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Volumen 7, Número 1
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1
Migración a tecnologías de evolución a largo plazo y avanzado ¿qué debemos
esperar?
Luis Aguas
1
,
1
Universidad Tecnológica Israel-Seguridad de la información –Carrera de Sistemas, Quito, Ecuador
Resumen: En este artículo presentamos una breve revisión a las tecnologías de evolución a largo plazo normal
y avanzada en las comunicaciones, el enfoque está en las ventajas que se obtendrán con el uso y la mejora en
el servicio, la masificación del servicio implica un crecimiento; así como desventajas y problemas de seguridad
que al momento existen en su implementación total, mismas que deben ser solucionadas para obtener un
adecuado funcionamiento de las redes, tanto en condiciones normales como de emergencia. Sin embargo, los
tiempos pasan, y aunque parezca increíble para alguien situado en el pasado, ya la comunicación por voz no
es la única información, que tanto la industria como el público, exige de las tecnologías celulares, sino que el
lograr enviar datos a través de ellas se convirtió primero en una opción y en estos momentos los usuarios de
las redes celulares consideramos ya un hecho, algo necesario. Por lo cual es importante que a nivel país se
migren en todo aspecto para mejorar la comunicación al nivel celular, ya que en ciertas zonas es intermitente
la cobertura, generando problemas hacia los usuarios, puesto que, en un mundo demandante, el estar
conectados es un factor decisivo. También analizamos las tecnologías sobre las que se sustenta y la eventual
implementación en Ecuador.
Palabras clave: LTE, Long-Term Evolution, LTE-A, Long-Term Evolution Advanced, 4G.
Migration to long term and advanced evolution technologies what should we
expect?
Abstract: In this article we present a brief review of the technologies of normal and advanced long-term
evolution in communications, the focus is on the advantages that will be obtained with the use and
improvement of the service, the massification of the service implies growth; as well as disadvantages and
security problems that currently exist in its total implementation, which must be solved to obtain an adequate
functioning of the networks, both in normal and emergency conditions. However, times go by, and although it
may seem incredible for someone located in the past, voice communication is not the only information that
both the industry and the public demand from cellular technologies, but rather the ability to send data to
Through them, it first became an option and at this time, the users of cellular networks already consider it a
fact, something necessary. Therefore, it is important that at the country level they migrate in every aspect to
improve communication at the cellular level, since in certain areas coverage is intermittent, generating
problems for users, since, in a demanding world, being connected is a deciding factor. We also analyze the
technologies on which it is based and the eventual implementation in Ecuador.
Keywords: LTE, Long-Term Evolution, LTE-A, Long-Term Evolution Advanced, 4G.
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1. INTRODUCCIÓN
Las comunicaciones inalámbricas no son
algo nuevo en la historia. Las
comunicaciones a través de celulares son
parte de esta evolución aun siendo una
tecnología que podríamos considerar
reciente. Tal y como estaban concebidas
originalmente las redes celulares, no se
podían alcanzar altos niveles de
conectividad y transferencia de datos con los
protocolos existentes. Por lo que se hizo
necesario buscar tecnologías que permitan
cumplir con estos nuevos requisitos. La
tecnología de evolución a largo plazo
conocida como: Long Term Evolution
(LTE) y su variante mejorada: Long Term
Evolution Advanced (LTE-A) son una
propuesta de punta que nos promete alcanzar
altos estándares de conectividad de datos y
abrir el abanico de opciones y posibilidades
de servicios disponibles a través de ellas,
siendo al mismo tiempo una suerte de
tecnología de convergencia de muchas de las
anteriores. El objetivo de la presente
investigación es analizar las ventajas de la
migración de LTE a LTE-A, puesto que en
el país no existe un uso definitivo de la
tecnología 4G.
¿Por qué es necesaria una migración?
Una de las características del mercado de
Internet es que a través de ellos se puede
confirmar la teoría Marketing push/pull que
se resume en que los clientes crean
requerimientos que deben ser y son
satisfechos por los proveedores que a su vez
impulsan nuevas tecnologías con la
finalidad de que los clientes las utilicen.
Esto hace crecer enormemente el mercado
en Internet, lo que significa que se
incrementan los requerimientos de ancho de
banda de forma continuada. La tecnología
LTE y LTE-A vienen a apoyar este
crecimiento continuado de ancho de banda
al que estamos siendo sometidos en estos
tiempos. Lógicamente con la finalidad de
darles herramientas de ventas e ingresos a
los proveedores de telefonía celular.
Las tecnologías de celular actuales nos
demuestran que es necesario lograr altas
tasas de transferencia para poder llevar
diferentes requerimientos del usuario al
celular y, por tanto, que el usuario móvil
pueda acceder a ellas.
Los actuales servicios como por ejemplo
3G, fueron concebidos para redes de CC, en
los que la transmisión de voz en tiempo real
era el requerimiento fundamental. Se puede,
a través de estas redes, lograr conexiones de
datos, pero con una velocidad de conexión
relativamente baja.
Arquitectura LTE
Para optimizar la complejidad de la red, la
arquitectura LTE consensuada consta de los
siguientes elementos funcionales:
• Red de Radio-Acceso (RAN)
Evolucionada, que consiste de un solo
nodo
• Puerta de Enlace de Servicio (SGW), que
enruta y reenvía los paquetes de datos de
usuario, mientras también actúa como el
ancla de movilidad en el plano del usuario
¿
• La Entidad de Manejo de Movilidad
(MME) es el nodo de control clave para la
red de acceso LTE. Es responsable por el
rastreo de modo inactivo en la UE y el
procedimiento de paging incluyendo las
retransmisiones.
• Finalmente, la Pasarela de Red de
Paquetes de Datos (PDN GW) provee
conectividad a la UE hacia las redes
externas de paquetes de datos siendo el
punto de salida y entrada del tráfico.
2. METODOLOGÍA
Con respecto a la parte metodológica, será
un enfoque con investigación exploratoria,
usando la técnica de revisión bibliográfica
documental.
LTE es una tecnología que permitirá hacer
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una transición de los requerimientos de 3G
a los de 4G, tecnología que ha sido
propuesta en NTT DoCoMo y el objetivo
final de alcanzar 4G será, entre otros
requerimientos, el llevar velocidad de
conexión de 100Mbit/s en conexiones de
alta movilidad y hasta 1gbit/s para
conexiones de baja movilidad, lo cual es un
enorme paso de avance comparado con las
anteriores tecnologías de conectividad de
celular existentes. DoCoMo incluso ha
llegado a probar velocidades superiores a
1Gbit/s en escenarios de prueba (T.
Nakamura y S. Abeta, n.d., p. 52)
LTE, un posible paso de avance
En efecto LTE es descrito como una
tecnología 3.9G, también conocido como
Super-3G, pues no alcanza a cumplir con
los parámetros 4G definidos por IMT
Advanced (de la ITU-R) como por ejemplo
poder obtener picos de 1Gbit/s. LTE
intenta cumplir con los requerimientos de
IMT- Advanced sobre obtener mejoras en
la tasa de datos de transferencia pico,
obteniendo una alta eficiencia espectral y
una buena latencia tanto para el usuario
como para control. (Dae-woong Seo et al.,
2018)
LTE propone conmutación de paquetes
(IP), incluso para la voz, al contrario de las
tecnologías 2G y 3G que hacen CC en la
voz. Con el objetivo de manejar los
diferentes tipos de servicio, se establecen
diferentes canales para manejar la calidad
del servicio de estos. (RadioElectronics,
n.d.)
Pero todo esto requiere más inteligencia y
trabajo de desarrollo al crear los equipos de
usuario (UE) que obviamente deberán ser
más complejos para poder manejar uno o
un subconjunto de estas soluciones
parche.(Lafebre Daniela Isabel, 2016)
LTE se acercará mucho al límite de
desempeño de la ecuación de Shanon, lo
que hace que se tengan que proponer
alternativas para mejorar la eficiencia(S.
Parkvall, n.d., p. 1) , una de ellas es acceder
a un mayor espectro (cita anterior) y
también el uso de tecnologías inalámbricas
OFDMA y MIMO (T. Nakamura y S.
Abeta, n.d., p. 54)
OFDM y MIMO
OFDM permite alcanzar altas tasas de
transferencia al transmitir en paralelo
múltiples subportadoras, es entonces
resistente a las interferencias por
multitrayectoria lo que permite
transmisiones de datos de alta calidad.
Debemos considerar que OFDM varía
entre 1.25 a 20MHz, para evitar las
interferencias existirá un intervalo de
guarda entre portadoras y subportadoras (S.
Abeta, n.d., p. 56)
En la parte localizada, para los canales de
datos se hace uso de las variaciones de
frecuencia, de las cuales se adopta la
frecuencia que se adapte a las necesidades
del canal de datos; un terminal móvil mide
la calidad del canal en función de la unidad
de frecuencia seleccionada, para medir esta
calidad tenemos el Indicador de la Calidad
del Canal (CQI), este indicador se reporta
hacia la estación base, la estación base
transmite la información mediante el canal
de control en el momento de realizar el
uplink, en ese momento la estación, se
transmite también en un intervalo de tiempo
pequeño los datos a los usuarios
seleccionados en función de los CQI, cabe
recalcar que la señal óptima se localiza en
función de la calidad del canal es decir de
los CQI, que son enviados a la estación base
por los usuarios. Estos CQI, son
seleccionados en función de la frecuencia de
la señal, en la Figura 1 se visualiza dicho
proceso.
Figura 1
FDMA Localizado
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(Fuente: S. Abeta, n.d., p. 56)
En la parte distribuida debemos considerar
que se transmite a múltiples usuarios, pero
este caso de subportadoras nos permite
separar las bandas de frecuencia, en la
Figura 2 se visualiza dicho proceso.
Figura 2
FDMA Distribuido
(Fuente: S. Abeta, n.d., p. 56)
Con un OFDM de acceso inalámbrico, las
señales llegarían un poco atrasadas, pero
debido a intervalo de guarda no hay
interferencia entre los datos enviados.
En MIMO, si consideramos la
multiplexación, la transmisión puede ser
mejorada usando los recursos del mismo
radio relacionados con el tiempo, la
frecuencia y el código a transmitir lo cual
permite que los datos se vayan
direccionados a múltiples antenas. En este
caso de la multiplexación de MIMO,
podemos aplicarlo sobre OFDM, lo cual
hace que la precisión de la información
enviada en cada canal se refine y no exista
interferencia en la multitrayectoria, en este
caso va de la mano la aplicación de DS-
CDMA, lo cual podemos apreciar en la
Figura 3.
Figura 3
Proceso de MiMo con DS-CDMA
(Fuente: S. Abeta, n.d., p. 57)
Con un ancho de banda variable,
considerando un SC- FDMA, hablando un
poco de uplink y de downlink, podemos
concluir que su diferencia se centra en el
bajo consumo de energía para los
terminales móviles. En el otro caso se la
transmisión de la señal se amplía, va a
aumentar la gama de frecuencias, todo esto
se hace ampliando el ancho de banda, pero
si se amplía este ancho de banda podemos
llegar a una degradación de la señal de
recepción.
Figura 4
Aumento del ancho de banda
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(Fuente: S. Abeta, n.d., p. 57)
Haciendo referencia a un uplink de acceso
inalámbrico, en función de un FDMA
localizado, tenemos un conjunto
consecutivo de frecuencia, lo cual hace que
la única diferencia con un downlink se
centre únicamente en los permisos de
transmisión frente a la portadora.
A diferencia de un OFDMA de tipo
downlink, no hay variación en la
transmisión de los niveles de señales, ya que
entre sus características es de ser
multiportadora, por lo cual no existe un
aumento en la potencia, con el FDMA,
podemos lograr una gama de frecuencia en
el espectro para luego aplicar en el canal.
En el FDMA distribuido considerando al
dominio de frecuencia es esencial la
aplicación de la transformada de Fourier,
con la cual se puede aplicar la misma
frecuencia y el mismo intervalo de tiempo
tanto en el reloj como en la portadora, todo
este proceso se visualiza en el SC-FDMA,
en el cual se requiere un ecualizador para
eliminar las señales retardadas en el canal
que se está usando, este método de
ecualización de la frecuencia es más óptimo
que realizarlo con respecto al tiempo, ya que
es más práctico, la conversión de la señal en
función de las particiones generadas
insertándose en un dominio del tiempo
posibilita la interferencia, en la siguiente
Figura 5, se visualiza dicho proceso.
Figura 5
Aplicación de Fourier
(Fuente: S. Abeta, n.d., p. 58)
LTE y su variante mejorada, LTE-A serán
el escenario más probable de migración 3G
a 4G, en resumen, tendremos un cambio
gradual inicial a Super-3G, de forma tal
que vayan desapareciendo las anteriores
técnicas 3G, imponiéndose la tecnología
LTE y entonces, basándonos en este estado,
comenzar a implementar las redes en 4G.
En realidad, Super-3G no es solamente un
paso intermedio para llegar a 4G sino que
con Super-3G se pretende mantener una
adecuada oferta de servicios en 3G que
puedan surgir en el tiempo (T. Nakamura
y S. Abeta, n.d.).
3. RESULTADOS
LTE-A
LTE-Advanced intenta superar las
dificultades que se han presentado con LTE
para lograr cumplir con los requisitos de
IMT-Advanced (llamado también 4G). El
objetivo primordial de LTE-Advanced es
mejorar las características relacionadas con
la transferencia de datos (Wannstrom
Jeanette, n.d.), estas son:
• Mejora en los picos de transmisión:
3GBps para la bajada y 1.5GBps para
la subida de archivos
• Mejora en le eficiencia espectral,
pasando de 16bps/Hz a 30bps/Hz.
• Incremento de la cantidad de usuarios
concurrentes.
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• Mejora de desempeño en las celdas.
Mejoras en las técnicas multiantena
LTE-A propone incrementar la cantidad de
antenas transmisoras, y receptoras;
proponiendo un esquema de 8x8 en bajada
y 4x4 en subida sugiriéndose el uso de
MiMo cuando la relación señal a ruido sea
alta (Wannstrom Jeanette, n.d.). De lo
contrario mejor es el uso de TX-Diversity
(Wannstrom Jeanette, n.d.). Para escoger el
modo de transmisión adecuado, se define
desde R8 diversos modos de transmisión.
(Wannstrom Jeanette, n.d.).
En MiMo beamforming, se usan múltiples
antenas para crear un haz polarizado de
energía focalizada (mostrada en naranja en
la Figura 6). Un segundo conjunto de
antenas (mostrado con azul) crea un
segundo haz que está polarizado
ortogonalmente (en forma de cruz o a 90
grados) en relación al anterior.
Figura 6
Dos haces polarizados en cruz.
(Fuente: Wannstrom Jeanette, n.d.)
Ambas técnicas son en extremo complejas
y no profundizaremos en ello, pero en un
alto nivel, podemos decir que MiMo usa
múltiples antenas tanto en el transmisor
como en el receptor para explotar el
dominio del espacio y así incrementar la
velocidad de transferencia o para compartir
recursos de tiempo/frecuencia entre los
usuarios.
Nodos de Pasarela
A aplicar los nodos de pasarela, hay la
posibilidad de agregar pequeñas estaciones
base en las celdas para proveer una mejora
en la capacidad y cobertura. Además, se
sugiere que los nodos de pasarela puedan
ser utilizados para conectar celdas en
lugares remotos sin necesidad de utilizar
fibra óptica.
4. DISCUSIÓN
Dificultades en la migración
Simplemente en LTE-A se deja abierta la
posibilidad de asignar prioridad a la voz a
través de manejos de calidad de servicio en
los modos de transmisión. No somos los
únicos que pensamos que hay aspectos que
mejorar. Existen autores que han
expresado diversas preocupaciones sobre
estos nuevos protocolos, como por ejemplo
donde se plantean posibles situaciones que
los proveedores discuten como el uso de las
técnicas de agregación de canal en canales
no consecutivos, MiMo, trabajo de la capa
1 y 2 del protocolo.(Dae-woong Seo et al.,
2018)
Problemas de Seguridad Existentes
Otros autores han expresado incluso
problemas de seguridad [9] que al momento
no notamos que hayan sido corregidos. Esto
nos indica claramente que la especificación
LTE no ha sido correctamente valorada en
todos los posibles aspectos en que una red
actual debe ser ponderada.
En su respuesta: El Grupo de investigación
de Virginia Tech, en respuesta a la National
Telecommunications and Information
Administration expresa sus dudas respecto a
la resistencia de LTE ante ataques de
interferencia electrónica con finalidades
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incluso terroristas. (L. Strickling, n.d.). Al
menos uno de los posibles escenarios es un
ataque trivial, los cuales se mencionan a
continuación:
• Interferencia en la señal de sincronía,
Las 3 señales siempre están presentes
en las subportadoras, por tanto,
emitiendo señales de interferencia en
los 73 subportadoras consigue negar el
servicio con bajos recursos al evitar la
sincronía del UE.
• Transmitir una PSS falsa en las 62
subportadoras, emitiendo las 3
secuencias PSS en todas. Este ataque
no causará una negación de servicio
inmediata pues este paso es utilizado
solamente al acceder a la celda.
• Interferencia en el canal de control de
subida, los ACK enviados a través del
canal de control.
LTE en TCP/IP
Debemos ser escépticos con las
investigaciones, y dudar e investigar cada
uno de los puntos que nuestra experiencia
nos muestra que pueden traer problemas.
En nuestro caso estamos más cercanos a la
problemática del manejo de redes
Existen críticas a la forma de operación y
poca adaptabilidad del protocolo de facto
para internet, el TCP/IP. Las redes basadas
en TCP/IP están fundamentadas en
políticas del mejor esfuerzo, lo que ya de
inicio, no las hizo adecuadas para datos
enviados en forma de streaming como voz
o video (Goldstein Fred & Day John, n.d.)
LTE en Ecuador
El término LTE para referirnos a la
implementación de 4G en nuestro país, que
asumimos será LTE-A pues según la UIT
sólo LTE-A y WiMAX 2 alcanzan a
definirse como 4G(PoderPDA, n.d.),
aunque como se ha reportado, incluso ellos
pueden retractarse, aparentemente gracias a
las presiones de al menos una operadora
norteamericana, tema que merece un
análisis más profundo, pero que no viene al
caso en este artículo.
A nivel Latino América, LTE está aún lejos
de poder decirse una tecnología en
explotación y por supuesto a nivel Ecuador,
esto no podía ser diferente, aunque la
operadora estatal CNT ha reportado planes
de implementación para mediados de este
mismo año (Lafebre Daniela Isabel,
2016). Otros países como México y
Uruguay tienen ya redes LTE funcionando,
aunque con limitada cobertura.
El paso a LTE no es sencillo desde el punto
de vista económico. Se calcula entre USD
30 y 40 millones la inversión por
operadora, y eso sólo del lado del
proveedor. Del lado del cliente, la mayoría
o totalidad de los equipos disponibles no
son LTE. Es decir, el usuario deberá
adquirir nuevos terminales que soporten
LTE, que por ser novedad tecnológica
tendrán un precio inicial alto. El proceso no
durará poco tiempo.
El problema en este caso es complejo pues
no todos los países tienen libres las mismas
bandas de frecuencia y, por ende, las
implementaciones tienden a dispersarse
por el espectro electromagnético y
obviamente a saturarlo. Por eso para LTE
se han realizado múltiples subdivisiones y
más bien se tiende a usar una suerte de
numeración de bandas (RadioElectronics,
n.d.). De todas ellas la más “popular” es la
BC4, también llamada LTE Band 4 ó Class
4 ó LTE AWS, que trabaja en 1700MHz
para upload y 2100 MHz para download y
es la usada en LTE Canadá, en México
(Telcel) y en gran parte de EEUU y
América Latina, dentro de lo que no se
cuenta a Ecuador que se espera use BC10
(similar a BC4, pero de mayor ancho con
60MHz en lugar de 45MHz) junto con
Perú y Uruguay (Lafebre Daniela Isabel,
2016).
En la práctica, a finales de 2012, el
CONATEL adjudicó a CNT espectro para
LTE en la banda de 1700/2100 MHz, y de
la canalización mostrada en la Figura 7
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podemos confirmar que efectivamente
estaríamos usando BC10. Las solicitudes
al CONATEL de espectro para LTE de
OTECEL en ene/2011 y de CONECEL en
oct/2012, están también dentro de la misma
banda de 1700/2100 MHz(Lafebre Daniela
Isabel, 2016)
Figura 7
Canalización para las bandas de 700 MHz, AWS
1700/2100 MHz y 2.5GHz
(Fuente: ARCOTEL, 2012)
5. CONCLUSIONES
• LTE es un protocolo bastante interesante
si nos conformamos con la tecnología
existente y no vemos más allá de la
tecnología que tenemos hoy. Sin
embargo, nos preocupa el hecho de que
se planee el uso exclusivo, ya que no
vemos otras opciones propuestas, de
tecnología TCP/IP, incluso con túneles,
para manejar aspectos de comunicación
en la red LTE.
• Con las metas previstas tanto de
rendimiento como de latencia y el
énfasis en la simplicidad y flexibilidad
del espectro, junto con la mayor
capacidad y menor costo por bit, LTE
está destinado a proporcionar una
experiencia de usuario bastante
mejorada, así como la creación de
servicios móviles nuevos y atractivos
que generen a su vez nuevas y atractivas
formas de ingreso y que sigan siendo un
fuerte competidor para otras tecnologías
inalámbricas en la próxima década, tanto
para los mercados ya desarrollados
como para los emergentes.
• Sin embargo, no todo está bien, LTE es
poco resistente a ataques de interferencia
por lo que la propuesta de usarle como
red de comunicación ante emergencias
públicas se ve severamente deteriorada.
• Hay buenas nuevas sobre LTE en
Ecuador pues, de cumplirse los planes,
aparentemente en sólo alrededor de 4
meses dispondremos ya de al menos una
operadora con soporte LTE, lo cual nos
posicionaría dentro del pequeño y
selecto grupo de los primeros en
América Latina.
• Aunque históricamente, se podría decir
que estamos acostumbrándonos a ya no
sorprendernos por las probables
demoras, es decir, siendo tan corto el
tiempo, al menos se esperaría algo de
promoción sobre el tema de LTE en
nuestro país.
• No deja de llamar la atención que las
solicitudes al CONATEL de frecuencias
para LTE de las operadoras celulares no
estatales no hayan sido respondidas aun
cuando las fechas de solicitud datan de
hace 2 años. El que una operadora lance
una tecnología nueva sin competencia
potencialmente enfrenta al mercado a un
escenario de monopolio
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