Ac as de las XV Jo nadas
de Ingenie ía Telemá ica
(JITEL 2021),
A Co uña (España),
27-29 de oc ub e de 2021.
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Rendimien o de Redes 4G/5G usando una
es ación base eal
Félix Delgado-Fe o, Jo ge Na a o-O iz, Lo ena Chinchilla-Rome o, Pablo Muñoz-Luengo
Depa amen o de Teo ía de la Señal, Telemá ica y Comunicaciones,
Uni e sidad de G anada
C/ Pe iodis a Daniel Saucedo A anda, s/n. ETSI In o má ica y de Telecomunicación.
elixdelgado@co eo.ug .es, jo gena a o@ug .es, lo enachinchilla@ug .es, pabloml@ug .es
Es e a ículo desc ibe el desa ollo del p oyec o sob e el
despliegue de ed mó il 5G y análisis de ca ac e ís icas de la
misma. Ac ualmen e, se encuen a en desa ollo y a a del
análisis del endimien o y compa ación en edes 4G y 5G
empleando una es ación base eal. En es e abajo se incluye
la in o mación sob e el es udio p e io de es as edes, las
al e na i as de implemen ación, el despliegue ealizado
empleando el so wa e de Ama iso y es eo de capacidades
de las edes p opues as.
Palab as Cla e – Redes mó iles, 4G, 5G, es ación base
I. INTRODUCCIÓN
Ac ualmen e, y desde 2017, nos encon amos en pleno
auge de la conocida como quin a gene ación de
comunicaciones mó iles (5G) que ue impulsada po la
es anda ización (Release 15) de 3GPP [1] que ecoge las
écnicas y mecanismos pa a ob ene los equisi os
de inidos po la ITU pa a IMT-2020. Es os equisi os
p e enden o ece mejo as en elación a es ipos de
se icios:
Enhanced Mobile B oadband (eMBB): p e ende
mejo a la capacidad de la ed debido al inc emen o
de la demanda p oducida po los usua ios. Es deci , se
cen a en mejo a las ca ac e ís icas o ecidas po 4G
pa a las comunicaciones en e usua ios.
Massi e Machine Type Communica ions (mMTC):
p e ende o ece comunicaciones e icien es, iables y
segu as pa a comunicaciones en e máquinas a g an
escala.
Ul a Reliable and Low La ency Communica ions
(URLLC): o ece comunicaciones con equisi os
es ic os espec o a la encia y iabilidad pa a ab i el
abanico de aplicaciones posibles (e.g. V2x).
En elación a es os a ances, el abajo p opues o
consis e en el despliegue de es ipos de edes pa a
ele onía mó il como 4G, 5G NSA y 5G SA. Una ez se
hallan consolidado y p obado la conec i idad y
uncionamien o, se ealiza án una se ie de p uebas en
elación a la capacidad de ansmisión que cada una de
es as edes pueden o ece nos empleando una es ación
base eal.
II. ESTADO DEL ARTE
Hoy en día, enemos múl iples soluciones pa a el
despliegue y u ilización de edes 4G y 5G en el ámbi o de
la in es igación que nos pe mi e con igu a , modi ica ,
simula y analiza edes mó iles de o ma ealis a. A
con inuación, se desc iben las pla a o mas más ele an es.
s sLTE [2] o ece implemen aciones de so wa e
modula y po able pa a ecnologías inalámb icas que se
undamen an en el so wa e Open-sou ce s sRAN que
pe mi e la implemen ación de los nodos de la ed LTE (4G)
po medio de los módulos s sLTE, s sUE y s sENB.
OpenAi In e ace (OAI) [3] es una pla a o ma de
código abie o que o ece un en o no mó il lexible y de
bajo cos e pa a expe imen ación sob e edes 4G y 5G
basándose en los es ánda es de 3GPP. Es e compues o po
el so wa e pa a desplega la pa e oncal de la ed (CN) y
la pa e de acceso adio (RAN) po sepa ado y con
in e conec i idad en e ellas.
F ee5gc [4] es una implemen ación open-sou ce de las
edes oncales 5G, an o NSA (non-s and alone) como SA
(s andalone) siguiendo los es ánda es de 3GPP.
Ama iso [5] es una emp esa ancesa que ha
desa ollado soluciones asequibles y de al a calidad pa a el
desa ollo de edes 4G/5G, p opo cionando lexibilidad,
disponibilidad y es abilidad median e la implemen ación
de módulos como: eNodeB, gNodeB, EPC, 5GC (5G
Co e) y UE Simula o .
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Delgado-Fe o, Na a o-O iz, Chinchilla-Rome o, Muñoz-Luengo, 2021.
En la igu a 1, podemos e los módulos desa ollados po
Ama iso pa a las implemen aciones de las edes.
Fig. 1. Esquema de módulos de Ama iso [5]
Al comp ende la e sa ilidad y uncionamien o a
g osso modo, se ha decidido emplea la pla a o ma de
Ama iso , en conc e o la Se ie AMARI NW [5], dado que
es a es la solución más comple a al o ece múl iples
uncionalidades y con igu aciones, siendo compa ible con
los es ánda es 3GPP.
Cabe des aca , que es a solución conlle a un cos e
económico supe io al es o po a a se de una pla a o ma
come cial. Aún así, se ha op ado po es a pla a o ma
debido a dispone de es as es aciones base que son más
iables y eniendo como obje i o desa olla un
demos ado y un banco de p uebas ( es bed) que uese ú il
pa a u u os p oyec os de in es igación.
III. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
A. Redes LTE (4G)
Las edes mó iles de cua a gene ación (4G) han sido
desplegadas empleando el es ánda Long Te m E olu ion
(LTE) del 3GPP. LTE es un es ánda de comunicaciones
mó iles desa ollado en el Release 8 y mejo ado en las
siguien es e isiones has a la Release 13.
La mo i ación de es as edes e a simpli ica las edes
mó iles y di e encia las pa es que las componen. Po
an o, el diseño de la a qui ec u a LTE p e endía op imiza
el con ol del á ico de da os y de los usua ios, op ando
po una a qui ec u a plana que minimizase el núme o de
nodos implicados en la comunicación.
La a qui ec u a de ed LTE, como ap eciamos en la
igu a 2, se basa en es componen es p incipalmen e [6]:
E ol ed Packe Co e (EPC): es un elemen o
undamen al den o de la ed e implemen a el núcleo.
La p incipal inno ación consis e en emplea el
p o ocolo IP pa a el anspo e de odos los se icios.
Además, o a di e encia ele an e es que pe mi e la
sepa ación de los planos de usua io (da os) y con ol
(señalización). El EPC se compone p incipalmen e de
cua o módulos:
oMobili y Managemen En i y (MME): se
enca ga de la señalización de mo ilidad y
segu idad de la ed de acceso.
oHome Subsc ibe Se e (HSS): base de
da os de la ed y con iene la in o mación del
usua io y del con ol de mo ilidad.
oSe ing Ga eway (S-GW): se enca ga de
anspo a el á ico de da os IP en e edes
y ges iona la mo ilidad in e na y ex e na.
oPacke Da a Ne wo k Ga eway (P-GW): es el
nodo de in e conexión y se enca ga de
en u a los paque es de da os y ges iona los
pe misos y polí icas sob e es os paque es.
E ol ed Uni e sal Mobile Telecommunica ions
Sys em Te es ial Radio Access Ne wo k (E-
UTRAN): es la ed de acceso adio (RAN) y es á
compues a po un conjun o de es aciones base (eNB)
que pueden in e comunica se en e sí pa a simpli ica
la señalización, el en ío de mensajes y ges iona los
ecu sos adio, la enc ip ación de paque es, e cé e a.
Use Equipmen (UE): son los equipos de los usua ios
y les pe mi en conec a se a la ed.
Fig. 2. A qui ec u a de Red 4G [7]
B. Redes NR (5G)
Las especi icaciones del núcleo de ed 5G se
encuen an en los es ánda es (Release 15 y 16) de 3GPP
cuyo obje i o es da cobe u a a un abanico amplio de
se icios y ecnologías como IoT, V2x, MTC, e cé e a.
Las especi icaciones p incipales ecogen la in eg ación
de ecnologías como la i ualización de edes y ne wo k
slicing y de inen dos ipos de escena ios como se mues a
en la igu a 3:
Non S andalone (NSA): in eg a dos gene aciones de
ed de acceso (LTE y NR) conec adas a un mismo
EPC. És a se compone de los eNB (nodos p incipales)
y gNB (nodos secunda ios) que compa en la ges ión
de á ico de los usua ios, pe o la ges ión con el EPC
la ealiza únicamen e el eNB.
S and Alone (SA): emplea la ecnología New Radio
(NR) y se implemen a en el Nex Gene a ion NodeB
(gNB) y en el núcleo de la ed (5GC). En es e
escena io, los nodos gNB que se enca gan de las
conexiones UE-5GC y de ges iona odo el á ico.
Fig. 3. Escena ios de despliegue de la ed 5G (NSA y SA) [8]
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Ac as de las XV Jo nadas
de Ingenie ía Telemá ica
(JITEL 2021),
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27-29 de oc ub e de 2021.
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La a qui ec u a de ed 5G se di ide en la pa e de
acceso adio (RAN) y el núcleo de la ed (5GC).
La ed de acceso adio se e ampliada con el concep o
de NFV y p opone la segmen ación de la ed en Unidades
Dis ibuidas (DU) empleando el in e az no malizado
enhanced Common Public Radio (eCPRI).
El núcleo de la ed 5G pe mi e p ocesa los da os de
usua ios y ges iona la señalización de la ed. El modelo
5GC consis e en una ed in eg ada median e in e aces
pun o a pun o a una Se ice Based A qui ec u e (SBA). El
núcleo se es ablece median e unciones como las que se
mues an en la igu a 4.
Fig. 4. Funciones de ed elemen ales en una ed 5G [9]
Las unciones undamen ales pa a el co ec o
uncionamien o del núcleo de la ed 5G se exponen a
con inuación:
Access and Mobili y Managemen Func ion (AMF):
se enca ga del con ol gene al de la ed e in e acción
adio RAN-UE ( egis o, au en icación y mo ilidad).
Session Managemen Func ion (SMF): se enca ga de
la adminis ación de las sesiones de los usua ios
(es ablecimien o, modi icación y libe ación), así
como de la asignación de IP a los disposi i os.
Use Plane Func ion (UPF): se enca ga de p ocesa y
een ia el á ico del plano de usua io ( edi ección y
comunicación en e núcleo de ed y ed de da os).
Además, ealiza p ocedimien os de los da os
een iados como gene a in o mes de á ico, analiza
el con enido de los paque es de da os y ejecu a
polí icas.
Uni ied Da a Managemen (UDM): se enca ga de
ges iona la base de da os de los subsc ip o es
mó iles, las c edenciales de au en icación y au o iza
el acceso a la in o mación disponible.
Au hen ica ion Se e Func ion (AUSF): es el
p o eedo del se icio de au en icación de los
disposi i os.
NF Reposi o y Func ion (NRF): se enca ga de
egis a las unciones de la ed ealizadas po los
se icios y que posibili an las comunicaciones en e
unciones.
IV. DESPLIEGUE DE LA RED 4G
La idea undamen al es pa i de una ed uncional 4G
pa a pos e io men e implemen a la ed 5G NSA y pode
compa a ca ac e ís icas en e ellas. Pos e io men e, se
desplega á una ed 5G SA de o ma independien e.
P e io al despliegue, es deci , ins alación del so wa e
Ama iso , debemos p epa a nues o en o no de
ejecución. En es e p oyec o se ha empleado un S.O de
se ido Ubun u 18 y se han p eins alado dos a je as PCIe
SDR pa a la conec i idad RAN. Pos e io men e, se ins ala
el so wa e LTE 100 de Ama iso .
En la con igu ación de los módulos, se iene en cuen a
la dis ibución de es os dependiendo de la pa e de la ed
co espondien e. En el E ol ed Packe Co e (EPC)
encon amos p incipalmen e po dos módulos: MME e
IMS, mien as que en la Radio Access Ne wo k (RAN)
enemos el módulo eNB.
Los módulos se pueden con igu a po medio de
pa áme os, en las siguien es ablas [I][II] se exponen los
pa áme os más ele an es de cada uno de los nodos de la
ed.
Tabla I
PARÁMETROS DEL NODO IMS
Pa áme o
Desc ipción
Valo
sim_algo
Algo i mos de au en icación
Milenage
imsi
IMSI de la a je a SIM
00101…01
K
Cla e de acceso de la SIM
0011…FF
sqn
Secuencia de in o mación
0000…00
impi
Indica al IMSI en la ed
imsi@domain
el
Núme o de elé ono
0600…01
Tabla I
PARÁMETROS DEL NODO ENB
Pa áme o
Desc ipción
Valo
dl_ea cn
F ecuencia de la po ado a
cen al pa a DL
3350 (2680
MHz – B7)
TDD
Modo de Di isión Duplexación
0 (FDD)
N_RB_DL
Ancho de banda de ansmisión
15 (3MHz)
N_AN_DL
Núme o de an enas en DL
1 (SISO)
N_AN_UL
Núme o de an enas en UL
1 (SISO)
V. PRUEBAS DE CONCEPTO
Una ez con igu ada e in eg ada co ec amen e, la ed
nos pe mi e ope a con ella. Las p uebas ealizadas has a
el momen o consis en en p uebas de conec i idad y
uncionalidad de la ed 4G, siendo es as desa olladas en
la cáma a anecoica, ubicada en el CITIC, de la Uni e sidad
de G anada.
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Delgado-Fe o, Na a o-O iz, Chinchilla-Rome o, Muñoz-Luengo, 2021.
T as el p ime despliegue con el so wa e Ama iso
LTE 100 se debe comp oba que la conec i idad en e los
eNBs y los UEs se ealiza co ec amen e. Pa a ello,
debemos con igu a el APN (Access Poin Name) en el UE,
lanza la ed 4G y espe a a que los disposi i os se
conec en au omá icamen e. En es e caso, podemos
isualiza los mensajes en iados pa a la au en icación y
conexión desde la in e az web en la igu a 5.
Además, se han ealizado p uebas de las
uncionalidades p opias de la ed 4G como el en ío de
mensajes SMS y llamadas empleando VoLTE en e los
UEs. A su ez, se han omado las p ime as medidas de
endimien o de la ed 4G empleando SISO.
En la igu a 6, comp obamos una cla a endencia
c ecien e espec o a la capacidad del enlace (DL y UL)
cuando el ancho de banda de ansmisión aumen a.
Además, se ap ecia la mejo a conside able al emplea la
ed 5G NSA en e a la ed 4G, al igual que ocu e con el
uso de la ansmisión empleando écnicas mimo 2x2 en e
a SISO.
Fig. 6. Compa ación de pa áme os espec o ancho de banda
VI. CONCLUSIONES
Es e abajo p esen aba una mo i ación pe sonal y
p o esional debido al e o que supone el despliegue de
múl iples edes y la di e enciación exis en e en e ellas y
en la misma ed empleando con igu aciones di e en es.
Así, se ealizó un es udio de las ecnologías disponibles
pa a la posible implemen ación y se decidió op a po
Ama iso debido a las ca ac e ís icas que nos p o eían.
Pos e io men e, se ha ins alado y desplegado la ed 4G que
se encuen a en pleno uncionamien o y con la que se han
ealizado algunas de las p uebas iniciales de concep o.
VII. TRABAJOS FUTUROS
Ac ualmen e, es amos en medio de la con igu ación de
la es ación base pa a el despliegue de la ed 5G NSA y se
p e ende ealiza una compa ación de endimien o
espec o a la ed 4G. Pos e io men e, se p e ende analiza
la ed 5G NSA median e di e en es con igu aciones pa a
comp oba cual se adecua más a los se icios que p e ende
p opo ciona (eMBB, mMTC, URLLC). Po úl imo, se
ealiza á un despliegue de la ed 5G SA y se p ocede á de
la misma mane a que enemos pensado pa a 5G NSA.
AGRADECIMIENTOS
Es e abajo ha sido pa cialmen e inanciado po el
p oyec o H2020 5G-CLARITY (G an No. 871428) y el
Minis e io de Economía y Compe i i idad (p oyec o
TEC2016-76795-C6-4-R).
REFERENCIAS
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[3] OpenAi In e ace – 5G so wa e alliance o democ a ising wi eless
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[4] O icial Page ee5GC. u l: h ps://www. ee5gc.o g/ ( isi ado 21-05-
2021).
[5] O icial Page Ama iso : So wa e company dedica ed o 4G LTE and
5G NR. u l: h ps://www.ama iso .com/ ( isi ado 21-05-2021).
[6] O icial Page 3GPP: The E ol ed Packe Co e. u l:
h ps://www.3gpp.o g/ echnologies/keywo ds-ac onyms/100- he-
e ol ed-packe -co e ( isi ado 21-05-2021).
[7] “Func ional a chi ec u e o he implemen a ion o Mobile IPTV o e
LTE and LTE-A anced ne wo ks”, Diego F. Rueda & Zoila Ramos.
Decembe 2012 ITECKNE Inno ación e In es igación en Ingenie ía
9(2):40 – 51. DOI:10.15332/i eckne. 9i2.81
[8]“5G Edge Cloud Ne wo king and Case Analysis”, Lyu Huazhang,
Zhang Zhonghao & Gao Shuai. Oc obe 2019. 2019 IEEE 19 h
In e na ional Con e ence on Communica ion Technology (ICCT),
pags. 617-621. DOI: 10.1109/ICCT46805.2019.8947289 ISSN:
2576-7828
[9] A qui ec u a de las edes 5G. Núcleo de ed, edes RAN y a qui ec u a
de segu idad pa a la ecnología 5G. Las Modi ied: 2021-03-19.
Mayo de 2019. u l: h ps://www. ia isolu ions.com/es-
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Fig. 5. Conexión y Au en icación del UE
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