presentación redes celulares

COMUNICACIONES CELULARES LA MAGIA DE LA MOVILIDAD

Se compone de cuatro bloques o subsistemas que engloban el conjunto de elementos de la jerarqua del sistema1. La Estacin Mvil (MS)2. El subsistema de estacin base (BSS, RNC)3. El subsistema de conmutacin y de red (NSS)4. El subsistema de operacin y mantenimiento (OMC)ARQUITECTURA GSM

Arquitectura del sistema GSM

Las funciones que realiza el subsistema de estacin mvil son bsicamente las de acceso a la red GSM a travs del interfaz radio y la disposicin de un interfaz de usuario para el establecimiento de las comunicaciones de voz o con un equipo terminal en el caso de establecer comunicaciones de transmisin de datos1. MS: Mobile Station -La Estacin Mvil-

Se compone de cuatro elementosMS: Elementos de la estacin MvilTATESIMMTMT: Mobile terminalSIM: Subscriber Identity ModuleTA: Terminal AdaptorTE: Terminal Equipment

Terminal mvil (MT): Es el telfono MvilModulo de identidad del abonado (SIM): Es la tarjeta de abonado que proporciona el operador al usuario cuando se contratan sus serviciosEl adaptador de terminal (TA): es el elemento de adaptacin para la interconexin del telfono mvil con un equipo terminal de datos (TE) para la transmisin de datos va GSM

2. BSS: Base Station Subsystem -Subsistema de estacin base-El subsistema de estacin base BSS agrupa la infraestructura especifica de los aspectos de radio para el sistema GSM.

Se compone de Elementos de la estacin BaseBTSBTSBSCBTS: Base Transceiver StationBSC: Base Station Controller

Unidad BTS: Es la parte del subsistema BSS que dispone de los dispositivos para la transmisin y recepcin de radio, incluyendo las antenas.Entre sus funciones estn: Conformacin de la seal a transmitir va radio.Recuperacin de la seal radio de recepcin.Procesado digital de la seal.Codificacin de canal.Entrelazado.

La unidad BSC: Se encarga de administrar los recursos radio mediante el comando remoto de la BTS.

Entre sus funciones estn: Asignacin y liberacin de los canales de radioGestin del traspaso de llamada (Handoff).Cifrado de la comunicacin

Unidad BSSBSCBSCMSCBSS

MSC(Mobile Switching Centre)Central telefnica, con funciones adicionales derivadas de la movilidad de los usuarios.Se encarga de:Enrutamiento de llamadas.Traspasos inter-BSC e inter-MSC.Se conecta con el OMC para operacin y mantenimiento. Recoge estadsticas y alarmas.

3. NSS: Subsistema de conmutacin de red

El Subsistema de Red es una parte de la red GSM que se ocupa de las siguientes funciones:Control de la LlamadaInterfuncionamiento de redesDatos del abonado y Gestin de los ServiciosTarificacinRecogida de Material EstadsticoGestin de la MovilidadGestin de la SeguridadSealizacinControl del BSS3. Subsistema de conmutacin y de red (NSS)

Elementos del subsistema de conmutacin y de red (NSS)

HLR: Home Location RegisterBase de datos (registro) general de usuarios.Es nica (funcionalmente) en cada red (fsicamente puede estar distribuida, o duplicada por motivos de redundancia).Para cada usuario contiene informacin:Esttica: IMSI, servicios contratadosDinmica: zona de VLR (MSC) actual

VLR: Visitor Location RegisterBase de datos (registro) de usuarios itinerantes (otros operadores).Existe uno por cada MSC.Contiene informacin para cada usuario que est en su zona:Dinmica: TMSI (identidad temporal del usuario) y LA (rea de localizacin) actuales. Copia de informacin del HLR para el usuario.

AuCBase de datos de autentificacin.Asociado al HLR.Contiene para cada usuario:IMSIClave secreta de autentificacin, ki (contenida tambin en la SIM)

EIRBase de datos de equipos (terminales mviles).Contiene para cada terminal mvil:IMEI de cada terminal (tambin contenido en el terminal)Lista blanca: terminales permitidosLista negra: no permitidos (por ejemplo por robo)Lista gris: en observacin (por ejemplo por fallos o irregularidades).

4. Subsistema de operacin y mantenimiento (OMC)

Las acciones de operacin y mantenimiento se llevan a cabo con el fin de conseguir el buen funcionamiento del sistema GSM en su conjunto, ya sea solucionando los problemas y los fallos que aparezcan o monitoreando y mejorando la configuracin de los equipos para un mayor rendimiento.

4. Subsistema de operacin y mantenimiento (OMC)

Las funciones ms relevantes llevadas a cabo por el OMC son:Proporcionar la operacin integrada de toda la red al tener informacin de la misma como conjunto.Monitorear las alarmas de alto nivel de la redPresentar el estado de todas las redes regionales

Proporcionar una gestin del trfico en toda la extensin de la redMonitorear el estado de los controles automticos aplicados a los equipos de la red como respuesta a una condicin sobrecargada.Puede tomar responsabilidades regionalesAyudar a la planificacin del conjunto de la red.

GPRS (2.5G)General Packet Radio ServiceEvolucin del sistema GSM para transmisin de datos a rfagas, mediante conmutacin de paquetes.

2G3GW-CDMACdma20003X2.5G*D-AMPSEvolucin Sistemas - Tecnologa1G Analgicos

GPRSRed de conmutacin de paquetesSe aprovecha gran parte de la estructura de red GSMReserva flexible de canales radioAdecuado para trfico a rfagasTarificacin por bytes y no por segundo.

ARQUITECTURA GPRS

SGSN (Serving GPRS Support Node)SGSN se encarga de toda la gestin de movilidad y de mantenimiento del enlace lgico entre el mvil y la red, es decir, hace las veces del MSC para la red de datosFunciones:Enrutamiento y transferencia de paquetes de datosSalida de datos de tarifacinEntidad responsable de la comunicacin entre la red GPRS y los usuarios GPRS de su rea de servicio. Seguridad en el acceso radio: cifrado y autenticacin.

GGSN( Gateway GPRS Support Node)GGSN es el dispositivo que proporciona el acceso a las redes de datos y en particular Internet .Funciones:Gateway hacia redes externas, ej. IP, X.25.Traducir los paquetes que recibe desde el SGSN al formato de la red externa. Puede traducir las direcciones IP en la direccin del mvil destino

EDGEEnhanced Data for Global EvolutionCon la introduccin de EDGE servicios existentes como GPRS, es mejorado al ofrecer una nueva capa fsica. EDGE es introducido dentro de las especificaciones y descripciones existentes en lugar de crear nuevas.

EDGEEDGE es un mtodo para aumentar las velocidades de datos sobre el enlace de radio de GSM. Mientras que GPRS permite tasas de transmisin de 115kbps y tericamente 160 kbps en la capa fsica, con la implementacin de EDGE el sistema sera capaz de alcanzar tasas de 384kbps y tericamente 473.6kbps.

EDGEUsa modulacin 8PSK la cual coexiste con GMSK.Con 8PSK es posible proveer mayores ratas de bits en reas reducidasGMSK al ser mas robusto se usa para cobertura en grandes zonas

New HW BTSSGSNGGSNBSCMSC/VLRGi (IP) GnGr (MAP)GsGb GnAAHLRIPNetworkBackbone NetworkIPBGWMSModificaciones en la red para introducir EDGENew SW

EDGEEl cambio de GPRS a EDGE simplemente consiste en una actualizacin de software en el controlador de la BTS y la adicin de un elemento que se llama EDGE TRU (Unidad de Transceptor) en el transceptor de la BTS

GPRS Y EDGE

GPRSEDGEMODULACIONGMSK8-PSK/GMSKTASA DE SIMBOLO270Ksim/s270 Ksim/sTASA DE BITS270Kb/s810Kb/sTASA DE DATOS DE RADIO POR RANURA DE TIEMPO22,8Kb/s69,2 Kb/sTASA DE DATOS DE USUARIOPOR RANURA DE TIEMPO20 Kb/s (CS4)59,2 kb/s (MCS9)TASA DE DATOS DE USUARIO(8 RANURAS DE TIEMPO)160Kb/s473,6 Kb/s

UMTS (3G)Chip Rate: 3.84Mcps Ancho de Banda: 4.2MHz - 5MHzEsquemas de acceso a radio Dplex:WCDMA / FDD TDDEstructura de transmisin:15 Slots/frameDuracin de Trama:10 -80 ms SF:UL: 4-256 DL: 4-512Rata de Bit:384kbps, 256kbps, 144kbps, 128kbps, 64kbps.

W-CDMA

SF= Factor de ensanchamientoC8,1=(1,1,1,1,1,1,1,1)C4,1=(1,1,1,1)C2,1=(1,1)C1=(1)C2,2=(1,-1)C4,2=(1,1,-1,-1)C8,2=(1,1,1,1,-1,-1,-1,-1)C8,3=(1,1,-1,-1,1,1,-1,-1)C8,4=(1,1,-1,-1,-1,-1,1,1)C8,5=(1,-1,1,-1,1,-1,1,-1)C4,3=(1,-1,1,-1)C4,4=(1,-1,-1,1)C8,6=(1,-1,1,-1,-1,1,-1,1)C8,7=(1,-1,-1,1,1,-1,-1,1)C8,8=(1,-1,-1,1,-1,1,1,-1)SF = 2SF = 4SF = 8SF= Factor de ensanchamiento

Aleatorizacin (Scrambling)Usa cdigos Pseudo-ruidosos

Principios de CDMAControl de potencia PmaxKBTPmaxTransmisinRecepcinCeldaMvilTransmisinPcch

Principios de CDMARecursos CDMA PmaxKBTPmaxTransmisinRecepcinCeldaMvilTransmisin

Arquitectura UMTS

MSCGMSCHLRAuCEIRBSCBTSBTSVLRAbisCore NetworkCDFMSUmARANDe GSM a UMTS

MSCGMSCSGSNGGSNHLRAuCEIRBSCBTSBTSVLRAbisCore NetworkCDFMSUmGbAGnGcRANGrGfGsDe GSM a UMTS

UENodeBNodeBRNCMSCGMSCSGSNGGSNHLRAuCEIRBSCBTSBTSVLRIu-PSIu-CSIubAbisCore NetworkRNSCDFMSUmGbAGnGcRANGrGfGsUuDe GSM a UMTS

Equipos de Usuario UE

Red de Acceso a Radio UMTS (UTRAN) La red de acceso radio proporciona la conexin entre los terminales mviles y el ncleo de red. En UMTS la red de acceso radio se denomina UTRAN, y se compone de un conjunto de sistemas de red radio o RNS (Radio Network System), constituidos a su vez por un controlador radio RNC (Radio Network Controller) y una serie de Nodos B (estaciones base) dependientes de l. El RNC se encarga de controlar a uno o varios Nodos B bajo su cargo.

Arquitectura de UTRAN

Nodo B

El Nodo B es el equivalente en UMTS de la BTS de GSM (Base Tranceiver Station). El Nodo B puede dar servicio a una o ms celdas.

RNC (Radio Network Controller)

El RNC controla a uno o varios Nodos B. El RNC se conecta con el MSC mediante la interfaz luCS o con un SGSN mediante la interfaz luPs. La interfaz entre dos RNCs es lgica y es la interfaz lur, por lo tanto una conexin directa entre ellos no es necesario que exista. Si comparamos al RNC con la red de GSM, ste es comparable con el BSC (Base Station Controller)

Interfaz Iu La interfaz Iu entre el sistema de red de radio RNS y la red troncal CN se considera dividida en dos interfaces funcionales: - Iu-CS. Interfaz con el dominio de conmutacin de circuitos (Circuit Switching). - Iu-PS. Interfaz con el dominio de conmutacin de paquetes (Packet Switching).No debe existir mas de una interfaz Iu-CS e Iu-PS entre un RNC y la red troncal.

Estructura de protocolos de IubIub es la interfaz entre un controlador de red de radio (RNC) y un Nodo B. La tecnologa propuesta para la red de acceso es ATM.Debido a esto se puede ofrecer un transporte eficiente y una QoS para los servicios de conmutacin de paquetes y circuitos.Sobre el nivel ATM se desarrolla una capa de adaptacin para el plano de usuario la cual es AAL2 para trfico de voz o datos.La capa AAL5 se usa para los planos de control y gestin.

Estructura de protocolos de Iub

ATM

ATM= Asynchronous Transfer ModeTecnologa de Switcheo y multiplexacin de paquetes rpida (basada en celdas)Soporta servicios universales: Voz, Datos y Video.Ofrece ancho de banda por demanda

TECNOLOGIA ATM

CAPA DE ADAPTACION

HSDPA (3.5G)High Speed Downlink Packet AccessEsencialmente esta tecnologa provee velocidades altas en el canal de bajada (downlink), en teora hasta 14.4 Mbps en su primera versin, superando altamente a los 384 kbps de UMTS, y aumentando as su eficiencia espectral, lo que permite brindar mejores tiempos de respuesta en aplicaciones en tiempo real.

HSPA (3.5G)Velocidades tericas

HSPA Velocidades practicas planteadas

Especificaciones 3GPP*

Versin 5 (Release 5)Versin 6 (Release 6)Versin 7 (Release 7)

Versin totalmente IP.

IMS (IP Multimedia Subsystem) todo IP, correr aplicaciones multimedia IP al interior de la red UMTS.

HSDPA, Nuevo canal compartido en Downlink, hasta 16Mbps en teora.

Mejora en QoSRed compartida, reducir costos compartiendo recursos de red

Servicios IMS

MBMS (Multimedia Broadcast and Multicast Service)

Interoperabilidad WLAN

MIMO

HSUPAServicios en tiempo real, VoIP

Transicin transparente de GSM a UMTS.

TISPAN Release 1. Convergencia fijo mvil a nivel de la red

Arquitectura HSPA

Caractersticas y Capacidades Tcnicas

a. Transmisin por canal compartido y multi-cdigo

b. Codificacin y modulacin adaptativa (AMC)

c. Intervalo de Tiempo de Transmisin corto (TTI)

d. Fast cell site selection (FCSS)

e. Fast and fair scheduling en el Nodo B

f. Fast Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ)

Transmisin por canal compartido y multi-cdigo

El concepto de HSDPA ha introducido varios canales fsicos adicionales. Estos son:

Canal fsico compartido de downlink de alta velocidad (HS-DSCH)Canal dedicado de control fsico (HS-DPCCH).

b. Codificacin y modulacin adaptativa (AMC)

WCDMA 3GPP utiliza modulacin QPSK para la transmisin de bajada. Adems de QPSK, HSDPA puede tambin utilizar 16QAM para proporcionar tasas de datos ms altas.

Esquemas de modulacin utilizados con HSDPA.

Estructura de tiempo y cdigo

c. Intervalo de tiempo de transmisin corto (TTI)

WCDMA 3GPP utiliza un TTI de 10 ms, 20 ms o 40 ms en la bajada. Con HSDPA, el TTI es reducido a 2 ms en la bajada.

Un TTI corto reduce el round-trip time (rtt) y la latencia de la red y permite realizar un rpido scheduling entre diferentes usuarios.


HSDPA su potencia se mantiene sobre el TTI y usa codificacin y modulacin adaptativa para compensar las variaciones del canal.Y, como se ha dicho antes, para incrementar las tasas de datos de pico, HSDPA puede utilizar un espectro ms eficiente con la modulacin 16QAM, siempre que las condiciones del canal lo permitan.


La tasa de datos es ajustada segn las condiciones radio


La caracterstica de fast scheduling se encarga de decidir el equipo de usuario (UE) al que la transmisin de canal compartido debe dirigirse en un momento dado. El objetivo es transmitir a los usuarios con condiciones de radio ms favorables.

El rpido scheduling de paquetes es controlado por el Control de Acceso al Medio (MAC), a travs del protocolo MAC-hs, desde el Nodo B.


El scheduler calcula las condiciones de radio instantneas del canal de bajada hasta el terminal. Cada Terminal que utiliza servicios de alta velocidad transmite informes de calidad del canal regularmente a la estacin base (nodo B), y el scheduler determina en conjunto el rendimiento de HSDPA.

Para cada TTI, el scheduler decide para que usuario del canal de HS-DSCH se debera trasmitir, y en cooperacin cerrada con el mecanismo de adaptacin del enlace, decide la modulacin y el nmero de cdigos a utilizar. Esto determina la tasa de bits de transmisin.

f. Fast hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ)

El Soft-combining, recombina los paquetes retransmitidos con los correctos. Esto mejora el rendimiento y proporciona robustez al sistema.

Se enva un NACK cuando los datos no se reciben correctamente y se enva un ACK cuando los datos se reciben correctamente.

Antes el RNC se encargaba de las retransmisiones a partir de la solicitud de las capas superiores, pero con HSDPA se encarga el nodo B.

f. Fast hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ)Peticin rpida del equipo de usuario de retransmisin de datos perdidos o errneos

II. HSUPA (3.75G)

Introducido en WCDMA 3GPP Relase 6, el enlace de subida aade un nuevo canal de transporte a WCDMA, Enhanced Dedicated Channel (E-DCH).

Las transmisiones Enhanced Uplink proporcionan nuevas caractersticas. Como con HSDPA, introducir estas nuevas caractersticas tiene un mnimo impacto sobre la interface de radio existente.

4. Caractersticas y Capacidades Tcnicas

II. HSUPA Para conseguir estas metas, Enhanced Uplink soporta diversas caractersticas:

Transmisin multi-cdigo

TTI (Short Transmission Time Interval)

HARQ (Fast hybrid Automatic Repeat reQuest)

Rpido scheduling

Comparaciones

LTE: la evolucin a 4G.LTE, responde a los trminos Long Term Evolution, es decir, evolucin a largo plazo.

Mientras que en Latinoamrica todava se estn desplegando las tecnologas 3G (UMTS-WCDMA) y 3,5G (HSDPA), los pases desarrollados industria ya tiene puestos los ojos en el prximo paso, el llamado 4G.

Evolucin

Que nos ofrece LTE. Felxibilidad Espectral.Permite la utilizacin de nuevos espectros o la re-utilizacin de otros ya existentes.Tecnologa FDD y TDD.Posee un ancho de banda variable.

Desempeo.Mayor Velocidad.Mayor Ancho de BandaDiseado para soportar todas las aplicaciones.

LTE: la evolucin a 4G.Esta tecnologa ofrece mejores capacidades y rendimientos a partir de tres pilares:

OFDM Antenas MIMO Flat IP (Arquitectura Plana IP)

Arquitectura de LTE

MME(Mobility Management Entity) - Permite acceso a la red. Es responsable del modo de inactividad, del seguimiento incluyendo retransmisiones del UE. Escoge el SGW y realiza el proceso de Handoff. Realiza la autentificacin del usuario interactuando con el HSS

MME(Mobility Management Entity) Es responsable de la generacin y asignacin de identidades temporales a los UEs. Gestiona la seguridad mediante el cifrado. Proporciona la funcin de plano de control para la movilidad con las redes 2G/3G

SGW (Serving Gateway) Enva los paquetes de datos de usuario y enruta la informacin. Se encarga de la movilidad entre LTE y tecnologas 3GPP mediante la interfaz S4. Administra parmetros del UE como: servicios IP, enrutamiento, etc.

PGW (PDN Gateway) Proporciona conectividad con las redes externas. Un UE puede tener conectividad simultnea con ms de un PGW para acceder a mltiples PDN. Aplica polticas como: filtrado de paquetes, carga que soporta. Acta como soporte para la movilidad entre las tecnologas 3GPP y no 3GPP, como WiMAX y (CDMA 1X y EVDO).

Acceso en LTE Enlace DL usa OFDMA Enlace UL usa SC-FDMA

OFDMAOFDMA son las siglas de "Orthogonal Frequency Division Multiple Access. Es la versin multiusuario del ampliamente reconocido esquema de modulacin OFDM. En donde se comparte el dominio del tiempo y la frecuencia.

OFDMAPara implementar OFDMA se asignan subconjuntos de portadoras a cada usuario individual. Se puede variar la asignacin de subportadoras por usuario de acuerdo a informacin realimentada sobre las condiciones del canal utilizado, lo cual permite aumentar la robustez frente al fading y la interferencia co-canal.

OFDMASe puede variar la cantidad de subportadoras asignadas a cada usuario en base a la Calidad de Servicio (QoS) requerida por cada uno.

SC-FDMALTE utiliza una sola frecuencia portadora con FDMA (SC-FDMA) para la sealizacin de enlace ascendente, ha sido tericamente diseado para trabajar ms eficientemente que OFDM con dispositivos de usuario final de menor potencia.

Un problema importante con OFDM se basa en los altos picos de potencia de sus sistemas. OFDMA tiene un promedio de picos de potencia de unos 10 dB, mientras que SC-FDMA tiene picos de potencia alrededor de 5 dB. SC-FDMA

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*******Estas tcnicas utilizadas en HSUPA son muy parecidas a las aplicadas en HSDPA**

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