sistemas de telefonía móvil basados en el estándar wcdma

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y
ELÉCTRICA
“SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
BASADOS EN EL ESTÁNDAR WCDMA”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN
COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
PRESENTAN:
Baltazar Sánchez Angel Gabriel
Medina Rodríguez Maria del Rocio
Montiel García Amor Eunice
Asesores:
M. en C. Jaime Pedro Abarca Reyna.
M. en C. José Ernesto Rojas Lima
México, D.F. 2007
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL" ADOLFO LOPEZ MATEOS"
TEMA DE TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
POR LA OPCION DE TITULACION
DEBERA~)DESARROLLAR
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
TESIS COLECTIVA Y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL
C. ANGEL GABRIEL BALTAZAR SÁNCHEZ
C. MARÍA DEL ROCIO MEDINA RODRÍGUEZ
C. AMOR EUNICE MONTIEL GARCÍA
"SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL BASADOS EN EL ESTANDAR WCDMA"
COMPRENDER LA IMPORTANCIA DE LOS SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL DE TERCERA GENERACIÓN ASÍ
COMO SUS VENTAJAS .
•:.
•:.
•:.
•:.
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•:.
•:.
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INDICE.
OBJETIVO.
INTRODUCCIÓN•
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL.
WCDMA EN SISTEMAS 3G•
ELEMENTOS DE WCDMA .
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA .
CONCLUSIONES
MÉXICO D. F., A OS DE JUNIO DE 2008.
ASESORES
OBJETIVOS
OBJETIVOS
•
Comprender la importancia de los esquemas de acceso múltiple en los
sistemas de telefonía móvil.
•
Describir la evolución de los sistemas de telefonía móvil.
•
Estudiar las características y ventajas que ofrece la técnica de espectro
disperso, así como las secuencias empleadas para ésta.
•
Conocer la arquitectura de un sistema UMTS, y los elementos que la
conforman.
•
Analizar el estándar WCDMA, sus principales características y los elementos
que lo componen.
•
Comprender el funcionamiento del servicio de datos de alta velocidad HSPA
que opera sobre la plataforma WCDMA.
•
Por medio de la herramienta Matlab realizar un programa para determinar la
cobertura de un sistema WCDMA.
i
CONTENIDO
CONTENIDO
Objetivos……………………………………………………………………………….. i
Contenido………………………………………………………………………………
ii
Introducción……………………………………………………………………………
v
CAPÍTULO 1
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
1.1 Esquemas de acceso múltiple…………………………………………………...
2
1.2 El concepto celular……………………………………………………………….. 5
1.3 Evolución de los sistemas móviles……………………………………………... 5
1.4 Espectro disperso………………………………………………………………… 11
1.4.1 Secuencias de máxima longitud………………………………………….
14
1.4.2 Secuencias Gold…………………………………………………………… 15
1.4.3 Secuencias Kasami……………………………………………………......
16
1.4.4 Códigos ortogonales……………………………………………………….
17
1.4.5 Códigos ortogonales de longitud variable……………………………….
17
Referencias…………………………………………………………………………….
19
CAPÍTULO 2
WCDMA EN SISTEMAS 3G
2.1 Arquitectura de una red UMTS………………………………………………….
21
2.2 Arquitectura en capas de protocolos de WCDMA.........................................
24
2.2.1 Capa física………………………………………………………………….. 26
2.2.1.1 Canales de transporte………………………………………………… 26
2.2.1.1.1 Canal de transporte dedicado……………………………………
27
ii
CONTENIDO
2.2.1.1.2 Canales de transporte comunes………………………………… 28
2.2.1.2 Canales físicos…………………………………………………………
29
2.2.1.2.1 Canal físico para el enlace de subida…………………………..
30
2.2.1.2.2 Canal físico para el enlace de bajada…………………………..
30
2.2.1.3 Mapeo de los canales de transporte a los canales físicos………..
32
2.2.2 Capa MAC.………………………………………………………………….
33
2.2.2.1 Canales lógicos………………………………………………………..
34
2.2.2.2 Mapeo de los canales lógicos y los canales de transporte……….
36
2.2.3 Capa RLC………………………………………………………………….. 37
2.2.4 Capa RRC…………………………………………………………………..
39
Referencias…………………………………………………………………………….
40
CAPÍTULO 3
ELEMENTOS DE WCDMA
3.1 Parámetros del estándar WCDMA……………………………………………...
42
3.2 Control de Potencia………………………………………………………………. 44
3.2.1 Control de Potencia de lazo abierto……………………………………...
45
3.2.2 Control de Potencia de lazo cerrado…………………………………….. 46
3.3 Transferencia de llamada (Handover)………………………………………….
50
3.3.1 Transferencia de llamada con interrupción (Hard Handover)…………
50
3.3.2 Transferencia de llamada sin interrupción (Soft Handover)…………... 50
3.4 Servicio de datos en WCDMA…………………………………………………... 53
3.4.1 HSDPA…………………………………………………………………….... 55
3.4.2 HSUPA…………………………………………………………………….... 59
iii
CONTENIDO
Referencias…………………………………………………………………………….
64
CAPÍTULO 4
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
4.1 Dimensionamiento...………………………………….…………………………..
66
4.2 Cobertura...………………………………….…………………………………….
66
4.2.1 Diseño del enlace………………………………………………………….. 66
4.2.1.1 Enlace de bajada ……………………………………………………... 71
4.2.1.2 Enlace de subida.……………………………………………………...
72
4.3 Resultados obtenidos para cobertura…………………………………………..
74
Referencias…………………………………………………………………………….
84
CONCLUSIONES…………………………………………………………………...... 85
Siglas y acrónimos……………………………………………………………………. 90
iv
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, las comunicaciones móviles se han convertido en una herramienta
que permite abrir caminos y cruzar fronteras, es por ello que han surgido novedosos
sistemas de comunicaciones móviles, los cuales tienen en común el uso de técnicas
de acceso múltiple. Dichas técnicas permiten compartir un recurso en común, ya sea
en tiempo o en frecuencia. Existen diferentes técnicas de acceso múltiple, entre las
más comunes se encuentran: acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA),
acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y acceso múltiple por división de
código (CDMA).
Los sistemas de comunicaciones móviles han ido evolucionando debido a la
demanda de servicios que ofrecen. La primera generación de telefonía móvil
apareció a principios de los años ochentas, conocida como 1G, caracterizada por ser
analógica y emplear FDMA como técnica de acceso múltiple. La tecnología digital se
hizo más frecuente y los sistemas analógicos de 1G, fueron sustituidos por sistemas
digitales a los cuales se les llamo sistemas de segunda generación de telefonía
móvil (2G). Los sistemas de segunda generación se caracterizan por su naturaleza
digital, ofreciendo mejor calidad de voz y servicios de datos. Estos sistemas utilizan
como esquema de acceso múltiple FDMA, TDMA y CDMA. Los sistemas más
representativos de 2G son GSM e IS-95.
Un deseo de tasas de datos más altas y mejores servicios motivo el desarrollo de los
sistemas de tercera generación de telefonía móvil (3G). Las características de éste
son identificadas en el estándar Internacional de Telecomunicaciones Móviles para
el año 2000 IMT-2000, las cuales incluyen compatibilidad con 2G, mayor capacidad,
servicio de paquetes de datos de alta velocidad y capacidad de manejar servicios
con diferentes tasas, Internet móvil, correo electrónico, vídeo y servicios multimedia.
Uno de los sistemas más representativos de 3G es el acceso múltiple por división de
código de banda ancha, WCDMA. Utiliza una portadora con un ancho de banda de
5MHz y una duración de trama de 10 ms. La información se dispersa a una tasa de
3.84 Mcps. En el enlace de bajada se emplea la modulación QPSK, y en el de
subida BPSK.
El trabajo está estructurado de la siguiente manera.
v
INTRODUCCIÓN
En el capítulo 1 se analizan diversas técnicas de acceso múltiple tales como FDMA,
TDMA, OFDMA y CDMA, mostrando como por medio de estas técnicas se han
podido implementar diversos sistemas de telefonía móvil, comenzando desde un
sistema analógico de baja capacidad (1G) hasta los sistemas digitales que ofrecen
servicios con altas tasas (3G). Se analizarán las diversas técnicas empleadas para
poder generar una señal de espectro disperso, tales como salto de frecuencia y
secuencia directa, siendo esta última técnica la más utilizada. Se describirán los
códigos de pseudo-ruido que permiten dispersar el espectro de una señal de banda
angosta, como son los códigos de máxima longitud, secuencias Gold, secuencias
Kasami, códigos ortogonales de longitud fija y variable.
En el capítulo 2 se describe la arquitectura y los elementos que componen una red
UMTS. A diferencia de los sistemas de primera generación como AMPS la
arquitectura de WCDMA esta desarrollada en capas, lo cual permite la optimización
de los recursos de la red y ofrecer servicios de datos. Está dividida en tres capas:
física, de enlace de datos, integrada por la capa MAC y la RLC, y la capa de red. A
través de la capa física se proporcionan los requerimientos eléctricos y de
procedimiento para poder activar, mantener y desactivar el enlace por medio de un
canal de comunicaciones. La capa MAC se encarga del monitoreo de la cantidad de
tráfico, para así proporcionar una buena calidad de servicio; y la RLC se encarga de
la segmentación, concatenación y ofrece servicio a la capa MAC. La capa de red al
igual que el modelo OSI se encarga de que los datos lleguen a su destino.
En el capítulo 3 se describirán los parámetros de WCDMA, como el ancho de banda,
tasas de transmisión, estructura de trama, tipos de modulación, duplexaje, códigos
de dispersión y códigos para la codificación de canal, entre otros. También se
describirá el control de potencia, fundamental para el funcionamiento óptimo de los
sistemas basados en CDMA. Sin control de potencia, es posible que un usuario que
se encuentre cerca de la estación base enmascare a otros usuarios que se
encuentren lejos de ella. A esto se le conoce como el efecto cerca-lejos. Es por esta
razón la importancia de estudiar los mecanismos de control de potencia. Se
estudiará la transferencia de llamada sin interrupción, la cual se presenta cuando un
usuario pasa de una celda a otra. Un caso especial de ésta es la transferencia de
llamada sin interrupción intracelda. La transferencia de llamada sin interrupción es
posible sólo cuando el sistema opera en la misma banda de frecuencia, siendo esta
una característica de los sistemas basados en CDMA.
vi
INTRODUCCIÓN
Finalmente se describirá el servicio de datos de alta velocidad, HSPA. Este servicio
ofrece altas tasas de datos bajo la plataforma WCDMA, lo que representa para los
usuarios tiempos de respuesta más cortos y menos retrasos. HSPA esta formado
por: el acceso de paquetes a alta velocidad para el enlace de bajada (HSDPA) y el
acceso de paquetes a alta velocidad para el enlace de subida (HSUPA).
En el capítulo 4 se mostrará el desarrollo para el diseño del enlace, el cual consiste
en estimar las máximas pérdidas permitidas que tendrá el enlace para ofrecer un
buen servicio, determinando el radio de cobertura de la celda. En este proceso se
tomarán en cuenta parámetros tales como la ganancia de la antena transmisora y la
antena receptora, tasa de transferencia, tipo de servicio que se ofrecerá ya sea voz
o datos, sensibilidad del receptor, ruido del canal y ambiente de propagación. Se
realizarán ejemplos de diseño de enlaces de subida y de bajada, los cuales están
desarrollados en la plataforma Matlab y consisten en determinar el área de cobertura
de una celda a partir de los parámetros ya mencionados.
Finalmente se presentan las conclusiones resultado de este trabajo.
vii
CAPÍTULO 1
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
Debido al aumento en la demanda de los servicios de telefonía móvil, estos sistemas
han tenido que evolucionar principalmente para proporcionar servicios a mayor
cantidad de usuarios y optimizar el uso de los recursos asignados. La utilización de
esquemas de acceso múltiple permite a varios usuarios compartir recursos para
transmitir y recibir información. En este capítulo se describen los esquemas de
acceso múltiple usados en los sistemas de telefonía móvil, así como la evolución de
éstos.
Principalmente se describe CDMA, el cual es un esquema de acceso múltiple
basado en la técnica de espectro disperso, que consiste en dispersar la señal que se
va a transmitir por medio de otra señal llamada código de dispersión. Esta técnica
utiliza un ancho de banda varias veces mayor al necesario para transmitir la
información y presenta una alta tolerancia a interferencias intencionales y no
intencionales. Los códigos empleados para dispersar la señal tienen valores
pequeños de correlación cruzada y son únicos para cada usuario; se emplean
diferentes secuencias código como PN, Gold, Kasami, Walsh y ortogonales de
longitud variable. En este esquema los usuarios utilizan todo el ancho de banda del
canal durante todo el tiempo que dure su llamada.
1
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
1.1. Esquemas de acceso múltiple.
En los sistemas de comunicaciones móviles múltiples usuarios tienen acceso a los
recursos para comunicarse con otros usuarios. Un esquema de acceso múltiple es
aquel en el cual varios usuarios comparten un recurso común para transmitir y recibir
información. Los esquemas de acceso múltiple han sido desarrollados para hacer
frente al problema del acceso a los recursos.
Existen diferentes métodos de acceso múltiple, pero los más comunes son: acceso
múltiple por división de frecuencia, FDMA (Frequency Division Multiple Access);
acceso múltiple por división de tiempo, TDMA (Time Division Multiple Access);
acceso múltiple por división de código, CDMA (Code Division Multiple Access); y
acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal, OFDMA (Orthogonal Frequency
División Multiplex Access). A continuación se presenta una descripción de cada uno
de estos esquemas.
FDMA
En este esquema el espectro de frecuencia disponible es dividido de tal forma que a
cada usuario se le asigna un canal de frecuencia con el mismo ancho de banda.
Existe una banda de guarda entre canales para reducir la interferencia de canal
adyacente. Es habitual que a cada usuario se le asigne un par de canales uno para
el enlace de bajada y otro para el enlace de subida. La figura 1.1 muestra este
esquema de acceso múltiple.
FDMA
Frecuencia
Frecuencia4/Uusuario4/Canal4
Banda de guarda
Frecuencia3/Uusuario3/Canal3
Banda de guarda
Frecuencia2/Uusuario2/Canal2
Banda de guarda
Frecuencia1/Uusuario1/Canal1
Banda de guarda
Tiempo
Figura 1.1. Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA).
2
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
TDMA
TDMA es el esquema en el cual cada canal es dividido en intervalos de tiempo que
se denominan "ranuras de tiempo" las cuales son fijas y sincronizadas, a cada
usuario se le puede asignar una o varias ranuras de tiempo durante las cuales
puede transmitir su información. Al agrupar varias ranuras de tiempo se forma una
trama. En la figura 1.2 se observa este esquema.
Se puede agregar un período o tiempo de guarda entre ranuras de tiempo, de modo
que la información de los usuarios no se traslape.
TDM A
Ranura de tiempo 4
Tiempo de guarda
Ranura de tiempo 3
Tiempo de guarda
Ranura de tiempo 2
Tiempo de guarda
Ranura de tiempo 1
Tiempo de guarda
Frecuencia
Tiempo
Figura 1.2. Acceso múltiple por división en tiempo (TDMA).
Un problema que puede surgir es si los datos de los usuarios que tienen acceso a la
red se presentan en ráfagas. Un usuario puede transmitir datos irregularmente de
modo que los períodos en los cuales no haya transmisión sean más largos que los
períodos de transmisión. En ese caso el esquema TDMA tiende a ser ineficaz
porque una ranura de tiempo asignada al usuario no lleva información. Una manera
de evitar esto es permitir a más de un usuario compartir dicha ranura. A esta
estrategia se le conoce multiplexaje estadístico [1].
3
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
CDMA
CDMA es quizás uno de los esquemas más sofisticados que ha sido usado en
sistemas de telefonía móvil. A los sistemas que utilizan este esquema se les
denomina "sistemas de espectro disperso". En este esquema se asigna un código a
cada usuario y simultáneamente todos los usuarios pueden ocupar todo el ancho de
banda disponible al mismo tiempo. A diferencia de TDMA y FDMA, en CDMA se
emplean códigos matemáticos para distinguir a cada usuario [2]. La figura 1.3 ilustra
este esquema. Los códigos usados para la dispersión tienen valores pequeños de
correlación cruzada y son únicos para cada usuario [3]. Lo anterior permite que el
receptor sea capaz de seleccionar la señal deseada.
En el lado transmisor a cada usuario se asigna una secuencia de código única para
dispersar la información. El receptor, conociendo las secuencias de código del
usuario, descifra la señal recibida y recupera los datos originales.
CDM A
Fre cue ncia
Codigo de dispe rsion 4
Codigo de dispersion 3
Codigo de dispersion 2
Codigo de dispersion 1
Tie mpo
Figura 1.3. Acceso múltiple por división de código (CDMA).
OFDMA
Además de las técnicas de acceso múltiple antes mencionadas, existe otra llamada
técnica de acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA). A
diferencia de FDMA, esta consiste en asignar una portadora ortogonal, a cada
usuario.
4
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
1.2. El concepto celular.
Un sistema de telefonía móvil es aquel en donde los usuarios pueden tener
comunicación desplazándose de un lugar a otro, servidos por una estación base,
este sistema también es conocido como sistema de telefonía celular. Los elementos
que intervienen en el concepto celular son: estación base, estación móvil y
reutilización de frecuencia, figura 1.4.
Una celda es el área de servicio en la que es posible recibir y realizar llamadas por
los usuarios. Cada celda cuenta con una estación base. A un conjunto de celdas se
le conoce como cluster. Un cluster se encuentra conectado a un centro de
conmutación móvil, MSC.
La reutilización de frecuencia se refiere al empleo de canales de radio sobre la
misma frecuencia portadora para cubrir las diferentes áreas que son separadas una
de otra por una cierta distancia, de modo que la interferencia entre canales sea lo
más baja posible [4].
El propósito de utilizar celdas hexagonales es para la planeación del sistema y de
los recursos. Sin embargo, en la realidad las celdas no tienen una forma definida.
EB 2
EM
EB 1
EB 3
MSC
Figura 1.4.Elementos que conforman el concepto celular.
1.3. Evolución de los sistemas de telefonía móvil.
Los últimos años se ha visto un crecimiento del mercado de comunicaciones
móviles, principalmente en su aplicación de telefonía. A continuación se presenta la
evolución de estos sistemas [5].
5
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
Sistemas de primera generación (1G)
La primera generación de telefonía móvil apareció en los años ochentas, su modo de
transmisión era analógico. Las redes más destacadas, fueron el teléfono nórdico
móvil NMT (Nordic Mobile Telephone) y el sistema de servicio de telefonía móvil
avanzado AMPS (Advanced Mobile Phone Service), el sistema de comunicación de
acceso total TACS (Total Access Communication System) y ETACS (Extended
TACS). Principalmente se ofrecía servicio de voz empleaban como esquema de
acceso múltiple FDMA. En la siguiente tabla se muestran los sistemas celulares más
representativos de 1G.
SISTEMA
AMPS
NMT
TACS
ETACS
Banda de
frecuencia
824-894 MHz
890-960 MHz
860-925 MHz
900 MHz
FDMA
FDMA
FDMA
FDMA
Año de
introducción
1983
1986
1988
1985
Esquema de
modulación
FM
FM
FM
FM
Esquema de
acceso múltiple
Tabla 1.1. Sistemas celulares de primera generación.
Sistemas de segunda generación (2G)
A finales de los años 1980 la integración a gran escala y la tecnología de
procesamiento de señales maduraron, preparando el terreno para la era digital. Así
como el microprocesador fue el activador para las unidades móviles de 1G, el DSP
(Digital Signal Processor) fue el activador para los de 2G.
La tecnología digital se hizo más frecuente y los sistemas 1G fueron sustituidos por
sistemas digitales a principios de la década de los noventas.
El énfasis para 2G estaba sobre la compatibilidad y la transparencia internacional; el
sistema debería ser regional o semiglobal y los usuarios del sistema deberían ser
capaces de tener acceso a ello básicamente en todas partes de la región, las redes
2G fueron capaces de proporcionar algunos servicios de datos como mensajes de
texto.
6
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
Fueron cuatro los principales estándares para los sistemas de 2G: el sistema global
para comunicaciones móviles GSM (Global System for Mobile communications) que
unifico el servicio europeo, el sistema digital AMPS (D-AMPS), el estándar japonés
celular digital personal PDC (Personal Digital Cellular), y el estándar IS-95A o
CDMAONE (Code Division Multiple Access ONE). En la tabla 1.2 se muestran las
características más importantes de estos sistemas de segunda generación.
SISTEMA
GSM
IS-54
PDC
IS-95
Banda de
frecuencia
890-915 MHz
850 MHz
1850-1910
MHz
824-849 MHz
Esquema de
acceso múltiple
TDMA/FDMA
TDMA/FDMA
TDMA/FDMA
CDMA
Tasa de datos
13 kbps
7.95 kbps
7.95 kbps
14.4 kbps
Año de
introducción
1990
1992
1993
1993
Esquema de
modulación
GMSK
Π/4 DQPSK
Π/4 DQPSK
QPSK
Tabla 1.2. Principales sistemas de segunda generación.
TDMA fue incorporado con FDMA en todos los sistemas 2G, excluyendo el sistema
CDMAONE que es el único sistema que emplea el esquema CDMA.
Sistemas de generación 2.5
Como la popularidad de las comunicaciones móviles aumento los sistemas de
segunda generación, como IS-95 o GSM, eran incapaces de satisfacer la demanda
de mayor capacidad.
Los sistemas más sobresalientes desarrollados para 2.5G son: HSCSD, GPRS,
EDGE. Para satisfacer esta demanda en 2001 se creó el Servicio de Radio
Paquetes General GPRS (General Packet Radio Service), que es una mejora de
GSM. GPRS es una técnica de transmisión de paquetes, con ella se tienen tasas de
datos de 40 kbps hasta 115 kbps. GPRS emplea dos tipos de modulación 8PSK y
π/4 DQPSK.
HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) ofrece una asignación asimétrica de los
recursos. La máxima tasa de transmisión que se logra a 14.4 Kbps es de 115.2 Kbps
7
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
Las tasas de datos mejoradas para la evolución global EDGE (Enhaced Data rates
for Global Evolution), fueron diseñadas para aumentar las tasas de datos. La
capacidad aumentada de EDGE es resultado de la utilización de una interfaz de aire
modificada, llamada la red de acceso de radio GSM/EDGE (GERAN), que
proporciona casi tres veces la capacidad de GPRS. EDGE emplea un esquema de
modulación 8PSK o GMSK. Si EDGE es usado con GPRS entonces a esta
combinación se le conoce como GPRS mejorado EGPRS (Enhaced GPRS) [6].
Sistemas de tercera generación (3G)
Un deseo de tasas de datos más altas motivo el desarrollo de los sistemas de
tercera generación, las características de ésta se describen en el estándar
Internacional de Telecomunicaciones Móviles para el año 2000 IMT-2000
(International Mobile Telecommunications for year 2000).
IMT-2000 es la norma mundial para tercera generación (3G) de comunicaciones
inalámbricas, definida por un conjunto de recomendaciones interdependientes de la
Unión Internacional de Telecomunicaciones, ITU (Internacional Telecommunication
Union).
Las exigencias dentro de IMT-2000 para un sistema de tercera generación son:
•
Proporcionar acceso a servicios como: audio, video, voz, datos, multimedia,
roaming y seguridad.
•
Alta velocidad en la transmisión de datos, con tasas de 144 Kbps, 384 Kbps, y
2 Mbps.
•
Servicios simétricos y asimétricos.
•
Calidad de voz comparable con los sistemas de comunicaciones fijos.
•
Compatibilidad con sistemas de segunda generación.
•
Alta eficiencia espectral.
•
Servicio de paquetes de datos de alta velocidad.
•
Conmutación de paquetes y conmutación de circuitos.
8
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
El espectro para los servicios móviles 3G fue designado por la ITU. La ITU atribuyó
las bandas de frecuencia 1885-2025 MHz, 1980-2010 MHz y 2170-2200 MHz.
Los sistemas 3G requieren de un orden más alto de modulación que soporte altas
tasas de datos, por ejemplo la modulación multi-nivel de amplitud en cuadratura
QAM, por medio de la cual la amplitud y la fase son variadas para generar símbolos,
el número total de símbolos puede ser de 2 a 64.
En 3G se han desarrollado nuevos servicios como son: Internet móvil, correo
electrónico, transferencia de datos de alta velocidad, vídeo y servicios multimedia.
3G adopta las técnicas de acceso múltiple CDMA y más específicamente de banda
ancha, para proporcionar mayor capacidad.
Un sistema de 3G es CDMA2000 que es una mejora del sistema IS-95 de 2G. Los
sistemas CDMA2000 1x usan el mismo canal que los sistemas IS-95 y “1x” se refiere
a una portadora de 1.25 MHz de ancho de banda. CDMA2000 puede alcanzar tasas
de datos de hasta 2 Mbps.
Uno de los sistemas más representativos de 3G es el acceso múltiple por división de
código de banda ancha, WCDMA (Wideband CDMA) que fue desarrollada por la
asociación de proyectos de tercera generación 3GPP (3rd Generation Partnership
Project) que es un acuerdo de colaboración que fue establecido en diciembre de
1998, este acuerdo incluye un número de organismos dedicados a crear normas de
telecomunicaciones que se conocen como "compañeros de organización". Entre
ellos se encuentran el Instituto de Estándares de Telecomunicaciones Europeo,
ETSI (European Telecommunications Standards Institute) de Europa, la Asociación
de Industrias de Radio y Negocios, ARIB (Association of Radio Industries and
Businesses) de Japón, la Asociación de Estándares de Comunicaciones de China,
CCSA (China Communications Standards Association), la Alianza para Soluciones
de la Industria de Telecomunicaciones, ATIS (Alliance for Telecommunications
Industry Solutions) de Estados Unidos, la Asociación de Tecnología de
Telecomunicaciones, TTA (Telecommunications Technology Association) de Korea ,
y el Comité de Tecnología de Telecomunicaciones, TTC (Telecommunication
Technology Committee) de Japón [7].
La primera versión del estándar se produjo en 1999, la cual contiene todos los
requerimientos de IMT-2000.
9
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
La 3GPP actualiza los datos continuamente con nuevas y mejoradas características,
usa un sistema de revisiones, en la cual se indican todas estas especificaciones.
La primera fue la revisión 99, en 2004 la revisión 4, la revisión 5 en 2005, la revisión
6 en 2006, y actualmente ya se encuentra en proceso la revisión 7.
WCDMA fue elegido como la tecnología básica de acceso de radio para UMTS/IMT2000 tanto en Europa como en Japón.
La estandarización de los sistemas de tercera generación, consta de una lista de
diversos objetivos para su funcionamiento entre ellos se encuentran, una alta
eficiencia del espectro y converger con un estándar global con alto grado de
interoperabilidad [7].
Sistemas de cuarta generación (4G)
Actualmente no hay un estándar formal o definición que exista para 4G, el enfoque
de los sistemas es claro, integrar los sistemas inalámbricos. Esperan completar el
proceso de globalización de comunicaciones móviles.
4G será la fusión de las tecnologías celulares e inalámbricas incluyendo la
integración de tecnologías desde redes de área personal (PAN’s), redes de área
local (LAN’s), redes de área metropolitana (MAN), redes de área amplia (WAN’s),
redes de área regional y global conectadas a una sola red.
4G habilita tecnologías relacionadas a la codificación, la modulación y el acceso
múltiple, los esquemas de codificación avanzados, la modulación adaptable, la
señalización de banda ultra ancha.
Un aspecto importante dentro de los esquemas avanzados de codificación es la
codificación concatenada, esta fundamentalmente basada en la unión de dos o mas
códigos y un proceso de entrelazado, la desventaja primara es la complejidad.
En el futuro es probable que los sistemas 4G empleen esquemas de acceso múltiple
mejorados. Algunos proponen como esquemas de acceso múltiple de 4G a: OFDM
acoplado con TDMA y multi-portadora CDMA.
10
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
1.4. Espectro disperso.
El espectro disperso, SS (Spread Spectrum), es una técnica de transmisión de
señales que fue desarrollada principalmente para sistemas de comunicaciones
militares a finales de la segunda guerra mundial, con el objetivo de evitar la
interferencia intencional (jamming).
Los sistemas de comunicaciones de espectro disperso utilizan un ancho de banda
varias veces mayor al necesario para transmitir la información [8].
Este procedimiento se realiza a través de una operación donde el espectro de una
señal m(t) se dispersa por medio de otra señal, que es llamada código de dispersión
g(t), en la figura 1.5 se muestra el espectro M(f) de la señal y GSS(f) después de la
dispersión, donde No es la densidad espectral del ruido.
M(f)
N0
f
W
a) Espectro de m(t) antes de la dispersión.
GSS (f)
N0
f
W SS
b) Espectro después de la dispersión (señal transmitida).
Figura 1.5. Procedimiento de dispersión.
La razón WSS / W se llama factor de dispersión o ganancia de procesamiento (GP).
WSS es el ancho de banda de transmisión y W es el ancho de banda de la señal de
información [9].
Las ventajas que ofrece la técnica de espectro disperso son:
•
Robustez contra la interferencia, lo que da una alta confiabilidad.
11
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
•
Alta tolerancia a interferencias intencionales o no intencionales.
•
Baja detectabilidad de la señal transmitida por un receptor ajeno, la cual se
reduce con el incremento del factor de dispersión.
•
El esquema de acceso múltiple empleado permite que varias señales ocupen
el mismo ancho de banda de radiofrecuencia para que sean transmitidas al
mismo tiempo.
•
Posee una baja probabilidad de interceptación, LPI (Low Probability of
Interception), debido a su baja densidad de potencia la señal de espectro
disperso es difícil de descubrir e interceptar por un receptor ajeno [10].
Existen diversas técnicas para generar el espectro disperso, las cuales son [9]:
•
Secuencia directa, DS (Direct Sequence).- La señal portadora de información
es multiplicada directamente por la señal código a una alta tasa de chip1.
•
Salto de frecuencia, FH (Frequency Hopping).- La frecuencia portadora en la
cual viaja la información de la señal que se transmite es rápida o lentamente
cambiada de acuerdo con una señal código.
•
Salto en el tiempo, TH (Time Hopping).- La señal portadora de la información
no es transmitida continuamente. La señal se transmite en instantes cortos
donde los tiempos de los instantes son decididos por la señal código.
•
Híbridos.- Dos o más de las técnicas de SS antes mencionadas pueden ser
usadas juntas para combinar las ventajas.
El espectro disperso puede ser usado como técnica de acceso múltiple, para
compartir recursos de comunicaciones y la misma banda espectral entre un número
considerable de usuarios.
La técnica llamada acceso múltiple por división de código (CDMA), emplea métodos
de espectro disperso y asigna a cada usuario un código.
La aplicación de espectro disperso en sistemas comerciales surgió en el año 1978.
Durante la década de los ochentas Qualcomm investigó técnicas DS-CDMA que
finalmente condujeron a la comercialización de sistemas de comunicaciones móviles
de espectro disperso. En la figura 1.6, se puede ver una clasificación general de
CDMA respecto al número de técnicas para generar espectro disperso.
1
Se denomina chip al bit utilizado en la dispersión, es la unidad básica de información en WCDMA.
12
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
CDMA
CDMA puro
DS
De banda
ancha
FH
CDMA híbrido
TH
DS/FH TDMA/CDMA
DS/TH
FH/TH
DS/FH/TH
MC-CDMA
MT-CDMA
De banda
estrecha
Salto de
frecuencia rápido
Salto de
frecuencia lento
Figura 1.6. Clasificación General de CDMA [9].
Para mostrar la capacidad de acceso múltiple se describirán las técnicas para
generar CDMA puro. Sin embargo, es importante mencionar que la más utilizada es
la secuencia directa DS-CDMA.
En DS-CDMA, la señal que lleva la información es directamente multiplicada por una
señal de dispersión o señal código pseudo ruido, a una mayor tasa. Es de esta
multiplicación directa que toma su nombre, DS-CDMA.
En la figura 1.7 se muestra el principio básico de DS, cada símbolo es de duración
TS y es dispersado en múltiples chips de duración TC. La duración TC debe ser
mucho menor que TS y la tasa de TC mucho mayor a la de TS.
TS
Señal de Datos
1
1 1
-1
TC
1 1 1
-1 -1
Señal Código
-1
Secuencia Dispersada
[1 1 -1 1 -1] [1 -1 -1 -1 1]
Figura 1.7. Secuencia Directa.
El receptor recupera la señal usando el mismo código. Tiene que ser capaz de
sincronizar la señal recibida con el código generado; de otra manera, la señal
original no puede ser recuperada [6].
13
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
En FH-CDMA la señal que contiene la información no debe ser continua, se debe
cambiar en forma de saltos durante ciertos intervalos de tiempo, el salto de
frecuencia esta decidido por la señal código.
La ocupación de frecuencias de un sistema FH se diferencia bastante de un sistema
DS. Un sistema DS ocupa la toda la banda de frecuencia asignada cuando
transmite, mientras que un sistema FH usa sólo una pequeña parte de la banda
cuando transmite, como se muestra en la figura 1.8.
Por regla general, ambos sistemas transmitirán la misma potencia en la banda de
frecuencia asignada [11].
frecuencia
frecuencia
FH
tiempo
DS
tiempo
Figura 1.8. Tiempo y frecuencia utilizados por FH y DS.
El número de frecuencias usadas varía de unos cuantos a varios miles, sin embargo
por lo general los sistemas FH son clasificados en dos categorías dependiendo de la
tasa de salto.
•
Salto de frecuencia rápido, FFH (Fast Frequency Hopping), la tasa de salto es
igual o mayor que la tasa de bit de la señal en banda de base.
•
Salto de frecuencia lento, SFH (Slow Frequency Hopping), la tasa de salto es
menor que la tasa de bit de la señal en banda de base.
La mayor protección contra la interferencia se logra con la más alta tasa de salto [9].
1.4.1. Secuencias de máxima longitud.
Las secuencias de máxima longitud (m-sequences) son por definición los códigos
más largos que pueden ser generados por un registro de desplazamiento. En cada
ciclo de reloj el registro desplaza todo el contenido a la derecha. En la figura 1.9 se
muestra un registro de desplazamiento con retroalimentación lineal, LFSR (Linear
Feedback Shift Register).
14
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
+
c1
ai
X
+
+
c2
ai-1
cn-1
X
ai-2
..........
X
cn
ai-(n-1)
X
ai-n
Figura 1.9. Estructura del generador de secuencias de máxima longitud.
La secuencia ai puede ser representada por esta ecuación:
n
ai = c1ai −1 + c2 ai − 2 + .... + cn ai − n =
∑c a
k i−k
……………. (1)
k =1
El período máximo N, de una secuencia es de 2n-1, donde n es el número de etapas
del registro.
Las secuencias de máxima longitud cumplen tres propiedades de aleatoriedad en
cada período de longitud N = 2n -1:
•
Balance: El número de unos difiere del número de ceros en, como mucho, un
dígito.
•
Sucesión: Una corrida (run) es una secuencia de un único tipo de dígito
binario. Esta propiedad se refiere a que la mitad de las corridas tienen
longitud 1, 1/4 tiene longitud 2, 1/8 longitud 3, y 1/2k longitud k (k <n).
•
Autocorrelación: Si el período de una secuencia se compara término a
término con un desplazamiento cíclico de él mismo, el número de
coincidencias diferirá del número de no coincidencias por no más de uno [12].
1.4.2. Secuencias Gold.
Las secuencias Gold se caracterizan por que sus valores de correlación cruzada
cumplen ciertos requisitos, existen ciertos pares de secuencias m que tienen 3
valores de correlación cruzada: -t(n),-1, t(n)-2, donde:
n +1
⎧
⎪1 + 2 2
t ( n) = ⎨
n+ 2
⎪⎩1 + 2 2
para.n.impar
para.n. par
……………. (2)
15
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
A dos secuencias que cumplan estas condiciones se les denomina par preferido. El
encuentro de los pares preferidos de secuencias m es necesario en la definición de
los códigos Gold.
Los códigos Gold se generan a partir de dos secuencias de longitud N=2n-1, una de
ellas con versiones desplazadas de la otra. En la figura 1.10 se muestra un
generador de 33 códigos Gold de longitud 31. El período de cualquier código en la
familia es N.
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Figura 1.10. Generador de secuencias Gold.
De la figura 1.10 podemos determinar que el periodo para ambas secuencias es:
N=25-1 = 31 chips
Esta estructura generara los 25+1 = 33 códigos.
Las conexiones de los registros de corrimiento se representan por medio de
polinomios f1 (D) para el primer registro y f2 (D) para el segundo.
f1 (D)=1+D2+D5
y f2 (D)= 1+D2+D3+D4+D5; por medio de la suma modulo 2 se
realizan las combinaciones para obtener todas las secuencias [12].
1.4.3. Secuencias Kasami.
Las secuencias Kasami son uno de los tipos más importantes de secuencias
binarias debido a que su correlación cruzada es muy baja.
Para generar las secuencias Kasami, se parte de una secuencia a y se forma la
secuencia a', decimando la secuencia a cada 2n/2 + 1, la secuencia a’ también tendrá
un período N =2n–1. Con este procedimiento se obtiene un conjunto de M= 2n/2
secuencias Kasami con período N = 2n –1, siendo n un número par.
16
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
La autocorrelación y las funciones de correlación cruzada de estas secuencias
toman los valores del conjunto {-1, - (2n/2 + 1), 2n/2-1} [12].
1.4.4. Códigos ortogonales.
Las funciones ortogonales son empleadas para mejorar la eficiencia de ancho de
banda en los sistemas de espectro disperso. Existen varias secuencias que pueden
ser usadas para generar un conjunto ortogonal de funciones, las secuencias Walsh
son muy útiles para CDMA.
Las funciones Walsh son generadas por mapeo de filas de una matriz cuadrada
llamada matriz Hadamard. Esta matriz se caracteriza por tener una fila de ceros y las
restantes con igual número de ceros y unos. La matriz Hadamard puede ser
generada por el siguiente procedimiento:
H1 = [0]
⎡0 0 ⎤
H2 = ⎢
⎥
⎣0 1 ⎦
⎡0
⎢
0
H4 = ⎢
⎢0
⎢
⎣⎢0
0 0 0⎤
⎥
1 0 1⎥
0 1 1⎥
⎥
1 1 0⎦⎥
⎡H
H2N = ⎢ N
⎣H N
HN ⎤
⎥
HN ⎦
donde N es una potencia de 2 y el símbolo negado indica el complemento binario de
bits en la matriz.
La característica más importante de los códigos Walsh es su perfecta ortogonalidad
[12].
1.4.5. Códigos ortogonales de longitud variable.
WCDMA esta diseñado para ofrecer una variedad de servicios de datos, de bajas a
muy altas tasas de bit. Ya que el ancho de banda de la señal dispersa es la misma
para todos los usuarios, la tasa de transmisión necesita múltiples factores de
dispersión (SF) en los canales físicos. Se considera que cada bit es dispersado por
un código de longitud N = 2n. Generalmente, la longitud de código de 2n-k es
necesaria para una tasa de bit 2kRmin.
Un método para obtener los códigos ortogonales de longitud variable está basado en
una matriz Hadamard modificada.
CN es una matriz de tamaño N x N y tiene N códigos binarios de N chips y de
longitud {CN(n)}
n=l,…,N.
donde CN(n) es el vector fila de N elementos y N=2n. La
matriz CN es generada como a continuación se indica:
17
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
CN / 2 (1)CN / 2 (1)
⎡
⎤
⎡ CN (1) ⎤ ⎢
⎥
CN / 2 (1)CN / 2 (1)
⎢ C (2) ⎥ ⎢
⎥
⎢ N
⎥ ⎢
CN / 2 (2)CN / 2 (2)
⎥
C N (3) ⎥ ⎢
⎢
⎥ ……………. (3)
CN = ⎢
CN / 2 (2)CN / 2 (2)
⎥=⎢
⎥
M
⎢C ( N − 1)⎥ ⎢
M
⎥
⎢ N
⎥ ⎢CN / 2 ( N / 2)CN / 2 ( N / 2)⎥
⎢⎣CN ( N ) ⎥⎦ ⎢
⎥
⎣⎢CN / 2 ( N / 2)CN / 2 ( N / 2)⎦⎥
Otra forma de generar los códigos ortogonales de longitud variable puede ser
usando una estructura de árbol como se muestra en la figura 1.11.
Figura 1.11. Árbol de códigos de longitud variable ortogonales.
Los códigos como C2 (1) y C2 (2) que pertenecen a un mismo nivel, son ortogonales
entre si, al igual que los códigos que no dependen de la misma madre. En el caso de
que un código sea madre de otro; por ejemplo C4 (1) y C2 (1) son códigos madre de
C8 (1), no son ortogonales entre si. Entonces por esta razón un código puede ser
usado en un canal si y sólo si ningún otro código, de la raíz del mismo árbol que
depende el código específico es usado en el mismo canal. Si C4 (2) es asignado a un
usuario, los códigos {C2 (1), C8 (3), C8 (4),…} no pueden ser asignados a usuarios
que lo requieran. Esto quiere decir que el número de códigos disponibles no es fijo,
depende de la tasa y el factor de dispersión de cada canal físico. Estas restricciones
son impuestas para mantener la ortogonalidad [12].
18
SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
Referencias
[1] W. Stallings, “Wireless Communications and Networks”, Prentice Hall, 2001.
[2] Heikki Kaaranen y Ari Ahtiainen, “UMTS Networks Architecture Mobility and
Services”, John Wiley & Sons, 2005.
[3] J.G. Proakis, “Digital Communications”, McGraw Hill, 2000.
[4] V.H. MacDonald, “The Cellular Concept”, en The Bell System Technical Journal,
vol. 58, núm. 1, enero de 1979.
[5] T.S. Rappaport, “Wireless Communication, Principles and Practice”, Prentice Hall,
2002.
[6] Juha Korhonen, “Introduction to 3G Mobile Communications”, Artech House,
2003.
[7] Erik Dahlman y Per Beming, “WCDMA -The Radio Interface for Future Mobile
Multimedia Communications”, en IEEE Transactions, vol. 47, núm. 4, noviembre de
1998.
[8] Bernard Sklar, “Digital Communications, fundamentals and applications”, Prentice
Hall, 2000.
[9] Ramjee Prasad y Tero Ojanperä, “An Overview of Cdma Evolution Toward
Wideband Cdma”, en IEEE Communications Surveys, vol. 1, núm. 1, septiembre de
1998.
[10] Raymond L. Pickholtz y Donald L. Schilling, “Theory of Spread Spectrum
Communications”, en IEEE Transactions, vol. 30, núm. 5, mayo de 1982.
[11] Leonhard Korowajczuk y Bruno de Souza Abreu Xavier, “Designing cdma2000
Systems”, John Wiley & Sons, 2004.
[12] Esmael H. Dinan y Bijan Jabbari, “Spreading Codes for Direct Sequence CDMA
and Wideband CDMA Cellular Networks”, en IEEE Communications Magazine, vol.
36, núm. 9, septiembre de 1998.
19
CAPÍTULO 2
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
UMTS posee una arquitectura de red que esta integrada por tres entidades, la
estación móvil, la red de acceso de radio terrestre UTRAN y la red principal CN.
Existen dos interfaces principales para la comunicación entre las entidades: la
interfaz lu, que se localiza entre la UTRAN y la red principal, y la interfaz Uu que se
encuentra ente la UTRAN y la estación móvil. Este capítulo contiene una descripción
de la función que desempeña cada entidad en la red.
También se describe la arquitectura de WCDMA, la cual está formada por tres
capas: la capa física, la capa de enlace de datos y la capa de red. La capa física
esta formada por un conjunto de canales, que se dividen en canales de transporte y
canales físicos. La capa de enlace de datos contiene dos subcapas, la capa de
control de acceso al medio MAC y la capa de control de radio enlace RLC. La capa
MAC ofrece servicios a la capa RLC a través de canales lógicos. La capa RLC
ofrece servicios a capas superiores mediante puntos de acceso de servicio.
Finalmente la capa de red implementa funciones relativas al control de los recursos
de radio, gestión de la movilidad de los usuarios y funciones relacionadas con el
control de las llamadas.
20
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
2.1. Arquitectura de una red UMTS.
En esta sección se presenta la arquitectura general de un sistema de
comunicaciones móviles, UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) el
cual esta conformado por los siguientes elementos:
•
El equipo de usuario, UE (User Equipment) que en este trabajo lo
nombraremos como estación móvil.
•
La red de radio de acceso terrestre, UTRAN (UMTS Terrestrial Radio-access
Network).
•
La red principal, CN (Core Network).
La arquitectura general incluye dos interfaces: la interfaz lu que se localiza entre la
UTRAN y la red principal y la interfaz Uu que se encuentra ente la UTRAN y la
estación móvil. Los protocolos sobre las interfaces Uu y lu son divididos en dos
estructuras: en el plano de usuario y en el plano de control, en la siguiente figura se
muestra la arquitectura general UMTS.
Arquitectura UMTS
Estacion
M ovil
Red
principal
UTRAN
Interfaz
Uu
Interfaz
lu
Figura 2.1. Arquitectura general de un sistema UMTS.
La estación móvil es la terminal del sistema, esta contiene dos entidades: el equipo
móvil ME (Mobile Equipment) que es empleado para la comunicación sobre la
interfaz Uu; y el modulo de identidad de suscriptor, USIM (Universal Subscriber
Identity Module).
La UTRAN maneja toda la funcionalidad relacionada con la red principal, consiste de
radio controladores de red, RNC (Radio Network Controllers) y el Nodo B, que en
este trabajo lo nombraremos como estación base, juntas estas dos entidades forman
un subsistema de radio de red, RNS (Radio Network Subsystem)[1].
21
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
Las interfaces internas de la UTRAN son: la interfaz lub y la interfaz lur. La interfaz
lub conecta a la estación base con el RNC, la interfaz lur es un enlace entre dos
RNC.
El controlador de red es el elemento de control de la UTRAN, es el punto de acceso
para todos los servicios, el RNC esta localizado entre las interfaces lub y lu. El RNC
controla una o más estaciones base, sus funciones principales son: control de
operación de la estación base, manejo del tráfico de los canales comunes,
macrodiversidad, modificaciones a los conjuntos activos (soft handover), manejo del
tráfico de los canales compartidos, control de potencia y control de admisión [2].
La estación base se localiza entre la interfaz Uu y la interfaz Iub, sus principales
tareas son: efectuar la implementación física de la interfaz Uu; la estación base
implementa los canales físicos y transfiere la información de canales de transporte a
los canales físicos. En la figura 2.2 se observa la arquitectura general de UTRAN.
UTRAN
RNS
lub
lu
Estacion Base
Estacion Base
RNC
Estacion Base
Red
Principal
lur
Estacion Base
Estacion Base
RNC
lu
Estacion Base
lub
Figura 2.2. Arquitectura general UTRAN.
La red principal CN es una entidad que cubre todos los elementos de red necesarios
para el control de abonado y la conmutación, la red principal es dividida en dos
dominios: conmutación de circuitos y conmutación de paquetes. La CN es
responsable de cambiar y enrutar llamadas y conexiones de datos a redes externas.
La red principal maneja los procedimientos específicos de servicio, incluyendo la
dirección de movilidad, y el control de llamada.
22
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
En la red principal existen cinco entidades las cuales son: el centro de conmutación
móvil, MSC (Mobile Switching Center), puerta de enlace al centro de conmutación
móvil, GMSC (Gateway Mobile Switching Center), el registro de locación, HLR
(Home Location Register), el nodo de apoyo al servidor GPRS, SGSN (Serving
GPRS support node), puerta de enlace al nodo de apoyo GPRS, GGSN (Gateway
GPRS Support Node.). En la figura 2.3 se muestra cada una de estas entidades.
UTRAN
Uu
Red principal
RNS
Estacion Movil
Estación base
LuPs
MSC
RNC
USIM
RDSI
GGSN
INTERNET
HLR
lur
Lub
Equipo Móvil
GMSC
Estación base
Estación base
SGSN
RNC
LuCs
Estación base
RNS
Figura 2.3. Elementos de un sistema UMTS.
El centro de conmutación móvil es la pieza central de la conmutación de circuitos en
la red principal. Las principales funciones de un MSC son las siguientes:
coordinación de llamada de todas las estaciones móviles en la jurisdicción del MSC,
asignación dinámica de recursos, manejo de la transferencia de llamada,
intercambio de señales entre diferentes interfaces [2].
En esta entidad también se encuentra el registro de visitante, VLR (Visitor Location
Register) que contiene información sobre las estaciones móviles en esa área. El
VLR contiene información de todos los suscriptores activos en esa área. Contiene la
misma información que contiene el HLR, con la diferencia de que esta información
es temporánea.
El HLR contiene los datos de subscriptor, cada perfil de información de subscriptor
se guarda en un HLR. La información del subscriptor entra en el HLR cuando el
usuario hace una suscripción. Hay dos tipos de información en un HLR, permanente
y temporánea.
El GMSC es también un centro de conmutación móvil que se localiza entre la red
digital de servicios integrados RDSI y el otro MSC en la red. Su función es dirigir las
llamadas entrantes al MSC.
23
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
EL SGSN es el elemento central en la conmutación de paquetes, contiene dos tipos
de información: de suscripción y de localidad. El SGSN se conecta a la UTRAN
mediante la interfaz LuPS. El GGSN se encarga de dirigir el tráfico saliente, también
recibe información del HLR y del SGSN.
Las interfaces que contiene un sistema UMTS son las siguientes:
Interfaz Uu. Es la interfaz por la cual la estación móvil tiene acceso a la parte fija del
sistema, y es por lo tanto probablemente la interfaz más importante en UMTS.
Interfaz Iu. Es una interfaz abierta que conecta la red principal con la UTRAN. Puede
tener dos casos diferentes, Iu-CS (Circuit Switching) y Iu-PS (Packet Switching). La
Iu-CS conecta la UTRAN a un centro de conmutación móvil, un MSC. La interfaz IuPS conecta la UTRAN al SGSN.
Interfaz lub. Se sitúa entre el RNC y la estación base en la UTRAN. La interfaz Iub
separa la estación base del RNC. Algunas funciones que realiza son: dirigir los
recursos de transporte, maneja la información del sistema, manejo del tráfico de los
canales comunes, compartidos y especiales.
Interfaz Lur. Es una interfaz abierta que conecta a dos radio controladores de red,
lleva tanto la información de tráfico como de señalización.
2.2. Arquitectura en capas de protocolos de WCDMA.
Un sistema de comunicaciones elaborado en capas de protocolos, divide el trabajo
global en funciones, módulos o capas más pequeñas; que permiten la administración
y funcionamiento de un sistema de una manera óptima. Cada capa o modulo tiene
una función especifica sin considerar el desarrollo internamente de otras capas, esto
evita fallas del sistema a causa de sobrecarga de trabajo. Si eventualmente hay una
mejora, por ejemplo un algoritmo que realiza más rápido y eficientemente la tarea de
una capa, se puede incorporar sin afectar a las otras capas, la función de cada capa
esta compuesta por un protocolo de reglas y convenciones. Es por ello que la
arquitectura del estándar WCDMA está elaborada en capas.
Anteriormente los sistemas de comunicaciones de primera generación tales como
AMPS, no estaban diseñados bajo la arquitectura en capas, debido a que la cantidad
de servicios ofrecidos y número de usuarios a los que brindaban servicio era menor,
comparado a los de hoy en día. Basándose en el modelo OSI [3], la arquitectura en
capas de WCDMA cuenta con tres capas para su funcionamiento, estas son: capa
física, capa de enlace de datos y capa de red. En la figura 2.4 se puede observar la
arquitectura en capas de WCDMA.
24
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
Plano de control
Plano de usuario
Información de usuario:
RRC
Voz/datos
Portadores de
señalización de radio
C3
PDCP
C3
Capa de red
MBC
RLC
C2
Capa de enlace de datos
Canales logicos
C2
MAC
Canales de transporte
C1
Capa física
C1
Capa física
Canales físicos
Figura 2.4.Estructura en capas del estándar WCDMA.
La capa de enlace de datos está compuesta por dos subcapas, que son la capa de
control de acceso al medio MAC (Medium Access Control), y la capa de control de
enlace de radio RLC (Radio Link Control). Cada una cuenta con diferentes interfaces
para comunicarse entre ellas, por ejemplo la interfaz entre la capa física y la capa
MAC son los canales de transporte. Ambas subcapas están conectadas al plano de
control de usuario. El plano de usuario contiene dos protocolos en suma a estas dos
últimas subcapas, los cuales son: protocolo de convergencia de paquetes PDCP
(Packet Data Convergence Protocol) y protocolo de control de Broadcast/Multicast
BMC (Broadcast/Multicast Control). La capa física ofrece servicios a la capa MAC a
través de los canales de transporte, los cuales dependen de las características que
tienen los datos transferidos.
La capa MAC ofrece servicios a la capa RLC a través de los canales lógicos, los
cuales están caracterizados dependiendo del tipo de datos que son transmitidos.
La capa RLC ofrece servicios a las capas superiores vía puntos de acceso de
servicio, los cuales son descritos como el soporte de la capa RLC. El recurso de
control de radio
es usado para señalización de transporte y es usado para
configurar características de las entidades de los protocolos de las capas bajas,
incluyendo parámetros para los canales físicos, de transporte y lógicos [4].
25
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
2.2.1. Capa física.
La capa física es unos de los rasgos más importantes de la estructura del WCDMA,
ya que esta, al igual que en la capa física del modelo OSI, proporciona los
requerimientos eléctricos y de procedimiento para poder activar, mantener y
desactivar el enlace por medio de un canal de comunicaciones
y transmitir
información a través de este medio. Vista de otra manera la función de la capa física
es preparar los datos
provenientes de las capas superiores para así poder ser
transmitidos sobre un canal de radio de una manera segura [4].
Entre algunos de los requerimientos eléctricos se encuentra la duración en tiempo
para las señales y control de potencia. Entre los requerimientos de procedimiento se
tienen: el tipo de transmisión, tipo de duplexaje empleado para la separación de
canales y tipos de códigos de dispersión. Estableciendo estos requerimientos es
posible conocer la complejidad del sistema, el cual debe poseer una flexibilidad para
adaptarse a futuros servicios, es decir, la capa física no debe ser diseñada centrada
en ofrecer un solo servicio. También se debe considerar el crecimiento de las
condiciones ambientales para el cual será puesto en operación (por ejemplo el
aumento de construcciones).
Como se ha mencionado la capa física se enfoca en el mantenimiento del canal por
medio del cual se realiza la comunicación entre una estación base y una estación
móvil. En la capa física se encuentran definidos dos grupos principales de canales
los canales físicos y los canales de transporte. Los canales físicos: corresponden a
una frecuencia o un código. Los canales de transporte se definen con base a cómo y
con qué características se transmitirá la información. Cada canal de transporte es
asociado con un canal físico [4].
2.2.1.1. Canales de transporte.
Los datos generados en las capas superiores de la estructura de WCDMA, son
mapeados a diferentes canales físicos. Cada canal de transporte es acompañado
por el indicador de formato de transporte TFI (Transport Format Indicator), el cual
espera a los datos provenientes de las capas superiores para ser llevados a canales
de transporte específicos [4]. En la capa física se combina la información de varios
indicadores de formato de transporte
provenientes de diferentes canales de
trasporte; al conjunto resultante se le conoce como indicador combinado de formato
de transporte TFCI (Transport Format Combination Indicator). El indicador
combinado de formato de transporte es transmitido en el canal físico de control
26
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
PCCH (Physical Control Channel) para indicar al receptor cuales canales de
transporte son activados en la trama recibida. El contenido proveniente del indicador
combinado de formato de transporte no puede ser visto por el receptor de una
manera directa, sino que tiene que ser descifrado para poder recuperar los
indicadores de formato de transporte, los cuales indican al receptor que canales
debe activar. Los canales de transporte están compuestos por varios bloques. En la
figura 2.5 se muestra la estructura a bloques de los canales de transporte.
Canal de transporte
TFI
Bloque de
Bloque de
Bloque de
transporte
transporte
transporte
Canal de transporte
TFI
Bloque de
Bloque de
Bloque de
transporte
transporte
transporte
TFCI
Enviado por el canal
físico de control
Canal de transporte
TFI
Bloque de
Bloque de
Bloque de
transporte
transporte
transporte
Figura 2.5. Estructura a bloques de los canales de transporte.
Existen dos tipos de canales de transporte: Los canales comunes y los canales
dedicados, la principal diferencia entre ellos es que el canal común es un recurso
compartido entre todos o un grupo de usuarios dentro de una celda, el canal
dedicado es un recurso específicamente para un solo usuario, identificado para un
cierto usuario.
2.2.1.1.1. Canal de transporte dedicado.
En el estándar WCDMA solamente esta definido un canal de transporte dedicado
DCH (Dedicated Channel) [4]. Este canal es bidireccional, es decir, empleado tanto
en el enlace de subida como en el enlace de bajada. Este canal se encarga de llevar
los datos y control de información de las capas superiores, tales como:
•
Voz.
•
Video.
•
Datos.
27
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
•
Medidas de señalización para un usuario deseado.
•
Instrucciones para la transferencia de llamada sin interrupción.
•
Control rápido de potencia.
•
Cambio rápido de tasa de datos (cambio de trama en trama).
2.2.1.1.2. Canales de transporte comunes.
A diferencia del canal de transporte dedicado, el canal de transporte común cuenta
con varias derivaciones para el desempeño de acciones específicas. Existen varias
acciones que tienen un punto en común entre ellas mismas, las cuales podrían ser
ejecutadas a través de un mismo canal, pero esto traería como desventaja una
reducción en el rendimiento del sistema debido a una saturación, es por ello que el
canal de transporte común cuenta con varios canales para desempeñar una acción
en particular, de esta manera se pretende regular la carga del sistema, ya que en
ocasiones no todas las acciones que involucran la transferencia de datos son
realizadas al mismo tiempo. Los canales de transporte comunes son los siguientes:
•
Canal de Broadcast, BCH (Broadcast Channel): Es un canal de transporte
utilizado en el enlace de baja que se encarga de llevar información en una
red UTRAN a una celda en particular. Se encarga de transportar datos de
cada celda como códigos de acceso aleatorio y accesos de posición en la
celda. Información que es difundida en toda la celda por medio de este canal.
Cada terminal debe de decodificar el canal de Broadcast para poder registrar
la celda. Para la transmisión en este canal se requiere un alto nivel de
potencia y baja tasa de transmisión para ofrecer cobertura en toda la celda.
•
Canal de acceso de bajada, FACH (Forward Access Channel): Es empleado
para llevar información de control a las terminales móviles que estén
localizadas en una celda dada. Se debe transmitir con una baja tasa. Puede
haber más de un canal de acceso por celda, de ser a si los demás canales de
acceso transmiten con diferentes tasas [5].
•
Canal de voceo, PCH (Paging Channel): Es un canal empleado en el enlace
de baja que lleva los datos necesarios para el procedimiento de voceo, un
ejemplo de esto es una llamada de voz recibida en la estación móvil, la red
transmite el mensaje de voceo por medio del canal de voceo a todas las
celdas pertenecientes al área donde se espera este ubicada la estación móvil.
28
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
El diseño del canal de voceo también afecta el consumo de potencia de la
estación móvil incluso cuando se encuentre en modo de espera, ya que es
cuando esta disponible para recibir el mensaje de voceo.
•
Canal de acceso aleatorio, RACH (Random Access Channel): Es un canal
disponible únicamente en el enlace de subida, utilizado para llevar
información de control desde la estación móvil hasta la estación base, como
solicitar la conexión para realizar una llamada. Pero también puede llevar
pequeñas cantidades de información de la estación móvil en paquetes. En
forma ideal debe tenerse acceso a este canal desde toda el área de cobertura
de la celda. La capa física manda la información contenida en este canal para
poder asignar a la conexión una ranura disponible en el enlace de subida en
forma aleatoria. Debido a que todos los usuarios de la celda acceden a este
canal, se transmite a bajas tasas de bit. Únicamente opera en modo FDD [5].
•
Canal de paquete común, CPCH (Common Packet Channel): Es un canal
disponible en el enlace de subida. Es muy similar al canal de acceso aleatorio
(FACH), porque también envía paquetes de información a la red, utilizando un
procedimiento más ordenado para evitar las colisiones producidas por el
acceso de usuarios, utiliza el control de potencia rápido y solo opera en modo
FDD.
•
Canal compartido del enlace de bajada, DSCH (Downlink Shared Channel):
Como el nombre lo indica es un canal utilizado en el enlace de bajada para
llevar información del usuario y control de información. A diferencia del canal
de acceso de bajada (FACH), el DSCH soporta el control de potencia rápido.
El Canal compartido de enlace de bajada puede ser transmitido en toda la
celda o en una parte específica de ella [5].
2.2.1.2. Canales físicos.
Los canales físicos son el medio que se utiliza para enviar la información tanto de
control y de usuario. La diferencia entre los canales de transporte y los canales
físicos, es que estos últimos son el conducto que contiene a los canales de
transporte. Los canales físicos realizan diversas funciones tanto en el enlace de
subida como en el enlace de bajada. La estructura de los canales fiscos cuenta con
29
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
una duración de trama de 10 ms, con un total de 38400 chips por trama la trama
esta dividida en 15 ranuras de tiempo con duración de 0.667 ms y 2560 chips por
ranura [3].
2.2.1.2.1. Canal físico para el enlace de subida.
Para la conexión del enlace de subida se cuenta con dos canales dedicados y un
canal común. El primero de ellos es el canal físico de datos dedicado DPDCH,
(Dedicated Physical Data Channel), en cual se realiza la función de la transmisión de
los datos de usuario y de control de la información [6].
El segundo canal dedicado es el canal físico de control dedicado, DPCCH
(Dedicated Physical Control Channel) el cual tiene las siguientes funciones:
transmisión de símbolos piloto para la recepción coherente y transmite bits de
señalización para control de potencia. Los canales físicos dedicados de datos y de
control son multiplexados a través en tiempo.
2.2.1.2.2. Canal físico para el enlace de bajada.
Este canal cuenta con varios canales para el desempeño de acciones específicas, a
continuación se describe cada uno de estos canales.
•
Canal físico dedicado del enlace de bajada, DDPCH (Downlink Dedicated
Physical Channel): Utiliza el multiplexaje en tiempo para enviar los datos de
usuario provenientes de capas superiores y el control de información que es
generado en la capa física. Consta de dos canales dedicados uno para datos
que es el canal físico de datos dedicado, DPDCH (Dedicated Physical Data
Channel) y un canal para control, el cual es el canal físico de control
dedicado, DPCCH (Dedicated Physical Control Channel).
•
Canal piloto común, CPICH (Common Pilot Channel): Este canal transmite
una portadora que es usada para estimar los parámetros del canal. Es la
referencia física para otros canales. Sus funciones son diversas e
importantes, es empleado para el control de potencia, transmisión y detección
coherente, la estimación de canal y medición de celdas adyacentes, los
canales piloto también sirven para obtener el código scrambling de la celda.
Hay dos tipos de canales piloto, primarios y secundarios. El canal piloto
primario utiliza un código de canalización fija. A cada celda solo se le asigna
30
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
un canal piloto primario. El canal piloto secundario utiliza un código de
canalización variable con una longitud de 256 chips [5].
•
Canal físico primario de control común, PCCPCH (Primary Common Control
Physical Channel): Es usado parra llevar el canal de Brodcast (BCH).Este
canal cuenta con 2560 chips por ranura y utiliza un factor de dispersión de
128 o 256, y un total de 20 o 10 bits son transmitidos por ranura. Se encarga
de llevar información de control por toda la celda [4,5].
•
Canal físico secundario de control común, SCCPCH (Secondary Common
Control Physical Channel). Este canal físico transmite la información
contenida de dos diferentes canales de transporte, los cuales son el canal de
acceso de bajada (FACH) y el canal de voceo (PCH) [4,5].
•
Canal de sincronización, SCH (Synchronization Channel): Este canal es
utilizado por las estaciones móviles para la búsqueda de celdas, consta de un
canal primario y un canal secundario. El canal de sincronización primario
transmite con un código modulado con una longitud de 256 chips. El canal de
sincronización secundario es construido para repetir un esquema de códigos
de 256 chips, el cual es trasmitido en paralelo con el canal de sincronización
primario, y son transmitidos en diferentes canales físicos al mismo tiempo [4].
•
Canal físico compartido del enlace de bajada, PDSCH (Physical Dedicated
Shared Channel): Tiene como objetivo la transferencia de paquetes de datos
en tiempo no real. En cada trama esta asociado con un canal físico de en lace
de bajada (DPCH) con la intención de apoyar al control de potencia y de
informar a la unidad móvil de la llegada de datos a través del canal
compartido de enlace de bajada (DSCH) [4].
•
Canal físico de paquetes comunes, CPCH (Common Packet Channel): Es
asignado utilizando el multiplexaje en tiempo, lleva un estado de información
que la red UTRA utiliza para notificar a los usuarios cuales ranuras están
disponibles, es utilizado por varios usuarios y utiliza el control de potencia de
potencia [5].
31
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
•
Canal físico de acceso aleatorio, PRACH (Physical Accesses Channel): Es un
canal utilizado en el enlace de subida llevando la información del canal de
acceso aleatorio (RACH). Trabaja con paquetes de datos en tiempo no real
[4].
•
Canal indicador de voceo, PICH (Paging Indicator Channel): Este canal esta
asociado con el canal físico secundario de control común (SCCPCH). Utiliza
un factor de dispersión de 256, y lleva 288 bits de indicación de voceo sobre
cada trama con duración de 10ms [4].
2.2.1.3. Mapeo de los canales de transporte a los canales físicos.
Ahora que ya se han mencionado los canales de control y los canales físicos, se
puede hablar sobre el mapeo de los canales de transporte a los canales físicos,
esto hace referencia a una correspondencia de un canal de transporte a un canal
físico. A continuación en la tabla 2.1, se muestra la correspondencia de los canales
de transporte en los canales físicos.
Canales de Transporte
Canal de broadcast
(BCH).
Canal de acceso de bajada
(FACH).
Canal de voceo
(PCH).
Canal de acceso aleatorio
(RACH).
Canal
de
transporte
dedicado
(DTCH).
Canal compartido de enlace
de bajada (DSCH).
Canal de paquete común
(CPCH).
Correspondencia
Canales Físicos
Canal físico primario de control
común (PCCPCH).
Canal físico secundario de
control común (SCCPCH).
Canal físico secundario de
control común (SCCPCH).
Canal físico de acceso aleatorio
channel (PRACH).
Canal físico de datos dedicados
(DPDCH).
Canal físico de control dedicado
(DPCCH).
Canal físico compartido de
enlace de bajada (PDSCH).
Canal de sincronización (SCH).
Canal Piloto Común (CPICH).
Canal de indicación de voceo
(PICH).
Canal físico de paquetes
comunes (CPCH).
Tabla 2.1 Mapeo de los canales de transporte a los canales físicos.
32
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
2.2.2. Capa MAC.
La capa control de acceso al medio MAC (Medium Access Control) determina
cuantos tipos de información provienen de las capas superiores de la estructura de
WCDMA, utilizando como medios los canales lógicos los cuales a su vez serán
mapeados a los canales de transporte. La capa MAC interactúa con la subcapa del
control de radio enlace (RLC), sobre un número de canales lógicos. Esta capa
también es responsable de seleccionar un apropiado formato para cada canal de
transporte [5]. La arquitectura lógica de la capa MAC se muestra en la figura 2.6
DCCH DT CH DT CH
BCCH
PCCH
Canales
logicos
BCCH CCCH CT CH
Control MAC
MAC-d
MAC-b
MAC-c/sh
Canales
de transporte
BCH
PCH FACH RACH CPCH DSCH
DCH
DCH
Figura 2.6. Arquitectura de la capa MAC.
En la figura, la capa MAC consta de tres entidades lógicas las cuales son las
siguientes:
MAC-b: Es el soporte del canal de Broadcast, hay una entidad MAC-b en cada
terminal móvil y una en cada red UTRA para cada celda.
MAC-s/sh: Es el soporte de los canales comunes, canales compartidos, canales de
voceo, canales de acceso de enlace de subida, canales de acceso aleatorio, canales
comunes para el enlace de subida y canales compartidos para el enlace de subida.
Hay una entidad MAC-s/sh en cada estación móvil y uno en la red UTRA para cada
celda.
33
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
MAC-d: Es la responsable del manejo de los canales dedicados, ésta disponible en
la terminal móvil en modo de conectado y la estación
Las funciones de la capa MAC son las siguientes:
•
Realiza en mapeo de los canales lógicos a los canales de transporte
•
Selecciona un formato adecuado de transporte de un conjunto de
combinación de formatos TFCS (Transport Format Combination Set), para
cada canal de transporte dependiendo de la tasa instantánea.
•
Se encarga del manejo de la prioridad de los datos que circulan en una
terminal móvil. Llevando esto a cabo mediante el selecionamiento de diversas
tasas de bits de los formatos de transporte para diferentes datos que circulan
en el móvil [5].
•
Se encarga de la identificación de terminales móviles sobre los canales
comunes de transporte [5]
•
Monitoreo de la cantidad de tráfico, la capa MAC recibe un estado de
información de la cantidad de datos de transmisión que están en el buffer del
RLC. Compara la cantidad de datos correspondientes a un canal con un
umbral proporcionado por el RRC (Radio Resource Control). Si la cantidad de
datos es bastante alta o bastante baja, la capa MAC realiza un informe al
RRC del estado de cantidad de tráfico. El RRC utiliza este reporte para
reconfigurar los canales de transporte, para proporcionar una buena calidad
de servicio (QoS) [5].
•
Cifrado de los datos para el modo transparente de operación de la capa RRC
[5].
2.2.2.1. Canales lógicos.
Los canales lógicos proporcionan los servicios de transferencia de datos de la capa
MAC. Una clasificación general de los canales lógicos es: canales de control y
canales de tráfico. Los canales de control son usados para transferir la información
de control, y los canales de tráfico para la información de usuario.
34
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
Los canales de control son:
• Canal de control Broadcast, BCCH (Broadcast Control Channel): Un canal
para el enlace de bajada que controla la información, es un canal de punto-amultipunto en la dirección del enlace de bajada que lleva
información
relacionada con la celda que identifica la red, información usada en la
selección de celda y handover [3]. Hay en realidad dos canales aquí: El canal
de sincronización, SCH (Synchronization Channel), este canal difunde la
información de modo que una estación móvil pueda sincronizarse con la
estación base. El canal de control de frecuencia, FCCH (Frequency Control
Channel) que permite a las estaciones móviles ajustar sus frecuencias
cuando es necesario.
• Canal de control de voceo, PCCH (Paging Control Channel): Un canal para el
enlace de bajada que transfiere la información de voceo.
• Canal de control dedicado, DCCH (Dedicated Control Channel): Un canal
bidireccional que transmite la información de control entre una estación móvil
y la red [3]. Hay dos tipos de canales DCCH: el canal de control
independiente dedicado, SDCCH (Standalone Dedicated Control Channel),
este canal funciona tanto para el enlace de subida como para el de bajada,
puede usarse por ejemplo para el registro, la autentificación, o actualización
de ubicación, antes de que sea asignado un canal de tráfico. Después de la
asignación del canal de tráfico, el SDCCH debe ser liberado. El Canal de
control asociado, ACCH (Associated Control Channel) se llama así por que es
asociado con un canal de tráfico, hay dos tipos de canales ACCH: canal lento
y canal rápido. El canal de control asociado lento, SACCH (Slow Association
Control Channel), es usado por una estación móvil, para señalar las medidas
que requieren en una decisión handover. El objetivo del canal de control
asociado rápido, FACCH (Fast Association Control Channel), es controlar la
información después de que una conexión ya ha sido establecida con una
estación móvil.
• Canal de control común, CCCH (Common Control Channel): Un canal
bidireccional para transmitir información de control entre la red y las
35
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
estaciones móviles en ambas direcciones [3]. Son dos canales en esta
categoría: el canal de acceso aleatorio, RACH (Random Access Channel), es
el canal sobre el cual las estaciones móviles envían una petición de inicio de
llamada. El canal de acceso admitido, AGCH (Access Grant Channel), el
objetivo de este canal es indicar a una estación de móvil cual canal de control
independiente dedicado está siendo asignado.
Los canales de tráfico son:
• Canal de tráfico dedicado, DTCH (Dedicated Traffic Channel): Es un canal
dedicado a una estación móvil, para la transferencia de información de
usuario. Un DTCH puede existir tanto en el enlace de subida como en el
enlace de bajada.
• Canal de tráfico común, CTCH (Common Traffic Channel): Un canal punto-amultipunto de enlace de bajada para la transferencia de información de
usuario dedicada para todos o un grupo específico [3].
2.2.2.2. Mapeo entre los canales lógicos y los canales de transporte.
En el mapeo entre lo canales lógicos y los canales de transporte se tienen
conexiones entre canales, las cuales se pueden observar en la figura 2.7 [4]:
Enlace de bajada
Enlace de subida
DCCH
DTCH
CCCH
PCCH
BCCH
PCH
BCH
CCCH
CTCH
Canales
Logicos
RACH
CPCH
DCH
Canales de
transporte
FACH
DCCH
DTCH
DSCH DCH
Figura 2.7. Mapeo entre los canales lógicos y canales de transporte.
36
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
2.2.3. Capa RLC.
La capa de control de radio enlace, RLC (Radio Link Control), establece la conexión
entre la estación móvil y la UTRAN. Las principales funciones de la capa RLC son: la
transferencia de datos, detección y corrección de errores, control de flujo, cifrado,
también se encarga de la segmentación y concatenación de los datos, proporciona
la transmisión de datos mediante la petición de repetición automática, ARQ
(Automatic Repeat reQuest) [1].
El protocolo de control de enlace de radio puede operar en tres modos para la
transferencia de datos:
•
Modo transparente, TM (Transparent mode), ofrece los siguientes servicios:
segmentación y transferencia de datos del usuario. Este modo se emplea
para los canales BCCH, PCCH, SHCCH, DCCH, DTCH, y CCCH. Para los
canales CCCH y SHCCH, sólo se emplea en el enlace de subida.
•
Modo no reconocido, UM (Unacknowledged Mode), donde no existe protocolo
de retransmisión y la entrega de los datos no esta garantizada. En este modo
se ofrecen los siguientes servicios: segmentación, concatenación, detección
de errores, relleno y cifrado. UM se emplea para los canales DCCH, DTCH,
CTCH, y para el enlace de bajada de los canales SHCCH y CCCH.
•
Modo reconocido, AM (Acknowledged Mode), donde se emplea el ARQ para
corrección
de
errores,
algunos
de
los
servicios
que
ofrece
son:
concatenación, transferencia de datos de usuario, relleno, control de flujo y
cifrado. Este modo puede ser empleado por los canales DCCH Y DTCH.
La capa RLC ofrece servicios a capas superiores mediante puntos de acceso de
servicio, SAP (Service Access Points), que describen, como la RLC, maneja los
paquetes de datos. En el plano de control, los servicios de RLC son usados por la
capa RRC para señalización de canales de transporte. En la siguiente figura se
puede observar la arquitectura de la capa RLC.
37
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
RRC
Modo transparente
Modo reconocido
Modo no reconocido
RLC
Entidad de
transmisión
Entidad de
recepción
BCCH/PCCH/DCCH
CCCH/DTCH
Entidad de
modo
reconocido
Entidad de
transmisión
DCCH/DTCH
Entidad de
recepción
DCCH/CTCH
CCCH/DTCH
M AC
Figura 2.8. Arquitectura de capa RLC.
Las funciones de la capa RLC son las siguientes:
• Segmentación: esta función divide en segmentos la unidad de paquete de
datos,
PDU (Packet Data Unit) de capas más superiores, en pequeñas
unidades de carga útil, PU (Payload Units). El tamaño de la unidad de
paquete de datos se determina de acuerdo a la tasa de bit más pequeña
posible para el servicio que usa la entidad RLC.
• El control de flujo: es una función que permite a un receptor RLC controlar la
tasa en la cual la entidad trasmitida puede ser enviada.
• Corrección de error: esta función proporciona la corrección de errores para
retransmisiones en el modo reconocido.
• Detección doble: se encarga de detectar unidades de paquetes de datos
duplicados y asegura que sea entregada una sola vez a la capa superior.
• Concatenación: si el contenido de una unidad de servicio de datos, SDU
(Service Data Unit) no llena un número de unidades de carga útil, el primer
segmento de la siguiente unidad de servicio de datos puede ser puesto en la
unidad de carga útil concatenada con el último segmento de la unidad de
servicio de datos anterior.
38
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
• Relleno: cuando la concatenación no es aplicable y los datos restantes para
ser transmitidos no llenan determinado tamaño de PDU, el resto del campo de
datos está lleno con bits de relleno.
• Cifrado: esta función se realiza en la capa RLC para los modos reconocido y
no reconocido con el propósito de proporcionar seguridad.
2.2.4. Capa RRC.
La capa de red esta integrada por el elemento de control de los recursos de radio,
RRC (Radio Resource Control), el cual se encarga de controlar la configuración de
las capas anteriores. El RRC es el encargado de la coordinación de los recursos de
radio en la unidad móvil, para ello selecciona una celda dentro de la red para que la
unidad móvil pueda comunicarse dentro de ella correctamente. Algunas de las
funciones que el RRC proporciona son: la selección inicial de celda, establecimiento
y mantenimiento de conexión, asignación y configuración de los recursos de radio
para la conexión, como por ejemplo la asignación de los códigos y de los canales de
paquete común (CPCH), se encarga del control en el modo de seguridad, el control
de la calidad de servicio requerida, la asignación de recursos de radio en el enlace
de subida [2]. Entre los principales servicios que ofrece el RRC son los siguientes:
•
Control general: este es un servicio donde la información transferida no es
reconocida, y es transmitida a todas las estaciones móviles dentro de cierta
área.
•
Notificación: esta incluye los servicios de voceo y notificación de transmisión.
La notificación sirve para proporcionar la información a todas las estaciones
móviles en una celda o más celdas, es similar al servicio de control general.
•
Control dedicado: este servicio incluye el establecimiento y liberación de una
conexión, también se encarga de la transferencia de mensajes que emplean
esa conexión. Estas conexiones pueden ser punto a punto. El mensaje
transferido es reconocido [2].
•
Control de los canales de transporte y canales físicos.
•
Control de las funciones de seguridad (cifrado).
•
Establecimiento, mantenimiento y actualización de la conexión entre la unidad
móvil y la UTRAN.
•
Se encarga del control de potencia de lazo abierto en el enlace de bajada.
•
Difusión de información en la celda y funciones relacionadas a ella.
39
WCDMA EN SISTEMAS DE 3G
Referencias
[1] Erik Dahlman y Per Beming, “WCDMA- The Radio Interface for Future Mobile
Multimedia Communications”, en IEEE Transactions vol. 47, num. 4, noviembre de
1998.
[2] Juha Coronen, “Introduction to 3G Mobile Communications”, Artech House, 2003.
[3] Jaana Laiho y Achim Wacker, “Radio Network Planning and Optimisation for
UMTS”, John Wiley & Sons, 2006.
[4] Harri Holma y Antti Toskala, “WCDMA for UMTS Radio Access for Third
Generation Mobile”, John Wiley & Sons, 2004.
[5] M.R. Karim y M. Sarraf, “W-CDMA and cdma2000 for 3G MobileNetworks”,
McGraw-Hill, 2002.
[6] Ramjee Prasad y Tero Ojanpera “An overview of cdma evolution toward
wideband cdma”, en IEEE Communications Surveys, vol. 1, num. 1, septiembre de
1998.
40
CAPÍTULO 3
ELEMENTOS DE WCDMA
En este capítulo se describen los parámetros de WCDMA, como el ancho de banda,
tasas de transmisión, estructura de trama, tipos de modulación, duplexaje, códigos
de dispersión y códigos para la codificación de canal, entre otros.
También se describe el control de potencia, fundamental para el funcionamiento
óptimo de los sistemas basados en CDMA. Sin control de potencia, es posible que
un usuario que se encuentre cerca de la estación base enmascare a otros usuarios
que se encuentren lejos de ella. A esto se le conoce como el efecto cerca-lejos. Es
por esta razón la importancia de estudiar los mecanismos de control de potencia.
Otro elemento de estudio es la transferencia de llamada sin interrupción, la cual se
presenta cuando un usuario pasa de una celda a otra. Un caso especial de ésta es
la transferencia de llamada sin interrupción intracelda. La transferencia de llamada
sin interrupción es posible sólo cuando el sistema opera en la misma banda de
frecuencia, siendo esta una característica de los sistemas basados en CDMA.
Finalmente se describe el servicio de datos de alta velocidad, HSPA. Debido a la
demanda de nuevos servicios que proporcionen altas tasas de datos, es necesario
emplear técnicas de transmisión mejoradas. HSPA ofrece altas tasas de datos bajo
la plataforma WCDMA, lo que representa para los usuarios tiempos de respuesta
más cortos y menos retrasos. HSPA esta formado por: el acceso de paquetes a alta
velocidad para el enlace de bajada (HSDPA) y el acceso de paquetes a alta
velocidad para el enlace de subida (HSUPA).
41
ELEMENTOS DE WCDMA
3.1. Parámetros del estándar WCDMA.
En esta sección se definen los principales parámetros del estándar WCDMA, de
acuerdo a la revisión 5 y revisión 6.
El ancho de banda para la portadora de WCDMA es de 5 MHz, aunque se han
propuesto anchos de banda de 10, 15, y 20 MHz para ofrecer tasas de datos de 144
kbps, 384 kbps y de 2 Mbps [1]. La información se dispersa a una tasa de chip de
3.84 Mcps. La tasa de chip también puede ser de 8.192 Mcps.
En WCDMA la tasa de datos se mantiene constante durante una trama de 10 ms y
cada trama se divide en 15 ranuras, cada ranura con duración de 0.667 ms.
WCDMA puede operar en dos modos: FDD (Frequency Division Duplex) y TDD
(Time Division Duplex). En el modo FDD se utiliza una portadora de 5 MHz para
cada enlace (bajada y subida), mientras que en el modo TDD solo una, dividida en
ranuras de tiempo.
En cuanto al tipo de modulación empleada puede ser QPSK o BPSK. En el enlace
de bajada se utiliza QPSK y en el enlace de subida BPSK.
WCDMA emplea diferentes códigos para objetivos diversos, podemos clasificarlos
en tres: códigos de canalización, códigos de dispersión y códigos de scrambling.1
Los códigos de dispersión que WCDMA emplea son: en el enlace de bajada
secuencias Gold de longitud 218-1. Para el enlace de subida se emplean secuencias
Gold de longitud 241-1 [2].
El número total de códigos de scrambling disponibles es 512, dividido en 32 grupos
con 16 códigos en cada uno para facilitar el procedimiento de búsqueda de celda. Se
emplean secuencias Gold de 218-1 en el enlace de bajada [1].
Los códigos de canalización son tanto para el enlace de subida como para el de
bajada, en el enlace de subida los códigos de canalización se emplean para los
canales de control y de tráfico. Para la canalización se emplean códigos ortogonales,
OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor). El factor de dispersión es de 4 a 256
en el enlace de subida y de 4 a 512 en el enlace de bajada [3].
La codificación del canal de WCDMA esta basado en códigos convolucionales y
códigos concatenados. Para servicios con una BER de 10-3, se emplea un código
convolucional de longitud 9 [2]. También para la sincronización de canal se emplean
secuencias Gold de longitud 28 [2].
1
El scrambling es una técnica para reducir ráfagas de errores.
42
ELEMENTOS DE WCDMA
Tanto para el enlace de subida como para el enlace de bajada la detección
coherente puede mejorar el funcionamiento en comparación con la recepción no
coherente. Para la detección coherente se requiere de un canal piloto dedicado. El
empleo de la detección coherente puede traer como resultado un incremento en la
cobertura y capacidad.
Hay dos modos de operar para la transmisión de paquetes de datos en WCDMA:
•
Paquetes de datos que son enviados esporádicamente, estos utilizan un
modo denominado transmisión de paquetes de canal común.
•
Paquetes de datos que son enviados frecuentemente, para este tipo de
paquetes se emplea un canal dedicado, y se mantiene un enlace entre
paquetes [2].
En la figura 3.1 se muestra el modo de operación de paquetes de datos [4].
Tiempo entre
paquetes
RACH
Paquete 1
RACH
Paquete 2
Canal común
Se mantiene
un enlace
Paquete 1
Paquete 2
Canal dedicado
Figura 3.1. Transmisión de paquetes de datos, para canal dedicado y canal común.
A continuación en la tabla 3.1 se presentan de forma sintética los principales
parámetros de la interfaz de aire WCDMA [2].
43
ELEMENTOS DE WCDMA
Parámetro
WCDMA
Modo de operación
FDD/TDD
Método de acceso múltiple
DS-CDMA
Ancho de banda de portadoras
5,10,15,20 MHz
Tasa de Chip
3.84/8.192Mcps
Trama
10 ms / 20 ms
Esquema de Modulación
QPSK(enlace de bajada)
BPSK (enlace de subida)
Detección Coherente
Emplea un canal piloto dedicado. Canal
piloto común en enlace de bajada.
Factor de dispersión
4-512 [4]
Dispersión (enlace de bajada)
Secuencias Gold de longitud 218-1.
Dispersión (enlace de subida)
Secuencias Gold 241-1.
Tabla 3.1. Parámetros principales de WCDMA.
3.2. Control de potencia.
En los sistemas de comunicaciones móviles basados en CDMA, donde todos los
usuarios comparten un canal de frecuencia en común, la interferencia es un
problema crucial debido a la cantidad de potencia con la cual se puede transmitir,
principalmente sobre el enlace de subida [1].
Es por ello que el control de potencia es uno de los aspectos más importantes de
WCDMA, sin él, un móvil situado cerca de la estación base transmitiendo con un
nivel de potencia fijo puede enmascarar a otros usuarios sin importar que tan cerca o
44
ELEMENTOS DE WCDMA
lejos estén situados de él. Debido a los mecanismos de propagación y pérdidas por
trayectoria, la señal recibida en la estación base proveniente de un móvil cercano a
ella (PR1) será más fuerte que la señal recibida de un móvil que se encuentre en el
borde de la celda (PR2), a este efecto se le conoce como efecto cerca-lejos, en la
figura 3.2 se ilustra este efecto en el cual el móvil 1 enmascara al móvil 2 [1].
PR1 > PR2
Potencia transmitida
Potencia transmitida
Estación móvi 2
Estación móvil 1
Estación base
PR1=Potencia recibida proveniente del móvil 1
PR2=Potencia recibida proveniente del móvil 2
Figura 3.2. Efecto cerca-lejos.
Para reducir este efecto, es necesario que todas las señales, independientemente
de la distancia, deben llegar a la estación base con la misma potencia. Para lograr lo
anterior es necesario contar con un control de potencia. El control de potencia
también es utilizado para reducir la interferencia hacia las celdas adyacentes.
A diferencia del enlace de subida, donde las señales provienen de diferentes
fuentes, en el enlace de bajada todas las señales provienen de la misma fuente y se
propagan a través del mismo canal, y así son recibidas por la estación móvil con
igual potencia. Por consiguiente, no se presenta el efecto cerca-lejos en el enlace
de bajada [6].
El control de potencia puede clasificarse en dos tipos: control de potencia de lazo
abierto y control de potencia de lazo cerrado, los cuales serán descritos en las
siguientes secciones.
3.2.1. Control de potencia de lazo abierto.
El control de potencia de lazo abierto se encarga de estimar la potencia inicial
necesitada en el enlace de subida, basándose en las pérdidas por trayectorias en la
dirección del enlace de bajada, dicho de otra manera el control de potencia de lazo
45
ELEMENTOS DE WCDMA
abierto se encarga de proporcionar una potencia inicial a la estación móvil al inicio
de la conexión [5, 6].
Los canales piloto están monitoreando constantemente a los móviles dentro de una
celda, cuando un móvil es detectado por un canal piloto, el móvil inicia su
transmisión con una cantidad de potencia igual que la del canal piloto. La potencia
transmitida del canal piloto es estimada a través del las perdidas por trayectoria del
enlace de bajada, es por ello que se dice que el control de potencia de lazo abierto
proporciona una cantidad de potencia inicial para el móvil (enlace de subida) a
través de las perdidas por trayectoria estimadas en el enlace de bajada (potencia del
canal piloto).
Ya que los desvanecimientos rápidos no presentan correlación entre el enlace de
subida y el enlace de baja, la potencia inicial de transmisión del móvil que
proporciona el control de potencia de lazo abierto no es lo suficientemente buena
para utilizarse en la transmisión de todos los canales, es por ello que se requiere de
el control de potencia de lazo cerrado [5].
3.2.2. Control de potencia de lazo cerrado.
El control de potencia de lazo cerrado mide la relación de señal a interferencia SIR
(Signal-to-Interference Ratio) y envía comandos al transmisor para ajustar la
transmisión de potencia [6]. En el control de potencia de lazo cerrado para el enlace
de subida la estación base realiza frecuentemente estimaciones de la SIR recibida, y
la compara con una SIR establecida denominada objetivo. Si la SIR medida es
mayor que la SIR objetivo, la estación base ordena al móvil
que disminuya la
potencia, en el caso contrario, la estación base ordena al móvil que incremente su
potencia. La cantidad de potencia que el móvil debe subir o bajar se conoce como
tamaño de paso y puede tomar valores de 0.1dB, 0.5 dB, 1 dB y 2 dB. Para la
elección de estos valores se depende de factores tales como: la velocidad del móvil,
las pérdidas por trayectoria y del ambiente de propagación, es decir el tamaño de
paso no es constante en la conexión [5]. Esta estimación de SIR se realiza 1500
veces por segundo (1500 Hz), con la intención de contrarrestar cualquier cambio
significativo provocado por las pérdidas por trayectoria y los desvanecimientos
lentos, incluso opera más rápido que la velocidad de los desvanecimientos de
Rayleigh [6]. Así, el control de potencia de lazo cerrado prevendrá cualquier
desequilibrio entre las señales del enlace de subida recibidas en la estación base, a
este procedimiento se le conoce como control de potencia rápido [6].
46
ELEMENTOS DE WCDMA
La misma técnica del control de potencia de lazo cerrado se utiliza en el enlace de
bajada. El control de potencia de lazo cerrado en el enlace de bajada es utilizado
como un método de reforzamiento de señales débiles originadas por los
desvanecimientos de Rayleigh [6].
El control de potencia de lazo cerrado se divide en dos tipos: control de potencia de
lazo externo y control de potencia de lazo interno [5, 6].
El objetivo del control de potencia de lazo externo es mantener la calidad de la
comunicación de acuerdo con los requerimientos de calidad de servicio que se este
ofreciendo, produciendo una adecuada SIR objetivo para el control de potencia de
lazo interno. Esta operación se realiza para cada canal dedicado perteneciente a
una conexión del RNC. La SIR objetivo debe ser ajustada cuando la velocidad del
móvil o el ambiente de propagación de multitrayectoria cambian.
A la más alta
variación en la potencia recibida, la SIR objetivo también tendrá que ser más alta.
La estimación de la SIR la realiza con una frecuencia de 10 a 100 veces por
segundo (10Hz a 100Hz), es por ello que el control de potencia de lazo externo
también es conocido como control de potencia lento debido a su baja frecuencia de
operación, su frecuencia es tan baja debido a que el ambiente de propagación no
cambia tan rápidamente, es decir de un ambiente urbano es muy lento pasar a un
ambiente rural. La SIR objetivo debe ser variable ya que si se mantiene fija, la
calidad resultante de la comunicación seria bastante alta o bastante baja, causando
una innecesaria transmisión de potencia en la mayoría de los casos [5].
El control de potencia de lazo externo en el enlace de subida opera dentro del SRNC
y es responsable de proporcionar una SIR objetivo en la estación base para cada
conexión de control de potencia de lazo interno en el enlace de subida. Esta SIR
objetivo es actualizada sobre una base individual para cada estación móvil de
acuerdo a la calidad estimada del enlace de subida, Los valores típicos del tamaño
de paso en los ajustes de la SIR objetivo, se encuentran en el intervalo de 0.1 dB a
1.0 dB [5].
El control de potencia de lazo externo en el enlace de bajada es implementado en la
unidad móvil. Este ajusta el valor de la SIR objetivo para el control de potencia de
lazo interno para el enlace de bajada, proporcionando una misma calidad que la
puesta por el RNC. Si el canal físico de control común (CPCH) es empleado en la
comunicación, la calidad deseada señalada por el RNC es la SIR del canal físico de
control común del enlace de bajada. En complemento, cuando se emplea la SIR en
los canales de transporte como objetivo en el lazo externo en el enlace de bajada, la
47
ELEMENTOS DE WCDMA
unidad móvil asegura que los requerimientos de calidad sean mantenidos para cada
canal de transporte a los cuales se les asigna una SIR objetivo [5]. En al figura 3.3
se ilustra el control de potencia de lazo externo.
RNC
Estimación de una SIR obejetivo a
través de los desvanesiometos
Proporciona una SIR objetivo a la
estación base
Estación móvi
Estación base
Control de potencia de lazo interno
Control de potencia de lazo externo
Figura 3.3. Control de potencia de lazo externo interactuando con el control de potencia de lazo
interno.
El control de potencia de lazo interno también es llamado control de potencia rápido
de lazo cerrado [5], ya que estima la SIR 1500 veces por segundo. Depende de
información de retroalimentación del móvil a la estación base y de la estación base
al móvil. Esto permite que el móvil ajuste su potencia transmitida, basándose en
nivel de SIR recibida en la estación base, de igual modo la estación base puede
ajustar su potencia transmitida basándose en el nivel de SIR recibida en el móvil,
con la finalidad de
compensar los desvanecimientos del canal de radio, este
procedimiento puede observarse en la figura 3.4.
48
ELEMENTOS DE WCDMA
Potencia transmitida basada en la SIR
recibida en la estación base
Estación base
Estación móvi
Potencia transmitida basada en la SIR
recibida en la estación móvil
Figura 3.4. Control de potencia de lazo interno.
La función del control de potencia de lazo interno en el UMTS es usado en los
canales dedicados, en forma bidireccional, tanto en el enlace de subida como en el
enlace de bajada [5]. El control de potencia de lazo interno para el enlace de subida
realiza la siguiente función.
La estación base recibe la SIR objetivo proveniente del RNC y la compara con una
SIR estimada del canal físico dedicado de control (DPCCH) del enlace de subida,
esta acción se realiza una vez cada ranura de tiempo. Si la SIR recibida en la
estación base es mayor que la SIR objetivo, la estación base transmite un comando
de transmisión de control de potencia, TPC (Transmit Power Control) a la unidad
móvil con la instrucción “bajar”, a través del canal físico dedicado de control del
enlace de bajada (DPCCHD). Si la SIR recibida es menor que la SIR objetivo, la
estación base envía un comando TPC con la instrucción “subir” [5].
La estación móvil no cambia la potencia de transmisión hasta no recibir cinco
comandos TPC consecutivos. Al final de la quinta ranura, el móvil ajusta su potencia
de transmisión de acuerdo a las siguientes reglas [5]:
•
Si los cinco comandos TPC estimados son “bajar”, entonces
la potencia
transmitida se reduce en 1 dB.
•
Si los cinco comandos TPC estimados son “subir”, entonces la potencia
transmitida se aumenta en 1 dB.
•
En otro caso la potencia transmitida no cambia.
El control de potencia de lazo interno en el enlace de bajada subministra la potencia
de los canales físicos dedicados. La estación móvil estima la SIR proveniente de los
49
ELEMENTOS DE WCDMA
canales piloto del enlace de bajada. Esta estimación de la SIR se compara la SIR
objetivo, si la SIR estimada es mayor que la SIR objetivo, la estación móvil transmite
un comando TPC con la instrucción “bajar”, en caso contrario, la estación móvil
transmite el comando TPC con la instrucción “subir”.
3.3. Transferencia de llamada (Handover).
La transferencia de llamada es el proceso en el cual una estación móvil se encuentra
entre dos celdas o dos sectores adyacentes, estando en los límites de cobertura,
entonces la estación móvil elige la estación base que le proporcione los mejores
recursos para continuar la llamada.
En WCDMA hay tres tipos de transferencia de llamada [7]:
•
La transferencia de llamada con interrupción.
•
La transferencia de llamada sin interrupción.
•
La transferencia de llamada intersistema.
3.3.1. Transferencia de llamada con interrupción (Hard Handover).
La transferencia de llamada con interrupción ocurre cuando las estaciones base que
participan en el proceso de transferencia de llamada manejan diferentes frecuencias
portadoras. Por consiguiente, este tipo de transferencia de llamada hace que la
señal recibida sea interrumpida por un tiempo muy corto [7].
La transferencia de llamada intersistema ocurre cuando entre dos sistemas que
operan con estándares diferentes presentan interoperabilidad, este es un caso de
transferencia de llamada con interrupción.
Un ejemplo de transferencia de llamada intersistema ocurre entre WCDMA y GSM.
Estas transferencias de llamada pueden ser usadas para extender la cobertura o
equilibrar la carga de usuarios. Principalmente las transferencias de llamada entre
WCDMA y GSM son necesarias para proporcionar una cobertura continua, y también
pueden ser usadas para bajar la carga en celdas GSM o WCDMA. Las
transferencias de llamada intersistema son realizadas en el radio controlador de red
y el controlador de la estación base [6].
3.3.2. Transferencia de llamada sin interrupción (Soft Handover).
La transferencia de llamada sin interrupción es la más usada en WCDMA, se
presenta cuando una estación móvil puede recibir señales de dos o más estaciones
base de forma simultánea. Como tal, la señal recibida no es interrumpida.
50
ELEMENTOS DE WCDMA
Una transferencia de llamada sin interrupción es posible sólo cuando las estaciones
base participantes operan con la misma frecuencia portadora [8].
La transferencia de llamada sin interrupción utiliza el canal piloto común, CPICH
para hacer las mediciones necesarias para llevar a cabo este proceso, que después
son señaladas al RNC usando la capa RRC [6]. Esto se puede observar en la figura
3.5.
enlace 1
lub
Uu
EB1
EM
RNC
enlace 2
EB2
Figura 3.5. Transferencia de llamada sin interrupción.
En la descripción de transferencia de llamada sin interrupción es necesario definir el
conjunto activo y el conjunto vecino o conjunto de monitoreo, ya que la estación
móvil lo requerirá durante el proceso.
Conjunto activo: Consiste en todas las celdas que simultáneamente están implicadas
en la transferencia de llamada sin interrupción.
Conjunto vecino o conjunto de monitoreo: Son las celdas que no pertenecen al
conjunto activo, ya que su piloto no es bastante fuerte. Son monitoreadas por la
estación móvil continuamente, dado que las celdas son vecinas y en algún momento
pueden ser parte del conjunto activo [6,7].
En el algoritmo de transferencia de llamada sin interrupción, que se describe en la
figura 3.6, se presentan tres eventos dependiendo de los valores de algunos
parámetros de donde:
•
El reporting_range es el umbral para la transferencia de llamada sin
interrupción.
•
La histéresis del evento 1A es la histéresis de adición.
51
ELEMENTOS DE WCDMA
•
La histéresis del evento 1B es la histéresis de eliminación.
•
La histéresis del evento 1C es la histéresis de sustitución.
•
reporting_range - histéresis del evento 1A es también llamado ventana de
agregar.
•
reporting_range + histéresis del evento 1B es también llamado ventana de
eliminar.
•
ΔT es el tiempo de disparo.
•
El best_pilot es el que tiene la señal más fuerte dentro del conjunto activo.
•
El worst_old_ pilot es el que tiene la señal más débil dentro del conjunto
activo.
•
El best_candidate_ pilot es el que tiene la señal más fuerte dentro del
conjunto vecino.
•
El pilot es el que posee una señal moderada.
Potencia de la señal
del canal piloto
Pilot de la
celda1
ΔT
ΔT
ΔT
best_pilot
reporting_
range +
histéresis
evento1B
reporting_
range histéresis
evento1A
histéresis
evento1C
Pilot de la
celda2
best_candidate
pilot
worst_old_pilot
Pilot de la
celda3
t
Evento 1A
Evento 1C
Evento 1B
agrega la celda2 remplaza la celda1 elimina la celda3
con la celda3
Conectado en la
celda1
Transferencia de llamada
primero con las celdas
1 y 2, y después 2 y 3
Conectado en la
celda2
Figura 3.6. Esquema general del algoritmo de la transferencia de llamada sin interrupción en WCDMA
[6].
Si el pilot >best_pilot – reporting_range + histéresis del evento 1A para un periodo
de ΔT y el conjunto activo no esta lleno, el piloto es agregado al conjunto activo.
Este evento es llamado evento 1A o adición del enlace de radio.
52
ELEMENTOS DE WCDMA
Si el pilot <best_pilot – reporting_range – histéresis del evento 1B para un periodo de
ΔT, entonces el piloto es eliminado del conjunto activo. Este evento es llamado
evento 1B o eliminación del enlace de radio.
Si el conjunto activo está lleno y el best_candidate_pilot > worst_old_pilot +
histéresis del evento 1C para un periodo de ΔT, entonces el piloto más débil en el
conjunto activo es remplazado por el piloto más fuerte que es candidato (el piloto
más fuerte en el conjunto de monitoreo). Este evento es llamado evento 1C o adición
del enlace de radio combinado y eliminado. El máximo tamaño del conjunto activo en
la figura 3.6 es de dos celdas [6].
Un caso especial de transferencia de llamada sin interrupción es la transferencia de
llamada sin interrupción intracelda (Softer Handover), donde la estación móvil esta
conectada a dos sectores que pertenecen a una misma estación base [8].
En la figura 3.7 se muestra el proceso de transferencia de llamada sin interrupción
intracelda que ocurre dentro de la misma celda y las diferencias con la transferencia
de llamada sin interrupción que ocurre entre dos celdas.
b)
RNC
a)
EB
EB 2
RNC
EM
sector 1
EB 1
sector 2
EM
Figura 3.7. a) Transferencia de llamada sin interrupción intracelda y b) Transferencia de llamada sin
interrupción.
3.4. Servicio de datos en WCDMA.
Debido a la demanda de nuevos servicios que proporcionen altas tasas de datos, es
necesario emplear técnicas de transmisión mejoradas para WCDMA, el acceso de
paquetes a alta velocidad, HSPA (High-Speed Packet Access) proporciona altas
tasas de datos bajo la plataforma WCDMA, lo que representa para los usuarios
53
ELEMENTOS DE WCDMA
tiempos de respuesta más cortos y menos retrasos. En esta sección se describen las
características de acuerdo al estándar de la 3GPP de HSPA.
HSPA esta formado por: el acceso de paquetes a alta velocidad para el enlace de
bajada, HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) y el acceso de paquetes a
alta velocidad para el enlace de subida, HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access).
El tipo de modulación empleada en HSPA es 16QAM para el enlace de subida, y
64QAM para el enlace de bajada. La modulación 16QAM permite tasas de datos
máximas de hasta 12 Mbit/s, mientras que la modulación 64 QAM permite tasas de
datos de hasta 21 Mbit/s en el enlace de bajada.
HSPA incrementa hasta cinco veces más la capacidad en el enlace de bajada y
hasta dos veces más en el enlace se subida. HSPA puede aumentar la capacidad de
varias formas: compartiendo el canal de transmisión, lo que provoca un empleo
eficiente de los códigos disponibles y de los recursos de potencia, o teniendo un
intervalo de tiempo más corto, que reduce el tiempo de ida y vuelta. HSPA tiene la
capacidad para apoyar servicios no sólo simétricos, también asimétricos con tasas
de datos más altas.
Un beneficio que HSPA puede proporcionar a WCDMA es que no necesita de
portadoras adicionales es decir ambos pueden usar la misma portadora. Además
HSPA y WCDMA pueden compartir todos los elementos de red, en la red principal.
Cuando la revisión 99 fue completada, HSDPA y HSUPA aun no estaban listas.
Durante el 2000, también se realizaban correcciones a WCDMA en la revisión 99 y
se trabajaba sobre la revisión 4 para incluir aspectos tales como TD-SCDMA (Time
Division Synchronous CDMA), en el cual se hizo obvia la necesidad de algunas
mejoras para el acceso de paquetes. Es por esta razón que se comenzó un estudio
de viabilidad para HSDPA en marzo del 2000. El trabajo fue iniciado con principios
de 3GPP, teniendo por lo menos cuatro compañías como soporte. Entre las
compañías que ofrecieron soporte para el inicio del trabajo sobre HSDPA fueron
Motorota y Nokia.
En el estudio de HSDPA hubo problemas para mejorar la transmisión de datos sobre
el enlace de bajada, para las especificaciones de la revisión 99. Cuando las
especificaciones de las revisiones fueron realizadas 1 año después, aun hubo que
hacer correcciones a HSDPA, pero la funcionalidad de la capa estuvo lista en las
especificaciones de la capa física.
Finalmente HSDPA fue estandarizado siendo parte de 3GPP en su revisión 5 con la
primera especificación en marzo de 2002. La primera red comercial de HSDPA
54
ELEMENTOS DE WCDMA
estuvo disponible a finales de 2005[6]. El objetivo principal es aumentar las tasas de
datos de usuario y la calidad de servicio (QoS), y en general mejorar la eficiencia
espectral para servicios de paquetes de datos en el enlace de bajada.
El aumento de la eficiencia espectral gracias a HSDPA es atribuido a varias
tecnologías que han sido incorporadas a este sistema, como por ejemplo la
Modulación Adaptable, o la petición rápida de repetición automática híbrida, HARQ
(Fast Hybrid Automatic Repeat reQuest).
La estandarización de 3GPP para HSUPA comenzó con un artículo de estudio sobre
mejoramiento del enlace de subida para los canales dedicados de transporte en
septiembre de 2002. Compañías tales como Motorota, Nokia y Ericsson fueron
quienes ofrecieron el soporte para iniciar el estudio en 3GPP.
Las técnicas investigadas en el estudio para HSUPA fueron las siguientes: HARQ
de la capa física para el enlace de subida, modulación de alto orden, rapidez de la
estación base fundamentada en la planeación del enlace de subida, baja longitud en
el tiempo de intervalo de transmisión del enlace de subida (TTI).
Posteriormente 3GPP empezó con un articulo de trabajo llamado “FDD
mejoramiento del enlace de subida” especialmente para HSUPA. Finalmente el
acceso de paquetes a alta velocidad para el enlace de subida, fue incluida en 3GPP
en la revisión 6 para WCDMA con su primera especificación en diciembre de 2004,
la cual proporciona tasas de datos de 5.76 Mbps.
3.4.1. HSDPA.
En la revisión 99 de WCDMA existen varios métodos para la transmisión de
paquetes en el enlace de bajada. Se trata de tres canales; el canal dedicado DCH, el
canal de acceso directo FACH y el canal compartido para el enlace de bajada
DSCH.
La
primera
revisión
está
La
fase
5.
diseñada
segunda
de
Esta
para
fase
HSDPA
fase
se
introduce
alcanzar
de
ha
especificado
nuevas
tasas
HSDPA
de
se
en
3GPP
funciones
datos
especifico
de
en
la
básicas
y
14.4Mbps.
dentro
de
3GPP en la revisión 6 y esta diseñada para alcanzar tasas de datos de
28.8Mbps.
Actualmente se encuentra en desarrollo la tercera fase de HSDPA (revisión 7)
principalmente se concentrará en la interfaz de aire. Introducirá una nueva interfaz
de aire con frecuencia ortogonal, múltiplexaje y esquemas más avanzados de
55
ELEMENTOS DE WCDMA
modulación. La fase tres de HSDPA tiene como objetivos tasas de datos de 50 Mbps
[11].
HSDPA también introduce múltiplexaje en tiempo. Esto quiere decir que varios
usuarios comparten el mismo canal y cuando un usuario no usa un recurso
disponible se asigna a otros.
Los dos nuevos canales físicos introducidos en HSDPA son el canal compartido para
el enlace de bajada físico de alta velocidad, HS-PDSCH (High Speed Physical
Downlink Shared Channel) y el canal de control físico dedicado de alta velocidad,
HS-DPCCH (High Speed Dedicated Physical Control Channel ).
El HS-PDSCH es el mecanismo de transporte para los nuevos canales lógicos. Éste
lleva los datos reales, utiliza modulación adaptable y su potencia es controlada por la
estación base.
Los nuevos canales lógicos son el canal compartido en el enlace de bajada, HSDSCH (High Speed Downlink Shared Channel) y el canal de control compartido de
alta velocidad, HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel).
El HS-DSCH proporciona el mecanismo de transferencia lógica para los datos que
son transportados sobre el canal físico HS-PDSCH.
El HS-SCCH es el canal que señala el enlace de bajada y proporciona información a
la estación móvil [11].
En la tabla 3.2 se muestran las características de los canales físicos y uno de los
canales lógicos y en la figura 3.8 se puede observar la relación entre dichos canales,
con la estación base y la estación móvil.
56
ELEMENTOS DE WCDMA
Parámetros físicos
Nombre
HSPDSCH
(High
Speed
Physical
Downlink
Shared
Channel)
Canal
compartido
para el
enlace de
bajada
físico de
alta
velocidad
Dirección
Objetivo
Enlace de
bajada
Portadoras de
datos
de
usuario en el
enlace
de
bajada hasta
de 14.4 Mbps.
HS-SCCH
(High
Speed
Shared
Control
Channel)
Canal de
control
compartido
de alta
velocidad.
HSDPCCH
(High
Speed
Dedicated
Physical
Control
Channel)
Canal de
control
físico
dedicado a
alta
velocidad.
Enlace de
bajada
Enlace de
subida
Portadoras de
control de la
información
para
HSPDSCH:
• Canalización
de
la
información
del conjunto
de código.
• Información
del esquema
de
modulación.
• Información
del bloque
de
transporte.
• El
HARQ
procesa la
información.
• Nuevo
indicador de
datos.
• La
EM
identifica a
H-RNTI.
Portadoras de
control de la
información:
• HARQ ACK
/ NACK
• Reportes
CQI
Factor de
dispersión
Modulación
16
QPSK o
16QAM
128
QPSK
256
BPSK
Canal de
código
Sincronización
Tasa 1/3
codificaci
ón turbo,
empleo
de
HARQ
HS-PDSCH
comienza 5120
chips
después
del principio de
HS-SCCH.
Tasa 1/3
codificaci
ón
convoluci
onal.
Tiempo
de
alineación con
P-CCPCH
Codificac
ión de
canal por
HARQ
ACK o
codificaci
ón de
canal por
NACK
para
CQI.
La
sincronización
para el enlace
de subida DPCH
depende del
enlace de bajada
y la
sincronización
de
HS-PDSCH.
Tabla 3.2. Características de los nuevos canales físicos y lógicos de HSDPA [12].
57
ELEMENTOS DE WCDMA
HS-(P)DSCH
HS-SCCH
HS-(P)DSCH
HS-(P)DSCH
HS-SCCH
HS-(P)DSCH
HS-DPCCH
EM1
HS-DPCCH
HS-(P)DSCH
HS-SCCH
HS-(P)DSCH
HS-(P)DSCH
HS-SCCH
HS-(P)DSCH
EM2
EB
Figura 3.8. Nuevos canales físicos y lógicos para HSDPA [12].
Los principales cambios en el protocolo se presentan en los canales de la capa de
acceso al medio, la MAC decide cuales canales son los que transmiten datos y
comúnmente se encuentra en el RNC. En HSDPA la MAC de alta velocidad, MAChs (high speed MAC) cumple esta función y se encuentra en la estación base.
Entre las características de la MAC-hs se encuentran las siguientes:
• Modulación adaptable y codificación, AMC (Adaptive Modulation and Coding).
• Petición de repetición automática híbrida, HARQ.
• Calendarización de paquetes.
La modulación adaptable y codificación es uno de los principales cambios en
HSDPA.
En la figura 3.9 se muestra la arquitectura de protocolo para HSDPA en donde se
encuentran la capa de red del transporte, TNL (Transport Network Layer), el
controlador de radio red, CRNC (Controlling Radio Network Controller), el regulador
de radio de la red, SRNC (Serving Radio Network Controller), la trama de protocolo,
FP (Frame Protocol), el canal de control dedicado, DCCH (Dedicated Control
Channel) el canal de tráfico dedicado, DTCH (Dedicated Traffic Channel).
El SRNC envía los paquetes de datos destinados para una estación móvil a la
estación base mediante la interfase lub, la estación móvil es responsable de
proporcionarle información sobre las condiciones del canal, y una confirmación de
que el paquete ha llegado a la estación base mediante la interfase Uu, si dicha
confirmación no llega en un periodo de tiempo establecido la estación base pide a la
estación móvil que lo retransmita.
58
ELEMENTOS DE WCDMA
DTCH DCCH
DTCH DCCH
MAC-d
MAC-d
MAC-hs
MAC-hs
PHY
PHY
EM
Uu
HS-DSCH
FP
HS-DSCH FP
TNL
EB
TNL
lub
CRNC/SRNC
Figura 3.9. Arquitectura de protocolo HSDPA [12].
3.4.2. HSUPA.
HSUPA describe un procedimiento eficiente para el envío de datos con altas tasas
de transmisión sobre el enlace de subida con un bajo tiempo de retardo, permitiendo
la comunicación de datos en forma simétrica con altas velocidades, por ejemplo voz
sobre IP y video conferencia. Las características de HSUPA fueron especificadas
por la 3GPP en la revisión 6 de entre las cuales se puede resaltar su alta tasa de
datos de 5.76 Mbps.
Entre los rasgos principales de HSUPA, es el uso de un nuevo canal de transporte
mejorado para el enlace de subida, E-DCH TrCH (Enhanced Dedicated Transport
Channel). El canal de transporte mejorado para el enlace de subida tiene rasgos
tales como: rapidez de la estación base fundamentada en la planeación del enlace
de subida, HARQ y opcionalmente un bajo intervalo de tiempo de transmisión de 2
ms. Aunque a diferencia de HSDPA, HSUPA no usa un canal compartido, sino que
emplea un canal dedicado. Cada unidad móvil tiene su propio canal dedicado
mejorado, E-DCH (Enhanced Dedicated Channel). El cual es continuo e
independiente de otros canales dedicados y a su vez de otras estaciones móviles.
En la tabla 3.7 se muestran los rasgos claves para DCH, HSDPA y HSUPA [9].
59
ELEMENTOS DE WCDMA
Rasgos
DCH
HSDPA
HSUPA
Factor de dispersión variable
Si
No
Si
Control rápido de potencia
Si
No
Si
Modulación adaptable
No
Si
No
Planeación del enlace basada en la estación No
Si
Si
base
Rápido LI HARQ
No
Si
Si
Transferencia de llamada sin interrupción
Si
No
Si
2
10,2
Longitud
del
intervalo
de
tiempo
de 80,40,20,10,
transmisión
Tabla 3.3. Rasgos claves de los canales DCH, HSDPA y HSUPA.
Al contrario de HSDPA, HSUPA no soporta modulación adaptable, porque no
requiere un esquema de modulación de alto orden. Esto es debido al hecho de que
esquemas de modulación más complejas requieren mayor energía por bit para ser
transmitidas a diferencia de usar una modulación binaria [9].
Las técnicas elegidas para el funcionamiento de HSUPA, son las siguientes:
• F-HARQ (Fast Hybrid Automatic Repeat Request) , de la capa física para el
enlace de subida.
• Planeación del enlace de subida fundamentada en la estación base.
• Baja longitud en el intervalo de tiempo de transmisión del enlace de subida,
TTI (Transmission Time Interval).
La función de la HARQ dentro del enlace de subida es la siguiente: después de cada
intervalo de tiempo de transmisión transmitido, la estación base envía un mensaje a
la estación móvil preguntando si el paquete transmitido fue recibido correctamente o
no. En el caso de una recepción incorrecta, la unidad móvil retransmitirá el paquete.
La estación base intenta recobrar el paquete a través de la combinación de la
energía de la retransmisión con las transmisiones previas, hasta que el paquete sea
recibido correctamente o el máximo número de retransmisiones logren su objetivo.
La HARQ de HSUPA puede usar la retransmisión en donde cada señal enviada es
una copia exacta de la original, o puede usar redundancia incremental donde las
transmisiones contienen bits adicionales de redundancia para los datos inicialmente
transmitidos. Las principales diferencias entre la petición rápida de repetición
automática hibrida utilizada en HSDPA con HSUPA, son que la HARQ de HSUPA
60
ELEMENTOS DE WCDMA
usa la redundancia incremental, lo cual también opera en la transferencia de llamada
sin interrupción [9].
La arquitectura de protocolo de HSUPA consta de tres capas, capa física, capa MAC
y capa de enlace de red, de igual modo que en el modelo OSI. La capa MAC a su
vez esta dividida en tres subcapas, capa MAC-d, MAC-es, MAC-e. La capa física se
encarga de los requerimientos eléctricos, tales como duración de bit, niveles de
potencia, esquemas de modulación, en la cual se encuentran definidos los canales
físicos usados en HSUPA. La capa MAC se encarga de la gestión de tráfico y
calidad de servicio del enlace y contiene a los canales de transportes. En al figura
3.10 se muestra la arquitectura de protocolos de HSUPA [12].
DTCH DCCH
DTCH DCCH
MAC-d
MAC-d
MAC-es
MAC-es
MAC-es
EDCH FP
EDCH FP
PHY
PHY
TNL
TNL
EM
Uu
EB
lub
CRNC/SRNC
Figura 3.10. Arquitectura de protocolos de HSUPA [12].
HSUPA emplea nuevos canales de transporte mejorados para el enlace de subida.
Solo puede haber un canal dedicado mejorado de transporte en la estación móvil,
tanto como puede haber múltiples canales dedicados en paralelo, los cuales están
multiplexados por un código compuesto. No obstante la capa MAC puede multiplexar
varios servicios en paralelo en un único canal dedicado mejorado. Después del
procesamiento de los canales de transporte, los canales son mapeados a uno o
múltiples canales físicos dedicados de datos en forma paralela para la transmisión
en la capa física. Esto es en forma paralela al procesamiento de los canales
dedicados del enlace de subida y a los canales físicos, así ambos canales E-DCH y
DCH pueden coexistir en la misma estación móvil con la restricción de que la
61
ELEMENTOS DE WCDMA
máxima tasa de datos de los canales DCH sea 64 Kbps cuando los canales E-DCH
sean configurados.
En HSUPA también son empleados canales físicos dedicados mejorados, los cuales
son usados para la transmisión de bits, existiendo en forma paralela con todos los
canales físicos dedicados de control y canales físicos dedicados de datos. Existen
cinco
diferentes
tipos
de
canales
físicos
mejorados
transmitiéndose
simultáneamente en el enlace de subida, los cuales son los siguientes: para la
planificación de control son empleados el canal dedicado mejorado de admisión
absoluta, E-AGCH (Enhanced Dedicated Absolute Grant Channel) y el canal
dedicado mejorado de admisión relativa, E-RGCH (Enhanced Dedicated Relative
Grant Channel), respectivamente, así como el apoyo de la retransmisión en el canal
dedicado indicador de petición rápida de repetición automática hibrida (E-DCH
HARQ) . Los datos de usuario son llevados sobre el canal mejorado físico dedicado
de datos, E-DPDCH (Enhanced Dedicated Physical Data Channel), mientras la
información de control es llevada sobre el canal mejorado físico dedicado de control,
E-DP CCH (Enhanced Dedicated Physical Control Channel). En las transmisiones de
los canales E-DPDCH es enviado en forma simultanea y paralela a el un canal de
control. Este E-DPCCH transmite toda la información necesaria sobre los canales EDPDCH que son necesarios para saber como son recibidos los datos en el canal [9].
Existen algunas diferencias y similitudes entre los nuevos canales físicos dedicados
mejorados y los canales físicos dedicados; ambos soportan un factor de dispersión
ortogonal variable, para ajustar el numero de bits del canal que corresponden a los
datos que son transmitidos originalmente. Ambos usan modulación BPSK y son
usados en el control rápido de potencia de lazo cerrado. La diferencia entre ambos
canales es que los canales físicos dedicados mejorados usan petición rápida de
repetición automática hibrida. En la tabla 3.4 se muestran los canales físicos y sus
características usados en HSUPA [12].
62
ELEMENTOS DE WCDMA
Nombre
del canal
Canal
mejorado
físico
dedicado
de datos,
(EDPDCH)
Canal
mejorado
físico
dedicado
de control,
(EDPDCH)
Canal
dedicado
mejorado
de
admisión
absoluta,
(E-AGCH)
E-DCH
Canal
Dedicado
mejorado
indiador
de H-ARQ
(E-HICH)
Canal
dedicado
mejorado
de
admisión
relativa,
(E-RGCH)
Dirección
Enlace de
subida
Enlace de
subida
Enlace de
bajada
Enlace de
bajada
Enlace de
bajada
Propósito
Llevar los
datos del
usuario con
una tasa de
5.76 Mbps
Llevar
información de
control para el
canal EDPDCH tal
como:
* Numero de
secuencia de
retransmisión
de 2 bits
* E-TFCI de 7
bits.
Lleva la
concesión
absoluta para
la planeación
del canal ECH, para ello
usa 6 bits
Lleva el
indicador
hibrido del
ARQ.
Lleva la
concesión
relativa para la
planeación del
canal de
enlace de
subida E-DCH
Factor de
dispersión
Parámetros físicos
Tipo de
Codificación
modulación
de canal
Sincronización
BPSK
Tasa de 1/3 de
turbo códigos,
Uso del HARQ
Alineado en tiempo
con el canal
DPCCH de enlace
de subida
256
BPSK
Utiliza un
subcodigo de
segundo orden
del código
Reed-Muller
Alineado en tiempo
con el canal
DPCCH de enlace
de subida
256
QPSK
Tasa de 1/3 de
código
convolucional
5120 chips time
offset relative
to P-CCPCH
256, 128,
64, 32, 16,
8, 4, 2
128
QPSK
128
QPSK
Utiliza
conocimientos
del HARQ
HARQ con
alineación de
secuencias
Admisión
relativa, con
secuencias
alineadas
Tiempo de offset
relativo a el canal
P-CCPCH
Dependiendo de
del tiempo de
intervalo de
transmisión del EDCH (2 ms o 10
ms) y del offset de
trama del DPCH
Tiempo de offset
relativo a PCCPCH
dependiendo del
TTI (2 ms o 10
ms) para el E-CH
en servicio 5120
chips de tiempo
de offset relativos
a P-CCPCH para
el E-DCH sin
servicio
Tabla 3.4. Canales físicos para HSUPA.
63
ELEMENTOS DE WCDMA
Referencias
[1] Ramjee Prasad y Tero Ojanperä, “An Overview of Cdma Evolution Toward
Wideband Cdma”, en IEEE Communications Surveys, vol. 1 núm. 1, septiembre de
1998.
[2] Tero Ojanperä y Ramjee Prasad, “An Overview of Air Interface MuItipIe Access
for IMT-2000/UMTS”, en IEEE Communications Magazine, vol. 36, nùm. 9,
septiembre de 1998.
[3] Keiji Tachikawa, “WCDMA: Mobile Communications System”, John Wiley & Sons,
2002.
[4] Antti Toskala y Harri Holma, “ETSI WCDMA for UMTS”, en IEEE Magazine, vol. 2,
nùm. 2, septiembre de 1998.
[5] Jaana Laiho y Achim Wacker, “Radio Network Planning and Optimisation for
UMTS”, John Wiley & Sons, 2006.
[6] Harri Holma y Antti Toskala, “WCDMA for UMTS”, John Wiley & Sons, 2004.
[7] M.R. Karim y M. Sarraf, “WCDMA and cdma 2000 for 3G Mobile Networks”,
McGraw Hill, 2002.
[8] Erik Dahlman y Per Beming, “WCDMA -The Radio Interface for Future Mobile
Multimedia Communications”, en IEEE Transactions, vol. 47, núm. 4, noviembre de
1998.
[9] Harri Holma y Antti Toskala, “HSDPA/HSUPA for UMTS, high speed access for
mobile communications”, John Wiley & Sons, 2006.
[10] www.hspa.rohde-schwarz.com
[11] High Speed Downlink Packet Access, Tektronix, 2004.
[12] Poster, HSPA: High Speed Packet Access for WCDMA, Rohde&Schwarz.
64
CAPÍTULO 4
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
En este capítulo se describe el dimensionamiento que es la primera etapa de
planificación de una red. Dos elementos del dimensionamiento son el análisis de
cobertura y la estimación de la capacidad. Para el estudio de la cobertura se emplea
el diseño del enlace que es una técnica de estimación de las pérdidas en una cierta
área, el cual considera una serie de parámetros para obtener las máximas pérdidas
por trayectoria permitidas.
También se estudian tres casos para determinar la cobertura por medio del diseño
del enlace utilizando un modelo de propagación IMT-2000. Para el primer caso se
determina el radio de la celda para los servicios de voz y datos, considerando el
enlace de bajada y el enlace de subida. Para el segundo caso se considera el enlace
de bajada, en un radio del doble del obtenido en el primer caso, para ambos
servicios. En el tercer caso se muestran las ventajas del uso de un mayor número de
antenas (efecto combinado), considerado solo para el enlace de bajada, con los
servicios de voz y datos.
65
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
4.1. Dimensionamiento.
La planificación de una red es un proceso que tiene como objetivo garantizar que se
cumplan los criterios de capacidad, cobertura y calidad de servicio. El proceso de
planificación de una red consiste en tres fases: una planificación inicial o
dimensionamiento, una planificación más detallada de la red, y la última es la fase
de optimización, operación y mantenimiento de la red.
La primera fase, la de dimensionamiento tiene como propósito estimar el número
aproximado de celdas, estaciones base y sus configuraciones, así como también el
número de elementos de red. El dimensionamiento proporciona una evaluación de
los elementos de red, tanto de la red de acceso de radio como de la red principal.
Es una herramienta útil para la planificación, el despliegue y la optimización de un
sistema.
El dimensionamiento incluye: el análisis de cobertura y la estimación de la
capacidad, además debe cumplir con los requisitos de operación como por ejemplo
potencia requerida, la relación señal a ruido, la sensibilidad del receptor, entre otros
[1]. Para llevar a cabo el dimensionamiento es necesario disponer de información
sobre la distribución de usuarios para cada uno de los servicios que ofrece el
sistema.
4.2. Cobertura.
Para el servicio de cobertura se consideran las siguientes características:
•
Información sobre el tipo de área.
•
Condiciones de propagación.
•
Regiones en las que se ofrecerá servicio.
El método más simple para estudiar la cobertura es mediante el diseño del enlace
(link budget). El diseño del enlace es el primer paso, aunque después hay otras
técnicas para mejorar la cobertura como son: las antenas activas, un orden de
diversidad más alto y repetidores [2]. Algunas de estas técnicas mejoran la cobertura
a costa de la capacidad, mientras que otras mejoran ambas, esto depende de que
parámetros del enlace sean afectados.
4.2.1. Diseño del enlace (Link Budget).
El diseño del enlace es una técnica de estimación de las pérdidas en un sistema de
comunicaciones. Consiste en cálculos y tabulaciones de la potencia recibida, estima
66
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
los niveles de potencia aceptable mediante el cálculo de las máximas pérdidas por
trayectoria aceptables, MAPL (Maximum Allowable Path Loss) [3].
El propósito principal del diseño del enlace es verificar que un sistema de
comunicaciones pueda operar de acuerdo a lo planeado. El diseño del enlace
monitorea las ganancias y pérdidas de la señal transmitida. En el diseño del enlace
se consideran parámetros como: la ganancia de la antena, las pérdidas del cable,
las máximas pérdidas de propagación y la ganancia por diversidad entre otros.
El diseño del enlace se emplea para calcular el radio de cobertura de la celda. El
diseño del enlace se realiza para el enlace de subida y para el enlace de bajada, en
ambos enlaces el factor limitante es la potencia de transmisión. El cálculo del diseño
del enlace es normalmente en decibeles (dB).
El radio de la celda puede ser obtenido utilizando las máximas pérdidas por
trayectoria, que se toman del diseño del enlace complementado con un modelo de
propagación.
Conforme la distancia aumenta entre la estación base y la estación móvil, la señal
sufre una atenuación a causa de las pérdidas por trayectoria del enlace, a través de
los modelos de propagación se pueden calcular dichas pérdidas, los cuales están
caracterizados por el tipo de ambiente de propagación. Existen para ambiente
urbano, ambiente rural, ambiente vehicular y ambiente interno.
Los modelos de propagación dependen de la distancia entre la estación base y el
receptor, pueden ser utilizados para calcular el radio de la celda por medio de las
máximas pérdidas permitidas obtenidas como resultado del diseño del enlace,
teniendo como variable la distancia entre la estación base y el móvil, dicha distancia
será el radio de cobertura de la celda.
El diseño del enlace emplea ciertos parámetros, los cuales son tabulados y algunos
de ellos están en función de otros, para obtener las máximas pérdidas por
trayectoria permitidas, dichos parámetros se describen a continuación.
Potencia de transmisión máxima.
Es la potencia radiada en una dirección, se expresa en dBm, esta unidad es referida
a un mWatt. Dependiendo de la implementación del servicio, este valor puede ser el
mismo o tener un valor específico para cada servicio, es decir un valor para voz y
otro valor para datos [2, 3]. Para el enlace de subida la potencia de transmisión
máxima es decidida por la clase de la estación móvil. La tabla 4.1 muestra la
potencia de transmisión máxima para cada clase de estación móvil y sus tolerancias
67
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
asociadas. Un servicio de voz es por lo general la clase 3 o 4. Un servicio de datos
es por lo general clase 3 [2].
Clase de la estación
móvil
1
2
3
4
Potencia máxima
transmitida [dBm]
33
27
24
21
Tolerancia [dB]
30-34
24-28
21-25
19-23
Tabla 4.1. Potencia de transmisión máxima y tolerancias asociadas a cada clase de estación móvil
[2].
Pérdidas por cables y conectores.
Tanto los cables como los conectores añaden una pérdida de potencia que depende
de: la frecuencia, guías de onda, la longitud de la línea, los conectores y el material
de que estén hechos. Estás pérdidas son del orden de unas cuantas decimas de dB,
un dB es una relación relativa de potencias [3].
Ganancia de la antena de transmisión.
La ganancia de una antena es la relación entre la densidad de potencia radiada en
una dirección, a una distancia y la densidad de potencia que radiaría a la misma
distancia una antena isotrópica. La ganancia de la antena se expresa normalmente
en dBi, referido a un radiador isotrópico. Para el enlace de bajada esta ganancia
esta definida en las hojas de especificaciones de la antena [3].
Potencia radiada efectiva, ERP (Effective Radiated Power).
Se define como una potencia equivalente de transmisión que esta en función de la
potencia transmitida, la ganancia de la antena transmisora y las pérdidas por cables
y conectores.
Densidad de ruido térmico.
El ruido térmico está asociado con el movimiento de electrones dentro de un
conductor. La potencia del ruido generado dentro de una fuente es la densidad de
ruido térmico, se representa como: E = KT, donde K = constante de Boltzmann
(1.38×10−23 J/K), y T es la temperatura, a temperatura ambiente, la densidad de
ruido térmico es 4 × 10−21 W/Hz, en decibeles −174dBm [3].
Tasa de información.
Las principales tasas de información son 12.2 Kbps para servicio de voz, 144 Kbps y
384 Kbps para servicios de datos [3].
Ruido de piso térmico.
El ruido de piso térmico en el diseño del enlace es calculado sumando la densidad
del ruido térmico y la tasa de información completa, este parámetro afecta la
sensibilidad [3].
68
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
Figura de ruido en el receptor.
La figura del ruido, es una relación entre la SNR a la entrada y la SNR a la salida de
una red. Es decir, es una medida de la degradación de la SNR causada por la red.
Carga.
En el diseño del enlace, la carga es la única entrada que representa el tráfico.
Estimando la compensación entre la cobertura y la capacidad, la cobertura y ciertas
valoraciones de la carga son puestas al mismo valor. La carga del 50 % es típica
para el tráfico simétrico en los diseños de capacidad. Para servicios de datos, en el
enlace de subida la carga se espera aproximadamente del 35 a 40 % [3].
Margen de interferencia.
El margen de interferencia es necesario en el diseño del enlace porque la carga de
la celda es un factor que afecta la cobertura.
En el enlace de subida, la estación base recibe señales de varios usuarios, por lo
que debe existir una compensación entre la capacidad del sistema y el radio de la
celda. Un margen de interferencia mayor asegura una mayor capacidad; sin
embargo, la potencia de transmisión requerida de la estación móvil aumenta, porque
la estación base necesita mayor potencia de recepción. A la inversa, un menor
margen de interferencia reduce la potencia de transmisión de la estación móvil, pero
se obtiene una menor capacidad.
Dicho de otra manera, las celdas con radios pequeños aumentan el margen de
interferencia para ampliar la capacidad, mientras que las celdas con radios más
grandes disminuyen el margen de interferencia para una menor capacidad [4].
En los casos limitados por cobertura, el tamaño de la celda es limitado por las
máximas pérdidas por trayectoria permitidas en el diseño del enlace.
Eb/N0 requerida.
Es la mínima diferencia de potencia entre el nivel de la señal recibida y el ruido
expresada en dB. En el caso del enlace de bajada, el receptor es la estación móvil.
La diferencia en implementación del tipo de servicio y control de potencia, cambia el
rango típico de Eb/N0 comparado con los valores empleados en el enlace de subida.
Sensibilidad.
La sensibilidad es un parámetro del receptor, indica la potencia mínima que es
necesaria para mantener la Eb/N0 requerida.
Es el nivel mínimo de potencia recibida para la adecuada demodulación se basa en
cuanta energía de bit es recibida y si la energía de bit es suficientemente más
69
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
grande que la del ruido, la interferencia generada por el ruido térmico y por otros
usuarios [3].
Ganancia de la antena de recepción.
Para el enlace de bajada esta ganancia se considera nula ya que la estación móvil
no presenta ganancia alguna. Para el enlace de subida se establece la ganancia de
la estación base que esta definida en sus hojas de especificación. Por convención, la
ganancia de la antena se presenta en dBi [3].
Desviación estándar de las pérdidas por trayectoria.
La desviación estándar σ, representa la dispersión de la pérdida de trayectoria o de
la potencia recibida sobre la cobertura de un área. Depende del ambiente de
propagación, la frecuencia y las irregularidades del terreno.
Desvanecimientos log-normal.
Las variaciones que experimenta una señal siguen una distribución log-normal, la
distribución log-normal describe los efectos de los desvanecimientos en una
trayectoria de propagación dichos desvanecimientos implican que la señal recibida
en un punto dado tiene una distribución Gaussiana. Los parámetros que definen la
distribución log-normal son siempre µ y σ, con su equivalente en dB. Es importante
considerar este fenómeno ya que a partir de el es posible predecir la confiabilidad de
la cobertura proporcionada por el sistema.
Ganancia de transferencia de llamada.
Durante la transferencia de llamada sin interrupción la estación base y la estación
móvil obtienen una ganancia, debido al efecto de diversidad en el combinador de
máxima razón obteniendo una Eb/N0 mayor a la requerida en un solo enlace entre la
estación base y la estación móvil.
Ganancia por diversidad.
La ganancia por diversidad es considerada 0 dB en estos diseños del enlace porque
fue incluida en la ganancia de la transferencia de llamada sin interrupción [3].
Pérdidas por penetración en automóviles.
Las pérdidas por penetración en automóviles dependen del tipo de automóvil y la
construcción, así como regulaciones locales. Son valores establecidos.
Pérdidas por penetración en construcciones.
Estas pérdidas se refieren a las causadas por edificios y construcciones.
70
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
Pérdidas por el cuerpo.
La pérdida causada por cuerpo, es ocasionada por la evolución de los aparatos
telefónicos como lo son los equipos manos libres que se vuelven más vulnerables al
ruido y a la absorción del cuerpo.
Componentes de propagación.
En un diseño del enlace, las pérdidas de penetración y las pérdidas relacionadas
con el usuario son similares: ambas representan la atenuación adicional que afecta
la señal. Así, las pérdidas de penetración y pérdidas relacionadas con el usuario
simplemente pueden ser sumadas.
Pérdidas por trayectoria máximas permitidas.
Estas pérdidas pueden ser calculadas con la potencia radiada efectiva, la
sensibilidad del receptor, la atenuación recibida y la ganancia, y los componentes de
propagación [3].
4.2.1. 1. Enlace de bajada.
El diseño del enlace en WCDMA para el enlace de bajada considera los parámetros
antes descritos. A continuación se han definido valores característicos de estos
parámetros. En la tabla 4.2 se muestra el diseño del enlace, para servicio de voz a
una tasa de 12.2 Kbps. [3].
Referencia
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
n
o
p
q
r
s
t
u
v
w
Descripción
Potencia de transmisión máxima
Pérdidas por cables y conectores
Ganancia de la antena de transmisión
ERP
Densidad del ruido térmico
Tasa de información completa
Valor
29
0
14
43
-174.0
40.9
Unidades
dBm
dB
dBi
dBm
dBm/Hz
dB-Hz
Ruido de piso térmico
Figura de ruido en el receptor (móvil)
Carga
Margen de interferencia
Eb/N0 requerida
Sensibilidad
Ganancia de la antena de recepción
Atenuación por recepción y ganancia
Desviación estándar
Desvanecimientos log-normal
Ganancia de la transferencia de llamada
Ganancia por diversidad
Pérdidas por penetración en autos
Pérdidas por penetración en
construcciones
Pérdidas por el cuerpo
Componentes de propagación
Pérdidas por trayectoria máximas
permitidas
-133.1
6
0.5
-3
8.9
-115.2
0
0
10.0
-10.3
3.0
0.0
-6.0
-18.0
dBm
dB
-3.0
-34.3
123.9
dB
dB
dB
dB
dB
dBm
dBi
dB
dB
dB
dB
dB
dB
dB
Formula
a+b+c
10xlog(12.2
Kbps)
e+f
10xlog(1-i)
e+f+h-j+k
m+b
p+q+r+s+t+u
d-l+n+v
Tabla 4.2.Diseño del enlace para servicio de voz, para el enlace de bajada.
71
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
Para
la
simulación
se
utilizaron
los
parámetros
de
una
estación
base
omnidireccional, modelo DB812KE-Y, de la marca Andrew, con polarización vertical,
con una ganancia de 14.0 dBi, opera a una frecuencia de 900 Hz., con una altura de
13 m [5].
En la tabla 4.3 se muestra el diseño del enlace, para servicio de datos a una tasa de
144 Kbps [3].
Referencia
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
n
o
p
q
r
s
t
u
v
w
Descripción
Potencia de transmisión máxima
Pérdidas por cables y conectores
Ganancia de la antena de transmisión
ERP
Densidad del ruido térmico
Tasa de información completa
Valor
29
0
14
43
-174.0
51.5
Unidades
dBm
dB
dBi
dBm
dBm/Hz
dB-Hz
Ruido de piso térmico
Figura de ruido en el receptor (móvil)
Carga
Margen de interferencia
Eb/N0 requerida
Sensibilidad
Ganancia de la antena de recepción
Atenuación por recepción y ganancia
Desviación estándar
Desvanecimientos log-normal
Ganancia de la transferencia de llamada
Ganancia por diversidad
Pérdidas por penetración en autos
Pérdidas por penetración en
construcciones
Pérdidas por el cuerpo
Componentes de propagación
Pérdidas por trayectoria máximas
permitidas
-122.4
6
0.5
-3
4
-109.5
0
0
10.0
-10.3
3.0
0.0
-6.0
-18.0
dBm
dB
-3.0
-34.3
118.1
dB
dB
dB
dB
dB
dBm
dBi
dB
dB
dB
dB
dB
dB
dB
Formula
a+b+c
10xlog(144
Kbps)
e+f
10xlog(1-i)
e+f+h-j+k
m+b
p+q+r+s+t+u
d-l+n+v
Tabla 4.3.Diseño del enlace para servicio de datos, para el enlace de bajada.
4.2.1.2. Enlace de subida.
En el diseño del enlace en WCDMA para el enlace de subida se consideran los
mismos parámetros que para el enlace de bajada, con sus respectivos valores
característicos. En la tabla 4.4 se muestra el diseño del enlace, para servicio de voz
a una tasa de 12.2 Kbps, y en la tabla 4.5 se muestra el diseño del enlace, para
servicio de datos a una tasa de 144 Kbps. [3].
72
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
Referencia
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
n
o
p
q
r
s
t
u
v
w
Descripción
Potencia de transmisión máxima
Pérdidas por cables y conectores
Ganancia de la antena de transmisión
ERP
Densidad del ruido térmico
Tasa de información completa
Valor
23.0
0.0
0.0
23.0
-174.0
40.9
Unidades
dBm
dB
dBi
dBm
dBm/Hz
dB-Hz
Ruido de piso térmico
Figura de ruido en el receptor (estación
base)
Carga
Margen de interferencia
Eb/N0 requerida
Sensibilidad
Ganancia de la antena de recepción
Atenuación por recepción y ganancia
Desviación estándar
Desvanecimientos log-normal
Ganancia de la transferencia de
llamada
Ganancia por diversidad
Pérdidas por penetración en autos
Pérdidas por penetración en
construcciones
Pérdidas por el cuerpo
Componentes de propagación
Pérdidas por trayectoria máximas
permitidas
-133.1
5.0
dBm
dB
0.5
-3.0
7.2
-117.9
14.0
14.0
10.0
-10.3
3.0
dB
dB
dBm
dBi
dB
dB
dB
dB
0.0
-6.0
-18.0
dB
dB
dB
-3.0
-22.3
132.6
dB
dB
dB
Formula
a+b+c
f= 10xlog(12.2
Kbps)
e+f
10xlog(1-i)
e+f+h-j+k
m+b
p+q+r+s+t+u
d-l+n+v
Tabla 4.4.Diseño del enlace para servicio de voz, para el enlace de subida.
Referencia
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
n
o
p
q
r
s
t
u
v
w
Descripción
Potencia de transmisión máxima
Pérdidas por cables y conectores
Ganancia de la antena de transmisión
ERP
Densidad del ruido térmico
Tasa de información completa
Valor
24.0
0.0
0.0
24.0
-174.0
51.6
Unidades
dBm
dB
dBi
dBm
dBm/Hz
dB-Hz
Ruido térmico de piso
Figura de ruido en el receptor (estación
base)
Carga
Margen de interferencia
Eb/N0 requerida
Sensibilidad
Ganancia de la antena de recepción
Atenuación por recepción y ganancia
Desviación estándar
Desvanecimientos log-normal
Ganancia de la transferencia de llamada
Ganancia por diversidad
Pérdidas por penetración en autos
Pérdidas por penetración en
construcciones
Pérdidas por el cuerpo
Componentes de propagación
Pérdidas por trayectoria máximas
permitidas
-122.4
5.0
dBm
dB
0.5
-3.0
1.5
-112.9
14.0
14.0
10.0
-10.3
2.0
0.0
-6.0
-18.0
dB
dB
dBm
dBi
dB
dB
dB
dB
dB
dB
dB
-3.0
-23.3
127.6
dB
dB
dB
Formula
a+b+c
f= 10xlog(144
Kbps)
e+f
10xlog(1-i)
e+f+h-j+k
m+b
p+q+r+s+t+u
d-l+n+v
Tabla 4.5.Diseño del enlace para servicio de datos, para el enlace de subida.
73
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
4. 3. Resultados obtenidos para cobertura.
Para ilustrar la cobertura se realiza una simulación del diseño del enlace sobre la
plataforma Matlab, para el enlace de bajada y el enlace de subida.
Para las simulaciones realizadas utilizamos el modelo de propagación IMT-2000
para un ambiente vehicular, el cual se caracteriza por ser utilizado en zonas urbanas
y suburbanas, considera una desviación estándar de 10 dB y un valor de pérdidas
por penetración en construcciones de 18 dB [6].
La expresión para las pérdidas por trayectoria del modelo de propagación IMT-2000
para un ambiente vehicular está dada por [6]:
L P [ dB ] = 40 (1 − 4 x10 −2 Δ hb ) log( d ) − 18 log( Δ hb ) + 21 log( fc ) + 80 … (1)
Donde:
•
LP = Pérdidas por trayectoria [dB].
•
Δhb = Es la altura de la antena de la estación base medida desde el nivel de
una azotea [m].
•
d = Distancia entre receptor y transmisor [Km].
•
fc = Frecuencia de operación [MHz].
Para obtener el radio de la celda R, conociendo las pérdidas por trayectoria
máximas, a partir de la ecuación (1) se despeja d que para este caso será utilizada
como R.
R = 10
⎛ LP +18log( Δhb ) − 21log( fc ) −80 ⎞
⎜⎜
⎟⎟
40(1− 4 x10−2 Δhb )
⎝
⎠
…. (2)
Sustituyendo estos valores en la ecuación (2) el radio de cobertura de la celda se
calcula entonces como:
R = 10
⎛ LP +18log(13) − 21log(900) −80 ⎞
⎜⎜
⎟⎟
40(1− 4 x10−2 *13)
⎝
⎠
R = 10
⎛ LP −121.9881 ⎞
⎜
⎟
19.2
⎝
⎠
…. (3)
Se estudiaran los siguientes casos:
1. Determinar el máximo radio R de cobertura para ambos enlaces, ofreciendo los
servicios de voz y datos.
74
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
2. Observar la cobertura en una celda con radio 2R, para el enlace de bajada con
dos servicios.
3. Dentro de un plano de longitud 4R, se colocara cierto número de antenas para
proporcionar cobertura con dos servicios.
Caso 1.
Como resultado del análisis de los enlaces se determina el radio de cobertura y la
distribución de potencia para el enlace de bajada y el enlace de subida, los cuales
ofrecen los servicios de voz y datos. Para ello se sitúa una antena en el centro de la
celda la cual radia con cierta potencia y se muestra como cambia la potencia
recibida en cada punto del plano. Considerando que la sensibilidad es la potencia
mínima requerida en el receptor para ser detectado, se uso ésta para calcular la
potencia recibida en cada punto, este cálculo implica las ganancias y pérdidas
consideradas en el diseño del enlace y las pérdidas por trayectoria en cada punto
del plano.
La figura 4.1 muestra el área de cobertura para una celda con un radio de 1.263 Km
producida por una antena omnidireccinal situada en el centro con una potencia de
transmisión de 29 dBm para el enlace de bajada, basado en las características del
diseño del enlace de la tabla 4.2 en el cual se ofrece el servicio de voz con una tasa
de 12.2 Kbps. La barra vertical situada en el lado derecho de cada figura muestra la
distribución de potencia en el plano asociada con un color.
Debido a las pérdidas por trayectoria la potencia recibida disminuye su valor hacia el
borde de la celda a un valor aproximado de -120 dBm, el cual ya no es suficiente
para ofrecer servicio al móvil, ya que la sensibilidad de este es de -115.2 dBm como
se puede ver en la tabla 4.2.
75
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
Distribución de potencia en una celda, con un radio de 1.2632 Km para un servicio de voz
50
45
-90
40
-95
35
30
-100
25
-105
20
15
-110
10
-115
5
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Área de cobertura de la celda,escala de 1:50.58 m
50
Figura 4.1. Distribución de potencia en una celda con radio de 1.2632 Km. En el enlace de bajada
para servicio de voz.
Siguiendo el mismo procedimiento pero ahora para el servicio de datos con una tasa
de 144 Kbps en la figura 4.2 se muestra el área de cobertura y la distribución de
potencia en una celda con un radio de 0.628 Km de acuerdo a las máximas pérdidas
permitidas para este servicio.
76
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
Distribución de potencia en una celda,con un radio de 0.628 Km para un servicio de datos
50
-80
45
-85
40
35
-90
30
-95
25
20
-100
15
-105
10
5
-110
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Área de cobertura de la celda,escala de 1:25.14 m
50
Figura 4.2. Distribución de potencia en una celda con radio de0.628 Km. En el enlace de bajada para
servicio de datos
.
Comparando la cobertura en las celdas para los servicios de voz y datos se observa
que el radio obtenido para el servicio de voz es mayor debido a que las pérdidas por
trayectoria toleradas son mayores y la sensibilidad es menor que la requerida para
datos. Esto se debe a que la Eb/N0 requerida para el servicio de voz es mayor que
para el servicio de datos, este parámetro influye en la sensibilidad. Mientras menor
sea la sensibilidad mayor será la cobertura de la celda.
En la figura 4.3 se muestra el radio de la celda obtenido en base a los parámetros
del diseño del enlace de subida para el servicio de voz, con una potencia de
transmisión de 23 dBm, la sensibilidad requerida para el servicio de voz es de -117.9
dBm, debido a que la Eb/N0 es mayor a la requerida en datos, del parámetro de la
sensibilidad dependerá la cobertura obtenida. El radio obtenido es de 0.846 Km.
77
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
Distribución de potencia en una celda, con un radio de 0.8466 Km
50
-90
45
40
-95
35
-100
30
25
-105
20
-110
15
10
-115
5
-120
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Área de cobertura de la celda, escala de 1:33.86 m
50
Figura 4.3. Distribución de potencia en una celda con radio de 0.846 Km. En el enlace de subida para
servicio de voz.
En la figura 4.4 se muestra el radio de la celda, obtenido como resultado del diseño
del enlace de subida para el servicio de datos.
Distribución de potencia en una celda, con un radio de 0.4648 Km
50
-85
45
40
-90
35
-95
30
25
-100
20
-105
15
10
-110
5
-115
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Área de cobertura de la celda, escala de 1:18.59 m
50
Figura 4.4 Distribución de potencia en una celda con radio de 0.4648 Km. En el enlace de subida para
servicio de datos.
78
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
En la figura anterior se muestra la distribución de la potencia, en una celda de radio
0.464 Km, para un servicio de datos. A diferencia de la cobertura ofrecida para el
servicio de voz se observa que este radio es menor, debido a que la sensibilidad
requerida para este servicio es de -112.9 dBm, por lo tanto se puede decir que la
sensibilidad para voz (-117.9 dBm) es mejor que la requerida para un servicio de
datos e implica una menor cobertura.
Caso 2.
Con la finalidad de observar los cambios en la cobertura, se propone una celda con
un radio de 2R para el enlace de bajada con ambos servicios.
En la figura 4.5 se muestra una celda con un radio de 2.52 Km, para el servicio de
voz.
Distribución de potencia en una celda, con un radio de 2R para un servicio de voz
50
45
-95
40
-100
35
30
-105
25
-110
20
15
-115
10
-120
5
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Área de cobertura de la celda,escala de 1:101.05 m
50
Figura 4.5. Distribución de potencia en una celda con un radio de 2.52 Km, con una antena para el
servicio de voz.
La cobertura en la figura anterior disminuye debido a que la longitud del plano es
mayor que la determinada por el diseño del enlace de bajada para el servicio de voz.
Ya que al ser mayor la distancia entre la estación base y el borde de la celda las
pérdidas por trayectoria aumentan y se atenúa la señal. Se puede observar hasta
79
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
donde se logra tener la sensibilidad requerida, (-115.2 dBm). Se puede observar que
solo una pequeña región en el plano tiene cobertura.
En la figura 4.6 se coloco una estación base en el centro de una celda con un radio
de 1.256 Km que corresponde a 2R para el servicio de datos, se observa que en
esta área de cobertura, al llegar a un determinado punto del plano la potencia
recibida ya no es suficiente para cubrir la sensibilidad requerida por el móvil que es
de -109.5 dBm.
Distribución de potencia en una celda, con un radio de 2R para un servicio de datos
50
45
-90
40
-95
35
30
-100
25
-105
20
15
-110
10
-115
5
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Área de covertura de la celda, escala de 1:50.28
50
Figura 4.6. Distribución de potencia en una celda con un radio de 1.256 Km, con una antena para el
servicio de datos.
Caso 3.
Dentro de un plano de longitud 4R, con fines de mejorar la cobertura y cubrir la
sensibilidad requerida, se propone colocar un cierto número de antenas, para el
servicio de voz se colocaran arreglos de dos antenas figura 4.7 y cuatro antenas
figura 4.8. Para el servicio de datos solo se colocaran cuatro antenas figura 4.9.
80
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
Distribución de potencia en un plano,con dos antenas para un servicio de voz
50
-90
45
40
-95
35
-100
30
-105
25
20
-110
15
-115
10
5
-120
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Área de cobertura de la celda,escala de 1:101.05 m
50
Figura 4.7. Distribución de potencia en un plano de longitud 4R, con dos antenas para un servicio de
voz.
En la figura 4.7 se observa la mejora de la cobertura en un plano de longitud 5.05
Km, con respecto a tener una sola antena, esto ocurre debido al efecto combinado
de las dos antenas, proporcionando cobertura en zonas donde con una antena no se
alcanzaban aunque hay zonas que no cubren la sensibilidad requerida para el
servicio de voz.
En la figura 4.8 se muestra como se mejora significativamente la cobertura debido al
efecto combinado de cuatro antenas, tomando en cuenta la sensibilidad requerida
para este servicio (-115.2 dBm) se observa que todo el plano tendrá cobertura ya
que la mínima potencia en el plano es mayor que la sensibilidad requerida del
receptor. Cada antena esta transmitiendo con una potencia de 29 dBm.
81
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
Distribución de potencia en un plano,con cuatro antenas para un servicio de voz
50
45
-60
40
-70
35
30
-80
25
-90
20
15
-100
10
-110
5
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Área de cobertura de la celda,escala de 1:101.05 m
50
Figura 4.8. Distribución de potencia en un plano de longitud 4R, con cuatro antenas para un servicio
de voz.
Distribucion de potencia en un plano con cuatro antenas para un servicio de datos.
50
-90
45
-92
40
-94
35
-96
30
-98
25
-100
-102
20
-104
15
-106
10
-108
5
-110
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Área de covertura de la celda, escala 1:50.28m
50
Figura 4.9. Distribución de potencia en un plano de longitud 4R, con cuatro antenas para un servicio
de datos.
82
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
La figura anterior muestra la cobertura ofrecida por el efecto combinado de cuatro
estaciones base sobre un plano de 2.512 Km de longitud que es igual a 4R para el
servicio de datos, con una potencia de transmisión de 29 dBm, se observa que la
potencia recibida en cada punto del plano ha aumentado su valor con respecto al
caso donde solo proporciona cobertura una antena. Sin embargo el efecto
combinado de las cuatro antenas no es suficiente para ofrecer cobertura en todo el
plano para el servicio de datos.
Haciendo una comparación entre la cobertura ofrecida por el efecto combinado de
las cuatro antenas para el servicio de voz y para el servicio de datos se observa que
en el servicio de voz se logra una cobertura total en el mismo plano, a diferencia de
la cobertura del servicio de datos en donde se muestran zonas sin cobertura.
Esto se debe a que la sensibilidad para el servicio de voz (-115.2 dBm) es mejor que
la requerida para el servicio de datos (-109.5 dBm), este parámetro depende de la
Eb/N0 requerida que para el servicio de voz es de 8.9 dB y para el servicio de datos
es de 4 dB. Entre mas alto sea el valor de la Eb/N0 menores serán los requerimientos
de la sensibilidad.
83
DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA
Referencias
[1] Harri Holma y Antti Toskala, “WCDMA for UMTS”, John Wiley & Sons, 2004.
[2] Jaana Laiho y Achim Wacker, “Radio Network planning and Optimisation for
UMTS”, John Wiley & Sons, 2006.
[3] Christophe Chevallier y Christopher Brunner, “WCDMA (UMTS) Deployment
Handbook Planning and Optimization Aspects”, John Wiley & Sons, 2006.
[4] Keiji Tachikawa, “WCDMA: Mobile Communications System”, John Wiley & Sons,
2002.
[5] www.andrew.com.
[6] J. D. Parsons, “The Mobile Radio Propagation Channel”, John Wiley & Sons,
1992.
84
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El desarrollo de este trabajo esta basado en el estándar WCDMA. En primer lugar se
plantearon los principales esquemas de acceso múltiple como: FDMA, TDMA, CDMA
y OFDMA. Lo que caracteriza a estos esquemas es que permiten a varios usuarios
compartir los recursos para transmitir y recibir información, es por ello que los
sistemas de telefonía móvil desde la primera generación han empleado un esquema
de acceso múltiple, principalmente se describió CDMA que consiste en asignar a
cada usuario un código único.
Con la finalidad de proporcionar servicios a mayor cantidad de usuarios, así como
también con el objetivo de optimizar los recursos, los sistemas de telefonía móvil han
evolucionado. En la primera generación fueron cuatro los sistemas más conocidos:
NMT, AMPS, TACS y ETACS su principal característica es que eran analógicos y
empleaban FDMA. En la segunda generación los sistemas ya eran digitales y
emplearon como esquemas de acceso múltiple FDMA con TDMA, estos fueron
GSM, IS-54 y PDC, el único sistema que empleo CDMA fue IS-95. Debido a que IS95 o GSM, eran incapaces de satisfacer la demanda de mayor capacidad, surgió la
generación 2.5, dentro de los sistemas más representativos están GPRS y EDGE.
Se hizo un énfasis en los sistemas de tercera generación, los cuales están basados
en la norma mundial IMT-2000, los requerimientos que debe cumplir un sistema de
tercera generación son: transmisiones de datos a altas velocidades, mayor
capacidad, mayor seguridad, conmutación de paquetes, conmutación de circuitos y
mejor calidad en el servicio de voz, los principales sistemas de esta generación son
CDMA2000 y WCDMA que también son llamados sistemas de espectro disperso.
El uso del espectro disperso presenta grandes ventajas tales como la robustez ante
las interferencias intencionales y no intencionales, la baja detectabilidad de la señal
transmitida por un receptor ajeno, la cual será menor entre más se haya dispersado
la señal, o dicho de otra forma incrementando el factor de dispersión. El factor de
dispersión es el resultado del ancho de banda de la señal dispersada entre el ancho
de banda de la señal de información.
El espectro disperso es generado por medio de técnicas tales como: secuencia
directa y salto de frecuencia que son las más utilizadas en CDMA. Las secuencias
código que se emplean en estas técnicas pueden ser: las secuencias de máxima
longitud que son los códigos más largos que pueden ser generados por un registro
85
CONCLUSIONES
de desplazamiento, las secuencias Gold que cuentan con valores de correlación que
cumplen ciertos requisitos para formar pares preferidos, y que son empleadas en
WCDMA para los enlaces de bajada y subida, las secuencias Kasami que tienen
valores de correlación muy bajos, los códigos Walsh que se caracterizan por su
perfecta ortogonalidad, los códigos ortogonales de longitud variable que usan
múltiples factores de dispersión, entre las más usadas.
También estudiamos la arquitectura general de un sistema UMTS, con la finalidad de
comprender como está formada, que elementos contiene, que función desempeña
cada entidad y como interactúan entre si. La arquitectura general contiene tres
entidades: la estación móvil, la red de radio de acceso terrestre (UTRAN) y la red
principal (CN); la estación móvil es la terminal del sistema, por su parte la red
principal maneja los procedimientos específicos de servicio, incluyendo la dirección
de movilidad, y el control de llamada; también se encarga de la conmutación de
paquetes y conmutación de circuitos. La red de radio de acceso terrestre se encarga
de toda la funcionalidad relacionada con la red principal para ello cuenta con dos
elementos, la estación base y el radio controlador de red. Para la comunicación
entre estas tres entidades, se emplean dos interfaces, la interfaz Uu que se localiza
entre la unidad móvil y la UTRAN, por otro lado la interfaz Lu para la red principal y
la UTRAN.
WCDMA posee una arquitectura formada por tres capas: la capa física, la capa de
enlace de datos y la capa de red.
La capa física, nos proporciona los requerimientos eléctricos y de procedimiento
para poder activar, mantener y desactivar un enlace a través de un canal de
comunicaciones; esta capa está formada por un conjunto de canales físicos y de
transporte.
La capa de enlace de datos contiene dos subcapas, la capa de control de acceso al
medio (MAC) y la capa de control de radio enlace (RLC). La capa MAC determina el
tipo de información que proviene de capas superiores de la arquitectura, emplea los
canales lógicos para interactuar con la capa RLC, una de sus funciones es ofrecer
una buena calidad de servicio. La capa RLC es la encargada de la transferencia de
datos, control de flujo, detección y corrección de errores, cifrado, segmentación y
concatenación de los datos.
La capa RRC implementa funciones relativas al control de los recursos de radio,
gestión de la movilidad de los usuarios y funciones relacionadas con el control de las
llamadas.
86
CONCLUSIONES
Para el análisis del estándar WCDMA nos basamos en dos revisiones recientes de
la 3GPP, la revisión 5 y 6 que fueron liberadas en el año 2005 y 2006
respectivamente. Los principales parámetros que fueron definidos son: el ancho de
banda para la portadora de 5 MHz, tasas de transmisión de 144, 384 kbps y 2 Mbps,
la estructura de la trama que consta de 15 ranuras de tiempo, la trama tiene una
duración de 10 ms, la modulación empleada es QPSK (enlace de bajada) y BPSK
(enlace de subida) y los dos modos en que WCDMA puede operar que son FDD y
TDD.
Uno de los elementos más importantes de WCDMA es el control de potencia se
mostró que debido a las pérdidas por trayectoria en un enlace de comunicaciones, la
señal proveniente de un móvil sufre una degradación, es por ello que la potencia
recibida en la estación base, transmitida por un móvil cercano a ella es más fuerte
que la de un móvil lejano, a este efecto se le definió como el efecto cerca lejos, por
esta razón los móviles no pueden estar transmitiendo con un nivel fijo de potencia ya
que las pérdidas por trayectoria provocarían que un usuario cercano a la estación
base enmascare a los usuarios más lejanos a ella, como solución a este efecto se
implementa un control de potencia en el sistema, el cual fue clasificado en dos tipos,
en control de potencia de lazo abierto y en control de potencia de lazo cerrado.
El control de potencia de lazo abierto fue requerido para proporcionar una potencia
inicial de transmisión para el móvil, cuando un móvil desea transmitir, no sabe su
posición con respecto a la estación base, por ello no pude transmitir con cualquier
cantidad de potencia ya que de ser así su nivel de potencia podría ser demasiado
alto o demasiado bajo. Los canales piloto están monitoreando constantemente a los
móviles dentro de una celda, cuando detectan a un móvil este utiliza como nivel de
referencia la cantidad de potencia del canal piloto y lo usa para la transmisión inicial.
El control de potencia se lazo cerrado es empleado para proporcionar una buena
calidad de servicio en la transmisión, manteniendo una estabilidad en el nivel de
potencia de la comunicación. El control de potencia de lazo cerrado permite que
todas las señales de los móviles lleguen a la estación base con la misma potencia,
comparando la SIR de los móviles contra una SIR en la estación base que se
denomino como SIR objetivo, si la SIR de un móvil es mayor que la SIR objetivo se
envía un comando al móvil con la instrucción bajar, de lo contrario se envía un
comando con la instrucción subir, de esta manera todas las señales llegan a la
estación base con la misma potencia.
87
CONCLUSIONES
Otro elemento de WCDMA es la transferencia de llamada que es el proceso en el
cual una estación móvil elige la estación base que le proporcione los mejores
recursos para continuar la llamada. La más representativa es la transferencia de
llamada sin interrupción esta ocurre cuando dos estaciones base sirven
simultáneamente a la estación móvil y operan con la misma frecuencia portadora,
esta es una característica de sistemas basados en CDMA. Cuando una celda esta
dividida en sectores y entre ellos ocurre una transferencia de llamada, se le llama
transferencia de llamada intracelda.
WCDMA cuenta con un servicio de datos de alta velocidad, este servicio es HSPA el
cual proporciona altas tasas de datos, lo que representa para los usuarios tiempos
de respuesta más cortos y menos retrasos, esta formado por HSDPA y HSUPA.
HSPA emplea un esquema de modulación QAM, uno de los beneficios que
proporciona este servicio es que no necesita portadoras adicionales, es decir HSPA
y WCDMA pueden usar la misma portadora y compartir todos los elementos de red
en la red principal. HSPA tiene la capacidad de ofrecer servicios no solo simétricos
también asimétricos.
Dentro del dimensionamiento para WCDMA se encuentra el diseño del enlace y
consiste en cálculos y tabulaciones a partir de parámetros como: ganancia de
transferencia de llamada, margen de interferencia, figura de ruido, ganancia de las
antenas, sensibilidad del receptor entre otros, para obtener la máximas pérdidas por
trayectoria permitidas en el enlace y sustituyéndolo en un modelo de propagación en
este caso el modelo de propagación IMT-2000 para un ambiente vehicular y así
determinar el rango de la celda.
Se realizaron un conjunto de simulaciones en la plataforma Matlab para el diseño del
enlace. Como primer caso, por medio del diseño de enlace se determino el radio R,
de cobertura de una celda para servicios de voz y de datos para el enlace de subida
y el enlace de bajada, de donde se puede concluir que para el servicio de voz en
ambos enlaces se tiene una mayor cobertura que para el servicio de datos, esto fue
determinado a través de la sensibilidad requerida para cada servicio y cada enlace.
Mientras la sensibilidad sea mayor la cobertura de la celda será menor.
En el segundo caso se considero una celda de radio 2R con la finalidad de
demostrar que para un área mayor a la determinada por el diseño del enlace no
tiene cobertura, debido a que la potencia recibida en cada punto esta en función de
las pérdidas por trayectoria las cuales cambian con respecto a la distancia entre la
estación base y un punto del plano.
88
CONCLUSIONES
Para el tercer caso primero se considero el efecto combinado de dos antenas sobre
un plano de longitud 4R, lo que permitió brindar cobertura en zonas donde no se
podía brindar servicio con una sola antena. Mediante el efecto combinado de cuatro
antenas distribuidas en el plano se logro mejorar la cobertura significativamente.
Para el servicio de voz se logro una cobertura total con una potencia mínima recibida
que es mayor a la sensibilidad requerida, y para el servicio de datos se logro mejorar
la cobertura no en su totalidad pero si en la mayoría del plano.
89
ACRÓNIMOS
SIGLAS Y ACRÓNIMOS
1G
Primera generación de telefonía móvil
2G
Segunda generación de telefonía móvil
3G
Tercera generación de telefonía móvil
3GPP
Asociación de proyectos de 3ª generación
AMC
Modulación y codificación adaptable
AMR
Multitasa adaptable
BCCH
Canal de control de broadcast
BCH
Canal de broadcast
BS
Estación base
BSC
Controlador de la estación base
CCCH
Canal de control común
CDMA
Acceso múltiple por división de código
CN
Red principal
CPCH
Canal de paquetes común
CPICH
Canal piloto común
CTCH
Canal de tráfico común
dB
Decibel
DCCH
Canal de control dedicado
DCH
Canal dedicado
DPCCH
Canal de control físico dedicado
DPCH
Canal de control físico
DPDCH
Canal de datos físico dedicado
DSCH
Canal compartido para el enlace de bajada
DTCH
Canal de tráfico dedicado
EDGE
Tasas de datos mejoradas para la evolución de GSM
EIRP
Potencia radiada isotrópica efectiva
ETSI
Instituto de estándares para telecomunicaciones de Europa
90
ACRÓNIMOS
FACH
Canal de acceso directo
FDD
Duplexaje por división de frecuencia
FDMA
Acceso múltiple por división de frecuencia
GPRS
Servicio de radio paquetes generales
GSM
Sistema global para las comunicaciones móviles
HARQ
Petición de repetición automática híbrida
HSDPA
Acceso de paquetes de alta velocidad en el enlace de bajada
HSUPA
Acceso de paquetes de alta velocidad en el enlace de subida
HS-DPCCH Canal de control físico dedicado de alta velocidad
HS-DSCH
Canal compartido para el enlace de bajada de alta velocidad
HS-SCCH
Canal de control compartido de alta velocidad
HS-PDSCH Canal compartido físico para el enlace de bajada de alta velocidad
IMT-2000
2000.
Estándar internacional de telecomunicaciones móviles para el año
ITU
Unión internacional de telecomunicaciones
Iub
Interfaz entre el RNC y la BS
MAC
Control de acceso al medio
MAPL
Máximas perdidas por trayectoria
Mbps
Megabits por segundo
MB
Megabyte
Mcps
Megachips por segundo
MHz
Megahertz
MS
Estación móvil
PCCPCH
Canal físico de control común primario
PCH
Canal piloto
P-CPICH
Canal piloto común primario
PDSCH
Canal físico compartido de enlace de bajada
PDP
Protocolo de paquetes de datos
91
ACRÓNIMOS
PDU
Protocolo de unidad de datos
QAM
Modulación de amplitud por cuadratura
QoS
Calidad de servicio
RACH
Canal de acceso aleatorio
RF
Radio frecuencia
RLC
Control de radio enlace
RNC
Controlador de radio red
SCCPCH
Canal físico de control común secundario
SCH
Canal de sincronización
SF
Factor de dispersión
SIR
Relación señal a interferencia
SNR
Relación señal a ruido
S-SCH
Canal de sincronización secundario
TDD
Duplexaje por división de tiempo
TDMA
Acceso múltiple por división de tiempo
UMTS
Sistema universal para las telecomunicaciones móviles
UTRA
Acceso de radio universal terrestre
WCDMA
Acceso múltiple de banda ancha por división de código
92