umts-EXPO

3G : TERCERA GENERACION

1

WCDMA/UMTS

INTEGRANTES: BALDEON YLLACONZA ORELLANA SANCHEZ HENRY TAMAYO

Comunicaciones móviles 3G: UMTS

Comunicaciones móviles digitales UMTS 2

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

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

✓ Red De Acceso Radio de UMTS (UTRAN). Q Arquitectura de la UTRAN Q Capa de red. Capa de enlace de datos , Capa física Q Resumen de Canales en UMTS Q Generación de forma de onda de los canales.

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

✓ Gestión de red Q Gestión de movilidad (MM), Gestión de comunicación (CM) Q Seguridad en UMTS

✓ Planificación de Sistemas UMTS Q Capacidad celular y Cobertura celular.

Introducción

Cordless Telecommunications

MSS: Mobile Satellite System

FDD: UTRA FDD

TDD: UTRA TDD

DECT:Digital Enhanced

MSS FDD

IMT-2000 MSS IMT-2000 MSS

GSM 1800 D E C T

1885

1885 1980 2025

1980 2025

2010

2110 2170

2110 2170

❍ Sistemas 3G. Q Solución mundial, amplia variedad de servicios, alta QoS,

Q Elevadas velocidades binarias y amplia movilidad.

✓ ITU: International Mobile Telecommunication 2000 (IMT-2000).

Q Plena cobertura y movilidad con 144 Kbps, (384 Kbps).

Q Cobertura y movilidad limitadas con tasas de hasta 2 Mbps.

Q Eficiencia espectral, flexibilidad para nuevos servicios.

Q Componente por satélite, adicional a la terrena.

1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200

2010

2250

1850 1900 2000 1950 2050 2100 2200 2150 2250

IMT-2000

UMTS

[ MHz]

T D D


T D D

MSS FDD

1920

1900

Introducción


❍ Diferentes propuestas para los sistemas 3G. (cierta compatibilidad)

✓ Organismos regionales e intereses de fabricantes y operadores. Q Propuestas para la interfaz aire.

Q Propuestas para el núcleo de Red.

Q A partir del núcleo de red de GSM: GSM/MAP,

Q Evolución desde ANSI-41 del IS-95 norteamericano.

✓ ETSI: UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

Q Métodos de acceso radio terrestre (UTRA: UMTS Terrestrial Radio Access)

Q FDD (60+60 MHz, UL: 1920-1980. DL: 2110 -2170) y CDMA.

Q TDD (35 MHZ, 1900-1920 y

✓ 3GPP: ETSI, ARIB y TTC Japón, TTA

2010-2025 MHZ) y TDMA/CDMA.

Corea, el T1 EEUU y CWTS China.

✓ 3GPP-2: a partir de la tecnología de radio IS-95, punto de vista americano

Nombre Propuesta Tecnología de Acceso

IMT-DS Direct Spread UTRA CDMA

IMT-TC Time Code UTRA CDMA/TDMA

IMT-MC Multi Carrier MC CDMA 2000 CDMA

IMT-SC Single Carrier UWC-136 TDMA

IMT-FT Frequency Time DECT 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. Q Capacidad de transmisión síncrona y asimétrica

Q Velocidades de 384 Kbit/s y en baja movilidad hasta 2 Mbit/s.

Q Transmisión de datos en conmutación de circuitos y de paquetes.

Q Mayor capacidad y uso eficiente del espectro que los sistemas anteriores.

Q Alto nivel de calidad y alto grado de seguridad.

Q Diferentes servicios simultáneos con asignación dinámica del ancho de banda.

Q Roaming internacional entre los operadores de IMT-2000.

Q Nuevos mecanismos de tarificación, volumen de datos, etc.

Q Coexistencia e interconexión con satélites.

Q Soporte para varias conexiones simultáneas. (p. e. conectarse a Internet y

recibir simultáneamente una llamada telefónica.

Tecnología W-CDMA


❍ Wideband Code Division Multiple Access Q 5 MHz frente al sistema americano de 1,25 MHz.

Q Espectro ensanchado por secuencia directa.

Q Velocidad binaria del código de ensanchamiento constante.

Q Chip rate: 3.84 Mchips/sg.

✓ Ventajas de DS-WCDMA: Q Capacidad de acceso múltiple y protección a la interferencia multitrayecto.

Q Seguridad: es necesario conocer la secuencia de ensanchamiento.

Q La generación de la señal a transmitir es sencilla.

Q Es posible la desmodulación coherente de la señal de banda ancha.

Q No es necesaria la sincronización entre usuarios.

Q El número de usuarios no está limitado de antemano, degradación progresiva

de la calidad.

✓ Dificultades.

Q Cálculo de la capacidad complejo y diferente en ambos enlaces.

Q Factor limitador de la capacidad: interferencia mutua entre terminales.

Q Necesidad de un control de potencia muy estricto (efecto near-far)

Tecnología W-CDMA

Q Relación Portadora a Ruido (interferencia) para un usuario

N 0 N B

Eb C R b

❍ Capacidad del enlace ascendente.

✓ La relación entre Eb/N0 y la C/N: Q Ganancia de Proceso (Gp). Gp

B

R b

1 Pr

N Pr(M 1) M 1

C

Eb

N0

Gp C

N

Eb

N0 M 1

1 Gp

✓ El Número máximo de usuarios por célula (M)

Q Para M grande.

Q Considerando. Eb N0 Eb N0

Gp

W R b M

Eb N0 d

W R b 1 1

1 f GS M

Actividad de los usuarios:

Sectorización de la célula.


d = 0.38

GS = nº de sectores

Interferencia de otras células. Factor de Carga: f = 0,5-0,6

❍ Capacidad del enlace descendente. No fácilmente expresable con una fórmula.

Q La interferencia se debe a las demás estaciones base.

Q 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. Q 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.

Q Los códigos identifican a distintos usuarios en una celda: códigos ortogonales

✓ Multiplicación por un código de aleatorización o scrambling. Q Los códigos identifican a las distintas celdas en el enlace descendente.

Q Los mismos códigos de spreading pueden usarse en varias celdas

simultáneamente.


Banda

base

Código de

canalización o

spreading

Código de

aleatorización o

scrambling

Señal

moduladora

Tecnología W-CDMA

SF = 1 SF = 2 SF = 4

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

Q Ortogonalidad incluso entre secuencias de diferente longitud.

Q 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.

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

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

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

Cch,2,0 = (1, 1)

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

Cch,1,0 = (1)

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

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

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


Tecnología W-CDMA


❍ Códigos de aleatorización. Scrambling

✓ Enlace ascendente Q Todos los canales codificados con códigos de aleatorización.

Q Secuencias código largas si la estación base emplea un receptor Rake.

Q Secuenciascódigo cortas si se utilizan receptores multiusuarios o con cancelación de interferencia.

Q 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+1

Q 224 códigos cortos: suma módulo 4 de dos secuencias binarias y una

cuaternaria. Periodo 255 extendidos a 256, añadiendo un chip 0 al final.

✓ Enlace descendente Q Secuencias Gold. 218-1 códigos truncados a 38400 chips.

Q Códigos divididos en 512 conjuntos. (64 grupos de 8). Cada uno tiene:

Q Un código primario (n = 16*i; i = 0,...,511) y 15 secundarios k: 16*i+k.

Q 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

despreading TC

recuperación

de la fase

Evaluación de las

características

del canal

TC

despreading recuperación

de la fase

Evaluación de las

características

del canal

2 TC

Secuencia de

spreading

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 de

la interferencia

recíproca

Demodulación y cancelación de la

interferencia Señal suma


Usuario # 1

Usuario # n

Tecnología W-CDMA


❍ Comparativa entre diferentes sistemas móviles.

WCDMA IS-95 GSM

Ancho de banda velocidad de chip

5 MHz CDMA

/ 3.84 Mchip/sg

1.25 MHz

/ 1.2288 Mchip/sg

200 kHz TDMA

Reutilización de frecuencia

1 ~4 – 18

Traspaso Intra- sistema

Traspaso Soft/softer comunicación

simultanea con varias EB

Traspaso soft /softer

Traspaso Hard (antes de una conexión nueva, libera el canal

Traspaso Inter-sistema

Traspaso a GSM Traspaso a AMPS

Diversidad en frecuencia

Receptor Rake Receptor Rake Ecualización y frequency hooping

Control de potencia 1500 Hz

ambos enlaces

800 Hz (Uplink).

C. lento (Downlink)

2 Hz o menor

Búsqueda de celda

canal de sincronización y

códigos scrambling

Canales de frecuencia

Diversidad de

transmisión

Soportada en downlink

Soportada en downlink

No soportada

Arquitectura UMTS

❍ Estructura.

Núcleo de red. CN: Core Network

Conmutación, enrutamiento y

conexiones a redes externas.

Red de acceso radio

UTRAN: UMTS Terrestrial

Radio Access Network

Equipo de Usuario

UE: User Equipment.

MS MS

UE UE

BTS BTS BSC BSC

BS BS RNC RNC

3G

MSC/VLR

3G

MSC/VLR 3G

GMSC

3G

GMSC

SGSN SGSN GGSN GGSN

UTRAN

Um

Uu

Iu

Iu

Gb

E-RAN A

VAS, CAMEL

WAP, MEXE

USAT

HLR/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 Q 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 Point

Control 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.

Equipo de Usuario UE

Red Troncal

CN Red UTRA

Radio Iu

(Uu)

SAPS

GC Nt DC

CM MM SM

GC Nt DC

CM MM SM

Capa de no acceso

(Non-Access Stratrum)

Capa de acceso

(Access Stratrum)

Protocolos Radio Protocolos Radio

y Protocolos Iu Protocolos Iu


Arquitectura UMTS

RNS: Radio Network System

RNC: Radio Network Controller

Nodo B: Estación Base.

Conjunto de células

FDD o/y TDD

RNS

RNC

RNS

RNC

❍ UTRAN. Red de Acceso Radio Terrestre UMTS.

✓ Principal cambio con respecto a GSM

✓ Servicio 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.

Core Network (CN)

Node B

Iu Iu

Iur

Iub

Node B

Iub Iub

Node B

Iub

Node B

UE

Uu


Arquitectura UMTS

❍ CN. Núcleo de Red

✓ Plataforma 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.

Q 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).

Q 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. Q Interfaz Cu. Interfaz eléctrico entre la tarjeta inteligente de USIM y el ME.

Q Interfaz Uu. Interfaz radio WCDMA. Permite al UE accede a la red fija.

Q Interfaz Iu. Conecta la UTRAN al CN.

Q Interfaz Iur. Conecta RNC y permite “soft-handover” entre RNCs.

Q Interfaz Iub. Este interfaz conecta un Nodo B y un RNC.

Servicios UMTS

Servicios al usuario

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.

Aplicaciones.

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....


Tasa de bits. Tipo de cobertura.

144 Kbit/s Cobertura básica, rurales/suburbanos, vehículos a gran velocidad, exteriores.

384 Kbit/s Cobertura ampliada, urbana, vehículos en movimiento, exteriores.

2 Mbit/s Áreas puntuales, urbanas, céntricas, velocidad de marcha, interiores.

QoS: Quality of Service


❍ Parámetros QoS.

✓ Retardo en el establecimiento de la conexión: Q 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.

Clases de QoS Retardo Buffering Tipo de tráfico Tasa de bit Ejemplo

CONVERSACIONAL

Fijo Mínimo

Tiempo Real

NO

SIMÉTRICO

Bidireccional

Garantizada

Voz

Videoteléfono

AFLUENTE

(STREAMING)

Constante

no mínimo

Tiempo real

SI

ASIMÉTRICO

Unidireccional

Garantizada

Audio

Vídeo

INTERACTIVO

Variable

Moderado

Tiempo no real

SI

ASIMÉTRICO

Bidireccional

NO

Garantizada

WEB

Localización

DIFERIDO

(BACKGROUND)

Variable

Grande

Tiempo no real

SI

ASIMÉTRICO

Bidireccional

NO

Garantizada

E- mail

descarga

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: Q Tasa máxima de bit y Tasa de bit garantizada (kbps).

Q Retardo de transferencia permitido (ms).

Q 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. Q Servidor WAP/Portal WAP: proporciona un navegador al usuario. WML

Q Servidores 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...

Q MexE. Entorno de Ejecución de Aplicación de Estación Móvil: proporciona

información de las características del terminal para tratar información. Java?

Q USAT. UMTS SIM Application Toolkit: proporciona herramientas para la gestión

de la tarjeta SIM.

Q CAMEL. Aplicaciones Personalizadas para Lógica Avanzada de Red Móvil: Red

inteligente. Incluye numerosos servicios que pueden utilizar los usuarios.

Q 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).

Q 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 Equipment

Proporciona las funciones de

aplicación de usuario final. ➢TA: Adaptación de Terminal.

ME. Mobile Equipment

Funciones del plano de control y

de la portadora UMTS. ➢MT: Terminación Móvil.

➢NT: Terminación de Red.

➢RT: Terminación de Radio

➢Tu: Conecta UTRAN y CN

➢ Interfaz Cu. Conmutación y

enrutado

Componente UE Correspondencia en la red

ME

TE

MT

NT

RT

Toda la red UMTS

El equipo par en la conexión

Sistema UMTS

Núcleo de Red

UTRAN

Terminales 3G


❍ Tipos de Terminal. ✓ Domino de trabajo.

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

✓ Tipo de MT. Q MT de radiomodo único. (p.e. WCDMA-FDD) Q MT multimodo radio. (UMTS, GSM) Q MT de red única. PS,CS o PS/CS

Q MT multired. CN UMTS y GSM NSS.

✓ Tipo de modelo del terminal. Q Terminal clásico. Telefonía, datos de baja velocidad, GSM o WCDMA. Q Modo dual. Accesos GSM y WCDMA. Q Terminal multimedia. Combinación teléfono celular y ordenador portátil.

Q Terminales especiales. Propósito o equipo específico. domótica o GPS.

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

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

Suscripción-USIM


❍ Suscripción a la Red.

✓ Separada del ME

✓ Información 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:

Q Administración: son datos fijos asignados por el fabricante y el operador, como

el IMSI o la información de la clase de acceso.

Q 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.

Q Datos relacionados con el servicio: sobre disponibilidad y permiso de acceso a

servicios y sus datos internos.

Q Aplicaciones: almacenamiento de aplicaciones de servicios específicos.

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

Evolución UMTS


❍ Concepto fundamental en UMTS

✓ Evolución 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.

Q Interoperabilidad con GSM, Mejora Red Inteligente (IN), CAMEL

Q CS, para 2G y 3G. Cambios importantes en el SGSN

Q Nuevos servicios no existentes en GSM, (localización) ...

✓ GSM Phase I (GSM original) Doc. Versión 3.X.Y

✓ GSM Phase II (DCS1800) Doc. Versión 4.X.Y

✓ Release 96 (HSCSD) Doc. Versión 5.X.Y

✓ Release 97 (GPRS) Doc. Versión 6.X.Y

✓ Release 98 (EDGE) Doc. Versión 7.X.Y

✓ Release 99 (W-CDMA) Doc. Versión 3.X.Y

Evolución UMTS

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

Q MGW (Media Gateway), Pasarela de Medios. Servidor MSC: controla varias MGW

Q La llamada en CS pasa al dominio de PS a través de la MGW.

Q Voz por conmutación de paquetes (Voice Over IP, VoIP)

Q El Sistema Multimedia IP (IMP) interviene en el dominio de CS y PS.

Home Subscriber

Server

MS MS

UE UE

BTS BTS BSC BSC

BS BS RNC RNC

MGW MGW

SGSN SGSN GGSN GGSN

UTRAN

GERAN Um

Uu

Iu

Dominio CN CS

Dominio CN PS

HSS HSS VAS, CAMEL

WAP, MEXE

USAT

RPDCP

RTPC

RDSI

IP Multimedia

Gestión de Red (NMS)

MGW MGW

Servidor MSC Servidor MSC

Subsistema

Multimedia IP


Evolución UMTS

❍ Release 5 (HSDPA) Doc. Versión 5.X.Y 2002 Q Todo el tráfico de la UTRAN se basa en IP

Q IMS. Servicios multimedia IP (IPv6), Conexión de sesiones múltiples.

Q HSPDA (High Speed Downlink packect Data)

Q Data rates > 10 Mbits/s

Q Adaptative Multi-Rate (AMR) codec, TDM y CDM, 16 QAM, Hybrid ARQ

MS MS

UE UE

BTS BTS BSC BSC

BS BS RNC RNC

SGSN SGSN GGSN GGSN

UTRAN

GERAN Um

Uu

Iu

Dominio CN PS

HSS HSS VAS, CAMEL

WAP, MEXE

USAT

RPDCP

RTPC

RDSI

IP Multimedia

Gestion de Red (NMS)

Subsistema

Multimedia

IP

IP/ATM

IP/ATM

IP/ATM


Evolución UMTS


❍ Release 6 Doc. Versión 6.X.Y Q IMS. (fase II)

Q Armonización 3GPP y 3GPP2, WLAN –UMTS interworking

Q MIMO, OFDM ….

✓ Estrategias: Q Mayor separación entre el plano de usuario y el de control.

Q Red basada en conmutación de paquetes.

Q Transparencia en las tecnologías de acceso.

✓ Servicios: Q Servicios basados en localización.

Q Separación de usuarios: comerciales, privados y privados con necesidades específicas.

❍ 4ª generación. ITU- R (WP8F), ITU-T (SSG), WWRF, mITF. Q 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 UTRAN Q Cambios importantes debido al uso de la tecnología WCDMA.

Q Subsistemas de red radio (RNS), con varias estaciones base o Nodos B y un

único controlador de red radio (RNC).

RNS RNS

BS BS

BS BS

RNC RNC

UE UE

UE UE

RNS RNS

BS BS

BS BS

RNC RNC

UE UE

UE UE

UE UE

Iu Uu


Iur

Dominios del Nucleo de Red:

Conmutación de Circuitos y

Conmutación de Paquetes

Nodo B

Iub

UTRAN

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

✓ Dos áreas: Q Gestión de recursos radio de la UTRAN (RRM): algoritmos que permiten,

garantizar la estabilidad y el QoS de las conexiones radio.

Q Funciones de control de la UTRAN: relativas al establecimiento y mantenimiento de las portadoras radio (RBs).


UTRAN

❍ Nodo B Q Asegurar 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 RACH Puerto de datos RACH

Puerto de datos FACH Puerto de datos FACH

Puerto de datos CPCH Puerto de datos CPCH

Puerto de datos PCH Puerto de datos PCH

Puerto de Control

Nodo B

Contextos de

Comunicación. Nodo B

DSCH

DCH

Puerto de Control de la Comunicación

Iub Célula

Célula

Célula

Célula

Célula

Uu

TRX Canales de Transporte

Canales Físicos TRX

Canales de Transporte

Canales Físicos TRX Canales de Transporte

Canales Físicos

TTP: Puntos de Terminación de

Tráfico

Transporte Común

ID: Identificador

Portadoras


Capas de la Interfaz Radio

✓ Capa de red

✓ Capa de enlace

✓ Capa física

Protocolos adicionales para el dominio PS

PDCP. Posibilita el transporte de paquetes IP

BMC. Servicios de difusión de mensajes

Canales físicos


Diferentes para

los dos planos

Capa de Red

las entidades de los

❍ RRC: Protocolo de control de recursos radio. Q Control de la señalización entre UTRAN y el UE,

Q Parámetros para establecer, modificar y liberar

protocolos de niveles inferiores.

Funciones.

➢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.


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

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)

➢Compresión y descompresión de la

➢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. Q Establecimiento y liberación de conexiones.

Q Transferencia de datos en modo transparente, con y sin confirmación.

Q Establecimiento de la calidad del servicio y notificación de errores.

❍ Funciones. Q Segmentación y concatenación de PDU’s en Unidades de Carga (Pus)

Q Relleno, transferencia de datos y control de flujo.

Q Detección y corrección de errores,

Q Cifrado en los modos son y sin confirmación.…

MAC (Control de Acceso al Medio)

❍ Servicios. Q Ofrece servicios a la subcapa RLC mediante canales lógicos, proyectados a los

canales de transporte de la capa física:

Q Transferencia de datos sin confirmación o segmentación, reasigna los recursos radio y realiza informes de medidas.

❍ Funciones. Q Multiplexar/Demultiplexar PDU’s hacia/desde la capa física en canales.

Q Supervisión del volumen de tráfico, Cifrado en modo transparente,…

❍ Arquitectura

MAC-b.

Tratamiento del canal BCH 1 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.

Q 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.

Q 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).

Q 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. Q Codificación de la información y detección de errores.

Q Multiplexación y adaptación de la velocidad de de las comunicaciones.

Q Ensanchamiento del espectro y modulación.

Q Medición de los parámetros de radio y control de potencia.

Principales Características

Técnica de acceso radio. DS-CDMA

Tasa de Chip/Ancho de banda 3.84 Mchip/s / 5 MHz

Modulación. BPSK en enlace descendente/ QPSK en el enlace ascendente.

Codificación Convolucional o por turbo código

Control de potencia Bucle abierto, bucle cerrado interno y bucle cerrado externo.

Diversidad. Receptor Rake, diversidad de antena, diversidad de transmisión

Traspasos. Intermodo, intramodo, intersistema, con/sin continuidad y softer.

Trama 10 ms con 15 time-slots, cada una con 2/3 ms, 38400 chips

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). Q Frecuencia de portadora, código de scrambling y de spreading, estructura de

trama y de ráfaga, y por la fase relativa (0, /2) para el enlace ascendente.

❍ Canales dedicados. DPCH (Dedicated Physic) BS € € MS. Q DPDCH: Canales de datos para transmitir la información concreta DCH.

Q 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

Fo rm a to

S lo t # i

T as a B inaria

de l C a n a l (k b p s )

SF B its /

Tra m a

B its /

S lo t

N da to s

0 1 5 256 1 5 0 1 0 10

1 3 0 128 3 0 0 2 0 20

2 60 64 6 00 40 4 0

3 120 3 2 1200 8 0 80

4 240 1 6 2400 160 1 6 0

5 480 8 4800 320 3 2 0

6 960 4 9600 640 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 comunes ✓ PRACH (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. Q P-CPICH (Primary - ). Único por célula, Cch,256,0 Referencia de fase

SCH ... Q 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. Q 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. Q 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. Q 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) .

Q Se obtiene también la sincronización de la trama.

✓ Identificación del código de aleatorización: Q Mediante correlación símbolo a símbolo sobre el CPICH con todos los códigos

dentro del grupo de códigos identificados en el paso anterior.

Q 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.


❍ Canales de transporte en canales físicos.

Enlace descendente

Canal Lógico C. Transporte

BCCH BCH

PCCH PCH

CTCH FACH

CCCH FACH

DCCH FACH DCH DSCH

DTCH FACH DCH DSCH

Enlace ascendente

Canal Lógico C. Transporte

CCCH

DCCH

DTCH

RACH

RACH DCH CPCH

RACH DCH CPCH

❍ Canales lógicos en canales transporte

Enlace descendente

C. Transporte Canal Físico

BCH P-CCPCH

PCH S-CCPCH

FACH S-CCPCH

DCH DPCCH DPDCH

DSCH PDSCH

Enlace ascendente

C. Transporte Canal Físico

RACH

DCH

CPCH

PRACH

DPDCH 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). Q 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. Q E. ascendente.

❍ 1er entrelazado. Q 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. Q 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 canal

❍ 2º entrelazado. Se escriben por filas, se reordenan y se leen por columnas (30).

❍ Proyección sobre el canal físico.

C. Transporte Codificación Tasa

BCH PCH RACH Convolucional 1/2

CPCH DCH DSCH FACH Convolucional 1/3 o 1/2

CPCH DCH DSCH FACH Turbo código 1/3

CPCH DCH DSCH FACH Sin codificación


Ensanchamiento


❍ Canalización.

✓ El ensanchamiento se debe a la canalización. Q En el E. ascendente separa canales de datos de los de control de un usuario.

Q En el descendente separa las transmisiones a los usuarios en una célula

❍ Aleatorización. Q En el enlace ascendente separa los diferentes terminales de usuarios.

Q En el descendente reduce la interferencia entre células.

✓ Los códigos de aleatorización son distintos para cada uno de los enlaces. Q Existen 512 códigos primarios y 15 secundarios para cada uno de ellos

Q Cada código tiene asociado dos códigs alternativos, derecho e izquierdo.

Q 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 ascendente

✓ El 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, c para el DPCCH,

●d 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 descendente

✓ El mismo procedimiento para todos los canales excepto para SCH.

●Secuencia al conversor Serie/paralelo.

●Bits pares en la rama I e impares en la Q

●Multiplicación por el código de canalización,

●Suma de las dos ramas con parte real e imaginaria.

●Aleatorización de las secuencias.

Primario

SCH

SCH

256 chips

2560 chips

Trama radio SCH 10 ms

ac s i,0 Secundario

acp

ac s i,1

acp

s ac i,14

ac p

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

P-CCPCH S

P

P-SCH

S-SCH

Cch

*j

Gp

Gp

I+jQ

S

P

Csch

S

P

Cp

I+jQ

*j

Gp

✓ Para los canales SCH.

*j

P-CCPCH


Modulación

❍ QPSK

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

Q En el eje I van los datos a transmitir (DPDCH)

Q 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 CPICH

✓ P-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

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

Medidas en el terminal móvil

SIR RSCP SF

ISCP 2

RSCP (Received Signal Code Power)

ISCP (Interference Signal Code Power)

sobre los bits de piloto del DPCCH.

Período de medida: 80 ms

Rango: –11 a 20 db.


✓ RSSI: Potencia recibida en el ancho de banda: -112 a -50 dBm

✓ RSCP: Potencia recibida en un código en un DPCH, PRACH,PUSCH (TDD)

✓ Timeslot ICSP: Interferencia en un timeslot para TDD

✓ SIR: Relación señal-interferencia. En el DPCCH.

Q 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 dBm

✓ Transport channel BER. Tasa de error del DPDCH. 0 a 1

✓ Physics 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) Q Permite la movilidad a través de la Red

Q La decisión se realiza a iniciativa del UE o de la UTRAN.

Q 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. Q Reducir la interferencia intracelular y el efecto cerca-lejos.

Q La potencia de cada transmisor se ajusta al nivel mínimo necesario para

garantizar una determinada Calidad del Servicio (QoS).

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


Gestión de recursos radio

❍ Modos de traspaso. (Handover)

✓ Traspasos intramodo: Entre dos portadoras FDD o TDD. Q Se basa en la medida de EChio/N0 realizada desde el canal CPICH.

✓ Traspasos intermodo: Para pasar del modo TDD al FDD o viceversa.

Q 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. Q Potencia recibida en un código y la potencia total en un canal de radio.

Q Detecta los sincronismos de la célula y obtiene su código de aleatorización.

✓ Decisión. Mantener la calidad de servicio y minimizar los traspasos. Q Algoritmos que evalúan la QoS de la conexión comparándola con la mínima.

Q Decisión tomada por la red: NEHO (Network Evaluated Handover).

Q Decisión tomada por el terminal móvil: MEHO (Mobile Evaluated Handover).

✓ Ejecución. Tres formas.

Q Con continuidad, sin continuidad y softer.


Traspasos

❍ Decisión.

✓ Basada en las medidas y en los criterios de los algoritmos de traspaso. Q Umbral superior: nivel máximo de potencia de la comunicación que el sistema

admite en relación al QoS fijado.

Q Umbral inferior: mínimo nivel para el cual se puede garantizar la QoS.

Q 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.

Q 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. Q Se libera la primera conexión

antes de establecer la nueva.

Q Interfrecuencia.

Q Intrafrecuencia

Q Intersistema (Modo Comprimido)

✓ Soft Handover. Con continuidad.

Q Conexión simultanea con varias BS.

Q En el UL. se combinan en el RNC.

Q En el DL las señales se combinan

en el receptor RAKE.

✓ Softer. Con continuidad Q Entre sectores de una misma BS.

Q Se transmite a través de un sector.

Q Se recibe en varios sectores,

combinando las señales en un receptor RAKE.

Traspasos

Frecuencia 1

Frecuencia 1

Frecuencia 2

GSM WCDMA

Célula 1

RNC RNC

Célula 2

Sector 1

RNC RNC

Sector 2


❍ En bucle abierto. Q 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.

Q 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

Q En el DL la BS realiza estimaciones de la SIR y la compara con un objetivo.

Q 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.

Q 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.

Q Si la nueva carga en alguno de ellos se eleva por encima del máximo fijado

para garantizar el servicio no se admite al usuario.

Q 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. Q El parámetro que mide esto es el Margen de Interferencia, cantidad que

indica el nivel incrementado de ruido (Noise Rise) en una célula.

Q Este parámetro está relacionado de forma logarítmica con el inverso de

Factor de carga.

Q 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. Q 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). Q Necesidad de una conexión de señalización previa entre el UE y el CN

Q El 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.

Q IMSI. Identidad de Abonado Móvil Internacional. Almacenada en la USIM.

Q MSIDSN. Número de ISDN de Abonado Móvil.

Q Contexto PDP. Protocolo de Paquetes de Datos: IP dinámica o estática

Q TMSI. Identidad de Abonado Móvil Temporal. Se almacena en el VLR

Q P-TMSIs. Identidades de Abonado Móvil Temporales de Paquetes. En SGSN

Gestión de movilidad (MM).


❍ Estructuras de Localización. Q LA. Área de Localización. Identificador: LAI (difundido por Canal BCH)

Q RA. Área de Enrutamiento. Subordinada a la LA

Q URA. Área de Registro de UTRAN. Enrutamiento de tráfico y control de

recursos.

Q Célula. Identificador de Célula (CI). Llega al UE por el System Information



❍ Modelos de estado. ✓ En Conmutación de circuirtos

(CS). Q Desconectado: invisible para

la red. Q Idle: se conoce la LA del

terminal. Q Activo: se conoce la

célula.

✓ En Conmutación de paquetes (PS). Q Estados en Gestión de Movilidad de Paquetes

(PMM) los mismos que en CS.

Q Cambia el proceso de paso de un estado a otro



❍ Gestión de conexión. En Conmutación de circuitos. Q Fase I. Se comprueban los números, el que llama y el que recibe la

llamada, y se decide si deben aplicarse restricciones.

Q Fase II. Necesidades y restricciones de enrutamiento según el número

llamado. Criterios de tasación. Se establece la llamada.

Q Fase III. Se liberan todos los recursos tras finalizar la llamada.

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

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

Q 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. Q Basada en el tiempo.

Q Basada en el volumen de datos.

Q Basada en el QoS.

❍ Nuevos requerimientos. Q Información detallada acerca de cada paso de la llamada.

Q Mayor control del fraude en la comunicación entre redes.

Q Control del coste del servicio por parte del abonado (prepago y postpago).

Q Facturación desglosada lo máximo posible.

❍ Registro Detallado de Llamada (CDR).

✓ Datos relacionados con los recursos utilizados en la transferencia:

Q 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.

Q Dependerá de las exigencias gubernamentales.


Tasación.

de la


❍ Seguridad de acceso a la red. Q Autenticación de los usuarios finales del sistema.

Q Confidencialidad de las transmisiones de datos y llamadas de voz.

Q Privacidad de la localización del usuario.

Q Disponibilidad del acceso a la red.

Q Fiabilidad del funcionamiento de la red a través de la integridad

señalización de la red de radio.

❍ Autenticación mutua

✓ Red 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.

Q Clave maestra K de 128 bits. conocida por la USIM y la la red local.

Q Se utilizan derivaciones de ella, con idéntica longitud, en cada autenticación.

Q 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. Q 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.

Q 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. Q Capacidad: depende del tipo, volumen y distribución geográfica del tráfico.

Q 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).

Q Margen de interferencia = Incremento de ruido (Noise Rise)

✓ Modelos de predicción

Q Pérdidas de propagación y fenómenos de desvanecimiento.

Q Modelos de tráfico para los distintos tipos de usuarios y servicios.

Q 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

NO

¿Balanceado? NO

Planificación

Nominal


❍ Respiración de células en WCDMA (Breathing Cells)

✓ GSM Q Cobertura y capacidad son prácticamente independientes. Diseño de la red

para niveles de cobertura, y calculo canales para capacidad.

Q Red para capacidad y determinar potencias para cobertura.

✓ UMTS Q Cobertura y capacidad, y tráfico cursado (volumen y tipo de tráfico), se

encuentran estrechamente vinculados.

Q Capacidad depende de S/N

Q El ruido por interferencia de:

Q Otras células

Q Otros usuarios de la célula

Q Si el tráfico crece, (usuarios)

Q Aumenta ruido

Q Disminuye S/N

Q Disminuye la cobertura.

Capacidad celular.


Capacidad celular.


✓Requerimientos de calidad del servicio i para la conexión k:

Q Ki: Número total de conexiones del servicio i; S: Número de servicios.

Q W: Tasa de chip, 3.84 Mchips.

Q i,k: Factor de actividad de la conexión k del servicio i. (voz: 0,67; datos:1)

Q Ri,k: Velocidad binaria de la conexión k del servicio i. (12.2, 144, 384 Kb/s)

Q Pi,k: Potencia de la señal recibida de la conexión k del servicio i.

Q ITotal: Interferencia total presente en el sistema. (Iint + Iext + N)

Q (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:

R

W ik

Pik i : 1...S; k :1...Ki b 0 E N

P I

ik ik Total ik

ik


ik ik b

I total

N W

0

i,k

Pi,k

1

1

R E

Capacidad celular.


✓El factor de carga (para la conexión k del servicio i):

✓Factor de carga total: Suma todas las conexiones de todos los servicios:

Q Considerando la interferencia de las células vecinas: fUL= Iext/Iint

Q Omnidireccional ~ 0.93, sectorizado ~ 0.55)

ik

W

ik ik b 0

i,k

Pi,k Li,k ITotal Li,k

1

1

R E N

·

S K

UL 1 fUL Li,k

k 1 k 1

El factor de carga, indica la cantidad de tráfico

que puede soportar la estación base (Nodo B)

Señal deseada

Interferencia intracelular

Interferencia intercelular


Capacidad celular.


✓El factor de incremento de ruido (Noise Floor Rise):

Q Relación entre la interferencia total y el ruido térmico. Max UL= 1 € polo

(sistema inestable)

Q 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.

UL UL

ITotal nR MI N R (dB) 10·log 1

N 1

1 1

N0

✓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


S (dBm) 174 NF 10 log R (b / s) Eb MI

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

Q La interferencia externa recibida por un móvil procede de las estaciones

base de otras células. Pi,j

Q Interferencia interna al no mantenerse la ortogonalidad de los códigos

por multitrayecto. Factor de ortogonalidad, i entre 0 y 1 (~0.4)

Q 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

Q Al canal de tráfico de cada usuario se le asigna la potencia necesaria para

asegurar la relación (Eb/No)i en el nivel deseado.

Q 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.


N

I

W

int ext i i

Pi,1· Eb N0 i R

I

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

Capacidad celular.

N0

; con k P Eb

i i i

i DLi i i

i1

W R

(k 1 ) ( f )

J

pij pi1 ( fi 1)· pi1

J

Iext pij

W E N

f DLi i i Ri

N

i b i1

0 1) pi1 N (1 )·(1 ) pi1 (

p ·

❍ Enlace descendente: Q Interferencia interna para el usuario i-ésimo,

factor de ortogonalidad, i

Iint 1 i (1 )· pi1

Q Interferencia externa, señales recibidas

por el usuario desde J estaciones base

j 2 j 1

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

Señal deseada

Interferencia intracelular

Interferencia intercelular


❍ Enlace descendente: Q El factor de incremento de ruido.

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

Capacidad celular.

i DLi i i

I total n ki

N (k 1 ) ( f ) R,DLi

) (1 ) M

b 0 i

DLi i i

DL

i1 W i Ri

E N ( f

Q El factor de carga medio se obtiene dividiendo el anterior por el numero M

de usuarios. El margen de interferencia medio valdrá:

MI 1 10·log (1 DL )

Q La potencia media por usuario se podrá estimar mediante:

N


media

0

174 NF 10 log R (b / s) Eb MI P(dBm) L

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

Q 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: Q Tasa binaria, R. Factor de actividad vocal.

Q Potencias de los UE (enlace ascendente) y Nodos B (descendente)

Q Ganancia de las antenas en Tx y Rx, 0 dBi para UE y 18 dBi Nodo B (sector)

Q Perdidas en cables y terminales, 0 dB en UE y varios en BS

Q Factor de ruido. Nodos B: 2 dB con MHA, y 8 dB para UE.

Q Factor de carga de la célula. Entre 50 % y 70 %. Margen interferencia

Q Factor de ortogonalidad. Descendente. 0,4

Q Relación Eb/No objetivo. (BER<10-3 para voz y BER<10-6 para datos).

Q Desviación típica del control de potencia: 2,4 dB, se suma al objetivo Eb/No

Q Sensibilidad terminales. Margen log=normal. Perdidas indoor, cuerpo ….

Q Ganancia por traspaso en continuidad. Ganancia por diversidad.

Q Máxima atenuación compensable € distancia de cobertura.


Cobertura celular.

❍ Enlace ascendente. (suele estar limitado en cobertura)

✓ PIRE

✓ Sensibilidad

Q 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.

k

MI E

b

N0 S (dBm) 174 NF 10 log Rbk

✓ Máximas pérdidas compensables:

PIRE (dBm) PMS GMS cuerpo

AUL max PIREMS SBS GBS Gdiv GSH pasivos otros,indoor R L

❍ Enlace descendente. (suele estar limitado en capacidad)

✓ PIRE

✓ Sensibilidad

✓ Máximas pérdidas compensables:

PIRE (dBm) PBS GBS pasivos

E b bk MI

N0 k

S (dBm) 174 NF 10 log R

SMS GMS GSH otros R L ADL max PIREBS


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

Cobertura celular.

Transmisor (UE)

Potencia Tx max 0.126 W 21.0 dBm Ganancia de antena UE 0.0 dBm

Pérdidas cuerpo 3.0 dB

PIRE 18.0 dBm

Receptor (BS)

Ancho de banda 3840000 Hz W Figura de ruido BS 5 dB NF Potencia de ruido receptor -103.1 dBm N = Fn ·k·T·B (T = 293 K) Margen de Interferencia. 10log(NR) 3.0 dB : Factor de carga: 50 %, NR = 1/(1- ) Potencia interferencia receptor -100.1 dBm I = N + MI Ganancia de Proceso 25.0 dB GP = 10·log (3840/12.2) Eb/N0 necesaria 5.0 dB

Sensibilidad del receptor -120.1 dBm C = Eb/N0 - GP + I

Ganancia antena BS 18.0 dBi

Pérdidas en cables 2.0 dB

Margen fading rápido 0.0 dB Compensado por control de potencia Pérdidas Máximas 154.1 dBm Lmax = PIRE + GR -Lcab - MF + C

Probabilidad de cobertura 95 %

Margen Fading Log-Normal 7.0 dB

Ganancia de Soft handover 2.0 dB

Pérdidas interiores-coche 0.0 dB

Exponente del modelo de propagación 3.57 Modelo Okumura-Hata

Cálculo del enlace (pérdidas célula) 149.1 dB Lp = 138.5 + 35.7 log (d)

Radio de la Célula 2.0 Km


Ejemplo de cálculos de capacidad.


Balances de Tráfico en zona Urbana para UMTS

Servicio Voz 64 kbps 144 kbps 384 kbps

Factor de carga 0,09 0,13 0,16 0,09

Ganancia de procesado 314.75 60 26,67 10

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

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

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

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

Función Q-1 2,05 2,05 2,05 2,05

Factor de actividad 0,4 1 1 1

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

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

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

F(B,) 0,35 0,22 0,17 0,1

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

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

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

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

Planificación celular.


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

Parámetro E. ascendente E. descendente E. ascendente E. descendente

Potencia trasmitida al borde de cobertura (dBm) 21 27,86 21 33,04

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

PIRE 21 42,86 21 48,04

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

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

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

Factor de ortogonalidad 0 0,4 0 0,4

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

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

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

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

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

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

Margen Log-Normal (dB) 8 8 8 8

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

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

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

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