INTRODUCCIN A TECNOLOGAS GSM/GPRS/EDGE

INTRODUCCCIN A LAS TECNOLOGAS GSM/GPRS/EDGEObjetivos del CursoAl completar este curso, el alumno ser capaz de: Conocer la evolucin, estructura y funcionamiento de las redes mviles GSM. Describir la evolucin hacia tercera generacin de GSM, incluyendo las tecnologas GPRS y EDGE. Comprender el estado actual de evolucin de UMTS como tecnologa de tercera generacin.2

INTRODUCCINPrimer Radio Telfono Mvil : 1924

Courtesy of Rich Howard

3

INTRODUCCINGSM is now in more countries than McDonaldsMike Short,Chairman, GSM MoU Association 1995-96

4

Agenda del CursoDa 1:

Captulo 1: El Estndar GSM Captulo 2: Estructura de la red GSM Captulo 3: Interfaz de Radio (Parte 1) Captulo 3: Interfaz de Radio (Parte 2) Captulo 4: Tratamiento de Llamadas Captulo 5: Proceso de Handover Captulo 6: Features de Radio y Reuso de Frecuencias Captulo 7: IMT-2000 y Evolucin a Tercera Generacin5

Da 2:

Da 3:

Agenda del CursoDa 4:

Captulo 8: Evolucin desde GSM a GPRS Captulo 9: Evolucin desde GSM/GPRS a EDGE y UMTS Captulo 10: Redes GSM en Chile Repaso General

Da 5:

6

Captulo 1 : El Estndar GSMObjetivos del MduloAl completar esta leccin, el alumno ser capaz de: Describir el marco histrico y evolutivo de la tecnologa GSM. Mencionar al menos cinco servicios ofrecidos en GSM. Mencionar las tres principales bandas en las que esta tecnologa opera en el mundo.7

TemarioHistoria de GSM GSM en el MundoGSM en Amrica Crecimiento de suscriptores

Servicios Estndar GSM

Servicios de Datos Bandas GSM 19008

Bandas en GSM

Por qu surge GSM?Antecedentes:

Incompatibilidad entre sistemas existentes en pases de CE (encarecimiento de terminales y costos de explotacin).Desarrollar un estndar nico para Europa, flexible, con servicios variados. Localizacin y seguimiento automtico (nacional e internacional) Nmero de abonado nico Gran capacidad de trfico y utilizacin de espectro optimizado. Mejor calidad de servicio y mejores facilidades Interconexin con ISDN Seguridad y confidencialidad Terminales ms pequeos y baratos Sealizacin avanzada Equipos y costos de explotacin ms baratos.

Objetivo:

Caractersticas buscadas:

9

Historia de GSM1978 - Europa reserva 2 x 25 MHz de espectro en el rango de 900 MHz para comunicaciones mviles. 1982 - Groupe Speciale Mobile formado bajo CEPT (Sigla francesa para Conferencia Europea de Correos y Telecomunicaciones). 1987 Memorndum de Entendimiento (MoU) firmado por los primeros miembros, lo que incluye acuerdos entre operadores para roaming, aspectos de numeracin y enrutamiento, y tarificacin10

Historia de GSM1988 - GSM transferido al recin formado ETSI (European Telecommunication Standards Institute). GSM significa ahora Global System for Mobile Communications. 1990 Especificaciones Fase I orientadas a DCS 1800 1992 - Lanzamiento oficial y comercial de GSM en Europa. 1995 - Especificaciones de GSM orientadas a PCS 1900. 2000 - Responsibilidad para Estndar GSM transferido a 3GPP.

AT&T - lidera a operadores TDMA en anunciar migracin a GSM.

2001 - 554 millones de suscriptores en ms de 171 pases (fin de Junio).

11

GSM en el Mundo

Datos a 2002

12

GSM en Amrica

GSM countries end-1998:Canada Chile French Caribbean Paraguay US Venezuela

Datos a 2002

13

Crecimiento Mundial en GSM

14

Crecimiento Mundial en GSMAbonados por Tecnologa 0,1% 1,7% 4,8% 8,7%

13,3%

71,4%

Analgicos

PDC

TDMA

CDMA

GSM/GPRS

UMTS

Datos a Septiembre de 2003, sobre una base de 1.290M de clientes

15

Servicios Estndar GSMService CategoryTeleservices

ServiceTelephony (Speech) Emergency Calls (Speech)

Fase 1 (1992)'full-rate', 13 kbit/s

Fase 2 (1997)'half-rate', 6.5 kbit/s

Short Message Services: 'Point-to-Point' and'Point-to-Multipoint' (Cell Broadcast)

General improvements

Telefax Bearer Services Asynchronous Data Synchronous Data Asynchronous PAD (PacketSwitched, Packet Assembler/Disassembler)Acc ess Synchronous Dedicated Packed Data Access Alternate Speech and Data 16 300 to 9600 bit/s 300 to 9600 bit/s 300 to 9600 bit/s

2400 to 9600 bit/s

Servicios Estndar GSMSupplementary Services Call Forwarding Call Barring Calling/Connected Line Identity Presentation Calling/Connected Line Identity Restriction Call Waiting Call HoldMulti-Party CommunicationAll calls, calls when a subscriber is busy, not reachable or not available

e.g. all calls, international calls, incoming calls Display of calling/called party's directory number before/after call connectionRestricts the display of the calling/called party's number at called party's side before/after call connection Informs the user about a second (incoming) call and allows to answer itPuts an active call 'on hold' in order to answer or originate another (second) call

Conference callsEstablishment of groups with limited access

Closed User Group Advice Of ChargeUnstructured Supplementary Services Data Operator Determined Barring

On-line charge informationOffers an open communications link for use between network and user for operator-defined services

Restriction of different services, call types by the operator

17

Bandas de Frecuencia806 849 851 894 890 915 935 960 1710

1785 1805

1850

1880

1910 1930

1990

U

D

U

D

EuropaAsia

900U D

1800

850

U = Uplink (Enlace desde Mvil a BTS) D = Downlink (Enlace desde BTS a Mvil)

U

D

Amrica

1900

18

Bandas de FrecuenciaUplink(MHz) GSM 900 GSM 1800 890 915 1710 1785 Downlink (MHz) 935 960 1805 1880 Estndar (GSM) DCS

GSM 1900

1850 1910450.4 457.6

1930 1990460.4 467.6

PCS

**************************************************************** GSM 450

GSM 480E-GSM R-GSM GSM 850

478.8 486880 915 876 915 806 849

488.8 496925 960 921 960 851 89419

Extended Railways

GSM 1900Bandas UL:1850 1910 MHz DL:1930 1990 MHzEnlace de Subida (Mvil a Estacin Base)Banda PCS

1850

A

D

B

E

F

C

1885

1890

1895

1865

MHz

EPCS

TM

1870

Smartcom

TM BSCH

EPCS

Enlace de Bajada (Estacin Base a Mvil)Banda PCS MHz

A

D

B

E

F

C

1965

1970

1975

1930

1945

1950

20

1990

1910

Captulo 2 : Estructura de la red GSMObjetivos del MduloAl completar esta leccin, el alumno ser capaz de: Indicar los componentes principales de una red GSM, con sus caractersticas. Decir cmo se organiza el rea de Servicio en GSM.21

TemarioArquitectura de Red:

RSS : BSS + MSBSS : BSC + BTSs + Interconexiones MS : ME + SIM

NSS : MSC + DB + IN + VAS OSS

rea de Red en GSM:

PLMN-LA, MSC-SA, LA, CGI22

Arquitectura de Red GSMMSMobile Station

BSSBase Station Subsystem

NSSNetwork Subsystem Other Networks

PSTN BTS BSC MSC/ VLR GMSC

SIM

ME

PLMN

EIRSD

HLR

AUC

Internet

+

OSS

(RSS) Radio Base Station Subsystem

Note: Interfaces have been omitted for clarity purposes. 23

Arquitectura de Red GSM: RSSEl BSS comprende la red celular mvil hasta los centros de conmutacin. Componentes:

BSS (Base Station Subsystem):

Base Transceiver Station (BTS): Equipamiento de radio incluyendo emisor, receptor, antena. Si se usan antenas directivas, una BTS puede cubrir varias celdas. Base Station Controller (BSC): Conmutacin entre BTSs, control de las BTSs, manejo de recursos de red, mapeo de canales de radio (Um) en canales de transporte (A interface). BSS = BSC + sum(BTS) + interconexin

24

Arquitectura de Red GSM: RSS

Mobile Stations (MS)

Subscriber Identity Module (SIM)

Tarjeta inteligente y removible, con memoria y capacidad de funcionamiento computacional. Necesaria para la operacin del MS (mobile station), e involucrada en manejo de localizacin, autentificacin y cifrado. Uno o ms nmeros identificatorios por SIM. Una o ms SIMs por suscriptor. La SIM permite alcanzar el objetivo de movilidad personal (el suscriptor es el mvil y no el equipo). Sin SIM, se permiten slo llamadas de emergencia. Las llamadas son enrutadas a la SIM, y no al equipo mvil.

Equipo Mvil (ME)

MS = ME + SIM25

Arquitectura de Red GSM: RSSLa SIM Card almacena: Datos Permanentes :

Permanent subscriber identity (IMSI) Key (Ki) : Clave de autentificacin individual. Algoritmos para autentificacin (A3) y encriptacin (A8)

Datos Temporales:

Temporary subscriber identity (TMSI) Actual location information (LAI) Datos para Encriptacin26

Arquitectura de Red GSM: NSSNSS es el principal componente de la red pblica mvil GSM (Conmutacin, administracin de movilidad, interconexin a otras redes, control del sistema). Componentes

Mobile Services Switching Center (MSC):

Controla todas las conexiones va una red separada hacia o desde un terminal mvil, que est dentro del dominio de la MSC. Varias BSCs pueden pertenecer a un MSC.Home Location Register (HLR)

Bases de Datos:

Base de Datos Maestra Central, que contiene datos de los usuarios, tanto permanentes como variables, asignados al HLR (un proveedor puede tener ms de un HLR).Base de Datos local para un subconjunto de usuarios, incluyendo datos acerca de todos los usuarios registrados actualmente en el 27 dominio del VLR.

Visitor Location Register (VLR)

Arquitectura de Red GSM: NSS y OSS

Authentication Center (AUC):

Genera parmetros especficos de autentificacin de usario, a solicitud de un VLR. Los parmetros de autentificacin son usados para la autentificacin de terminales mviles y encriptacin de datos de usuario en la interfaz area dentro del sistema GSM.

Equipment Identity Register (EIR):

Registra estaciones mviles GSM y derechos de uso. Equipo robados o adulterados pueden ser bloqueados o incluso localizados.

Operation and Maintenance Center (OMC)

Capacidad de control para el susbsitema de radio y el de red.28

Arquitectura de Red GSM: NSS

El MSC (Mobile Switching Center) juega un rol central en GSM:

Funciones de Conmutacin. Funciones adicionales para soporte de movilidad. Administracin de recursos de red. Funciones de Interconexin va Gateway MSC (GMSC). Integracin de varias bases de datos.Funciones especficas para paging y transferencia de llamadas. Terminacin de SS7 (sistema de sealizacin no. 7). Sealizacin especfica para movilidad. Registro de Localizacin y transferencia de sta. Provisionamiento de nuevos servicios (fax, data calls). Soporte de servicos de mensajera corta (SMS). Generacin y traspaso de informacin de conteo y

Funciones de una MSC:

29

rea de Red GSMPLMN Area MSC/VLR Service Area

Location AreaCelda

30

rea de Red en GSMMSC/VLR Service Area

BSC

PLMN Location Area

MSC/ VLR

LA1

BSCLA2

Celda (CGI)

MSC/ VLR

LA (Location Area) (LAI)

LA3

31

Captulo 3 : Interfaz de RadioObjetivos del MduloAl completar esta leccin, el alumno ser capaz de: Explicar el mtodo de acceso, la estructura fsica y lgica de los canales GSM. Explicar la utilidad de los 6 principales canales lgicos en el procesamiento de una llamada Identificar los mtodos de modulacin y codificacin empleados para transmitir la voz. Mencionar los cuatro principales tipos de rfagas. Describir los mtodos de seguridad usados.32

TemarioDplex y Configuracin de Acceso Canales Lgicos Adelantamiento Temporal (Timing Advance) Proceso desde la Voz a las Ondas de Radio

Codificacin de la Voz Codificacin del Canal Proceso de Interleaving Tramas y Estructura de Tramas Estructura de Rfagas Estructura de Time Slot 0 de Control33

Temario

Seguridad en GSM:Autentificacin Cifrado Chequeo de Equipos

Modulacin en GSM

34

Tipos de AccesoFrequency Division: FDMApower time frequency Time Division: TDMA power time frequency35

Code Division: CDMA power time

frequency

Dplex y Configuracin de Acceso1850 1910 1930 1990 MHz

PCS 1900

U

D

FDD

Canales de 200 KHz

512 513 514

...

809 810

FDMA

8 Time Slots por Canal

0 1 2 3 4 5 6 7Rfaga

TDMA

36

Adelanto temporal (Timing Advance)Solucin empleada para contrarrestar el problema de alineamiento de tiempo. BS lo asigna a MS en tiempos de bits, ms temprano o ms tarde que su posicin previa. Lmite de una celda GSM =35 km de radio (63 tiempos de bits como mximo).0 1 2 3 4 5 6 7

0

1

2

3

4

5

6

7

Comienza a enviar

37

Estructura Lgica de CanalesTCH CCH CBCH

TCH/F

TCH/H

BCH

CCCH

DCCH

FCCH

SCH

BCCH

PCH

AGCH

RACH

ACCH

SDCCH

Mvil Transmite BS Transmite Ambos Transmiten

SACCH

FACCH38

Estructura Lgica de CanalesTraffic channels (2-way)

Common Control Channels

Full-rate (TCH/F) Half-rate (TCH/H) Enh.Full-rate (TCH/E) Broadcast Channels (base to mobile)

Signaling Channels

Paging Channel (PCH) base to mobile Access Grant Channel (AGCH) - base to mobile Random Access Channel (RACH) - mobile to base

Frequency Correction Channel (FCCH) Synchronization Channel (SCH) Broadcast Control Channel (BCCH)

Dedicated Control Channels (2-way)

Stand-alone Dedicated Control Channel (SDCCH) Slow Associated Control Channel (SACCH) Fast Associated Control Channel (FACCH)39

Mapeo de Canales Lgicos

40

Desde la Voz hacia las Ondas de Radio

41

Codificacin de la Voz en GSMVocoder original usado: RPE-LTP-LPC (Regular Pulse Excitation-Long Term Prediction-Linear Predictive Coder), produciendo bloques de 260 bits a13 kb/s:RPE - Regular Pulse Excitation LTP - Long Term Prediction VAD - Voice Activity Detection

La voz es dividida en bloques de 20 ms. Cada bloque pasa el Codificador Hbrido. Muestras de voz de 20 ms son codificadas de forma tal que toda la voz no sea transmitida, sino ciertos parmetros.

Nota : Actualmente, el vocoder ms empleado es Enhaced Full Rate (EFR), que entrega 244 bits, por ello libera 16 bits para codificacin adicional de canal (salida del codificador de canal es an 456 bits).

42

Codificacin de la Voz en GSMEl RPE-LTP-LPC est compuesto de tres filtros Estos filtros generan coeficientes del filtro y muestras Para recuperar la seal original, el Codificador Hbrido inverso necesita las muestras y los coeficentes de filtro. Por cada bloque de 20 ms de voz, el Codificador Hbrido genera 260 bits que son divididos en tres categoras:

Clase 1A (50 bits) : Son los bits ms importantes (pueden ser, por ejemplo, los coeficientes de filtro), y son muy sensibles a error Clase 1B (132 bits) : Son los bits asociados a las muestras de voz, y son considerados importantes Clase 1C (78 bits) : Son muestras consideradas no importantes, y su prdida no produce mayor trastorno en la seal recuperada

Clase 1A 50

Clase 1B 132

Clase 1C 7843

Proceso de Codificacin de CanalGSM (como la mayora de los estndares) usa una combinacin de Codificacin de Bloques y Convolucional:

Codificador de Bloques : Permite detectar errores de los bits de Clase 1A, usando proceso CRC-3, que genera (50+3) bits. Codificador Convolucional: Permite deteccin y correccin de errores. Protege los 53 bits del Codificador de Bloques, asi como los bits de clase 1B. Con ello, se generan 378 bits. La decodificacin es desarrollada por el decodificador de Viterbi.

Nota: los 456 bits de salida = 4 x 114 = datos en 4 rfagas.

44

Proceso de Codificacin de CanalCodificacin de Bloque: Se desarrolla en bits de Clase 1A (50)

50 50 3

132 132 189 4

78 78

Codificacin Convolucional

378Los 456 bits se dividen en sub-bloques de 57 bits12 3 4 5 6 7

788

57

57

57

57

57

57

57

5745

Proceso de Interleaving

46

Proceso de Interleaving

47

Proceso de Interleaving57 1,9,17,25....4493,11...451 5,13...453

57 2,10,....4504,12...452 6,14...454

7,15...455

8,16...456

48

Tipos de RfagasRfaga de Correccin de Frecuencia

Usado para transmitir canal FCCH. No lleva informacin Usado para transmitir informacin de sincronismo Usado para enviar la informacin de RACH RACH contiene el primer mensaje desde MS a la BTS Posee un periodo de guarda para permitir a la BTS calcular la distancia con el mvil, para proveer informacin de timing advance al MS. Usado para enviar bits de Datos y toda la otra informacin lgica49

Rfaga de Sincronizacin

Rfaga de Acceso

Rfaga Normal

Rfaga NormalUsado para llevar informacin de trfico y canales de control

TCH, BCCH, SDCCH, SACCH y FACCH

TB

Bits codificados

Sec.de Training

Bits codificados

TB

GP

3

57

1

26

1

57

3

8,25

156,25 bits por slot, duracin 577 ms50

Rfaga de Correccin de FrecuenciaFCCH es usado para sincronizacin del mvil Es equivalente a una portadora no modulada = slo 0s en forma de onda sinusoidalTB Bits fijos TB GP

3

142

3

8,25

156,25 bits por slot, duracin 577 ms51

Rfaga de SincronizacinSCH es usado para sincronizacin de tiempo en el MS Contiene una secuencia de entrenamientao larga Contiene informacin sobre el nmero de trama TDMA, FN Contiene informacin sobre el cdigo BSIC (Base Station Identity Code)TB Bits de informacin Sec.de Sincronismo Bits de informacin TB GP

3

39

64

39

3

8,25

156,25 bits por slot, duracin 577 ms52

Rfaga de AccesoEl Rfaga de Acceso tiene un gran periodo de guarda para dar cabida a la transmisin de un rfaga desde un mvil que desconoce el timing advance.

TB

Secuencia de Sincronismo

Bits codificados

TB

GP

8

41

39

3

68,25

156,25 bits por slot, duracin 577 ms53

Estructura de 5 Rfagas en GSM

54

Jerarqua deTramas1 hipertrama = 2048 supertramas = 2.715.648 tramas TDMA

0

1

2

3

2044 2045 2046 2047

1 supertrama = Multitramas de 51 (26) tramas

O Multitramas de 26 (51) tramas

0 0

1

2 1

3

. .

47

48 24

49 50 25

1 multitrama de voz = 26 tramas TDMAT0 T1 .. T11 T12 T13 .. T24 T25 T0

1 multitrama de control = 51 tramas TDMAT1 T2 T3 . .. .. T48 T49 T50

TN=Nmero de trama TDMA

55

Estructura de Trama

56

Multiplex de Canales de Control en Timeslot01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Trama Trama Trama Trama Trama Trama Trama Trama Trama Trama Trama Trama

...FCCH (Frequency Channel) SCH (Sync. Channel) BCCH (System Information) CCH (Paging & Access) TCH (traffic Channel)57

Configuracin del BCCH

58

Configuracin de Paging en BCCH

1 Multitrama = 120 ms

59

Seguridad en GSMServicios de Seguridad

Control de acceso/autentificacin

Usuario&SIM (Subscriber Identity Module): PIN (Personal Identification Number) secreto. SIM&Red: Identificacin segura del suscriptor al hacer uso de la red.

Confidencialidad

Voz y sealizacin encriptada en el enlace areo (despus de autentificacin exitosa)Identidad temporal TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity). Asignada nuevamente para cada actualizacin de localizacin (LUP). Transmisin encriptada.

Anonimato

3 algoritmos especificados en GSM

A3 para autentificacin (interfaz abierta). A5 para encriptacin (estandarizado). A8 para generacin de clave (interfaz abierta).

60

AutentificacinPropsito:

Proteccin de la red, en contra de accesos no autorizados y uso de servicios ofrecidos. Proteccin del suscriptor mvil, contra uso no autorizado de su propia identidad Cualquier operacin de uso de red (LUP, MOC,..) MS MSC/VLR HLR/AUC

Lo que lo gatilla:

Entidades afectadas:

61

AutentificacinRed Mvil SIM Card

Ki128 bit

RAND128 bit

RAND

RAND Ki128 bit 128 bit

AUC

SIM

A3SRES*32 bit

A3SRES32 bit

MSC /VLR

SRES*=? SRES

SRES

62

Generacin de Clave y CifradoRed Mvil MS con SIM Card

Ki128 bit

RAND128 bit

RAND

RAND Ki128 bit 128 bit

AUC Clave de Cifrado MSC /VLR

SIM

A8Kc64 bit

A8Kc Data EncriptadaA56364 bit

data A5

data

MS

Seguridad en GSM : Chequeo de Identificacin de Equipos

El EIR (Equipment Identity Register) mantiene base de datos relativa a equipamiento mvil (hardware) identificado por su IMEI (International Mobile Equipment Identity). El IMEI consiste de Cdigo de Tipo de Aprobacin (garantizado cuando la estacin mvil pasa la prueba de aprobacin para asegurar que la estacin mvil cumple adecuadamente), Cdigo de Ensamble Final (indicando planta de fabricacin), y el nmero de serie del equipo. El EIR almacena tres listas de IMEIs:

White list: contiene rangos de IMEIs de estaciones mviles aprobadas, ordenadas por MoU. Black list contiene IMEIs de equipos que han sido robados o presentan mal funcionamiento, que son subsecuentemente bloquedos. Gray list contiene IMEIs que ameritan mayor observacin por posible malfuncionamiento.

64

Uso de TMSITMSI = Temporary Mobile Subscriber Identity

4 octetos (32 bits) Renovada peridicamente; para cada LU / IMSI_attach

Operador puede setear periodicidad desde 6min hasta 24hrs para LU (valor transmitido en BCCH) Reasignacin de TMSI ocurre en modo de cifrado IMSI_attach = un LU especial en la misma Location Area; IMSI_attach prosigue a un IMSI_detach (power-down de MS)

Significativo en solo un VLR

Especficamente, slo para un rea de Localizacin dada!! Usuario debe identificarse con el par TMSI+LAI.

Cuando entre a una nueva Location Area:

65

Datos del Suscriptor en GSMLMSI IMEI MSRN TMSI MSISDN LAI

EIR

MSC (SPC)

VLR (SPC)

Equipo (IMEI)

Suscriptor (IMSI,MSISDN, TMSI,MSRN)

Celda (CGI, LAI)

BTS (BSIC)

IMSI IMSI MSISDN MSRN

RAND

SRES

Ki

Kc

HLR (SPC)

AUC 66

Modulacin GSM : GMSK

GMSK : Gaussian Minimum-Shift Keying67

Captulo 4 : Tratamiento de LLamadasObjetivos del MduloAl completar esta leccin, el alumno ser capaz de: Describir los procesos de Paging y Location Update. Identificar los principales identificadores en los procesos de localizacin y llamada. Mencionar y describir las principales capas de protocolos de red que intervienen en el tratamiento de llamadas.68

TemarioLocation Update Paging Establecimiento de Llamadas Enrutamiento de MTC Datos del Suscriptor Arquitectura de Protocolos de Red:

Capa RR Capa MM Capa CM69

Location UpdatePropsito:

Actualizacin de ubicacin actual en la SIM y en el VLR. MS detecta que la informacin sobre Location (LAI) en la SIM es diferente a la recibida va el canal de broadcast (no durante una llamada establecida) MS MSC/VLR HLR/AUC70

Qu lo gatilla:

Entidades afectadas:

Location UpdateMS BSSBSAPP MSC/ VLR MAPHLR/ AUC

MSLocation_Update_Request (IMSI)

VLR

HLR

Autent.MSub_Data_Request (LMSI, VLR-Nr.) MSub_Data_Response71

Location_Update_Response (TMSI)

PagingPropsito:

Determinar ubicacin actual del Subscriptor. Llamada Entrante (MTC). MS MSC/VLR

Qu lo gatilla:

Entidades afectadas:

72

PagingBSC MSC/ VLR Estoy aqu

1.

MSC consulta a todas las BSCs que soportan el rea de localizacin durante el ltimo LUP a enviar un mensaje de bsqueda al MS. PAGING

BSC

2. 3.

MS responde con la actual informacin de su celda. Despus de nueva autentificacin y asignacin de nuevo TMSI por el VLR la conexin se establece. 73

Establecimiento de LlamadaPCH (Paging del MS) RACH (Solicitud de Canal)

AGCH (Asignacin de Canal)SDCCH (Respuesta al Paging de la Red) SDCCH (Solicitud de Autentificacin) SDCCH (Respuesta de Autentificacin) SDCCH (Requerimiento de Transmisin) SDCCH (Reconocimiento de Requerimiento) SDCCH (Establecimiento de mensaje para llamada entrante) SDCCH (Confirmacin) SDCCH (Asignacin de un canal de trfico) FACCH (Reconocimiento del Canal de Trfico) FACCH (Alerta) FACCH (Conectar cuando el mvil responda) FACCH (Aceptacin de mensaje de conexin)TCH (Intercambio de datos del usuario-Llamada en progreso) 74

Estacin Base (Red Mvil)

Estacin Mvil

Enrutamiento de MTCPSTN

PLMNMSCC 5:MSRN VLRB 6:TMSI MSCB

GMSC

HLR MSCA

75

Arquitectura de Protocolos de RedDividido en tres sub-capas:

Radio Resource Management (RR)

Provee un enlace de comunicacin entre MS y MSC Administra DB para ubicacin de MS

Mobility Management (MM)

Communication Management (CM)

Controla conexin del usuario

Capa de Base:

Nivel de Transmisin76

Arquitectura de Protocolos de Red : RRAdministra asignacin de frecuencias y canales

Principalmente trata con la interfaz de aire Sorpresa: El handover es parte de RR, no de MM! Monitoreo de BCCH, PCH Administracin de RACH Solicitud/asignacin de canales Control de potencia de MS y sincronizacin Handover MS, BTS, BSC77

Garantiza enlace estable durante el handover

Resumen de Funciones:

Dnde est presente RR?:

Arquitectura de Protocolos de Red : MMAdministra ubicacin del usuario y tareas producto de su movilidad Resumen de Funciones:

Asignacin de TMSI Localizacin del MS Location updating Autentificacin del MS Identificacin del MS, attach/detach del MS MS, MSC78

Dnde est presente MM?:

Arquitectura de Protocolos de Red : CMControla las llamadas, servicios suplementarios y SMS Resumen de Funciones:

Establecimiento de llamadas (desde MS, hacia MS) Administracin de llamadas de emergencia Terminacin de llamadas Sealizacin DTMF (Dual Tone MultiFrequency) Modificacin In-call MS, MSC, GMSC

Dnde est presente CM?:

79

Arquitectura de Protocolos de RedMSCEIR

MSC

BSC BTS

F A B

E CHLR

Abis AbisBTS

D UmMS-SIM80

VLR

G

VLR

Arquitectura de Protocolos de Red

MS

BTS

BSC

MSC81

Captulo 5 : Proceso de HandoverObjetivos del MduloAl completar esta leccin, el alumno ser capaz de: Definir el proceso de handover. Clasificar los cuatro principales tipos de handover. Explicar a lo menos tres causas que gatillan el proceso de handover.82

TemarioHandover en GSM Tipos de Handover Decisin de Handover Proceso de Handover

83

Handover en GSMEl Handover es el proceso que permite que la llamada establecida de un MS se mueva desde un canal, frecuencia o zona de cobertura de una BTS a un nuevo canal, frecuencia o zona de servicio de la misma o de una segunda BTS: Para minimizar la interferencia: generalmente se hace un handover cuando la seal de la nueva BTS es ms fuerte que la actual. En reas congestionadas (zonas Core) pueden tener la posibilidad de elegir ms de una BTS de destino. La red puede decidir hacer handover con un MS por razones de balanceo de carga.84

Tipos de Handover1.

2.

3.

4.

Intra-celda: cambio de frecuencia o timeslot dentro de la misma celda que cubre la BTS. Es controlado por el BSC. Inter-celda, intra-BSC: handover a una nueva BTS, que est bajo el control del mismo BSC. Es controlado por el BSC. Inter-BSC, intra-MSC: handover a una nueva BTS que est controlada por un diferente BSC, pero el mismo MSC. Es controlado por el MSC. Inter-MSC: handover a una nueva BTS que est controlada por un diferente MSC. Es controlado por la sealizacin del MSC.85

Tipos de Handover1 2 3 4

BTS

BTS

BTS

BTS

BSC

BSCMSC

BSCMSC86

Decisin de Handover (1)MS monitorea el nivel de seal de las celdas vecinas a BTSold. Se envan reportes via BTSold a BSCold. BSCold informa a MSC cuando se requiere HO (asistido por el MS). MSC solicita reserva de recursos (canal/timeslot) en la BSCnew.87

Decisin de Handover (2)BSCnew activa el canal en BTSnew. Reconocimiento regresa a MSC y MSC enva orden de HO a MS MS accesa a BTSnew va RACH, y el enlace se establece. BTSnew seala HO completo y MSC libera anterior conexin.88

Proceso de Handover

89

Captulo 6 : Features de Radio y Reuso de FrecuenciasObjetivos del MduloAl completar esta leccin, el alumno ser capaz de: Explicar el feature de Frequency Hopping, en qu consiste y su utilidad. Mencionar y describir a lo menos cinco features de radio. Describir el plan de reuso de frecuencias en GSM. Comparar las capacidades de una red GSM versus otras tecnologas.90

TemarioFeatures de Radio en GSM:

Frequency Hopping Power Control Discontinuous Transmission Hierarchical Cell Structures Dynamic Overlaid/Underlaid Cell Load Sharing Intracell Handover

Reuso de Frecuencias Vocoder AMR Comparacin de Capacidades91

Features de Radio en GSMFrequency Hopping Power Control Discontinuous Transmission Hierarchical Cell Structures Dynamic Overlaid/Underlaid Cell Load Sharing Intracell Handover Combined Control Channels Adaptive Configuration of SDCCH Frequency Allocation Support Efficient Priority Handling Immediate Assignment on TCH Differential Channel Allocation Directed Retry Idle Channel Measurements Dynamic Overlaid/Underlaid Dynamic HR Allocation Double BA List Handover on SDCCH Handover Power Boost Neighbor Cell Support Channel Administration92

Frequency HoppingInterferencias y Efectos de Fading:

F1 F2 F3 F4Aplicando Freq. Hopping Resultando TDMA (Saltando desde F1 a F4):

Despus de Corrector de Errores:

Se mejora calidad de la seal Se incrementa la capacidad93

Frequency HoppingInterferencia entre F2-.F2 Celda B F2,F4F6

Celda AF2,F1,F3 Celda C

Interferencia entre F1-F1

F1,F5,F7

94

Frequency HoppingTipos de Hopping:

RANDOMF1 F2 F3

CCLICO

F4Tiempo95

Power ControlRegula la potencia de transmisin, en saltos de 2 dB para conseguir una ptima potencia de recepcin en el Receptor. Implementada tanto en la BTS como en el MS (Slo en frecuencias 100% TCH). Considera potencia de la seal y calidad. Reduce el riesgo de saturacin en el Receptor. Ahorra batera. Reduce Interferencia.rea de Regulacin

96

Discontinuous Transmission (DTX)Detiene la transmisin durante periodos de silencio (aproximadamente 50% del tiempo)

Voice Activity Detector (VAD) determina si hay voz presente VAD usa algoritmo adaptivo complejo

Implementada tanto en la BTS como en el MS Tramas Silence Descriptor (SID) son enviadas peridicamente para generar Ruido Confortable en el Receptor. Reduce intermodulacin en la BTS. Ahorra batera. Reduce Interferencia.97

Hierarchical Cell Structures (HCS)HCS permite dirigir el trfico a una celda preferida. Cada celda es definida en un nivel particular. A menor nivel, mayor prioridad.

Los mviles seleccionarn una celda en el ms bajo nivel en la medida que hay suficiente nivel de seal, aun cuando haya mejor nivel en celdas de niveles superiores.

3

2

1

98

Overlaid/Underlaid CellsIncrementa capacidad de trfico sin agregar nuevos sitios. Celdas Overlaid son ms pequeas, con menor potencia. Carga es balanceada entre celdas overlaid y underlaid.

99

Cell Load SharingDistribuye carga de trfico entre celdas vecinas durante una fuerte carga. Histresis para bordes de Handover son modificados. La red puede ser dimensionada para una mayor carga.

100

Intracell HandoverHandover dentro de una celda, ya sea en la misma frecuencia (diferente timeslot) o una frecuencia diferente. Resuelve interferencia temporal co-canal y/o adyacente, adems de evitar intermodulacin.

101

Reuso de FrecuenciasInterferencias:FA1 FD1 FD2

Cocanal :

FA2

C/(I+N) > 9 dB, lo que permite N=4x3

FA3 FB1 FB2 FC1

FD3

FC2

FB3

FC3

Adyacentes:C/Ia1 > - 9 dB C/Ia2 > -41 dB C/Ia3 > -49 dB

Reuso estndar en GSM (Usado slo para BCCH): Dividir el espectro en 12 grupos de frecuencia, asignando cada grupo a uno de los celdas que forman el cluster.102

Reuso de FrecuenciasF1 F2 F2 F1 F1 F1 F3 F1 F2 F1 F1 F3 F1 F1

F3 F1 F2

F1 F1

F1

F1

F3

F1

F1

Reuso 1x3: Dividir el espectro en 3 grupos de frecuencia, asignando cada celda.

Reuso 1x1: Todos los canales de trfico son distribuidos en todos las celdas.103

Vocoder AMR (Adaptive Multi Rate)AMR HR4,75 5,15 5,9 6,7 7,4 7,95

Mal C/I4,75

AMR FR5,155,9 6,7 7,4 7,95 10,2 12,2

Tasa Global

Buen C/ICodificacin de Fuente Codificacin de Canal

Tasa Global

Adaptacin Dinmica de (Fuente, Canal), de acuerdo al valor de C/I104

Vocoder AMR (Adaptive Multi Rate)

AMR provee comunicacin robusta en FR y bastante buena con HR Hay compromiso entre entre calidad y capacidad

105

Vocoder AMR (Adaptive Multi Rate)AMR HR

Mejoras con AMR:AMR FR

Incrementa capacidad de Red:

Aumenta el reuso al tolerar mayor interferencia Mayor capacidad en Erlangs usando HR en buenas condiciones de calidad (prximo a la celda).

Incrementa calidad de la comunicacin (FR) Disminuye los costos de transmisin, al usar HR.106

Comparacin de CapacidadesErlangs por Sector 156 142160 140 120 100

Erlangs

80 60 40 20 0 AMPS TDMA

67 37 9GSM EFR Tecnologa GSM AMR 1xRTT

Capacidad para 10 MHz de Ancho de BandaFuente : 3G Americas White Paper July 18, 2002 Voice Capacity Enhancements for GSM Evolution to UMTS107

Captulo 7 : IMT-2000 y Evolucin a Tercera GeneracinObjetivos del MduloAl completar esta leccin, el alumno ser capaz de: Nombrar los 5 principales objetivos que persigue IMT-2000. Nombrar entre las 5 tecnologas aprobadas por ITU2000, las 3 principales que se desarrollan en el mercado. Enunciar el camino a seguir para la tecnologa GSM.108

TemarioIMT 2000:

Objetivos Tecnologas normadas Frecuencias 3G: WARC 92 Frecuencias 3G: WARC 2000

Evolucin de las Redes:

Evolucin de GSM

109

IMT-2000Objetivos:

Evolucin de sistemas 2G hacia 3G sin prdida de compatibilidad. Cobertura mundial:

roaming a nivel mundial comparticin espectro de frecuencias. VHE (Virtual Home Environment)

Componente terrestre y por satlite (martimo y aeronutico). Coexistencia de la conmutacin de circuitos y paquetes. Conexiones:

Multiplexacin. QoS negociable (Ancho de Banda segn necesidad). Velocidades:144 Kbits/s (Alta Movilidad), 384 Kbits/s y 2 Mbits/s.

Utilizacin eficaz del espectro. Seguridad de acceso a la red .

El desarrollo del estndar se divide entre los siguientes organismos:

ITU-R y ITU-T: compatibilidad y armonizacin entre estndares 3G. 3GPP: desarrollo de los estndares y especificaciones de cada una de las redes 3G. 110

IMT-2000Global

SatliteSuburbano Urbano In-Building

Macrocelda

Microcelda

Picocelda

Terminal Bsico Terminal PDA Terminal Audio/Visual 111

Tecnologas Aprobadas en Norma IMT-2000IMT-2000 Terrestrial Radio Interfaces

(*)IMT-DS (Direct Spread) IMT-MC (MultiCarrier) IMT-TC (Time Code) IMT-SC (Single Carrier)

(*)IMT-FT (Frequency Time)

WCDMA (UMTS)

CDMA2000 UTRA TDD & UWC-136/ TD-SCDMA 1xEV EDGECDMA TDMA

DECTFDMA

(*) No Pareado112

Frecuencias 3G: WARC 92Resolucin "WARC-92 frequencies for IMT-2000:

Las bandas 1885-2025 MHz / 2110-2200 MHz son destinadas para uso de IMT-2000 en todo el mundo. 1920-1980 & 2110-2170 MHz Frequency Division Duplex (FDD, WCDMA) .Uplink y downlink en pares, ancho de banda de canal es 5 MHz. Un Operador necesita 3 - 4 canales (2x15 MHz o 2x20 MHz) para construir una red de alta velocidad y alta capacidad. 1900-1920 & 2010-2025 MHz Time Division Duplex (TDD, TD/CDMA) No pareada, ancha de banda de canal es 5 MHz. Tx and Rx no estn separadas en frecuencia. 1980-2010 & 2170-2200 MHz Uplink y downlink para Satlite.

Resumen de Frecuencias UMTS:

Frecuencias de los portadoras son designadas por una UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number (UARFCN). La frmula general realativa a la frecuencia de UARFN es: UARFCN = 5 * (frequency in MHz)113

Frecuencias IMT-2000: WARC 92

MSS = Mobile Satellite System

114

Frecuencias 3G: WARC 2000Se identifican las bandas 1710 - 1885 & 2500 - 2690 MHz para IMT-2000 Se identifican aquellas partes de la banda 806 - 960 MHz que se reservan a los sevicios mviles sobre una base primaria. Permite que Estaciones situadas en plataformas de gran altitud (HAPS) puedan usar las bandas de frecuencia WARC-92 para IMT-2000 terrestres en condiciones restrictivas. Decidi que las bandas de frecuencia 1525 - 1544, 1545 - 1559, 1610 - 1626.5, 1626.5 - 1645.5, 1646.5 - 1660.5 y 2483.5 - 2500 MHz puedan usarse para la componente satlite de IMT-2000, as como las bandas 2500 - 2520 MHz y 2670- 2690 MHz, dependiendo del desarrollo del mercado.

115

Frecuencias IMT-2000: WARC 2000

3G(Chile)

3G

3G

3G Para Norteamrica (Nov. 2003): 1710-1755 & 2110-2155 (FDD): 2x20 + 2x10 + 1x30 MHz

3G Para Chile (Septiembre de 2000): 1765-1785 (TDD) : 4x5 Mhz 1785-1845 & 2110-2170 (FDD): 116 4x30Mhz

Evolucin de las Redes2G14.4 kbps

2.5G144 kbps

3G3-5 Mbps 2.4 Mbps

1xEV-DV

IS-95 (CDMA)

1xRTT (CDMA2000)

1xEV-DO W-CDMA (UMTS)2 Mbps

GSM TDMA9.6 kbps

GPRS115 kbps

EDGE384 kbps

1990s

2000

2001

2002

2003

2004117

Evolucin desde GSM

118

Captulo 8 : Evolucin desde GSM a GPRSObjetivos del MduloAl completar esta leccin, el alumno ser capaz de: Mencionar las desventajas que presenta una red de datos en GSM. Explicar la utilidad de los principales canales lgicos Identificar las dos posibles asignaciones de los canales de control en los TS de la trama. Describir los tipos de mviles y posibles estados en que se pueden encontrar en una red GSM/GPRS.119

TemarioServicios de Datos en GSM

Evolucin desde GSM a HCSCD Arquitectura de GPRS Evolucin desde GSM a GPRS Codificacin de Canal Stack de protocolos en GPRS

Caractersticas Generales de GPRS

Estructura de Canales:

Interfaz de Radio

Mviles en GPRS120

Servicios de Datos en GSMOperacin de circuito conmutado.

Canales de Uplink y Downlink asignados a un usuario por toda la sesin de llamada.

El usuario suele usar un enlace, de modo que se desperdicia el 50% de los recursos.

El usuario paga por el tiempo de conexin, no por la cantidad de data:

conexiones malas=>ms retransmisin=>ms caro para el usuario. El usuario paga aunque no trafique nada. Malo para transancciones cortas (revisin de correos).

Tiempo de establecimiento de conexin: 20-25 segundos.

Capacidad: 9.6 kbps (codificacin de canal diseada para el peor caso de radio-transmisin). Conexiones: A cualquier servicio de mdem en la PSTN.121

Evolucin desde GSM a HSCSD

Cambios en HW y SW Para HSCSD El throughput del sistema se incrementa: Codificacin de canal se mejora (9.6 kb/s -->14 kb/s). High Speed Circuit Switched Data (HSCSD). Varios canales de trfico pueden ser empleados. Max. tasa de datos 40 -50 kb/s.

122

GPRS (2.5G)General Packet Radio Service. Velocidad mxima terica, usando los 8 timeslots: ~= 8 * 14.4 kbps ~= 115 kbps. Velocidad experimentada en la prctica: 10 a 40 kbps por subscriptor. Requiere nuevos nodos de servicio:

Serving GPRS Support Node (SGSN). Gateway GPRS Support Node (GGSN).

No puede garantizar la QoS (Velocidad). Transmisin asimtrica. Tipos de Servicio (deben ser soportados por el terminal):

2+1 (28,8 kbps) 3+1 (43,2 kbps) 4+1 (57,2 kbps)123

GPRS: Arquitectura de RedGPRS es una red superpuesta a GSM, por lo que comparte con ella la red de acceso (GSM-IP). GPRS introduce dos nuevos nodos: Gateway GPRS Support Node (GGSN): Acta como un interfaz lgico hacia las redes de paquetes de datos externas (router). Serving GPRS Support Node (SGSN): es responsable de la entrega de paquetes al terminal mvil en su rea de servicio.

Tambin introduce a nivel de BSC (Base Station Control) el denominado Packet Control Unit (PCU).124

Evolucin desde GSM a GPRS

Cambios en HW y SW Para GPRS En BSC: PCU (Packet Control Unit)

125

Codificacin de CanalCodificacin 1 TS CS1 CS2 CS3 CS4 9.2 13.55 15.75 21.55 4 TS 8 TS 36.8 54.2 63.0 86.2 73.6 108.4 126.0 172.4 C/I Req. 6 dB 9 dB 12 dB 17 dB

Velocidades en kbps126

Codificacin de Canal e Impacto en Cobertura

127

Stack de Protocolos en GPRS

128

Stack de Protocolos en GPRS

129

Flujo de datosPaquete (N-PDU)PH Segmento Datos del Usario

...

Network Layer Segmento SNDCP Layer

Trama LLC

FH

Info

FSC

LLC Layer

Segmento

Segmento

...BSC Cola 114 Burst

Segmento

Bloque RLC

BH

Info

RLC/MAC Layer

456 Codificacin Convolutional 114 Burst

Physical Layer114 Burst 114 Burst

Bloque de Datos Rfaga Normal

PH : Packet header FH: Frame header BH: Block header

FCS: Frame check sequence BSC: Block check sequence

130

Tunneling Protocol en GPRS

131

SGSN : Serving GPRS Support NodeAutentificacin, Autorizacin. GTP tunneling hacia GGSN Cifrado y compresin Administracin de movilidad Administracin de Sesin Interaccin con HLR y con MSC/VLR Tarifacin e informacin estadstica sobre uso de red Inteface hacia OSS132

GGSN : Gateway GPRS Support NodeInterfaz con redes externas Internet, Intranet, Operadores de ISP Encapsula datos de usuario final en paquetes GTP Enruta paquetes originados en mvil hacia su direccin de destino Filtra el trfico al usuario final Recoge tarificacin y estadsticas de uso de red133

Estructura Lgica de CanalesPacket Traffic Channel Packet Control Channel

PDTCH

PACCH

PTCCH

PCCH

PBCCH

PRACH

PPCH

PAGCH

PNCH

Mvil Transmite BS Transmite Ambos Transmiten134

Interfaz de Radio en GPRSCanales Lgicos:

PCCCH (packet common control channels), UL+DL

PRACH (packet random access channel), UL PPCH (packet paging channel), DL PAGCH (packet access grant channel), DL PNCH (packet notification channel), DL

PBCCH (packet broadcast control channel), DL PDTCH (packet data traffic channel), UL+DL

data rates 9-22 kbps, dependiendo de la codificacin de canal

PACCH (packet associated control channel), UL+DL PTCCH (packet timing advance control channel), UL+DL135

Packet Common Control Channels (PCCCHs)Broadcast Channels:

Packet Broadcast Control Channels (PBCCH)

Transmite informacin del sistema a todos los terminales GPRS en una celda.

Common Channels:

Packet Random Access Channel (PRACH)

Lo usan los MSs para iniciar transferencia de paquetes o responder a mensajes de paging. En este canal, los MSs transmiten rfagas de acceso con grandes tiempos de guarda. En la recepcin de rfagas de acceso, el BSS asigna un timing advance a cada terminal. Se usa para el page de un MS previo a la transferencia de paquetes en el enlace de bajada. The PPCH se usa para hacer page tanto para servicios de conmutacin de circuito como GPRS, dependiendo del modo de operacin de red y la clase del mvil. (Clases A y B soportan esta funcionalidad).136

Packet Paging Channel (PPCH)

Packet Common Control Channels (PCCCHs)

Packet Access Grant Channel (PAGCH)

Se usa en la fase de establecimiento de la transferencia de paquetes, para enviar asignacin de recursos a un MS previo a la transferencia de paquetes. Mensajes de asignamiento de recursos adicionales con tambin enviados en un PCCH si el mvil ya est en el proceso de transferencia de paquetes. Se usa para enviar una notificacin multicast PTM a un grupo de MSs previo a la trasferencia de un paquete PTM. La notificacin tiene la forma de asignamiento de recursos para la transferencia de paquetes.

Packet Notification Channel (PNCH)

137

Packet Traffic Channels (PTCHs)Packet Data Traffic Channel (PDTCH)

Se usa para transferencia de datos. Se dedica temporalmente a uno o ms (un grupo) mviles para aplicaciones multicast. Ms de un PDTCH puede usarse en paralelo (operacin multislot) para transferencia de paquetes individuales. El PDTCH puede ser compartido entre varios usuarios (8/PDTCH). Se usa para transmita sealizacin relativa a un MS dado, tales como informacin de reconocimiento (ACK) y control de potencia (PC). Adems trasporta mensajes de asignacin de recursos, ya sea para asignacin de un PDTCH o mayores eventos de un PACCH. U Un PACCH est asociado con uno o ms PDTCHs concurrentemente asignados a un MS Se usa en el uplink para transmisin de rfagas de acceso aletaorias. Esto permite estimar el timing advance requerido por el mvil para el modo de traferencia de paquetes. En el downlink, el PTCCH puede ser usado para actualizar el timing advance a mltiples mviles.138

Packet Associated Control Channel (PACCH)

Packet Timing Advance Control Channel (PTCCH)

Interfaz de Radio en GPRSCanales Fsicos:PCCCH y PBCCH se combinan en la misma multitrama 51. PDTCH se mapea en un canal fsico (time slot). Es posible asignacin de canales dinmica o permanente (fija) para GPRS. Si no es posible usar PCCCH, los MSs usan CCCH139

Interfaz de Radio en GPRSOpcin 1: Usar Recursos de sealizacin GSM y canales de trfico fijo o dinmico

0BCCH

1CS

2CS

3CS

4CS

5CS

6PDtch

7PDtch

Opcin 2: Usar Recursos de sealizacin separados y canales de trfico fijo o dinmico 0BCCH

1CS

2PBCCH

3CS

4CS

5CS

6PDtch

7PDtch

CS : Circuit Switched Time Slots (Voice or Data)140

Interfaz de Radio en GPRSUn canal fsico dedicado como canal de trfico de paquetes se denomina packet data channel (PDCH) La asignacin de TCHs y PDCHs es hecha dinmicamente de acuerdo al pricipio de capacity on demand Una celda GPRS puede tener uno o ms PDCHs asignados a partir de canales que previamente pudieron haber sido canales de trfico (TCH) El concepto Maestro Esclavo

Al menos un PDCH (mapeado en un TS fsico) acta como un maestro El maesto acomoda canales de control comn de paquetes (PCCCHs), transportando sealizacin de control para inicializar transferencia de paquete, asi como datos del usuario y sealizacin dedicada. Los otros canales, actuando como esclavos, se usan slo para transferencia de datos del usuario.

La existencia de PDCHs no implica la existencia de PCCCH141

Capacity on DemandEl nmero de PDCHs asignados en una celda puede ser aumentado o disminuido de acuerdo a la demanda

Supervisin de Carga es hecha en la capa MAC para monitorear la carga en los PDCHs TCHs no usados pueden ser asignados como PDCHs para incrementar la QoS total para GPRS. Si los servicios con mayor prioridad requieren recursos, es posible hacer reasignacin de PDCHs Este concepto es usado en celdas con pocos o ningn usuario GPRS, sin la necesidad de asignar recursos en forma permanente.

142

Mviles GPRSEstados de Operacin:

Tipos de Mviles:

GPRS Idle : Mvil est acampado en red GSM, sin interaccin con GPRS. GPRS Standby : Mvil conectado a red GPRS, pero sin transmisin de datos. GPRS Active : Mvil conectado a red GPRS, enviando o recibiendo data.

Clase A (GPRS/GSM simultneos) Clase B (GPRS/GSM excluyente) Clase C (GPRS o GSM)

143

Mviles GPRSSegn capacidad de datos:

Ejemplo: Mvil clase 6 puede manejar:

3 DL + 1 UL =4 (Asimtrico) 2 DL + 2 UL = 4 (Simtrico)

144

Captulo 9 : Evolucin desde GSM/GPRS a EDGE y UMTSObjetivos del MduloAl completar esta leccin, el alumno ser capaz de: Mencionar cuatro factores que mejoran la velocidad de datos al pasar de GPRS a EDGE. Explicar por qu se liberan capacidad para voz y datos al pasar desde GPRS a EDGE. Especificar las velocidades tericas y reales de las redes EDGE y UMTS. Definir las zonas en que se ha implementado EDGE y UMTS. Mencionar los elementos adicionales de hardware que se incorporan a una red GPRS para llevarla a una red UMTS.

145

TemarioCaractersticas Generales de EDGE:

Implementacin Filosfica de EDGE Codificacin de Canal Manejo de Paquetes Ventana de Direccionamiento Medicin e Interleaving Adaptacin de Enlace y Redundancia Incremental Mtodo de Modulacin Incremento en Capacidad146

Diferencias entre GPRS y EDGE:

TemarioCaractersticas de EDGE

Velocidades de EDGE EDGE en Chile

EDGE en el Mundo

Caractersticas Generales de UMTS Principales Diferencias en la Interfaz Area Entre GSM y W-CDMA Principales Diferencias en la Interfaz Area Entre IS95 y W-CDMA Evolucin desde EDGE a UMTS UMTS en la actualidad147

EDGE (2.75G-3G)Enhanced Data Rates for GSM Evolution Velocidad Terica, al usar los 8 time slots: 474 kbps. Velocidad Nominal: 384 kbps Velocidad prctica: 40 a 80 kbps por subscriptor.

148

Implementacin de EDGE

149

Comparacin Tcnica entre EDGE y GPRS: Mtodo de ModulacinGPRS/EDGE: EDGE:

150

Comparacin Tcnica entre EDGE y GPRS

El cambio en el mtodo de modulacin es la clave para mejorar la velocidad.

151

Comparacin Tcnica entre EDGE y GPRS: Codificacin de CanalEsquemas de Modulacin60

50

GPRS EDGE

40

kbps

30

20

12,0

14,4

20,0

11,2

14,8

17,6

22,4

29,8

44,6

54,4MCS8

0

CS1

CS2

CS3

CS4

MCS1

MCS2

MCS3

MCS4

MCS5

MCS6

MCS7

GMSK

8 PSK152

MCS9

59,2

10

8,0

8,8

Comparacin Tcnica entre EDGE y GPRS: Codificacin de Canal

CS MCS1 MCS4 MCS5 MCS9

Modo 1 TS 4 TS GMSK GMSK 8PSK 8PSK 8.8 17.6 22.4 59.2 35.2 70.4 89.6 236.8

8 TS 70.4 140.8 179.2 473.6

Velocidades en kbps153

Comparacin Tcnica entre EDGE y GPRS: Manejo de PaquetesManejo de Paquetes:A. Paquetes enviados con CS3 B. MS manda orden de retransmitir 2 y 3 C. Se retransmiten 2 y 3 en CS3; 5 y 6 con CS1. GPRS no permite resegmentacin.

154

Comparacin Tcnica entre EDGE y GPRS: Ventana de DireccionamientoVentana deDireccionamiento:

Paquetes son enviados con identificador desde 1 a 128 en GPRS. La ventana de direccionamiento es de 64 en GPRS. En EDGE, los valores anteriores son aumentados a 2048 y 1024.

155

Comparacin Tcnica entre EDGE y GPRS: Precisin en la Medicin e InterleavingGPRS CS4

Medicin:

Interleave en 4 rfagas CalidadRfaga 1 Rfaga 3

En GPRS la medicin de calidad se hace en Idle Burst slamente. En EDGE, cada paquete sirve para determinar BEP (Birt Error Probability)En GPRS, el nivel ms alto de velocidad (CS4) se dispersa en 4 rfagas, con baja proteccin contra errores. Si se llega a perder una rfaga, el bloque entero debe ser retransmitido. Para EDGE, en los niveles ms altos (MCS7 al MCS9) los paquetes se dispersan sobre dos rfagas cada uno. Si uno de las rfagas se pierde, se retransmite slo la mitad de la informacin originalmente enviada.156

Rfaga 2

TiempoRfaga 4

Interleaving:

Bloque de Radio perdido

EGPRS MCS7..9

Interleave en 2 rfagas CalidadRfaga 1

Rfaga 3

Rfaga 2

TiempoRfaga 4

Primera mitad correcta

Segunda mitad perdida

Comparacin Tcnica entre EDGE y GPRS: Adaptacin de Enlace y Redundancia IncrementalAdaptacin de Enlace:

De acuerdo a la calidad de la recepcin, la tranmisin adapta su tasa cada 4 rfagas.Se transmite a una tasa alta, y, si el MS acusa error, se enva codificacin adicional, para que el MS use la informacin previa ms la nueva para decodificar la informacin.

Redundancia Incremental:

157

Incremento de Capacidad con EDGE

158

Caractersticas de EDGEEDGE es un estndar 3G aprobado por la Unin Internacional de Telecomunicaciones (ITU), y respaldado por ETSI, 3GPP, GSMA, GSA y 3G Americas. EDGE es una tecnologa de radio de banda angosta (canales de 200 khz) que permite que los operarios ofrezcan servicios de 3G sin necesidad de comprar una licencia 3G. EDGE se puede desplegar en bandas de 800, 900, 1800 y 1900 MHz y complementa la tecnologa de UMTS (WCDMA).159

Caractersticas de EDGEEDGE es tres veces ms eficiente que GPRS en trminos de capacidad. EDGE est diseada para integrarse a la red ya existente de GSM, lo que reducir los costos al implementar sistemas de 3G a nivel nacional, y permite que los operarios provean servicios de 3G en un lanzamiento rpido al desarrollar la infraestructura inalmbrica que ya existe; en la mayora de los casos slo se necesitan modificaciones secundarias para pasar de GPRS a EDGE.

160

Velocidades para EDGE

161

Velocidades a alcanzar por terminales GPRS y EDGETecnologa Velocidad Mxima Terica 115 kbps Velocidad Max. Term. Clase 2 22,6 kbps Velocidad Max. Term. Clase 6 33,9 kbps 177,6 kbps Velocidad Max. Term. Clase 12 45,2 kbps 236,8 kbps

GPRS EDGE

473.6 kbps 118,4 kbps

162

EDGE en el Mundo

163

EDGE en Chile

Ir a Backup : Implementacin de EDGE en Telefnica Mvil

164

UMTS (W-CDMA) (3G)UMTS = Universal Mobile Telecommunications System (comenzada por ETSI, European Telecommunications Standards Institute). Usa tecnologa de acceso Wideband CDMA. 3GPP (Third Generation Partnership Project) coordina el trabajo tcnico. Posiblemente ser dominante fuera de los EEUU. Velocidad Nominal: 2 Mbps. Velocidad Prctica: 200 a 400 kbps por subscriptor.165

Principales Diferencias en la Interfaz Area Entre GSM y W-CDMAGSM Espaciamiento de Canal Factor de Re-uso Frecuencia de control de potencia Control de calidad Diversidad de Frecuencia 200 kHz 1-18