Cmu200 Bases Gsm Gprs Egprs

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CMU200Tecnologas GSM/GPRS/EGPRS Curso de Entrenamiento

Alfredo Osorio Elsa TorresRohde & Schwarz de Mxico S. de R.L. de C.V.1

Temariol

Introduccin a las tecnologas GSM/GPRS/EGPRS Introduccin al analizador CMU200, configuraciones y opciones disponibles Pruebas de transmisin y recepcin en GSM/GPRS/EGPRS, configuracin en CMU200 y ejecucin Sesin prctica

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Telefona Mvil

Panorama General

3

Inicios de la Telefona MvilLa telefona mvil se inici en los aos de 1920s, cuando los departamentos de polica de USA empezaron a utilizar radio telefona sobre bases experimentales. Dicha tecnologa tuvo xito en la navegacin martima, pero no era particularmente funcional para aplicaciones en tierra firme. El equipo era demasiado voluminoso y la tecnologa de radio no poda lidiar con los edificio y otros obstculos de las ciudades. En en 1930s se desarroll la modulacin en FM, la cual durante la Segunda Guerra Mundial fue de suma ayuda en la comunicacin en el campo de batalla. Este desarrollo continuo ms all en tiempos de paz y los primeros servicios de telefona mvil limitada estuvieron disponibles en 1940s en las ciudades importantes. Estos sistemas eran limitados en capacidad, y tom muchos aos para que la telefona mvil se posicionara como un producto comercial viable.

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Primera Generacin

1G

La telefona mvil como la conocemos actualmente inici en 1970s con la implementacin de un sistema de prueba en Chicago. La tecnologa utilizada en este sistema era AMPS (Advanced Mobile Phone Service) la cual operaba en la banda de 800MHz. El lanzamiento comercial del sistema AMPS ocurri hasta 1983 en Chicago, siguindole otras ciudades importantes rpidamente. En otras partes del mundo tambin se desarrollaba la telefona mvil y en Japn el sistema comercial AMPS fue lanzado en 1979. En Europa, se lanz el primer sistema comercial en 1981 en Suecia, Noruega, Dinamarca y Finlandia, y fue llamado NMT (Nordic Mobile Telephony), la cual operaba en la banda de 450MHz, posteriormente fue lanzada la versin para la banda 900MHz la cual fue llamada NMT900. No mucho despus, en 1985, los britnicos lanzaron el sistema de telefona mvil llamado TACS (Total Access Communication System) el cual operaba en la banda de 900MHz, y era bsicamente una versin modificada de AMPS.

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Primera Generacin 1GSistemas Analgicos que estaban limitados en capacidad (nmero de usuarios), y presentaban gran vulnerabilidad al fraude. Actualmente se encuentran en servicio.

TACS900MHz

AMPS800MHz - FDMA

NMT450MHz y 900MHz

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Segunda Generacin

2G

A diferencia de los sistemas de primera generacin analgicos, los sistemas de Segunda Generacin son digitales, lo cual trajo consigo muchas ventajas tales como:l l

Incremento de la capacidad del sistema Mayor seguridad contra el fraude, etc.

Las tecnologas ms importantes de esta segunda generacin son:l

IS-136 TDMA (Interim Standard Time Division Multiple Access)Bandas 800MHz y 1900MHz (llamada PCS Personal Communications Service)

l

IS-54B (Digital AMPS, formada por canales digitales de voz y canales analgicos de control). IS-95 CDMA (Interim Standard Code Division Multiple Access)Banda 800MHz y su variante J-STD-008 en 1900MHz

l

l

GSM (Global System for Mobile Communications)Banda 900MHz (Europa), 1800MHz (Reino Unido), 1900MHz (EUA)

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Segunda Generacin 2GSistemas Digitales con mayor capacidad y caractersticas que la primer generacin y una robustez contra el fraude.

IS-136900MHz y 900MHz

GSM850MHz, 900MHz, 1800MHz, 1900MHz

IS-95800MHz

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Generacin

2.5

La generacin 2.5 se caracteriza implementar tres nuevas tecnologas que mejoran las tasas de transmisin de los sistemas de 2G y son:l

HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)Se basa en la transmisin en multislots con circuitos conmutados, mejorando la tasa de transmisin de 1 4.4kbps a 57.6kbps. Su modulacin es en GMSK. 57.6 El problema es la asignacin del circuito conmutado al canal fisico. El operador define cuantos slots se asignan al usuario, por consecuencia se le pudiera negar el acceso a otros usuarios.

l

GPRS (General Packet Radio Services)Se basa en la transmisin en multislots, pero con paquetes conmutados lo cual lo hace compatible con TC P/IP. Su modulacin es en GMSK. La asignacin de recursos es dinmica debido a que la transmisin se da cuando esta presente un dato. La tasa de transmisin terica llega a lo s 170kbps. GPRS escoge uno de cuatro esquemas 170 de codificacin dependiendo de la calidad de la transmisin.

l

EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution)Se le llama EDGE al mejoramiento de las tecnologas GPRS y HSCSD en la cual se transmiten muchos smbolos en un solo smbolo modulado en GSMK + 8PSK. Requiere una mejor r elacin S/N. Para EGPRS (Enhanced General Packet Ratio Services) se alcanza una tasa de hasta 473.6Kbps y para ECSD (Enhanced Circuit 473.6 Switched Data) una tasa de hasta 345.6Kbps. 345.6

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Generacin 2.5Tecnologas encaminadas a la evolucin de la generacin 2G a la 3G.

HSCSD57.6Kbps

GPRS170Kbps

EDGE473.6Kbps y 345.6Kbps

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Generacin 2.5 HSCSDHigh Speed Circuit Switched Data

ECSDEnhanced Circuit Switched Data

115.2Kbps

345.6Kbps

Global System for Mobile Communications (Circuit Switched)

14.4Kbps

GPRSGeneral Packet Radio Services

EGPRSEnhanced General Packet Radio Services

171.2Kbps

473.6Kbbps Packet Switched

GPRS = Extensin de GSM HSCSD = Extensin de GSM EDGE = Enhanced Data Rates for GSM

EGPRS = Extensin de GPRS ECSD = Extensin de HSCSD11

EDGE

GSM

Circuit Switched

Tercera Generacin

3G

En muchos sentidos, los sistemas de segunda generacin 2G han logrado superar con xito las debilidades de los sistemas de primera generacin tales como poca capacidad y vulnerabilidad al fraude y pocas caractersticas avanzadas. Los sistemas como IS95, IS136 y GSM son mucho ms seguros, ofrecen mayor capacidad y ms caractersticas de la llamada. Sin embargo los sistemas 2G continan siendo ptimos para los servicios de voz, pero no son muy convenientes para la comunicacin de datos. En el actual ambiente de internet, comercio electrnico y comunicaciones multimedia, el limitado soporte para la comunicacin de datos en un serio obstculo. Aunque los usuarios deseen hablar ahora ms que nunca, tambin se desean comunicar de muchas otras maneras, tales como e-mail, mensajes instantneos, WWW, etc. Y no solamente los usuarios desean estos servicios, sino que los desean mviles. Para poder proveer un sistema con todas estas caractersticas, es necesaria otra tecnologa, la tercera generacin 3G.

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Tercera Generacin 3GLa necesidad de una tercera generacin de sistemas de telefona mvil fue concebida en los aos 1980s, La ITU (Internation Telecommunication Union) concibi el proyecto de la red FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications Systems) en cul fue renombrado solamente como IMT2000. El esfuerzo del proyecto IMT2000 tiene algunas recomendaciones tales como:l l l l

Ancho de Banda de 144Kbbps para servicios mviles y hasta 2Mbps para servicios fijos Enriquecimiento de los servicios ofrecidos (servicios multimedia) Flexibilidad (redes que soporten cantidades grandes y pequeas d e subscriptores) Se recomienda que la red opere en la banda de 2GHz

Estas recomendaciones son solamente un conjunto de requerimientos y no especifican una solucin tcnica detallada, para ellos se solicitaron propuestas tcnicas en las cuales se aprobaron las siguientes:l l l l l

WCDMA (Wide Code Division Muiltiple Access) CDMA2000 TS-SCDMA (Time Division Synchronous CDMA) UWC-136 (Evolucin de IS-136) DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications)13

Generacin 3GPlataforma que provee gran ancho de banda, mltiples servicios y flexibilidad.

CDMA200

WCDMA

UWC-136

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Comunicaciones Mviles

Fundamentos

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Concepto

Celular

El concepto celular simplemente significa que la red es dividida en un nmero determinado de celdas, o reas de cobertura geogrfica, dentro de las cuales se encuentra una estacin base que contiene equipo de recepcin y transmisin. Dicha estacin base provee la radio comunicacin a los telfonos mviles que se encuentran dentro de la celda. El rea de cobertura de una celda depende de muchos factores, ta les como: l Potencia de transmisin de la estacin base l Potencia de transmisin del mvil l La altura de las antenas de la estacin base l La topologa del panorama Una celda puede cubrir desde 91.44mts (100 yardas) hasta decenas de millas (decenas de kilmetros). En cada celda se especifica una frecuencia determinada de acuerd o a la planeacin del sistema, y se reutilizan en otras celdas siempre y cuando se cumpla con un criterio de aleja miento suficiente para evitar interferencias entre s. Es muy comn sectorizar celdas, en las cuales una slo estacin base utiliza tres antenas direccionales para cubrir tres celdas en reas urbanas o con dos antenas para cubrir vas rpidas, a diferencia de una sola estacin base con antena omnidireccional centrada en la celda.

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Concepto Celular

Antenas Direccionales en 2 sectores

Antenas Omnidireccionales

Antenas Direccionales en 3 sectores (Red GSM)17

Concepto CelularTambin es necesario que las estaciones base estn conectadas a la red de servicios conmutados, tal como la PSTN (Public Switched Telephone Network) para entrelazar llamadas para y desde el usuarios suscritos mviles. Adems es necesario que la informacin de los usuario suscritos se encuentre almacenada en un lugar particular de la red, debido a que diferentes usuarios podran tener acceso a diferentes caractersticas y servicios, y debido a ello el sistema debe saber que caractersticas y servicios aplican a cada usuario para poder entregar la llamada apropiadamente (por ejemplo algn usuario puede tener acceso pro hibido a llamadas internacionales). Estas elementos importantes de la red se definen como la Arquite ctura base de la red.

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Arquitectura Bsica de una Red CelularLa arquitectura de red presentada representa los mnimos requerimientos para proveer un servicio de telefona celular mvil. La BSC (Controlador de Estaciones Base) contiene el control lgico para cada estacin base, y entre otras cosas, administra el handoff de las llamadas cuando un usuario cambia de una celda a otra. La MSC (Centro de Conmutacin Mvil) es el conmutador que administra la configuracin inicial y la terminacin de la llamada para y desde el usuario mvil suscrito. En la MSC podremos encontrar muchas de las caractersticas y funciones que utiliza el conmutador PSTN. La HLR (Registro Local de Sitio) contiene informacin de suscripcin relacionada al nmero de suscriptores. Es una base de datos efectiva que adems hace un seguimiento de la movilidad del usuario dentro de la red.19

Interfase AreaEl espectro de radio es un recurso finito y muy apreciado. A diferencia del cable coaxial o la fibra ptica, no es posible aadir sencillamente un espectro de radio cuando sea necesario. Slo cierta parte del espectro de radio slo est dis ponible, y es de suma importancia que se utilice eficazmente, y se reutilice lo ms posible. Estos requerimientos son la base de las tcnicas de acceso de ra dio utilizadas en comunicaciones, las cuales son:l

FDMA (Frequency Division Multiple Access) TDMA (Time Division Multiple Access) CDMA (Code Division Multiple Access)

l

l

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Tcnicas de Acceso Mltiple

FDMA

CDMA

TDMA

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RoamingLa movilidad implica que el usuario sea capaz de moverse libreme nte dentro de la red y de una red a otra sin perder el servicio. Esto requiere que la red siga la localizacin del usuario con cierta veracidad para que las llamadas puedan ser entregadas en donde se encuentre, y ms all de esto, que el usuario pueda moverse estando enlazado en una llamada. Para ello se sigue un sencillo procedimiento: 1. Cuando el usuario enciende su telfono se enva un mensaje de re gistro al MSC 2. La MSC enva un mensaje de registro al HLR para informarle que le estar dando el servicio a ese usuario en especfico 3. El HLR enva un mensaje de cancelacin de registro al MSC que serva anteriormente a ese usuario y posteriormente enva un mensaje de confirmacin al nuevo MSC Para que una red pueda ofrecer servicios de roaming necesita el protocolo de comunicacin entre la MSC y la HLR y VLR as sean provenientes de diferentes marcas. Actualmente el prot ocolo de comunicacin para roaming entre estos elementos de la red es IS-41 y es utilizado en AMPS, IS-136 e IS-95.

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Roaming

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Handoff / HandoverEl handoff (tambin conocido como handover) es la habilidad de un usuario para mantener una llamada mientr as se traslada de una celda o otra dentro de una red. (El trmino han doff es comunmente utilizado en AMPS, IS136 e IS-95 y el trmino handover en GSM, ambos son sinnimos). Bsicamente en el Handoff el usuario es cambiado de un canal de radio a otro (frecuencia) o de un timeslot a otro (tiempo). Dependiendo de las dos celdas en cuestin, el handoff puede ser entre: l Celdas sectorizadas de una misma estacin base l Entre dos controladores de estaciones base BSC l Entre dos centros de conmutacin mvil MSC del mismo operador l O entre dos redes diferentes Tambin es posible que se efecte un handoff dentro de la misma celda, cuando el canal de radio en cuestin experimenta interferencia que le afecte directamente la calidad de la comunicacin.

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Handoff / Handover

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Global System for Mobile Communications

Caractersticas GSM

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Porqu

GSM ?

En Europa surgi rpidamente la inquietud de la incompatibilidad de los numerosos sistemas de telefona mvil analgica de la primer generacin, por ello era necesario concebir un solo sistema digital para toda Europa, capaz de proveer un roaming continuo entre los pases as como tambin caractersticas y capacidades que los sistemas analgicos no podan ofrecer.

Mapa de redes mviles analgicas en Europa a mediados de los 80s27

Historia GSMEn 1982 se cre Groupe Spcial Mobile (GSM) para desarrollar un estndar de comunicacin mvil digital. En 1987 la mayor parte de las naciones Europeas firman un acuerdo de entendimiento para introducir un solo estandar en toda Europa. GSM se redefinira en 1989 como Global Systems for Mobile Communications y quedara listo la primer conjunto de Global Communications especificaciones tcnicas por parte de la European Telecommunications Standard Institute (ETSI). En 1991 inician operaciones las primeras redes con la fase 1 de GSM con servicios de voz y datos, en 1995 inicia la fase 2 ofreciendo adicionalmente las caractersticas de ISDN. En 1997 se definieron las especificaciones de la fase 2+ en la cul se ofrecen nuevos servicios y tasas de transmisin ms altas. Para el ao 2000 ya haba 400 millones de subscriptores a las redes GSM en ms d e 130 pases y con ms de 350 operadores de red en todo el mundo.

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Evolucin GSMteFase 2+Nuevos servicios Tasa de transmisin ms altas Grupos de usuarios cerrados

Complejidad

Co

a mp

t

id ibil

ad

s De

ce

n de n

Fase 2Caractersticas de ISDN

Fase 2Caractersticas de ISDN

UMTS

Fase 1Voz + Datos

Fase 1Voz + Datos

Fase 1Voz + Datos

1991

1995

1997

Ao

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Bandas GSM

Bandas

Nmero de Canales 124 124 374 299

UPLINK

DOWNLINK

GSM 850 GSM 900 GSM 1800 GSM 1900

824 849 MHz 890 915 MHz 1710 1785 MHz 1850 1910 MHz

869 894 MHz 935 960 MHz 1805 1880 MHz 1930 1990 MHz

Modulacin: GMSK Tasa de Transmisin Mxima: 14.4 Kbps

Ancho de Banda de Canal: 200KHz Acceso Mltiple: TDMA con FDD (8 Timeslots)30

Parmetros de RF en Banda GSM850UPLINK25 MHz 1 2 124 70 MHz 20 MHz 1

DOWNLINK25 MHz 124

824 MHz 849 MHz 869 MHz

894 MHz

1.6 KHz

200 KHz 45 MHz

Cada Canal tiene un ancho de banda de 200KHz y su portadora es d ividida en 8 Timeslots de tiempo, llamando a esta estructura un FRAME. Esto determina una capacida d de servicio hasta para 7 usuarios simultneos, debido a que un timeslot debe ser utilizado para propsitos de control.

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Modulacin GMSKEn la modulacin GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) la informacin est contenida en la diferencia de fases del bit anterior con el actual.

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Estructura de la Interfase AreaHyperframe = 2047 Superframes , (3 hr 28 min 53 seg 760seg) 0

2047

Superframe = 26 Multiframes (1326 Frames) Superframe = 51 Multiframes

0 0

25 0

7

25 50

6.12 seg 6.12 seg

Multiframe26 Frames(TCH, SACCH, FACCH)

0

0

50

Multiframe51 Frames(BCCH, CCCH, SDCCH)

120.12 mseg

235.62 mseg

Frame (PORTADORA dividida en 8 Timeslots)

Informacin Secuencia de Entrenamiento

4.62 mseg

Burst = 156.25 Bits0.577 mseg

Informacin

3Bit de Cabecera

57

1Bit Bandera

26

1Bit Bandera

57

3Bit de Cola

8.25Periodo de Guarda 33

1 Bit = 3.69seg

Tipos de BurstNormal3T

57D

1F

26TS

1F

57D

3T

8.25G

Correccin de Frecuencia3T

142Bits Compuestos

3T

8.25G

Sincronizacin3T

39D

64TS

39D

3T

8.25G

Dummy3T

142Bits Compuestos

3T

8.25G

De Acceso8T T = Cabecera / Cola D = Datos G = Guarda

41TS

36D

3T

68.25G TS = Secuencia de Entrenamiento F = Bandera

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Arquitectura de la Red GSM

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Componentes de la Red GSMMS (ME+SIM)l

MS: La estacin mvil es utilizada por el usuario para accesar a la red va interfase area, para lo cual contiene el hadware y sofware para especfico para la interfase de radio. Necesita de un SIM (Suscriber Identity Module) el cual contiene datos especificos del usuario para accesar a la red GSM, excepto en llamadas de emergencia. BTS: La estacin base BTS es responsable de la comunicacin con el MS va interfase area utilizando un canal de radio. La BTS se compone de los dis positivos de recepcin y transmisin, incluyendo antenas y procesamiento de s eales especficos para la interfase de radio. La BTS separa la voz de las seales de control asociadas con el MS y las enva a la BSC en canales separados. BSC: La estacin de control base es la responsable de monitorear y controlar a las estaciones BTS dentro de una celda, administra la movilidad (MM Management Mobility), todas las interfases de radio, asigna y libera de canales y administra los handovers. MSC: Es responsable de todas las funciones de conmutacin relaciona das al proceso de la llamada. Coordina el establecimiento de llamadas para y de sde usuarios GSM. Adicionalmente la MSC es la interfase entre la red GSM y las redes fijas externas (PSTN, ISDN, etc.). Y tambin efectua procedimientos de MM. La VLR Es una base de datos que contiene informacin de todas las MS actuales localizadas en una MSC. HLR: Es una base de datos que se encarga de administrar a todos los usuarios suscritos en la red GSM. Contiene informacin acerca de los servicios permitidos, bloqueados, restricciones y servicios suplementarios. Los datos almacenados en un HLR son semi-permanentes. Tamben almacena la localizacin de la MS. SMSC: Es elemento que se compone de un SC (Service Center) que almaneca los SMS (Short Message Serevice) y de un SMS-GMSC (SMS Gateway) que entrega los SMS a la MS. AuC: Es el centro de autentificacin, el cual almacena datos espec ficos de la autentificacin del usuario.36

BTS

l

BSCl

MSC/VLR

l

HLRl

SMSC

l

AuCl

Modos de operacin de MS en GSMDespus de encenderlo, la MS efecta los siguientes estados de o peracin:

Inicializacin

La MS se comunica con su SIM

La MS busca una red y selecciona una celda

Seleccin de Red y Celda

Modo IDLE

La MS verifica continuamente si hay llamada entrante o si tiene que cambiar a otra estacin base

La MS establece un enlace de radio dedicado con la estacin base.

Modo DEDICADO

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Seleccin de Red de MS en GSMEncendido

No buscar RED

No

SIM Disponible?

Si

Buscar ltima RED utilizada

IDLE w/o SIM

No Buscar RED autorizada

Ultima Red Disponible? Si

No Sin servicio

Red detectada Autorizada?

Si

Seleccionar CELDA

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Seleccin de Celda de MS en GSMLa MS mide y almacenar el nivel de todos los canales GSM Trata de sincronizarse al canal con mayor nivel de la lista

No Se sincroniz?

Descartar este canal de la lista

Si La celda pertenece a la RED? Si Requiere actualizacin de localizacin? No Desplegar SERVICIO39

No

Si

Realizar actualizacin de localizacin

Canales Lgicos

Taffic Channels

TCH/F: Full-rate Traffic Channel Two-way TCH/H: Half-rate Traffic Channel

Broadcast Channels BCH

FCCH: Frequency correction SCH: Synchronization BCCH: Broadcast Control Base-to-mobile

Control Channels

Common Control Channels CCCH

PCH: Paging AGCH: Access Grant RACH: Random Access NCH: Notification

Dedicated Control Channels DCCH

SDCCH: Stand-alone Dedicated Control SACCH: Slow Associated Control FACCH: Fast Associated Control40

Two-way

Canales de Trfico TCHSon utilizados para transportar informacin del usuario, tales como voz y datos. datos

l

l

Los canales de TCH son canales dedicados bidireccionales entre la red y la MS.

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Canales de Difusin BCHSirve para ayudar al MS a efectuar mediciones para cambiar de BTS, escuchar informacin de celda, por ejemplo: empezar el roaming, esperar llamadas entrantes o hacer llamadas, o debido a que el MS no se encuentra sincronizado siempre, debe de leer los canales de BCH como son: FCCH, SCH y BCCH para poder pertenecer a otra celda.l

FCCH: Provee al MS la frecuencia de referencia del sistema para permitirle la sincronizacin. Propiedades: Se tramite en Downlink y es punto a multipunto. SCH: El MS se sincroniza con la estructura de la celda actual Propiedades: Se tramite en Downlink y es punto a multipunto. BCCH: La BTS enva informacin de difusin a la MS, tales como LAI (Local Area Identity), mxima potencia permitida en la celda actual, informacin de las portadoras BCCH de las celdas adyacentes. Propiedades: Se tramite en Downlink y es punto a multipunto.

l

l

42

Canales Comunes de Control CCCHEl canal CCCH soporta el establecimiento de la trayectoria dedicada de comunicacin (canal dedicado) entre el MS y la BTS.l

PCH: Es utilizado por la BTS para llamar a un MS particular dentro de la celda, para el cual el MS est activo durante cierto tiempo escuchando el PCH para verificar informacin de contacto (IMSI o TMSI), llamadas entrantes o mensajes cortos. Propiedades: Se tramite en Downlink y es punto a punto. RACH: Es utilizado por el MS para solicitar un canal dedicado para e stablecer una llamada, es compartido por cualquier MS que intenta accesar a la red, el mensaje del requerimiento de canal incluye el moti vo por el que intenta conectarse a la red. Propiedades: Se tramite en Uplink y es punto a punto.

l

l

alone Dedicated Control Channel)

AGCH: La red asigna un canal de sealizacin va el canal AGCH, y en el cual se asigna el SDCCH (Stand

Propiedades: Se tramite en Downlink y es punto a punto.]l

NCH: Es utilizado en una llamada de voz grupal y en servicios de di fusin de voz para notificar al MS acerca de esta llamada.

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Canales de Control Dedicado DCCHEl canal DCCH se utilizan para transferir informacin impersonal entre la red y el MS. Los mensajes incluyen: Mantenimiento de canal, Administracin de la movilidad, Administracin de los recursos de radio.l

SDCCH: Es utilizado para trannsferir informacin entre la BTS y el MS. Tipicamente es utilizado para actualizar la localizacin antes de utilizar el canal de trfico. Propiedades: Se tramite tanto en Downlink como en Uplink y es punto a punto. CBCH: Es utilizado para portar la radiodifusin dentro de la celda d el servicio de mensajes cortos (SMSCB = Short Message Service Cell Broadcast) y utiliza el mismo canal fsico que el canal SDCCH. Propiedades: Se tramite en Downlink y es punto a multipunto. SACCH: Es utilizado para portar parmetros de control y medicin nece sarios para mantener el enlace de radio entre la MS y la BTS. En el Uplink el MS enva informacin de mediciones de la potencia de la seal y la calidad de la celda actual y las adyacentes, en el Downlink el MS recibe informacin de la potencia permitida para transmitir e instrucciones de retrazo o avance en el tiempo. Propiedades: Se tramite tanto en Downlink como en Uplink y es punto a punto.. FACCH: Es utilizado en el canal TCH en caso de que se puedan robar Slots de tiempo. Un segmento de 20 mseg es robado de la voz, para llevar informacin de sealizacin de handover. Propiedades: Se tramite bajo demanda.

l

l

l

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Canales Fsicos

l

ARFCN + TN (Absolute Radio Frequency Channel Number) + (Timeslot): Es el canal en donde se especifica el nmero del canal de la fre cuencia portadora al mismo tiempo que el nmero de timeslot. ARFCN+s + TN + HSN + MAIO (Hopping Sequencue Number) + (Mobile Allocation Index Offset): Aqu se especifica adems del canal de la frecuencia portadora y el nmero de timeslot, el nmero de secuencia de hopping y el ndice de offset de la asignacin del mvil. ARFCN + TN + SSN (Sub-Sequence Number): Aqu se especifica adems del canal de la frecuencia portadora y el nmero de timeslot, el nmero de sub-secuencia utilizada para distinguir las llamadas. ARFCNs + TN + HSN + MAIO + SSN Aqu se especifica adems del canal de la frecuencia portadora y el nmero de timeslot, el nmero de secuencia de hopping, el ndice de offset de la asignacin del mvil y el nmero de sub-secuencia utilizada para distinguir las llamadas.

l

l

l

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Proceso de Actualizacin de Localidad de un MS

46

Proceso de establecimiento de una llamada originada por un MS a una red PSTN

47

Proceso de entrega de una llamada a un MS originada por una una red PSTN

48

Proceso de Handover de un MS Inter-BSC

49

General Packet Radio Services Caractersticas

GPRS y EGPRS

50

Generacin 2.5La red GSM provee servicios de voz y datos sobre una red de circuitos conmutados pero la tasa de transmisin de de datos es de 14.4Kbps, lo que actualmente resulta bastante lenta. La Generacin 2.5 es la metodologa por medio de la cual los operadores de las redes 2G estn emigrando a las especificaciones de la siguiente generacin de tecnologa inalmbrica referenciada en IMT2000 (International Mobile Telecommunications 2000) La generacin 2.5 permite a los operadores ofrecer servicios digitales antes de que la plataforma 3G est disponible, aunque GPRS no ofrece un gran ancho de banda necesario para los servicios de 3G, representa un gran paso en la evolucin en esa direccin. En GPRS la MS tiene acceso a ms de 1 timeslot, y la codificacin del canal es diferente al de GSM tradicional ya que GPRS define nuevas codificaciones de canal tales como la ms utilizada CS2 (Coding Scheme 2), la cual permite a un timeslot determinado llevar una tasa de transmisin de 13.4Kbps, permiti endo que un solo usuario obtenga tasas de hasta 53.6Kbps si tuviera acceso a ms de un timeslot. La principal ventaja de GPRS sobre la tecnologa HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) es que se basa en la tecnologa de paquetes conmutados, y la MS slo utiliza el timeslot cuando desea transmitir o recibir informacin, si no, el timeslot est disponible para otros usuarios. Se introduce el trmino de Radio Blocks el cual es constituido por 4 Frames que a su vez. Cada Frame es formado por una rfaga o Burst, en la cual se utilizan 2 bits para indicar el esquema de codificacin. Al sumar los 2 bits de los 4 Frames obtenemos la clave de 8bits para dicho esquema de codificacin.

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Generacin 2.5Tecnologa Modo de Transmisin Modulacin Timeslots Atados

GSM

Circuitos Conmutados Circuitos Conmutados Paquetes Conmutados Circuitos Conmutados Paquetes Conmutados

GMSK

1

HSCSD

GMSK

Hasta 8

GPRS

GMSK

Hasta 8

ESCD

GMSK + 8PSK

Hasta 8

EGPRS

GMSK + 8PSK

Hasta 8

52

Generacin 2.5

En la generacin 2.5 se permite utilizar mltiples timeslots para los usuarios, a diferencia de la generacin 2G en la que se utilizaba uno slo.Adicionalmente, GRPS es asimtrico, es decir, que para una MS es posible utilizar diferente cantidad de timeslots en el Uplink y en el Downlink. Esto es debido a que normalmente los patrones de utilizacin de la red generalmente requieren mayor transferencia de datos en el Downlink que en el Uplink (como en internet). Es comn que una MS soporte solamente 1 timeslot para Uplink y 3 o 4 timeslots para Uplink.

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GPRSLa tecnologa GPRS permite una asignacin dinmica de los recursos, es decir, un timeslot puede ser utilizado para trfico de voz y en el siguiente instante puede llevar trfico de datos, dependiendo de la demandas de trfico. Para ello, se han adicionado nuevos canales lgicos y esquemas de codificacin para dichos canales, Cuando un timeslot es utilizado para llevar trfico de datos o control relacionado a GPRS, el canal de control es llamado PDCH (Packet Data Channel). Estos canales utilizan el miltiframe tamao 52, el cual se constituye por:l l l

12 Radio Block (de 4 Frames cada uno) llevan los datos del usuario y la sealizacin, 2 Frames (X) se utilizan como IDLE (usado por la MS para efectuar mediciones de seal) 2 Frames (T) se utilizan para el canal de PTCCH (Packet Timing Control Channel)

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Contexto de Transferencia de DatosPara poder efectuar transmisin de datos sobre la tecnologa GRP S es necesario el establecimiento de un contexto especfico llamado PDP (Packet Data Protocol) el cual es sesin de datos propiamente. Normalmente esta sesin es iniciada por la MS cuando se activa el browser y se reciben datos. Cuando la MS o la red inician el contexto PDP, la MS pasa del estado de STANDBY al estado READY. En la tecnologa GPRS la MS tiene tres estados dispobiles: IDLE, STANDBY y READY. En el estado IDLE la MS no se encuentra unido (attach) a la red GRPS, en este estado la MS tiene la posibilidad de unirse a la red de GPRS. En el estado STANDBY la MS se encuentra unida a la red GPRS, se pudiera recibir info rmacin de sealizacin o de paging (llamado), ms no es posible la recepcin y transmisin de datos. La MS efectua los procedimientos de localizacin de rea de rueto de GPRS, seleccin de celda de GPRS, as como efectuar procedimientos de administracin de movilidad en cuanto entra una nueva RA (Routing Area). En el estado READY la MS enva y recibe datos mediante el contexto PDP o PUD ( Ptotocol Data Unit), un contador de tiempo supervisa la expiracin de la sesin, y cuando este se cu mple se efectua el procedimiento de des-union (dettach)

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Modos de operacin de MS en GPRSInicializacin

Seleccin de Red y Celda

El MS no est unido a GPRS, pero existe la posibilidad para ello.

GPRS IDLE State

Attach

Detach

GPRS STANDBY StateTx/Rx PDP, PDU Time expired

El MS permanece unido a GPRS y de este modo la red GPRS sabe que el MS est disponible para trfico de datos.

El MS est unido a GPRS y puede enviar y recibir paquetes, y cuando el tiempo de expiracin termina, regresa al estado STANDBY.

GPRS READY State56

Seleccin de Celda de MS en GPRSLa MS mide y almacenar el nivel de todos los canales GSM Trata de sincronizarse al canal con mayor nivel de la lista

No Se sincroniz?

Descartar este canal de la lista

Si La celda pertenece a la RED? Si Si Servicio GPRS disponible? GPRS IDLE State No

No GSM IDLE Mode

GPRS STANDBY State

GPRS READY State57

Canales de Control en GPRSLos canales de control PCCCH (Packet Common Control Channel) al igual que el CCCH (Common Control Channel) de GSM comprende los siguientes canales lgicos:l

PRACH (Packet Random Access Channel)El cual slo aplica para el UPLINK y es usado por la MS para iniciar la transferencia de paquetes de sealizacin o de datos.

l

PPCH (Packet Paging Channel)Aplica solamente para el DOWNLINK y es utilizado por la Red para localizar a un MS antes de transferirle un paquete.

l

PAGCH (Packet Access Grant Channel)Aplica slo en el DOWNLINK y es utilizado por la red para asignar recursos a la MS antes de la transferencia de paquetes.

l

PNCH (Packet Notification Channel)Es utilizado de Punto a Multipunto para notificar a un grupo de MS.

El PCCCH debe localizarse en un slot de tiempo diferente del CCCH de no ser as, ser necesario que las funciones de GPRS sean soportadas en el canal CCCH.

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Canales de Difusin en GPRSLos canales de control PBCCH (Packet Broadcast Control Channel) al igual que el BCCH (Broadcast Control Channel) de GSM, es opcional y es utilizado para difundir informacin especfica del sistema GPRS. Comprende los siguientes canales lgicos:l

PRACH (Packet Random Access Channel) El cual slo aplica para el UPLINK y es usado por la MS para ini ciar la transferencia de paquetes de sealizacin o de datos. PPCH (Packet Paging Channel) Aplica solamente para el DOWNLINK y es utilizado por la Red para localizar a un MS antes de transferirle un paquete. PAGCH (Packet Access Grant Channel) Aplica slo en el DOWNLINK y es utilizado por la red para asignar recursos a la MS antes de la transferencia de paquetes. PNCH (Packet Notification Channel) Es utilizado de Punto a Multipunto para notificar a un grupo de MS.

l

l

l

El PBCCH puede estar localizado en el mismo timeslot que el PCCCH.

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Canales Dedicados en GPRSLos canales dedicados DCCH (Dedicated Control Channel) comprende los siguientes canales lgicos:l

PACCH (Packet Asociated Control Channel) Es un canal bidireccional utilizado para llevar informacin de sealizacin y otra informacin entre la MS y la red durante la transferencia de paquetes. PTCCH (Packet Timing Control Channel) Es utilizado para el control del avance del tiempo para la MS. PDTCH (Packet Traffic Channel) Es el canal utilizado para transferir los datos actuales de la MS sobre la interfase area. Es un canal unidireccional para Uplink o para Downlink.

l

l

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Esquemas de codificacin en GPRSLos esquemas de codificacin (CS = Coding Scheme) y sus tasas de transmisin, estn son los siguientes

Esquema de

Tasa de Transmisin 9.05Kbps 13.4Kbps 15.6Kbps 21.4Kbps

Tasa de Codificacin Transmisin til (aprox) 6.8Kbps 10.4Kbps 11.7Kbps 16.0Kbps

CS-1 CS-2 CS-3 CS-4

El esquemas ms utilizado es el CS-2, ya que provee una robusta correccin de errores. Aunque los esquemas CS-3 y CS-4 proveen mayor tasa de transmisin son ms susceptibles a los errores, debido a que no presentan correccin de errores.61

Arquitectura de la red GPRS

SGSN = Serving GPRS Support Node GGSN = Gateway GPRS Support Node PDN = Packet Data Network Gb = Interfase Frame Relay Gs, Gr, Gd, Gc = Interfase SS7 Gn = Interfase IP

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Componentes de la Red GPRS

PCU

l

PCU: La unidad de Control de Paquetes es un elemento lgico de la r ed responsable del acceso de control a la interfase area, temporizacin de los datos y emsable y des ensable de los datos.

l

SGSN

SGSN: El nodo de soporte de GPRS en servicio es similar al de un MSC/VLR slo que las funciones son en la red de paquetes conmutados, algunos servicios son: administracin de la movilidad, seguridad y funciones de control de acceso, El rea de servicio de un SGSN se determina con Areas de Ruteo (RA)

GGSN

l

GGSN: Es responsable de todas las funciones de conmutacin relacionadas al proceso de la llamada. Coordina el establecimiento de llamadas para y desde usuarios GSM. Adicionalmente la MSC es la interfase entre la red GSM y las redes fijas externas (PSTN, ISDN, etc.)

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Usuarios GPRS

Soporta servicios de GPRS y GSM simultneamente

Puede estar conectado a los servicios de GPRS y GSM pero no soporta el servicio de ambos simultneamente

Solamente puede conectarse a un servicio ala vez GPRS o GSM

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Caractersticas GPRSl l l l l l l

Conexin directa a las redes de paquetes de datos Co-existencia con las redes existentes de circuitos conmutados Transmisin de datos por conmutacin de circuitos Transmisin de datos por conmutacin de paquetes Mayor tasa de transmisin de datos debido al bundling del canal Mayor tasa de transmisin de datos debido a la codificacin del canal Asignacin dinmica de los recursos de transmisin

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Proceso GPRS Attach

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Proceso Combinado GSM - GPRS Attach

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Proceso de activacin PDP

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EGPRSLa tecnologa EGPRS (Enhanced General Packet Radio Services) es una mejora a la tecnologa GPRS, en la cual el esquema de modulacin y de codificacin han cambiado para proveer mayores tasas de transmisin, as como tambin la capa y la estructura de bloques RLC (Radio Link control y MAC (Media Access Control). La arquitectura de la red de EGPRS es bsicamente la misma que la de GPRS, ya que utilizan los mismos elementos, las mismas interfases, los mismos protocolos y los mismos procedimientos. La idea de EGPRS es ofrecer tasas de transmisin elevadas, lo cual logra al utilizan la modulacin 8PSK en la cual el cambio de fase ser directamente un conjunto de 3 btis, aunque se obtienen tasas de transmisin mayores, 8PSK es ms vulnerable al ruido que GMSK, debido a que el ruido provocar que el receptor tenga dificultades para determinar exactamente el cambio de fase debido a su cercana entre s. Esta vulnerabilidad al ruido, har que en el futuro las tasas de transmisin efectivas se reduzcan para poder aadir ms proteccin contra errores.

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Modulacin 8PSKLa modulacin 8PSK se basa en el cambio de fase, indicando entre 8 posibles estados, los cuales determinan 8 conjuntos de 3 bits. A continuacin se muestra la constelacin de 8PSK debido al camb io de fase.

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Estructura de bloques de datos RLC / MACEn la tecnologa EGPRS, un bloque de radio (Radio Block) consiste de un bloque de encabezado RLC/MAC y uno o dos bloques de datos RLC. Son portados frecuentemente por rfa gas normales. A continuacin se muestra la estructura del Bloque de Radio para la transferencia de datos en EGPRS

Le encabezado RLC/MAC contiene campos de control que son diferentes para el Ulpkink y para el Downlink, y es de longitud variable. El campo de datos RCL contiene octetos de uno o ms LLC (Logical Link Control) de PDU (Protocol Data Unit). El BCS (Block Check Sequencue) es utilizado para detectar errores en los datos. El HSC (Header Check Sequence) es utilizado para deteccin de errores en el encabezado. El encabezado es codificado independientemente de los datos y ti ene su propia secuencia de verificacin contra errores. El bit de cola es utilizado para reducir el tamao del encabezado.

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Estructura de bloques de control RLC / MACPara GPRS y EGPRS un Radio Bloque para control de transferencia de mensajes consiste de un encabezado MAC y un bloque de control RLC/MAC, los cuales son portados frecuentemente por rfagas normales. A continuacin se muestra la estructura del Bloque de Radio para mensajes de control en EGPRS

El encabezado MAC contiene campos de control los cuales son dife rentes para el Ulplink y para el Downlink.

La longitud del encabezado MAC es de 8 bits. La BCS es utilizada para la deteccin de errores. El mensaje de control RLC/MAC contiene un mensaje de control RLC /MAC.

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Esquemas de Codificacin en EGPRSSon 9 diferentes esquemas de codificacin y modulacin en EGPRS, de MCS-1 a MCS-9 (Modulation and Coding Scheme) en los cuales definen a los bloques de radio EGPRS (constituidos por 4 frames) y portan bloques de datos RLC. Los esquemas MCS-1 al MCS-4 utilizan la modulacin GMSK, y los esquemas MCS-5 al MCS-9 utilizan la modulacin 8PSK. Dichos esquemas de modulacin son divididos en familias de acuerdo a la carga de datos que portan. Llamaremos Octetos al conjunto de 8 bits. La unidad de informacin (payload unit) est definida como: 37, 34, 28 o 22 octetos. La familia A y B se 1, 2 o 4 unidades de informacin son transmitidas. En la familia C solamente se transmiten 1 o 2 unidades.

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Estructura de Radio Blocks

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Esquemas de Codificacin en EGPRSLos esquemas de codificacin (MCS = Modulation and Coding Scheme) y sus tasas de transmisin, estn son los siguientes Esquema de Codificacin| Modulacin Tasa de Transmisin Canales de RLC por Radio Block 1 1 1 1 1 1 2 2 2

MCS-1 MCS-2 MCS-3 MCS-4 MCS-5 MCS-6 MCS-7 MCS-8 MCS-9

GMSK GMSK GMSK GMSK 8-PSK 8-PSK 8-PSK 8-PSK 8-PSK

8.8Kbps 11.2Kbps 14.8Kbps 17.6Kbps 22.4Kbps 29.6Kbps 44.8Kbps 54.4Kbps 59.2Kbps

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CMU200Configuraciones y Opciones Disponibles

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CMU200El Analizador CMU200 es un probador multiprotocolo universal de las tecnologas de radiocomunicacin. Sus principales caractersticas son:l l l l

Gran velocidad en el desarrollo de purezas Mediciones de gran veracidad Diseo completamente modular Rpida conmutacin entre redes

Sus principales aplicaciones entre otras son:l l l l l l l

Desarrollo de RF Diseo modular Mdulo de prueba en produccin Prueba final en produccin Pruebas funcionales Pruebas de caractersticas Simulacin de Estacin Base

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Tecnologas en CMU200Las tecnologas que el CMU200 soporta son:l l l l l l l

GSM (GPRS, EGPRS, HSCSD, ECSD) TDMA AMPS CdmaOne CDMA2000 WCDMA BLUETOOTH

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GSM en CMU200Para las pruebas de la tecnologa GSM el CMU200 est habilitado para las bandas de:l l l l l

GSM400 GSM850 GSM900 GSM1800 GSM1900

Tambin cuenta con las opciones necesarias para la medicin de las tecnologas de la generacin 2.5 las tecnologas GRPS, EGPRS, ECSD y HSCSD, en los cuales podemos hacer mediciones de:l l l l l l

Error de fase y de frecuencia, Error de Magnitud Potencia contra tiempo Potencia pico, promedio, potencia contra frame o pot6encia contra slot Error de tiempo BER/DBLER, RBER/FER, FastBER Potencia contra PCL (en 3 o 7 canales)

Configuracin de las opciones para el CMU200 para GSM, GPRS, HSCSD y EGPRS:l l l l l l l l l l

CMU200 Basic Unit CMU-B21 Versatile signaling unit CMU-B95 2nd. Tx RF channel CMU-K20 GSM400 CMU-K21 GSM900 CMU-K22 GSM1800 CMU-K23 GSM1900 CMU-K24 GSM850 CMU-K42 GPRS test software extension CMU-K43 EGPRS signalinmg test software

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TDMA en CMU200Para las pruebas de la tecnologa TDMA el CMU200 est habilitado para efectuar llamadas para y desde el mvil, efectuar handoff en AMPS tanto para modo Sealizado como para modo No-Sealizado. Las mediciones que el CMU200 puede efectuar para el modo sealizado sonl l l l l

Reporte MAHO (Mobile Assisted Hanover) Potencia contra tiempo Modulacin (error de fase, error de magnitud, etc) Espectro para ver la potencia del canal adyacente Informacin de Sealizacin

Para el modo No sealizado puede efectuar las mediciones de:l l l l

Modulacin Espectro Potencia contra tiempo VER

Configuracin de las opciones para el CMU200 para TDMA:l l l l

CMU200 Basic Unit CMU-B21 Versatile signaling unit CMU-K27 IS-136 mobile station signaling/non-signaling test software (800MHz Band) CMU-K28 - IS-136 mobile station signaling/non-signaling test software (1900MHz Band)

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AMPS en CMU200La unidad base del CMU200 soporta las plataformas de CdmaOne, CMDA2000, TDMA y AMPS. Para la tecnologa AMPS el CMU200 est habilitado con las siguientes caractersticas:l l l l l l l l

Capacidades poderosas de sealizacin Simulacin de la estacin base Inicio o terminacin de llamada originada por la BS o MS Mediciones en tiempo breve Mediciones combinadas Soporta handoff con CdmaOne, CDMA2000/TDMA y TDMA Operacin interactiva sencilla No se requiere conocimientos de especializado de redes

Configuracin de las opciones para el CMU200 para AMPS:l l l l

CMU200 Basic Unit CMU-B21 Versatile signaling unit CMU-B41 Audio generator and analyzer CMU-K29 AMPS mobile stationn signaling/non-signaling test software

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CdmaOne en CMU200Las principales caractersticas del CMU200 para la tecnologa CdmaOne son:l l l l l l l l l

Cierre del lazo de voz y pruebas comprensibles para los mviles Capacidades poderosas de sealizacin Generador AWGN nter construido para simular ruido ambiental Simulacin de la estacin base Inicio o terminacin de llamada originada por la BS o MS Mediciones en tiempo breve Mediciones combinadas Modo sealizado y no sealizado Soporta la aplicacin de prueba GPSOne

Configuracin de las opciones para el CMU200 para CdmaOne :l l l l

CMU200 Basic Unit CMU-B81 cdmaOne signaling unit CMU-K81 - cdma2000 mobile station signaling/non-signaling test software (800MHz Band) CMU-K82 - cdma2000 mobile station signaling/non-signaling test software (1700/1800MHz Band)

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CDMA2000 en CMU200Las principales caractersticas del CMU200 para la tecnologa CDMA2000 son:l l l l l l l l l

Cierre del lazo de voz y pruebas comprensibles para mviles Soporte total de RC1/RC2 (para mediciones de CdmaOne) Soporta todas las clases de bandas especificadas en IS-2000 Mediciones innovadoras de potencia en dominio del cdigo, potencia del error pico en dominio del cdigo y potencia de canal Mediciones paralelas de RX/TX Representacin grfica de los resultados de las mediciones Mediciones extremadamente rpidas Modo sealizado y no sealizado Soporta varios handoff

Configuracin de las opciones para el CMU200 para CdmaOne :l l l l l l l

CMU200 Basic Unit CMU-B21 Versatile signaling unit CMU-U65 3G measurement DSP and performance accelerator CMU-K83 cdma2000 cellphone signaling/non-signaling test software (450MHz Band) CMU-K84 cdma2000 cellphone signaling/non-signaling test software (800MHz Band) CMU-K85 - cdma2000 cellphone signaling/non-signaling test software (1900MHz Band) CMU-K86 - cdma2000 cellphone signaling/non-signaling test software (2200MHz Band)

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WCDMA en CMU200Las principales caractersticas del CMU200 para la tecnologa WCDMA son:l l l l l l l

Mediciones en tiempo breve Mediciones combinadas en muchos modos Pruebas en mltiples bandas y mltiples modos Capacidades poderosas de sealizacin Inicio o terminacin de llamada originada por la BS o MS Operacin sencilla e interactiva No requiere de conocimiento especializado en redes

Configuracin de las opciones para el CMU200 para WCDMA :l l l l l l l l l l

CMU200 Basic Unit CMU-B21 Versatile signaling unit CMU-B56 WCDMA signaling module CMU-B66 versatile baseband board for WCDMA DL non-signaling CMU-B68 - versatile baseband board for WCDMA DL and UL non-signaling CMU-B69 WCDMA DL and UL signaling module CMU-U65 3G measurement DSP and performance accelerator CMU-K67 Band 3 UE test signaling software CMU-K68 Band 1 UE test signaling software CMU-K69 Band 2 UE test signaling software

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BLUETOOTH en CMU200Las principales caractersticas del CMU200 para la tecnologa BLUETOOTH son:l l l l l l l l

Sealizacin de Bluetooth en modo de prueba Mediciones en modo de Full Hopping Soporta todos los tipos de paquetes (DH 1, 3, 5) Mediciones de alta veracidad y velocidad Mediciones paralelas de TX/RX de la interfase de RF en el modo retroalimentado Salida de la seal de reloj especfica de Bluetooth Salida de seal IF Salida de resultados grficos y escalares

Configuracin de las opciones para el CMU200 para Bluetooth:l l l l

CMU200 Basic Unit CMU-B21 Versatile signaling unit CMU-B53 Bluetooth extension CMU-K53 Bluetooth test software

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Contacto:

Elsa Torres [email protected]

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