Comunicaciones móviles 3G: UMTS - OCW UPMocw.upm.es/teoria-de-la-senal-y-comunicaciones-1/comunicaciones... · Comunicaciones móviles digitales UMTS 1 Comunicaciones móviles 3G:

Comunicaciones móviles digitales UMTS 1

Comunicaciones móviles 3G: UMTS

Características generales de los sistemas UMTS.Tecnología W-CDMA.Generación, multitrayecto y recepción en WCDMA.

Arquitectura UMTS.CN (Núcleo de Red)Servicios UMTS. Arquitectura QoSCaracterísticas y capacidades de los terminales 3G.Evolución en la implantación de UMTS.

Red De Acceso Radio de UMTS (UTRAN).Arquitectura de la UTRANCapa de red. Capa de enlace de datos, Capa físicaResumen de Canales en UMTSGeneración de forma de onda de los canales.

Gestión de recursos radio (RRM)Traspasos, Control de potencia, Funciones de control

Gestión de redGestión de movilidad (MM), Gestión de comunicación (CM)Seguridad en UMTS

Planificación de Sistemas UMTSCapacidad celular y Cobertura celular.


Introducción

Sistemas 3G. Solución mundial, amplia variedad de servicios, alta QoS, Elevadas velocidades binarias y amplia movilidad.

ITU: International Mobile Telecommunication 2000 (IMT-2000). Plena cobertura y movilidad con 144 Kbps, (384 Kbps). Cobertura y movilidad limitadas con tasas de hasta 2 Mbps.Eficiencia espectral, flexibilidad para nuevos servicios.Componente por satélite, adicional a la terrena.

FDD:TDD:

MSS: Mobile Satellite System

DECT:Digital EnhancedCordless Telecommunications

UTRA FDDUTRA TDD

MSS MSS

MSS

IMT-2000

FDD

IMT-2000

GSM 1800DECT

1885

1885 1980 2025

1980

2010

2025

2010

2110 2170

2110 2170

1850 1900 20001950 2050 2100 22002150 2250

1850 1900 20001950 2050 2100 22002150 2250

IMT-2000

UMTS

[ MHz]

TDD

TDD

MSSFDD

1920

1900


Introducción

Diferentes propuestas para los sistemas 3G. (cierta compatibilidad)Organismos regionales e intereses de fabricantes y operadores.

Propuestas para la interfaz aire.

Propuestas para el núcleo de Red.A partir del núcleo de red de GSM: GSM/MAP, Evolución desde ANSI-41 del IS-95 norteamericano.

ETSI: UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Métodos de acceso radio terrestre (UTRA: UMTS Terrestrial Radio Access)

FDD (60+60 MHz, UL: 1920-1980. DL: 2110 -2170) y CDMA.TDD (35 MHZ, 1900-1920 y 2010-2025 MHZ) y TDMA/CDMA.

3GPP: ETSI, ARIB y TTC Japón, TTA Corea, el T1 EEUU y CWTS China. 3GPP-2: a partir de la tecnología de radio IS-95, punto de vista americano

NombreIMT-DS Direct SpreadIMT-TC Time CodeIMT-MC Multi CarrierIMT-SC Single CarrierIMT-FT Frequency Time

PropuestaUTRAUTRA

MC CDMA 2000UWC-136

DECT

Tecnología de AccesoCDMA

CDMA/TDMACDMATDMA

TDMA/FDMA


Características Generales de UMTS

Objetivos.Amplia gama de servicios de voz, datos y multimedia en un entorno extremadamente competitivo y dinámico. Movilidad del terminal, personal y de servicios.

Características básicas.Capacidad de transmisión síncrona y asimétricaVelocidades de 384 Kbit/s y en baja movilidad hasta 2 Mbit/s.Transmisión de datos en conmutación de circuitos y de paquetes.Mayor capacidad y uso eficiente del espectro que los sistemas anteriores.Alto nivel de calidad y alto grado de seguridad.Diferentes servicios simultáneos con asignación dinámica del ancho de banda.Roaming internacional entre los operadores de IMT-2000.Nuevos mecanismos de tarificación, volumen de datos, etc.Coexistencia e interconexión con satélites.Soporte para varias conexiones simultáneas. (p. e. conectarse a Internet y recibir simultáneamente una llamada telefónica.


Tecnología W-CDMA

Wideband Code Division Multiple Access5 MHz frente al sistema americano de 1,25 MHz.Espectro ensanchado por secuencia directa.Velocidad binaria del código de ensanchamiento constante.

Chip rate: 3.84 Mchips/sg.

Ventajas de DS-WCDMA:Capacidad de acceso múltiple y protección a la interferencia multitrayecto.Seguridad: es necesario conocer la secuencia de ensanchamiento.La generación de la señal a transmitir es sencilla.Es posible la desmodulación coherente de la señal de banda ancha.No es necesaria la sincronización entre usuarios. El número de usuarios no está limitado de antemano, degradación progresiva de la calidad.

Dificultades.Cálculo de la capacidad complejo y diferente en ambos enlaces.Factor limitador de la capacidad: interferencia mutua entre terminales.Necesidad de un control de potencia muy estricto (efecto near-far)


Tecnología W-CDMA

Capacidad del enlace ascendente.La relación entre Eb/N0 y la C/N:

Ganancia de Proceso (Gp).

Relación Portadora a Ruido (interferencia) para un usuario

⋅=BN

RCNE b

0

b

bRBGp =

1M1

)1M(PrP

NC r

−=

−⋅=

NCGp

NE

0

b ⋅=

Gp1M

1NE

0

b ⋅−

=

El Número máximo de usuarios por célula (M)Para M grande.Considerando. 0b

b

0b NERW

NEGpM ==

f11G

d1

NERW

M S0b

b+

⋅⋅⋅=Actividad de los usuarios: d = 0.38Sectorización de la célula. GS = nº de sectoresInterferencia de otras células. Factor de Carga: f = 0,5-0,6

Capacidad del enlace descendente. No fácilmente expresable con una fórmula. La interferencia se debe a las demás estaciones base. Las secuencias de ensanchamiento reducen la interferencia generada.


Tecnología W-CDMA

Generación de una señal WCDMA. Dos pasos.Multiplicación por una secuencia: código de canalización o spreading.

El factor de ensanchamiento (SF) dependerá de la velocidad de la señal de datos, para que el producto permanezca constante a 3.84 Mchip/sg.Los códigos identifican a distintos usuarios en una celda: códigos ortogonales

Multiplicación por un código de aleatorización o scrambling. Los códigos identifican a las distintas celdas en el enlace descendente.Los mismos códigos de spreading pueden usarse en varias celdas simultáneamente.

Bandabase

Código decanalización o

spreading

Código dealeatorización o

scrambling

Señalmoduladora


Tecnología W-CDMA

Códigos de canalización. Spreading.Velocidad de datos variable: Códigos OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor).

Ortogonalidad incluso entre secuencias de diferente longitud.

Al elegir un código (ej. Cch 4,1), hay que anular los códigos pertenecientes a las ramas de las que procede ese código y también los códigos derivados de este.

FDD códigos de spreading de longitud 4,8,16,..., hasta 256.

TDD solamente se utilizan códigos de longitud 1,2,4,8 y 16.

SF = 1 SF = 2 SF = 4

Cch,1,0 = (1)

Cch,2,0 = (1, 1)Cch,4,0 = (1 ,1 ,1 ,1)

Cch,2,1 = (1, -1)

Cch,4,1 = (1, 1, -1, -1)

Cch,4,2 = (1, -1, 1, -1)

Cch,4,2 = (1, -1, -1, 1)


Tecnología W-CDMA

Códigos de aleatorización. ScramblingEnlace ascendente

Todos los canales codificados con códigos de aleatorización. Secuencias código largas si la estación base emplea un receptor Rake. Secuencias código cortas si se utilizan receptores multiusuarios o con cancelación de interferencia.224 códigos largos: secuencias de Gold truncadas a la longitud de trama, generadas a partir de una pareja de secuencias de longitud máxima.

10 ms, 38.400 chips, polinomios primitivos: X25+X3+1, X25+X3+X2+X+1224 códigos cortos: suma módulo 4 de dos secuencias binarias y una cuaternaria. Periodo 255 extendidos a 256, añadiendo un chip 0 al final.

Enlace descendenteSecuencias Gold. 218-1 códigos truncados a 38400 chips.Códigos divididos en 512 conjuntos. (64 grupos de 8). Cada uno tiene:

Un código primario (n = 16*i; i = 0,...,511) y 15 secundarios k: 16*i+k.Cada uno de los 8192 (512*16) códigos tiene asociado un código alternativo derecho y con un código alternativo izquierdo -->24 576


Tecnología W-CDMA

Multitrayecto y recepción en WCDMA despreading

despreadingTC

recuperaciónde la fase

Evaluación de lascaracterísticas

del canal

TCdespreading recuperación

de la fase

Evaluación de lascaracterísticas

del canalCT•2

Σ

Secuencia despreading

Recombinación

Retardadores

TC = período de chip

Utilización de un receptor RAKE para compensar los efectos del multitrayecto.

recepción múltiple (join detection) y con cancelación de interferencia

Valoración dela interferencia

recíproca

Demodulación ycancelación de la

interferenciaSeñal suma

Usuario # 1

Usuario # n


Tecnología W-CDMA

Comparativa entre diferentes sistemas móviles.

WCDMA IS-95 GSMAncho de bandavelocidad de chip

5 MHz CDMA/ 3.84 Mchip/sg

1.25 MHz/ 1.2288 Mchip/sg 200 kHz TDMA

Reutilización defrecuencia 1 ~4 – 18

Traspaso Intra-sistema

Traspaso Soft/softercomunicación

simultanea con varias EBTraspaso soft /softer

Traspaso Hard(antes de una conexión

nueva, libera el canal

TraspasoInter-sistema Traspaso a GSM Traspaso a AMPS

Diversidad enfrecuencia Receptor Rake Receptor Rake Ecualización y

frequency hooping

Control de potencia 1500 Hzambos enlaces

800 Hz (Uplink).C. lento (Downlink) 2 Hz o menor

Búsqueda de celdacanal de

sincronización ycódigos scrambling

Canales defrecuencia

Diversidad detransmisión

Soportada endownlink

Soportada endownlink No soportada


Arquitectura UMTS

Estructura.

Núcleo de red. CN: Core NetworkConmutación, enrutamiento y conexiones a redes externas.

Red de acceso radio UTRAN: UMTS TerrestrialRadio Access Network

Equipo de UsuarioUE: User Equipment.

MSMS

UEUE

BTSBTS BSCBSC

BSBS RNCRNC

3G MSC/VLR

3G MSC/VLR

3G GMSC

3G GMSC

SGSNSGSN GGSNGGSN

UTRAN

E-RANUm

Uu

Iu

Iu

Gb

A

VAS, CAMELWAP, MEXE

USATHLR/AuC/EIR

RPDCP

RTPC

RDSI

X25

Internet

Gestión de Red (NMS)

Dominio CN CS

Dominio CN PS


Arquitectura UMTS

Independencia entre la interfaz radio y el resto del sistema. Red de acceso: AS – Access Stratum.Red de no acceso: NAS – Non Access Stratum

La comunicación entre el AS y el NAS se realiza mediante puntos de acceso al servicio (SAP – Service Acces Points).

NAS: control de llamada,de sesión y de la movilidad

SAP: Service Acces PointControl General (GC):radiodifusión a todos los terminales móviles en un área.Notificación (Nt):difusión a unos terminales específicamente.Control dedicado (DC):establecimiento o liberación de una conexión radio.

GC GCNt NtDC DC

Equipo de UsuarioUE

Red TroncalCNRed UTRA

Capa de acceso

Capa de no acceso

Radio(Uu)

Iu

SAPSCM MM SM CM MM SM

(Non-Access Stratrum)

(Access Stratrum)

Protocolos RadioProtocolos Radioy Protocolos Iu Protocolos Iu


Arquitectura UMTS

UTRAN. Red de Acceso Radio Terrestre UMTS. Principal cambio con respecto a GSMServicio de portadoras de acceso radio (RAB): establecimiento de un enlace entre el equipo de usuario (UE) y el núcleo de red (CN) con unos requisitos de calidad.

RNS: Radio Network System

RNC: Radio Network Controller

Nodo B: Estación Base.Conjunto de células FDD o/y TDD

RNS

RNC

RNS

RNC

Core Network (CN)

Node B Node B Node B Node B

Iu Iu

Iur

Iub IubIub Iub

UE

Uu


Arquitectura UMTS

CN. Núcleo de RedPlataforma básica de todos los servicios de comunicación tanto por conmutación de circuitos como de paquetes.

Release 99.Arquitectura basada en redes GSM/GPRS


Arquitectura UMTS

Núcleo de Red. (CN)Los enlaces de voz, por conmutación de circuitos y datos por conmutación de paquetes, pueden ir incluidos en ATM.Dos capas de adaptación para soportar protocolos UMTS en ATM.

AAL5. Permite transportar un paquete IP (de longitud variable < 65536 bytes) en celdas ATM de longitud fija (53 bytes, 5 bytes de cabecera y 48 de carga).

AAL2. Transporte de los protocolos radio (Iub e Iur) y de los flujos de usuario hacia el servicio de conmutación de paquetes (Iu).

El futuro tiende a una red todo IP.

Interfaces.Interfaz Cu. Interfaz eléctrico entre la tarjeta inteligente de USIM y el ME. Interfaz Uu. Interfaz radio WCDMA. Permite al UE accede a la red fija. Interfaz Iu. Conecta la UTRAN al CN. Interfaz Iur. Conecta RNC y permite “soft-handover” entre RNCs.Interfaz Iub. Este interfaz conecta un Nodo B y un RNC.


Servicios UMTS

Interactividad de imagen y voz ente usuarios.Comercio electrónico a gran escala, operaciones bancarias.Descarga de música y videoclips, compra de entradas, publicidad personalizada a cada usuario. Participación en “chats”, juegos, y ofertas de Internet.Almacenamiento y descarga de información del trabajador con su empresa, etc....

Aplicaciones.

Capacidad multimedia. Aplicaciones con movilidad plena y reducida en diferentes entornos.Acceso eficaz a Internet, a redes Intranet y a otros servicios basados IP.Transmisión vocal de alta calidad, comparable a la de las redes fijas.Portabilidad de los servicios en distintos entornos UMTS (público/privado/negocios; fijo/móvil).Funcionamiento en entorno integral sin solución de continuidad con redes GSM.Itinerancia total. Control del servicio y gestión de la localización y de la movilidad.

Servicios al usuario

144 Kbit/s384 Kbit/s2 Mbit/s

Tasa de bits.

Cobertura básica, rurales/suburbanos, vehículos a gran velocidad, exteriores.Cobertura ampliada, urbana, vehículos en movimiento, exteriores.Áreas puntuales, urbanas, céntricas, velocidad de marcha, interiores.

Tipo de cobertura.


QoS: Quality of Service

Parámetros QoS.Retardo en el establecimiento de la conexión:

Autentificación, enrutado, sincronización de los elementos de la red, etc.

Probabilidad de bloqueo: Carencia de recursos en el plano de usuario o de red.

Ancho de banda efectivo: Medida de la utilización de recursos.

Clases QoS.

SIVariableGrande

Tiempo no real

DIFERIDO(BACKGROUND)

SIVariable

ModeradoTiempo no real

INTERACTIVO

SIConstanteno mínimo

Tiempo real

AFLUENTE (STREAMING)

GarantizadaSIMÉTRICOBidireccionalNOFijo Mínimo

Tiempo RealCONVERSACIONAL

Tasa de bitTipo de tráficoBufferingRetardoClases de QoS

ASIMÉTRICOUnidireccional

ASIMÉTRICOBidireccional

ASIMÉTRICOBidireccional

Garantizada

NOGarantizada

NOGarantizada

VozVideoteléfono

Ejemplo

AudioVídeo

WEBLocalización

E-maildescarga

datos


Arquitectura QoS

Servicios transportados por portadoras.Estas a su vez son servicios que dan QoS a las conexiones. Parámetros para determinar el QoS de un servicio de portadora en UMTS:

Tasa máxima de bit y Tasa de bit garantizada (kbps).Retardo de transferencia permitido (ms). Negociabilidad de la clase de QoS


Arquitectura QoS

Gestión de los servicios portadores.

Clasificación del servicio solicitado

Inicio establecimiento de la portadora

establecimiento de requisitos

Transferencia de datos


Capacidades de servicio

Servicios independientes de la tecnología. (p.ej. GSM, GPRS, UMTS), API: Application Programming Interface. Uso de interfaces comunes. APIS definidas en UMTS.

Servidor WAP/Portal WAP: proporciona un navegador al usuario. WMLServidores de Localización: proporcionan a otras capacidades de servicio la posición del UE. Basado en el ID de la célula, diferencia de tiempo en DL de varias células (OTDOA-IPDL), receptor GPS integrado...MexE. Entorno de Ejecución de Aplicación de Estación Móvil: proporciona información de las características del terminal para tratar información. Java?USAT. UMTS SIM Application Toolkit: proporciona herramientas para la gestión de la tarjeta SIM.CAMEL. Aplicaciones Personalizadas para Lógica Avanzada de Red Móvil: Red inteligente. Incluye numerosos servicios que pueden utilizar los usuarios.VHE. Entorno Virtual Local: Permite el acceso a los servicios suscritos y personalizados con independencia de la red y el terminal

Release 4 y 5. OSA (Arquitectura de Servicio Abierto).Interfaz abierto y común que asegura un punto centralizado y común de creación de servicios, el SCE (Entorno de Creación de Servicios).


Terminales 3G

Arquitectura.

USIM. UMTS Subs. Ident. Mod.Identificación, autenticación y almacenamiento de información.

Tarjeta Impresa Integrada Universal (UICC).

TE. Terminal EquipmentProporciona las funciones de aplicación de usuario final.

TA: Adaptación de Terminal.

ME. Mobile EquipmentFunciones del plano de control y de la portadora UMTS.

MT: Terminación Móvil.NT: Terminación de Red.RT: Terminación de RadioTu: Conecta UTRAN y CN

Interfaz Cu. Conmutación y enrutado

Componente UE Correspondencia en la redME Toda la red UMTSTE El equipo par en la conexiónMT Sistema UMTSNT Núcleo de RedRT UTRAN


Terminales 3G

Tipos de Terminal.Domino de trabajo.

Conmutación de circuitos.Conmutación de paquetes.Conmutación de Circuitos y de Paquetes.

Tipo de MT. MT de radiomodo único. (p.e. WCDMA-FDD)MT multimodo radio. (UMTS, GSM) MT de red única. PS,CS o PS/CSMT multired. CN UMTS y GSM NSS.

Tipo de modelo del terminal. Terminal clásico. Telefonía, datos de baja velocidad, GSM o WCDMA.Modo dual. Accesos GSM y WCDMA.Terminal multimedia. Combinación teléfono celular y ordenador portátil.Terminales especiales. Propósito o equipo específico. domótica o GPS.

Capacidades del terminal.Marca de clase de la estación Móvil. UMTS clase 2 y 3.

Interfaz de usuario. Videocámaras, monitor color, Sistemas operativos, conexiones, ampliaciones...


Suscripción-USIM

Suscripción a la Red.Separada del MEInformación del abonado en la USIM y en el HLR.

USIM.Alojada en una Tarjeta Impresa Integrada Universal (UICC).Parámetros accesibles y actualizables por la red a través del enlace radio.Datos almacenados:

Administración: son datos fijos asignados por el fabricante y el operador, como el IMSI o la información de la clase de acceso.

Datos temporales de la red: información de gestión de la movilidad, como la identidad de la zona en que se encuentra el terminal o el TMSI.

Datos relacionados con el servicio: sobre disponibilidad y permiso de acceso a servicios y sus datos internos.

Aplicaciones: almacenamiento de aplicaciones de servicios específicos.

Personal: datos almacenados por el usuario, como SMS, agendas, etc.


Evolución UMTS

Concepto fundamental en UMTSEvolución técnica. Correspondiente a los elementos de la red, y a la tecnología de los mismos.Evolución de red. Incluidos los cambios en la funcionalidad de la misma.Evolución de servicios: Basada en la demanda de los usuarios de la red, y la capacidad para cubrirla.

3GPP especificaciones.GSM Phase I (GSM original) Doc. Versión 3.X.YGSM Phase II (DCS1800) Doc. Versión 4.X.YRelease 96 (HSCSD) Doc. Versión 5.X.YRelease 97 (GPRS) Doc. Versión 6.X.YRelease 98 (EDGE) Doc. Versión 7.X.YRelease 99 (W-CDMA) Doc. Versión 3.X.Y

Interoperabilidad con GSM, Mejora Red Inteligente (IN), CAMELCS, para 2G y 3G. Cambios importantes en el SGSNNuevos servicios no existentes en GSM, (localización) ...


Evolución UMTS

Release 4 (N-TDD) Doc. Versión 4.X.Y 2001Introduce separación de conexión, control y servicios para CN CS.

MGW (Media Gateway), Pasarela de Medios. Servidor MSC: controla varias MGWLa llamada en CS pasa al dominio de PS a través de la MGW.Voz por conmutación de paquetes (Voice Over IP, VoIP)El Sistema Multimedia IP (IMP) interviene en el dominio de CS y PS.

Home SubscriberServer

MSMS

UEUE

BTSBTS BSCBSC

BSBS RNCRNC

MGWMGW

SGSNSGSN GGSNGGSN

UTRAN

GERANUm

Uu

Iu

Dominio CN CS

Dominio CN PS

HSSHSSVAS, CAMELWAP, MEXE

USAT

RPDCP

RTPCRDSI

IP Multimedia

Gestión de Red (NMS)

MGWMGW

Servidor MSCServidor MSC

SubsistemaMultimedia IP


Evolución UMTS

Release 5 (HSDPA) Doc. Versión 5.X.Y 2002Todo el tráfico de la UTRAN se basa en IPIMS. Servicios multimedia IP (IPv6), Conexión de sesiones múltiples. HSPDA (High Speed Downlink packect Data)

Data rates > 10 Mbits/sAdaptative Multi-Rate (AMR) codec, TDM y CDM, 16 QAM, Hybrid ARQ

MSMS

UEUE

BTSBTS BSCBSC

BSBS RNCRNC

SGSNSGSN GGSNGGSN

UTRAN

GERANUm

Uu

IuDominio CN PS

HSSHSSVAS, CAMELWAP, MEXE

USAT

RPDCP

RTPCRDSI

IP Multimedia

Gestion de Red (NMS)

SubsistemaMultimedia

IP

IP/ATM

IP/ATM

IP/ATM


Evolución UMTS

Release 6 Doc. Versión 6.X.YIMS. (fase II)Armonización 3GPP y 3GPP2, WLAN –UMTS interworkingMIMO, OFDM ….

Estrategias:Mayor separación entre el plano de usuario y el de control.Red basada en conmutación de paquetes.Transparencia en las tecnologías de acceso.

Servicios:Servicios basados en localización.Separación de usuarios: comerciales, privados y privados con necesidades específicas.

4ª generación. ITU- R (WP8F), ITU-T (SSG), WWRF, mITF.Desarrollo hacia el año 2010, despliegue al 2015.

Integración y convergencia de redes. WAN, PAN, LAN, celular, fijas,…Nuevas tecnologías radio o evolución?. Velocidades binarias muy elevadas. 10-100 Mbits/s 1 Gbit/s.


UTRAN. Red de Acceso Radio de UMTS

Arquitectura de la UTRANCambios importantes debido al uso de la tecnología WCDMA.Subsistemas de red radio (RNS), con varias estaciones base o Nodos B y un único controlador de red radio (RNC).

RNSRNS

BSBS

BSBS

RNCRNC

UEUE

UEUE

RNSRNS

BSBS

BSBS

RNCRNC

UEUE

UEUE

UEUE

IuUu

Iur

Dominios del Nucleo de Red:Conmutación de Circuitos yConmutación de Paquetes

Nodo B

Iub


UTRAN

Controlador de red radio (RNC).Elemento de control y conmutación de la UTRAN

Dos áreas: Gestión de recursos radio de la UTRAN (RRM): algoritmos que permiten, garantizar la estabilidad y el QoS de las conexiones radio.Funciones de control de la UTRAN: relativas al establecimiento ymantenimiento de las portadoras radio (RBs).


UTRAN

Nodo BAsegurar el establecimiento de los canales físicos de acceso radio WCDMA, y la transferencia de información en éstos a partir de los canales de transporte

Puerto de datos RACHPuerto de datos RACH

Puerto de datos FACHPuerto de datos FACH

Puerto de datos CPCHPuerto de datos CPCH

Puerto de datos PCHPuerto de datos PCH

Puerto de ControlNodo B

Contextos de Comunicación. Nodo B

DSCH

DCH

Puerto de Control de la Comunicación

IubCélula

Célula

Célula

Célula

Célula

Uu

TRXCanales de Transporte

Canales Físicos TRXCanales de Transporte

Canales Físicos TRXCanales de Transporte

Canales Físicos

TTP: Puntos de Terminación de

Tráfico

Transporte Común

ID: Identificador

Portadoras


Capas de la Interfaz Radio

Capa de redCapa de enlaceCapa física

Protocolos adicionales para el dominio PSPDCP. Posibilita el transporte de paquetes IPBMC. Servicios de difusión de mensajes

Canales físicos

Diferentes para los dos planos


Capa de Red

RRC: Protocolo de control de recursos radio.Control de la señalización entre UTRAN y el UE, Parámetros para establecer, modificar y liberar las entidades de losprotocolos de niveles inferiores.

Difusión de la información del sistema.Aviso y notificación.Selección inicial de la célula y reselección en modo ausente.Establecimiento, mantenimiento y liberación de las conexiones RRC entre UE y UTRAN.Control de las portadoras de radio, canales de transporte y canales físicos.Control de las funciones de seguridad (cifrado y protección de la integridad).Protección de la integridad de mensajes de señalización.Control y realización de informes sobre medidas. Funciones de movilidad de la conexión RRC.Soporte de la reasignación SRNS.Control de potencia en bucle cerrado del enlace descendente.Control de potencia en bucle abierto.Funciones relacionadas con los servicios de difusión celular.

Funciones.


Capa de Red

Estados del servicio RRC.Modo aislado y modo conectado.

UE en modo aislado al encenderse.

•Selecciona una célula.•Sintoniza el canal de control.

El terminal recibe información de la red, pero esta no tiene información del UE

UE pasa al modo conectado.Cuando realiza una petición de conexión RRC.

•Localizado en la célula o en de área de registro. (URA)


Capa de Enlace de datos

MAC

Canales Transporte

RLC

Canales Lógicos

BMC

PDPC

Portadoras Radio del Plano de Usuario

Portadoras Radio de Señalización

Capa 2

Funciones del nivel: las correspondientes a las diferentes subcapas.Dos capas adicionales en el plano de usuario

Compresión y descompresión de la información de control de protocolo.Transferencia de datos de usuario. Multiplexado de portadoras radio en una entidad RLC.

PDPC (Protocolo de convergencia de paquetes de datos)

Almacenamiento de mensajes de difusión.Supervisión del volumen de tráfico y petición de recursos de radio para CBS. Programación y Transmisión de mensajes multidifusión al UE.Entrega de mensajes de difusión celular a la capa superior

BMC (Protocolo de Control de Difusión)


RLC (Control de Enlace Radio)

Arquitectura: Modos de funcionamiento.Modo transparente: Entidad emisora y receptora. Transmite las PDUs de los niveles superiores sin añadir información de protocolo. Modo afluente.Modo sin confirmación: Dos entidades: emisora y receptora. No emplea protocolo de retransmisión, y no garantiza la entrega de los datos. Los errores se detectan mediante las cabeceras.Modo con confirmación: Corrección de errores mediante ARQ, estando controlado el número de retransmisiones por la capa 3.

Servicios.Establecimiento y liberación de conexiones.Transferencia de datos en modo transparente, con y sin confirmación.Establecimiento de la calidad del servicio y notificación de errores.

Funciones.Segmentación y concatenación de PDU’s en Unidades de Carga (Pus)Relleno, transferencia de datos y control de flujo.Detección y corrección de errores, Cifrado en los modos son y sin confirmación.…


MAC (Control de Acceso al Medio)

Servicios.Ofrece servicios a la subcapa RLC mediante canales lógicos, proyectados a los canales de transporte de la capa física:Transferencia de datos sin confirmación o segmentación, reasigna los recursos radio y realiza informes de medidas.

Funciones.Multiplexar/Demultiplexar PDU’s hacia/desde la capa física en canales.Supervisión del volumen de tráfico, Cifrado en modo transparente,…

ArquitecturaMAC-b.Tratamiento del canal BCH1 en UE y 1 por célula

MAC-c/sh.PCH, FACH, RACH, CPCH, DSCH. 1 en UE y 1 por célula en RNC

MAC-d.Controla, DCH. 1 en UE y 1 en UTRAN


Canales lógicos.

Canales de control (CCH). Información en el plano de control

BCCH (Broadcast Control) BS MS. Información de la red y la celda.

PCCH (Paging Control) BS MS. Avisos de llamada a los UE no localizados.

CCCH (Common Control) BS MS. Información de control entre red y usuarios en la célula sin conexión RRC. Incluye petición de acceso al servicio y mensajes de respuesta.

DCCH (Dedicated Control) BS MS. Información de control entre red y usuarios con conexión RRC.

SHCCH (Shared Control) BS MS. Para canales compartidos. Modo TDD.

Canales de Tráfico (TCH) Información en el plano de usuario

DTCH (Dedicated Traffic) BS MS. Información y servicios dedicado (punto a punto) a un UE.

CTCH (Common Traffic) BS MS. Transferencia de datos de usuario hacía un grupo de terminales. Servicios Punto Multipunto (SMS)


Canales de Transporte.

Transporte de información entre el nivel físico y los niveles MAC. TFI, (Indicador de Formato de Transporte).La capa física combina información TFI de varios canales de transporte en el TFCI, (Indicación de Combinación del Identificador de Transporte).

Los TFCI se transmiten para informar al receptor de cuáles son los canales de transporte activos en la trama actual.

Canales de dedicados. En TDD (además ODCH y FAUSCH)

DCH (Dedicated) BS MS. Transmisión de información a un UE.

Canales comúnes En TDD (además ORACH, SCH y USCH)

BCH (Broadcast) BS MS. Información del sistema y de la célula.

FACH (Fast Access) BS MS. Información a terminales ubicados.

PCH (Paging) BS MS. Información de aviso por una célula o varias.

RACH (Random Access) BS MS. Acceso de un terminal a la red.

CPCH (Common Packet) BS MS. Tráfico de paquetes compartido.

DSCH (Descendent Shared) BS MS. Paquetes compartidos de usuario o control. Asociado a un DCH


Capa Física

Funciones.Codificación de la información y detección de errores.Multiplexación y adaptación de la velocidad de de las comunicaciones.Ensanchamiento del espectro y modulación.Medición de los parámetros de radio y control de potencia.

DS-CDMA3.84 Mchip/s / 5 MHzBPSK en enlace descendente/ QPSK en el enlace ascendente.Convolucional o por turbo códigoBucle abierto, bucle cerrado interno y bucle cerrado externo.Receptor Rake, diversidad de antena, diversidad de transmisiónIntermodo, intramodo, intersistema, con/sin continuidad y softer.10 ms con 15 time-slots, cada una con 2/3 ms, 38400 chips

Técnica de acceso radio.Tasa de Chip/Ancho de bandaModulación.Codificación Control de potenciaDiversidad.Traspasos.Trama

Principales Características

Estructura de Trama.Tramas numeradas con SFN. Identificador de número de Trama


Canales físicos.

Soporte físico para el envío de información por la interfaz aire (Uu).Frecuencia de portadora, código de scrambling y de spreading, estructura de trama y de ráfaga, y por la fase relativa (0, π/2) para el enlace ascendente.

Canales dedicados. DPCH (Dedicated Physic) BS MS. DPDCH: Canales de datos para transmitir la información concreta DCH.DPCCH: Un único canal de control asociado a los anteriores en una conexión

Enlace descendente. Modulación BPSK. DPDCH y DPCCH multiplexados en el tiempo. Con más de un DPDCH sólo se envía uno de control por conexión.

Piloto. Secuencia estimación del canal radio

TFCI. Formato de transporte

TPC. Control de potencia en bucle cerrado

Nºde bits. En función del factor de ensanchamiento (SF: 4 - 512).


Canales físicos.

Canales dedicados.

Piloto. Secuencia estimación del canal radio

TFCI. Formato de transporte

FBI. Si BS diversidad de transmisión

TPC. Control de potencia en bucle cerrado

Nºde bits. • Para DPDCH en función del factor de

ensanchamiento (SF: 4 - 256). • Para DPCCH. SF = 256, 10 bits por slot

F o rm a toS lo t # i

T a sa B in a riad e l C a na l

(kb p s )S F B its /

T ra m aB its /S lo t N datos

0 1 5 2 5 6 1 5 0 1 0 1 01 3 0 1 2 8 3 0 0 2 0 2 02 6 0 6 4 6 0 0 4 0 4 03 1 2 0 3 2 1 2 0 0 8 0 8 04 2 4 0 1 6 2 4 0 0 1 6 0 1 6 05 4 8 0 8 4 8 0 0 3 2 0 3 2 06 9 6 0 4 9 6 0 0 6 4 0 6 4 0

Enlace ascendente. Ambos canales multiplexados en I y Q. DPDCH por el I y el DPCCH por el Q. Con más de un DPDCH los canales se van alternando


Canales físicos.

Canales comunesPRACH (Random Physics Access) BS MS. Lleva el canal transporte RACH.

AICH (Acquisition Indication) BS MS. Respuestas al PRACH.

PCPCH (Physics Common Packet) BS MS. Lleva el canal CPCH.

AP-AICH (Access Preamble- ) BS MS. Respuestas al acceso de CPCH.

CD/CA- AICH (Collision Detection- ) BS MS. Respuesta colisión de CPCH

CSICH (CPCH State Identifier) BS MS. Indicador de estado del CPCH.

PICH (Paging Indication) BS MS. Indicadores para leer el PCH.

PDSCH (Physics Descendent Shared) BS MS. Lleva el DSCH, compartido.

CPICH (Common Pilot) BS MS. Piloto de referencia de potencia y fase.P-CPICH (Primary - ). Único por célula, Cch,256,0 Referencia de fase SCH ...S-CPICH (Secondary- ). Cualquier código, referencia de fase DPCH ....

P-CCPCH (Primary Common Control Physics) BS MS. Lleva BCH.

S-CCPCH (Secondary -) BS MS. Lleva los canales FACH y PCH.

SCH (Synchronisation) BS MS. No asociado a SCH de transporte. Secuencia de sincronización primaria de 256 chips (P-SCH) y 15 códigos secundarios (S-SCH)


Sincronización

Búsqueda de célula y Sincronización.El SCH transmite el código de sincronización primario (PSC), único para todo el sistema, y la combinación de códigos de sincronización secundarios (SSCs), una de las 64 posibles, que identifican la celda en la que nos encontramos.

Sincronización de slot.El UE emplea el código primario para obtener la sincronización de slot de la célula, mediante un filtro adaptado.

Sincronización de trama e identificación del grupo de código.Con el código de sincronización secundario del SCH se identifica el grupo de código de la célula, mediante correlación de la señal recibida con todos los posibles códigos de sincronización secundarios (64) . Se obtiene también la sincronización de la trama.

Identificación del código de aleatorización: Mediante correlación símbolo a símbolo sobre el CPICH con todos los códigos dentro del grupo de códigos identificados en el paso anterior. Una vez que el código de aleatorización ha sido identificado, el CCPCH puede ser detectado, y por tanto, puede leerse la información del BCH.


Correspondencia entre canales.

Enlace descendente

Canales de transporte en canales físicos.

Canal Lógico C. TransporteBCCHPCCHCTCHCCCHDCCHDTCH

BCHPCH

FACHFACH

FACH DCH DSCHFACH DCH DSCH

Enlace ascendente

Canal Lógico C. TransporteCCCHDCCHDTCH

RACHRACH DCH CPCHRACH DCH CPCH

Canales lógicos en canales transporte

Enlace descendente

C. Transporte Canal FísicoBCHPCH

FACHDCH

DSCH

P-CCPCHS-CCPCHS-CCPCH

DPCCH DPDCHPDSCH

Enlace ascendente

C. Transporte Canal FísicoRACHDCH

CPCH

PRACHDPDCH DPCCH

PCPCH

No asociados CPICH SCH AICH AP-AICH CD/CA-ICH CSICH PICH


Generación de forma de onda

Adición del CRC. Para la protección contra errores. 0, 8, 12, 16 o 24 bits.Concatenación de los bloques del intervalo de transmisión (TrBks).

Si las secuencias superan el máximo (504 bits para convolucionales o 5114 en los turbo códigos), se fragmentan en bloques de igual longitud.

Codificación de canal.Ecualización trama.

E. ascendente.

1er entrelazado.Se escriben en filas, número de columnas dependiente del TTI (Intervalo de Transmisión: 1,2,4 u 8 tramas). Se reordenan las columnas y se lee por filas.

Segmentación de tramas radio.Adaptación de velocidad. Repitiendo o eliminando bits.Multiplexación de canales de Transporte.

Dando lugar a CCTrCH (Canal de Transporte de Código Compuesto).Inserción de bits de transmisión discontinua, DTx.Segmentación en canales físicos. Entran X, P canales físicos, U bits por canal2º entrelazado. Se escriben por filas, se reordenan y se leen por columnas (30).Proyección sobre el canal físico.

C. Transporte CodificaciónBCH PCH RACH

CPCH DCH DSCH FACHCPCH DCH DSCH FACHCPCH DCH DSCH FACH

ConvolucionalConvolucionalTurbo código

Sin codificación

Tasa1/2

1/3 o 1/21/3


Ensanchamiento

Canalización. El ensanchamiento se debe a la canalización.

En el E. ascendente separa canales de datos de los de control de un usuario. En el descendente separa las transmisiones a los usuarios en una célula

Aleatorización.En el enlace ascendente separa los diferentes terminales de usuarios. En el descendente reduce la interferencia entre células.

Los códigos de aleatorización son distintos para cada uno de los enlaces.Existen 512 códigos primarios y 15 secundarios para cada uno de ellosCada código tiene asociado dos códigs alternativos, derecho e izquierdo.

Se utilizan en el denominado modo comprimido, realización de medidas de otras células.

A cada célula se le asigna un código 1ario, de forma que el canal CCPCH transmite con ese código y el resto de canales con el 1ario o con el 2ario


Ensanchamiento

Enlace ascendenteEl mismo procedimiento para los canales DPCH, PRACH y PCPCH.

El canal DPCCH se multiplica por un código Cc.Los canales DPDCH por un código Cd,n.Multiplicación por factores, βc para el DPCCH, βd para los DPDCH.Suma de algunos canales para Secuencia I.Suma de los demás para la Q. Se suman estas con parte real y parte imaginaria.Aleatorización de las secuencias.


Ensanchamiento

Enlace descendenteEl mismo procedimiento para todos los canales excepto para SCH.

Secuencia al conversor Serie/paralelo.Bits pares en la rama I e impares en la QMultiplicación por el código de canalización, Suma de las dos ramas con parte real e imaginaria.Aleatorización de las secuencias.

PrimarioSCH

SecundarioSCH

256 chips

2560 chips

Trama radio SCH 10 ms

acsi,0

acp

acsi,1

acp

acsi,14

ac p

Slot #0 Slot #1 Slot #14 I+jQ

P-CCPCH S

→P

Cch

P-SCH

S-SCH

*j

Gp

Gp

I+jQ

S

→P

Csch

I+jQ

S

→P

Cp

*j

Gp

Para los canales SCH.

*jP-CCPCH


Modulación

QPSKPara evitar interferencia a 1,5 KHz en el enlace ascendente su banda base consiste en dos modulaciones BPSK independientes.

En el eje I van los datos a transmitir (DPDCH)En el Q, la información de control (DPCCH).

Tras la aleatorización la señal vuelve a estar modulada en QPSK

Separación de la secuencia compleja a la entrada por un lado la parte real y por otro la imaginaria.Conformación del pulso coseno alzado con factor de roll-off de 0.22.Multiplicación de la parte real por la portadora en fase. La parte imaginaria por la portadora en cuadratura.Suma de ambas señales.


Evaluación de Handover, control de potencia en lazo abierto, cálculo de pérdidas de camino, selección, reselección de celda, localización.

CPICH RSCP: potencia recibida en un código medida en el canal CPICHP-CCPCH RSCP: Potencia recibida en un código en un PCCPCH (TDD).

SIR: Relación señal-interferencia. En el DPCCH

UTRA carrier RSSI. (GSM carrier RSSI). Potencia en un canal downlink.CPICH Ec/No. Energía de chip por densidad de potencia de la banda.Transport channel BLER. Tasa de error de bloque de canal de trasporte.Potencia de Tx del terminal. Entre –50 y +33 dbm.Diferencias de tiempo observadas

SFN-CFN (RX-TX), SFN-SFN (dos celdas), Rx-Tx, en celda GSM. UE GPS

Medidas en el terminal móvil

2SF

ISCPRSCPSIR ×=

RSCP (Received Signal Code Power) ISCP (Interference Signal Code Power)

sobre los bits de piloto del DPCCH. Período de medida: 80 msRango: –11 a 20 db.


RSSI: Potencia recibida en el ancho de banda: -112 a -50 dBmRSCP: Potencia recibida en un código en un DPCH, PRACH,PUSCH (TDD)Timeslot ICSP: Interferencia en un timeslot para TDDSIR: Relación señal-interferencia. En el DPCCH.

Se cálcula de manera similar al terminal móvil.

Potencia de Portadora trasnmitida. Relación con la potencia total 0-100%Potencia de código transmitida. Potencia en un código de canalización con un código de aleatorización en una portadora radio. -10 a 46 dBmTransport channel BER. Tasa de error del DPDCH. 0 a 1Physics channel BER. Tasa de error del DPCCH.Rx Timing Deviation. Tiempo entre inicios de transmisión y recepción.Round Trip Time (RTT). Retardo del interfaz aire en chips.UTRAN GPS Timing. Medida para servicios de localización con GPS.Retardo de propagación PRACH/PCPCH.Preaámbulos reconocidos PRACH/PCPCH.

Medidas en UTRAN


Utiliza el protocolo RRC (Control de Recursos Radio)Se realiza tanto en UE como en RNC.

Traspasos. (Handover)Permite la movilidad a través de la RedLa decisión se realiza a iniciativa del UE o de la UTRAN.Criterios: Mejorar la calidad de una conexión, disminuir el nivel de interferencia, delimitar la zona de cobertura, evitar la congestión, acceder a servicios FDD y TDD.

Control de potencia.Reducir la interferencia intracelular y el efecto cerca-lejos.La potencia de cada transmisor se ajusta al nivel mínimo necesario para garantizar una determinada Calidad del Servicio (QoS).Se utiliza en ambos enlaces. En el ascendente se intenta igualar la potencia recibida de todos los terminales móviles.

Funciones de control de la UTRAN.Difusión de información del sistema: System information

Identificación de célula, control de potencia, calidad, tráfico, ...

Gestión de recursos radio


Modos de traspaso. (Handover)Traspasos intramodo: Entre dos portadoras FDD o TDD.

Se basa en la medida de EChio/N0 realizada desde el canal CPICH.

Traspasos intermodo: Para pasar del modo TDD al FDD o viceversa. Medidas sobre el nivel de potencia de las células TDD que están en el área.

Traspasos intersistema: paso de una red 2G a otra 3G, o entre redes 3G.

Procedimiento de traspaso.Medición. El UE mide el nivel de la señal de las células adyacentes.

Potencia recibida en un código y la potencia total en un canal de radio. Detecta los sincronismos de la célula y obtiene su código de aleatorización.

Decisión. Mantener la calidad de servicio y minimizar los traspasos.Algoritmos que evalúan la QoS de la conexión comparándola con la mínima. Decisión tomada por la red: NEHO (Network Evaluated Handover). Decisión tomada por el terminal móvil: MEHO (Mobile Evaluated Handover).

Ejecución. Tres formas.Con continuidad, sin continuidad y softer.

Traspasos


Decisión.Basada en las medidas y en los criterios de los algoritmos de traspaso.

Umbral superior: nivel máximo de potencia de la comunicación que el sistema admite en relación al QoS fijado.Umbral inferior: mínimo nivel para el cual se puede garantizar la QoS.Margen de traspaso: indica el punto en el que el algoritmo considera que el nivel de la señal recibida desde la nueva célula supera al de la actual.Conjunto activo: es la relación de todas las células por las cuales un terminal de usuario tiene acceso simultáneo a la UTRAN.

Traspasos


Ejecución.Hard Handover. Sin continuidad.

Se libera la primera conexión antes de establecer la nueva.Interfrecuencia.IntrafrecuenciaIntersistema (Modo Comprimido)

Soft Handover. Con continuidad. Conexión simultanea con varias BS.En el UL. se combinan en el RNC.En el DL las señales se combinan en el receptor RAKE.

Softer. Con continuidad Entre sectores de una misma BS. Se transmite a través de un sector.Se recibe en varios sectores, combinando las señales en un receptor RAKE.

Traspasos

Frecuencia 1

Frecuencia 1

Frecuencia 2

GSMWCDMA

Célula 1

RNCRNC

Célula 2

Sector 1

RNCRNC

Sector 2


En bucle abierto. El terminal de usuario realiza una estimación del nivel de la señal, midiendo la potencia de la señal recibida desde la estación base en el DL.Estimación de la atenuación sufrida por la señal y ajuste del nivel de potencia de transmisión inversamente proporcional a la recibida.

No es útil en FDD (desvanecimientos rápidos e independientes DL y UL).Se utiliza para estimar el valor inicial de la potencia transmitida.

En bucle cerrado interno. Contrarrestar el efecto de los cambios rápidos que se produzcan en el nivel de señal. Control de potencia rápido. 1500 veces por segundo

En el DL la BS realiza estimaciones de la SIR y la compara con un objetivo.Si es mayor, la BS envía una solicitud al UE para que disminuya la potencia; y si es menor que un mínimo, la BS indica al UE que aumente la potencia.

En bucle cerrado externo. Mantener el nivel mínimo de SIR para el mecanismo de control de potencia en bucle interno dentro de un nivel de calidad apreciable.

RNC puede definir los niveles permitidos de potencia de la célula y la SIR

Control de Potencia


Cada UE que accede a la red genera una interferencia en la red. El AC decide cuándo puede aceptarse una nueva conexión.

El algoritmo comprueba la carga existente en el sistema y el incremento de la misma que provocaría el nuevo usuario. En DL y UL.

Si la nueva carga en alguno de ellos se eleva por encima del máximo fijado para garantizar el servicio no se admite al usuario.La forma más habitual de calcular la carga se basa en la potencia total.

En la planificación de la red se establece un nivel máximo de SIR. El parámetro que mide esto es el Margen de Interferencia, cantidad que indica el nivel incrementado de ruido (Noise Rise) en una célula. Este parámetro está relacionado de forma logarítmica con el inverso de Factor de carga. A partir de un factor de carga del 70 % el ruido de interferencia se incrementa rápidamente. La red suele dimensionarse con un factor del 50%,

Control de carga: se ocupa de evitar que la carga supere el límite. Medidas: Traspasos, disminuir la tasa binaria, reducir el tráfico de paquetes, denegar peticiones de incremento de potencia, o reducir la relación Eb/N0.

Control de Admisión


Control y la gestión de las portadoras radio (RBs), para asegurar el servicio de portadoras de acceso radio, (RAB).Difusión de información de sistema: (system information).

• Identificación de célula: ID de célula, de área de localización y enrutamiento.• Control de potencia: niveles permitidos en UL y DL• Relativa al traspaso: parámetros de calidad de la conexión y el tráfico • Relativa al entorno: información sobre células adyacentes.

El RNC, a través de los Nodos B mediante el BCH (SIB 10 por FACH).• Bloque de información maestro (MIB: Master Information Block): contiene

información de referencia y planificación de SIBs y SBs dentro de una célula.• Bloques de información de sistema (SIB: System Information Blocks).• Bloques de planificación (SB: Scheduling Blocks).

Acceso y gestión de conexión: El RNC se encarga de crear una portadora radio de señalización (SRB).

Necesidad de una conexión de señalización previa entre el UE y el CNEl RNC analiza las características de la portadora solicitada y evalúa los recursos necesarios, a fin de activar y configurar los canales de radio.

Funciones de Control UTRAN


Localización. Localización del usuario en la estructura lógica de la red. Posición. Posición geográfica del usuario en el área de cobertura.

Identidades y direccionamiento de usuarios.IMSI. Identidad de Abonado Móvil Internacional. Almacenada en la USIM.MSIDSN. Número de ISDN de Abonado Móvil. Contexto PDP. Protocolo de Paquetes de Datos: IP dinámica o estáticaTMSI. Identidad de Abonado Móvil Temporal. Se almacena en el VLR P-TMSIs. Identidades de Abonado Móvil Temporales de Paquetes. En SGSN

Gestión de movilidad (MM).


Estructuras de Localización. LA. Área de Localización. Identificador: LAI (difundido por Canal BCH)RA. Área de Enrutamiento. Subordinada a la LAURA. Área de Registro de UTRAN. Enrutamiento de tráfico y control de recursos.Célula. Identificador de Célula (CI). Llega al UE por el System Information



Modelos de estado. En Conmutación de circuirtos (CS).

Desconectado: invisible para la red.Idle: se conoce la LA del terminal.Activo: se conoce la célula.

En Conmutación de paquetes (PS).Estados en Gestión de Movilidad de Paquetes (PMM) los mismos que en CS.Cambia el proceso de paso de un estado a otro



Gestión de conexión. En Conmutación de circuitos. Fase I. Se comprueban los números, el que llama y el que recibe la llamada, y se decide si deben aplicarse restricciones.Fase II. Necesidades y restricciones de enrutamiento según el número llamado. Criterios de tasación. Se establece la llamada.Fase III. Se liberan todos los recursos tras finalizar la llamada.

El control de llamada basa sus acciones según el tipo de llamada:Llamada normal (de voz), llamada de emergencia y llamada de datos.

Gestión de sesión. En Conmutación de paquetes. Estado Inactivo.

Estado Activo.

Los atributos relacionados con una sesión de paquetes de datos son gestionados como contexto PDP, definido en el UE y el GGSN.

Gestión de comunicación (CM).

No es posible la transferencia de paquetes Información de enrutamiento ni válida.

Puede efectuarse transferencia de paquetes, la información de enrutamiento está definida.


Varios tipos.Basada en el tiempo.Basada en el volumen de datos.Basada en el QoS.

Nuevos requerimientos. Información detallada acerca de cada paso de la llamada.Mayor control del fraude en la comunicación entre redes.Control del coste del servicio por parte del abonado (prepago y postpago).Facturación desglosada lo máximo posible.

Registro Detallado de Llamada (CDR).Datos relacionados con los recursos utilizados en la transferencia:

Número destinatario de la llamada, identidad del terminal, parámetros de QoS, recursos 3G empleados...

Cada CDR debe disponer de una identidad única a fin de poder ser identificado durante un periodo de al menos 3 meses.

Dependerá de las exigencias gubernamentales.

Tasación.


Seguridad de acceso a la red.Autenticación de los usuarios finales del sistema.Confidencialidad de las transmisiones de datos y llamadas de voz.Privacidad de la localización del usuario.Disponibilidad del acceso a la red.Fiabilidad del funcionamiento de la red a través de la integridad de la señalización de la red de radio.

Autenticación mutuaRed Servidora (SN) comprueba la identidad del usuario mediante interrogación y respuesta.El terminal de usuario también comprueba que el SN posee autorización de la red local para realizar la comprobación de seguridad.

Clave maestra K de 128 bits. conocida por la USIM y la la red local.Se utilizan derivaciones de ella, con idéntica longitud, en cada autenticación.Claves temporales CK e IK, incluidas en el vector de autenticación, siendo transmitidas al RNC al comenzar las operaciones de encriptado e integridad.

Identidades temporales. TMSI en CS, o P-TMSI en el PS.

Seguridad en UMTS.


Encriptado. En el terminal de usuario y en el RNC por parte de la red.Algoritmo único que requiere la clave de cifrado CK, transmitida en un mensaje RANAP denominado comando de modo seguro.

Protección de la integridad de la señalización RRC. Autenticar los mensajes individuales de control, permitiendo asegurar las identidades de los participantes en la comunicación.Se emplea una clave de integridad IK, transferida al RNC.

Seguridad a nivel de sistema y de red.La seguridad en la versión 99 de UMTS es muy similar a GSM, en donde los datos de autenticación se transmiten sin proteger entre las distintas redes.En sucesivas versiones, evolución hacia IP --> IPSEC para el tráfico del dominio de red, y el MAPSEC para la seguridad de redes basadas en SS7.

Intercepción legal.Proporcionar a las autoridades la monitorización de llamadas y el tráfico de información. Equipo de intercepción y filtrado de información.

Seguridad en UMTS.


Objetivo. Despliegue y características radio de los Nodos B para un QoS: Número, emplazamientos, configuración y posibilidad de crecimiento.

Proceso.Capacidad: depende del tipo, volumen y distribución geográfica del tráfico.Cobertura: depende del tipo de zona y del tipo de célula a utilizar.

Para el modo TDD parecido a GSM: Interiores y zonas localizadas --> características específicas del entorno.Para FDD (WCDMA): Cobertura está relacionada con la capacidad(depende del número de usuarios simultáneos en la célula).

Margen de interferencia = Incremento de ruido (Noise Rise)

Modelos de predicción Pérdidas de propagación y fenómenos de desvanecimiento.Modelos de tráfico para los distintos tipos de usuarios y servicios.Modelos de movilidad, entre distintos tipos de entornos y modos.

Cálculo de los balances de enlace y factor de carga.

Planificación radio en UMTS.


Planificación radio en UMTS.

Datos Iniciales

Asumir carga UL

Capacidad UL

Número de BS por Capacidad

Cobertura UL

Número de BS por Cobertura

¿Balanceado?

Cobertura/Capacidad para el DL

¿Balanceado?

NO

NO

Planificación Nominal


Respiración de células en WCDMA (Breathing Cells)GSM

Cobertura y capacidad son prácticamente independientes. Diseño de la red para niveles de cobertura, y calculo canales para capacidad.Red para capacidad y determinar potencias para cobertura.

UMTSCobertura y capacidad, y tráfico cursado (volumen y tipo de tráfico), se encuentran estrechamente vinculados. Capacidad depende de S/NEl ruido por interferencia de:

Otras célulasOtros usuarios de la célula

Si el tráfico crece, (usuarios)Aumenta ruidoDisminuye S/NDisminuye la cobertura.

Capacidad celular.


Capacidad celular.

Enlace ascendenteRequerimientos de calidad del servicio i para la conexión k:

Ki: Número total de conexiones del servicio i; S: Número de servicios.W: Tasa de chip, 3.84 Mchips.νi,k: Factor de actividad de la conexión k del servicio i. (voz: 0,67; datos:1)Ri,k: Velocidad binaria de la conexión k del servicio i. (12.2, 144, 384 Kb/s)Pi,k: Potencia de la señal recibida de la conexión k del servicio i.ITotal: Interferencia total presente en el sistema. (Iint + Iext + N)(Eb/No)i,k: valor mínimo en recepción para la conexión k del servicio i.

La potencia recibida de una conexión para el límite de calidad:

( ) Ki1kS1iNEPI

PR

Wikb

ikTotal

ik

ikik...:;...:0≥⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛υ

( )total

ikbikik

kiki I

NERWP

0

,,

1

1

υ+

=


Capacidad celular.

Enlace ascendenteEl factor de carga (para la conexión k del servicio i):

Factor de carga total: Suma todas las conexiones de todos los servicios:Considerando la interferencia de las células vecinas: fUL= Iext/Iint

Omnidireccional ~ 0.93, sectorizado ~ 0.55)

( )ikbikik

kikiTotalkiki

NERWLILP

0

,,,,

1

1·

υ+

==

( )∑∑= =

+=S

k

K

kkiULUL Lf

1 1,1η

El factor de carga, indica la cantidad de tráfico que puede soportar la estación base (Nodo B)

Señal deseadaInterferencia intracelularInterferencia intercelular


Capacidad celular.

Enlace ascendenteEl factor de incremento de ruido (Noise Floor Rise):

Relación entre la interferencia total y el ruido térmico. Max ηUL= 1 polo (sistema inestable)La elección del valor es critica, influye en la capacidad y la cobertura.Valores entre 50 y 70 %. MI : 3 y 5,2 dB

Margen de interferencia MI: El factor de incremento de ruido en decibelios. Se utiliza en el balance del enlace para el calculo de la sensibilidad, un valor bajo, limita la capacidad del sistema y un valor alto puede limitar la cobertura.

ULR

UL

TotalR dBNMI

NIn

ηη −==

−==

11·log10)(

11

Para relacionar el factor de carga y la intensidad de tráfico que podría cursarse para cada servicio con un cierto GOS debe emplearse la inversa de las distribuciones de bloqueo. Método de Viterbi

MINEsbRNFdBmS b ++++−=

0)/(log10174)(


Enlace descendente, características diferentes al ascendente:Un único transmisor, múltiples receptores. Reparto de potencia: Pi,1

La interferencia externa recibida por un móvil procede de las estaciones base de otras células. Pi,j

Interferencia interna al no mantenerse la ortogonalidad de los códigos por multitrayecto. Factor de ortogonalidad, αi entre 0 y 1 (~0.4)Señal piloto para la sincronización de los móviles. Distribución de la potencia total de la BS entre el canal piloto y los de control (5-10 %) y los de tráfico, en función del número de usuarios βAl canal de tráfico de cada usuario se le asigna la potencia necesaria para asegurar la relación (Eb/No)i en el nivel deseado. El límite de capacidad se alcanza cuando el número de usuarios es tal que la potencia en la estación base es insuficiente para cumplir la Eb/N0

Capacidad celular.

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

NIIP

RWNE

extint

i

iiib

βυ

·1,0

β es la fracción de la potencia total asignada a los canales de tráfico.


Capacidad celular.

Enlace descendente:Interferencia interna para el usuario i-ésimo, factor de ortogonalidad, αi

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛=

−−−+=

01 con;

)()1( NERWk

fkNP

bii

iiDLiii

iν

ααβ

( ) 1int ·)1(1 ii pI βα −−=

11

12

·)1( ii

J

jiij

J

jijext pfpppI −=−== ∑∑

==

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−+−−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Npfpp

RWNE

iDLiii

i

iiib

11

10 )1()1)·(1(

·αβ

βυ

Interferencia externa, señales recibidas por el usuario desde J estaciones base

La relación final y de aquí despejando la potencia que llega al móvil:

Señal deseadaInterferencia intracelularInterferencia intercelular


Enlace descendente:El factor de incremento de ruido.

Factor de carga total: Realizando un proceso similar al del enlace ascendente

Capacidad celular.

)()1(,iDLiii

itotalDLiR fk

kN

Inααβ

β−−−+

==

)1(·log101 DLMI η−−=

El factor de carga medio se obtiene dividiendo el anterior por el numero M de usuarios. El margen de interferencia medio valdrá:

( )⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=∑

= βαβα

υη )1()(

1

0 iiDLiM

i ii

ibDL

fRW

NE

La potencia media por usuario se podrá estimar mediante:

MINEsbRNFLdBmP b

media ++++−=0

)/(log10174)(


En WCDMA, las potencias requeridas y por tanto los alcances, dependen del número de usuarios activos en la célula.

En el despliegue inicial de la red, se diseñarán macrocélulas que irán disminuyendo su radio de cobertura según vaya aumentando la carga.

Balances del enlace. Parámetros:Tasa binaria, R. Factor de actividad vocal. Potencias de los UE (enlace ascendente) y Nodos B (descendente)Ganancia de las antenas en Tx y Rx, 0 dBi para UE y 18 dBi Nodo B (sector)Perdidas en cables y terminales, 0 dB en UE y varios en BSFactor de ruido. Nodos B: 2 dB con MHA, y 8 dB para UE.Factor de carga de la célula. Entre 50 % y 70 %. Margen interferenciaFactor de ortogonalidad. Descendente. 0,4Relación Eb/No objetivo. (BER<10-3 para voz y BER<10-6 para datos).Desviación típica del control de potencia: 2,4 dB, se suma al objetivo Eb/NoSensibilidad terminales. Margen log=normal. Perdidas indoor, cuerpo ….Ganancia por traspaso en continuidad. Ganancia por diversidad.Máxima atenuación compensable distancia de cobertura.

Cobertura celular.


Enlace ascendente.PIRE

Enlace ascendente. (suele estar limitado en cobertura)PIRESensibilidad

Máximas pérdidas compensables:Se obtienen diferentes valores para los distintos tipos de servicios. Se puede elegir el servicio mas restrictivo y el resto transmitirá con menor potencia

Cobertura celular.

MINERNFdBmS

k

bbk +⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+++−=

0log10174)(

cuerpoMSMS GPdBmPIRE α−+=)(

LRGGGSPIREA indoorotrospasivosSHdivBSBSMSUL Δ−Δ−−−+++−= ,max αα

Enlace descendente. (suele estar limitado en capacidad)PIRESensibilidad

Máximas pérdidas compensables:

pasivosBSBS GPdBmPIRE α−+=)(

MINERNFdBmS

k

bbk +⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+++−=

0log10174)(

LRGGSPIREA otrosSHMSMSBSDL Δ−Δ−−++−= αmax


Ejemplo de UL: Servicio vocal: 12,2 Kbit/s

Cobertura celular.

Transmisor (UE)Potencia Tx maxGanancia de antena UEPérdidas cuerpoPIRE

Receptor (BS)Ancho de bandaFigura de ruido BSPotencia de ruido receptorMargen de Interferencia. 10log(NR)Potencia interferencia receptorGanancia de ProcesoEb/N0 necesariaSensibilidad del receptor

Ganancia antena BSPérdidas en cablesMargen fading rápidoPérdidas Máximas

Probabilidad de coberturaMargen Fading Log-NormalGanancia de Soft handoverPérdidas interiores-cocheExponente del modelo de propagación

Cálculo del enlace (pérdidas célula)Radio de la Célula

0.126 W0.0 dBm

3.0 dB18.0 dBm

3840000 Hz5 dB

-103.1 dBm3.0 dB

-100.1 dBm25.0 dB5.0 dB

-120.1 dBm

18.0 dBi2.0 dB0.0 dB

154.1 dBm

95 %7.0 dB2.0 dB0.0 dB3.57

149.1 dB2.0 Km

21.0 dBm

WNFN = Fn ·k·T·B (T = 293 K)η: Factor de carga: 50 %, NR = 1/(1- η)I = N + MIGP = 10·log (3840/12.2)

C = Eb/N0 - GP + I

Compensado por control de potenciaLmax = PIRE + GR -Lcab - MF + C

Modelo Okumura-Hata

Lp = 138.5 + 35.7 log (d)


Ejemplo de cálculos de capacidad.

Balances de Tráfico en zona Urbana para UMTS

Servicio Voz 64 kbps 144 kbps 384 kbpsFactor de carga 0,09 0,13 0,16 0,09

Ganancia de procesado 314.75 60 26,67 10

Probabilidad de congestión 0,02 0,02 0,02 0,02

Factor de reutilización f 1,6 1,6 1,6 1,6

K0 8,2 3,26 2,13 0,69

ϕc (corrección control de potencia) 1,18 1,18 1,18 1,06

Tráfico (E/sector) 4,46 0,45 0,22 0,04

Solapamiento de sectores 2,55 2,55 2,55 2,55

Radio de la célula (Km) 0,6 0,6 0,6 0,6

F(B,σ) 0,35 0,22 0,17 0,1

Densidad de tráfico (E/Km2) 10 1 0,5 0,1

Función Q-1 2,05 2,05 2,05 2,05

Factor de actividad 0,4 1 1 1

B 0,51 1,39 1,98 6,08

Eb/N0 objetivo (dB) 5,3 3,8 3,1 1,3

Error de control de potencia (dB) 2,5 2,5 2,5 1,5


Planificación celular.

Balances de enlace para UMTS (f = 2000 MHz) Servicio de Voz 12,2 kbps Servicio de datos 384 kbps

Ganancia de la antena en RX- perdidas cables 18-3 0 18-3 0

Error de control de potencia (dB) 2,5 1,5 11,5 1,5

Margen Log-Normal (dB) 8 8 8 8

Parámetro E. ascendente E. descendente E. ascendente E. descendentePotencia trasmitida al borde de cobertura (dBm) 21 27,86 21 33,04

PIRE 21 42,86 21 48,04

Factor de carga (%) 47,51 65 47,51 65

Eb/N0 objetivo (dB) 5,3 7,9 1,3 1,1

Sensibilidad del receptor (dBm) -122,32 -115,66 -111,8 -107,8

Pérdidas cuerpo y penetración en edificios 3+15 3+15 15 15

Alcance máximo, Radio de la célula (Km)Altura de la Base: 25 m, Altura del móvil: 1,5 m

0,95 1,3 0,6 1,3

Máxima pérdida urbana (dB) 137,32 134,52 129,8 134,52

Ganancia de diversidad y SHO (dB) 5 2 5 2

Factor de ortogonalidad 0 0,4 0 0,4

Margen de interferencia (dB) 2,8 1,32 2,8 1,32

Eb/N0 efectiva (dB) 6,02 8,16 1,56 1,36

Densidad de ruido (dBm/Hz)+Factor de ruido RX -174+2 -174+8 -174+2 -174+8

Ganancia de la antena en TX- perdidas cables 0 18-3 0 18-3

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