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Introducción

Clase 7

Redes Inalámbricas

Marzo, 2008

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Introducción

Demanda por comunicaciones personales Desarrollo de nuevas técnicas

 Voz, data para usuarios móviles

Los sistemas de telefonía celular sonresponsables de dar servicio endeterminada área o servicio.

La interconexión de sistemas inalámbricoscomo los celulares y otros se define comoREDES INALAMBRICAS 

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Introducción

Servicio de comunicaciones inalámbrica Cobertura, red integrada de EB 

EB deben ser conectadas al MSC 

MSC provee conectividad con la Red PSTN  Radio enlaces para conectar los móviles necesitan

de un protocolo común CAI: Common air interface (handshake protocol)

Especifica como la EB y el móvil se comunican Debe proveer una gran fiabilidad

Hay diferentes estandares de interconexión entreEB, MSC y PSTN 

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Diagrama de un sistema celular

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Introducción

PSTN en Panamá

Redes Celulares en Panamá

Cable & Wireless Panama - Movil Telefonica de Panama - Movistar

Digicel Panamá - Digicel

Claro Panamá - Claro

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Sistemas Celulares de

Primera Generación (análogo)

Advanced Mobile Phone System ( AMPS)

Acceso Multiple: FDM A/FDD

Canal de Regreso, frecuencias: 824-849MHz

Canal hacia adelante, frecuencias : 869-894MHz

Ancho de banda = 30kHz (832 canales)

Modulación: FM con 12kHz de desviación de frecuencia pico

Patrón de 7 celda de reuso con 3 sectores por celda

AMPS Banda

 Angosta (N-

 AMPS)

Canales de 30kHz son divididos en 3 canales de 3 10kHz.

Desviación de frecuencia picope es reducida para reducier el

BW de FMl => degradando calidad de voz.

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Sistemas Celulares de

Primera Generación (di g it al )

United States Digital Cellular (USDC) ± Estándar Interino (IS-54,136)

Acceso múltiple: FDM A/TDM A-FDD

Usa canales  AMPS (30kHz) y los comparte con TDM A basado en

velocidades de 3 usuarios completos o de 6 a media velocidad Modulación: /4-DQPSK

Root raised cosine pulse shape con alfa = 0.35 .

Velocidad de símbolo = 24.3ksps => 16.2kbps por usuario

Codificador de voz - Vector sum excited linear predictive coder -VSELP (Motorola)

Velocidad de datos de la voz = 7950 bps. Velocidad de datos después de codificado = 13kbps.

La sotras especificaciones son iguales que  AMPS.

La capacidad del sistema es 3 veces mas grande que  AMPS (y 6veces a mitad de velocidad).

 

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Sistemas Celulares de

Segunda Generación (di g it al )

Global System for Mobile (GSM)

Acceso Múltiple: FDM A/TDM A-FDD

Canales FDM A, BW = 200kHz (Canales hacia delante y de

regreso están separados por 45MHz).

Cada canal FDM A comparte hasta 8 usuarios en una base TDM A.

Modulación: GMSK (BT=0.3)

Velocidad de símboloe = 270.833kbps

Velocidad de data de usuario = 24.7kbps

Codificador de vozr: Residually Excited Linear Predictive Coder (RELP)

Velocida de voz = 13kbps

Velocidad real de la data (incluyendo codificación) = 22.8kbps

Patrón de reuso de frecuencias.

Capacidad es de 23 veces mayor que USDC.

 

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Caso Estudio

IS-95

Específico del estándar IS-95 (forward link)

Vocoder: Qualcomm Code Excited Linear Predictor (QCELP)

Razón de bits = 9,600 bps (full-rate)

Velocidad es bajada a 4,800bps, 2,400bps, 1,200bps si se detecta

que la voz esta inactiva.

Forward Link (base to mobile) - IS-95

 

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Caso Estudio

IS-95

Epecífico del Estandard IS-95 (forward link) Codificador Convolucional: Razón = 1/2, Longitud restringida,

K=9

Razón de bits codificados = 2*9600bps = 19.2kbps.

Block Interleaver: 24x16 (=384 symbols) => 20msec por bloque.

Scrambling Code: secuencia PN de longitud N=242-1

Chip rate = 1.2288Mchips/sec => 64chips/bit codificado.

Walsh code (corto): 1 de 64 secuencias ortogonales de longitudde 64 chips/bit codificado

A cada usuario se le asigna 1 de cada 64 códigos.

Una secuencia es reservado como piloto (portadora no data) paraser usada para estimación de canales.

Códigos de Canales I, Q (código largo): Secuencia PN delongitud N=2 15-1

Chip rate = 1.2288Mchips/sec

La misma secuencia es usada por todos los usuarios en el sector.

 

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Caso Estudio

IS-95

 

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Caso Estudio

IS-95

Especifico del estándar (bloques del enlace de regreso

que son diferentes del enlace hacia delante)

Codificadores Convolucionales: Rate = 1/3, Longitud

restringida, K=9

Razón de bits codificados = 3*9600bps = 28.8kbps.

Block Interleaver: 32x18 = 576 símbolos = 20msec.

Modulador ortogonal 64-ary:

Seis bits de salida del codificador desde la salida del codificador 

especifican cual secuencia ortogonal Walsh son transmitidas.

Chip rate = 28.8kbits/sec * (64 chips / 6 bits) = 307.2 kchips/sec.

Nota: scrambling code / PN codes expandido por un factor de 4

=> Chip rate - 1.2288Mchips/sec.

OQPSK Modulator:

Data del canal Q es demorada por 1/2 chip relativo a data del

canal I para reducir razón de la potencia promedio pico de laseñal transmitida.

 

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Caso Estudio

IS-95

Otros aspectos de los sistemas IS-95

Detección de señal

Foward Link - Coherent R AKE (estimados del canal obtenido del piloto)

Reverse Link - Non-coherent R AKE (piloto no disponible)

Sectorización de antenas: 3 sectores por celda

Reduce interferencia por 3x => Incrementa la capacidad por alrededor de3x.

Incrementa la cantidad de handoffs.

Detección de actividad de voz:

Usuarios con voz inactivas transmiten mas baja potencia por 9dB.

Cada usuario tuene activada la voz solamente el 40% del tiempo => 2x

aumento de capacidad. Factor de reuso:

Cada canal CDM A puede ser reusado en cada sector de la celda

=> 4-7x incrementa la capacidad sobre TDM A/FDM A.

Reverse link transmite potencia de control (enlace cerrado): Potenciatransmitida del móvil es actualizada cada 800 veces por segundo.

 

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Razón de datos mejoradas para la

evolución de GSM (EDGE)

EDGE es una mejora avanzada a GSM lo cual permitealtas razones de datos. Modulación 8PSK (altas razones de datos) o GMSK (bajas

razones de datos)

La cantidad de bits redundate (codificación de corrección deerrores) es adaptativamente puesto de tal forma que cadausuario opera con un mínimo de ancho de banday de potencia.Esto maximizará la capacidad de la red

Se permiten 9 interfases aires diferentes

Rápida retroalimentación es usada para seleccionar el

esquema de modulación codificación. Razones de datos logradas:

Hasta 384 kbps (cuando un usuario emplea todos las 8 ranuras enun solo canall)

Hasta 2Mbps (cuando transmisión multicarrier es usada)

 

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CDMA 2000

� CDM A 2000 es una evoilución del sistema IS-95 el cual intenta

reunir algunas de las metas de 3G para los sistemas celulares.

� La transmisión puede ser en múltiplos (N=1, 3, 6, 9, 12)

de1.2288Mchips/sec el cual es ejecutado por:

�Modulación:

�Forward Link - QPSK con 128 chips Walsh por símbolo

=> mas codigos (mas usuarios) en el forward link.

�Reverse Link ± BPSK, Modulación ortogonal M-ary ha sido

eliminada

 

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CDMA 2000

Voice: Estan disponibles un segundo juego develocidades los cuales permiten transmisiones de voz a14.4 Kbps (vocoder de alta calidad).

Data: Estan disponibles opciones para paquetes de transmisión de datos

a velocidades desde 9600bps a 2.4576Mbps.

Ganancia de expansión (Spreading gain) es variable para permitir diferentes velocidades de bits.

Coding: Código Convolucional puede ser reemplazado con un código turbo

para aplicaciones de data.

La razón del Código Convolucional ha sido bajada a 1/4 en elreverse link.

Diversidad en la transmisión: Ejecutado de diferentesmaneras

Diversidad de antena Multi ortadora

 

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CDMA de banda ancha

La evolución de 3G de los sistemas GSM tambiñenusan un formato de acceso múltiple CDM A y esconocido como como CDM A (WCDM A).  Algunasespecificaciones: Chip rate = 3.84 Mcps -->  Ancho de banda = 5MHz

Ancho de banda mas ancho significa mas resolución demultitrayecto y por lo tanto mas diversidad (mejor rendimiento enun canal inalámbrico).

El factor de Expansión por el Downlink puede tener un rango de4 a 256. Eel Factor de expansión del Uplink puede ser ta alto

como 512. Usuarios de Downlink entre celdas son mantenidos ortogonales

vía OVSF (orthogonal variable spreading factor codes).

Pilotos son incluidos en ambas direcciones de tal forma que ladetección coherente pueda ser usada en ambos enlaces.

En el downlink un canal piloto es usado por cada Estaciónbase. Los símbolos de los pilotos son también multiplexado en

 

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CDMA de banda ancha

Razones de códigos variables son usadas basadas enratas de códigos convolucionales de 1/3 o ½, K=9.También hay una opción de usar código Turbo a una razónde 1/3.

Interleaving es generalmente sobre un trama de 10mseg.Opciones permiten interleaving sobre 20, 40 o 80 msegcuando existen limitaciones en las demoras.

La información del control de la potencia de transmisión(TPC) es enviado en ambas direcciones a una razón de

1400Hz. Información del canal de retroalimentación (FBI) es

también enviado en ambas direcciones para permitir que elsistema emplee antenas de transmisión con diversidad.

Razone sde datos de hasta 384kbps son permitidas en

conexiones de circuito conmutado y hasta 2Mbps en