Presentacion 3 g

Introducción a las redes de

tercera generación 3G. (UMTS)

Introducción y causas de 3G/UMTS

1G/2G/2.5G: soporte de voz y transmisión de datos a baja velocidad

La 3ª generación móvil nace por:

Demanda de transmisión de grandes volúmenes de información.

Creciente sustitución del tráfico fijo por móvil.

Paulatino cambio de hábitos de la población.

Aparición de nuevos servicios p.ej aplicaciones multimedia o

internet

Saturación redes actuales para dar un servicio de calidad

Integración de todas las tecnologías y redes actuales

Necesidad de una arquitectura universal con cobertura global

Introducción y causas de 3G/UMTS

Nuevos servicios:

Consumo de mayor ancho de banda y bajo retardo

Servicios de entretenimiento como funciones del terminal

Comunicaciones unificadas como correo electrónico o mensajería instantánea

Aplicaciones audio/vídeo en tiempo real: videoconferencias, música, supervisión

remota-seguridad.

Descarga de archivos

Comercio electrónico móvil / transacciones online

Avances tecnológico:

Terminales: más ligeros, pequeños, diseño evolucionado

Infraestructura:

Nuevos sistemas de transmisión/recepción radio

Plataformas de conmutación, core

Beneficios de UMTS

Calidad de voz semejante a la red telefónica fija.

Transmisión de datos:

Velocidades en función de la cobertura u ocupación de red

2 Mbps: baja movilidad o área local (p.ej oficina)

384 kbps: peatones en un solo lugar o moviéndose en zonas pequeñas.

144 kbps: usuarios en vehículos en movimiento velocidad 120 km/h en exterior

Cobertura mundial: emplea redes terrestres, inalámbricas y enlaces

por satélite

Beneficios de UMTS

Servicios de banda ancha simétricos (videoconferencia) o

asimétricos (Internet):

Servicios conversacionales: voz, videoteléfono.

Servicios afluentes (streaming): vídeo.

Servicios interactivos: navegación Internet.

Servicios diferidos (background): correo electrónico, descarga de datos.

Terminal móvil con capacidad multimedia y multiservicio

Soporta conmutación de circuitos y conmutación de paquetes

Mayor capacidad y calidad en la transmisión, incremento de la

eficiencia espectral.

Compatible con redes actuales

QoS: tecnología, usuario, recursos

Historia estándar UMTS

Finales 1980’s: la UIT inicia los trabajos para el desarrollo de una nueva

comunicación móvil.

1990: FSPTMT de la ITU-R, posterior IMT-2000.

1989 a 1995 Proyecto RACE I, RACE II, ACTS y FRAMES (definición acceso múltiple

en interfaz aire)

Actividades paralelas fuera de Europa: Jápón, EE.UU o Corea

1997: Proceso de selección de tecnologías para UMTS por parte ETSI.

1998:

ETSI selecciona WCDMA como tecnología para UMTS en el espectro apareado (FDD)

y TD-CDMA para el espectro no apareado (TDD).

Formación del 3GPP – alineación del desarrollo paralelo de especificaciones

1999: primera especificación completa (UMTS Release99).

2000: concesión en España de licencias de UMTS a las operadoras de telefonía

2001: el primer país del mundo con la primera red comercial UMTS fue Japón.

2002: primeras pruebas en Europa

2003: despliegue comercial en Europa y primeros dispositivos móviles UMTS.

Organismos de estandarización

Trabajo coordinado entre organismos a través de proyectos conjuntos.

3GPP: desarrolla especificaciones dentro del marco del IMT-2000.

ETSI (Europa), ARIB (Japón), TTC (Japón), TTA (Corea), CCSA (China) y ATIS

(EE.UU

4 TSG: Radio Access Networks (RAN), Service & Systems Aspects (SA), Core

Network & Terminals (CT) y GSM EDGE Radio Access Networks (GERAN).

3GPP produce cada cierto tiempo un conjunto de documentos que

constituye un estándar (release).

3GPP2: desarrolla especificaciones para CDMA2000, que es la tecnología

3G desarrollada a partir del estándar 2G basado en CDMA IS-95.

También es un proyecto global (ARIB, CCSA, TIA, TTA y TTC)

Organismos de estandarización

ITU – IMT2000: norma mundial para 3G definida por un conjunto de

recomendaciones de la ITU.

UIT-R M.1457 - 5 interfaces radioeléctricas terrenales, con tres tipos de

acceso múltiple: FDMA / TDMA / CDMA y cinco modos de operación: UMTS

(Europa y Japón), CDMA2000 (USA), TD-SCDMA (China), UWC 136 (USA),

DECT (Europa).

Foro-UMTS: organismo independiente para crear el consenso en la

industria para introducir y desarrollar el UMTS.

200 compañías y organizaciones de más de 30 países: operadoras de

telecomunicaciones, suministradores de equipos y aplicaciones y

organismos de regulación.

Conceptos importantes UMTS

Red de acceso Radio UMTS - UTRAN (UMTS Terrestrial Radio

Access Network)

UMTS basado en tecnología multiacceso radio CDMA

Acceso múltiple por división en código

Capacidad de acceso múltiple y protección frente a

interferencias

Alta eficiencia espectral

Espectro ensanchado - Velocidad binaria del código de

ensanchamiento constante: 3.84 Mchips/seg

Discriminación unívoca de la transmisión en el medio radio

según código a cada una de ellas.


Métodos de acceso radio terrestre (UTRA)

UMTS FDD (Frecuency Divisioin Duplexing)

Frecuencias diferentes, separadas en 190MHz, para el enlace

ascendente (UL) y el descendente (DL) - CDMA

Ancho de banda portadoras de 5MHz

Velocidad de hasta 384 Kbit/s. - Servicios simétricos.

UMTS TDD Time Division dupexing

Misma frecuencia en el enlace ascendente y descendente pero en

intervalos temporales diferentes – CDMA/TDMA

Multiplexación en tiempo y código

Velocidad hasta 2Mbps o zonas con alta densidad de tráfico

Servicios asimétricos.


OSA (Open Services Architecture)

Arquitectura de Servicios Abierta, con estructuración del Núcleo de Red en un

nivel de servicios/aplicaciones y otro de transporte.

Evita que las modificaciones de la red afecten a los servicios.

VHE (Virtual Home Environment)

Entorno personal virtual, que permite a un usuario conservar su perfil (servicios,

interfaz de acceso, etc) con independencia de la red visitada.

Espectro UMTS

CAMR-92 (World Administrative Radio Conference), se realizó la asignación del

espectro para IMT-2000 a nivel mundial

Asignando 230MHz en las bandas de 1885-2025 MHz y 2110-2200MHz, una

parte de la banda asignada a TDD y otra a FDD.

WRC-2000 (conferencia Mundial de Radiocomunicaciones):

3 bandas de frecuencia extras 806-960MHz, 1710-1885MHz y 2500-

2690MHz.

Arquitectura general UMTS

CN (Core Network)

MSC (Mobile Switching Center)

SGSN (Serving GPRS Support Node)

HLR (Home Location Register

VLR (Visitor Location Register)

AuC (Authentication Center)

EIR (Equipment Identify Register)

Gateways GMSC y GGSN

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access)

RNS (Radio Network Subsystem)

RNC (Radio Network controller)

Nodo B

UE (User Equipment)

Estructura de la red GSM/GPRS.

UMTS Release 99

UMTS Release 99

Introduce nueva interfaz radio UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access

Network).

Estándar para la fase inicial de UMTS en todas las operadoras europeas.

Estructura del núcleo de red evolucionada del GSM/GPRS.

CN incluye dominio CS, Circuit Switched, y PS, Packet Switched.

Acceso GSM (BSS’s) y UTRAN (RNS’s)

En la red de acceso radio y en la interfaz con el Core Network se utilizará ATM

como protocolo de transporte.

Redes IP

externas

Plano de servicios

Núcleo de red

Red de acceso radio

Equipo de usuario

GMSCGGSN

Otras redes

GSM, PSTN ...

Servicios

Dominio de

circuitosDominio de

paquetes

SGSNMSC

Red de acceso

3G

Red de acceso

2G

HLR

UMTS Release 4

UMTS Release 4 (2001)

Separación de las funciones de control y conectividad para voz/ Separación de los

flujos de datos de usuario de los mecanismos de control.

Las MSC s se dividen en Media Gateways (MG) para conectividad y servidores

de control para señalización (MGC).

El MG proporciona conexión con las redes de conmutación de circuitos, bajo las

instrucciones de un Media Gateway Controller (MGC).

Utilización de Session Initiation Protocol (SIP), protocolo de control de la capa de

aplicación para llamadas y distribución de contenido multimedia en Internet.

Redes IP

externas

Plano de servicios

Núcleo de red

Red de acceso radio

Equipo de usuario

MGWGGSN

Otras redes

GSM, PSTN ...

Servicios

Dominio de

circuitosDominio de

paquetes

SGSN

Red de acceso

3G

Red de acceso

2G

HLR

MSC

Server

HSDPA Conceptos importantes y

Características

Beneficios de HSDPA:

HSDPA realiza mejoras sobre los 5MHz de ancho de

banda del canal de bajada de W-CDMA.

Aumenta la velocidad de entrega de datos en el Downlink

en teoría hasta14.4 Mbps superando altamente a los

384kbps de UMTS.

HSDPA implementa un nuevo canal de transporte dentro

del nodo B de W-CDMA llamado HS-DSCH. El canal es

compartido entre todos los usuarios UE.

La principal utilidad del servicio es acceso a internet con

mayor ancho de banda y menor latencia - suma de

retardos temporales.


Características

Beneficios de HSDPA:

Implementa en el Nodo B de la red UTRAN:

La Codificación y Modulación Adaptativa (QPSK-

16-QAM)

HARQ (Hybrid-Hybrid Automatic Repeat Request)

Despacho rapido/Fast Scheduling.

Intervalo de tiempo de transmisión (TTI). Para el FDD

del canal compartido HS-DSCH fijo e igual a 2 ms.

Exactamente un bloque de transporte (TB) se

suministra en cada intervalo de tiempo de transmisión

TTI.


Características

Atributos HS-DSCH

Los datos de usuario de HSDPA se llevan en el

nuevo Canal compartido HS-DSCH que a su vez

es lleva los datos al UE por uno o más canales

físicos enlace descendente de alta velocidad (HS-

PDSCH), cada uno usando una canalización

código con un factor de difusión de SF = 16.

Factor de dispersion SF= 16. Significa en teoría, 15

simultáneos canales HS-PDSCH pueden ser

utilizados en una sola célula, cuando las

condiciones de recepción lo permitan


Características

Atributos HS-DSCH Brinda altas velocidades de bajada y mejora el uso del

espectro según el nivel de cobertura que experimente

el equipo de usuario UE.

Incrementa la velocidad de transmisión de un solo

suscriptor UE, agrupando varios canales HS-PDSCH

Cada canal utiliza un código diferente.


Características

Codificación y Modulación adaptativa (QPSK-16-QAM)

El canal HS-SCCH (High speed-Shared control Channel) analiza la calidad de la señal del

equipo usuario UE y usa esta informacion y la capacidad de la celda para determinar el

esquema de modulacion para cada dispositivo.


Características

Codificación y Modulación adaptativa (QPSK-16-QAM)

Para una buena calidad de señal el Nodo B asigna la modulacion 16-QAM permitiendo

velocidades de hasta 3.6 Mbps.

En HSDPA todos los equipos de usuario UE soportan modulación QPSK, si un UE

experimenta mejor señal de radio la modulación se adapta a 16-QAM en lugar de QPSK,

duplicando la velocidad de transmisión.


Características

HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request)

El HARQ permite corregir los errores en la trasmisión de paquetes entre el Nodo B y

el equipo usuario UE. La información del usuario es transmitida varias veces usando

diferente codificación; cuando un paquete defectuoso es recibido, el dispositivo lo

almacena y luego lo combina con las retransmisiones para así recuperar el paquete

libre de errores.


Características

HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request)

ACK / NACK, Una indicación de un bit es utilizado por el protocolo HARQ para indicar

una transmisión exitosa / no exitosa (reconocida/no reconocida) en el canal HS-

DSCH.


Características


Se realiza dentro del Nodo B, el equipo Usuario periodicamente transmite e indica

la calidad de señal del downlink 500 veces por segundo, analizando esta

informacion el Nodo B decide a que usuarios enviarle los datos en los siguientes

2ms y que cantidad de datos debe ser transferida.


Características

MAC-hs entity (UTRAN)

La entidad gestiona los datos que se transmiten en el canal

compartido HS-DSCH y gestiona los recursos físicos

asignado a HSDPA.

El MAC-hs se compone de cuatro entidades funcionales

diferentes:

Control de flujo


HARQ

TFRI selección (Transport Format and Resource Indicator)

MAC-hs

MAC – Control

HS-DSCH

TFRC selection

Flow Control MAC-hs / MAC-c/sh or MAC-hs / MAC-d

Associated Downlink Signalling

Associated Uplink

Signalling

to MAC-c/sh or MAC-d

HARQ

Scheduling/Priority Handling

HSUPA Conceptos importantes y

Características

Beneficios del HSUPA

HSUPA es un complemento de la tecnologia HSDPA (R5) , Enhanced Uplink-EUL,

provee mejoras en las capacidades y rendimiento en UP uplink de WCDMA.

Implementa un canal dedicado en el enlace ascendente (E-DCH, enhanced dedicated

channel). Y con el varios canales de soporte en Downlink y Uplink.

Aumento de las velocidades de enlace ascendente para HSUPA hasta 5,8 Mbps.

Cada equipo de usuario UE tiene su propio árbol de código de canalización y su propia

batería.


Características

Beneficios del HSUPA

Se introducen Node B Scheduling, HARQ y el intervalo de tiempo transmisión TTI

reducido de 2 ms, otras características nuevas se introducen debido al hecho de que

los equipos de usuario UE tienen que proporcionar la conexión.

HSUPA elimina los cuellos de botella en la capacidad en Uplink.

Aumenta el rendimiento de datos y reduce la latencia, proporciona una experiencia de

usuario mejorada para aplicaciones de protocolos de internet, juegos, Voz y video IP,


Características

Atributos del canal E-DCH Asegurar el rendimiento de navegacion

web, servicios interactivos voz/video por IP

y aplicaciones en tiempo real.

Encargado de transportar los datos de los

diferentes usuarios UE; en el canal físico de

datos E-DPDCH.

Numero maximo de canales de codigo

simultaneos limitado a 4 por equipo de

usuario UE, dos canales usan factor de

ensanchamiento SF= 2, y los otros dos

canales SF = 4.


Características

Node B SchedulingEl nodo B mide el nivel de interferencia en el UL y recibirá información sobre el

estado del buffer en los equipos de usuarios UE, y tomara una decisión acerca de qué

equipos de usuarios UE se van a despachar.

Permite una reacción mucho más rápida a errores de transmisión, a su vez

disminuye el tiempo general de RTD (Round Trip Delay) de la conexión.

El Nodo B, es capaz de reaccionar de forma mucho más rápida a las condiciones

cambiantes del entorno de radio y variaciones de demanda de los UE usuarios de los

recursos de Uplink , lo que contribuye a utilizar mejor, la limitada ancho de banda de

la interfaz inalámbrica.


Características

HARQ

El principio del HARQ en Uplink es generalmente el mismo que HSDPA.

Se implementa el canal mejorado E-HICH (Enhanced HARQ Information

Channel) para que sea capaz de recibir las confirmaciones de las tramas de

datos de los equipos de usuario para cada usuario EU en el canal E-DCH.


Características

Diferencias entre HDPA y HSUPA

HDPA HSUPA

El recurso compartido en el enlace

descendente DL son códigos de

canalización y potencia de

transmisión y en el nodo b

En el enlace ascendente UL el

recurso compartido es la

contribución a la interferencia

intra-celular.

Los diferentes canales de

transmisión son ortogonales. En

HSDPA, la potencia de transmisión

es constante

WCDMA Uplink es esencialmente

no ortogonal. Requiere control de

potencia para la transmisión.

Para el enlace descendente DL

hay un solo transmisor por célula,

nodo B,

Para el enlace ascendente UL

puede haber muchos

transmisores, cada equipo de

usuario UE con un enlace

ascendente UL activo

HSPA Conceptos importantes y

Características

HSPA(High-Speed Packet Access-Release 7)

Es la fusión de HSDPA (Release 5) y HSUPA(Release 6). Teóricamente alcanza

velocidades de hasta 14,4 Mbit/s en bajada y hasta 2 Mbit/s en subida, dependiendo

del estado o la saturación la red y de su implantación.


Características

Beneficios de HSPA(R7) son:Canal de transmisión compartido, lo que resulta en un uso eficiente de código y los

recursos disponibles de energía en WCDMA.

En la transmisión se consiguió un intervalo de tiempo transmisión (TTI) reducido, lo

que reduce el tiempo de ida y vuelta transmisión.

Modulación adaptativa de 16-QAM en DL y QPSK en UL, produce mayores

velocidades de bits, lo que maximiza el uso del canal y permite a la estación base

funcionar cerca de la potencia máxima de la celda.

Scheduling (despacho rápido), que da prioridad a los usuarios con las condiciones

del canal más favorable.


Características

Beneficios de HSPA+(R7):

Se añaden nuevas funciones, como la modulación de orden superior 64QAM (DL) y

16QAM (UL, que se utiliza sólo en el enlace descendente DL

El enlace descendente DL es la máxima velocidad del canal, usando 64QAM y 15

códigos, es de 21 Mbps y el enlace ascendente UL usando 16QAM es de 11 Mbps.

Incrementa sustancialmente el rendimiento de servicios interactivos IP como

videollamdas y navegacion.


Características

Beneficios de HSPA+(R7):

Otras funciones se han añadido a HSPA+ en release posteriores, como

Múltiple entrada múltiple salida (MIMO)

La añadidura de dos bandas de 5 MHz adyacentes a la portadora con la misma área de

cobertura se usa para aumentar el rendimiento.


Características

Evolución de HSPA+(R7):

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