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1 3G Iván Bernal, Ph.D. [email protected] Quito – Ecuador Copyright @2008, I. Bernal Agenda Agenda IMT2000 CDMA2000 UMTS-WCDMA UMTS-WCDMA //handoff =traspaso Iván Bernal, Ph.D. Iván Bernal, Ph.D. Revisión Abril 08 Revisión Abril 08 2

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3G

Iván Bernal, [email protected]

Quito – Ecuador

Copyright @2008, I. Bernal

AgendaAgenda• IMT2000

• CDMA2000

• UMTS-WCDMA• UMTS-WCDMA

• //handoff =traspaso

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 22

Page 2: 3G [Modo de Compatibilidad]

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BibliografíaBibliografíaBibliografíaBibliografía• A. Miceli, “Wireless Technician’s Handbook”, 2nd Edition,

Artech House, 2003.

• Telefónica I+D, “Las Telecomunicaciones y la Movilidad en la y

Sociedad de la Información”, 1ª Ed., Febrero de 2005.

• WCDMA for UMTS – HSPA evolution and LTE, 4ta. Ediciòn.

Wiley, 2007.

• Internet multimedia communications using SIP : a modern

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

• Internet multimedia communications using SIP : a modern

approach including Java practice

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IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción• Objetivo de los sistemas 3G

Proveer comunicaciones inalámbricas de alta velocidad para soportar la transmisión de datos, video y multimedia además de la transmisión de voz.

• Los sistemas 3G están diseñados para comunicaciones multimedia.Las comunicaciones persona-persona pueden mejorarse con imágenes y video de alta calidad.

El acceso a servicios y datos en redes públicas y privadas se mejoran por las tasas de datos más altas y facilidades de comunicaciones flexibles.

Se pueden crear nuevas oportunidades de negocios no solo para las

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Se pueden crear nuevas oportunidades de negocios no solo para las operadoras y fabricantes sino también para los proveedores de contenido y aplicaciones, utilizando estas redes.

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IMTIMT--20002000IMTIMT--20002000• Ya en la WARC (World Administrative Radio Conference) de la ITU de 1992 se empezó a

trabajar en la definición de un nuevo espectro para la actualización de los sistemas 2G,

para proveer nuevas características, servicios y uso eficiente de dicho espectro.Se identificaron a las frecuencias en el rango de 2GHz para futuros sistemas.

S d b id 1992 GSM IS 95 IS 136 t b i t l i i i i lSe debe considerar que en 1992, GSM, IS-95 e IS-136 estaban apenas en instalaciones iniciales.

• International Mobile Telecommunications System 2000 (IMT2000) De la ITU para armonizar los estándares 3G.Para usar una banda de frecuencia global en el rango de 2000 MHz que soportaría un estándar de comunicaciones inalámbricas único y ubicuo para todos los países en el mundo.

Se buscaba tener un solo interfaz de aire global común.

En realidad se tienen varios interfaces de aire basados en CDMA o TDMA.

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Tiene como propósito facilitar la introducción de nuevas funcionalidades y proporcionar una evolución desde los sistemas 2G hacia 3G.Esencialmente define un sistema de movilidad inalámbrico que permitiría servicios de comunicación de altas velocidades, de hasta 2 Mbps.

Mayor capacidad de sistema y una mayor eficiencia espectral.

IMTIMT--20002000IMTIMT--20002000• IMT2000 ha definido la visión de la ITU de las capacidades 3G:

Calidad de voz comparable a la PSTN.

Velocidad de transmisión de datos de 144 kbps para usuarios en vehículos motorizados a alta velocidad sobre grandes áreas.

Velocidad de transmisión de datos de 384 kbps para personas estáticas, desplazándose a pie, o moviéndose lentamente en pequeñas áreas.

Soporta de 2.049 Mbps para uso en oficinas

Tasa de transmisión asimétricas y simétricas.

Soporte para transmisión de datos mediante conmutación de circuitos y paquetes.

Una interfaz adaptiva al Internet para reflejar eficientemente el carácter asimétrico

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p p jentre tráfico upstream y downstream.

Uso mas eficiente del espectro disponible.

Soporte para una amplia variedad de equipos móviles.

Flexibilidad para permitir la introducción de nuevos servicios y tecnologías.

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IMTIMT--20002000IMTIMT--20002000• La ITU aprobó en 1999 cinco interfaces de radio para la familia de

estándares de IMT-2000 (recomendación ITU-R M.1457).Se cubre un conjunto de interfaces de radio para performance optimizado en diferentes ambientes de radio.diferentes ambientes de radio.

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IMTIMT--20002000IMTIMT--20002000• IMT-DS (Direct Sequence)

Conocido como UTRA FDD (UMTS TerrestrialRadio Access FDD), y más comúnmente como WCDMA (Wideband CDMA).

• IMT-MC (Multicarrier)Versión 3G de IS-95 (también conocido comoVersión 3G de IS 95 (también conocido como cdmaOne) y se suele denominar cdma2000.

• IMT-TC (Time Code)UTRA TDD ( TD-SCDMA)

UTRA que utiliza multiplexación por división en el tiempo.

• IMT-SC (Single Carrier)E i l t ti l i ió d GSM

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Esencialmente es una particularización de GSMFase 2+, conocido como EDGEEDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution).

Para redes que usan solo TDMA (UWC 136)

• IMT-FT (Frequency Time)De Europa. Evolucionó a partir de DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications).

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IMTIMT--20002000IMTIMT--20002000• Dos de las alternativas crecieron a partir del trabajo del ETSI

para desarrollar un UMTS (Universal Mobile TelecommunicationsSystem) como el estándar 3G de Europa (Enero de 1998), y posteriormente se propusieron a IMT-2000.

UMTS incluye dos estándares:IMT-DS o UTRA FDD (UMTS Terrestrial Radio Access FDD)

FDD (Frequency Division Duplex)IMT-TC o TD-SCDMA (UTRA TDD) pensado para proveer un camino de actualización para sistemas GSM basados en TDMA.

TDD (Time Division Duplex)

A inicios del siglo, varias propuestas competidoras basadas en wideband

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A inicios del siglo, varias propuestas competidoras basadas en widebandCDMA se unieron en un solo estándar WCDMA.

Al estándar WCDMA resultante se le llama también UMTSDentro de 3GPP, a WCDMA se le denomina a la parte UTRA (UTRA TDD y UTRA Dentro de 3GPP, a WCDMA se le denomina a la parte UTRA (UTRA TDD y UTRA FDD).FDD).

Interfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectro• La tecnología WCDMA ha emergido como el interfaz de aire de 3G adoptado de forma mas amplia.

Dentro de 3GPP, a Dentro de 3GPP, a WCDMAWCDMA se le denomina se le denomina UTRAUTRA TDDTDD y y UTRAUTRA FDDFDD..El nombre El nombre WCDMAWCDMA se usa para cubrir la operación se usa para cubrir la operación FDDFDD así como la así como la TDDTDD..

• Otras alternativas de interfaz de aire:EDGEEDGE

CDMA2000TD-SCDMA (Time Division- Synchronous Code Division Multiple Access)

Formato 3G que se está instalando en China.

• Las bandas de frecuencia a usarse en Europa y Asia (incluyendo Japón y Corea) son las reservadas

en el WARC-92 para IMT-2000 alrededor de 2GHz.En USA, ese espectro fue ya subastado para sistemas 2G y no se reservó nuevo espectro para IMT-2000.

Los servicios 3G pueden implementarse en las bandas existentes

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Los servicios 3G pueden implementarse en las bandas existentes.

El espectro IMT-2000 no está disponible en países que siguen la asignación de espectro PCS de USA.

Algunos países latinoamericanos como Brasil planean seguir la asignación europea en 2 GHz.

1010

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Interfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectro• Dentro de cada región existen excepciones, así en regiones en donde se tienen sistemas

instalados de múltiples tecnologías.

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Interfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectro

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Interfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectro

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Self Provided Applications Self Provided Applications ((SPAsSPAs) ) Self Provided Applications Self Provided Applications ((SPAsSPAs) ) • Aplicaciones que pueden operarse por cualquiera sin licencias de

radio individuales y que trabajan en frecuencias reservadas.Al igual que las frecuencias usadas en los teléfonos inalámbricos de casa (cordless)(cordless).

No se asigna el espectro a ningún operador de forma permanente.

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Interfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectro• WCDMA también será desplegada en las bandas existentes para

2G y que fueron también identificados por IMT-2000 y que en la

actualidad están usadas por GSM o CDMA.Esta alternativa se denomina refarming.

En USA, el despliegue de WCDMA inició refarming WCDMA en las bandas celulares existentes en 850 MHz y en la banda PCS en 1900 MHz.

En Europa y en Asia también se inició el refarming en bandas GSM.La banda de GSM900 es atractiva puesto que la frecuencia mas baja que la de IMT2000 a 2GHz provee mayores coberturas.

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• Una nueva banda de frecuencia fue subastada en USA en el 2006.Se le denomina AWS (Advanced Wireless Services) y está ubicada en 1700MHz para subida y 2100MHz para bajada.

El despliegue en la banda AWS ya se inició.1515

Interfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectro• La coexistencia de GSM y WCDMA en la misma banda de

frecuencia necesita considerarse en la planificación de la red.

• La nueva banda IMT-2000 alrededor de 2.6 GHz con un total de

190 MHz estará disponible muy pronto.En USA, la banda fue ya licenciada y probablemente se usará para TDD.

• Hay otras frecuencias para WCDMA que están consideradas.La banda de 700MHz en USA

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La banda en 2.3GHz (WCS, Wireless Communication Services) en USA

Parte de la banda de broadcasting entre 400 y 700 MHz.

1616

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Interfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectroInterfaces de aire y espectro

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3GPP3GPP3GPP3GPP• Con IMT-2000 se inició el proceso de desarrollo de la nueva(s) tecnología(s) 3G

y de los estándares que constituirían los sistemas.

• 3GPP (Third Generation Partnership Program)

Un comité global fue formado para coordinar el proceso y fue denominado 3GPP.U co é g ob ue o do p coo d e p oceso y ue de o do 3G .3GPP (o 3GPP1)

El grupo original que inició el trabajo en lo que sería el sistema WCDMAWCDMA ((UMTSUMTS)).

3GPP2Para garantizar que el estándar CDMA2000CDMA2000 se ajuste al estándar IMT-2000.

3GPP representa un acuerdo de colaboración entre organismos de estandarización y otras entidades relacionadas para producir las especificaciones técnicas para

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sistemas 3G.

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3GPP3GPP3GPP3GPP• Es el principal foro de estandarización de los sistemas móviles 3G.

No tiene entidad legal y fue establecido en Diciembre de 1998.

Es un proyecto común de sus socios y está formado por:

ETSI en Europa

ATIS (Alliance for Telecommunications Industry Solutions) en USA

Líder en el desarrollo de estándares de tecnologías de comunicación e informaciónLíder en el desarrollo de estándares de tecnologías de comunicación e información.

http://www.atis.org

ARIB y TTC en Japón

TTA (Telecommunications Technology Association) en Corea

CCSA (China Communications Standards Association)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 1919

3GPP3GPP3GPP3GPP• 3GPP (Third Generation Partnership Program)

El alcance original de 3GPP era el producir:Especificaciones técnicas y reporte técnicos de aplicación global para un Sistema Móvil de 3G basado en la evolución de las redes de core de GSM (Global System for Mobile communication) y la evolución de las tecnologías de acceso de radio (UTRAN) que usan dichas redes.

El alcance fue posteriormente modificado para incluir:El mantenimiento y desarrollo de especificaciones técnicas y reporte técnicos de GSM incluyendo la evolución de tecnologías de red y acceso de radio, así por ejemplo: General Packet Radio Service (GPRS), Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE), Universal Mobile Telephone System (UMTS) and IP Multimedia Subsystem (IMS).

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 2020

• 3GPP2A medida que se avanzó en el proceso era claro que existiría mas de una interfaz de aire.

Se estableció otro programa de Partnership: 3GPP2.

3GPP2 es una sociedad paralela que cubre especificaciones para CDMA-2000.

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3GPP3GPP3GPP3GPP• La estandarización en 3GPP es un proceso gradual, con continuas revisiones y evoluciones.

3GPP produce cada cierto tiempo un conjunto de documentos que constituye un estándar que se conoce como “Release”.

• Esta forma de trabajo, heredada de GSM, permite tener un sistema funcionando a la vez que se

mejora y completamejora y completa.

3GPP ha producido tres releases y está trabajando en la cuarta.

La Figura muestra la evolución temporal y los hitos fundamentales, desde la primera versión de la norma GSM (Fase 1).

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 2121

Evolución de UMTSEvolución de UMTSEvolución de UMTSEvolución de UMTS• El trabajo en UMTS se inició a inicios de los 90s.

• En 1998, la ETSI acogió WCDMA como el interfaz de aire.

• El primer conjunto total de especificaciones fue completado a fines de 1999 y se denominó Release 99.

La primera red comercial se lanzó en Japón durante el 2001

En Europa, para pruebas a inicios del 2002 y en el 2003 comercialmente.

• 3GPP especificó importantes pasos de evolución sobre WCDMA:

HSPA para el donwlink (HSDPA) en el Release 5 y para uplink (HSUPA) en el Release 6.HSDPA fue desplegado comercialmente en el 2005

HSUPA fue desplegado comercialmente en el 2007

La evolución posterior de HSPA se especifica en el Release 7.Su despliegue comercial se espera en el 2009.

Esta evolución se conoce como HSPA+

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Esta evolución se conoce como HSPA+.

• 3GPP está también trabajando para especificar un nuevo sistemas de radio llamado LTE (Long Term

Evolution) , siendo la fecha propuesta inicial para terminar la estandarización el año 2007.

Las soluciones en los Releases 7 y 8 para la evolución de HSPA se trabajan en paralelo al desarrollo de LTE.

Se espera, además, que algunos aspectos del trabajo en LTE se reflejen en la evolución de HSPA.

2222

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3GPP3GPP3GPP3GPP• Release 99

UMTS presenta cambios radicales frente a GSM/GPRS en la red de acceso radio, al emplear la tecnología WCDMA en la interfaz aire.

El primer grupo completo de especificaciones es emitido a finales del 99.

La primera red comercial fue “abierta "en Japón durante el 2001.

La primera red GSM inició operaciones en Finlandia en 1991.

La fase pre-comercial en Europa fue a inicios del 2002.

En el 2003 se disponía de redes adicionales comerciales.

• Releases 4, 5 y 6

Los cambios fundamentales se presentan en el núcleo de red y en las capacidades de servicio que se especifican .

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q p

3GPP introduce opciones en la configuración de red, y especifica la arquitectura y protocolos para poder desplegar una red móvil 3G basada totalmente en el protocolo IP.

Los servicios de conmutación de paquetes de UMTS ya emplean IP para el transporte de datos de usuario extremo a extremo, así como en el backbone.

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3GPP3GPP3GPP3GPP

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3GPP3GPP3GPP3GPP

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3GPP3GPP3GPP3GPP• EPS (Evolved Packet System) representa la reciente evolución del

estándar UMTS.Se la conoce con otros acrónimos relacionados a ítems sujetos a estudio técnico en los comités 3GPP:técnico en los comités 3GPP:

LTE (Long Term Evolution) dedicado a la evolución de la interfaz de radio.

SAE (System Architecture Evolution) que se dedica a la evolución de la arquitectura de la red de core.

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3GPP3GPP3GPP3GPP

leas

es.h

tm3g

pp.o

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3GPP3GPP3GPP3GPP• Release 99

Se incluye la modulación 8PSK, solo para datos , triplicando las tasas máximos, sin modificar la arquitectura de GSM/GPRS.

El interfaz de aire GPRS es idéntico al de la red GSM (igual modulación (GMSK), bandas de frecuencia y estructura de tramas).

íDos nuevas características de datos se introdujeron:

EGPRS (Enhanced GPRS)Es una mejora para GPRS y se conecta a través de la interfaz Gb al core de conmutación de paquetes.

ECSD (Enhanced Circuit Switched Data)Una mejora a HSCSD y se conecta a través de la interfaz A al core de conmutación de circuitos.

E d FDD UMTS l b d l d 3G h i i (NTT D C M )

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En su modo FDD, UMTS es la base de las redes 3G hoy en servicio (NTT DoCoMo) y que está en fase de despliegue en Europa.EDGE

Supone un salto cuantitativo en cuanto a tasa de bit en la interfaz aire (hasta 384 kbit/s).La introducción del nuevo acceso radio UTRAN no supuso el fin de la evolución de GSM.

2828

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3GPP3GPP3GPP3GPP• Release 4

Modo TD-SCDMA

Nueva interfaz de radio desarrollada por el socio chino CCSA.

Similar al modo TDD del Release 99 pero con diferente tasa de chips.

1,28 Mchip/s vs. 3,84 Mchip/s.

En la red core se introduce la separación de los planos de señalización y usuario y el

concepto de media gateway.

Se introduce el concepto de GERAN (GSM EDGE Radio Access Network)

Red de acceso GSM/EDGE que puede conectarse a una red de core 3G y es capaz de

ofrecer el mismo conjunto de servicios que UTRAN

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

ofrecer el mismo conjunto de servicios que UTRAN.

Es la parte de radio de GSM/EDGE + BTS + BSC

La red de un operador puede estar compuesta por una o mas GERANs, acoplada con

UTRANs, en el caso de una red UMTS/GSM.

UTRAN basada en CDMA.

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3GPP3GPP3GPP3GPP

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3GPP3GPP3GPP3GPP• Release 5

Introduce IMS (IP Multimedia Subsystem)

Para el control de sesiones multimedia completamente basado en tecnología IP y se considera el potenciador de la introducción de All-IP en la red core del sistema móvil.

IMS representa la implantación conservadora de la arquitectura All IP en 3GIMS representa la implantación conservadora de la arquitectura All-IP en 3G.

IMS permite soportar múltiples flujos multimedia con diferentes QoS ( llamada de voz, transferencia de email, y web browsing), y utiliza el dominio de paquetes y el protocolo SIP para el control de sesión.

IMS provee acceso a la PSTN (se usa SIP -Session Initiation Protocol- para señalización).

Promueve la convergencia con el Internet multimedia, proporcionando servicios de contenidos y comunicaciones multimedia en tiempo real

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contenidos y comunicaciones multimedia en tiempo real.

Posibilita una integración natural con los servicios TCP/IP (videoconferencia, voz sobre IP, “streaming”, presencia, mensajería instantánea y diferida, web, etc.), permitiendo al operador 3G proporcionar a sus abonados servicios multimedia combinados.

3131

3GPP3GPP3GPP3GPP• Release 5

Introduce IMS (IP Multimedia Subsystem) Actualmente, la orientación hacia arquitecturas “All IP” a que se tiende en el

d d l t l f í ó il t i l tili ió d t l IETFmundo de la telefonía móvil trae consigo la reutilización de protocolos IETF.

En particular, SIP (Session Initiation Protocol) es la base del subsistema IP multimedia (IMS) de 3GPP.

Es un protocolo de señalización de la capa de aplicación que permite crear y gestionar sesiones con uno o más participantes.

Estas sesiones pueden ser llamadas de voz, multimedia, streaming,

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

etc.

SIP se basa en los nodos denominados servidores proxy para enrutar, gestionar la autenticación y autorización, y proveer los servicios.

En 3GPP, SIP ha sido adaptado ligeramente.

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3GPP3GPP3GPP3GPP• Release 5

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)

HSDPA introduce en la red de acceso radio un nuevo canal descendente, compartido y de alta velocidad.

Se mejora el throghput usando una capa física rápida combinando transmisión y retransmisión.

Se usa una rápida adaptación al enlace controlada por el nodo B (BTS)

Servicio basado en paquetes que incrementa la velocidad de transmisión hasta 8-10 Mbps ( y hasta 20 Mbps para Sistemas MIMO).

Mejoras Tecnológicas incorporadas:

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Multiple-input multiple-output (MIMO)

Adaptive Modulation and Coding (AMC)

Fast Hybrid Automatic Repeat reQuest (FHARQ)

Fast Cell Selection (FCS)

3333

3GPP3GPP3GPP3GPP• Release 5

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)

AMC (Adaptive Modulation and Coding )

Es una técnica de adaptación del enlace de radio en la que el orden de la modulación y método de codificación del canal son cambiados de acuerdo a la

lid d d l ñ l ibidcalidad de la señal recibida.

Es algo sensible a errores en las mediciones y retardos.Se deshabilita el control de potencia rápido y se reemplaza con AMC.

FHARQ (Fast Hybrid Automatic Repeat reQuest )

Propuesto para proveer adaptación del enlace a condiciones del canal instantáneas.

Esquema para retransmisiones selectivas.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

FCS (Fast Cell Selection)

Propuesto para disminuir la interferencia e incrementar la capacidad del sistema.

El móvil indica la mejor celda en el canal directo usando señalización en el canal reverso.

Si bien múltiples celdas pueden ser miembros del conjunto activo, solo una puede transmitir a la vez.

3434

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3GPP3GPP3GPP3GPP• Release 6

Servicio MBMS (Multimedia Broadcast/Multicast Service)Es la funcionalidad más significativa del Release 6.

Servicio de transporte, independiente de la aplicación, con uso óptimo de los recursos :

En la interfaz de radio, los datos se transmiten una sola vez por un canal común para todos los suscriptores de la celdasuscriptores de la celda.

En la red se utiliza una sola portadora.

Se estandariza para accesos radio UTRAN y GERAN.

Permitirá servicios de streaming y de descarga de archivos, localizados geográficamente, con control sobre el QoS y sobre la facturación.

La recepción no está garantizada por la red de acceso.

Si es necesaria la garantía, deberá llevarse a cabo en las capas superiores.

Modo broadcast

Transmisión unidireccional punto a multipunto a todos los usuarios del área de servicio.

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Transmisión unidireccional punto a multipunto a todos los usuarios del área de servicio.

Modo multicast

La transmisión se realiza sólo para los usuarios suscritos a un grupo multicast, y permite tarificación y facturación.

Las modificaciones en la interfaz de aire de UTRAN (Um) se han reducido en lo posible.

No se introduce un nuevo canal físico o de transporte, aunque a nivel lógico son necesarios dos nuevos canales descendentes (control y tráfico).

3535

3GPP3GPP3GPP3GPP• Release 6

IMS (IP Multimedia Subsystem) Fase 2

Parte de la funcionalidad original no fue gcompletada a tiempo para ser incluida en el Release 5.

Por ejemplo, la gestión de grupos y los servicios de conferencia y

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

mensajería.

3636

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3GPP3GPP3GPP3GPP• Release 6

Se dedica el esfuerzo necesario para la migración de los desarrollos de IMS basados en IPv4 a IPv6.

La interoperabilidad WLAN-3GPP

El WLAN l ú l d d ó il t d i lt ti dEl acceso WLAN al núcleo de red móvil se estandariza como alternativa de acceso.

La aplicación Push to talk over Cellular (PoC)

Está siendo estandarizada en OMA, pero utilizará el subsistema IMS de las redes 3GPP.

El nuevo canal FDD Enhanced Uplink (EDCH)Se introduce un nuevo canal basado en el canal ascendente dedicado DCH, con técnicas ya probadas en HSDPA:

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Scheduling en el Nodo B

Corrección de errores con Hybrid-ARQ

Tamaño de TTI (Transmision Time Interval) reducidos.

Estas mejoras redundan en un menor retardo en la transmisión de paquetes y un incremento en la capacidad de la red.

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3GPP3GPP3GPP3GPP• Release 6

Para complemetar HSDPA, se provee HSUPA (High Speed Uplink Packet Access).

Integración de WLAN.

Push to talk (característica mejorada de IMS)

• Release 7

Efforts to provide better QoS (lower latency, jitter).

Adds Voice Call Continuity (VCC), additional Fixed/Mobile Convergence (FMC) features, and HSPA+.

• Release 8: Currently under development.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

y p

3838

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3GPP3GPP3GPP3GPP

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 3939

3GPP3GPP3GPP3GPP

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 4040

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3GPP3GPP3GPP3GPP• A partir de la Release 4 se especifica la separación funcional del MSC tradicional en dos

elementos funcionales: MSC Server (plano de control)

Provee el control de las llamadas y el control de la movilidad del MSC (en la parte de conmutación de circuitos).

Contiene una VLR que mantiene datos del abonado y datos relacionados a CAMEL.

Adicionalmente, es responsable de la conversión de señalización (señalización usuario-a-red convertida a señalización red-a-red).

Empleando SS7 sobre IP (utilizando soluciones SIGTRAN de IETF)Signaling Transport (SIGTRAN )

Los protocolos SIGTRAN especifican los medios por los que mensajes SS7 pueden transportarse de forma confiable sobre redes IP.

Internet Engineering Task Force (IETF)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

Media Gateway (plano de usuario)

Transporta la voz en paquetes, empleando tecnología de VoIP.

Esto permite la introducción de un backbone IP en el dominio de conmutación de circuitos de la red core.

4141

3GPP3GPP3GPP3GPP

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 4242

Page 22: 3G [Modo de Compatibilidad]

22

3GPP3GPP3GPP3GPP

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 4343

Entidades de estandarizaciónEntidades de estandarizaciónEntidades de estandarizaciónEntidades de estandarización•Organizaciones históricamente conocidas por sus estándares para comunicaciones no móviles como:

IEEEIETF

•Nuevas organizaciones como:OMA

•Se unen a entidades tradicionalmente ligadas a la estandarización de las tecnologías móviles como:

ETSI y su proyecto 3GPP

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

•Los distintos grupos colaboran, desarrollando cada uno la parte del sistema que es su especialidad.

Por ejemplo, el servicio PoC sobre redes UMTS o GSM se basa en documentos de 3GPP, OMA e IETF.

4444

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23

OMAOMAOMAOMA• Open Mobile Alliance

Organismo de estandarización creado en junio de 2002

Para estandarizar servicios y aplicaciones móviles de manera independiente a la tecnología de transporte y acceso.

Participan:p

Principales operadores móviles

Fabricantes de equipos de red y terminales

Proveedores de servicios y contenidos

Compañías de tecnologías de la información de todo el mundo

Consolida e integra diversos grupos:

WAP Forum

Location Interoperability Forum (LIF)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

SyncML Initiative

MMS-IOP (Multimedia Messaging Interoperability Process)

Wireless Village

Mobile Gaming Interoperability Forum (MGIF)

Mobile Wireless Internet Forum (MWIF)

4545

OMAOMAOMAOMA• Objetivo principal

Garantizar interoperabilidad extremo a extremo de los servicios móviles

• Se centra en la especificación de una arquitectura de servicios con interfaces abiertas e

independiente de la tecnología de redes móviles y sus plataformas.

• Además de las actividades de interoperabilidad, OMA trabaja en las siguientes áreas de

especificación de servicios:Multimedia Messaging Service (MMS)

Device Management & Client Provisioning

Digital Rights Management (DRM)

Mobile Broadcast Services (MBS)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

Push to talk over Cellullar (PoC)

Content Screening

Presencia y disponibilidad

Instant Messaging

Mobile Web Services

Otros

4646

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24

IEEE 802.21IEEE 802.21IEEE 802.21IEEE 802.21• Estudia técnicas para permitir handoffs entre redes heterogéneas

(IEEE 802.11/802.16/802.20 y UMTS o GPRS).

• El objetivo es un estándar que definirá mecanismos j q

independientes del acceso al medio (capa 2).

• Estos mecanismos permitirán optimizar la detección y selección de

los puntos de acceso y los handoffs, procesos que en todo caso son

gestionados por entidades de las capas superiores.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 4747

TISPANTISPANTISPANTISPAN• Telecoms & Internet converged Services & Protocols for Advanced Networks

• Grupo de ETSI dedicado a la estandarización de servicios y redes fijas.En particular en lo referente a la evolución de redes de circuitos a redes de paquetes.

R bl d l i d d l ETSI• Responsable de la convergencia de redes en la ETSI.

• Centraliza el trabajo en NGN (Next Generation Networks)Una de las tecnologías estudiadas para las NGN es el subsistema IMS estandarizado por 3GPP.

IMS tiene como requisito en 3GPP la independencia de la red de transporte;

Es decir, un operador podría ofrecer servicios a sus suscriptores independientemente de cómo estos hayan obtenido su acceso a una red IP (UMTS, WLAN lí fij )

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

WLAN o línea fija).

Un sistema diseñado de esta forma es atractivo para los operadores de red fija, y TISPAN y 3GPP han comenzado a analizar los aspectos prácticos de la viabilidad del IMS 3GPP para este entorno.

• La colaboración entre IETF y 3GPP, las redes fijas y las móviles, se repite ahora con TISPAN.

4848

Page 25: 3G [Modo de Compatibilidad]

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3GPP23GPP23GPP23GPP2• De forma similar a como se estableció 3GPP.

• Para la estandarización de los sistemas cdma2000Ha ido produciendo distintas versiones de las distintas modalidades del estándar (1xRTT, 3xRTT, 1xEV-DO y 1xEV-DV).

• Se realiza a través de un proyecto de colaboración, sin entidad legal.

• Organismos de estandarización involucrados:ARIB, Association of Radio Industries and Businesses (Japón)

CCSA, China Communications Standards Association (China)

TIA, Telecommunications Industry Association (USA)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

TTA, Telecommunications Technology Association (Corea)

TTC, Telecommunications Technology Committee (Japón)

• También cuenta con dos representantes del mercado:The CDMA Development Group (CDG)

IPv6 Forum

4949

CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• CDMA2000 es para muchos la siguiente generación de IS-95, es

una actualización y mantiene compatibilidad.

• Pasos principales que un operador CDMA podría considerar:p p q p pIS-95

IS-95B

3G-1X (1XRTT)

1XEV-DO

1XEV-DV

3G 3X (3XRTT)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 5050

3G-3X (3XRTT)

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IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 5151

IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 5252

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27

IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 5353

IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 5454

Page 28: 3G [Modo de Compatibilidad]

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CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• IS-95

El estándar 2G instalado.

• IS-95B (2.5G)Instalado en Asia pero muy poco en USA.Instalado en Asia pero muy poco en USA.Algunas mejoras incluyendo transmisión de datos mediante conmutación de paquetes.

64 kbps o 96 kbps.

• 3G-1X (1XRTT, Radio Transmission Technology with one carrier)Se le suele llamar solamente 1X.

1X se refiere al uso de una vez la tasa de spreading de IS-95 que es 1.2288 Mcps.

Se le conoce como la primera fase 3G de CDMA (cdma2000 1x) y se esperaba que sea

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 5555

ampliamente instalada debido a los incrementos en capacidad y por sus facilidades para transmisión de datos a altas velocidades.Se le suele considerar 2.5G.

Puede llegar a duplicar la capacidad de usuarios de voz de las redes cdmaOne.

Ofrece velocidades máximas de transmisión de paquetes de datos de 307 kbps en entornos móviles.

CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• 1XEV-DO (Data Only)

Conocida como Qualcomm HDR (High Data Rate) o CDMA/HDR o IS-856.Una solución “high-speed Data Only”.

Orientada al uso de IP para transmisión de paquetes y acceso a Internet.Esquema asimétrico, para downstream (de 38.4 kbps a 2.4576 Mbps2.4576 Mbps) y para upstream ( de 9.6 kbps a 156.3 kbps)

Con VoIP se puede soportar tráfico de voz.p p

EV hace referencia a que es una tecnología “evolutionary” basada en IS-95.Se la puede integrar con relativa facilidad en redes CDMA existentes.Se la considera también una solución interina 2.5G.Algunos estiman que 1XEVDO se instalará en paralelo con 1X.

1X para servicios de voz1XEVDO para servicios de datos

• 1XEV-DV (Data Voice)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 5656

1XEV DV (Data Voice)Una versión mejorada de 1XEV-DO.Permite simultáneamente servicios de voz.

frece servicios multimedia que integran simultáneamente voz y paquetes de datos a alta velocidad

Alcanza hasta 3,09 Mbit/s.

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CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• 3G-3X (3XRTT) /(cdma2000 3x)

La versión 3G completa de CDMA.Una perspectiva es que se tendrá una instalación limitada debido a altos costos y problemas de demanda y competitividad.Se refiere a la opción original multicarrier (MC).

Implica la utilización de tres portadoras "1x" (de 1,25 MHz de ancho de banda cada una) para incrementar la velocidad binaria y utilizar una banda de 5 MHz. Sin embargo, se sugiere que ha perdido su posible hueco en el mercado debido al empuje de la tecnología 1xEV.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 5757

CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• El primer sistema comercial que se lanzó mundialmente con cdma2000 1x SK

Telecom (en Corea del Sur) en octubre de 2000.

• Se ha seguido desplegando en algunos países de Asia, América del Norte y del

Sur, y en Europa.

• En el 2002 SK Telecom y KT Freetel lanzaron el sistema cdma2000 1xEV-DO.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 5858

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CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• A medida que CDMA

evolucione hacia CDMA2000

será posible operar con IS-41

o GSM-MAP.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 5959

CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• 1X-RTT

Se aseguraba que casi todos los operadores en el mundo instalarían al menos esta primera fase.El ancho de banda de la señal permanece la misma (1.2288 MHz)

El sistema es compatible hacia atrás.

En la mayoría de los casos se actualiza una tarjeta y software en las BTSsEn la mayoría de los casos se actualiza una tarjeta y software en las BTSs.

Las MSs deben ser cambiadas.

MejorasEl número de Códigos Walsh se incrementa a 128, y se incrementa su longitud.

Mejores códigos de control de errores.

Mejores y mas rápidos mecanismos de control de potencia.

Mejoras en la diversidad de transmisión.

Nuevos canales físicos

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 6060

Nuevos canales físicos

Para fast paging, lo que mejora el tiempo ocioso de la MSs y mejora la duración de baterías.

ResultadosCasi duplicar la capacidad de voz.

Servicios de datos con conmutación de paquetes a mayores velocidades (hasta 153 kbps).

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CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• 1X-RTT

La arquitectura de red de cdma2000 distingue entre los dominios de conmutación de circuitos y de paquetes.

Conmutación de circuitos

El diseño busca la interoperabilidad con las redes IS-95

Utiliza los mismos elementos que la red core de GSM alrededor del MSC.

Aunque funcionalmente son equivalentes, las MSCs y HLRs de cdma2000 se basan en la utilización de diferentes protocolos de señalización y formatos de datos.

Difiere de UMTS en el protocolo de gestión de la movilidad.

Se emplea el protocolo especificado en ANSI-41.

Conmutación de paquetes

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 6161

p q

Predomina la reutilización de protocolos existentes para redes IP antes que la reutilización de la infraestructura de conmutación de paquetes de GPRS como en UMTS.

Por ejemplo, se utiliza Mobile IP (para soportar la movilidad), IPSec (para seguridad) y AAA (Authentication, Authorization and Accounting para acceso a la red).

CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 6262

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CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• 1X-RTT

Como los servicios de datos en IS-95 se implementan con conmutación de circuitos, es necesario incluir un elemento de interfuncionamiento (Inter Working Function, IWF) entre el Internet y el MSC.

Esto no es viable para servicios de datos de mayores tasas binarias (manejadas en 3G)Esto no es viable para servicios de datos de mayores tasas binarias (manejadas en 3G).

En conmutación de paquetes, el elemento central es el PDSN (Packet Data Serving Node).

El punto de unión con la red privada IP.

Es el punto de terminación del protocolo de enlace PPP (Point-to-Point Protocol).

Está conectado al (BSS) a través de la interfaz R-P (Radio- Packet).

También es responsable de la gestión de la movilidad actuando como un Foreign Agent (FA) para la funcionalidad de Mobile IP (MIP).

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 6363

funcionalidad de Mobile IP (MIP).

Servidor AAA (Accounting, Authentication and Authorization) Basado en RADIUS (Remote Authorization Dial-In Service)

Se utiliza para labores de autenticación.

CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• 1X-RTT

También se necesita un Home Agent (HA) para terminar los túneles IP y mantener la sesión Mobile IP.

En el BSS se requiere una nueva funcionalidad, denominada PCF (Packet Control Function), para soportar los nuevos servicios en conmutación de paquetes de la interfaz R-P.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 6464

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CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• 1x EV-DO

No usa la interfaz R-P

Se necesitan otros elementos de redRouter de acceso (AR) cdma2000 1xEV-DO.

Puntos de acceso (Access Points, AP), que emplean el esquema de acceso TDM en el enlace descendente y CDMA en el ascendente.

Incorpora las funcionalidades de control necesarias para soportar este tipo de servicios.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 6565

CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• 3X-RTT

El concepto básicamente es usar 3 canales de 1.2288 MHz.

Se denomina “spreading rate 3”

La spreading rate es 3.6864 Mcps

La longitud de los códigos de Walsh es de hasta 256, incrementando la capacidad.

Se tendrán velocidades de datos de hasta 2 Mbps.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 6666

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CDMA2000 (Red de Acceso)CDMA2000 (Red de Acceso)CDMA2000 (Red de Acceso)CDMA2000 (Red de Acceso)• Los sistemas 1xEV (DO y DV) mantienen compatibilidad en los requisitos de

espectro con los sistemas 1x y cdmaOne.Los operadores con licencias para operar cdmaOne y suficiente espectro, pueden conseguir que sus sistemas evolucionen de 2G a 3G sin necesidad de adquirir nuevas licencias.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 6767

CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• Configuraciones de radio

En CDMA2000, los operadores tienen gran flexibilidad en los servicios que pueden ofrecer.Tanto los enlaces forward y reverso tienen varias configuraciones de radio que proveen diferentes niveles de tasa de datos, y por lo tanto servicios.

Se usan diferentes modulaciones y formas de codificación.Se usan diferentes modulaciones y formas de codificación.

Enlace forward9 configuraciones de radio (RC, Radio Configurations)

RC1 y RC2 son configuraciones de IS-95B

RC3 a RC5 son configuraciones 3G-1X

RC6 a RC9 son configuraciones 3G-3X

Enlace reverso6 configuraciones de radio (RC, Radio Configurations)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 6868

6 configuraciones de radio (RC, Radio Configurations)

RC1 y RC2 son configuraciones de IS-95B

RC3 a RC6Dramáticamente diferentes.

Los enlaces reversos tiene muchos cambios para incrementar la capacidad.

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CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• Configuraciones de radio

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CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• Configuraciones de radio

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CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• Interfaz de aire

Sentido reverso tiene marcadas diferencias.

Se agregan varios canales físicos.

Canales pilotoCanales piloto

Canales de datos suplementarios

Canales de control para señalización

Diferente a IS-95, donde solo se tenía un canal físico transmitido desde la MS.

Se utiliza la modulación HPSK (Hybrid Phase Shift Keying)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 7171

Conocida como OCQPSK (Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying)

CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 7272

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CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• Control de Potencia

Uno de los cambios mas importantes en CDMA2000 es la introducción de control de potencia rápido en el enlace forward.

Se implementa de manera similar al control de potencia del enlace reverso.p pUn lazo externo (outer loop) que fija el Eb/No deseado para obtener una cierta FER.

El lazo interno mide la potencia recibida para par enviar los bits de control a la BTS.

Los bits de control en cualquiera de los sentidos ( forward o reverso) se pueden enviar como un subcanal de los canales de datos o en alguno de los nuevos canales agregados.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 7373

CDMA2000CDMA2000CDMA2000CDMA2000• Forward Transmit Diversity

En la actualidad, la mayoría de estaciones base usan diversidad de recepción, usando dos antenas para combinar las señales recibidas o tomar la de mejor recepción.

La idea en transmisión es similar.La BTS usará dos antenas para transmitir.

Se consideran dos alternativas opcionales.

STS (Space-Time Spreading)Se transmiten todos los datos por las dos antenas pero se usan funciones ortogonales diferentes en cada una para el spreading.

El móvil recibe las señales de ambos caminos y las combina.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 7474

OTD (Orthogonal Transmit Diversity)Se distribuyen los símbolos entre las antenas y luego se usan funciones ortogonales diferentes.

El móvil recibe las dos señales, de ambos caminos, y las combina.

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CDMA2000CDMA2000--TDDTDDCDMA2000CDMA2000--TDDTDD• Están estandarizadas versiones TDD de CDMA2000.

• No se espera que tengan una gran acogida.

• La idea es utilizar menos ancho de banda en una conversación.Se tendrá una disminución en el performance.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 7575

CDMA2000CDMA2000-- Todo IPTodo IPCDMA2000CDMA2000-- Todo IPTodo IP• En cdma2000 también se plantea la evolución hacia una red “todo IP”.

Se ha realizado un esfuerzo de convergencia con el modelo de 3GPP.

La arquitectura de red “todo IP” de 3GPP2 se representa en la Figura.

En esta arquitectura aparecen una serie de elementos nuevos. Por ejemplo:

Access Gateway

Incorpora las funcionalidades del PDSN y del AR, incluyendo el soporte al FA de Mobile IP.

Elementos necesarios para soportar servicios multimedia a través de lo que se denomina IMD (IP Multimedia Domain), que es funcionalmente equivalente al IMS (IP Multimedia Subsystem) de UMTS.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 7676

Page 39: 3G [Modo de Compatibilidad]

39

CDMA2000CDMA2000-- Todo IPTodo IPCDMA2000CDMA2000-- Todo IPTodo IP

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 7777

CDMA2000CDMA2000-- Todo IPTodo IPCDMA2000CDMA2000-- Todo IPTodo IP• En la Figura se presentan los elementos

funcionales propios del IMD (IP

Multimedia Domain) para el plano de

control.

• 3GPP y 3GPP2 han cooperado para

maximizar el número de elementos e

interfaces compatibles en IMS Release 6 e

IMD Revisión 3, alineándose también con

los estándares de IETF.

• Este esfuerzo implica que, aunque el plano

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 7878

de transporte no llegue a converger, el

plano de control entre ambos tipos de redes

tiende a converger en una solución “todo

IP”.

Page 40: 3G [Modo de Compatibilidad]

40

UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)• GSM y UMTS abarcan el 85% de las suscripciones móviles

globales (referencia del 2007).Al 2007 se estimaban que existían mas de 150 redes comerciales WCDMA y mas de 130 millones de abonadosmas de 130 millones de abonados-

El mercado de cdma2000 global ha venido disminuyendo desde el 2004 y en el 2007 estaba en el orden del 10%.

• WCDMA está diseñada para la coexistencia con GSM, incluyendo

handoffs transparentes y dispositivos dual-mode.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

• La mayoría de sistemas WCDMA se despliegan sobre redes GSM

existentes.LTE está diseñada para la coexistencia con GSM y WCDMA.

7979

UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)• No es compatible con CDMA pero usa muchos de los conceptos y

características de CDMA.Hay ciertas semejanzas con CDMA2000 pero la nomenclatura es diferente.

• No se tiene como objetivo mantener compatibilidad con sistemas existentes• No se tiene como objetivo mantener compatibilidad con sistemas existentes.El interfaz de aire de CDMA2000 tiene la tarea extra de mantener compatibilidad con IS-95.

En realidad se diseñó para operar en la misma red principal (core network) que GSM: GSM-MAP.

• Se lo considera como el sucesor natural de GSM.A pesar que se requieran subsistemas diferentes de RF para soportar formatos 2G, 2.5G y 3G, en la transición GSM a WCDMA. La core network puede ser la misma y

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 8080

ofrecer servicios multimodo.

• Las primeras instalaciones de WCDMA se realizaron en Japón.Primer sistema comercial activado en 2001.

Al menos 75 países han elegido el formato para usarlo en sus sistemas 3G.

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WCDMA: conceptosWCDMA: conceptosWCDMA: conceptosWCDMA: conceptos• Son criterios importantes para WCDMA (interfaz de aire) y ya

estudiados:Spreading y despreading

C l d di lti thCanal de radio multipath

Receptor Rake

Control de potencia

Hard, soft y softer handovers

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 8181

WCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreadingWCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreading• Con sincronización perfecta

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 8282

Page 42: 3G [Modo de Compatibilidad]

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WCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreadingWCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreading• Con sincronización perfecta

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 8383

WCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreadingWCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreading• La amplitud de la propia señal se incrementa en promedio en 8

(para el ejemplo) relativo al usuario interferente.A esto se le denomina “ganancia del procesamiento”.

• La ganancia de procesamiento es lo que da a los sistemas CDMA

robustez en contra de la auto-interferencia que es necesaria para rehusar los 5 MHz a distancias geográficamente cortas.

• En WCDMA, los servicios de voz requieren 12.2 kbps con una

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

ganancia de procesamiento de 25 dB =10 log10 (3.84e6/12.2e3).

8484

Page 43: 3G [Modo de Compatibilidad]

43

WCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreadingWCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreading• Después del despreading, la potencia de la señal requiere ser,

típicamente, unos pocos decibels sobre la interferencia y la

potencia del ruido.La densidad de potencia requerida sobre la densidad de potencia de la

interferencia después del despreading se designa, aquí, como Eb/N0

Eb es la energía por usuario.

N0 es la densidad de la interferencia y de la potencia del ruido.

• Para el servicio de voz, Eb/N0 está típicamente en el orden de 5.0

dB l SIR ( i l i f i ) l 5 0 dB

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

dB, y el SIR (signal-to-interference ratio) es, por lo tanto 5.0 dB menos que la ganancia de procesamiento, es decir -20.0 dB.

La potencia de la señal puede estar 20dB bajo la interferencia o potencia del ruido termal y el receptor WCDMA puede todavía detectar la señal.

8585

WCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreadingWCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreading

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Page 44: 3G [Modo de Compatibilidad]

44

WCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreadingWCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreading• Gracias al spreading y despreading, el SIR puede estar mas abajo

en WCDMA que, por ejemplo, en GSM. Una conexión de voz de buena calidad en GSM requiere un SIR= 9–12 dB.

• “Since the wideband signal can be below the thermal noise level,

its detection is difficult without knowledge of the spreading sequence. For this reason, spread spectrum systems originated in

military applications where the wideband nature of the signal

allowed it to be hidden below the omnipresent thermal noise ”

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

allowed it to be hidden below the omnipresent thermal noise.

8787

WCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreadingWCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreading• Se debe notar que dentro del ancho de banda de un canal chip

rate) se tendrá una mayor ganancia de procesamiento para tasas

de datos de los usuarios menores.

• Para 2 Mbps, la ganancia de procesamiento es menor que 2

(=3.84 Mcps/2 Mbps=1.92, que corresponde en dB a 2.8)-Cierta robustez de la forma de onda de WCDMA está comprometida.

• Es importante entender que el spreading/despreading por si sólos

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

no proveen mejora de la señal para aplicaciones inalámbricas. Incluso la ganancia de procesamiento viene con el costo de incremento en el ancho de banda.

8888

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WCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreadingWCDMA: WCDMA: Spreading y despreadingSpreading y despreading• Todos los beneficios de vienen por “la puerta trasera” por las propiedades de

banda ancha de las señales cuando se las examina a nivel de sistema antes que a

nivel individual de un enlace de radio.

La ganancia de procesamiento junto con la naturaleza de gran ancho de banda sugiere un factor de reutilización de frecuencia de 1.

• El tener muchos usuarios compartiendo el mismo ancho de banda provee “

interferer diversity”

La interferencia de acceso múltiple de muchos usuarios del sistemas se cancelan en promedio, lo que mejora la capacidad si se compara con otros sistemas en los cuales

l ifi l d l d i t f i

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

se planifica para el peor de los casos de interferencia.

• Sin embargo, los dos beneficios d e arriba requieren el uso de un buen sistema

de control de potencia y soft handover para evitar que la señal de un usuario

bloquee las comunicaciones de otros.

8989

WCDMA: WCDMA: Canales de radio Canales de radio multimulti--trayectotrayectoWCDMA: WCDMA: Canales de radio Canales de radio multimulti--trayectotrayecto• La energía de la señal (por ejemplo la de un chip de CDMA)

puede llegar al receptor en instantes de tiempo distinguibles

claramente.La energía que llega está marcado ( ‘smeared’ ) en un perfile de retardo multi-trayectoria .

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WCDMA: WCDMA: Canales de radio Canales de radio multimulti--trayectotrayectoWCDMA: WCDMA: Canales de radio Canales de radio multimulti--trayectotrayecto• El perfil de retardo cubre un rango típico entre 1 a 2 µs en áreas urbanas y

suburbanas.

En algunos casos los retardos puede ser incluso de 20 µs y todavía conservar energía significativa en zonas con colinas.

• La duración de los chips con 3.84 Mcps es 0.26µs.

Si el tiempo entre las componentes multi-trayectorias es de al menos 0.26µs, el receptor WCDMA puede separar esas componentes multi-trayectoria y combinarlas para obtener diversidad multi-trayecto.

El retardo de 0.26 µs puede obtenerse si la diferencia en la longitud de los caminos es al menos de 78 m (=velocidad de la luz/ tasa de chips=3.0108 (m/s)/3.84 Mcps).

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

al menos de 78 m ( velocidad de la luz/ tasa de chips 3.0108 (m/s)/3.84 Mcps).

Con una tasa en el orden de 1 Mcps, la diferencia en la longitud de los caminos debe ser de 300 m, lo que no puede obtenerse en celdas pequeñas.

Es fácil ver que con WCDMA de 5 MHz se puede proveer diversidad multi-trayectoria en celdas pequeñas, lo que no es posible con IS-95.

9191

WCDMA: WCDMA: Canales de radio Canales de radio multimulti--trayectotrayectoWCDMA: WCDMA: Canales de radio Canales de radio multimulti--trayectotrayecto• Para un valor dado del retardo, usualmente hay muchos caminos casi iguales en longitud

por los que viaja la señal.

• Por ejemplo, para caminos con una diferencia en longitud de media longitud de onda (que a 2 GHz es alrededor de 7 cm) llegan virtualmente al mismo instante cuando se (q ) g

compara con la duración de un solo chip (78 m a 3.84 Mcps).

• Como consecuencia se tiene la cancelación de señales, lo que se denomina “fast fading”,

efecto que se produce así el receptor se mueva cortas distancias.

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WCDMA: WCDMA: Canales de radio Canales de radio multimulti--trayectotrayectoWCDMA: WCDMA: Canales de radio Canales de radio multimulti--trayectotrayecto• Para mitigar el fading:

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WCDMA: características generalesWCDMA: características generalesWCDMA: características generalesWCDMA: características generales• WCDMA usa DS-CDMA

Para alcanzar las tasas de 2Mbps, se usa factores de spreading variables y conexiones multi-código.

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WCDMA: características generalesWCDMA: características generalesWCDMA: características generalesWCDMA: características generales• WCDMA una tasa de chips de 3.84 Mcps.

Ancho de banda requerido en el orden de 5 MHz.Permite altas tasas de datos de usuario y diversidad multi-trayectoria.

Se pueden usar múltiples portadoras de 5 MHz para incrementar la p p p pcapacidad.

El espaciamiento entre portadoras puede seleccionarse en una grilla de 200 KHz entre 4.4 y 5 MHz, dependiendo de la interferencia entre las portadoras.

• WCDMA soporta tasas de datos de usuario sumamente variables.Se soporta el concepto BoD (Bandwidth on Demand).

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

La tasa de los usuarios se mantiene constante durante cada trama de 20 ms.

La capacidad de datos de los usuarios entre los distintos usuarios puede cambiar de trama a trama (ver figura anterior).

El proceso lo controla la red para optimizar el throughput.

9595

WCDMA: características generalesWCDMA: características generalesWCDMA: características generalesWCDMA: características generales• WCDMA soporta FDD y TDD

En FDD se usan portadoras separadas 5 MHz para uplink y downlink.

En TDD se comparte en tiempo un solo enlace de 5 MHz.

• WCDMA soporta la operación de estaciones base asincrónicas• WCDMA soporta la operación de estaciones base asincrónicas.

No hay necesidad de una referencia de tiempo global como GPS.Esto a diferencia de lo que ocurre en IS-95.

El despliegue de micro estaciones base en interiores y exteriores es mas simple cuando no se requiere recibir la señal de un GPS.

• WCDMA emplea detección coherente

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Se usa en el uplink y downlink usando señales piloto.

Se usaba en IS-95 pero en el downlink.

Ahora en las dos direcciones permite un incremento en la cobertura y en la capacidad del uplink.

9696

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WCDMA: características generalesWCDMA: características generalesWCDMA: características generalesWCDMA: características generales• WCDMA usa conceptos avanzados de receptores CDMA

Se usan de manera opcional para incrementar cobertura y capacidad:Detección multi-usuario

Antenas inteligentes adaptivas

En sistemas 2G no se proporcionaba soporte directo para esos conceptos.No son aplicables

Se aplican solo bajos severas restricciones con limitados incrementos en performance.

• UMTS se diseñó para despliegue conjunto con GSM.Handoffs entre GSM y WCDMA se especifican.

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WCDMA: características generalesWCDMA: características generalesWCDMA: características generalesWCDMA: características generales

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UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)• Se usarán canales de 5 MHz.

Se espera que se puedan soportar mas de 100 llamadas de voz simultáneas.Chip rate es de 3.84 Mcps.

• Modos de operaciónEl sistema está diseñado para operar en FDD y TDD.

• Problemas con TDDTDD Power Pulsing

El móvil debe transmitir por pulsos, se genera interferencia audible.Si el móvil incrementa su velocidad, los pulsos deberán ser mas cortos, incrementando la interferencia.

Interferencia de otras estaciones base

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Interferencia de otras estaciones baseComo se usa la misma frecuencia en toda la red, una estación base puede estar transmitiendo a un móvil en la misma ranura que otro móvil está esperando la transmisión pero de otra estación base.

El resultado neto es que la segunda estación no recibe la señal deseada.Esto se mejora si todas las estaciones base estuvieran sincronizadas.

Esto es lo que se tiene en TD-SCDMA.

WCDMAWCDMA vs. Interfaces de aire de 2Gvs. Interfaces de aire de 2GWCDMAWCDMA vs. Interfaces de aire de 2Gvs. Interfaces de aire de 2G• Nuevos requerimientos de sistemas 3G:

Tasas de bits de hasta 2Mbps.

Tasas de bits variables par ofrecer ancho de banda bajo demanda.

Multiplexación de servicios con diferentes requerimientos de calidad en una sola conexión.Voz, video y datos en paquetes.Vo , v deo y d os e p que es.

Requerimientos de retardos desde trafico de tiempo real, sensible a los retardos, hasta esquemas flexibles de datos en paquetes de mejor esfuerzo.

Requerimientos de calidad desde tasas de errores de tramas del 10% hasta tasas de errores de bit de 10-6

Coexistencia de sistemas 2G y 3G y handoffs inter-sistemas para mejoras de cobertura y balanceo de carga.

Soporte para trafico asimétrico en los enlaces de subida y bajada (uplink y downlink)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08

Soporte para trafico asimétrico en los enlaces de subida y bajada (uplink y downlink).

Alta eficiencia espectral.

Coexistencia de los modos FDD yTDD.

100100

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WCDMAWCDMA vs. Interfaces de aire de 2Gvs. Interfaces de aire de 2GWCDMAWCDMA vs. Interfaces de aire de 2Gvs. Interfaces de aire de 2G•Diferencias entre WCDMA y GSM

Solo se compara el interfaz de aire.GSM también cubre aspectos de servicios y la red de core (core network)

Esta plataforma GSM se emplea con la interfaz de aire WCDMA.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 101101

WCDMAWCDMA vs. Interfaces de aire de 2Gvs. Interfaces de aire de 2GWCDMAWCDMA vs. Interfaces de aire de 2Gvs. Interfaces de aire de 2G•Diferencias entre WCDMA y GSM

El ancho de banda de 5MHz se requiere para soportar tasas de transmisión mas altas.

Diversidad de transmisión mejora la capacidad del enlace de bajada para soportar los requerimientos de capacidad asimétricos entre el enlace de subida y el de bajada.

La mezcla de diferentes tasas de velocidad, servicios y requerimientos de calidad demandan algoritmos avanzados de administración de recursos de radio para garantizar calidad de servicio y maximizar el throughput del sistema.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 102102

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WCDMAWCDMA vs. Interfaces de aire de 2Gvs. Interfaces de aire de 2GWCDMAWCDMA vs. Interfaces de aire de 2Gvs. Interfaces de aire de 2G•Diferencias entre WCDMA e IS-95

Solo se compara el interfaz de aire.

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UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)• Nomenclatura

La nomenclatura comúnmente utilizada en 2G ha sido cambiada.

MS es UE (User Equipment)

BTS es “Node B”

BSC es RNCBSC es RNC

SIM es USIM (Universal Subscriber Identity Module)

BSS es RNS (Radio Network System)

Hay otros términos que deben considerarse para evitar confusión.

El nombre completo del estándar WCDMA es UMTS Terrestrial Radio Interface en los modos TDD o FDD.

UTRA FDD UTRA TDD

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 104104

UTRA-FDD y UTRA-TDD

La ITU conoce como IMT DS

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UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)• Las redes UMTS se componen de subredes:

Telecomunicaciones

Proporcionar la conexión extremo a extremo.

Elementos

Core networkCore network

La red de acceso radio (UTRAN)

Los terminales móvilesRed de gestión

Proveer medios para:

Facturación y tarificación de los abonados.

Registro y la definición de los perfiles de servicio.

Seguridad y la operación de los elementos de red.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 105105

Seguridad y la operación de los elementos de red.

UMTS (UMTS (CoreCore NetworkNetwork))UMTS (UMTS (CoreCore NetworkNetwork))• En UMTS se intenta definir una red de core universal, que pueda gestionar distintos tipos de red de acceso radio y

conectarse a distintos tipos de redes fijas.

• En una primera fase se parte del core de la red GSM/GPRS buscando minimizar costos y facilitar la evolución.

Como en GSM/GPRS, la red de core se ha dividido en dos dominios:

Conmutación de circuitos (voz y datos) y Conmutación de paquetes (datos)

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UMTS (UMTS (CoreCore NetworkNetwork))UMTS (UMTS (CoreCore NetworkNetwork))• Los elementos funcionales comunes a los dos dominios (circuitos y paquetes):

HLR

VLR

AAA (Authentication, Authorization, Accounting)

EIR (Equipment Identity Register).

SMS-GMSC (Short Messages Services Gateway MSC)Actúa como una interfaz entre el centro de servicios de mensajes cortos (SMSC) y la PLMN.

Permite que los mensajes cortos se entreguen a los móviles desde el centro de servicios de mensajes.

Se recibe un mensaje del SMSC e interroga al HLR para obtener información de enrutamiento y avanzar en la entrega del mensaje a la red de destino.

SMS Interworking MSC SMS IWMSC (Short Messages Services Interworking MSC)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 107107

SMS Interworking MSC – SMS-IWMSC (Short Messages Services Interworking MSC)Actúa como una interfaz entre las MSC y el centro de servicios de mensajes cortos.

Permite que los mensajes cortos se envíen desde los móviles al centro de servicios.

Se recibe un mensaje de una red móvil se la entrega al SMSC.

UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)• Core Network

Los elementos particulares del dominio Circuit Switched son:

U-MSC (UMTS Mobile-services Switching Centre)

U-GMSC (UMTS Gateway MSC)

IWF (InterWorking Function).

Entidad funcional asociada a la U-MSC.

Proporciona la funcionalidad necesaria para el interfuncionamiento entre una red UMTS y otras redes fijas (ISDN, PSTN y PDNs).

Sus funciones dependen de los servicios y el tipo de la red fija.Incluso puede llegar a no tener función alguna cuando ambas redes sean compatibles.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 108108

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UMTS (UMTS (CoreCore NetworkNetwork))UMTS (UMTS (CoreCore NetworkNetwork))• Los elementos particulares del dominio Packet Switched son:

U-SGSN (UMTS Serving GPRS Support Node)

U-GGSN (UMTS Gateway GPRS Support Node)

BG (Border Gateway)

SIP H 323SIP y H.323Son dos servidores que gestionan el control del servicio de voz sobre IP, así como los servicios multimedia.

• La estrategia de dividir la red core en dos dominios de conmutación facilita la

migración hacia redes 3G a partir de las 2G y 2.5G. Puede ser un freno para el soporte de servicios más avanzados.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 109109

• Desde los comienzos del sistema se planteó la necesidad de evolucionar hacia

conceptos más modernos y versátiles, pero garantizando la coexistencia e

interoperabilidad de las redes 2G y 3G.

UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))

• Formado por:RNS (Radio Network SystemRNC (Radio Network Controller) Nodos B (estaciones base)

• Red de radio de acceso (Universal Terrestrial Radio Access Network)

• Los elementos funcionales que constituyen la UTRAN se comunican con:

IuLa interfaz entre la red core yel RNC.

IurLa interfaz entre dos RNCs

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 110110

IubLa interfaz entre un RNC y un Nodo B.

UuLa interfaz radio o aire (entre un Nodo B y un móvil)

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UMTS (UTRAN)UMTS (UTRAN)UMTS (UTRAN)UMTS (UTRAN)• Interfaz radio (Uu)

En el tramo radioeléctrico se presenta un enfoque revolucionarioEn la red de core se ofrece un enfoque evolutivo, tratando de construir las redes 3G sobre lo ya existente en la 2G,.

Desde la perspectiva europea se ha optado por una ruptura prácticamente total con loDesde la perspectiva europea, se ha optado por una ruptura prácticamente total con lo que había antes.

Se ha recurrido a DS-CDMA (Direct Sequence-CDMA), diferente de TDMA empleada en la mayoría de los sistemas de 2G.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 111111

UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))• Interfaz radio (Uu)

Componentes FDD y TDD.

FDDEl acceso múltiple se realiza por división en código y en frecuencia.

Utiliza dos portadoras distintas: una para el enlace ascendente y otra para el descendente.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 112112

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UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))• Interfaz radio (Uu)

TDDEl acceso múltiple se hace por división en código y en tiempo.

Existe una única portadora e intervalos temporales de transmisión, que se reparten entre distintos usuarios y, a su vez, entre los dos sentidos de transmisión (ascendente y descendente).

El número de intervalos temporales asignados a cada uno de los sentidos del enlace es configurable.

Se considera adecuado para proporcionar servicios de datos en entornos microcelulares o de interiores, y no tanto para entornos macrocelulares:

Necesidad de disponer de sincronización entre las estaciones base.

Problemas originados por las interferencias no controlables.

Este tipo de interferencias es común a otros sistemas con duplexación en el tiempo.

Son más críticas en UMTS TDD en el que se utiliza un patrón de reutilización 1/1

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 113113

Son más críticas en UMTS TDD en el que se utiliza un patrón de reutilización 1/1.

Una forma de controlar este tipo de interferencias es requerir que todas las estaciones base (que deben estar sincronizadas) transmitan con la misma división de intervalos y la misma asignación a cada uno de ellos a los enlaces ascendente y descendente.

Esto reduce la flexibilidad del sistema para asignar recursos en los distintos sentidos de la comunicación (solo serían posibles asignaciones a largo plazo, sin distinciones entre células).

UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))• Interfaz radio (Uu)

TDDCoincidencia del enlace ascendente en una estación con el descendente de otra vecina puede producir interferencias.

Estación base a móvil y de móvil a estación base (como sucede en los sistemas TDD)

Entre estaciones base y entre móviles asignados a distintas estaciones base.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 114114

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UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))• Interfaz radio (Uu)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 115115

UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))• Interfaz radio (Uu)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 116116

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UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))• Estructura del protocolo

radioCompartido por FDD y TDD.

Utiliza las tres capas mas pbajas del Modelo OSI.

Dos planos: control (C) y usuario (U).

El plano de control contiene aspectos de señalización

El plano de usuario se fi l t i ió

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 117117

refiere a la transmisión de la información del tráfico entre usuarios.

UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))• Estructura del protocolo radio

Capa 2MAC (Medium Access Control)

Gestión del acceso a los recursos por los que los usuarios compiten en un sistema multiacceso.

RLC (Radio Link Control)

Ofrece un servicio de transmisión de datos para la capa de red.

La Capa 3 puede configurar a RLC en tres modos:

Modo transparente (no se añade overhead de protocolo)

Modo sin acuse de recibo (unacknowledged) , no hay protocolo con retransmisión y por tanto no se garantiza la entrega.

Modo con acuse de recibo (se usa un protocolo con re-transmisión y se garantiza la entrega de datos).

Por encima de la subcapa RLC en el plano de usuario:

Subcapa BMC (Broadcast/Multicast Control Protocol)

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 118118

Regula la transmisión de la información relativa a los servicios de Broadcast/Multicast sobre la interfaz radio, siempre bajo el modo transparente o sin acuse de recibo de la subcapa RLC.

Subcapa PDCP (Packet Data Convergence Protocol)

Es aplicable solo al dominio del modo paquete.

Comprimir los paquetes procedentes de la capa superior (para mejorar la eficiencia espectral).

Aislar al resto de los protocolos UTRAN de la necesidad de cambios (por causa de la introducción de nuevos protocolos de red en modo paquete).

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UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))• Estructura del protocolo radio

Capa 3Conseguir que los paquetes de información alcancen su destino.

En el caso de la interfaz radio, también se realizan diversos procesos de control del lenlace.

Se subdivide en tres subcapas:

RRC (Radio Resource Controller)

CC (Call Control)

MM (Mobility Management).

De las tres subcapas, el RNC y Nodo B (BSC y BTS) únicamente actúan sobre RRM, ya que (MM y CC) son transparentes para ellos.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 119119

UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))• Procedimientos básicos que realiza la red de acceso

El control de potenciaRegula la potencia transmitida por el terminal móvil y la estación base, con la finalidad de reducir la interferencia y permitir aumentar la capacidad del sistema.

La estación base reciba el mismo nivel de potencia de todos los servicios de usuario queLa estación base reciba el mismo nivel de potencia de todos los servicios de usuario que esté cursando, independientemente de la distancia entre el abonado y la estación base

WCDMA tiene un control de potencia rápido que actualiza los niveles de potencia 1.500 veces cada segundo.

Para garantizar un buen funcionamiento, el control de potencia se aplica en los dos enlaces (ascendente y descendente).

El control de admisión

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 120120

Evitar que el sistema se sobrecargue y, sobre todo, para poder proporcionar la cobertura y calidad esperadas.

Cuando un usuario intenta acceder a la red, el sistema de control de admisión estima la carga de la red y, en función de la nueva fracción de carga estimada, el usuario será admitido o por el contrario se le denegará la conexión.

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UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))• Procedimientos básicos que realiza la red de acceso

El control de la congestiónAunque la función de control de admisión funcione correctamente, la sobrecarga del sistema puede producirse.

P j l l b d d t d l dPor ejemplo: los abonados se mueven de una zona a otra de la red.

Si se produce un exceso de carga, hay cuatro acciones que se pueden tomar:

Activar el control de congestión para reducir la tasa binaria de las aplicaciones que no son en tiempo real (y pueden admitir mayores retardos).

Si la reducción de la tasa binaria de la acción anterior no es suficientemente efectiva para reducir la carga, el control de admisión puede forzar ciertos traspasos intra o entre frecuencias, y de este modo tratar de que otras portadoras

á áfi

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 121121

con menos carga pasen a cursar más tráfico.

Traspaso hacia GSM

Finalizar algunas conexiones, si, aún así, se sigue detectando un exceso de carga.Para proteger la calidad de las conexiones restantes en el sistema.

UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))UMTS (UMTS (UTRANUTRAN))• Procedimientos básicos que realiza la red de acceso

Sincronización Uno de los requisitos de estandarización del sistema WCDMA fue evitar la dependencia con sistemas externos para obtener la sincronización entre estaciones base.

L i i ió i d l i i tLa sincronización se consigue de la siguiente manera:El móvil, cuando sea necesario, mide el offset de sincronización entre las celdas, e informa de ello a la red.

Adicionalmente, existe la posibilidad de utilizar una fuente externa, como por ejemplo un GPS, para sincronizar los nodos.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 122122

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UMTS (UMTS (HandoverHandover))UMTS (UMTS (HandoverHandover))• Las funcionalidades “soft” y “softer handover”

El móvil puede comunicarse simultáneamente con dos o más estaciones base.Esta flexibilidad repercute en una reducción notable del número de llamadas caídas.

El móvil ajusta su nivel de potencia al de la estación base, la que requiere que el móvil use la menor cantidad de potencia para transmitir.

La diferencia entre soft y softer handover radica en el número de estaciones base a las que el móvil permanece conectado simultáneamente.

Soft handover El móvil está conectado a varias celdas de distintas estaciones base.

Softer handover

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 123123

Entre dos sectores de la misma estación base.

Se requieren dos códigos en el downlink.

UMTS (UMTS (HandoverHandover))UMTS (UMTS (HandoverHandover))

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 124124

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UMTS (UMTS (HandoverHandover))UMTS (UMTS (HandoverHandover))• El “handover” entre sistemas

Cuando WCDMA se estandarizó, uno de los aspectos clave era garantizar la reutilización de las inversiones existentes en la mayor medida posible.

Por ejemplo: el handover entre las nuevas redes (WCDMA) y las existentes (GSM), ya sea provocado por motivos de:

Cobertura (WCDMA a GSM– GSM a WCDMA)

Capacidad

Requisitos del servicio ofrecido

El handover entre sistemas por cobertura Se considera muy importante al inicio del despliegue de las redes UMTS, ya que los operadores móviles irán ampliando sus redes UMTS poco a poco, en zonas donde ya tienen infraestructura de red GSM

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 125125

tienen infraestructura de red GSM.

El handover en sentido contrario, es decir, de GSM a WCDMA, también puede tener un efecto benéfico en el reparto de carga de los sistemas.

Una función relacionada con el handover entre sistemas es el funcionamiento del modo comprimido.

UMTS (UMTS (HandoverHandover))UMTS (UMTS (HandoverHandover))• El “handover” entre sistemas

Modo comprimido

Permite disponer de periodos de tiempo para hacer medidas de otras frecuencias de UMTS o de otros sistemas (GSM).

En estos periodos en los que se realizan las medidas, la transmisión y recepción de UMTS se detiene.

En los periodos inmediatamente anteriores y posteriores se transmite a mayor velocidad y mayor potencia.

Las medidas se usan como información para los handoffs entre portadoras y entre sistemas.

La utilización del modo comprimido puede tener impacto en la capacidad del sistema.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Revisión Abril 08Revisión Abril 08 126126

Existen factores que implican que se pueda dar un nivel de interferencia mayor.

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UMTS (UMTS (HandoverHandover))UMTS (UMTS (HandoverHandover))• El “handover” entre frecuencias (intrasistema)

La necesidad de realizar handover entre frecuencias surge en aquellas regiones con alta demanda de usuarios, donde es necesario utilizar varias portadoras WCDMA de 5 MHz.

Este tipo de handover tiene un conjunto de implicaciones muy similar al de los handover entre sistemas, como es, por ejemplo, la funcionalidad del modo comprimido.

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UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)• Ranuras y tramas

WCDMA usa técnicas de CDMA para ubicar múltiples canales en la misma frecuencia.

WCDMA también usa el dominio del tiempo mediante una estructura de ranuras y tramas.

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UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)• Canales lógicos y de transporte

Los canales de transporte y lógicos se conocen como los canales de capa 2.

• LógicosDefinen como y con que características los datos serán transferidos por el canal físico.7 canales

• TransporteDefinen como los datos serán transferidos por la capa física.9 canales

• Canales físicos

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Se definen alrededor de 15.

• Una vez que se tienen datos en un canal lógico se procesan hacia una canal de transporte.

De ahí el canal de transporte es asociado a un canal físico.

UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)UMTS (WCDMA)• Visión

HSDPADiseñado para mejorar la capacidad de transmisión de datos del enlace downlink.

De naturaleza dinámica y adaptiva, permitirá transmitir la máxima cantidad de datos, trama después de trama, aún en condiciones del canal de radio cambiante y pobre.

Permitirá un throughput máximo t ó i d 14 4 Mb l

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teórico de 14.4 Mbps, valor que se incrementará posteriormente.

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CELL BREATHINGCELL BREATHINGCELL BREATHINGCELL BREATHING• Se usa para describir la forma en la cual la cobertura de un Nodo B cambia (o

respira) en respuesta a cambios en la carga de la red.

• Escenario: Una UE con una potencia de transmisión fija que se comunica con

l N d Bun solo Nodo B cercano.La señal del UE es recibida y decodificada en el receptor del nodo B frente a la presencia solo de ruido termal.

Si el UE se aleja del Nodo B, se llegará a un punto en dónde la intensidad de la señal recibida en el Nodo B es justo suficiente para sobrellevar el ruido termal y mantener una calidad adecuada del enlace.

En este punto, se puede considerar que la UE está localizada en el extremo de la cobertura de la ld

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celda.

Si ahora se añade una segunda UE activa, esta UE causará interferencia a la señal de la primera UE en el receptor del Nodo B.

Para sobrellevar esta interferencia adicional, el primer UE debe entregar mas potencia al receptor del Nodo B, y puesto que el UE tiene potencia de transmisión fija, la única forma de conseguir este incremento es aproximarse el primer UE al Nodo B.

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CELL BREATHINGCELL BREATHINGCELL BREATHINGCELL BREATHING• Escenario:

A medida que la primera UE se aproxima al Nodo B, se llegará a un punto en el que el nivel de la señal que se reciba en el Nodo B será justo suficiente para sobrellevar los efectos del ruido térmico y de la interferencia introd cida por el seg ndo UEinterferencia introducida por el segundo UE.

Este punto efectivamente se convierte en el nuevo límite de la celda. A medida que mas y mas UEs se añaden al sistema, y por tanto la primera UE sufre mas y mas interferencia, el límite de la celda se acerca al Nodo B, es decir, la celda se encoge.

Por el contrario, a medida que las UEs abandonan el sistema y la interferencia disminuye, la celda se expande

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expande.

En un sistema práctico, la carga de la red (es decir, el número de usuarios que acceden la red) variará considerablemente a lo largo del día y esto causará que las celdas en la red "respiren" (breathe) en respuesta a esta carga.

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CELL BREATHINGCELL BREATHINGCELL BREATHINGCELL BREATHING

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CELL BREATHINGCELL BREATHINGCELL BREATHINGCELL BREATHING• El incremento de la potencia recibida es gradual, pero luego empieza a incrementarse mas

rápidamente a mediad que mas usuarios se añaden a la red.

• En un punto, se llega a un valor de N que causa que el valor necesario de potencia se dispare a

infinito. Puesto que ningún transmisor puede generar una cantidad infinita de potencia, el valor de

N (número de usuarios) nunca puede obtenerse en un sistema práctico y se le denomina "polo de

capacidad" de la red.

• Si una red en la práctica empieza a

aproximarse a su polo de capacidad, puede

llegar a ser inestable, y los requerimientos de

potencia de transmisión de los UEs varían

dramáticamente para pequeños cambios en la

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carga de la red.

• Por lo tanto, redes prácticos usualmente se

diseñan para operar a cierta fracción de su

polo de capacidad y las nuevas llamadas son

rechazadas una vez que se llegue a este límite.Gráfico para ciertos valores de parámetros (caso de

estudio)

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CELL BREATHINGCELL BREATHINGCELL BREATHINGCELL BREATHING• This technique of using noise rise to control the load on a Node B is the simplest

form of call admission control (CAC) and it can be used to limit the degree of

cell shrinkage within the network.

E i l t l l b t d l i t• Esencialmente, lo que ocurre es que la cobertura del sistema

depende del número de usuarios activos.

• Este fenómeno dificulta la planificación y hace que los usuarios de alto tráfico sólo tengan garantizado el servicio si se encuentran en

las cercanías de las estaciones base

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las cercanías de las estaciones base.

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Evolución Evolución -- ResumenResumenEvolución Evolución -- ResumenResumen

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Evolución Evolución -- ResumenResumenEvolución Evolución -- ResumenResumen

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ComparaciónComparaciónComparaciónComparación• Principales diferencias entre WCDMA y cdma2000

Diferencias en la red de acceso radioIS-95 (cdmaOne) y cdma2000 comparten una serie de características comunes que a su vez los diferencian con el acceso radio UMTS:

Chip rate

WCDMA utiliza un ancho de banda y un chip rate más de tres veces superior al de la familia y p pcdma2000.

Con esto WCDMA tiene mayor diversidad multitrayecto, especialmente en entornos urbanos con celdas de pequeño tamaño, con lo que en principio se combaten mejor las atenuaciones y se mejora la cobertura.

El mayor ancho de banda también es una ventaja en lo que se refiere a la cobertura de servicios de ritmos de transmisión altos ( >=384 kbps).

Sincronización entre estaciones base

En IS-95 y cdma2000 deben estar sincronizadas a través de GPS, mientras que en UMTS no se i i i ió

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requiere sincronización externa.

Entre las ventajas de los sistemas sincronizados están:

La mayor simplicidad en los algoritmos de selección de celda

Menor tiempo de handoff

Mayor facilidad en la elección de códigos con buenas propiedades de ortogonalidad

El mayor inconveniente es la necesidad de GPS para la sincronización, lo que complica el despliegue sobre todo para interiores.

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ComparaciónComparaciónComparaciónComparación• Principales diferencias entre WCDMA y cdma2000

Diferencias en la red de acceso radio

Códigos de “scrambling”

En cdmaOne y cdma2000, gracias a que las estaciones base están sincronizadas, los códigos de scrambling se consigue mayor ortogonalidad entre elloscódigos de scrambling se consigue mayor ortogonalidad entre ellos.

TDMA en 1x EV-DO

Utiliza TDM en el enlace descendente, es decir, en cada instante de tiempo solo un usuario es atendido.

El funcionamiento es diferente al de los sistemas cdmaOne y cdma2000 1x.

Esta solución permite asignar la potencia máxima, necesaria para garantizar altos ritmos de transmisión en el canal directo.

M l d i i

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Mezcla de servicios

cdma2000 1x EV-DO es una solución solo para aplicaciones de datos.

WCDMA es muy flexible y puede combinar servicios de voz y datos. cdma2000 1xEV-DV se desarrolló para solucionar este inconveniente.

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ComparaciónComparaciónComparaciónComparación• Principales diferencias entre WCDMA y cdma2000

Diferencias en la red de acceso radio

El control de potencia

La importancia de un adecuado control de potencia radica en que la decodificación de la señal original, conocido el código, realza la señal original, quedando el resto de lasla señal original, conocido el código, realza la señal original, quedando el resto de las señales como ruido blanco.

Pero si la potencia asociada al resto de las señales es muy grande, el ruido enmascarará la señal original, que no se podrá recuperar.

El objetivo del control de potencia es que todos los canales se transmitan con la potencia mínima para ser decodificados correctamente a la vez que aportan el menor nivel interferente al resto.

En las primeras fases de cdma2000, la frecuencia a la que actúa el control de potencia es 800 H f 1 500 H l d UMTS

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800 Hz, frente a 1.500 Hz en el caso de UMTS.

Configuración de canales

IS-95 y cdma2000 usan un único canal común que envía la información de piloto para todas las estimaciones necesarias en los algoritmos de acceso, handoff, etc.

En UMTS, además de un piloto común, cada canal de tráfico tiene un canal de señalización asociado en el que también se transmite un piloto no compartido.

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ComparaciónComparaciónComparaciónComparación• Principales diferencias entre WCDMA y cdma2000

Diferencias en la red de acceso radio

La potencia de los canales comunes

Debido a la diferencia existente en la configuración de los canales y a la distinta ganancia de procesado varía la potencia necesaria en los canales comunes y deganancia de procesado, varía la potencia necesaria en los canales comunes y de señalización.

En concreto, en algunos estudios se estima que para cdma2000 un 20 % de la potencia total en el enlace descendente debe estar dedicada a estos canales, mientras que para UMTS sería un 10 %.

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ComparaciónComparaciónComparaciónComparación• Principales diferencias entre WCDMA y cdma2000

Diferencias en la red coreConmutación de circuitos

En cdma2000 se busca la interoperabilidad con las redes IS-95.

cdma2000 difiere de UMTS en el protocolo de gestión de la movilidad.p g

En cdma2000 se emplea el protocolo especificado en ANSI-41.

Conmutación de paquetes

En cdma2000 predomina la reutilización de protocolos existentes para redes IP antes que la reutilización de la infraestructura de conmutación de paquetes de GPRS como en UMTS.

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ComparaciónComparaciónComparaciónComparación• Parámetros del Interfaz de aire

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ComparaciónComparaciónComparaciónComparación• Parámetros del Interfaz de aire

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ComparaciónComparaciónComparaciónComparación• Canalización e identificación de fuentes

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ComparaciónComparaciónComparaciónComparación

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ComparaciónComparaciónComparaciónComparación• Control de Potencia

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ComparaciónComparaciónComparaciónComparación

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