation Beamforming/Full-Dimension (FD) MIMO para LTE
• Mejoras en el posicionamiento interior para UTRA y LTE
• Mejoras en la minimización de las pruebas de conducción para E-UTRAN
• Servicios mejorados de proximidad de dispositivo a dispositivo en LTE
• Distribución de carga de multiportadora de UEs en LTE
• Soporte de transmisión punto a multipunto de una sola célula en LTE
• Señalización mejorada para Inter-eNB Coordinated Multi-Point (CoMP) para LTE
• Mejoras de la RAN para la DRX ampliada en LTE
• Integración a nivel de radio de LTE-WLAN y mejora del interfuncionamiento,
  Integración a nivel de RAN de LTE-WLAN compatible con la WLAN heredada
• Aspectos de la RAN relativos al control de la congestión específico de la aplicación para la comunicación de datos
• Requisitos de RF de la estación base (BS) para el sistema de antena activa (AAS),
  SON para despliegues basados en AAS
• Redes centrales dedicadas
• Aspectos RAN de las mejoras de compartición de RAN para LTE
• Requisitos de radiación para la verificación de la perfección de la recepción multiantena de UEs
• Requisitos del núcleo de la UE para el enlace ascendente 64 QAM
• LTE DL 4 puertos de antena Rx

Rel-14 (Dic.15-17 de marzo, ASN.1 congelación: 17 de junio):

• Mejoras de NB-IoT
• Mejora de MTC para LTE
• Flexibilidad de eNB-ID y Cell-ID en E-UTRAN
• Mejora de LAA para LTE
• Soporte para servicios V2V basados en LTE sidelink, Servicios V2X basados en LTE
• Mejoras en Full-Dimensión (FD) MIMO para LTE
• Transmisión de superposición multiusuario de enlace descendente para LTE
• Cambio de SRS (señal de referencia sonora) entre las portadoras componentes de LTE
• Mejoras de posicionamiento en interiores para UTRA y LTE
• Mejoras de la capacidad del enlace ascendente para LTE
• Mejoras de eMBMS para LTE
• Técnicas de reducción de la latencia L2 para LTE
• Mejoras de la movilidad en LTE
• Mejoras de voz y vídeo para LTE
• Mejoras de LTE-WLAN Aggregation (LWA), Integración mejorada del nivel de radio de LTE WLAN con túnel IPsec (eLWIP)
• Mejoras de las redes de núcleo dedicado (DECOR) para UMTS y LTE
• Mejora de la brecha de medición de LTE
• Requisitos para una nueva categoría de UE con receptor único basada en Cat.1 para LTE
• Mejoras de rendimiento para el escenario de alta velocidad en LTE
• 4 puertos de antena de receptor (RX) con Carrier Aggregation para el enlace descendente (DL) de LTE
• Pruebas de estaciones base multibanda con tres o más bandas
• Requisitos de perfomance radiada para la verificación de la recepción multiantena de los UEs

Rel-15 (marzo 17-junio 18, ASN.1 congelación: Sep.18):

• Mejoras adicionales de NB-IoT
• Mejoras adicionales de MTC para LTE
• Mejoras del funcionamiento de LTE en el espectro sin licencia
• Fase 2 de V2X basada en LTE
• Mejoras adicionales del funcionamiento coordinado multipunto (CoMP) para LTE.Point (CoMP) para LTE
• Mejoras en la precisión del posicionamiento de la UE para LTE
• Mejoras para el enlace inalámbrico estacionario de alta capacidad e introducción de DL 1024 QAM
• Recogida de mediciones de Bluetooth/WLAN en LTE Minimización de Drive Tests
• Recogida de mediciones de calidad de la experiencia para servicios de streaming en E-UTRAN
• Compresión de datos UL en LTE
• Aumento del número de portadores de datos E-UTRAN
• Mejoras de vídeo para LTE
• Ahorro de TTI y tiempo de procesamiento para LTE, Comunicación ultra fiable de baja latencia para LTE
• Conectividad LTE a 5G-CN
• Mejora del soporte LTE para vehículos aéreos
• Mejora de la utilización LTE CA
• Requisitos de la UE para la red-basada en la red CRS para LTE
• Requisitos de la UE para los puertos de antena LTE DL 8Rx
• Mejoras de los requisitos de RF y EMC de la BS para el sistema de antenas activas

Rel-16 (18 de junio – 20 de junio, ASN.1 congelación: 20 de junio):

• Mejoras adicionales para NB-IoT
• Mejoras adicionales de MTC para LTE
• Mejoras de eficiencia de DL MIMO para LTE
• Mejoras adicionales de movilidad en E-UTRAN
• Soporte para el sistema de navegación por satélite NavIC para LTE
• Mejora del rendimiento para LTE en el escenario de alta velocidad
• Difusión terrestre 5G basada en LTE

Y una serie de elementos de trabajo impulsados por LTE & NR:

• 5G V2X con enlace lateral NR
• Mejoras de la conectividad dual multi-RAT y de la agregación de portadoras (LTE, NR)
• Optimizaciones en la señalización de las capacidades radioeléctricas de los UE – Aspectos NR/E-UTRA
• Evolución de la arquitectura de los eNB(s) para E-UTRAN y NG-RAN
• Introducción de conjunto(s) de capacidades en las especificaciones radioeléctricas multiestándar

Rel-17 (desde el 20 de junio):

• Mejoras adicionales para NB-IoT y LTE-MTC
• Más combinaciones de agregación de portadoras LTE

Y una serie de elementos de trabajo impulsados por LTE & NR:

• Mejoras de la conectividad dual Multi-RAT
• Soporte para dispositivos Multi-SIM para LTE/NR
• Evolución de la arquitectura de eNB(s) para E-UTRAN y NG-RAN
• Mejora de la recopilación de datos para SON (Self-Organising Networks)/MDT (Minimization of Drive Tests) en NR y EN-DC
• Equipo de alta potencia (clase de potencia 2) para EN-DC
• Combinaciones de banda para la operación concurrente de bandas/combinaciones de banda NR/LTE Uu y una banda NR/LTE V2X PC5
• Otras combinaciones de banda para las especificaciones de doble conectividad LTE/NR

LTE pueden encontrarse en: Especificaciones de la serie 3GPP TS 36.- (si sólo afecta a LTE) o especificaciones de la serie 3GPP TS 37.- (si también se cubren en esta especificación otras tecnologías de acceso radioeléctrico como UMTS o GERAN o NR), por ejemplo, la etapa 2 en 3GPP TS 36.300.

3GPP TS 21.201 proporciona una lista de todas las especificaciones relacionadas con la 4ª generación (incluida la red central EPC (Evolved Packet Core) y los aspectos del sistema). La arquitectura de la red 4G se describe en 3GPP TS 23.003