E-UTRA

E-UTRA es la interfaz aérea de la ruta de actualización de Long Term Evolution (LTE) del 3rd Generation Partnership Project ( 3GPP ) para redes móviles . Es un acrónimo de Evolved UMTS Terrestrial Radio Access , ^{[ 1 ]} también conocido como Evolved Universal Terrestrial Radio Access en los primeros borradores de la especificación LTE del 3GPP. ^{[ 1 ]} E-UTRAN es la combinación de E-UTRA, equipo de usuario (UE) y una estación base Node B (E-UTRAN Node B o Evolved Node B, eNodeB ).

Se trata de una red de acceso radioeléctrico (RAN) diseñada para reemplazar las tecnologías UMTS ( Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles ), HSDPA ( Acceso de Paquetes de Enlace Descendente de Alta Velocidad ) y HSUPA ( Acceso de Paquetes de Enlace Ascendente de Alta Velocidad ) especificadas en las versiones 5 y posteriores de 3GPP. A diferencia de HSPA, E-UTRA de LTE es un sistema de interfaz aérea completamente nuevo, independiente e incompatible con W-CDMA . Ofrece velocidades de datos más altas, menor latencia y está optimizado para datos de paquetes. Utiliza acceso radioeléctrico OFDMA ( Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal ) para el enlace descendente y SC-FDMA ( Acceso Múltiple por División de Frecuencia de Portadora Única ) para el enlace ascendente. Las pruebas comenzaron en 2008.

EUTRAN tiene las siguientes características:

• Velocidades máximas de descarga de 299,6  Mbit/s para antenas 4×4 y de 150,8  Mbit/s para antenas 2×2 con 20  MHz de espectro. LTE Advanced admite configuraciones de antena 8×8 con velocidades máximas de descarga de 2998,6 Mbit/s en un canal  agregado de 100 MHz. ^{[ 2 ]} 
• Velocidades máximas de subida de 75,4  Mbit/s para un canal de 20  MHz en el estándar LTE, con hasta 1497,8  Mbit/s en una  portadora LTE Advanced de 100 MHz. ^{[ 2 ]}
• Baja latencia en la transferencia de datos (latencia inferior a 5 ms para paquetes IP pequeños en condiciones óptimas), menor latencia en el tiempo de transferencia y de establecimiento de la conexión.
• Compatibilidad con terminales que se desplazan a velocidades de hasta 350  km/h o 500  km/h, según la banda de frecuencia.
• Compatibilidad con dúplex FDD y TDD , así como con FDD semidúplex, con la misma tecnología de acceso radioeléctrico.
• Compatibilidad con todas las bandas de frecuencia utilizadas actualmente por los sistemas IMT por la UIT-R .
• Ancho de banda flexible: se estandarizan 1,4  MHz, 3  MHz, 5  MHz, 10  MHz, 15  MHz y 20 MHz. En comparación, UMTS utiliza bloques de espectro de tamaño fijo de 5 MHz.  
• Mayor eficiencia espectral, entre 2 y 5 veces superior a la de la versión 6 de 3GPP ( HSPA ).
• Admite tamaños de celdas desde decenas de metros de radio ( femtoceldas y picoceldas ) hasta macroceldas  de más de 100 km de radio.
• Arquitectura simplificada: la parte de red de EUTRAN está compuesta únicamente por las eNodeB.
• Compatibilidad con la interoperabilidad con otros sistemas (por ejemplo, GSM / EDGE , UMTS , CDMA2000 , WiMAX , etc.).
• Interfaz de radio conmutada por paquetes .

Si bien UMTS , con HSDPA y HSUPA y su evolución , ofrece altas velocidades de transferencia de datos, se prevé que el uso de datos inalámbricos continúe aumentando significativamente en los próximos años debido a la mayor oferta y demanda de servicios y contenido en movimiento, así como a la continua reducción de costos para el usuario final. Se espera que este aumento requiera no solo redes e interfaces de radio más rápidas, sino también una mayor rentabilidad que la que permite la evolución de los estándares actuales. Por ello, el consorcio 3GPP estableció los requisitos para una nueva interfaz de radio (EUTRAN) y la evolución de la red central ( System Architecture Evolution SAE ) que satisfagan esta necesidad.

Estas mejoras en el rendimiento permiten a los operadores inalámbricos ofrecer servicios cuádruples : voz, aplicaciones interactivas de alta velocidad que incluyen la transferencia de grandes cantidades de datos y televisión por internet (IPTV) con numerosas funciones y total movilidad. 

A partir de la versión 8 de 3GPP, E-UTRA está diseñado para proporcionar una única ruta de evolución para las interfaces de radio GSM / EDGE , UMTS / HSPA , CDMA2000 / EV-DO y TD-SCDMA , lo que proporciona aumentos en la velocidad de los datos y la eficiencia espectral, y permite ofrecer más funcionalidades.

EUTRAN consta únicamente de eNodeB en el lado de la red. El eNodeB realiza tareas similares a las que realizan conjuntamente los nodeB y el RNC (controlador de red de radio) en UTRAN. El objetivo de esta simplificación es reducir la latencia de todas las operaciones de la interfaz de radio. Los eNodeB se conectan entre sí mediante la interfaz X2 y se conectan a la red central de conmutación de paquetes (PS) mediante la interfaz S1. ^{[ 3 ]}

La pila de protocolos EUTRAN consta de: ^{[ 3 ]}

• Capa física: ^{[ 4 ]} Transporta toda la información de los canales de transporte MAC a través de la interfaz aérea. Se encarga de la adaptación de enlace (ACM) , el control de potencia , la búsqueda de celda (para la sincronización inicial y los fines de transferencia) y otras mediciones (dentro del sistema LTE y entre sistemas) para la capa RRC.
• MAC: ^{[ 5 ]} La subcapa MAC ofrece un conjunto de canales lógicos a la subcapa RLC que multiplexa en los canales de transporte de la capa física. También gestiona la corrección de errores HARQ, maneja la priorización de los canales lógicos para el mismo UE y la programación dinámica entre UE, etc.
• RLC : ^{[ 6 ]} Transporta las PDU del PDCP . Puede funcionar en 3 modos diferentes según la fiabilidad que ofrezca. Dependiendo del modo, puede proporcionar: corrección de errores ARQ , segmentación/concatenación de PDU, reordenamiento para entrega secuencial, detección de duplicados, etc.
• PDCP : ^{[ 7 ]} Para la capa RRC proporciona transporte de sus datos con cifrado y protección de integridad. Y para la capa IP, transporte de los paquetes IP, con compresión de encabezado ROHC , cifrado y, según el modo RLC, entrega en secuencia, detección de duplicados y retransmisión de sus propias SDU durante el traspaso.
• RRC : ^{[ 8 ]} Entre otras cosas, se encarga de: la información del sistema de difusión relacionada con el estrato de acceso y el transporte de los mensajes del estrato de no acceso (NAS), la paginación, el establecimiento y la liberación de la conexión RRC, la gestión de claves de seguridad, el traspaso, las mediciones de UE relacionadas con la movilidad entre sistemas (entre RAT), QoS, etc.

Capas de interfaz con la pila de protocolos EUTRAN:

• NAS: ^{[ 9 ]} Protocolo entre el UE y el MME en el lado de la red (fuera de EUTRAN). Entre otras cosas, realiza la autenticación del UE, el control de seguridad y genera parte de los mensajes de paginación.
• IP

E-UTRA utiliza multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM), tecnología de antena de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO) según la categoría del terminal y también puede utilizar formación de haces para el enlace descendente para admitir más usuarios, mayores velocidades de datos y menor potencia de procesamiento requerida en cada teléfono. ^{[ 10 ]}

En el enlace ascendente, LTE utiliza tanto OFDMA como una versión precodificada de OFDM llamada Acceso Múltiple por División de Frecuencia de Portadora Única (SC-FDMA), dependiendo del canal. Esto compensa una desventaja del OFDM normal, que tiene una relación de potencia pico a promedio (PAPR) muy alta . Una PAPR alta requiere amplificadores de potencia más caros e ineficientes con altos requisitos de linealidad, lo que aumenta el costo del terminal y agota la batería más rápidamente. Para el enlace ascendente, en las versiones 8 y 9 se admite MIMO multiusuario / Acceso Múltiple por División Espacial (SDMA); la versión 10 introduce también SU-MIMO .

En los modos de transmisión OFDM y SC-FDMA, se añade un prefijo cíclico a los símbolos transmitidos. Existen dos longitudes diferentes de prefijo cíclico para adaptarse a distintas dispersiones de canal, según el tamaño de la celda y el entorno de propagación. Estas longitudes son: un prefijo cíclico normal de 4,7  μs y un prefijo cíclico extendido de 16,6  μs.

LTE admite los modos de dúplex por división de frecuencia (FDD) y dúplex por división de tiempo (TDD). Mientras que FDD utiliza espectros emparejados para la transmisión de enlace ascendente (UL) y descendente (DL), separados por una brecha de frecuencia dúplex, TDD divide una portadora de frecuencia en periodos de tiempo alternos para la transmisión desde la estación base al terminal y viceversa. Ambos modos tienen su propia estructura de trama dentro de LTE, y estas están alineadas entre sí, lo que permite utilizar hardware similar en las estaciones base y terminales para lograr economías de escala. El modo TDD en LTE también está alineado con TD-SCDMA , lo que permite la coexistencia. Existen conjuntos de chips individuales que admiten los modos de operación TDD-LTE y FDD-LTE.

La versión 8 de 3GPP define cinco categorías de equipos de usuario LTE según la velocidad máxima de datos pico y la compatibilidad con capacidades MIMO. Con la versión 10 de 3GPP, conocida como LTE Advanced , se introdujeron tres nuevas categorías. Le siguieron cuatro más con la versión 11, dos más con la versión 14 y cinco más con la versión 15. ^{[ 2 ]}

Nota: Las velocidades máximas de datos mostradas corresponden a  un ancho de banda de canal de 20 MHz. Las categorías 6 y superiores incluyen velocidades de datos obtenidas al combinar varios  canales de 20 MHz. Las velocidades máximas de datos serán menores si se utiliza menos ancho de banda.

Nota: Estas son velocidades de datos de transporte L1 que no incluyen la sobrecarga de las diferentes capas de protocolo. Dependiendo del ancho de banda de la celda , la carga de la celda (número de usuarios simultáneos), la configuración de la red, el rendimiento del equipo de usuario utilizado, las condiciones de propagación, etc., las velocidades de datos prácticas variarán.

Nota: La velocidad de datos de 3,0  Gbit/s / 1,5  Gbit/s especificada como Categoría 8 se aproxima a la velocidad máxima agregada de datos para un sector de estación base. Una velocidad máxima de datos más realista para un solo usuario es de 1,2  Gbit/s (enlace descendente) y 600  Mbit/s (enlace ascendente). ^{[ 16 ]} Nokia Siemens Networks ha demostrado velocidades de enlace descendente de 1,4  Gbit/s utilizando 100  MHz de espectro agregado. ^{[ 17 ]}

Al igual que el resto de las partes del estándar 3GPP, E-UTRA está estructurado en versiones.

• La versión 8, congelada en 2008, especificó el primer estándar LTE.
• La versión 9, congelada en 2009, incluyó algunas adiciones a la capa física, como la transmisión de formación de haces de doble capa (MIMO) o la compatibilidad con el posicionamiento.
• La versión 10, congelada en 2011, introduce en el estándar varias características LTE Advanced como la agregación de portadoras, SU-MIMO de enlace ascendente o repetidores, con el objetivo de lograr un aumento considerable en la velocidad máxima de datos L1.

Todas las versiones LTE se han diseñado hasta ahora teniendo en cuenta la retrocompatibilidad. Es decir, un terminal compatible con la versión 8 funcionará en una red de la versión 10, mientras que los terminales de la versión 10 podrán utilizar su funcionalidad adicional.

• En septiembre de 2007, NTT Docomo demostró velocidades de datos E-UTRA de 200  Mbit/s con un consumo de energía inferior a 100  mW durante la prueba. ^{[ 18 ]}
• En abril de 2008, LG y Nortel demostraron velocidades de datos E-UTRA de 50  Mbit/s mientras viajaban a 110  km/h. ^{[ 19 ]}
• 15 de febrero de 2008 – Skyworks Solutions ha lanzado un módulo de interfaz para E-UTRAN. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} 

• 4G (IMT-Avanzado)
• Lista de velocidades de bits de la interfaz
• LTE
• LTE-A
• Evolución de la arquitectura del sistema (SAE)
• UMTS
• WiMAX

• Calculadora EARFCN y referencia de bandas
• Procedimientos S1-AP Configuración, modificación y liberación de E-RAB
• Página de Evolución a Largo Plazo de 3GPP
• Enciclopedia LTE 3GPP
• 3G Americas - UMTS/HSPA acelera la hoja de ruta de la tecnología inalámbrica. 3G Americas publica un informe técnico sobre la actualización de la versión 7 a la versión 8 de 3GPP. Bellevue, Washington, 10 de julio de 2007.