INFORME PREVIO
Sistemas Integrados de Comunicacin Fija y Mvil
Ingeniera Electrnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTNFACULTAD DE INGENIERA DE
PRODUCCIN Y SERVICIOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRNICA
CURSO:Sistemas Integrados de Comunicacin Fija y Mvil
TEMA:Sistema LTEALUMNO:
Ancalla Ayamamani Tony20063957
Docente:
Ing. Sulla Torres Raul RicardoAREQUIPA - PER
2014 AContenido
31.Introduccin:
42.Evolucin del Sistema LTE:
43.Arquitectura general del sistema LTE:
54.Equipos de usuario:
65.Esquemas generales del sistema
116.Resultados de la simulacin del sistema LTE:
147.Bibliografa:
148.Anexos:
1. Introduccin:Para atender el enorme crecimiento en la
transferencia de datos inalmbricos, se estn introduciendo
dispositivos y redes de comunicaciones mviles de cuarta generacin
(4G). Long Term Evolution, o LTE, como se la llama comnmente, es
una tecnologa estandarizada que ha sido diseada para ofrecer gran
capacidad y velocidad por la red mvil, con el objetivo de abordar
la creciente demanda de datos de los dispositivos mviles. LTE
utiliza las tecnologas de antena ms recientes para transmitir datos
en forma distinta de las generaciones anteriores de tecnologas de
comunicaciones mviles, y adems es sumamente eficiente en su uso del
espectro disponible.En el mundo de la telefona mvil se est en
continuo crecimiento y no se para de introducir nuevas tecnologas
para ofrecer a los usuarios un mejor servicio. Despus de haber
pasado por 1G, GSM, 2G, GPRS, 3G, UMTS y la 3.5G, HSPA, ahora
estamos muy cerca de la llegada de la ltima generacin, la 4G, que
podramos definir como all-IP donde se busca un sistema que permita
conjugar una capacidad multimedia con una movilidad plena.Con LTE
(Long Term Evolution) se introduce una gran variedad de novedades
con los anteriores estndares, pero la mayor novedad es que por
primera vez, todos los servicios, incluida la voz, sean soportados
por el protocolo IP. Las velocidades que se pueden llegar a
conseguir en la interfaz radio con LTE tambin aumentan respecto a
la ltima generacin, llegando a un rango de 100 Mb/s y 1 Gb/s
[2.1].En este captulo se presentan en los sucesivos apartados la
arquitectura del sistema LTE, la red de acceso y la red troncal,
las tecnologas de transmisin del nivel fsico que se utilizan en el
enlace descendente, OFDMA, y ascendente, SC-FDMA, la tcnica
Multi-Antena (MIMO) y describiremos tambin las caractersticas
principales de la interfaz radio del sistema. Al final del captulo
mostraremos la simulacin de un ejemplo del sistema LTE a travs del
software ADS 2009 (Advanced Design System).
2. Evolucin del Sistema LTE:1G: Los sistemas de primera
generacin eran analgicos y estaban diseados para la transferencia
de voz. AMPS, NMT, y TACS son algunos de los trminos utilizados
para referirse a distintos sistemas de redes de primera generacin
utilizados en el mundo. Actualmente, slo quedan unos pocos sistemas
analgicos en uso.2G: Los sistemas de segunda generacin, como por
ejemplo GSM, son digitales y capaces de ofrecer transferencia de
voz/datos/fax, adems de una gama de otros servicios de valor
agregado. La evolucin de sistemas de segunda generacin a travs de
tecnologas como HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) y GPRS
(General Packet Radio Service) se conoce con el nombre de 2.5G, por
servir de puente entre los sistemas de segunda generacin y tercera
generacin. Estos sistemas posibilitan servicios que requieren
mayores velocidades de datos.3G: Los sistemas mviles de tercera
generacin utilizan transferencia de datos de alta velocidad y
tecnologa de terminales de radio lder de punta, y estn habilitados
para multimedia y otras funciones dinmicas.
4G: LTE es un estndar mundial para la cuarta generacin de banda
ancha. LTE se desarroll para ofrecer niveles de capacidad y
velocidad an mayores por la red mvil, con el objetivo de atender el
enorme crecimiento de datos mviles y la cantidad de usuarios.
3. Arquitectura general del sistema LTE:En las especificaciones
se denomina a la arquitectura del sistema LTE como Evolved Packet
System (EPS). La idea es la misma que en las otras generaciones,
dividir el sistema en los tres elementos mencionados anteriormente.
Un equipo de usuario, una nueva red de acceso que denominaremos
E-UTRAN y una red troncal que denominaremos EPC [2.2]. Todos los
componentes que engloban este sistema estn diseados para soportar
todo tipo de servicios de telecomunicacin mediante mecanismos de
conmutacin de paquetes, por lo que no es necesario disponer de un
dispositivo que trabaje en modo circuito, ya que en el sistema LTE
los servicios con restricciones de tiempo real se soportan tambin
mediante conmutacin de paquetes. En la Figura siguiente vemos un
ejemplo de la distribucin de la arquitectura del sistema LTE.
Esquema general de la arquitectura del sistema LTEOtra
caracterstica de LTE es que se contempla tambin el acceso a sus
servicios a travs de UMTS y GSM. Tambin mediante otras redes de
acceso como CDMA2000, Mobile WiMAX, redes 802.11, etc.
La red fsica que se utiliza en LTE para interconectar todos los
equipos de la red, que se denomina red de transporte, es una red IP
convencional. En la infraestructura de red LTE aparte de los
equipos que realizan las funciones especficas del estndar, tambin
habr elementos de la red propios de redes IP como routers,
servidores DHCP, servidores de DNS, switches, etc.4. Equipos de
usuario:Es el equipo que permite al usuario conectarse a la red LTE
y disfrutar de los servicios que nos proporciona a travs de la
interfaz radio. La arquitectura funcional de un equipo de usuario
es la misma que se defini para GSM y UMTS.El equipo de usuario
(User Equipment, UE) contiene dos elementos bsicos: un mdulo de
suscripcin del usuario (SIM/USIM) y el terminal mvil propiamente
dicho (Mobile Equipment, ME). A su vez, el SE ME considera dos
entidades funcionales: la terminacin mvil (MT) y el equipo terminal
(TE). A continuacin definimos todos estos elementos.Mdulo de
suscripcin de usuario: La SIM/USIM esta asociada a un usuario y por
tanto es quien le identifica dentro de la red independientemente
del equipo mvil utilizado. La separacin entre SIM y ME facilita que
un usuario pueda cambiar de terminal sin necesidad de cambiar de
identidad, de SIM.El equipo mvil (ME): en el se integran las
funciones propias de comunicacin con la red celular, as como las
funciones adicionales que permiten la interaccin del usuario con
los servicios que ofrece la red. Terminacin mvil (MT): alberga las
funciones propias de la comunicacin.
Equipo terminal (TE): equipo que se ocupa de la interaccin con
el usuario.5. Esquemas generales del sistemaEmpezamos mostrando el
esquema principal que nos aparece en el ejemplo:
Esquema principal del sistema LTEComo podemos observar en la
Figura anterior, se parte de un bloque donde tenemos todo el
sistema LTE, que tiene 7 salidas y una de ellas, que es la seal de
RF, entra en otro bloque que es el amplificador de potencia, con
sus caractersticas de ganancia, figura de ruido, su potencia de
saturacin, etc., que se pueden modificar. La salida del
amplificador de potencia va hacia un ltimo bloque que ser el que
realice las medidas y presente los resultados de la simulacin.Vemos
tambin, en la parte superior como se declaran una serie de
variables que luego utilizaran los dems bloques. Simplemente hay
que pinchar en Var Eqn para modificar y aadir nuevas variables,
Figura siguiente (a). Nos saldr un panel como el de la Figura
siguiente (b). (a)__________________________________(b)
Esquema general del multiplexor, modulador OFDM, entramado y
conformacin del espectro.Podemos ver cmo llegan al multiplexor los
diferentes canales de control, las seales fsicas y los canales
fsicos PDSCH, que son los que transmiten la informacin de usuario.
Vemos como del multiplexor salen tres ramas. La de abajo es una
seal que luego pasaremos por un modulador OFDM. La salida de este
modulador entra en otro multiplexor pero esta vez es para conformar
los diferentes slots de la trama. Luego la seal entra en otro
bloque que construye la trama que ms tarde entrar en un ltimo
bloque que introduce un filtro raz de coseno alzado para ya tener
la seal de salida con todos los canales y seales fsicas para enviar
a los usuarios que lo necesiten.Ahora bien Nosotros estamos
utilizando el MATLAB 8.3 2014 en el cual realizaremos una prctica
esperando obtener resultados de comoe s que se lleva a cabo la
comunicacin del sistema LTE. El sistema que armaremos se encuentra
en la figura siguiente.
Y a la programacion corespondiente a cada etapa se muestra a
continuacion:
Transmisor:
function
[tx_Sig,csr_ref,data_In]=Tx(nS,prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH,prmMdl)%#codegen%
Generate payloaddataIn1=genPayload(nS,prmLTEDLSCH.TBLenVec);%
Transport block CRC generationtbCrcOut1=CRCgenerator(dataIn1);%
Channel coding includes - CB segmentation, turbo coding, rate
matching,% bit selection, CB concatenation - per
codeword[data1,Kplus1,C1]=lteTbChannelCoding(tbCrcOut1,nS,prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH);%Scramble
codewordscramOut=lteScramble(data1,nS,0,prmLTEPDSCH.maxG);%
ModulatemodOut=Modulator(scramOut,prmLTEPDSCH.modType);%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
MIMO transmitter based on the
mode%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%numTx=prmLTEPDSCH.numTx;data_In=data_In1;Kplus=Kplus1;C=C1;Wn=complex(ones(numTx,numTx));switch
prmLTEPDSCH.txModecase 1 % Mode 1: Single-antenna (SIMO
mode)PrecodeOut=modOut;case 2 % Mode 2: Transmit diversity% TD with
SFBCPrecodeOut=TDEncode(modOut(:,1),prmLTEPDSCH.numTx);case 3 %
Mode 3: Open-loop Spatial
multiplexingLayerMapOut=LayerMapper(modOut,[],prmLTEPDSCH);%
PrecodingPrecodeOut=SpatialMuxPrecoderOpenLoop(LayerMapOut,prmLTEPDSCH);case
4 % Mode 4: Closed-loop Spatial multiplexingif
prmLTEPDSCH.numCodeWords==1% Layer
mappingLayerMapOut=LayerMapper(modOut,[],prmLTEPDSCH);elsedataIn2=genPayload(nS,prmLTEDLSCH.TBLenVec);tbCrcOut2=CRCgenerator(dataIn2);[data2,Kplus2,C2]=lteTbChannelCoding(tbCrcOut2,nS,prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH);scramOut2=lteScramble(data2,nS,0,prmLTEPDSCH.maxG);modOut2=Modulator(scramOut2,prmLTEPDSCH.modType);%
Layer
mappingLayerMapOut=LayerMapper(modOut,modOut2,prmLTEPDSCH);data_In=[data_In1;data_In2];Kplus=[Kplus1;Kplus2];C=[C1;C2];end%
PrecodingusedCbIdx=prmMdl.cbIdx;[PrecodeOut,Wn]=SpatialMuxPrecoder(LayerMapOut,prmLTEPDSCH,usedCbIdx);end%
Generate Cell-Specific Reference (CSR)
signalsnumTx=prmLTEPDSCH.numTx;csr=xCSRgenerator(nS,numTx);csr_ref=complex(zeros(2*prmLTEPDSCH.Nrb,4,numTx));for
m=1:numTxcsr_pre=csr(1:2*prmLTEPDSCH.Nrb,:,:,m);csr_ref(:,:,m)=reshape(csr_pre,2*prmLTEPDSCH.Nrb,4);end%
Resource grid
fillingtxGrid=REmapper_mTx(PrecodeOut,csr_ref,nS,prmLTEPDSCH);%
OFDM
transmittertx_Sig=OFDMTx(txGrid,prmLTEPDSCH);[tx_Sig,csr_ref,data_In]=commlteMIMO_Tx(nS,prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH,prmMdl);
Canal:
function
[rxSig,chPathG,nVar]=Channel(tx_Sig,snrdB,prmLTEPDSCH,prmMdl)%#codegensnrdB=prmMdl.snrdB;%
MIMO Fading
channel[rxFade,chPathG]=MIMOFadingChan(tx_Sig,prmLTEPDSCH,prmMdl);%
Add AWG
noisesigPow=10*log10(var(rxFade));nVar=10.^(0.1.*(sigPow-snrdB));rxSig=AWGNChannel(rxFade,nVar);[rxSig,chPathG,nVar]=commlteSystem_Channel(tx_Sig,snrdB,prmLTEPDSCH,prmMdl);
Receptor:function
dataOut=Rx(nS,csr_ref,rxSig,chPathG,nVar,prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH,prmMdl)%#codegen%
OFDM RxrxGrid = OFDMRx(rxSig, prmLTEPDSCH);% updated for numLayers
-> numTx[dataRx, csrRx, idx_data] = REdemapper_mTx(rxGrid, nS,
prmLTEPDSCH);% MIMO channel estimationif prmMdl.chEstOnchEst =
ChanEstimate_mTx(prmLTEPDSCH, csrRx, csr_ref, prmMdl.chEstOn);hD =
ExtChResponse(chEst, idx_data, prmLTEPDSCH);elseidealChEst =
IdChEst(prmLTEPDSCH, prmMdl, chPathG);hD =
ExtChResponse(idealChEst, idx_data,
prmLTEPDSCH);end%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% MIMO Receiver based
on the
mode%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%dataOut=false(size(dataIn));switch
prmLTEPDSCH.txModecase 1% Based on Maximum-Combining Ratio
(MCR)yRec = Equalizer_simo(dataRx, hD, max(nVar),
prmLTEPDSCH.Eqmode);cwOut = yRec;case 2% Based on Transmit
Diversity with SFBC combineryRec = TDCombine(dataRx, hD,
prmLTEPDSCH.numTx, prmLTEPDSCH.numRx);cwOut = yRec;case 3yRec =
MIMOReceiver_OpenLoop(dataRx, hD, prmLTEPDSCH, nVar);% Demap
received codeword(s)[cwOut, ] = LayerDemapper(yRec,
prmLTEPDSCH);case 4% Based on Spatial MultiplexingyRec =
MIMOReceiver(dataRx, hD, prmLTEPDSCH, nVar, Wn);% Demap received
codeword(s)[cwOut1,cwOut2]=LayerDemapper(yRec,prmLTEPDSCH);if
prmLTEPDSCH.numCodeWords==1 cwOut = cwOut1;elsecwOut = [cwOut1,
cwOut2];endend% Codeword
processingLen=numel(dataOut)/prmLTEPDSCH.numCodeWords;index=1:Len;for
n = 1:prmLTEPDSCH.numCodeWords% Demodulationif prmLTEPDSCH.Eqmode
== 3% not necessary in case of Sphere DecodingdemodOut =
cwOut(:,n);else% DemodulatedemodOut = DemodulatorSoft(cwOut(:,n),
prmLTEPDSCH.modType, max(nVar));end% Descramble received
codewordrxCW = Descramble(demodOut, nS, 0, prmLTEPDSCH.maxG);%
Channel decoding includes CB segmentation, turbo decoding, rate
dematching[decTbData,~,~] = TbChannelDecoding(nS, rxCW, Kplus(n),
C(n), prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH);% Transport block CRC
detection[dataOut(index),~] = CRCdetector(decTbData);index = index
+Len;end[dataOut,~,~]=commlteSystem_Rx(nS,csr_ref,rxSig,chPathG,nVar,prmLTEDLSCH,prmLTEPDSCH,prmMdl);6.
Resultados de la simulacin del sistema LTE:
A continuacin vamos a ir mostrando los resultados de la
simulacin del esquema presentado en el apartado anterior.La primera
grafica muestra el valor en porcentaje del EVM en funcin de los
bloques de recursos fsicos (PRB) y de los usuarios. Hay 25 PRBs
como se esperaba, ya que se ha elegido el canal de 5 MHz.
EVM en funcion del Bloque de Recurso Fisico (PRB) y el
usuario.En la Figura siguiente se observa el valor del EVM en tanto
por ciento en funcin de las subportadoras. Como antes, se saba que
iban a ser 301 subportadoras, debido a que estamos trabajando en el
canal de 5 MHz.
EVM en funcin de las subportadorasEn la Figura siguiente vemos
las diferentes constelaciones de los 6 usuarios, que se haban
elegido en la declaracin de variables. El UE1: 16-QAM, UE2: QPSK,
UE3: 16-QAM, UE4: 64- QAM, UE5: QPSK y UE6: 16-QAM.
Constelaciones de los diferentes usuariosEn la Figura siguiente
vemos el espectro de la seal transmitida centrada en 2 GHz como se
haba indicado en la variable FCarrier=2000 MHz.
Espectro de la seal transmitida centrada en 2 GHzEn la Figura
siguiente podemos ver la forma de la seal OFDMA en funcin del
tiempo, de la parte real y de la parte imaginaria. Se observan la
forma de los 7 smbolos OFDM incluyendo el prefijo cclico (PC) entre
ellos, en este caso el PC es del tipo normal o corto, por eso se
tienen 7 smbolos OFDM.
Seal OFDMA en el tiempo
Para terminar, en la Figura siguientevemos la grfica del CCDF
(funcin de distribucin acumulativa complementaria). Se mide en
tanto por ciento y es en funcin de la potencia media (dB) de la
seal. Se muestran tambin el valor en (dBm) de los parmetros:
Potencia Media, Potencia de Pico. El PAPR lo mide en (dB).
7. Bibliografa:
Ramn Agust Comes, Francisco Bernardo lvarez, LTE: Nuevas
tendencias en comunicaciones mviles, Editorial: Fundacin Vodafone
Espaa, 2010. Stefania Sesia, Issam Toufik, Matthew Baker, LTE-The
UMTS Long Term Evolution-From theory to practice Editorial: Wiley
& Sons, 2009. Harri Holma, Antti Toskala, LTE for UMTS OFDMA
and SC-FDMA Based Radio Access Editorial: Wiley & Sons,
2009.
8. Anexos:
Todos los anexos se encuentran en el CD adjunto al trabajo.
SHAPE \* MERGEFORMAT
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