Servicio general de paquetes vía radio
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3G Servicio de Telefonía Móvil de Tercera
Generación
3G Servicio de Telefonía Móvil de Tercera Generación ............................................. 1
Introduccion ...................................................................................................................... 2
Estructura del servicio .................................................................................................. 3
Análisis de Protocolos del UTRAN ................................................................................. 7
Capa 3 ........................................................................................................................... 7
RRC .......................................................................................................................... 8
PDCP User plane ...................................................................................................... 9
Capa 2 ........................................................................................................................... 9
Protoclo RLC ............................................................................................................ 9
Subcapa MAC (Medium Acces Control) ............................................................... 10
Canales Logicos.................................................................................................. 12
Canales de Transporte ........................................................................................ 14
Transferencia entre subcapas MAC y RLC ........................................................ 17
MAC Lado UE ................................................................................................... 22
MAC Lado UTRAN ........................................................................................... 29
Esquema de canales Lado UTRAN ........................................................................ 39
Esquema de canales lado UE .................................................................................. 40
Capa 1 Capa física UE - UTRAN............................................................................... 41
Procesamiento de señal........................................................................................... 42
Atach CRC.......................................................................................................... 43
Codificación ....................................................................................................... 43
Rate matching (Adaptacion de rate kb/s) ........................................................... 44
Interleaving (Entrelazado) .................................................................................. 44
Multiplexacion .................................................................................................... 45
Segmenteacion de canales físicos ....................................................................... 45
Segundo interleaving y Modulacion I Q en dos dimensiones. ........................... 45
Spreading y canalización ........................................................................................ 49
Codigos ortogonales ........................................................................................... 51
Etapa de Spreading ............................................................................................. 62
Adaptacion I Q ..................................................................................................... 63
Scrambling .............................................................................................................. 65
Secuencias pseudoaleatorias ............................................................................... 67
Polinomio característico primitivo .............................................................. 72
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Propiedades de las m-secuencias ................................................................. 73
Correlación cruzada ..................................................................................... 74
Scrambling Code ................................................................................................ 76
Codigo de sincronismo. .......................................................................................... 78
Capa 1 Consolidada ................................................................................................ 90
Mapeo de canales fisicos. ....................................................................................... 91
Topologia y Hw de la red 3G UTRAN......................................................................... 106
RNC-SRNC-CRNC .................................................................................................. 107
Node-B RBS ............................................................................................................. 108
Conjunto de banda base o pool de banda pase ..................................................... 113
Interfaz Iub ............................................................................................................... 116
Casos de Trafico ........................................................................................................... 133
Registracion. ............................................................................................................. 142
Caso iub ATM ...................................................................................................... 152
Caso Iub-IP ........................................................................................................... 158
Conexión de Voz Tiempo Real CS........................................................................... 163
Conexión de voz CS con Iub ATM ...................................................................... 166
Conexión de voz con IUB – IP. ............................................................................ 168
Llamada entrante .................................................................................................. 169
Hand Over de comunicación de voz ..................................................................... 173
Caso de Hand over entre dos celdas de un mismo Node B .............................. 175
Handover entre celda de distintos nodos B que dependen de un mismo RNC 178
Hand Over entre dos celdas pertenceintes a Nodos B de distintos RNC ......... 180
Conexión de datos .................................................................................................... 182
Handover de Datos ............................................................................................... 196
Recusos HS ........................................................................................................... 203
Introduccion
3G es una tecnología de Telefonía móvil que permite ampliar la capacidad de la interfaz
de aire haciendo un uso más eficiente de los recursos de transmisión de aire combinando
las siguientes técnicas de procesado de la información:
-
Modulación
Codificación
Multiplexación en el tiempo
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También hace un uso más eficiente del transporte compartiendo recursos para los
diferentes servicios y utilizando diferentes tipos de protocolos según el servicio IP,
ATM etc. Con una separación entre servicios de tiempo real (Voz Circuit swicht) y de
datos (Packet swicht).
Una de las características más importantes de esta tecnología es la versatilidad para
compartir recursos físicos. Esto significa que un recuso físico no está fijo a un servicio
determinado si no puede ser utilizado para uno u otro según la demanda. Esto se da
también el trasporte donde para servicios de datos y de voz no se tiene enlaces ni redes
de trasporte dicadas para cada uno, sino conexiones con características determinadas
(kbs). O sea que la asignación de recursos para un servicio determinado a un cliente se
hace en una capa lógica. Esto es lo que permite hacer una red más eficiente ya que
podemos administrar los recursos según la demanda.
En esta sección trataremos la parte de acceso ya que lo que tiene que ver con CORE es
lo trataremos en otro apartado.
Estructura del servicio
Para entender cómo funciona esta tecnología plantiemos la conexión entre dos
elementos de red UE-UTRAN donde:
UTRAN UMTS Universal Terrestrial Radio Access Network es la red de acceso
inalámbrico que maneja toda la interfaz de aire.
UE User equiptment Celular o equipo móvil inalámbrico
Figura
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Esta coneccion se resuelve en 3 Capas Fundamentales:
Capa 1 Capa física Multiplexación en el tiempo, Modulación en banda base QPSK,
QAM, Codificación y canalización y por ultimo scrambling y Modulacion de portadora
Capa 2 Capa de enrutamiento. En esta capa se resuelve la conexión entre el UE y el
UTRAN mediante la asignación de recursos de trasporte entre ambos. Esta capa es la
que atraviesa toda la red de UTRAN. Es como una Ethernet donde cada MAC son
usuarios y puntos de conexión. También controla estas conexiones.
Capa 3 Capa de Red. Solo maneja información de cada usuario para la conexion con el
CORE o con el control del manejo de recursos de radio RRC ( Radio Resurce Control)
de cada Usuario.
Si nos moviéramos imaginariamente en estas capas y fuéramos de arriba para abajo en
la tercer capa veríamos a los usuarios y podríamos intercambiar información con ellos
en la segunda capa veríamos los recursos que tenemos para trasportar los datos y desde
están y en la primer capa veríamos los recursos de radio por donde se trasportan los
datos entre el UE y UTRAN
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Una vez que tenemos claro que hacen cada una de estas capas podemos ver que se
subdividen y los diferentes recursos que tiene cada una.
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Si vamos de arriba para abajo en la capa 3 tenemos dos divisiones fundamentales
-
User Plane: Es el recurso donde fluyen los datos que maneja el usuario Payload
Fotos, mail,s aplicaciones etc,
Control Plane: En este recurso fluyen los datos de comando y control que envía
el UTRAN a la UE para manejar la conexión en el USER plane. O sea le dice al
UE que recursos tomar para establecer su conexión (Frecuencia, Código, Time
slot).
Dentro de la capa 3 tenemos dos protocolos que manejan los diferentes planos. Por User
plane esta el PDCD.
En el control plane esta el RRC que es el protocolo que asigna recursos dentro de la red
de UTRAN. Es la entidad donde entra la demanda de conexión y el mismo se encarda
de asignar recursos y establecerla enviando comandos a través del control plane.
En la capa 2 encontramos a su vez 2 subcapas:
-
RLC (Radio Link Control): En esta capa se controlan las conexiones
establecimiento de tipos conocida no conocida y calidad de servicio.
MAC (Medium Acces Control). En esta subcapa se establece la conexión que
pasa toda la red UTRAN para eso resuelve conexiones de canales lógicos
provenientes de la capa 3 con canales de trasporte que son los que cruzan la red
UTRAN .
Para resumir en la capa dos tenemos la MAC que trasporta y el RLC que controla este
trasporte.
En la capa 1 se conectan los recursos de transporte, proveniente de la MAC, con canales
físicos que son procesadores de señales que proveerán el esquema necesario para la
modulación en banda base. O sea llegan desde la MAC los bit de los canales de
trasporte y se dividen en canales fiscios modulados en QPSK o QAM luego pasa al
proceso de spreading donde se los multiplica por los códigos de canalización
correspondientes y luego va a la ecualizcion I Q (Dos dimensiones). Esta básicamente
es la función de lo que se le dice como Channel Element.
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Análisis de Protocolos del UTRAN
Como veníamos haciendo analizamos las capas de arriba para abajo.
Capa 3
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En la capa tres tenemos en el Control Plane el RRC Radio Resorce Control y User Plane
protocolo PDCP
RRC
El RRC tiene la función de atender la demanda proveniente del UE o del Core
UE; Requerimiento de conexion CS (Voz), PS, Datos, SMS y Registracion
CORE: Paging, llamadas Entrega de SMS.
Una vez atendida esta demanda pasa al proceso de admisión donde se asignan los
recursos para la conexión a esto se le dice RAB (Radio Access Bear). Una vez que se
completa el proceso de admisión el RRC deja la conexión establecida en el User Plane.
El RRC tiene tres Fases de trabajo.
Procesamiento de la Demanda: Es la fase en la cual el protocolo procesa el
requerimiento proveniente del CORE o del UE. En esta instancia intercambia
información con los nodos de control de la red core a travez de la red de señalización
(SS7, SIGTRAN). Donde se validan requerimientos del UE con el HLR o VPN o se
completa un requerimiento del CORE (Paging, Entrega de SMS o Entrega de conexión
de voz y de datos).
Admision: Una vez procesado el requerimiento se procede a la asignación de recursos
dentro de la red UTRAN para completar la conexión. Para ello se requieren recursos de
las tres capas: RLC Establece tipo de conexión, MAC asigna trasporte y capa 1 recursos
de Radio (Codigos y tipo de modulación).
Control: Una vez establecida la conexión RAB, el RRC controla el normal curso de la
misma y la reasignación de recursos si es necesario eje (Handover, Mejora en las
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condiciones de interfaz de aire que permiten mayor troughput, Liberacion de recursos
físicos que permiten mejorar la conexión). También en esta fase se procesa la liberación
de la conexión y los recursos que estuvieron comprometidos.
PDCP User plane
Esta entidad es la que adapta el protocolo entre RLC y TCP. Básicamente quita el
encabezado proveniente de la Capa RLC y agrega encabezado IP.
Capa 2
Protoclo RLC
El RLC es le protocolo que se encarga de controlar la conexión entre el UE y UTRAN.
El servicio de este protocolo es.
-
Modo transferencia desconocido: Agrega encabezamiento re ensambla no recibe
Knolowed del otro extremo
Modo transferencia conocido Agrega encabezamiento reensambla recibe
Knolowed del otro extremo y si hay errores reenvía el paquete
Modo Trasferencia Trasparente: no agrega encabezamiento ni recibe knologed
del otro extremo
Mantenimiento de calidad Q o S: El RLC mantiene este parámetro en la
conexión según lo que demanda la capa superior.
Notificación de error irrecuperable. El RLC notifica a la capa superior cuando
hubo un error que no puede recuperar.
O sea la capa superior demanda estos servicios al RLC que tiene las siguientes
funciones:
-
-
-
Segmentación y re ensamblado: esta función puede dividir en varios paquetes un
mismo paquete proveniente de la capa superior que puede ser de largo fijo o
variable:
Concatenación: Si el RLC SDU proveniente de la capa superior no es de la
misma longitud o no se puede cargar exactamente en un RLC PDU (Paquete de
RLC) porque sobra lugar, el RLC hace una concatenación entre paquetes
anterior y posterior.
Padding. Cuando no se aplica concatenación el RLC rellena con padding bits el
RLCPDU si el SDU proveniente de la capa superior es más chico que el RLC
PDU.
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-
-
-
-
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Transferencia de datos de Usuario: Esta función es la que mueve los datos de la
capa usuario a travez de la red UTRAN con los diferentes servicios: Conocidos
desconocido trasparente Q o S (Seteado). El RLC controla todo esto.
Corrección de errores: Esta función permite la corrección de errores por la
solicitud de retransmisión en el modo Conocido.
Control de secuencia de envío de para modo Conocido. Esta función controla el
orden de los paquetes enviados a la capa superior en el Modo conocido.
Detección de Datos duplicados. Esta función detecta RLC PDU que estén
duplicados y evita enviarlos al la capa superior.
Flow Control (control de fijo): Esta función controla el bit rate de la conexión.
Chequeo de número de secuencia: Esta función se utiliza en el modo
desconocido para reensamblar los PDU y entregarlos a la capa superior. En esta
función se decartan RLC SDU que sean corruptos.
Detección y corrección de errores de protocolo: Esta función tiene un
mecanismo de detección de errores de protocolo RLC y corrección.
Encriptado: Esta función previene el robo de datos que fluyen a travez de la red
UTRAN. Encripta en origen y decodifica en destino para entregar los datos a la
capa superior.
Buffer SDU: Este mecanismo almacena temporariamente los Paquetes
provenientes de las capas superiores hasta que sean procesados y enviados.
Subcapa MAC (Medium Acces Control)
Esta subcapa tiene como tarea la conexión entre dos MAC Entidades dentro de la red
UTRAN y el Mapeo de Canales lógicos dentro de los canales de trasporte.
En breve vamos a hablar de estos conceptos.
Los principales servicios de la subcapa mac son
-
Transferencia de datos: Este servicio provee transferencia de datos desconocida
entre dos puntos de la MAC.
-
Relocación de recursos y parámetros de MAC: Este servicio cambia
condiciones según los pedidos del RRC. UE identity, Formato de transferencia
(Trasnfor Format Combination), Cambio de tipo de formato de canal de
transporte.
-
Reporte y mediciones: Indicador de calidad, tráfico y mediciones locales son
reportadas al RRC.
-
Mapeo de canales lógico en los canales de trasporte
-
Selección del formato de trasferencia para el canal de trasporte dependiendo del
rate (kb/seg) instantáneo. Dado el Trasnport format combination asignado por el
RRC. MAC selecciona el transfort format apropiado dentro del transport format
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seteado para este canal de trasporte activo. El RCC determina Transport Format
eso implica QoS y en base a eso la MAC establece Transfort format
seleccionado recursos para cumplir con lo que establece el RRC.
-
Manejo de prioridades entre datos que fluyen a el UE. Según el seteo del
Transport format combination se establecen las prioridades de cual datos van por
determinados canales de transporte. Para ello se tiene en cuenta el buffer del
RLC y la capacidad de la capa 1 dadas por las condiciones de radio y la potencia
disponible. Los datos que requieran una tasa alta de transferencia tendrán
prioridad sobre los datos que tengan una baja tasa de trasferencia.
-
Manejo de prioridades con Schedules dinámicos. Par un uso mas eficiente del
espectro MAC maneja los schedules de los Canales Comunes de Trasporte y los
canales comunes y dedicados E-DCH. En base a las prioridades y las
reconfiguraciones que ordena la subcapa RRC.
-
Identificación de UE en los Canales comunes de Trasporte. Cuando un UE es
direcciondo en un un canal común de downlink o uplink, es necesario para la
MAC, identificarlo .
-
Multiplexación/Demultiplexacion de PDU provenientes de la capa superior
desde y a la capa 1 (Physical Layer) dentro de un canal común de trasporte.
MAC soporta multiplexación de estos canales ya que la capa 1 no lo soporta.
-
Multiplexación/Demultiplexación de PDU provenientes de la capa superior
desde y a la capa 1 (Physical Layer) dentro de un canal dedicado de trasporte.
MAC soporta multiplexación y la identificación de los mismos esta en el
protocolo de control MAC.
-
Multiplexación/Demultiplexación de PDU provenientes de la capa superior
desde y a la capa 1 (Physical Layer) dentro de un canal HS-DSCH de trasporte.
MAC soporta multiplexación y la identificación de los mismos esta en el
protocolo de control MAC.
-
Medicion De Volumen de Trafico que es reportado al RRC. En base a esta
información el RRC switchea canales.
-
Swicheo (Conmutacion) de caneles de trasporte según las instrucciones del RRC
-
Encriptacion para modo transparante de RLC
-
Access Service Class selection para RACH y Enhanced Uplink para
CELL_FACH y Idle mode. MAC ordena a la capa 1 Como entran a demandar
servicio (Conexión de datos, registración, SMS o Conexiond e Voz) en up link y
en Down link .
-
Funcion HARQ en HS-DSCH y en E-DCH. Las endidades MAC-hs, MAC-es,
MAC-is dentro de la subcapa MAC son las responsables de esta funcionalidad
que consiste en asegurar la transferencia correcta del bloque mediante señales de
ACK (Conocido) o NACK (Desconcido pide re transmitir).
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-
Envio ensamblado y des ensamblado de PDU proveniente de la capa superior en
el canal de trasporte HS-DSCH. Esta funcion ensambla o des ensambla los PDU
provenintes de la capa MAC-d. Los PDU`s provenientes de la capa MAC-d, que
tiene la misma prioridad son ensamblados en un PDU MAC-hs y puede
ensamblar PDU de igual o diferente prioridad en un MAC-ehs PDU, también
puede ensamblar PDU’s de diferentes flujos MAC-d. Esta subcapa tiene la
funcionalidad de reordenar según las prioridades y la secuencia.
-
Envío ensamblado y des ensamblado de PDU proveniente de la capa superior en
el canal de trasporte E-DCH. Esta función ensambla o des ensambla los PDU
provenientes de la capa MAC-d en los MAC-e y MAC-i PDU`s. Esta subcapa
tiene la funcionalidad de reordenar según las prioridades y la secuencia.
Canales Logicos
La Subcapa MAC provee canales lógicos para la trasferencia de datos. Los mismo se
diferencian por el tipo de información que transfieren.
Broadcast Control Channel (BCCH)
Control Channel
Paging Control Channel (PCCH)
Dedicated Control Channel (DCCH)
Common Control Channel (CCCH)
Shared Channel Control Channel (SHCCH)
MBMS point-to-multipoint Control Channel (MCCH)
MBMS point-to-multipoint Scheduling Channel (MSCH)
Traffic Channel
Dedicated Traffic Channel (DTCH)
Common Traffic Channel (CTCH)
MBMS point-to-multipoint Traffic Channel (MTCH)
Canal
Logico de
Control
BCCH
Direccion
Direccion
UTRAN
UE
Broadcast
Control
Downlink
Point to
Transmite
información sobre la
LAI, máximo de
Recibe LAI, Power que
debe estar y el listado
de vecinas para medir y
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Channel
multi- point
potencia de salida y
celdas Vecinas
almacenar con que
intensidad ve la señal
de sus CPICH para el
handover
PCCH
Paging
Control
Channel
Downlink
Point to
multi- point
CCCH
Common
control
cannel
Downlink
and Uplink
Point to
point
Este canal es el
que busca a una
UE para entregar
una llamada SMS
o una conexión de
datos
A traves de este
canal el RRC
recibe pedido de
conexión desde la
UE
DCCH
Dedicated
Control
Channel
point-topoint bidirectional
Recibe (escucha) la
información que
manda este canal y si
se trata de su ID se
reporta a travez de
otro canal Up Link
UE requiere al RRC
conexión con el
UTRAN a travez de
este canal y recibe a
travez del mismo los
datos de los canales
por los cuales seguirá
la conexión
UE intercambia datos
de control con el
RRC
Shared
Control
Channel
point-topoint bidirectional
MCCH
Point to
Multipoint
Control
Channel
Point to
Multipoint
downlink
Channel
MSCH
Point to
Multipoint
scheduling
channel
Point to
Multipoint
downlink
Channel
SHCCH
(Solamente
TDD)
Con este canal
dedicado se
establece la
conexión entre el
UE y RRC para
intercambiar
señales de control
Canal de
intercambio de
datos de control
entre RRC y las
UE´s Solamente
TDD
Canal de control
trasmite
información de
control para el
manejo del canal
de trafico MTCH
Canal de control
trasmite
información de
control para el
manejo del canal
de trafico MTCH
Canal
Nombre
Dirección
Lógico de
Trafico
DTCH
Dedicate
Hay canales
Traffic Channel para Up link y
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UE intercambia datos
de control con el
RRC. Por un canal
que es compartido
UE Recibe datos de
control para manejar
el MTCH
UE Recibe datos de
schedule para detectar
el instante en que
MTCH Transmite los
datos que requirió
UTRAN
UE
Canal dedicado donde
se transfiere los datos
UE puede
recibir datos
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para down link
CTCH
MBMS
Conmon
Point to
Traffic Channel Multipoint
downlink
Channel
MBMS Point to Point to
Multipoint
Multipoint
Traffic Channel downlink
Channel
de usuario entre UE y
UTRAN
Canal de trafico donde
se transfiere datos de
usuario User Plane a
un grupo de UE`s
Canal de trafico donde
se transfiere datos de
usuario User Plane de
MBMS a un grupo de
UE`
de user plane
o enviar
UE recibe
datos de
UTRAN
UE recibe
datos de MBS
desde
UTRAN
Hasta aquí tenemos un sistema con dos partes fundamentales UE y UTRAN que se
comunican a traves de estos canales lógicos controlados por el RLC. Si vieramos la red
UTRAN desde la capa tres tendriamos un nodo gigante con todos estos canales que
interactuan con todas las UE´s.
Pero como vemos esto es irreal porque los UE están disgregados geograficamente lo
que hace que un solo nodo no pueda manejar a todos. La Capa 2 es la que se encarga de
transportar estos canales lógicos hasta los puntos mas cercanos a los UE’s esa es la
función fundamental de esta capa. Para ellos tiene otro recurso que son los canales de
trasporte. La función de los mismo es trasportar los datos de usuario hasta el punto mas
cercano que tenga el UTRAN. Los canales de trasporte se diferencian por como se
trasporta la información y se dividen en dos grupos fundamentales:
Canales de Transporte
Canales comunes y dedicados.
Canales comunes son aquellos que es necesario identificar el id de la UE en la
información que se transporta
Canales dedicados: Son aquellos en que la identificación de la UE se identifica por la
combinación Frecuencia-Codigo-Time Slot de interfaz de aire.
Basicamente la diferencia entre canales comunes y dedicados esta en que un canal
dedicado esta comprometido durante la conexión que demando el UE y un canal común
se asigna en intervalos de tiempo durante la conexión.
Canal
Comunes de
Transporte
BCH
PCH
Nombre
Direccion
Broadcast
Downlink
Control Channel
Paging Control Downlink
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Funcion
Transporta información del sistema.
Este canal es el que busca a una UE
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Channel
RACH
FACH
DSCH
(Solamente
TDD)
USCH
(Solamente
TDD)
HS-DSCH
E-DCH
Canal
Comunes de
Dedicados
DCH
E-DCH
Random Access Uplink
Channel
Conmon
DownLink
Control Channel and Uplink
Downlink
Shared Channel
Downlink
Uplink Shared
Channel
Uplink
High Speed
Downlink
shared Channel
Enhanced
Dedicated
Channel (EDCH)
Downlink
Uplink
para entregar una llamada SMS o
una conexión de datos
A traves de este canal se inicia la
conexión entre UE y el RRC.
A traves de este canal común se
inicia la conexión entre UE y el
RRC. También hace el ajuste de
potencia loop power
Canal de intercambio de datos de
control entre RRC y las UE´s
Solamente TDD
Canal de intercambio de datos de
control entre RRC y las UE´s
Solamente TDD
Canal compartido de gran
capacidad para trasferencia de datos
de usuario de UTRAN a las UE´s
Este canal es de transferencia de
datos de usuario y es compartido
por las UE´s
Nombre
Direccion
Broadcast
Control Channel
Downlink
Este canal es de transferencia de
and downlink datos de usuario y es dedicado a
una UE durante la trasferencia.
Uplink
Este canal es de transferencia de
datos de usuario y es dedicado a
una UE durante la trasferencia.
Enhanced
Dedicated
Channel (EDCH)
Funcion
Una de las funciones de la Subcapa MAC es el mapeo de los canales lógicos dentro de
los canales Transporte esto lo vemos en la siguiente figura:
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Dentro de la subcapa MAC exiten también otras subcapas que analizaremos:
-
MAC-d
MAC-c
MAC-es
MAC-hs
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UE
UTRAN
USER
PLANE
RRC CONTROL PLANE
PCCH
RLC
BCCH CCCH
RLC
CTCH
RLC
DCCH
RLC
DTCH
RLC
PCCH
RLC
RLC
BCCH CCCH
RLC
MAC-d
MAC-c
USER
PLANE
RRC CONTROL PLANE
CTCH
RLC
RLC
DCCH
DTCH
RLC
RLC
MAC-d
MAC-c
RACH
RACH
FACH
PCH
MAC-e
EDCH
MAC-hs
MAC-e
DCH
FACH PCH
HS-DSCH
EDCH
MAC-hs
DCH
DCH
HS-DSCH
CAPA 1
Como vemos MAC-d y MAC-c establecen conexiones desde el RNC y las otra dos
desde el NODE B. Todo esto controlado desde el RRC. La interfaz entre el NODO B y
El RNC se denomina Iub y tiene otro protocolo que permite hacer conexiones entre los
Nodos B y Las RNC. Esto lo veremeos mas adelante
Transferencia entre subcapas MAC y RLC
A continuación veremos los métodos de trasferencia de bloques a travez de la Capa 2
MAC-RLC.
El flujo entre Capas tiene dos tipos fundamentales de SDU
-
Trasnparente: Cuando la capa no agrega información de protocolo (Encabezado)
al PDU que procesa
No Transparente: Cuando la capa agrega información al PDU para enviarla a
travez del SDUa la capa siguiente.
Otra función fundamental de las capas y subcapas es el re ensamblado y concatenación
que es básicamente separar o juntar PDU´s provenientes de la otra capas para adaptarlos
al trasporte.
Aquí vemos los distintos métodos de trasferencia en el tiempo y por capas.
RLC Y MAC Transparentes
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RLC No Transparente MAC Transparente
RLC Transparente MAC No Transparente
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MAC y RLC No tranparente
Por ahora vemos estos métodos de transferencia mas adelante analizaremos agregando
las subcapas MAC-hs, MAC-es y MAC-ehs. Pero es fácil deducirlas ya que se trata de
agregar encabezados cuando la transfrencia no es transparente y sacarlos cuando lo es.
Para poder entender la función de estas subcapas analizaremos la estructura física del
utran en dicha capa. Si nos paramos en la capa MAC vemos la red UTRAN de la
siguiente manera:
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Es como una Ethernet gigante que conecta recursos concentrados con recursos
disgreados.
Para entender la funcion mac en diferentes instancia de tiempo primero se establece un
canal de trasporte a travez de UTRAN y luego se multiplexan a travez de el los distintos
canales lógicos.
Analizaremos ahora el mapeo de los canales lógicos en los canales de trasporte.
BCCH en de FACH
No es necesario encabezado de RLC (Trasparente). Es necesario el encabezado MAC
para identificar el canal lógico dentro del canal de Trasporte FACH
PCCH en PCH
RLC y MAC Transparente ya que no es necesario identificar nada dentro de este canal
de trasporte
CCCH en FACH y RACH
Para up link RLC es transparente y no lleva encabezado. El encabezado MAC identifica
canal lógico dentro del canal de trasporte en uplink y en downlink. Para este ultimo hay
dos forma de trasferencia en la subcapa RLC. En un caso es transparente y en el otro no
en este ultimo el modo de trasferencia es desconocida.
Como dijimos la subcapa MAC identifica el canal lógico que se trasporta (BCCH,
CCCH, CTCH, DCCH, DTCH).
DCCH en FACH, RACH
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En estos caso RLC pude transmitir en modo conocido o desconoció y en ambos caso no
es trasparente. El encabezamiento MAC es necesario para distinguir canal lógico.
DTCH en FACH y RACH
En estos caso RLC pude transmitir en modo conocido o desconocido y en ambos caso
no es trasparente. El encabezamiento MAC es necesario para distinguir canal lógico
dentro del canal de trasporte.
DTCH en DCH
En este caso tenemos multiples posibilidades
RLC trasparente y MAC Transparente. Conexion directa de un unico canal DTCH a
travez del Canal de transporte DCH sin Encabezado RLC ni encabezado MAC
RLC transparente y MAC No Trasparente. Este caso se multiplexan varios DTCH sobre
un mismo canal DCH
RLC No Transparente y MAC No trasparente. Se multiplexan varios canales DTCH con
encabezado RLC (Conocido o desconocido) en un mismo DCH lo cual requiere
encabezado MAC.
DCCH en DCH
RLC es No trasparente. En encabezado MAC es necesario si DCCH se multiplexado
con DCTH antes de ser mapeado a un DCH.
CTCH en FACH
RLC es no trasprarente y esta en modo desconocido. Encabezado MAC es necesario
para identificar canal Logico (BCCH, CCCH, CTCH, SHCCH, DCCH, DTCH)
Hasta aquí vimos mapeos de canales lógicos donde solo intervienen la subcapa MAC-d
que se encuentra en el RNC. Ahora analizaremos mapeos donde intervienen las otras
subcapas (MAC-hs, MAC-es y MAC-is)
DCCH en HS-DSCH
Para DCCH la subcapa RLC Puede estar en modo conocido o desconocido con lo cual
es NO trasparente. Para MAC-hs no encabezado MAC-d es necesario si se multiplexan
DCCH y DTCH en el mismo flujo MAC-d. Con la configuración MAC-ehs no es
necesario encabezado MAC-d.
DTCH en HS-DSCH con RLC No trasparente.
El mapeado de DTCH en el HS-DSCH pude ser en modo conocido o desconcido en
RLC. Con configuración MAC-hs el encabezamiento MAC-d es necesario si se
multiplexan DTCH y DCCH sobre el mismo flujo MAC-d. Con MAC-ehs el
encabezamiento MAC-d no es necesario.
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DCCH en E-DCH
El mapeo de DCCH es con los modos conocido o desconocido en la subcapa RLC con
lo cual es no transparente RLC. El encabezamiento MAC es necesario si se multiplexan
DTCH y DCCH sobre el mismo flujo MAC.
DTCH en EDCH
De la misma forma que el caso anterior RLC pude ser conocido o desconocido con lo
cual es no trasparente y El encabezado MAC es necesario.
CCCH en HS-DSCH/RACH
Con FDD En uplink RLC es trasparente cuando se mapea a travez del RACH. En down
link se RLC es modo desconocido cuando se mapea en HS-DSCH. El encabezamiento
MAC es usado para identificar el canal lógico (CCCH).
PCCH en HS-DSCH
RLC es trasparente. Encabezado MAC es necesario cuando PCCH es mapeado a travez
de HS-DSCH y es usado como identificador de canal lógico (CCCH).
BCCH en HS-DSCH
RLC es trasparente. Encabezado MAC es necesario cuando PCCH es mapeado a travez
de HS-DSCH y es usado como identificador de canal lógico (BCCH).
CCCH en HS-DSCH/E-DCH
En uplink RLC es trasparente cuando se mapea a travez del E-DCH. En down link se
RLC puede ser trasparente o no transparente en este caso es modo desconocido cuando
se mapea en HS-DSCH. El encabezamiento MAC es usado para identificar el canal
lógico (CCCH).
Para resumir esta estructura de mapeo vemos que el encabezado MAC distingue el canal
lógico dentro del canal de trasporte y el encabezado RLC indica un procesamiento de
esta capa que pude ser conocido o desconocido.
Estructura lógica de la capa 2 RLC y MAC.
MAC Lado UE
Estructura
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PCCH BCCH CCCH CTCH SHCCH
MTCH MSCH MTCH MSCH MCCH
( TDD only )
MAC Control DCCH DTCH
DTCH
MAC-d
MAC-es /
MAC-e or
MAC-is /
MAC-i
MAC-m
E-DCH
Associated
Downlink
Signalling
FACH
Associated
Uplink
Signalling
MAC-hs/
MAC-ehs
(FDD and 1.28 Mcps
TDD only,
MAC-ehs only )
HS-DSCH
Associated Associated
Uplink
Downlink
Signalling Signalling
PCH
MAC-c/sh/m
FACH
RACH
FACH
USCH
DSCH
( TDD only )
( TDD only )
USCH
DSCH
( TDD only )
( TDD only )
DCH
MAC b
Maneja los datos de broadcast provenientes de la capa inferior donde recibe el canal
lógico BCCH
MAC d
Maneja el mapeo de los canales lógicos dedicados que son mapeados en los canales de
trasporte (DTCH y DCCH). El DCCH es mapeado a la entidad MAC c.
DCCH DTCH DTCH
MAC Control
MAC-d
Transport Channel Type Switching
Deciphering
from MAC-ehs
C/T MUX
from MAC-hs
C/T
MUX
to/from MAC-c/sh
UL: TFC selection
to MAC-e/es or
to MAC-i/is
Ciphering
DCH
- Transport Channel type switching
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DCH
DCH
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Matriz de conmutacion entre canales dedicados y canales comunes
- C/T MUX:
-
Multiplexa los canales logicos dedicados en canales de trasporte HS-DSCH o
dedicado DCH. En caso de conexiones con la capa inferior ehs se usa una
identificacion para cada canal logico DTCH con lo cual el C/T MUX no se usa.
- Ciphering y Deciphering
Encriptado y des encriptado
- UL TFC selection:
- Transport format and transport format combination segun lo que configure el
RRC.
MAC-d es responsable de mapear los canales lógicos dedicados para up link en canales
de trasportes dedicados o trasferir datos a la MAC c/sh/m en canales comunes de
trasporte.
Un canal Logico dedicado de pude ser mapeado en un canal de trasporte dedciad DCH o
en un canal común HS-DSCH
MAC-d tiene una coneccion con MAC-c/sh/m. Esta conexión es usada para transferir
datos que son manejados por canales de trasportes en up link o los que se recibe de
dowlink manejados por MAC-c/sh/m .
MAC-d tiene una conexión con MAC-hs o MAC-ehs es para recibir los datos desde HSDSCH que es manejado por MAC-hs o MAC-ehs (downlink).
MAC-d tiene una conecxión con MAC-e/es o MAC-i/is es para transmitir los datos
desde E-DCH que es manejado por MAC-e/es o MAC-i/is (upink).
MAC c/sh
Mapea los canales lógicos de control .
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PCCH
SHCCH (TDD only) CCCH
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CTCH
BCCH
MCCH
MSCH
MTCH
MTCH
MAC – Control
read
MBMS Id
MAC-c/sh/m
to MAC –d
From
MAC-ehs
(FDD and
1.28Mcp s
TDD only)
add/read
UE Id
TCTF MUX
Scheduling/Priority
Handling (1)
UL: TF selection
TFC
selection
ASC
selection
PCH
DSCH
DSCH
TDD only
TDD only
USCH USCH
TDD only
FACH
FACH
RACH
to MAC-is/i
TDD only
Note: Dashed lines are FDD and 1.28Mcps TDD only
TCTF MUX: Este multiplexor mapea los canals logicos en los de transporte e
inserta en uplink y extrae downlink el campo TCTF en el encabezamiento MAC
El campo TCTF indica que tipo de canal logico comun , o si se usa un canal logico
dedicado
add/read UE Id:
para up link identifacarce en el RACH
para downlink el UE Id indica si los datos son para esta UE
UL: TF selection:
en uplink, indica un formato de transferencia .
Para RACH, MAC indica el ASC asociado al mensage PDU que es enviado a la
capa fisica. Esto asegura que el mensaje RACH asociado con el Access Service Class
(ASC) dado sera enviado en el correcto time slot. Cuando el RRC manda
CONNECTION REQUEST message, RRC determina el ASC segun el caso.
scheduling /priority handling : esta funcionalidad es para establecer prioridades
entre los canals logicos que seran transmitidos en el RACH
EL RLC provee RLC-PDUs al MAC, que son adaptados dentro de los transport blocks
dentro de los transport channels.
MAC hs/ehs
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To MAC-d
MAC – Control
MAC-hs
Disassembly
Disassembly
Reordering
Reordering
Re-ordering queue distribution
HARQ
HS-DSCH
Associated Downlink Signalling
Associated Uplink Signalling
Esta entidad dentro de la capa MAC maneja el canal de trasporte HS-DSCH.
El HARQ que manda a traves de la señalización el ACK o NACK por cada TTI. Esta
entidad analiza mediante un protocolo provisto por el RRC si el Bloque recibido en el
TTI es correcto en ese caso manda un ACK a traves del canal asociado de señalización
up link si no es correcto devuelve un NACK y el trasmisor lo reenvia. En este proceso
el receptor puede recibir los PDU en distinto orden de secuencia por eso existen las
otras dos entidades para ordenarlo en secuencia y enviarlo al MAC-d. luego el
desensamblado quita el encabezaminto MAC-hs
MAC-ehs es igual con la diferencia que soporta multicarrier o sea puede manejar mas
de un HS-DSCH. Este bloque también tiene una conexión con MAC-c porque soporta la
multiplexacion de canles lógicos de control dentro de HS-DSCH.
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To MAC-d
To MAC-c/sh/m
MAC – Control
MAC-ehs
LCH-ID Demux
LCH-ID Demux
LCH-ID Demux
Reassembly
Reassembly
Reassembly
Reordering
Reordering
Reordering
Re-ordering queue distribution
Disassembly
HARQ
Associated
Downlink
Signalling
HS-DSCH
HARQ
…
Associated
Uplink
Signalling
Associated
Downlink
Signalling
HS-DSCH
Associated
Uplink
Signalling
MAC es
Esta entidad maneja el mapeo del E-DCH en uplink se conecat con MAC d.
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To MAC-d
MAC – Control
MAC-es/e
E-TFC Selection
Multiplexing and TSN setting
HARQ
Associated Scheduling
Downlink Signalling
(E-AGCH / E-RGCH(s))
Associated ACK/NACK
signaling
(E-HICH)
Associated Uplink
Signalling E-TFC
(E-DPCCH)
HARQ es responsable por el protocolo HARQ y restrasnmicion de los paquetes
que el receptor HARQ del otro estremo no decodifico bien. El protocol HARQ es
provisto por la capa RRC.
Multiplexing and TSN setting:
Este bloque concatena multiples MAC-D PDU en un MAC-es y a su vez multiplexa
varios PDUs MAC-es en un MAC-e para ser transmitido en el proximo TTI. Segun las
instrucciones del E-TFC (Transport Format Combination)
E-TFC selection:
Este bloque es responsable de seleccionar el TFC segun el schedule information
provisto por el RRC.
MAC is
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To MAC-c
MAC-is/i
To MAC -d
CRC Attachment
Segmentation
Segmentation
Segmentation
Multiplexing and TSN setting
E-TFC Selection
MAC – Control
Scheduling
Access Control
HARQ
Associated Scheduling
Downlink Signalling
(E-AGCH )
Associated ACK/NACK
signaling
(E-HICH)
Associated
Uplink Signalling
E-UCCH
Associated Uplink
Signalling
E-RUCCH
Este bloque es similar al anterior con la diferencia que maneja también canales lógicos
de control por ese motivo tiene una conexión con la capa MAC-s
MAC Lado UTRAN
En la figura están los bloques de la MAC del lado UTRAN. En este caso tenemos
bloques que etsan en el RNC y bloques que están en el NODO B. Para algunos canales
comunes de transporte funcionan bloques en el Node-B y en el RNC y para los canales
dedicados funciona solo bloques en el RNC. Siempre hablando de la capa MAC.
MAC Control
MAC Control
PCCH BCCH CCCH
CTCH SHCCH
MAC Control
TDD only
MAC Control MAC Control DCCH DTCH
MAC- es /
MAC-is
MAC-d
Configuration
without MAC- c/sh
MAC- hs/ehs
MAC-e /
MAC-i
MAC- c/ sh
Configuration
with MAC- c/sh
HS- DSCH HS- DSCH
E- DCH
Associated Downlink
Signalling
Associated Uplink
Signalling
Associated Downlink
Signalling
PCH FACH FACH
Iub
Associated Uplink
Signalling
MAC c/sh
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Configuration
with MAC c/ sh
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RACH CPCH USCH USCH DSCH DSCH Iur or local
FDD only
TDD only
TDD only
DCH
DCH
DTCH
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PCCH
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BCCH
SHCCH
CCCH
MAC – Control
CTCH
(TDD only)
Flow Control
MAC-c/sh / MAC-d
MAC-c/sh
TCTF MUX / UE Id MUX
Scheduling / Priority Handling/ Demux
TFC selection
TFC selection
Flow Control
MAC-c/sh /
MAC-hs/ehs
DL: code
allocation
to MAC –ehs/hs
PCH
DL
TF
TFC
FACH
FACH
DSCH
DSCH
USCH
USCH
TDD only
TDD only
TDD only
TDD only
UE
UL
Downlink
Transport Format
Transport Format Combination
RACH
to MAC –ehs
from MAC-is
User Equipment
Uplink
Este bloque es el que maneja las funciones de control en la capa MAC y al mismo
tiempo intercatua con los otros bloques. Hay un bloque MAC c/sh por node B en la
RNC.
Este bloque tiene las siguintes funciones
Scheduling – Buffering – Priority Handling;
Esta function maneja los recursos del FACH entre los diferentes UE segun la
prioridad que require la capa superior.
TCTF MUX
esta function multiplexa canales logicos en canales fisicos inserta canales en
downlink y detecta canales en uplink. Esta function maneja este mapeo segun el campo
TCTF del encabezamiento MAC. El TCTF indica el si es canal logico comun o
dedicado.
UE Id Mux;
Para canales logicos dedicadas distingue entre los diferentes UEs.
Flow control;
limita el buffering entre MAC-d y MAC-c/sh/m .
El RLC provee RLC-PDU a la capa MAC y esto es puesto dentro de el transport block
disponible que esta en el canal de transporte.
MAC d
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to MAC –d
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DCCH DTCH DTCH
MAC-Control
Transport Channel Type Switching
C/T MUX /
Priority
setting (DL)
LCH
MUX
C/T
MUX
to MAC-c/sh
to MAC-hs
Deciphering
MAC-d
Flow
Control
DL scheduling/
priority handling
to MAC-ehs
from MAC-es or
from MAC-is
Ciphering
DCH
DCH
Hay un MAC-d en el UTRAN por cada UE conectado como usario (intercambiado
datos de payloads). Puede tener un usario, uno o mas canales logicos dedicados en el
mismo MAC-d
Transport Channel type switching:
Transport Channel type switching es el bloque que conecta (swichea) los calaes
logicos en canals dedicados o canals communes segun las instrucciones del RRC
C/T MUX box;
La function de este bloque es incluir el campo C/T cuando se multiplexa uno o
varios Canales logicos dentro de un canal de trasnporte que puede ser un canal dedicado
de transporte DCH o un canal comun HS-DSCH a travez del flow control . Si se
configure MAC-ehs, C/T MUX a atravez de MAC-ehs no se usa.
LCH MUX box;
Si se configure MAC-ehs, El LCH MUX se incluye en el MAC-d PDU de los
canals logicos que esten relacionados con LCH-ID. Esto es cuando varios o un canal
logico esta mapeado dentro de un flujo MAC-d
Priority setting;
Maneja las prioridades de los canals logicos DCCH / DTCH;
Ciphering y Decipering;
Cifrado y desfifrado segun protocol de MAC-d
DL Scheduling/Priority handling;
en downlink el manejo de las prioridades en el scheduling del canal de transporte
es asigando por el RRC.
Flow Control;
La funcion flow control limita el buffer entre los bloques MAC-c/sh/m y MAC-d
para evitar descarte y retrasmision de mensajes de señalizacion
A MAC-d usa canales comunes a parte del H-DSCH que se conectan a MAC-c/sh/m y
esto maneja los scheduling de los canales comunes DL (FACH) que son asignados a
cada UE según la prioridad
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Cuando MAC-d usa HS-DSCH esta conectado al MAC-c/sh/m y también al bloque
MAC-hs/ehs que esta en el Node B.
En caso de que MAC-d use E-DCH (Uplink) estara coenctado a MAC-es o MAC-is que
manejan el reordenaminto y la combiancion de los datos recibidos de los diferentes
nodos B. MAC-es o MAC-is indican el canal lógico por donde los datos deben fluir y
esto le permite a MAC-d enrutarlo apropiadamente.
MAC-d es responsable de mapear los canales lógicos dedicados en los canales
dedicados de trasporte DCH o enrutar los datos de DCCH o DTCH a los bloques MACc/sh/m o MAC-hs/ehs para el armado de los canales comunes de transporte.
Un canal lógico dedicado pude ser mapeado simultaneamente en un DCH y un HSDSCH.
MAC hs/ehs
MAC-d flows
MAC-hs
Scheduling/Priority handling
Priority Queue
distribution
Priority
Queue
Priority
Queue
Priority Queue
distribution
Priority
Queue
Priority
Queue
MAC – Control
HARQ entity
TFRC selection
Associated Uplink
Signalling
HS-DSCH
Associated Downlink
Signalling
Hay un bloque MAC-hs en el UTRAN para cada Celda que soporta HS-DSCH .
MAC-hs Es responsable de manejar la transmicion del HS-DSCH cuando es
configurado por la capa superior. Ademas cuando es configurado por la capa superior es
responsable de manejar los recursos físicos de HSDPA.
Estos bloques son los que funcionan dentro de esta capa
Flow Control:
Es provisto por MAC-d para evitar congestion y latencia de mensajes de selaizacion.
Scheduling/Priority Handling:
Esta function maneja los recursos de HS-DSCH entre los HARQ y el flujo de datos
segun sus prioridades . Para esto el RRC se basa en el status report del canal de
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señalizacion uplink asociado. Segun este ultimo se determian la nueva transmicion o
restransmicion.
Todo esto determina la seciencia de cola y la TSN (Transport secuence number)
por cada MAC-hs PDU.
Como vemos en la figura se encolan mensajes por grupos de usuarios segun sus
prioridades y condiciones (Potencia, Señal/Ruido, Timing advance) y luego se
determina la secuencia de envio los mensajes de esta colas
- HARQ:
Una entidad HARQ maneja la funcionalidad hybrid ARQ para un usuario. Una
entidad HARQ es capaz soportar multiples instancias (HARQ process) de stop y
espera del protocoloHARQ. Hay un HARQ process por HS-DSCH TTI.
- TFRC selection:
Este bloque selecciona el apropiado formato de transferencia y los rcursos para los
datos que deben ser transmitidos en HS-DSCH.
Los link de selalizacion asociados (associated signalling) que se muestarn en la figura
nos muestar el intercamibio de mensajes entre capa 1 y 2.
Aquí tenemos un esquema cuando contamos con mas de una portadora
MAC-d flows
MAC-hs
Scheduling/Priority handling
Priority Queue
distribution
Priority
Queue
Priority Queue
distribution
Priority
Queue
Priority
Queue
HARQ entity(Carrier 1)
HS-DSCH
MAC – Control
HARQ entity (Carrier n)
TFRC selection
Associated Uplink
Signalling
Priority
Queue
TFRC selection
Associated Downlink
Signalling
Associated Uplink
Signalling
HS-DSCH
Associated Downlink
Signalling
MAC-ehs
Este bloque es igual al anterior con la diferencia que pude soportar mas de un canal de
transporte HS-DSCH de otras celdas del mismo Node-B y soporta el mapeo de canales
lógicos de control dentro de HS-DSCH por eso es que tiene conexión con el bloque
MAC-c
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MAC-d flows/
MAC-c flows
MAC-ehs
Scheduling/Priority handling
Priority Queue
distribution
Priority
Queue
Priority
Queue
Priority
Queue
MAC – Control
Segment
ation
Segment
ation
Segment
ation
Priority Queue MUX
…
HARQ entity
HARQ entity
TFRC selection
TFRC selection
Associated
Uplink
Signalling
HS-DSCH
Associated
Downlink
Signalling
Associated
Uplink
Signalling
HS-DSCH
Associated
Downlink
Signalling
Funciona de la misma forma establece prioridades multilexa, tiene la funcionalidad
HARQ con su protocolo que genera el ACK o NAKC en señalización, genera formatos
de transferencia según los recursos físicos y agrega una segmentación de paquetes.
MAC es/is
MAC-es
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To MAC-d
MAC-es
Disassembly
Disassembly
Disassembly
Reordering/
Combining
Reordering/
Combining
Reordering/
Combining
Reordering Queue
Distribution
MAC-d flow #1
From
MAC-e in
NodeB #1
MAC – Control
Reordering Queue
Distribution
MAC-d flow #n
From
MAC-e in
NodeB #k
Este bloque maneja las conexiones up link desde el RNC. Hay un bloque MAC-es por
usuario en el RNC que a su vex esta conectado con el bloque MAC-e del Node-B.
Cuando lo indica la capa superior este bloque maneja las funciones de canales de
trasnporte E-DCH que no son cubiertas por el bloque MAC-e.
MAC-es consta de
-
-
-
-
Reordering Queue Distribution:
Ordena la cola de paquetes que entregara al bloque MAC-d según la
configuración que indique el mismo que es del RNC.
Reordering:
Ordena según la secuencia proveniente del transporte entre l Node - b y el RNC.
Reordena paquetes que llegan fuera de orden. Hay un proceso de
reordenamiento por cada canal lógico.
Macro diversity selection (FDD only), Macro diversidad:
Esta es la funcion principal de este bloque en caso de softh handover con
multiples Nodes-b o softh combining con todas las celdas que están en un nodeB. Por este motivo este bloque, que esta asociado a un UE, tiene colas de
reordenamiento porque puede recibir multiples paquetes de multiples nodos-B o
celdas provenintes de un Ue. Reordering Queue Distribution recibe todos los
flujos MAC-d desde todos los Node-Bs, y hay un bloque MAC-es por UE.
Disassembly:
Remeueve el encabezaminto MAC-es y entrega el paquete a MAC-d
MAC-is
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Este bloque es similar a MAC-es con la diferencia que también maneja canales
lógicos de control DCCH y CCCH a travez del canal de transporte E-DCH en uplink.
Hay un bloque MAC-i en el RNC para cada usuario conectado.
Para una transmicion de CCCH en CELL_FACH hay un Bolque MAC-is para cada
Recurso E-DCH.
En esta figura tenes el bloque para un usuario conectado
To MAC-d
MAC-is
Reassembly
Reassembly
Reassembly
MAC – Control
Disassembly
Disassembly
Disassembly
Reordering/
Combining
Reordering/
Combining
Reordering/
Combining
Reordering Queue
Distribution
MAC-d flow #1
From
MAC-i in
NodeB #1
Reordering Queue
Distribution
MAC-d flow #n
From
MAC-i in
NodeB #k
Y para Transmicion de CCCH
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To MAC-c
MAC-is
CRC Error
Detection
Reassembly
MAC – Control
Disassembly
Reordering/
Combining
Reordering Queue
Distribution
From
MAC-i in
the NodeB
En esta opción la conccion es con la capa MAC-c. Y suprime el CRC.
MAC e/i
MAC-e
Figura capa MAC.
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MAC-d Flows
MAC-e
MAC – Control
E-DCH
Scheduling
E-DCH
Control
De-multiplexing
HARQ entity
Associated Scheduling
Downlink Signalling
(E-AGCH / E-RGCH(s))
Associated
E-TFC
Uplink
Signalling
(E-DPCCH)
Associated
ACK/NACK
Downlink
Signalling
(E-HICH)
E-DCH
Hay un MAC-e por ususario en el Node-B y un E-DCH scheduler en el Node –B
Cuando se configura en la capa superior ambos E-DCH y MAC-e manejan HSUPA.
En este caso tenemos dos funciones distintas E-DCH scheduler y MAC-e.
EDCH-Scheduler
tiene los siguiente bloques uno por Node-B
-
-
E-DCH Scheduling:
Esta funcion maneja los recurso E-DCHs de la celda entre los distintos UE. Este
recurso conecta en el tiempo los bloques MAC-e con los recusos disponibel EDCH que la celda tenga disponble en ese momento según la capa física (figura.
E-DCH Control:
E-DCH control recibe y controla el esquema de Scheduling Grants.
MAC-e uno por Usuario tiene los siguientes bloques
-
-
De-multiplexing:
Esta funcion demultiplexa los paquetes y los envia al bloque MAC-es y este lo
envía al MAC-d flow.
HARQ:
Soporta el protocolo HARQ y envía señales ACKs or NACKs indicando el
estado del E-DCH.
Las conexiones de señalización que muestra la figura son los mensajes que se
intercambian la capa 1 y 2.
MAC-i
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Esta configuración es similar a MAC-e con la diferencia que maneja mensajes de
señalización a travez de E-DCH por lo cual hay una bloque MAC-i por usuario en el
Node-B y un bloque MAC-i por E-DCH. Este bloque en el Node-B esta conectado al
bloque MAC-is en el RNC.
MAC-d Flows or
UL Common MAC flow
MAC-i
MAC – Control
E-DCH Scheduling
E-DCH Control
De-multiplexing
Read UE id
HARQ entity
Associated
Uplink
Signalling
Associated
Downlink
Signalling
Esquema de canales Lado UTRAN
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E-DCH
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Associated
MAC
Functions
Uplink
(Rx)
Logical
Ch
Trans
port
Ch
CCCH
CCCH
RACH
EDCH
RACH
DCH
RACH
DCH
RACH
USCH
USCH
USCH
EDCH
EDCH
BCH
FACH
HSDSCH
PCH
HSDSCH
FACH
HSDSCH
FACH
FACH
FACH
FACH
FACH
FACH
DSCH
DCH
HSDSCH
FACH
DSCH
DCH
HSDSCH
FACH
DSCH
DCCH
DCCH
DTCH
DTCH
SHCCH
SHCCH
DTCH
DCCH
DTCH
DCCH
BCCH
BCCH
BCCH
PCCH
PCCH
CCCH
CCCH
Downlink
(Tx)
CTCH
MCCH
MSCH
MTCH
CTCH
DCCH
DCCH
DCCH
DCCH
DTCH
DTCH
DTCH
DTCH
SHCCH
SHCCH
TF
Sele
ctio
n
40
Priority
handling
between
UEs
Priority
handling
(one UE)
Sche
dulin
g
Identific
ation of
UEs or
MBMS
services
Mux/
Demux
on
common
transport
channels
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Mux/
Demux on
dedicated
transport
channels
HARQ
supp
ort
Segm
entati
on
CRC
detect
ion
X
X
X
X
X
X
X
(1)
X
X
(1)
X
X
(1)
X
X
X
X
X
X
X
X
X
(1)
X
X
X
X
(1)
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
(2)
X
X
X
X
(2)
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Esquema de canales lado UE
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X
2014
X
X
www.technored.com.ar
Associated
MAC
Functions
Uplink
(Tx)
Logical
Ch
Transp
ort Ch
CCCH
CCCH
DCCH
DCCH
DTCH
DTCH
SHCCH
SHCCH
DCCH
DTCH
DCCH
DTCH
BCCH
BCCH
BCCH
RACH
E-DCH
RACH
DCH
RACH
DCH
RACH
USCH
USCH
USCH
E-DCH
E-DCH
BCH
FACH
HSDSCH
PCH
HSDSCH
FACH
HSDSCH
FACH
FACH
FACH
FACH
FACH
DSCH
DCH
HSDSCH
FACH
DSCH
DCH
HSDSCH
FACH
DSCH
PCCH
PCCH
CCCH
CCCH
Downlink
(Rx)
CTCH
MCCH
MSCH
MTCH
DCCH
DCCH
DCCH
DCCH
DTCH
DTCH
DTCH
DTCH
SHCCH
SHCCH
TF
Selectio
n
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
41
Priority
handling
(one UE)
Identifi
cation
X
X
X
X
Mux/Demux
on common
transport
channels
X
X
X
X
X
X
Mux/Demux
on
dedicated
transport
channels
HARQ
suppor
t
Segme
ntation
CRC
attech
ment
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Capa 1 Capa física UE - UTRAN
La capa 1 recibe los canales de transporte de la capa 2 y los mapea con los canales
físicos que son los que se transmiten a travez de la interfaz de aire. En la figura vemos
los mapeos de canales de transporte en canales físicos.
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42
La capa física Ue UTRAN tiene 5 fases o sub capas fuindamentales que son:
-Procesamiento de señal (Codificación de detección de errores, Interleaving, rate
matching)
- Modulación en fase y amplitud (I-Q) PSK, QAM
-Spreading y canalización
-Scrambling código de envoltura
-Modulacion en portadora I y Q
Todo este proceso es el que envía los datos en up link y en down link a traves de la
interfaz de aire.
Procesamiento de señal
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43
Atach CRC
La primera etapa en la capa física es la isncercion del CRC (Ciclyc Redundancy Code)
que permite la detección de información errónea a partir de la insecion de un código que
es una palabra adicional en cada bloque que el receptor conoce. Con esto el receptor
puede validar la información en cada bloque.
Codificación
En la segunda etapa es la codificación que permite la corrección de bit erroneos en
recepción a tarvez de la codificación. Este proceso conciste en el aumento de bits de un
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44
bloque de n-bits. O sea se aumenta el flujo (Entropia de la información) en pos de
detactar bits erróneos y poder corregirlos.
Este proceso tiene toda una teoría que no desarrollaremoas aquí y se puden dar
referencias para estudiarla. Simplemente explicaremos en pocas palabras como funciona
esto. El bloque parte en palabras de un determinado largo de bits por ejemplo n. Luego
se agregan bits que se llaman de paridad y son referencia de los bits de la palabra a
codificar. Esta referencia es una combinación que depende del método de codificaion y
la cantidad de bits que se agregan en la palabra (flujo de información). Es obvio y
deducible que cuanto mas bits agreguemos mas eficiente será la corrección y detección
de errores pero esto es en desmedro del consumo de recursos de transmición.
Un sistema de codificaion eficiente es aquel que corrige errores de transmicion sin
aumentar mucho el flujo de información o sea mas bits en el bloque codificado.
Hay distintos metodos para esto la tecnología 3G utiliza dos
Convolucional code
Turbo Code
Ambos se usan segun esta tabla.
Type of TrCH
BCH
PCH
RACH
DCH, FACH
Coding scheme
Convolutional coding
Turbo coding
Coding rate
1/2
1/3, 1/2
1/3
Rate matching (Adaptacion de rate kb/s)
Este bloque adapta el rate (kbit/seg) para la multiplexacion según la cantidad de bloques
a multiplexar y la capacidad de los recursos físicos de transmision que el sistema
disponga en ese momento. O sea de un lado tengo una cantidad determinada de bloques
de codificación que tengo que multiplexar y de el otro lado una cabtidad de recursos
comprometidos (canales físicos) que me garantizan un rate (kbit/s) de transmisión este
bloque adapta las dos cosas obviamente no se pude adapatan mas bloques de
codificación de lo que pueda soportar los recorsos físicos que tenga comprometido esta
seleccion y calculo la hace el RRC. (FIGURA)
Interleaving (Entrelazado)
La figura muestra esta operación donde se genera una matriz con los bits entrantes y a la
salida se genera la información con el intercambio entre columnas. Esto permite separar
los bits erróneos que se producen en burst (una cantidad seguida de bits erroneos) y
meterlos en distintas palabras de codificación separadas para que luego el decodificador
corrija los mismos.
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45
Multiplexacion
Este bloques genera una única trama con los bloques provenintes de los codficadores ya
adaptados en rate. (ver figura)
Segmenteacion de canales físicos
Este bloque separa la trama proveninte del multiplexor en n tramas cada una será un
canal físico.
Segundo interleaving y Modulacion I Q en dos dimensiones.
En esta etapa cada canal fisco pasa por un segundo bloque de interleving (entrelazado) y
luego según el esquema de modulación la matriz tendrá determinada cantidad de
columans según los niveles que se requieran en las dos dimensiones.
QPSK Niveles por dimensión esto es 2 bit dos columnas de salida
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46
Q
D/A
t
REGISTRO
t
D/A
16QAM 4 niveles por dimensión esto significan 16 Niveles en dos dimensiones
S2
D/A
t
t
D/A
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47
La modulación en dos dimensiones permite un diagrama en el cual se tiene dos recursos
para transportar la información la fase (Angulo) y la amplitud.
Q
FASE
I
AMPLITUD
Estas señales digitales de variación de amplitud I Q son moduladas por la portadora y
una versión de la misma desfasada a 90 esto genera una señal modulada en fase y
amplitud como vemos en las figuras
Q
x
D/A
Q
F PORTADORA
+
I
90°
I
D/A
x
Y para 16 QAM
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48
Q
x
D/A
Q
F PORTADORA
+
I
90°
I
D/A
x
Vemos la forma de onda de PSK
01
00
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11
10
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49
Y de QAM vemos solamente un cuadrante los demás son deducibles adelantado la
forma 90, 180 y 270 grados
Q
I
Este tipo de modulación ofrece buenas prestaciones de tasa de bits por segundo vs S/N.
Los canales digitales físicos se modula en dos dimensiones según el formato de
modulación pero antes de llegar a la modulación de portadora pasan a su vez por dos
etapas más las mismas son spreading y Scrambling.
Spreading y canalización
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50
En esta etapa a cada canal físico que ya paso por la modulación I Q se lo modula o
multiplica por un código de canalización.
Los códigos de canalización son señales o trenes de pulsos que salen como resultado de
un árbol de códigos y tiene la particularidad de ser ortogonales entre si.
Ortogonalidad significa que la multiplicación entre estas dos señales y su posterior
integración da una señal nula.
Esta particularidad nos permite un recurso de multiplexacion entre los canales físicos
que vamos a explicar en forma muy simple.
El proceso de spreading es desparramar la señal en el espectro esto es aumentar su
ancho de banda en frecuencia mediante la multiplicación de un señal binaria o cuadrada
cuyo ancho de pulso T es mucho menor a el ancho de pulso de esta señal en este caso
pasa lo que vemos en la figura.
Esta señal binaria que es spreading pude ser un código de canalizacion ortogonal a un
grupo de códigos ortogonales entre si. Por lo cual la multiplicación de un conjunto de
señales por un conjunto de códigos ortogonales entre si nos permitirá multiplexar las
mismas ya que la suma de estas señales después del spreading se puede transmitir por
un canal de comunicaciones y luego el receptor puede recuperar cada una de las mismas
con el código con el cual se hizo el spreading de a cada señal. Ver figura
Los procesos de spreading pueden multiplicar por 2 x 3… por lo que sea el ancho de
banda en frecuencia de la señal original. Cuanto mas multipliquemos el ancho de banda
de la señal original menos relación señal ruido necesitremos para transportar esta señal
en un canal ruidos teniendo en cuenta la ecuación de Shanon.
𝑆
Capacidad de canal digital (bit/seg) = 𝐵 ∗ log10 (1 + )
𝑁
Como vemos un aumento del ancho de banda nos permite un considerable baja en la
relacionseñal ruido ya que esta ponderada por un logaritmo. Este es la principal utilidad
de este fenómeno. Cuando dispongo de ancho de banda puedo bajar la potencia de
transmisión en forma considerable. Este método es el que se usa en los radios enlaces
denominados spread spectrum. Pero en este caso no solamentese utiliza este metdo para
una transmicion con baja relación S/N. tambie se lo utiliza como método de
multiplexacion.
Si vemos como se recupera una señal que paso por un proceso de spreading vemos que
se debe multiplicar mudular por la misma señal o código que genero el spreading y
luego anteponer un integrador que es en frecuencia un filtro pasa bajos. El integrador no
hace mas que sumar las muestars que toma genera el código por la señal proveninte del
canal y sumar estas muestars durante un periodo. Como muestra la figura
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51
Codigos ortogonales
Estos códigos como dijimos antes tiene la particularidad que la multiplicación entre si y
su posterior integración da 0 en el tiempo.
Los códigos ortogomaes se crean a partir de una matriz llamada matriz de Hadmmard
Que se arma de la siguiente forma
1 1
1 1
1 − 1 1 − 1
1 1
….. Hk Hk - 1 Hk - 1
,H
H1=1, H2=
4
Hk - 1 - Hk - 1
1 1 − 1 − 1
1 −1
1 − 1 − 1 1
Esta matriz tiene la particularidad de que sus filas y columnas son ortogonales. Un
derivado de esta matriz genera un método de generación de códigos ortogonales que se
llama árbol de códigos y se pude construir de esta manera.
Cch,1,0 = 1 ,
Cch, 2, 0 Cch,1, 0
=
C
,
2
,
1
ch
Cch,1, 0
Cch,1, 0 1 1
=
− Cch,1, 0 1 − 1
C ch , 2 ( n+1), 0 C ch , 2n , 0
C
C
ch , 2 ( n +1 ),1
ch , 2n , 0
C ch , 2 ( n+1), 2 C ch , 2n ,1
C ch , 2 ( n+1), 3 = C ch , 2n ,1
:
:
C ch , 2 ( n+1), 2 ( n+1)−2 C ch , 2n , 2n −1
C ( n+1) ( n+1) C n n
ch , 2 , 2 −1 ch , 2 , 2 −1
Con esto podemos construir el árbol de códigos:
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− C ch , 2n ,1
:
C ch , 2n , 2n −1
− C ch , 2n , 2n −1
C ch , 2n , 0
− C ch , 2n , 0
C ch , 2n ,1
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52
Cch,4,0 =(1,1,1,1)
Cch,2,0 = (1,1)
Cch,4,1 = (1,1,-1,-1)
Cch,1,0 = (1)
Cch,4,2 = (1,-1,1,-1)
Cch,2,1 = (1,-1)
Cch,4,3 = (1,-1,-1,1)
SF = 1
SF = 2
SF = 4
Para explicarlo mas sencillo la matriz de códigos de cada spreading factor se genera
haciendo dos filas mas de cada una de las filas de la matriz del Spreading factor anterior
Con la siguiente regla, siempre la primer fila que se genere es una repetición de la fila
anterior es decir dos veces consecutivas la fila anterior.
La segunda fila de la misma rama una secuenca de la fila anterior y la misma fila pero
multiplicada por -1. Como vemos en la figura anterior
CCH,4,0=(CCH,2,0, CCH,2,0)
CCH,4,1=(CCH,2,0, - CCH,2,0)
Se puede entender así cada ramificación de una fila de una matriz de un determidado
sprading factor genra otra matriz cuadrada con la propiedad de la matriz de hadmart que
vimos antes.
C
CCH,2,0 → ch 2, 2, 0
C ch 2, 2, 0
C ch 2, 2, 0
− C ch 2, 2, 0
Donde n es lo que se llama spreading factor de esta matriz podemos construir el árbol de
códigos.
Notar que el spreading factor es la cantidad de dígitos que tiene el código en cada
periodo o sea es lo que tarda en dar la vuelta.
Este árbol tiene la propiedad que si se ocupa un código de este árbol con determinado
Spreading factor se comprometen los códigos de las mismas ramas y spreading factors
supèriores. Esto es porque los códigos de una misma rama no son ortogonales entre si
figura.
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53
SF=16
SF=32
SF=64
SF=128
SF=256
SF=512
Como vimos el spreading factor es el periodo en el tiempo donde se repiten las
secuencias de 1 y -1 que tiene el código este periodo tiene que ser menor al ancho del
pulso de la señal que queremos ensanchar. Esto nos hace ver que cuanto menor es el
spreading factor menor será el periodo de decisión del código y por tanto menor será el
ancho de pulso de la señal que queremos codificar y esto significa que a menor
spreading factor mayor será la tasa de simbolos por segundo que tenga la señal que
codifiquemos. Tener en cuenta que utilizar códigos de spreading factor bajos nos
compromete todos los códigos de spreading factor superiores que estén en la misma
rama como muestra la figura.
En esta intancia el sistema determina la capacidad del canal físico según el spreading
factor de los códigos que dispone y el esquema de modulación que le permite la
potencia disponible y la relacion señal ruido del canal.
El RRC maneja dinamicamente la asignación de estas recursos y permite la asignación
de canales físicos de mayor o menor capacidad de transferencia según el SF del código
que se usa.
Vemos en el siguiente ejemplo una señal con diferentes amplitudes de pulso similar a
una de las dimenciones I Q vamos a ver dos señales de este tipo multiplicados por dos
códigos ortogonales y veremos como se recuperan cada una de ellas.
Supongamos que tenemos dos señales digitales S1 y S2 modualdas en amplitud con dos
niveles y un perido 8T
Seleccionamos del árbol de códigos dos códigos de SF=8
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54
8T
SF=1
SF=2
SF=4
8T
SF=8
1,1,1,1,1,1,1,1
1,1,1,1
1,1,1,1,-1,-1,-1,-1
1,1
1,1,-1,-1.1,1,-1-1
1,1,-1,-1
1,1,-1,-1.-1,-1,1,1
1
1,-1,1,-1,1,-1,1,-1
1,-1,1,-1
1,-1,1,-1,-1,1,-1,1
1,-1
1,-1,-1,1,1,-1,-1,1
1,-1,-1,1
1,-1,-1,1,-1,1,1,-1
Seleccionamos Codigo de SF=8 Numero 3 y Numero 5
8T
SF=1
SF=2
SF=4
8T
SF=8
1,1,1,1,1,1,1,1
1,1,1,1
1,1,1,1,-1,-1,-1,-1
1,1
1,1,-1,-1.1,1,-1-1
1,1,-1,-1
1,1,-1,-1.-1,-1,1,1
1
1,-1,1,-1,1,-1,1,-1
1,-1,1,-1
1,-1,1,-1,-1,1,-1,1
1,-1
1,-1,-1,1,1,-1,-1,1
1,-1,-1,1
1,-1,-1,1,-1,1,1,-1
Multiplicamos (modulación) las señal S1 por el Codigo C1 y la señal S2 por el código
C2. Luego las sumamos para enviarlas por un mismo canal analógico.
En la fase de recepción multiplicamos la señal recibida por cada uno de los códigos y
luego hacemos la sumatoria de las muestras en cada periodo de 8T (SF=8). Esto permite
recuperara cada una de las señales
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55
S1
S1
+
X
f
f
∑
X
f
8T
f
C1
f
C1
S2
S2
X
f
f
f
C2
C2
Ahora vemos en detalle
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∑
X
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8T
f
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56
S2
t
C2
t
C2XS2
t
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57
C1XS1
C2XS2
C1XS1+
C2XS2
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58
C1XS1+
C2XS2
C1
C1X(C1
XS1+C2
XS2)
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59
C1X(C1
XS1+C2
XS2)
∑
8T
A la salida del integrador o sumador tenemos sobre el final de cada periodo 8T un valor
proporcional al valor de la señal original en todo el periodo
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60
S1
t
Lo mismo para la otra señal S2
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C2X(C1
XS1+C2
XS2)
∑
8T
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62
S2
t
Este método permite recuperar señales digitales con códigos ortogonales tengamos en
cuenta que para que estos se cumpla las señales debe estar sincronizadas.
Este ejemplo se puede extender a más señales con otros códigos ortogonales entre sí:
S1
S1
X
+
f
f
∑
X
f
f
C1
f
C1
S2
S2
X
f
∑
X
f
f
f
C2
C2
Sn
Sn
∑
X
X
f
f
f
C2
C2
Etapa de Spreading
La etapa de spreading esta inmediatamente después de la modulación en dos dimensión
IQ.
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63
Q
x
D/A
x
F PORTADORA
CODIGO DE
CANALIZACION
SF
SCRAMBLING
+
90°
I
D/A
x
x
Y en recepción el esquema es
Q
∑
A/D
x
x
F PORTADORA
CODIGO DE
CANALIZACION
SF
SCRAMBLING
90°
I
A/D
∑
x
x
Adaptacion I Q
Como resultado del procesamiento de los canales físicos obtenemos por cada uno de
ellos una salida en dos dimensiones como muestra la figura I Q.
Todas estas salidas se suman y forman una única entrada de dimensiones I Q a la última
etapa de transmisión de la capa fisca que será la etapa de scrambling y modulación de
portadora.
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De esta forma se agrupan los canales físicos por celda es decir se suman las salidas IQ
de los canales físicos que serán transmitidos en Down link en una celda y esta salida ira
a la etapa de SCRAMBLING
Q
x
D/A
CODIGO DE
CANALIZACIO
N SF
Q
+
I
D/A
x
SCARMBLING
Q
x
D/A
I
+
CODIGO DE
CANALIZACIO
N SF
I
D/A
x
Y en UL desde el lado RED UTRAN tenemos agrupados los canales físicos
provenientes de un UE desde la etapa de scrambling
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65
Q
Q
∑
A/D
I
x
CODIGO DE
CANALIZACION
SF
SCRAMBLING
I
A/D
∑
x
Q
∑
A/D
x
CODIGO DE
CANALIZACION
SF
I
A/D
∑
x
Scrambling
Es un proceso por el cual se multiplica la entrada I Q por un denominado scrambling
code. Esta función es en up link separa los usuarios UE o sea que en uplink cada UE
tiene su propio scrambling code y en down link separa las celdas o sea cada celda tiene
su scrambling code en downlink.
Los scrambling code son códigos de secuencias pseudo aleatorias o se las denomina
también de pseudo ruido.
La secuencias pseudo aletarias son secuencias binarias que se parecen o se tratan de
aproximar a una secuencia aleatoria en un determinado periodo en el cual repite toda
una serie.
Veremos este tema con la mayor cantidad de conceptos posibles evitando entrar en
desarrollos matemáticos.
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66
Pensemos en una secuencia aleatoria por ejemplo 𝑎𝑎𝑘 que es binaria. Las características
que debe cumplir dicha secuencia es, si es binaria tiene dos valores posibles y los
mismos deben ser igualmente probables para cualquier muestra que tomemos. Si son
igualmente probables entonces voy a tener la misma cantidad de valores de uno o de
otro en toda la secuencia o en cualquier muestra de la misma.
Donde termina una secuencia aleatoria o donde puedo determinar que una secuencia es
aleatoria?. La respuesta es en el infinito dado que esa es la única posibilidad de que la
secuencia que estoy estudiando no de la vuelta, es decir no repita toda la secuencia que
ya vimos en determinado tiempo y se convierta en una secuencia determinística. En
otras palabras una secuencia aleatoria tiene un periodo infintamente largo y los dos
valores posibles tiene una probabilidad uniforme en todo el tiempo, es decir son igual
mente probables en todo momento.
Teniendo en cuenta estos conceptos podemos ver que pasa con al auto correlacion de
una secuencia aleatoria. Sean ak y bk dos secuencias aleatorias con valores binarios entre
(1,-1).
∞
𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎(Ʈ) = �
�a𝑘 ∗ a𝑘+Ʈ �
𝑘=1
Como vemos toma valores infinito para retardo cero y 0 para cualquier desplazamiento
esto es porque la funcion autocorrelación será la suma infinta de valores positivos si el
retardo es 0 y para cualquier retardo será la suma infinta da otra secuancia aleatoria
unifomemente distribuida con lo cual tendrá la mimsma coantidad de de 1 y -1 esto hara
que su valor tienda a cero en infinto.
Siguiendo este análisis si tengo dos variables aleatorias uniformemente distribuidas en
el infinito la cross corraleacion entre estas dos variables aleatorias será:
∞
𝐶𝑎𝑎𝑏𝑏(Ʈ) = ��a𝑘 ∗ b𝑘+Ʈ � = 0
𝑘=1
Esto es porque siendo las dos variables aleatorias binarias (1,-1) con sus valores igual
mente probables la multiplicación entre ambas en con cualquier retardo también será
una secuencia aleatoria con valores binarios igualmente probables. Esto nos dice que
siempre para cantidad de 1 y -1 tendera a ser la misma cuando el tiempo tiende a
infinito.
Con estos conceptos seria muy fácil codificar una señal con un código de secuencia
aleatoria si dispondríamos del infinito esto es:
-
Ancho de banda infinitio
Ancho del pulso del código infinitamente chico
Sincronización entre emisor y receptor con la misma secuencia aleatoria (ver
figura)
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67
En estas condiciones podríamos transferir una señal modulada o codificada con este tipo
de secuencias entre el emisor y el receptor y nada generaría interferencias ni siquiera
una secuencia aleatoria idéntica transmitida desde otro lugar cercano ya que el retardo
entre una y otra haría que la autorroleacion entre ambas de 0. (Ver figura)
Punto de Recepción
∞
=0
Tx
+
∞
=0
Tx
+
∞
Tx
=
∞
Receptor
∞
∞
X
Tiempo
Distancia
En condiciones ideales con ancho de banda tendiendo a infinito y sincronismo entre
emisor y receptor con una secuencia aleatoria puedo codificar una señal y recuperarla
perfectamente, habiendo ruido y señales interfirentes en la misma banda e idénticas
desplazadas en el espacio y el tiempo. Como disponemos del infinito las secuencias son
infinitamente largas y al cantidad de muestras por símbolo de la señal que quiero
codificar son infinitas con lo cual también pueden ser infinitas la cantidad de simbolos
por segundos.
Estas son condiciones ideales que no existen pero nos pueden ayudar a comprender
mejor el funcionamiento de la codificación con secuencias pesudo aleatorias sin entrar
en desarrollos matemáticos muy extensos.
Las condiciones ideales no las tenemos por lo que lo que se pretende es aproximarnos a
ellas. Para ello se utilizan secuencias pseudo aleatorias o de pseudo ruido (pseudo
noise).
Secuencias pseudoaleatorias
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Estas secuencias tiene propiedades estadísticas que las asemejan al las aleatorias. Las
mismas consisten en una secuencias binaria de (1, 0) o (1,-1) que tiene propiedades de
autocrorrelacion en su periodo que se asemeja a las secuencias aleatorias determinado
periodo donde la secuencia se repite. O sea es aleatoria hasta que da la vuelta y se
vuelve a repetir.
Para que estas secuencias nos sean útiles deben tener buenas propiedades de
autocorrelación para arpoximarnos a una secuencia aleatoria como vimos antes.
La propiedades que deben satisfacer se llaman Postulados de Colomb son:
- En cada periodo de la secuencia, la diferencia entre el número de ceros y el número de
unos no debe exceder de uno.
- En cada periodo de la secuencia, la mitad de las subsecuencias de unos tiene longitud
1, una cuarta parte tiene longitud 2, una octava parte tiene longitud 3, etc. En general,
hay 1/2i subsecuencias de longitud i. Lo mismo ocurre con las subsecuencias de ceros.
Pero además, debe haber el mismo número total de subsecuencias de ceros que de unos.
- La función de autocorrelación normalizada de dicha secuencia C(t ) debe ser bivalor.
Esto se puede poner de forma explícita como sigue:
𝑁
𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎(Ʈ) = ��a𝑘 ∗ a𝑘+Ʈ � = �
𝑘=1
𝑁 𝑝𝑎𝑎𝑟𝑎𝑎 Ʈ = 0, 𝑁, 2𝑁 …
−1 𝑝𝑎𝑎𝑟𝑎𝑎 Ʈ ≠ 0, 𝑁, 2𝑁 …
Se presentamos esta ecuación normalizada para el periodo (N) nos queda
𝑁
1
1 𝑝𝑎𝑎𝑟𝑎𝑎 Ʈ = 0, 𝑁, 2𝑁 …
𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎(Ʈ) = ∗ ��a𝑘 ∗ a𝑘+Ʈ � = �
−1/𝑁 𝑝𝑎𝑎𝑟𝑎𝑎 Ʈ ≠ 0, 𝑁, 2𝑁 …
𝑁
𝑘=1
Y se pude ver que para valores altos de N la función autocorrelación tiende a 0
Un método físico para lograr este tipo de secuncias es utilizando filtros de
desplazamientos realimentados llamadas m-secuencias (secuencias máximas) (figura)
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+
+
+
+
+
aL-1
aL-2
aL-3
a2
a1
a0
r(t)L-1
r(t)L-2
r(t)1
r(t)0
r(t)L-3
r(t)2
Los LFSR están constituídos por un conjunto de L etapas o celdas de memoria
interconectadas mediante puertas lógicas OR-exclusivas (EX-OR). Las celdas de
memoria están unidas entre sí, de tal forma que cada pulso de reloj recibido hace
avanzar el contenido de cada una de ellas y la carga en la celda adyacente
correspondiente, en función del sentido de avance elegido. La primera celda se carga
con el valor obtenido del resultado de la operación EX-OR de realimentación, con lo
que queda el sistema con un camino cerrado por esta realimentación, tal como se ve en
la figura.
La justificación para el uso de este tipo de dispositivos está en que son modelables por
una máquina de estados finitos con un número limitado de estados y de entradas, de
forma que, dados un estado y entrada determinados, el nuevo estado de la máquina
quedará completamente determinado. A partir de esto, es posible construir una tabla con
todos los estados posibles o bien un diagrama de estados que muestre, para cada estado
posible, a qué nuevo estado se pasará cuando llegue cada una de las posibles entradas.
Los parámetros que caracterizarán un determinado LFSR serán su longitud (o número
de celdas de memoria) y las celdas que intervendrán en la función lineal de
realimentación .
Veamos la teoría que nos permite describir este tipo de dispositivos. Se considera un
LFSR de L etapas (L se denomina también el orden del LFSR), y se llama ai a los
coeficientes de realimentación, 𝑎𝑎𝑖 Î{0,1} (1 si ha conexión y 0 si no la hay), y sea 𝑟𝑖 el
contenido de las celdas de memoria del registro de desplazamiento ri Î{0,1}, tal como
muestra la figura 𝑟𝑖 (𝑡) es el contenido de la celda ri después del pulso t-ésimo. Se puede
representar la función de realimentación como:
𝑓(𝑡) = 𝑎𝑎0 ∗ 𝑟0 (𝑡) + 𝑎𝑎1 ∗ 𝑟1 (𝑡) + 𝑎𝑎2 ∗ 𝑟2 (𝑡) + ⋯ . 𝑎𝑎𝐿−1 ∗ 𝑟𝐿−1 (𝑡)
Si se asume que a0 = 1, el nuevo bit de salida del LFSR r L -1 (t + 1) dependerá
siempre de r0 (t ). Con ai = 1 se denota una conexión cerrada y con ai = 0 se denota una
conexión abierta.
Un registro de desplazamiento de L celdas produce una secuencia de vectores del
espacio 𝑟0 (𝑡), 𝑟1 (𝑡), 𝑟2 (𝑡). . . 𝑟𝐿−1 (𝑡) (con t = 0, 1, 2,...), y cumplirá las siguientes
relaciones:
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𝑟𝑖 (𝑡 + 1) = 𝑟𝑖 + 𝑟𝑖 (𝑡) i = 0,1, … . L − 2
𝐿−1
𝑟𝐿−1 (𝑡 + 1) = � 𝑎𝑎𝑖 ∗ 𝑟𝑖 (𝑡) t = 0,1, …
𝑖=0
z(𝑡) = 𝑟0 (𝑡) t = 0,1, …
4) z(t ) tiene periodo 2L - 1.
donde z(t) es la con los coeficiente secuencia de salida. Se pueden identificar las
conexiones de realimentación s de un polinomio f(x) en el cual, si existe un término
determinado, consideramos que la celda asociada a él contribuye a la obtención de la
realimentación. A este polinomio se le suele denominar polinomio característico. El
registro de desplazamiento se puede caracterizar mediante este polinomio, que se
expresa como
𝑓(𝑥) = 𝑎𝑎0 + 𝑎𝑎1 𝑥 + 𝑎𝑎2 𝑥 2 + ⋯ 𝑎𝑎𝐿−1 𝑥 𝐿−1
f(x)
+
+
+
+
+
aL-1
aL-2
aL-3
a2
a1
a0
XL-1
1
XL-1
XL-2
XL-1
XL-3
. El hecho de que a0 = 1 garantizará que se aproveche toda la longitud del LFSR a la
hora de hacer la realimentación, mientras que el término xL se corresponde con la
conexión de realimentación. Por tanto, rL-1(t+1) siempre dependerá de r0(t).
El conjunto de todas las secuencias finitas binarias generadas mediante el polinomio
f(x) se llama espacio de soluciones y se denota por W(f), que es un espacio ndimensional sobre los campos de Galois GF(2) en el que se definen las operaciones
multiplicación (×) y suma módulo 2 (XOR). Tener en cuenta esto último, estos
polinomios tiene operaciones lógicas de 1 y 0 y la suma es XOR.
Una cuestión importante que se debe tener en cuenta es que la salida del registro de
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desplazamiento es periódica, lo que quiere decir que cada celda de memoria repetirá su
contenido cada cierto tiempo. Este hecho nos aparta del caso ideal de no periodicidad
para las secuencias verdaderamente aleatorias, ya que se limita el número de estados
diferentes del LFSR y que dependerá, además, de cuál sea su número de celdas (su
orden), de su estado inicial y de las conexiones del polinomio de realimentación.
Para un registro de desplazamiento con realimentación lineal, si f(x) tiene grado L y es
primitivo, el periodo de cualquier secuencia no nula será P = 2L-1, es decir, tendrá la
máxima longitud. Un polinomio primitivo de grado L será un polinomio irreducible
sobre el cuerpo finito GF(2) que, cuando se utilice para producir la realimentación de un
registro de desplazamiento de L celdas, haga que la salida de éste tenga periodo máximo
2L-1.
Esto implica que el registro de desplazamiento recorrerá 2L-1 estados no nulos antes de
repetirse.
El hecho de que sean 2L-1 estados y no 2L se debe a que el estado inicial todo ceros
debe evitarse siempre, ya que llevaría al LFSR a generar continuadamente la secuencia
cero.
A las secuencias obtenidas por LFSR con polinomio de realimentación primitivo se las
llama m secuencias o secuencias máximas, debido a que cumplen a la perfección las tres
condiciones que vimos antes para secuencias psudoaleatorias. En la elección del
polinomio característico, además de ser primitivo para tener máximo periodo,
deberemos intentar que tenga el mínimo número posible de conexiones para que el
dispositivo obtenido sea lo más rápido y económico posible.
Tal como se ha visto antes, las operaciones que se pueden realizar con los polinomios
que se emplean para representar las funciones de realimentación de los LFSR se definen
sobre campos de Galois . A continuación se describirán este tipo de estructuras…..
El caso más importante para nosotros será el campo GF(2), en el cual el conjunto F se
reduce a dos elementos, cero y uno. En este campo, las reglas de suma y multiplicación
se basan en la aritmética módulo 2 (xor). Por tanto, en GF(2), cero y uno serán los
dígitos binarios.
En el caso general GF(q), un polinomio con variable x se puede expresar como: A(x) =
a0 + a1x +... + anxn, donde n es un entero no negativo, y los coeficientes ai para 0 £ i £
n serán elementos de GF(q), an será el coeficiente de mayor grado, y a0 será el
coeficiente constante.
El polinomio cuyos coeficientes son todo ceros es el polinomio nulo y su grado será -¥
por convenio. Además, los polinomios de grados menores o iguales que cero se llaman
polinomios constantes.
También sobre los polinomios sobre GF(q) se pueden definir las operaciones suma y
producto. Si A(x) y B(x) son dos polinomios de grados n y m respectivamente (con n m)
sobre GF(q), se define la suma poli nómica como:
n
A(x)+B(x)= �(ai ⊕bi )*𝑥 𝑖
i=1
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que consiste en la suma, módulo 2, de los coeficientes del mismo orden de cada uno de
los polinomios, siendo ai y bi los coeficientes de los polinomios A(x) y B(x)
respectivamente.
Análogamente, se puede definir la multiplicación como:
n+m
A(x)*B(x)= �(ck )*𝑥 𝑘
𝑛+𝑚
k=1
𝐶𝐾 = � ai ∗ bj
𝑘=𝑖+𝑗
0≤𝑖≤𝑛
0≤𝑗≤𝑚
Estas operaciones difieren, de las operaciones comunes en la suma de polinomios donde
la suma de sus índices es de modulo dos esto es la principal diferencia del campo de
Galois con las operaciones normales y también que es binario
Entonces, el conjunto de todos los polinomios de grado finito sobre GF(q) con las
operaciones suma y multiplicación poli nómicas
Para que la secuencia sea pseudo aleatoria (o sea que cumpla las propiedades
mencionadas anteriormente) y sea máxima (periodo 2n-1) el conjunto de realimetación
debe ser un polinomio primitivo del campo de galois. Se puede ver mas en detalle esta
teoría en este texto solamente la tomamaos como una herramienta.
Polinomio característico primitivo
Se ha visto que para que la secuencia producida por un LFSR sea de longitud máxima,
es decir, 2L-1 si el LFSR tiene L celdas, el polinomio de realimentación debía ser
primitivo. Veamos en qué consiste la primitividad de polinomios, pero para ello se
definirá en primer lugar qué es un polinomio irreducible.
Se definen los polinomios irreducibles sobre un campo como los polinomios que no
pueden ser separados en factores de grado positivo sobre dicho campo, es decir, si no es
posible factorizarlos. La irreductibilidad de polinomios es, pues, una propiedad análoga
a la primitividad de los enteros.
Ya se ha visto en el apartado anterior que no todas las conexiones de realimentación de
un LFSR llevan a secuencias de salida de periodo máximo. Para la realización práctica
de la mayoría de sistemas, interesará que la longitud de la secuencia del LFSR sea la
máxima posible, circunstancia que se dará tan sólo cuando el polinomio de
realimentación, además de ser irreducible, sea primitivo. Veamos la
definición de polinomio primitivo:
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Si un polinomio irreducible 𝑓(𝑥) = 𝑥 𝑚 +.... divide a 𝑓(𝑥) = 𝑥 𝑣 + 1 con v = 2m-1, y no
divide a 𝑓(𝑥) = 𝑥 𝑣 + 1, con v < 2m-1, entonces se puede generar todo el cuerpo a partir
de él, y se le llama polinomio primitivo.
Así pues, una vez comprobado que un polinomio de grado L sobre GF(2) es irreducible,
deberemos comprobar además que la secuencia de salida del LFSR es de longitud
máxima para garantizar que el polinomio es primitivo .
En la práctica se recurre directamente a polinomios primitivos que se pueden encontrar
en tablas.
Es de gran interés determinar el número de polinomios de realimentación primitivos de
los que se puede disponer para cada orden L. Para ello, se puede usar la función de
Euler pero no la desarrollaremos aquí.
Nº de celdas (L)
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Longitud de secuencia (2L- Nº Polinomios primitivos
1)
7
2
15
2
31
6
63
6
127
18
255
16
511
48
1023
60
2047
176
Propiedades de las m-secuencias
Las secuencias obtenidas mediante LFSR con polinomios primitivos presentan una serie
de propiedades que las caracterizan y las hacen particularmente interesantes:
1) El periodo de las m-secuencias obtenidas por un LFSR de L celdas es de 2L-1.
2) En cada periodo de la m-secuencia hay 2L-1 unos y 2L-1-1 ceros.
3) En cada periodo hay 2L-k copias de cada estructura de k bits, excepto para la de k
ceros, de la cual hay 2L-k-1 copias, con k £ L.
Estas propiedades, junto con su facilidad de obtención hacen que los LFSR sean muy
interesantes para obtener secuencias pseudoaleatorias. Para ver si una secuencia es
semejante a la que obtendríamos al lanzar monedas al aire debemos comprobar si cada
bit de nuestra secuencia tiene información dependiente de otros bits de la secuencia.
Una medida interesante de este tipo de dependencia es la que nos da la
función de autocorrelación de la secuencia. En el caso de m-secuencias de periodo P =
2L-1, la autocorrelación fuera de fase es constante y de valor -1/P, tal como establecía el
tercer postulado de Golomb. Por tanto, las m-secuencias satisfacen bastante bien las
propiedades de aleatoriedad, pero siempre hasta cierto grado debido a su longitud finita,
por lo que la autocorrelación (y por tanto la dependencia entre bits) no llega a ser cero.
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Punto de Recepción
T
T
T
~0
T
Tx
+
T
T
~0
Tx
+ T
T
T
=N
Tx
=
T
T
~N
Receptor
T
X
Tiempo
Distancia
Correlación cruzada
Supongamos que tenemos dos m-secuencias pseudo aleatorias producto de la
realimentación con polinomio primitivos de dos registros de desplazamientos,
𝑎𝑎𝑘 𝑦 𝑏𝑏𝑘
Como vimos la correlacion cruzado o cros correlacion entre ambas es
∞
𝐶𝑎𝑎𝑏𝑏(Ʈ) = ��a𝑘 ∗ b𝑘+Ʈ �
𝑘=1
Hasta aquí vimos las propiedades de auto correlación de las secuencias pseudoaleatorias
y no nos ocupamos de las propiedades de correlación cruzada o cros correlación. Se
pude ver fácilmente que no todas las m-secuencias pseudo aleatorias que cumplen con
las propiedades de auto correlación que mencionaremos antes tienen buenos valores de
correlación cruzada entre pares de secuencias o sea dicho valore no esta acotado.
Existen un conjuntos de m-secuencias pseudo aleatorias que se denominan secuencias
preferenciales que tiene tres valores posible de correlacion cruzada. Estos tres valores
son:
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-1, -t(m) y t(m)-2, donde
𝑡(𝑚) = 20.5∗(𝑚+1) + 1 para m impar y
𝑡(𝑚) = 20.5∗(𝑚+2) + 1 para m par.
Esto resulta de un teorema gold que da las caractaeristicas de las m-secuencias
pseudoaleatorias que tiene esta cota en la correlación cruzada (tres valores posibles). No
vamos a desarrollar este punto en este texto. Este teorema tambien demuestra que se
puede obtener familias de secuencias pseudoalaeatorias no máximas a partir de la
combinación de dos secuencias preferenciales.
Aunque existen muchos pares de secuencias que satisfacen el teorema de Gold, no es
posible, sin embargo, construir familias grandes de m-secuencias que satisfagan la cota
y, por tanto, es difícil diseñar sistemas de acceso múltiple CDMA de tamaño razonable.
Sin embargo, la importancia del teorema de Gold radica en el hecho de que una pareja
preferente de m-secuencias puede producir familias grandes de secuencias de longitud
no máxima con su correlación cruzada acotada. Puesto que las secuencias no son de
longitud máxima, su autocorrelación no será una función bivalor. Sin embargo, el valor
de dicha auto correlación para los valores fuera de fase satisfará la cota del teorema de
Gold. Así pues, flexibilizando algo la condición de la función de autocorrelación,
podremos conseguir grandes familias de secuencias con su correlación
cruzada acotada. Estas secuencias generadas a partir de parejas preferentes de msecuencias se denominan códigos de Gold. El generador de códigos de Gold se puede
construir de dos formas:
Los códigos llamados Gold se construyen a partir de la combinación de dos secuencias
pseudoalaetrias m-secuencias preferenciales que tienen una cota en su autocorrelacion y
su correlacion cruzada, la combinación de estos pares de secuencia a travez de la suma o
de su producto genera estos códigos gold. Ver figura
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+
+
+
+
+
+
aL-1
aL-2
aL-3
a2
a1
a0
r(t)L-1
r(t)L-2
r(t)1
r(t)0
r(t)L-3
r(t)2
Polinomio Primitivo: 𝑋𝑋 𝐿𝐿−1 ∗ 𝑎𝑎𝐿𝐿−1 + 𝑋𝑋 𝐿𝐿−2 ∗ 𝑎𝑎𝐿𝐿−2 … . 𝑋𝑋 ∗ 𝑎𝑎1 + 𝑎𝑎0
Polinomio Primitivo: 𝑋𝑋 𝐿𝐿−1 ∗ 𝑏𝑏𝐿𝐿−1 + 𝑋𝑋 𝐿𝐿−2 ∗ 𝑏𝑏𝐿𝐿−2 … . 𝑋𝑋
r(t)L-1
r(t)L-2
bL-1
bL-2
bL-3
+
+
+
+
∗ 𝑏𝑏1 + 𝑏𝑏0
r(t)L-3
r(t)2
r(t)1
r(t)0
b2
b1
b0
+
+
+
Los scrambling code utilizan estas técnicas para trasportar señales por la interfaz de
aire.
Resumen de propiedades de códigos gold.
-
-
-
Surgen como combinación de pares de secuencias máximas que satisfacen el
teorema de gold esto significa que tiene autocorrelacion bi valor y una cota en la
cross correlacion.
La dos secuencias se contruyen a travez de filtros de desplazamiento
realimentados con sumas de xor. El polinomio característico de esat
realimentación debe ser primitivo para que la secuencia sea máxima (2n-1) y para
que sea pseudo aleatoria.
Se obtiene una familia de códigos gold a partir de la combinasion (suma) de
versiones desplazadas de pares de secuencias preferenciales. Esto genera códigod
gold que tiene cota de autorrelacion y correlacion cruzada entre ellos
Scrambling Code
Se generan para downlink con dos registros de desplazamiento como muestra la figura:
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Con lo cual tenemos dos secuencias pseudoaleatorias producto de la combinación (suma
de pares) una para la dimencion I y otra para la dimención Q.
Los scrambling code son los encargados de separar las celdas en dowm link gracias a la
baja correlación cruzada entre los distintos scrambling code (celdas) y también evitan la
interferecia de las mismas señales con versiones retrasadas gracias a las buenas
propiedades de autocorrelación.
Para concluir, las buenas propiedades de correlacion cruzada permiten discriminar
señales entre distintos scrambling code y las propiedades de auto correlación permiten
discriminar entre versiones de la misma señal que queremos decodificar que arriven con
retardo. Con estos recursos la decodificación de la señal que queremos dependerá del
sincronismo entre el emisor y receptor.
En la etapa de scrambling se utilizan secuencias gold diferentes para las dimensiones I
Q, lo que hace que los valores de autocoorelacion y correlacion cruzada entre códigos
mejore aun mas debido a que se le agrega una diversidad mas que es la fase.
En la Figura vemos el generador de scrmabling code en DL..
17 16 15
14 13
12 11 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
I
Q
17 16 15
14 13
12 11 10
9
8
7
6
Y en UP Link
∞
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5
4
3
2
1
0
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clong,1,n
LSB
MSB
clong,2,n
Hay 2181 Scrambling. De esta cantidad tenemos un set de 516 scrambling code
primarios y 16 secundarios por cada primario. En una celda se pueden usar un
scrambling code primario y los 16 aecundarios. Por otro lado los 516 scrambling codes
se dividen en 64 grupos de 8 primary scrambling code. Esto ultimo permite al UE
identificar el SC de la mejor servidora en la etapa de sincronismo que vemos ahora.
Codigo de sincronismo.
Cuando el UE esta en etapa de cell search o sea no identifico aun ninguna servidora
utiliza los códigos de sincronizacion para obtener la mejor celda servidora y su
scrambilng code .
Dentro de la estructura de tiempo en down link existe el slot de sincronización donde
hay dos códigos:
Primary syncronization code: Es idéntico en todas las celdas y le permite al móvil
identificar el slot de sincronización de la mejor servidora o sea se sincroniza con la
mejor servidora.
Secundario Syncronization code: Una vez identificado el slot de sincronización es el
que permite identificar el grupo de scrambling code de la mejor servidora.
Primary synchronisation code (PSC)
El Cpsc es construido con una secuencia de sincronismo
-
a = <x1, x2, x3, …, x16> = <1, 1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, -1, 1>
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Que es repetida y modulada por una secuencia complementaria de idéntica en la parte
real e imaginaria o sea este código es igual en I y en Q como los códigos de
canalización. Ver figura
Con lo cual el código queda:
-
Cpsc = (1 + j) × <a, a, a, -a, -a, a, -a, -a, a, a, a, -a, a, -a, a, a>;
16 secondary synchronization codes (SSCs), {Cssc,1,…,C ssc,16}, es como el código de
sincronización primario idéntico en su parte real e imaginaria.
La secuencia es z, definida como:
-
z = <b, b, b, -b, b, b, -b, -b, b, -b, b, -b, -b, -b, -b, -b>, donde
b = <x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8, -x9, -x10, -x11, -x12, -x13, -x14, -x15, -x16>
donde x1, x2 , …, x15, x16, es a de el PSC
.
Z también es una secuencia complementaria de goolay que se modula con la matriz de
Hadamard y genera k códigos ortogonales con las mismas propiedades de las secuencias
de goolay Luego esta secuencia se modula con
H 0 = (1)
H
H k −1
, k ≥ 1
H k = k −1
H k −1 − H k −1
Con lo cual la estructura de generación de SCH nos queda (ver figura)
Secuencias de Golay.
Son pares de secuencias complementarias esto significa que dado dos secuencias de la
misma longitud y dos valores posibles (1,-1) La cantidad de elementos adyecentes
iguales en una es similar a la cantidad de elementos adycentes distintos en la otra.
Por ejemplo
Sean a y b los pares de secuencias complementarias y g su longitud
g=2 : a=(11); b=(1−);
g=10 : a=(11 − 1 − 1− −11); b=(11 − 11111− −);
g=26 : a=(1111 − 11− −1 − 1 − 1− −1 − 111− −111);
b=(1111 − 11− −1 − 11111 − 1− − −11− −−):
Estas secuencias tiene propiedades muy interesantes que se usan para la sicronización
de la red de acceso. Una de esas propiedades es que la suma de las autocorrelaciones de
ambas es igual a el doble de su distacia (g) cuando no ha retardo y es cero cuando están
desfasados.
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𝑁
𝑅𝑎𝑎𝑎𝑎(𝑖) = � 𝑎𝑎𝑘 ∗ 𝑎𝑎(𝑘 + 𝑖)
𝑘=0
𝑁
𝑅𝑏𝑏𝑏𝑏(𝑖) = � 𝑏𝑏𝑘 ∗ 𝑏𝑏(𝑘 + 𝑖)
𝑘=0
𝑅𝑎𝑎𝑎𝑎(𝑖) + 𝑅𝑏𝑏𝑏𝑏(𝑖) = 2𝑔 𝑠𝑖 𝑖 = 0
𝑅𝑎𝑎𝑎𝑎(𝑖) + 𝑅𝑏𝑏𝑏𝑏(𝑖) = 0 𝑠𝑖 𝑖 ≠ 0
Vemos como la suma de sus auto correlaciones es nula cuando ambas secuencias están
desfasadas respecto a una referencia de ella misma tratemos de ver esto gráficamente y
entender como se usa físicamente.
Generalmente se transmiten las dos secuencias por separado ya sea multiplexadas en el
tiempo o con algún esquema de modulación que permita en recepción obtener las dos
por separado. Luego se conecta a un correlator que generara la correlacion de cada una
de ellas con una version de si mismas en esa instancia el correlator generar en su salida
un pico cuando las dos secuencias hayan completado un periodo.
Como sabemos un correlator convencional tiene la siguiente estructura.
+
+
+
+
+
+
aL-1
aL-1
aL-1
aL-1
aL-1
aL-1
r(t)L-1
r(t)L-2
r(t)1
r(t)0
r(t)2
r(t)L-3
Tratemos de reporducir la sutiacion en las secuencia complementarias
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81
+
+
+
+
+
+
aL-1
aL-2
aL-3
a2
a1
a0
r(t)L-1
r(t)L-2
r(t)1
r(t)0
ak
r(t)L-3
r(t)2
Raa+Rbb
+
+
+
+
+
+
+
bL-1
bL-2
bL-3
b2
b1
b0
r(t)L-1
r(t)L-2
r(t)1
r(t)0
bk
r(t)2
r(t)L-3
Esta ultima estructura correlaciona las dos secuencias complementarias al mismo
tiempo y después hace su suma. Para esto las dos se tuvieron que transmitir por
separado.
Existe otra opción que es que una secuencia complementaria module a la otra esto es:
𝑎𝑎 = (𝑎𝑎1, 𝑎𝑎2 … . . 𝑎𝑎16 )
𝑏𝑏 = (𝑏𝑏1, 𝑏𝑏2 … . . 𝑏𝑏16 )
𝑥 = (𝑏𝑏1 ∗ 𝑎𝑎1 , 𝑏𝑏1 ∗ 𝑎𝑎2 , 𝑏𝑏1 ∗ 𝑎𝑎3 , … 𝑏𝑏1 ∗ 𝑎𝑎16 , . . 𝑏𝑏2 ∗ 𝑎𝑎1 , 𝑏𝑏2 ∗ 𝑎𝑎2 , … 𝑏𝑏2 ∗ 𝑎𝑎16 ,
𝑏𝑏16 ∗ 𝑎𝑎1 , 𝑏𝑏16 ∗ 𝑎𝑎2 , … 𝑏𝑏16 ∗ 𝑎𝑎16 )
Cada elemento bk multiplicara a toda una seciencoa ak con lo cual nos quedar una
secuencia de 256 . Para detectar el pico de esta secuencia se utiliza un esquema on dos
correlatores en cascada como muestra la figura:
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82
+256
+32
+16
+
+
+
+
a16
a15
a2
a1
r(t)
r(t)
r(t)
r(t)
1
2
15
16
+
+
+
+
b16
b15
b2
b1
r(t)
r(t)
r(t)
r(t)
r(t)
r(t)
r(t)
1
2
16
17
224
225
240
+16
-16
En este caso cada vez que se complete la secuencia ak la salida del primer correlator
dara un valor pico positivo o negativo según el valor bk esto será la entrada al siguiente
correlator que ira correlacionando estos valores con la otra secuencia bk. Cuando haya
pasado por toda esta cadena todos los simbolos de las dos secuencias el correlator en
cascada entregara un pico a la salida. Este esquema se de nomina gerarquico y hay
formas mas simples de implementación ya que este esquema requiere de muchos
recursos combinacionales.
Hay un caso particular de secuencias complementarias que es llamado secuencias
complementarias de golay y se obtiene con la siguiente relación recursiva
𝑎𝑎0 = 𝛿(𝑖)
𝑏𝑏0 = 𝛿(𝑖)
𝑎𝑎𝑛 (𝑖) = 𝑎𝑎𝑛−1 (𝑖) + 𝑊𝑛 ∗ 𝑏𝑏𝑛−1 (𝑖 − 𝐷𝑛 )
𝑏𝑏𝑛 (𝑖) = 𝑎𝑎𝑛−1 (𝑖) − 𝑊𝑛 ∗ 𝑏𝑏𝑛−1 (𝑖 − 𝐷𝑛 )
Donde i es el orden de iteración an y bn es el valor de la secuencia en el orden n Wn es
un vector semilla y Dn es retardo binario de n elementos elegidos del siguiente
conjunto:
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83
𝐷𝑛 = [1,4,8 … 2𝑛−1 ]
Esto conforma un matriz de retardos. No necesariamente los retardos tienen que estar
ordenados en forma ascendente la matriz Dn toma elementos de este conjunto y la
secuencia tiene dos parámetros: el vector semilla Wn y la mtraiz de retardos Dn
Cada secuencia par de secuencias complementarias de golay de longitud
𝐿𝐿 = 2𝑛
se puede generar con un vector semilla Wn con valores +1 o -1 y con un matriz de
retardos retardos Dn con
de estas ecuaciones surge el siguiente generador de pares de secuencias de golay
ak
+
+
+
D1
WN-1
DN-1
WN
DN
+
+
+
-
-
-
bk
W1
Por otro lado existe un correlator que nos proporciona la correlación de una señal de
entrada con ambas secuencias.
+
+
+
Rar
D1
D2
D3
+
+
DN
+
+
r(k)
+
+
W1
W3
-
-
+
+
W2
Rbr
WN
-
-
Par el caso de una matriz Dn ascendente físicamente el correlator tiene este formato
20
21
22
23
+
+
+
+
+
W1
+
W2
-
+
W3
-
+
+
W4
-
De esta estructura se define el Correlator eficiente de golay
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-
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84
+
+
D1
+
D2
D3
DN
+
+
+
+
r(k)
+
+
W1
+
W2
W3
WN
-
-
-
Este correlator genera la correlacion de la señal de entrada con las secuencias
complementarias ak y bk de goolay con matriz Dn y vector semilla Wn. Este correlator
es eficiente porque para generar la correlacion de una secuencia de logitud m hacen falta
𝑁 = 2 ∗ log 2 𝑀 sumas. Como ejemplo para una secuencia de longitud 256 hacen falta
16 Recursos de sumas. Por otro lado si usamos una estructura gerarquica de una
secuencia modulada por la otra nos queda la siguiente estructura de correlatores en
cascada
+
+
D1
D1
DN
+
+
+
+
+
D2
+
D2
+
+
+
DN
+
r(k)
+
+
W1
W1
WN
W2
-
-
+
+
W2
WN
-
-
En este caso para correlacionar dos secuencias de longitud 16 que están moduladas de la
forma que vimos antes
𝑎𝑎 = (𝑎𝑎1, 𝑎𝑎2 … . . 𝑎𝑎16 )
𝑏𝑏 = (𝑏𝑏1, 𝑏𝑏2 … . . 𝑏𝑏16 )
𝑥 = (𝑏𝑏1 ∗ 𝑎𝑎1 , 𝑏𝑏1 ∗ 𝑎𝑎2 , 𝑏𝑏1 ∗ 𝑎𝑎3 , … 𝑏𝑏1 ∗ 𝑎𝑎16 , . . 𝑏𝑏2 ∗ 𝑎𝑎1 , 𝑏𝑏2 ∗ 𝑎𝑎2 , … 𝑏𝑏2 ∗ 𝑎𝑎16 ,
𝑏𝑏16 ∗ 𝑎𝑎1 , 𝑏𝑏16 ∗ 𝑎𝑎2 , … 𝑏𝑏16 ∗ 𝑎𝑎16 )
Se puede analizar estos tipos de correlatores con mas profundidad no es necesario en
este documento, por ultimo mostramos lod dos tipos de correlatores que se usan para
PSC.
Metodo 1
Conciste en dos secuencias complementarias ak y bk de 16 elementos donde una
modula a la otra como vimos antes y a su vez bk es el resultado de otra estructura
gerarquica de dos secuncias complementarias ck y dk de longitud 8 cada una la
estructura del correlator es la siguiente.
+
+
D1
D2
+
D2
+
+
+
+
D5
D4
+
+
+
+
+
D7
D6
+
D8
+
+
+
r(k)
+
+
W1
W2
-
-
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+
+
W2
W5
W4
-
-
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+
W6
W7
W8
-
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85
Metodo 2
Consiste en una secuencia complementaria de golay de largo 256 construida con una
matriz de retardos de 8 elementos Dn y un vector semilla de 8 elementos Wn y su
correlator será el Correlator eficiente de golay
+
+
D1
D2
+
D2
+
+
+
+
+
+
+
D5
D4
D7
D6
+
+
+
D8
+
+
+
r(k)
+
+
W1
W2
-
+
W2
-
+
+
-
+
+
W5
W4
W7
W6
-
-
W8
-
-
En el caso de el PSC se utiliza un par de secuencias complementaria y una modula a la
otra, luego en recepeción se obtiene el sincronismo con el siguiente esquema
gerarquico.
Todo este correlator gerárquico en cascada generará un pico cuando se haya completado
los 256 simbolos de la secuencia que es product de X1 modulada por X2 y ofrece una
muy Buena correlacion respect al ruido.
Ademas este correlator es efciente porque require mucho menos recursos
combinacionales que un correlator convencional es decir puedo obtener la corrlacion de
una señal entrante de 256 simbolos con apenas 8 etapas mientra un correlator
convencional require 256 etapas ver figura…
Punto de Recepción
Tx
Tx
Punto de Picos
Correlator
Tx
+
+
D
2
D
1
+
D
2
+
+
+
+
+
W
2
W
1
-
W
2
-
Tiempo
Distancia
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D
5
+
+
D
7
D
6
+
+
W
5
+
+
W
6
-
+
D
8
+
+
+
W
4
-
+
+
D
4
+
W
7
W
8
-
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86
Como vemos en la figura el correlator entregara un pico cuando se haya completado una
secuencia completa y las otras señales similares pero desfasadas no se interfieren entre
sí por lo cual la lógica del sincronismo se basa en tomar la referencia del mejor pico
máximo detectado.
Mencionaremos dos propiedades mas de las secuencias de golay.
Ortogonalidad:
Dadas ak y bk par de secuencias complementarias de golay exite ck y dk
tambiencomplemetarias que satisfacen.
𝑁
𝑅𝑎𝑎𝑎𝑎(𝑖) = � 𝑎𝑎𝑘 ∗ 𝑎𝑎(𝑘 + 𝑖)
𝑘=0
𝑁
𝑅𝑏𝑏𝑏𝑏(𝑖) = � 𝑏𝑏𝑘 ∗ 𝑏𝑏(𝑘 + 𝑖)
𝑘=0
𝑁
𝑅𝑐𝑐(𝑖) = � 𝑐𝑘 ∗ 𝑐(𝑘 + 𝑖)
𝑘=0
𝑁
𝑅𝑑𝑑(𝑖) = � 𝑑𝑘 ∗ 𝑑(𝑘 + 𝑖)
𝑘=0
𝑅𝑎𝑎𝑎𝑎(𝑖) + 𝑅𝑏𝑏𝑏𝑏(𝑖) = 2𝑔 𝑠𝑖 𝑖 = 0
𝑅𝑎𝑎𝑎𝑎(𝑖) + 𝑅𝑏𝑏𝑏𝑏(𝑖) = 0 𝑠𝑖 𝑖0
𝑅𝑐𝑐(𝑖) + 𝑅𝑑𝑑(𝑖) = 2𝑔 𝑠𝑖 𝑖 = 0
Por ultimo la ortogonalidad
𝑅𝑐𝑐(𝑖) + 𝑅𝑑𝑑(𝑖) = 0 𝑠𝑖 𝑖0
𝑅𝑎𝑎𝑐(𝑖) + 𝑅𝑏𝑏𝑑(𝑖) = 0 𝑝𝑎𝑎𝑟𝑎𝑎 𝑡𝑜𝑑𝑜 𝑣𝑎𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑖
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87
Semillas ortogonales
Para que dos pares de secuencias de golay sean ortogonales entre sis us semillas W
deben cumplir la siguiente condicon.
Sea
Wab [….] Valores de 1 y -1
Wcd [….] Valores de 1 y -1
Reemplazando los valores -1 por 0 sus valores decimals deben cumplir la siguiente
condicon.
Valor Decimal [Wab]=N/2 + Valor Decimal [Wcd]
Con esta condición podemos generar pares de secuencias oprtgonales de golay con los
correlatores que vimos antes.
Estructura de correlatores
Como vimos antes para obtener el pico de correlación que nos da el sincronismo
tendremos en el emisor un registro que emitirá durante cada Time Solt de
sincronizacion una secuncia de 256 simbolos que seran como vimos antes
a = <x1, x2, x3, …, x16> = <1, 1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, -1, 1>
Cpsc = (1 + j) × <a, a, a, -a, -a, a, -a, -a, a, a, a, -a, a, -a, a, a>;
Esto es la primer secuencia la otra secuencia complementaria.
Y en el receptor
Tendremos el correlator como vimos antes que detectara esta secuencia y producira un
pico cuando hayan pasado tlos 256 simbolos 1,-1.
Codigo secundario de sincronización (SSC)
16 secondary synchronization codes (SSCs), {Cssc,1,…,C ssc,16}, es como el código de
sincronización primario idéntico en su parte real e imaginaria.
La secuencia es z, definida como:
-
z = <b, b, b, -b, b, b, -b, -b, b, -b, b, -b, -b, -b, -b, -b>, donde
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88
b = <x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8, -x9, -x10, -x11, -x12, -x13, -x14, -x15, -x16>
donde x1, x2 , …, x15, x16, es a de el PSC
.
Z también es una seucnecia complementaria de goolay que se modula con la matriz de
Hadamard y genera k códigos ortogonales con las mismas propiedades de las secuencias
de goolay Luego esta secuencia se mudula con
The Hadamard sequences are obtained as the rows in a matrix H8 constructed
recursively by:
H 0 = (1)
H k −1
H
, k ≥ 1
H k = k −1
H
H
−
k −1
k −1
Con lo cual la estructura de generación de SCH nos queda (ver figura)
Ciclos de 256 Codigos
de Hadmart con N>0
N=1,2….
⊕
SSC
GHG PSC
PSC
Ciclo de 256 Codigo
de Hadmart con N=0
⊕
Las secuencias que estamos utilizando son moduladas por códigos provenientes de una
matriz de hadmart generan secuencias con las mismas propiedades de auto correlación
que tiene las secuencias de golay y muy baja correlacion entre si, lo cual aprovechando
esta propiedad podemos genera un codigo de sincronizacion secundaria que no
interfiera en el slot de sincronizacion con el codigo primario de sincroniozacion.
Hay 64 codigos secundarios de sincronizacion produciodos con la modulacion del PSC
y codigos de la matriz de Hadmart.
El orden en que se reciben cada time slot de sincronizacion dentro de la trama de 10ms
determina el grupo de scrambling code al que pretence la servidora con la cual el
sistema esta tratando de sincronizar.
La siguiente tabla nos muestra como se determina los scrambling code groups
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89
Table 4: Allocation of SSCs for secondary SCH
Scrambling
Code Group
Group 0
Group 1
Group 2
Group 3
Group 4
Group 5
Group 6
Group 7
Group 8
Group 9
Group 10
Group 11
Group 12
Group 13
Group 14
Group 15
Group 16
Group 17
Group 18
Group 19
Group 20
Group 21
Group 22
Group 23
Group 24
Group 25
Group 26
Group 27
Group 28
Group 29
Group 30
Group 31
Group 32
Group 33
Group 34
Group 35
Group 36
Group 37
Group 38
Group 39
Group 40
Group 41
Group 42
Group 43
Group 44
Group 45
Group 46
Group 47
Group 48
#0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
#1
1
1
2
2
2
3
4
5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
11
12
12
15
16
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
9
10
11
16
3
3
4
4
4
5
6
7
7
8
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#2
2
5
1
3
16
4
11
6
10
13
8
10
12
14
2
15
9
14
12
15
4
3
5
12
6
8
7
13
9
11
2
9
12
14
5
13
3
15
4
4
6
5
9
16
12
4
8
16
7
#3
8
16
15
1
6
7
3
6
10
2
5
9
9
10
15
6
11
4
13
5
3
12
10
3
16
2
9
12
9
7
13
7
15
16
12
4
2
3
5
6
5
14
16
10
11
10
8
11
15
#4
9
7
5
8
6
4
4
14
4
14
7
16
9
14
15
16
15
13
14
4
7
11
16
15
12
9
5
12
3
2
3
7
2
5
5
2
13
11
16
11
16
4
10
5
14
6
16
4
4
#5
10
3
5
6
11
1
10
9
11
2
2
7
4
1
16
2
7
2
7
14
6
9
11
5
16
15
4
7
12
11
3
16
12
9
2
13
16
6
14
12
9
6
4
10
5
5
11
15
8
slot number
#6 #7 #8
15
8
10
14 16
3
12 16
6
5
2
5
15
5
12
5
5
3
9
2
11
10
2
13
7
13 16
6
5
5
4
3
8
9
15
1
13 16
5
15 15
8
10
7
8
13 14 10
6
4
16
9
10 12
2
8
14
3
16
7
10 13 12
13
5
8
3
10 11
8
3
5
3
13 13
14
3
14
9
11
2
15 10
5
8
14 15
9
4
16
12
9
7
13
3
12
4
10 13
2
9
16
14 14
8
8
11
6
8
10
8
14 10 15
7
11
4
13
6
12
15
5
9
12 13
5
16 15
3
4
9
9
11 13
3
9
15
4
12
4
15
3
15 11
15 12
3
2014
#9
16
10
11
8
1
6
2
9
11
13
3
8
1
5
1
11
5
16
2
8
5
2
8
14
6
9
14
2
12
7
16
2
15
11
15
4
13
10
11
14
10
13
5
16
6
15
11
12
16
#10 #11 #12 #13 #14
2
7
15
7
16
5
12 14 12 10
2
16 11 15 12
4
4
6
3
7
15 12 16 11
2
2
8
7
6
8
10 12 12
9
3
2
5
14
1
13
13
6
4
1
16
10
9
1
14 10
2
6
6
4
5
16
8
15
2
2
13
5
12
4
8
11
4
10
5
4
10
8
2
16
9
7
4
5
12
3
2
12 13
3
14
8
5
3
15
6
1
13 11
8
11
6
2
10 11 13
14 16
8
2
11
14
7
4
10 15
5
13
3
13
8
12
9
8
9
14
7
9
2
12
7
5
5
15
8
12
5
14 11 16 16
15
5
13
7
4
14
5
3
2
15
16
9
14 14
4
6
9
16 13 12
13 12
9
16
6
13
4
5
5
10
11
5
7
4
14
3
9
12 15
9
6
8
15 15 11
11 11 16
3
5
6
7
7
14
3
14
9
9
7
5
4
5
13
5
14
6
4
15
4
10
6
11 11 12 14
10
5
15
6
6
15
6
3
5
15
14
6
13
4
4
5
16 16
9
10
4
7
16
3
15
12
4
7
8
16
4
16 12 11 11
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Scrambling
Code Group
Group 49
Group 50
Group 51
Group 52
Group 53
Group 54
Group 55
Group 56
Group 57
Group 58
Group 59
Group 60
Group 61
Group 62
Group 63
#0
3
3
3
3
5
5
5
5
5
5
5
5
9
9
9
#1
8
10
13
14
5
6
6
7
9
10
10
13
10
11
12
90
#2
15
10
11
7
8
11
13
9
6
10
12
15
13
12
10
#3
4
15
5
9
14
7
8
10
8
12
6
15
10
15
15
#4
16
16
4
14
16
10
13
7
10
8
5
14
11
12
13
#5
4
5
12
10
13
8
5
11
9
11
12
8
15
9
14
slot number
#6 #7 #8
8
7
7
4
6
16
4
11
6
13
8
7
6
14 13
5
8
7
7
7
6
6
12
9
8
12
5
9
7
8
8
9
7
6
7
16
15
9
16
13 13 11
9
14 15
#9
15
4
6
8
7
12
16
12
11
9
6
8
12
14
11
#10 #11 #12 #13 #14
12 11
3
16 12
3
15
9
6
9
5
3
14 13 12
10
4
4
13
9
8
15
6
15
7
12 10
6
9
11
14 15
8
16 15
11
8
8
6
10
10 11 12
7
7
5
12
6
7
6
7
8
11 11
9
7
13 14
5
16
14 13 16 14 11
10 16 15 14 16
11 13 12 16 10
Para resumir la etapa de sincronismo genera dos codigos de sincronizacion de 256
simbolos que son emitidos durante el slot de sincronizacion uno es el primario y es fijo
el otro es un conjunto de 64 codigos que tiene una baja correlacion con el primario y su
orden de secundario permite al movil determianr el grupo de scrambling code de la
mejor servidora cuando esta buscando celdas para registrarse (cell search).
Para los códigos de scrambling se requieren secuencias que tengan buenas propiedades
de correlacion cruzada y de autocorrelacion y para el sincronismo se require lo mismo
pero haciendo mas enfacis en la autocorrelacion ya que todas las celdas servidoras
emiten el mismo codigo de sincronismo y en la etapa de adquisición de código de
sincronismo es importante poder detectar la servidora con mas intensidad y para eso es
necesario que las demas no interfieran en este caso como emiten el mismo codigo el
concepto es que la señal recibida sea lo más independiente posible de sus versiones
desfasadas.
Capa 1 Consolidada
En este sesión vamos a ver la Capa 1 consolidad en bloques según sus diferentes
funciones que ya vimos anteriormente. Veremos un digarama general visto desde el
lado UTRAN
UP Link Lado UTRAN
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91
DECODIFICACION Y
DESPREADING
INTERLEAVING I Q
CONMUTACION
LOCAL
CRC
CODIGO
MULTIPLEXACION
ADAPTACION
DE Kb/s
x
10ms
PROCESAMIENTO DE SEÑAL
CODIFICACION INTERLEAVING
ADAPTA
CION
A
D
X
A
D
X
DEMODULACI
ON CON
PORTADORA
X
CODIGO DE
CANALIZACION
X
X
CANALES FISICOS
CANALES DE
TRANSPORTE
CRC
CODIGO
+
ADAPTACION
DE Kb/s
10ms
x
PROCESAMIENTO DE SEÑAL
CODIFICACION INTERLEAVING
ADAPTA
CION
SCRAMBLING
CODE
A
D
X
A
D
X
90
X
X
CODIGO DE
CANALIZACION
X
SCRAMBLING
CODE
Down Link Lado UTRAN
INTERLEAVING I Q
CONMUTACION
LOCAL
CRC
CODIGO
MULTIPLEXACION
ADAPTACION
DE Kb/s
x
SEGMENTACION
10ms
PROCESAMIENTO DE SEÑAL
CODIFICACION INTERLEAVING
ADAPTA
CION
CODIFIC
ACIONY
SPREADI
NG
D
A
X
D
A
X
EQUALIZACION
IQ
Ʃ
Ʃ
+
+
CODIGO DE
CANALIZACION
CRC
CODIGO
+
PSC
X
+
SSC
+
X
9
0
º
+
X
ADAPTACION
DE Kb/s
10ms
x
PROCESAMIENTO DE SEÑAL
CODIFICACION INTERLEAVING
MODULACION
CON
PORTADORA
SCRAMBLING
X
CANALES FISICOS
CANALES DE
TRANSPORTE
SINCRONISMO
ADAPTA
CION
D
A
X
D
A
X
CODIGO DE ENVOLTORIO
(SCRAMBLING CODE)
CODIGO DE
CANALIZACION
Mapeo de canales fisicos.
La function fundamental de la capa fisica es el mapeo de los canales de transporte
provenientes de la capa 2 en los canals fisicos. Los canales físicos son los que se
componen de los recursos de interfaz de aire dentro de una celda servidora o sea
Portadora
Scrambling Code
Codigos de canalizacion
TS
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+
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92
Las tramas de los canales físicos tienen el siguiente formato constan de un largo de
10ms y 14 TS que se component de esta forma
Las subtramas cuentan con un largo de 2ms y contiene 3 TS
Los canals fisicos son trasmitidos en tramas determinadas con distintos formatos de TS
es decir que hay tramas para cada tipo de canal fisico y los mismos tiene determinado
formatos de TS.
Transport Channels
DCH
Physical Channels
Dedicated Physical Data Channel (DPDCH)
Dedicated Physical Control Channel (DPCCH)
Fractional Dedicated Physical Channel (F-DPCH)
E-DCH
E-DCH Dedicated Physical Data Channel (E-DPDCH)
E-DCH Dedicated Physical Control Channel (E-DPCCH)
E-DCH Absolute Grant Channel (E-AGCH)
E-DCH Relative Grant Channel (E-RGCH)
E-DCH Hybrid ARQ Indicator Channel (E-HICH)
RACH
Physical Random Access Channel (PRACH)
Common Pilot Channel (CPICH)
BCH
Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH)
FACH
Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)
PCH
Synchronisation Channel (SCH)
Acquisition Indicator Channel (AICH)
Paging Indicator Channel (PICH)
MBMS Notification Indicator Channel (MICH)
HS-DSCH
High Speed Physical Downlink Shared Channel (HS-PDSCH)
HS-DSCH-related Shared Control Channel (HS-SCCH)
Dedicated Physical Control Channel (uplink) for HS-DSCH (HS-DPCCH)
Estructura de tiempos de capa fisica
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93
Mapeo De canales físicos en UP link
Canales físicos dedicados en up link
Hay 5 tipos de canales físicos en up link
DPDCH: Canal de dicado de datos
DPCCH: Canl dedicado de control
E-DPDCH Canal dedicado de datos en E-DCH
E-DPCCH Canal dedicado de control de E-DCH
HS-DPCCH Canal dedicado de control en up link para HS-DSCH
DPCCH y DPDCH
El canal en uplink DPDCH contiene el canal de trasporte DCH puede haber varios de
estos canales en un radio link.
DPCCH contiene la informcion de control del DPDCH de capa 1 que conciste en los
bits de piloto que son para una deteccion coherente, el campo TPC (Transmit Power
Control), FBI (Feedback information) y el TFCI (Transport format Combination) este
campo se usa cunado se transmiten various tramas DPDCH en un radio link.
La estructura de trama de estos canals es la que muestra la figura siguiente
Data
Ndata bits
DPDCH
Tslot = 2560 chips, N data = 10*2 k bits (k=0..6)
Pilot
N pilot bits
DPCCH
TFCI
NTFCI bits
FBI
NFBI bits
TPC
N TPC bits
Tslot = 2560 chips, 10 bits
Slot #0
Slot #1
Subframe #0
Slot #2
Subframe #1
Slot #i
Slot #3
Subframe #2
Subframe #3
Slot #14
Subframe #4
1 subframe = 2 ms
1 radio frame: T f = 10 ms
Una trama es 10ms de longitud tiene 15 TS cada uno representa 2560 chips (simbolos)
de códigos de canalización y scrambling. Esta trama de radio se divide en 5 subtramas
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de 2ms cada que determina un periodo de control de potencia esto quiere decir que
durante esta subtrama la potencia no varia.
El formato de DPDCH depende del spreading factor que se use del código de
canalización la siguiente tabla muestra los distintos formatos
Slot Format #i
Channel Bit Rate
(kbps)
15
30
60
120
240
480
960
0
1
2
3
4
5
6
Channel Symbol
Rate (ksps)
15
30
60
120
240
480
960
SF
Bits/
Frame
150
300
600
1200
2400
4800
9600
256
128
64
32
16
8
4
Bits/
Slot
10
20
40
80
160
320
640
Ndata
10
20
40
80
160
320
640
Hay dos tipos de DPCCH uno que contiene TFCI (Transoport format combination) y
otro que no contiene TFCI. El primer es multi services o sea que puede tener mas de
una trama DPDCH para un radio link y el segundo solamente utiliza una trama.
La siguiente tabla muestra los diferente tipos de slot del DPCCH
Slot
Form
at #i
0
0A
0B
1
2
2A
2B
3
4
Channel Bit
Rate (kbps)
Channel Symbol
Rate (ksps)
SF
Bits/
Frame
Bits/
Slot
Npilot
NTPC
NTFCI
NFBI
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
256
256
256
256
256
256
256
256
256
150
150
150
150
150
150
150
150
150
10
10
10
10
10
10
10
10
10
6
5
4
8
5
4
3
7
6
2
2
2
2
2
2
2
2
4
2
3
4
0
2
3
4
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
Transmitted
slots per
radio frame
15
10-14
8-9
8-15
15
10-14
8-9
8-15
8-15
Los bits de piloto tiene un esquema que contiene la secuencia de bits esto es indican el
numero de TS de la trama en las tablas siguientes se puden ver los distintos formatos
Bit #
Slot #0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
Npilot = 3
1
2
1
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
1
0
1
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0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Npilot = 4
1
2
1
1
0
0
0
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
0
1
0
0
0
0
0
3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
2014
Npilot = 5
2
3
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
4
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
Npilot = 6
2
3
1
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
1
0
1
4
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
5
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
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Bit #
Slot #0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
95
1
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
2
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
Npilot = 7
3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
4
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
5
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
6
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
Npilot = 8
3
4
1
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
5
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
6
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
consta de los campos de los
E.DPDCH y E-DPCCH
E-DPCDH es el canal físico que trasnporta al E-DCH y E-DPCCH es el canal de control
asociado tiene una estructura similar al DPDCH y DPCCH con la diferencia que este
canal físico soporta una modulación que le permite mas capacidad de transferencia,
puede utilizar BPSK o 4PAM ver figura…
La estructura de la trama es la siguiente
E-DPDCH
Data, Ndata bits
k
Tslot = 2560 chips, Ndata = M*10*2 bits (k=0…7)
E-DPCCH
10 bits
Tslot = 2560 chips
Slot #0
Slot #1
Subframe #0
Slot #2
Subframe #1
Slot #3
Subframe #2
Slot #i
Subframe #3
1 subframe = 2 ms
1 radio frame, Tf = 10 ms
En la siguiente tabla vemos los formatos
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Slot #14
Subframe #4
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Slot Format #i
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
96
Channel Bit Rate
(kbps)
15
30
60
120
240
480
960
1920
1920
3840
Bits/Symbol
M
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
SF
256
128
64
32
16
8
4
2
4
2
Bits/
Frame
150
300
600
1200
2400
4800
9600
19200
19200
38400
Bits/
Subframe
30
60
120
240
480
960
1920
3840
3840
7680
Bits/Slot
Ndata
10
20
40
80
160
320
640
1280
1280
2560
El parámetro M indica el tipo de modulación 1 es BPSK y 2 es 4PAM. Como vemos
esto aumenta la capacidad de transferencia.
Por otro lado tenemos el E-DPCCH
Slot Format #i
0
Channel Bit Rate
(kbps)
15
SF
256
Bits/
Frame
150
Bits/
Subframe
30
Bits/Slot
Ndata
10
Durante la sub frame de 2ms se mantiene la configuración de potencia y esquema de
modulacion.
HS-DPCCH
Este canal fisfisicotransporta en uplink al canal de control HSCCH es el canal de control
asociado al canal HS-DSCH. El mismo transporta en una subtrama de 2ms 3 slots como
mustra la figura:
Tslot = 2560 chips
2×Tslot = 5120 chips
HARQ-ACK
CQI/PCI
One HS-DPCCH subframe (2 ms)
Subframe #0
Subframe #i
Subframe #4
One radio frame Tf = 10 ms
HARQ-ACK es la confirmación de la transferencia (ACK o NACK) CQI es channel
qualty indicator y PCI se utiliza en una estructura MIMO cuando hay diversidad en
transmisión PCI es Precode indicator.
Canales físicos comunes en Up-Link
PRACH
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97
Este canal físico se utiliza para transportar el canla RACH y consta de dos partes
PRACH Preámbulo
PRACH Mensaje
PRACH Preambulo es ekl instante de tiempo donde los terminales UE demandan el
acceso y la parte de mensaje es cuando uno de los UE puede enviar datos para iniciar un
acceso a la red la estructura de tiempo es la siguiente
radio frame: 10 ms
radio frame: 10 ms
5120 chips
Access slot
#0
#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
#8
#9
#10
#11
#12
#13
#14
Random Access Transmission
Random Access Transmission
Random Access Transmission
Random Access Transmission
Preamble
Preamble
Preamble
4096 chips
Preamble
Message part
10 ms (one radio frame)
Preamble
Preamble
4096 chips
Message part
20 ms (two radio frames)
Durante el periodo PRACH perambulo los UE trantan de acceder con un esquema
ALOHA ranurado esto se basa en una configuración Tipo ETERNET ALOHA en la
cual cuando un UE solicita un acceso hace una transmisión durante el time slot si en ese
instante hay otros UE que hacen lo mismo se produce una colisión y los UE que
intentaron tranmitir vuelven a hacerlo con un esquema de reintentos. Por otro lado cada
UE cuando necesita iniciar una conexion RACH transmite durante los TS de la fase
PRACH Preambulo si coliciona con otros UE lo reintenta mas tarde hasta que recibe
una confirmación. El largo de un TS de acceso en PRACH equivale a 2 TS de la trama o
sea que en 20 ms tenemos 14 TS de acceso aleatorio.
PRACH Mensaje
Conciste en dos tramas una con los datos y la otra de control. La misma tiene la
siguiente estructura.
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Data
Ndata bits
Data
Pilot
Npilot bits
Control
TFCI
NTFCI bits
Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0..3)
Slot #0
Slot #14
Slot #i
Slot #1
Message part radio frame TRACH = 10 ms
El TS de control tiene un campo piloto que indica la secuencia de TS y de un campo
TFCI (Transport format combination indicator) indica si la fase de PSACH mensaje
durar una (10ms) o dos tramas (20ms). En la siguientes tabla podemos ver la estructura
de estos TS de datos y su cpacidad de transferencia según el SF.
Slot Format
#i
Channel Bit
Rate (kbps)
0
1
2
3
15
30
60
120
Channel
Symbol Rate
(ksps)
15
30
60
120
SF
Bits/
Frame
Bits/
Slot
Ndata
256
128
64
32
150
300
600
1200
10
20
40
80
10
20
40
80
Y el de control
Slot Format
#i
Channel Bit
Rate (kbps)
0
15
Channel
Symbol Rate
(ksps)
15
SF
Bits/
Frame
Bits/
Slot
Npilot
NTFCI
256
150
10
8
2
Canales físicos en Down Link
Canales físicos dedicados en Down Link
Hay 4 tipos de canales físicos dedicados en down link
DPCH: Dedicated Physical Channel (downlink DPCH),
F-DPCH: Fractional Dedicated Physical Channel
E-RGCH: E-DCH Relative Grant Channel (E-RGCH),
E-HICH: E-DCH Hybrid ARQ Indicator Channel (E-HICH).
DPCH Canal físico dedicado
Este canal transporta el canal de transporte dedicado DCH y dentro de este canal físico
se multiplexan DPDCH y DPCCH que son canales de control y de datos. La estructura
de trama es la siguiente a diferencia de up link en este caso los canales físicos de datos y
de control están en una misma trama como muestra la figura:
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DPCCH
DPDCH
Data1
Ndata1 bits
99
TPC
NTPC bits
TFCI
NTFCI bits
DPDCH
DPCCH
Data2
Ndata2 bits
Pilot
Npilot bits
Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0..7)
Slot #0
Slot #1
Slot #14
Slot #i
One radio frame, Tf = 10 ms
La capacidad en bits de los campos pertenecientes a los datos DPDCH depende del SF
utilizado. TPC es el control de potencia y TFI se utiliza si hay varias tramas para un
solo servicio. La siguiente tabla muestra el esquema de esta trama.
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100
Slot Channel Channel SF
Format Bit Rate Symbol
#i
(kbps)
Rate
(ksps)
0
0A
0B
1
1B
2
2A
2B
3
3A
3B
4
4A
4B
5
5A
5B
6
6A
6B
7
7A
7B
8
8A
8B
9
9A
9B
10
10A
10B
11
11A
11B
12
12A
12B
13
13A
13B
14
14A
14B
15
15A
15B
16
16A
15
15
30
15
30
30
30
60
30
30
60
30
30
60
30
30
60
30
30
60
30
30
60
60
60
120
60
60
120
60
60
120
60
60
120
120
120
240
240
240
480
480
480
960
960
960
1920
1920
1920
7.5
7.5
15
7.5
15
15
15
30
15
15
30
15
15
30
15
15
30
15
15
30
15
15
30
30
30
60
30
30
60
30
30
60
30
30
60
60
60
120
120
120
240
240
240
480
480
480
960
960
960
Bits/
Slot
512
10
512
10
256
20
512
10
256
20
256
20
256
20
128
40
256
20
256
20
128
40
256
20
256
20
128
40
256
20
256
20
128
40
256
20
256
20
128
40
256
20
256
20
128
40
128
40
128
40
64
80
128
40
128
40
64
80
128
40
128
40
64
80
128
40
128
40
64
80
64
80
64
80
32
160
32
160
32
160
16
320
16
320
16
320
8
640
8
640
8
640
4
1280
4
1280
4
1280
DPDCH
Bits/Slot
NData1 NData2 NTPC
0
0
0
0
0
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
6
6
12
6
6
12
6
6
12
6
6
12
12
12
24
28
28
56
56
56
112
120
120
240
248
248
correlacion tenemos
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DPCCH
Bits/Slot
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4
4
8
2
4
14
14
28
12
10
24
12
12
24
10
8
20
8
8
16
6
4
12
28
28
56
26
24
52
24
24
48
22
20
44
48
40
96
112
104
224
232
224
464
488
480
976
1000
992
2
2
4
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
4
4
8
4
4
8
8
8
16
8
8
16
8
8
NTFCI NPilot
0
0
0
2
4
0
0
0
2
4
4
0
0
0
2
4
4
0
0
0
2
4
4
0
0
0
2
4
4
0
0
0
2
4
4
8*
16*
16*
8*
16*
16*
8*
16*
16*
8*
16*
16*
8*
16*
4
4
8
4
8
2
2
4
2
2
4
4
4
8
4
4
8
8
8
16
8
8
16
4
4
8
4
4
8
8
8
16
8
8
16
8
8
16
8
8
16
16
16
32
16
16
32
16
16
Transmitted
slots per
radio frame
NTr
15
8-14
8-14
15
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
8-14
15
8-14
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101
vemos que para SF menores aumenta la capacidad de transferencia. En el siguiente
esquema se muestra una configuración de varias tramas para un mismo servicio
DPDCH
DPDCH
TPC
TFCI
Pilot
Physical Channel 1
Transmission
Power
Physical Channel 2
•••
Transmission
Power
Transmission
Power
Physical Channel L
One Slot (2560 chips)
En esta configuración se tranmiten varaias tramas para un mismo canal con distintos
codigos que tiene el mismo SF y solamente una contiene información de control.
E-RGCH Relative Grant Channel
Este canal físico esta asociado al acal dedicado en UP-Link E-DCH. Este canal indica al
UE cual es la celda servidora en un Radio link set y cual no. Tiene una estructura de 15
TS con un SF 128
E-HICH E-DCH Hybrid ARQ Indicator Channel
Es el canal asociado al E-DCH que provee en domnlink el ACK o NACK de las
trasferencias E-DCH en up link
F-DPCH Fractional Dedicated Physical Channel
Es un canal down link asociuad a un canal DPCCH en up link que contiene solo el
campo TPC de control de potencia. Conta de 15 TS y un SF 256.
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(Tx OFF)
NOFF1 bits
102
(Tx OFF)
NOFF2 bits
TPC
NTPC bits
Tslot = 2560 chips
Slot #0 Slot #1
Slot #14
Slot #i
1 radio frame: Tf = 10 ms
TPC es un comando que activa el control de potencia.
Canales físicos comunes en Down Link
CPICH Common Pilot Channel
El canal piloto CPICH es un canal que tiene una trama con 15 TS SF 256 (30KB/S) que
tiene la infoemacion de lña secuencia de bits. En la mayoría de los canales físicos este
canal es una referencia de fase. Tiene la siguiente estructura
Pre-defined bit sequence
Tslot = 2560 chips , 20 bits
Slot #0
Slot #1
Slot #i
Slot #14
1 radio frame: Tf = 10 ms
El contenido de los TS es siempre 0
P-CCPCH Primary Common Control Physical Channel
Este canal consta de una trama de 15 TS con un SF=256 (30KB/S). Este canal
transporta el canal de transporte BCH. Tiene la particularidad de no trasmitir durante el
tiempo en que transmiten los canales de sincronismo es decir los primeros 256 simbolos
de cada TS como muestra la figura.
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103
256 chips
Data
Ndata1=18 bits
(Tx OFF)
Tslot = 2560 chips , 20 bits
Slot #0
Slot #1
Slot #i
Slot #14
1 radio frame: Tf = 10 ms
S-CCPCH Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)
Este canal físico esel que mapea los canales de trasnporte FACH (Forward Acces
Channel) y PCH (Paging Channel). Este cnal físico consta de la trama con 15 TS y tiene
un SF puede ir de 256 a 4. Por otro lado soporta esquema de modulación de QPSK y 16
QAM. La estructura de trama es
TFCI
NTFCI bits
Pilot
Npilot bits
Data
Ndata1 bits
Tslot = 2560 chips, 20*2k bits (k=0..6)
Slot #0
Slot #1
Slot #i
Slot #14
1 radio frame: Tf = 10 ms
Y los campos tiene el formato que muestra la tabla
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Slot Format
#i
Channel Bit
Rate (kbps)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18***
19***
20***
21***
22***
23***
30
30
30
30
60
60
60
60
120
120
240
240
480
480
960
960
1920
1920
60
120
240
480
960
1920
104
Channel
Symbol Rate
(ksps)
15
15
15
15
30
30
30
30
60
60
120
120
240
240
480
480
960
960
15
30
60
120
240
480
SF
Bits/ Frame
Bits/
Slot
Ndata1
Npilot
NTFCI
256
256
256
256
128
128
128
128
64
64
32
32
16
16
8
8
4
4
256
128
64
32
16
8
300
300
300
300
600
600
600
600
1200
1200
2400
2400
4800
4800
9600
9600
19200
19200
600
1200
2400
4800
9600
19200
20
20
20
20
40
40
40
40
80
80
160
160
320
320
640
640
1280
1280
40
80
160
320
640
1280
20
12
18
10
40
32
38
30
72
64
152
144
312
296
632
616
1272
1256
36
76
144
272
560
1136
0
8
0
8
0
8
0
8
0
8
0
8
0
16
0
16
0
16
0
0
0
32**
64**
128**
0
0
2
2
0
0
2
2
8*
8*
8*
8*
8*
8*
8*
8*
8*
8*
4
4
16*
16*
16*
16*
*** Indica esquema de modulación 16QAM
** Se reemplazan los bits TFCI por DTX (Discontinius Trasmision)
FACH y PCH pueden ser mapeados en el misma trama o en trammas diferentes ya que
este canal físico soporta TFCI y puede utilizar mas de una trama.
AICH Acquisition Indicator Channel
Ester canal físico es una trama de 20 ms y tiene un SF 256 su formato es el siguiente
AI part =
4096 chips, 32 real-valued signals
a0 a1 a2
AS #14
AS #0
AS #1
a30 a31
AS #i
1024 chips
Transmission Off
AS #14
AS #0
20 ms
Los bit aj contienen un código dosn de l UE puede recibir el mensaje de aceptación del
preámbulo que mando durante el slot de acceso en el PRACH. Existen dos mensajes de
AICH uno es el AI (Acquisition Indicator) es el que indica la aceptación del mensaje
enviado en up link por el PRACH y el EAI (Extend Acquisition Indicator) indica si esta
configiurad si hay E-DCH en up link en estado idle.
PICH Paging Indicator Channel
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105
Este canal físico contiene el indicador de paging PI (Paging indiactor) que simplemente
“avisa” a los UE que escuchen el canal S-CCPCH donde esta mapeado el canal de
transporte PCH o el HS-CCH donde también se puede mapear el PCH. Consta de una
trma de 15 TS SF=256 y la estructura es la siguiente.
HS-SCCH Shared Control Channel
Este canal en down link transporta el canal de transporte HSCCH. Tiene una SF=128 y
su estructura de trama es
Data
Ndata 1 bits
Tslot = 2560 chips, 40 bits
Slot #0
Slot#1
Slot #2
1 subframe: Tf = 2 ms
HS-PDSCH High Speed Physical Downlink Shared Channel
Este canal físico es donde se mapea el canal de transporte HS-DSCH es el canal con
mayor capacidad de transferencia en Down link se compone de una o varias tramas con
SF=16 que tienen el siguiente formato:
Data
Ndata 1 bits
k
Tslot = 2560 chips, M*10*2 bits (k=4)
Slot #0
Slot#1
1 subframe: Tf = 2 ms
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Slot #2
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106
Por otro lado este canal físico soporta varios esquemas de modulación QPSK 16 QAM
y 64 QAM. A continuación mostramos una tabla con las diferentes formatos .
Slot format #i
0(QPSK)
1(16QAM)
2(64QAM)
Channel
Bit Rate
(kbps)
480
960
1440
Channel
Symbol
Rate (ksps)
240
240
240
SF
Bits/ HSDSCH
subframe
960
1920
2880
16
16
16
Bits/ Slot
Ndata
320
640
960
320
640
960
Tanto HS-PDSCH como el HS-PCCH no tiene ninguna información de capa 1
solamente mapean los canales de transporte HS-DSCH Y HS-DCCH respectivamente.
E-AGCH E–DCH Absolute Grant Channel
Este canal fisico mapea los mensajes de down link del canal de transporte E-DCH.
Tiene un formato fijo de 15 TS y SF=256.
E-AGCH
20 bits
Tslot = 2560 chips
Slot #0
Slot #1
Slot #2
Slot #i
Slot #14
1 subframe = 2 ms
1 radio frame, Tf = 10 ms
Topologia y Hw de la red 3G UTRAN
La red UTRAN tiene nodos de acceso Gerarquicos SRNC (Service RNC) CRNC
(Control RNC) o simplemente RNC (Con las dos funcionalidades que secribimos
antes.). Los nodos Gerarquicos RNC manejan las siguientes funcionalidades.
CRNC: Control plane RRC, MAC-d …. Iub
SRNC: User Plane, CPPD , MAC-d… Iub
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107
Despues tenemos los nodos que están disgregados que son los Node-b O RBS y tiene
las siguientes funciones.
RBS Node –b Provisión de interfaz de aire, Mapeo de canales De trasnporte en canales
físicos. Capas MAC-hs/ehs/es.
Aquí vemos una topología:
Como vemos tenemos conexiones entre los RNC y las RBS que las maneja un protocolo
llamado Iub. Conexiones entre dos RNC llamadas Iur y la conexiones de los RNC con
el core network se denomina Iu, en este caso tenemos tres tipos claros….
Iu CS: Trafico de circuitos tiempo real Voz
Iu PS: Trafico de Paquetes Datos
Iu Control: Trafico de señalización (Sigtran, C7)
RNC-SRNC-CRNC
Para ver este nodo veremos directamente el RNC con sus partes control y service
integradas, después de eso es fácil de deducir como sería una estructura separada.
Las funciones del RNC son
Control de iterfaz de radio RRC
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108
Control de transporte y asignación de recursos Iub
Provisión de capa MAC-d
Provisión de conexiones semipermanentes
Provisión de conexiones Lógicas.
Adaptación de protocolos en el transporte y la interconexión con otros nodos
Manejo de control con el Core Network (Señalizacion)
Para entender el armad de un RNC hay que entender los recursos físicos del mismo los
cuales se pueden resumir en
-
Conexiones físicas
Conexiones semipermanentes
Conexiones lógicas
Procesamiento
Entrada Salida
CENEXIONES
PERMANENTES
BACK PLANE
ENTRADA SALIDA
CONEXIÓN CON
REDE DE
TRANSOPORTE.
ATM
ETHERNET
IP
STM1
IUR
CONEXIONES
LOGICAS
EMPAQUETAMIENT
O DE DATOS
CONEXIONES
SEMIPARMANETES
TIME SWICHT
PROCESAMIENTO
RRC
RLC
MAC-D
SEÑALIZACION
RANAP
RANSP
IU
IUB
Como vemos tenemos un BACK plane que maneja coenxiones físicas permanentes una
matriz de conmutación que provee coenxiones semipermanentes y un recurso de
conexiones lógicas que arma y desarma encabezamientos de paquetes de datos.
Por otro lado tenemos los recursos de procesamiento donde se encuentra el control del
nodo este recurso maneja el RRC RLC, MAC-d y señalización con el Core Network.
Por último tenemos los recursos de entrada y salida que se interconectan a la red de
transporte. Se trata de hw que manejan protocolos Ethernet, ip, ATM, stm1.
Con estos recursos el RNC genera las funciones que nombramos al principio.
Node-B RBS
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Este nodo tiene las siguientes funciones
Control
Mapeo de canales de transporte en canales físicos
Procesamiento de señal (multiplexación, CRC, Rate matching)
Modulación IQ
Canalización spreading
Scrambling
Modulación portadora
Los nodos B tiene el siguiente esquema de Hw
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SISTEMA
RADIANATE
ANTENA
RADOMO
CABLEADO
OUT DOOR
(FEEDERS)
TRANSPORTE
INTERCONEXION
USER PLANE Y INTERFAZ I/O
CONTROL
PLANE
TX
CONMUTACION CROSS
CANNECT
RX
RX
RX
TX
TX
CONTROL
POOL BANDA BASE TX
Q
I Q
I
Q
I Q
Q
I
I Q
I
CHANEL
ELEMENTS
Q
ADAPTACION Y
CONEXIÓN I Q
I
Q
I
Q
I
Q
I
Q
I
Q
I
POOL BANDA BASE RX
CHANEL
ELEMENTS
Como vemos tenernos una interfaz que adapta protocolos ATM IP. Luego una matriz de
conmutación que conecta en forma temporal la interfaz con los channel elements que
son los que conectan los canales de trasnporte con los canales físicos los mismos hacen
las funciones de procesamiento de señal corrección de errores interliving separación de
canales físicos spreading con código de canalización. …..
El adaptador IQ es un dispositivo que genera las conexiones entre los recursos de banda
base (cannel elements) y los radio transmisores. Los mismos están separados en
transmisión y recepción (up link y down link). Para Tx el adaptador suma las salidas de
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111
los cannel elementes conectados a un mismo radiotransmisor para la etapa de
scrtambling esto se hace mediante el siguiente esquema.
SISTEMA
RADIANATE
ANTENA
RADOMO
CABLEADO
OUT DOOR
(FEEDERS)
TX
INTERFAZ I/O
CONMUTACION CROSS
CANNECT
RX
RX
RX
TX
TX
CONTROL
POOL BANDA BASE TX
CHANEL
ELEMENTS
Q
I
I
Q
I
+
I
I
+
+
+
Q
Q
I
+
+
ADAPTACION Y
CONEXIÓN I Q
I
+
+
+
Q
I
+
+
+
+
Q
Q
+
+
+
+
+
II
Q
I
Q
I
Q
I
POOL BANDA BASE RX
CHANEL
ELEMENTS
Como vemos las llaves de este adaptador son controladas por la unidad de control y es
la que dispone a que radio transmisor van las señales de cada cannel elements
Para recepción el preceso es inverso al de transmisión el adaptador suma las salidas de
los transmisores que deben estar conectado a cada cannel element en este caso se puede
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112
dar que un raditransmisor este conectado a mas de un channel element al mismo tiempo
porque como vimos antes cada UE tiene su propio srcambling code en up link. El
esquema en recepecion seria el siguiente.
SISTEMA
RADIANATE
ANTENA
RADOMO
CABLEADO
OUT DOOR
(FEEDERS)
TRANSPORTE
INTERCONEXION
USER PLANE Y INTERFAZ I/O
CONTROL
PLANE
TX
CONMUTACION CROSS
CANNECT
RX
RX
RX
TX
TX
CONTROL
POOL BANDA BASE RX
CHANEL
ELEMENTS
Q
ATM
Q
I
Q
I
IP
I
ADAPTACION Y
CONEXIÓN I Q
Q
Q
I
+
+
+
+
+
+
+
+
+
I
Q
+
+
I
+
+
+
+
+
+
Q
I
Q
+
I
Q
I
POOL BANDA BASE TX
CHANEL
ELEMENTS
En el siguiente esquema vemos ejemplos de conexiones temporales del adaptador I Q
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SISTEMA
RADIANATE
ANTENA
RADOMO
CABLEADO
OUT DOOR
(FEEDERS)
TRANSPORTE
INTERCONEXION
USER PLANE Y INTERFAZ I/O
CONTROL
PLANE
TX
CONMUTACION CROSS
CANNECT
RX
RX
RX
TX
TX
CONTROL
POOL BANDA BASE TX
CHANEL
ELEMENTS
Q
ATM
I
I
Q
I
Q
I
I
I
IP
+
+
Q
+
++
+
++
I
Q
I
ADAPTACION Y
CONEXIÓN I Q
Q
II
+ +
+ +
Q
I
Q
I
Q
I
POOL BANDA BASE RX
CHANEL
ELEMENTS
Conjunto de banda base o pool de banda pase
Este reucrso tiene cpor objetivo la codificion de los canels de trasnporte, el mapeo de
los mismos en los canales físicos luego la etapa de canalización y spreading con los
códigos ortogonales y sus respectivos sprading factors.
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114
En el siguiente esquema vemos todo el proceso de banda base desde una entrada que
son los canales de transporte porvenintes de una matriz de conmutación local del nodo.
CODIFIC
ACIONY
SPREADI
NG
INTERLEAVING I Q
CRC
CODIGO
MULTIPLEXACION
ADAPTACION
DE Kb/s
SEGMENTACION
x
10ms
PROCESAMIENTO DE SEÑAL
CODIFICACION INTERLEAVING
ADAPTA
CION
D
A
X
X
D
A
X
X
EQUALIZACION
IQ
Ʃ
Ʃ
+
+
SINCRONISMO
CRC
CODIGO
CODIGO DE
CANALIZACION
SSC
PSC
X
+
X
+
9
0
º
+
X
ADAPTACION
DE Kb/s
10ms
x
PROCESAMIENTO DE SEÑAL
CODIFICACION INTERLEAVING
+
+
X
CANALES FISICOS
CANALES DE
TRANSPORTE
MODULACION
CON
PORTADORA
SCRAMBLING
ADAPTA
CION
D
A
X
X
D
A
X
X
CODIGO DE ENVOLTORIO
(SCRAMBLING CODE)
CODIGO DE
CANALIZACION
la parte de procesamiento de señal inserción de crc y codificación de el código
comvolucional. Luego esta la adpatcion de rate (rate matching) que es un dispositivo
que provee una salida con Times slots de un rate k/s determinado luego va a un
multiplexor que segmenta canales fiscos con tramas de 10ms.
Luego esto va a la entrada el interleaving I Q que construye la constelación de fases y
amplitudes según el esquema de modulación asignado a cada canal físico. Luego cada
canal físico pasara por la etapa de spreading donde se lo modula con un código de
canalización. Toda esta salidas se suman a un con las salidas I Q de los canalis físicos
correspondientes a un mismos sector e y luego pasa por la etapa de scrambling donde se
multiplica las componentes I Q por las respectivas componentes del scrmabling code
correspondiente al sector, lugeo la ultima etapa es la de mudulación donde la portadora
modula la componente real I y la compleja Q con una versión de la misma desplazada a
90 grados.
En resecepcion el pool de banda base hace el camino inverso como vemos en la figura
DECODIFICACION Y
DESPREADING
INTERLEAVING I Q
CRC
CODIGO
MULTIPLEXACION
ADAPTACION
DE Kb/s
x
10ms
PROCESAMIENTO DE SEÑAL
CODIFICACION INTERLEAVING
ADAPTA
CION
A
D
X
A
D
X
X
CODIGO DE
CANALIZACION
X
X
CANALES FISICOS
CANALES DE
TRANSPORTE
CRC
CODIGO
+
ADAPTACION
DE Kb/s
10ms
x
PROCESAMIENTO DE SEÑAL
CODIFICACION INTERLEAVING
ADAPTA
CION
SCRAMBLING
CODE
A
D
X
A
D
X
X
X
CODIGO DE
CANALIZACION
X
SCRAMBLING
CODE
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90
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115
En este caso la etapa de scrambling se hace inmediatamente antes de la de de-spreading
dado que en up-link cada UE tiene un scrambling code diferente.
Para el caso de transmisión como vimos antes la etapa de scrmablig puede estar
inmediatamente antes de la de modulación en cadav transmisor ya que es común para
toda la celda pero también puede estar en cada salida de canal físico. Es lo mismo.
Ahora deducimos a patir de todo el proceso de capa física que vimos antes que los
recursos de banda base o pool de banda base se compone de 4 partes fundamentales
que repasamos
-
-
Procesamiento de señal: Incercion de CRC codificación con código
convolucional y adaptacion de rate
Multiplexacion y segmentación de canales físicos: En esta etapa se multiplexan N
tramas de canales detransporte por M tramas de canales físicos de 10ms cada una
Interleaving I Q es la etapa donde se generan distintos niveles analógicos en dos
dimenciones a partir de bits entrantes para generar la constelación de fases y
amplitudes según el esquema de modulación asignado
Spreading: a las dos dimensiones que se le llama parte real e imaginaria se las
modula con el código de canalización correspondiente.
Entonces una estructura de cannel element para transmisión nos quedaría:
CODIFIC
ACIONY
SPREADI
NG
INTERLEAVING I Q
CRC
CODIGO
MULTIPLEXACION
ADAPTACION
DE Kb/s
SEGMENTACION
x
10ms
PROCESAMIENTO DE SEÑAL
CODIFICACION INTERLEAVING
ADAPTA
CION
D
A
X
X
D
A
X
X
D
A
X
X
D
A
X
X
EQUALIZACION
IQ
Ʃ
Ʃ
+
+
CODIGO DE
CANALIZACION
CANALES FISICOS
CRC
CODIGO
ADAPTACION
DE Kb/s
10ms
x
PROCESAMIENTO DE SEÑAL
CODIFICACION INTERLEAVING
ADAPTA
CION
Y para recepción
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CODIGO DE
CANALIZACION
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DECODIFICACION Y
DESPREADING
INTERLEAVING I Q
CRC
CODIGO
MULTIPLEXACION
ADAPTACION
DE Kb/s
x
10ms
PROCESAMIENTO DE SEÑAL
CODIFICACION INTERLEAVING
ADAPTA
CION
A
D
X
X
CODIGO DE
CANALIZACION
A
D
X
A
D
X
A
D
X
X
CANALES FISICOS
CANALES DE
TRANSPORTE
CRC
CODIGO
ADAPTACION
DE Kb/s
10ms
x
PROCESAMIENTO DE SEÑAL
CODIFICACION INTERLEAVING
ADAPTA
CION
SCRAMBLING
CODE
X
CODIGO DE
CANALIZACION
X
SCRAMBLING
CODE
Nos queda la parte de transmisión u recepción de radio
Interfaz Iub
Hasta ahora estudiamos la red UTRAN como una bloque consolidado, osea por un lado
la red por el otro el usuario UE figura
Como sabemos esto no es así y en la capa 2 se mapean canales de transporte que son
transferidos a distintos puntos donde pasan a mapearse en canales físicos locales.
Iub es la interfaz que provee la transferencia de los canales de transporte de la capa
MAC a los distintos Nodos B para su procesamiento y posterior mapeo a canales fisicos
En la siguiente figura tenemos un esquema consolidado de los distintos bloques de la
red de acceso y la interaccion de cada uno
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117
CORE NETWORK
RRC
RNC
PDCP
CONTROL
RLC
MAC-c
MAC-d
MAC-es
PCH
DCH
RACH
FACH
HSDSCH
E-DCH
CANALES DE
TRANSPORTE
Iub
RED DE TRANSPORTE
Iub
CONTROL
PCH
CANALES DE
TRANSPORTE
FACH
SCH
AICH
P-CCPCH
S-CCPCH
PRACH
F-DPCH
DPDCH
CELDA
DPCCH
HS-PDCCH
HS-CCH
HS-PDSCH
E-HICH
E-AGCH
MAC-hs
E-RGCH
E-DPCCH
E-DPDCH
MAC-e
CELDA
RACH
DCH
E-DCH
HSDSCH
NODO B
CELDA
CANALES
FISICOS
Funciones de Iub
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118
1. Manejo de los recursos de transporte
2. Manejo de recirsos logicos del O&M del Node B:
- Manejo del Iub Link ;
- Configuracion de Celda;
- Mediciones de Radio Network Performance ;
- manejo de Eventos de recursos (problemas con HW Alrma de transmission);
- Manejo de Recurso de radio;
3. Implementacion de transporte de señales O&M;
4. Traffic Management para Canales Comunes:
- Admission Control;
- Power Management;
- Data Transfer;
6. Traffic Management para canals Dedicados:
- Radio Link Management;
- Radio Link Supervision;
- Channel Allocation / De-allocation;
- Power Management;
- Measurement Reporting;
- Dedicated Transport Channel Management;
- Data Transfer;
7. Traffic Management para Canales compartidos
-
Channel Allocation / De-allocation;
- Power Management;
- Transport Channel Management;
- Dynamic Physical Channel Assignment;
- Radio Link Management;
- Data Transfer;
8. Timing y Sincronizacion:
- Transport Channel Synchronization (Frame synchronization);
- Node B - RNC node Synchronization;
- Inter Node B node Synchronization.
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119
El Iub es un recurso de transporte que genera conexiones para el trafico, control del UE
y del Nodo-b desde el RNC. Interactuc con recursos de transporte tales como protocolos
ATM e IP. También es una interfaz para el protocolo NBAP que envía las señales de
control desde el RNC para el funcionamiento del los recursos del Nodo B.
Por otro lado los canales de transporte tiene cada uno su protocolo de trama (Frame
Protocol) que conciste en el manejo de datos para la transferencia del contenido de estos
canales el esquema es el siguiente.
CAPA DE RADIO RNC o NODO B
PCH
DCH
FACH
RACH
HSDSCH
E-DCH
PCHFP
DCHFP
FACHFP
AAL2
AAL2
AAL2
AAL2
AAL2
AAL2
AAL5
AAL5
Virtual Circuit (VC)
RACHFP
HSDSCHFP
E-DCHFP
CONTROL
NODO B
CONTROL
TRANSPORTE
IUB
ATM ADAPTACION
Virtual Circuit (VC)
ATM ENRUTAMEINTO
Virtual Path (VP)
Virtual Path (VP)
ATM SEGMENTACION
TRAMA ATM
ENLACE FISICO TDM
(SDH o PDH)
TX
RX
Como vemos Los puertos Iub donde se conectan los canales de transporte transforma al
mismo en una trama (Frame Prtocol) FP.
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120
Par el caso en que el transporte es íntegramente ATM el esquema es el que muestra la
figura el User plane utiliza conexiones AAL2 que es un capa de adaptación de ATM y
genera conexiones con rate (bit/seg) variables es decir toda vez que se demanda una
conexión de este tipo debe estar entre entre un rate minimo y máximo y la velocidad se
mantiene fija durante la conexión.
Por otro lado las conexiones aal5 son de rate variable tipo best efort esto significa que el
protocolo asignara el rate que haya disponible según el ancho de banda físico que reste
para ese virtual circuit.
El VC Virtual Circuit es el camino que recorrerá la conexion aal2 o aal5 y El virtual
pAth es la dirección por la cual sale del nodo como muestra la figura.
Para El Control plane tanto del transporte como del control del nodo b por parte del
RNC se utiliza en ATM la conexión AAL5 que implica best eford esto significa que
ante la demanda de conexión por parte del IUB la red ATM asignara el ancho de banda
que resta en el camino que requier el VC de esa conexión.
Para IP tenemos
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CAPA DE RADIO RNC o NODO B
PCH
DCH
RACH
FACH
HSDSCH
E-DCH
IUB
CONTROL PLANE
USER PLANE
PCHFP
UDP
UDP
UDP
UDP
UDP
FACHFP
DCHFP
HSDSCHFP
UDP
RACHFP
E-DCHFP
CONTROL
TRANSPORTE
CONTROL
NODO B
ATM
AAL5
AAL5
Virtual Circuit (VC)
INTERFAZ IP
Virtual Path (VP)
VLAN
IP
MAC ADDRES
SWICHT
ETHERNET
PUERTO ETHERNT
ENLACE FISICO TDM
(SDH o PDH)
RX
TX
En este caso tenemos una configuración donde el control plane (control del transporte y
nodo b) es transportado un modo ATM y el User plane (Voz, datos y control de la
asignación de recursos de aire por IP).
Por ultimo mostramos la configuración Control plane y CS por ATM y Datos IP
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USER PLANE CS
E-DCH
USER PLANE PS
INTERFAZ IP
IP
FACHFP
DCHFP
PCHFP
E-DCHFP
HSDSCHFP
AAL2
AAL2
AAL2
AAL2
UDP
UDP
AAL5
AAL5
IUB
IUB
RACHFP
CONTROL
TRANSPORTE
CONTROL
NODO B
Virtual Circuit (VC)
HSDSCH
PCH
DCH
FACH
RACH
IUB
CAPA DE RADIO RNC o NODO B
Virtual Circuit (VC)
Virtual Path (VP)
VLAN
SWICHT
ETHERNET
PUERTO ETHERNET
ENLACE FISICO TDM
(SDH o PDH)
RX
TX
La estructura lógica del transporte en la red de acceso UTRAN es la siguiente:
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Radio Network
Control Plane
Transport
Network
Control Plane
ALCAP
Q.2630.2
Q.2150.2
Transport
Layer
SSCF-UNI
SSCF-UNI
SSCOP
SCTP
SSCOP
AAL5
IP
AAL 5
ATM
Data Link Layer
ATM
UDP
AAL2
IP
ATM
Data Link Layer
Physical Layer
Los canales de trasporte son transmitidos a traves de la intrefaz Iub por los FP Frame
Protocol (Protocolo de trama) la misma tiene tramas de control y de datos las tramas de
control son las que permiten el establcemineto de conexiones para las de datos las
tramas tiene el siguiente formato
Header
Payload
Estas tramas se transmiten cada intervalo de trasnision TTI. Las mismas tiene distintas
caractyeristicas si son canales comunes o dedicados como vimos en los canales de
trasporte.
Canales Dedicados
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E-DCH FP
TFCI2 FP
USCH FP
TDD DSCH FP
HS-DSCH FP
PCH FP
FACH FP
RACH FP
DCH FP
Node B
Application Part
(NBAP)
Radio
Network
Layer
User Plane
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124
DCH FP
RNC
DCH FP
RNC
Estas tramas deben teren un sincronización con los recursos de aire dado que son canles
dedicados no tiene buffers y los recurso de capa 2 estarán comprometidos durante la
conexión. Por eso durante la conexión se intercambian señales de sincronización y
control.
La interfaz Iub establece establece un camino con todos los recursos para la
transferencia del canal de transporte. Esto implica reservar ancho de banda en el
transporte RNC-Node B y recursos de intrefaz de aire (Codigos TS y Potencia) según la
configuración que ordena la capa superior RRC.
En la figura podemos ver el manejo dinámico en el transporte el eje vertical muestra las
distintas interfaces Iub a cada Node B después tenemos el eje del tiempo y ancho de
banda en Kbit/s.
Cada TTI de 10ms se reconfigura la interfaz Iub de transporte y en ese intrevalo fluyen
en habmbas direcciones las trammas de cada canal de trasporte.
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Reconfiguracion
Iub
Tramas (FP)
RNC
t
TTI
B (Ancho de Banda Kbits/s)
Ahora vemos un esquema de red ATM en capas fundamentales. Primero la interfaz Iub
que conecta NODO-B y RNC
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126
NODO B 1
RED IUB
NODO B 2
Iub1
Iub2
RNC
Iub3
NODO B 3
Iub4
NODO B 4
Luego tenemos la capa de servicio ATM donde podemos ver los Virtual Circuit Vc que
son los que enrutan las conexiones AAL donde están los canales de transporte.
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127
NODO B 1
Vc1
Vc2
Vc3
RED ATM
Iub1
Iub2
NODO B 2
Vc1
Vc2
Vc3
RNC
Vc1
Vc2
Vc3
Vc4
Vc5
Vc6
Vc7
Vc8
Vc9
Vc10
Vc11
Vc12
Iub3
NODO B 3
Vc1
Vc2
Vc3
Iub4
NODO B 4
Vc1
Vc2
Vc3
En la siguiente capa vemos los recursos de adaptación de ATM donde están los swicht
que conectan los diferentes Vc en los router ATM y los Virtual Path que son las
troncales de ATM.
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Por ultimo tenemos la cpa física que puede estar compuesta de múltiples recursos en
este ejemplo vemos una interfaz STM redundante con el RNC que mediante su swicht
canaliza conexiones hacia lo0s lugares donde están los Router ATM y desde ahí los
recusos físicos pueden ser De fibra óptica o de radio enlace a travez de tramas E1.
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129
Vemos el esequema de trasporte de la red de acceso IP en sus capas fundamentales
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130
NODO B 1
UDP
UDP
UDP
CONEXIONES UDP A
TRAVEZ DE RED IP
Iub1
Iub2
NODO B 2
UDP
UDP
UDP
RNC
UDP
UDP
UDP
UDP
UDP
UDP
UDP
UDP
UDP
UDP
UDP
UDP
Iub3
NODO B 3
UDP
UDP
UDP
Iub4
NODO B 4
UDP
UDP
UDP
En este esquema podemos ver las conexiones UDP que son los recursos por donde se
enviaran los canales de transporte. Este protocolo se transporta a través de la red IP.
Luego tenemos la Capa IP dosnde se ven los default routers
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131
Por últimos la capa 3 y sus conexiones físicas
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132
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133
Casos de Trafico
En este apartado vamos a ver el funcionamiento de la red UTRAN con todos los
conceptos que ya vimos y como interviene cada recursos en el establecieminto del
servicio.
Comensamos por ver la estructura de capas de la red. Como vimos la red 3G tiene tres
capas fundamentales y dos planos USER PLANE y CONTROL PLANE. Los mismos lo
podemos esquematizar de la siguiente forma:
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Red de Acceso
Como habíamos visto la red de acceso tiene 2 nodos funadmentales que son el Node –B
o RBS y el RNC y dos esquemas de transporte diferentes ATM e IP para la interfaz Iub.
En las figuras de abajo pasamos a detallar cada uno de esos esquemas.
En la parte inferior de cada esquema de capas se muestra un esquema de una conexión
fisca.
Entonces tenemos para ATM
Y para IP
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135
Separando en la capa 3 lo que tiene que ver con USER PLANE y CONTROL PLANE.
Analizamos primero funcionamiento y lueg casos de trafico. Comenzamos por el acceso
inalámbrico
La primera etapa es la que se denomina búsqueda de Celda (Cell Search). La misma
comienza con la capa mas inferior que es la modulación y demodulacion de portadora
osea el equipo usuario sintoniza la banda de frecuencia de 3G que corresponde a su
operador luego la señal demodulada en esa banda se conecta al correlator eficiones de
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Golay como habíamos vistoantes de este surgirá cual es la secuencia mas fuerte que
determinra la mejor servidora.
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137
Como ejemplo vemos que en la figura la mejor servidora será la celda 3 entones el
Movil tomorá como referencia el sincronismo de la misma tomando, como referencia de
sincronismo, el pico mas alto de la salida del correlator.
Como vimos en la sección de código de sincronismo luego de obtener la sincronización
de la celda mejor servidora el SSC código de sincronización secundario permitirá que el
móvil UE decodifique la señal del scrambling code de la celda.
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En este etapa concluye la selección de celda, esto significa que una vez resuelta esta
capa mientras el móvil establezca una conexión y no se mueva no volverán a repetirse
los procedimientos de esta capa.
Luego el móvil comienza la decodificación, luego la demodulación I Q y la extracción
de los canales físicos
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139
NODE B
UE
CANALES DE
TRANSPORTE
PROCESAMIENTO DE
SEÑAL
CANALES FISICOS
TS
MOD/DEMOD I-Q
SPREAD/ DESPREAD
SCRAMBLING
SINCRONIZACION
MOD Y DEMOD DE
PORTADORA
10ms
AD
X
X
CODIGO DE
CANALIZACION
AD
X
X
X
CANALES FISICOS
+
SCRAMBLING
CODE
10ms
AD
X
X
90
X
CODIGO DE
CANALIZACION
AD
X
X
SCRAMBLING
CODE
Luego viene en capa superiores el procesamiento de señal como vimos antes que tiene
que ver con la inserción o extracción del código CRC para la corrección de errores y
detección de tramas con bits erróneos.
Entre el procesamiento de señal y los canales de transporte esta la segmentación como
vimos antes que es la división de las tramas de transporte en subtramas que serán
moduladas y decodificadas esto es en sentido transmisión en este ejemplo estmos
viendo el sentido receptor es fácil deducir los esquemas en sentido transmisión.
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140
La siguiente capa después de los canales de trasnporte es la RLC que como vimos antes
controla la transmisión de los mismos desde el RNC por lo tanto en estea capa el móvil
ya esta intercambiando información con el RNC.
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141
La siguiente capa será diferente para el Control plane o User Plane para el primero será
el RRC (Radio Resource Control) la misma genera los mensajes de control para el UE
que iran a travez de los canales lógicos de control que serán mapeados en los canales de
trasporte
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142
Nos detenemos en esta instancia para analizar algunos ejemplos de trafico.
Registracion.
Como vimos antes lo primer tarea de la estación UE es la modulación de portadora y
sincronización para buscar la mejor celda servidora.
Una vez que reconoce la mejor celda servidora continua con el proceso de de-sprading
demodulación I-Q y extracción de canales físicos.
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143
El canal físico que extrae el móvil cuando termina el proceso de sincronización y
selección de celda servidora es el P-PCCH.
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144
El mapeo de este canal será el canal de transporte BCH que a su vez contendrá el canal
lógico BCCH. Donde el UE recibirá la información de los datos de la celda y la red a la
cual se va a registrar. Este es el único canal lógico de capa tres en el cual el UE
intercambia información con el Node B o sea no llega hasta el RNC esto es porque la
información que contiene el BCCH es repetitiva y en una sola dirección con lo cual el
RRC la transmite una vez al Node B para que luego la transmita de esta forma no se
comprometen recursos de transporte de la interfaz Iub.
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145
Para que el UE inicie su regeistracion enviara un pedio de conexión al RRC a travez
delcanal lógico CCCH que estará mapeado en el canal de transporte RACH que es
transmitido a travez del canal físico P-RACH vamos a ver este proceso en las diferentes
capas.
Primero el UE intenta en los intrevalos de transmisión del P-RACH transmitir con un
Long Scarmbling code especificado.Y con un codico de sprading que va desde 256 a 32
según el esquema. Como vimos en la estructura de canales físicos.
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146
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147
Una vez que llega el pedido al RRC el mismo responde sobre el mismo canal lógico con
los datos del canal dedicado de control DCCH donde el móvil UE transmitirá los datos
necesarios para la registración. Esta respuesta en sentido inverso a travez del CCCH
tendrá el siguiente proceso en las siguientes capas:
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Se repite en down link el proceso de conexión sin la parte de sincronización y
scrambling ya que la misma no cambia hasta que la estación UE Movil no reselccione
celda servidora.
En la capa 3 el móvil UE queda directamente conectado con el RNC /RRC
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El RRC a travez del canal lógico CCCH le envía al UE los datos para conectarse al
canal de control de dedicado DCCH estos datos serán Codigo y SF en down link y
Scramblig code, código y SF en UP link. En esta instancia tenemos dos proceoso
simultaneos uno en up link y el otro en Down Link
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Una vez consolidada la conexión con el RRC a travez del canal lógico DCCH Bi
direccional el móvil UE enviara los datos para la registración esto será IMSI y
MSISDN. El RRC una vez que obtiene estos datos mapea los mismos para que la capa
RANAP envie los mismos al Core
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El pedido de registarcion es recibido por el RRC y luego maepado al CORE a travez del
protoclo RANAP luego el CORE consulta el estado de esta línea sus categorías si esta o
no habilitada para utilizar esta red una vez concluido este proceso y si la linea esta
habilitada el CORE dejara registrada la linea en el VLR (Visitor Local Regiter) y el
HLR guardara la LAC (Location Area) para generar el Paging cuando esta línea
necesite recibir una llamda o un SMS.
Este procesos nos servirá de referencia para el análisis de los demás casos de trafico
porque toda vez que el móvil requiera una conexión ya sea para inicira una llamda de
voz una conexión de datos o enviar un SMS necesitara primero solicitarlo al RRC a
travez del canal lógico DCCH por lo cual tendra que ejecutar todo el proceso antes
descripto.
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Caso iub ATM
Volvemos al caso de la registración mientras se resuelve la conexión de intrefaz de aire
el RRC compromete recursos de transporte. En este caso vemos que la capa física esta
integrada por una conexión canalizada esto significan tramas que entran en un extremos
y salen en otro en tiempo real. Lo mas común so las tramas E1 adaptadas por la capa
IMA que adapata el formato de celdas ATM en tramas de 2mb/s luego viene la capa de
adaptación ATM con los AP (Virtial Path) Virtual Circuit (VC) y la clases de servicio
que determina las caratecteristicas de conexión de los VC que como vimos son
AAL0 Conexión con ancho de banda constante CBR
AAL2 Conexión con un ancho de banda minimo o máximo
AAL5 Best efort se saigna lo que quede de ancho de banda en ese momento
Veamos el caso de registración de abonados con IUB sobre ATM. En primera instancia
las capas físicas IMA y canalizado son estaticas no varian su funcionamiento ante la
demanada de una conexión.
En primera intancia el UE inicia el procesos de registración como habíamos visto antes
con el mensaje RACH. En el momento con el móvil accede a la capa de canales de
transporte se inicia la asignación de recursos de transporte
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El próximo paso es mediante la capa RLC acceder a capa 3 donde requerirá la
coneccion dedicada al RRC.
Luego el RRC envía datos para la conexión dedicada de control
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Luego con los datos de interfaz de aire el UE se conecta nuevamente para tomar el canal
dedicado y por otro lado el RRC arma la interfaz de transporte comprometiendo todos
los recursos
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A travez del canal DCCH el UE envía los datos para la registración como habiamos
visto antes.
Caso Iub-IP
Veamos el mismo caso pero con interfaz IUB – IP.
La primeras capas de la interfaz son las que conforman las capas fundamentales de una
red de datos IP. A partir de la capa UDP los nodos RNC y Node B envían mensajes
entre ellos. Este dialogo se habre cuando el móvil toma un canal RACH de transporte
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Luego se conforma la conexión del DCCH
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Conexión de Voz Tiempo Real CS
Este proceso es el que permite la llamada de voz y describiremos el caso de llamada
saliente desde UE.
El primer paso es similar a la registración hasta la toma del canal lógico DCCH en ese
caso el UE envía sus datos y los datos del numero de linea al que requiere llamar
Luego el Core analiza lus numero enviados y enruta la llamda una vez que se prudece
esto envía al RRC la aceptación y el mismo provee al UE los recursos para la conexión
de voz en la red de acceso esto es el establecimiento del RAB (Radio Access Bear).
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Los datos del canal físico serán Codigo y Formatop de TS a tomar para establecer la
conexión RAB una vez que el UE recibe estos datos se incia nuevamente el proceso de
conexión en la capa de acceso. Ahora vemos el proceso de conexion en el user plane
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La fase final de esta conexión UE termina conectado con el abonado que llamo a travez
del CORE Network. En este apartado estamos estuciando el porceso de conexión visto
desde el acceso ahora veremos el comportamiento de la interfaz Iub para estos caso de
trafico. Como habíamos visto tenemos dos claces de conexiones en Iub. Tipo atm o IP.
Conexión de voz CS con Iub ATM
Si tomamos como caso la registración una vez que el UE tomo el canal DCCH genera el
porceso de llamda y una vez que la Red CORE CS lo admite el RRC compromete
recursos de acceso y Transporte para establecer la conexión RAB
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En este instancia el RRC informa al UE que recurso de cada capa tiene que tomar para
establecer la conexión RAB de USER PLANE. Esto es asignar recursos físicos de
interfaz de aire y una conexión UL y DL AAL2 path que estará comprometida mientras
dure la conexión de voz. En la siguiente figura podemos ver la conexión de voz en User
Plane
Conexión de voz con IUB – IP.
Control plane
Y EL User plane
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Llamada entrante
En este caso el telefono puede estar en estado IDLE, Cell_FACH y recibe un paging que
contesta con un RACH y se establece un DCCH donde recibirá las instrucciones de que
recursos físicos deberá tomar para establecer la comunicación.
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El UE responde el Paging
Core recibe la contestación del paging y requiere asignar recursos de interfaz de aire y
de trasnporet para el establñecimiento de la comunicación
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Se asignan recursos de interfaz de aire trasporte e interconexión con COres CS para el
estableciemnto de la comunicación
El con estas conexiones de control plane se establece la conexión de voz de User Plane
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Vemos en las siguientes figuras el mismo caso de trafico pero con Iub sobre IP
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Hand Over de comunicación de voz
El hand hover entre dos celdas dependientes de un RNC se requiere como resulñtado de
las medicones que requiere el RRC durnate una conexión de voz según el resultado de
las mismas el RRC decide cual es la mejor servidora y ordena al UE travez del DCCH
asocidado a esta comunicación tomra los recursos de la nueva servidora para control
plane y user plane.
La primera instancia es el requeriminto de medición de servidoras vecinas por parte del
RRC
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Caso de Hand over entre dos celdas de un mismo Node B
Vamos a ver el caso con transporte IP es fácil ver el miosmo con transporte ATM en
este caso vemos el control plane como a travez del DCCH el UE libera recursos físicos
de una celda y tomas los nuevos recuso de la otra como lo ordeno la capa RRC
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Los recursos de transporte y de Core no varian en este opracion.
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Handover entre celda de distintos nodos B que dependen de un mismo
RNC
En este caso hay cambios en los recusos de interface de aire y de transporte Iub
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Para el User Plane tenemos
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Hand Over entre dos celdas pertenceintes a Nodos B de distintos RNC
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User Plane
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Conexión de datos
El proceso de control plane es el mismo procedimiento que la llamda la diferencia es
que en este caso el móvil UE solicita una conexión a un sitio determinado a travez de
una URL o una dirección IP.
A diferencia de las conexiones de voz CS en este caso no se requiere una conexión de
tiempo real y la conexión en USER PLANE solos e establece cuando hay intercambio
de información entre el UE y el host a donde esta conectado. Los tiempos y el flujo de
infoemacion en UP Link y Down Link no siempre son iguales.
Si vemos solamente la parte de acceso esto es interfaz de aire y Iub vemos también que
el sistema puede adminstrar recursos en forma dinámica esto es poder asignar mas
recursos físicos si los mismos estan disponibles para aumentar el throughput y hacer que
las conexiones sean mas cortas. Del mismo modo se adminstran los recursos de
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transporte en la capa Iub según la disponibilidad de ancho de banda se generan
conexiones con mayor o menor capacidad. Todo esto lo administra el RRC y genera un
RAB acorde a los recusrso disponibles que tenga en la intrefaz de aire (Codigos) y en el
transporte (Ancho de banda)
Luego tenemos los canales de fiscos consolidados en este caso analizamos ejemplos de
tráfico y vemos como se comportan las capas superiores.
En primera instancia el móvil UE recibe el CPICH…. despues de la sincrionizacion
luego decodifica un código fijo que trae la señal del canal físico P-PCCH
Luego hace todo el proceso de registración pero esta ves para registrase en el dominio
PS. El mismo es el mismo que en el proceso de CS con la diferencia que la conexión
para la registración esta vez se hace en el core de paquetes. La registración en el core de
paquetes de denomina Atach luego en la sección GPRS veremos en detalle estos
procesos.
Tenemos entonces el preceso de registración atach en ATM e IP
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Si vemos en detealle las capas superiores y la conexión con el Core de Paquetes PS
tenemos.
En el momento que el UE demanda una conexión por ejemplo para el browsing de una
web o bajar alguna información fotos videos etc el proceso es el siguiente.
Se completa todo el preceso de señalización de interfaz de aire para demandar la
conexión que es similar al de una llamda de voz con la diferencia que este requeriminto
ira al core de paquetes PS.
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ATM
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En esta insatncia el RRC a travez de RANAP demanda al core de paqutes PS una
conexión PDP (Paquet Data ……)
Luego se establece la conexión dedicada y el UE se coenctara con el servidor que
requirió. Para ello se conforma toda la conexiones en todas las capas de USER PLANE
como vemos en la figura:
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Como vemos en la ultima capa el ue transmite su requeriminto al servidor que desea
conectarse en este caso Facebook quien acepta la conexión y enviara los datos para que
el UE pueda dibujar la web de facebook en su pantalla esto lo vemos en la siguiente
figura donde vemos en paralelo las funciones del control plane que a travez del canal de
control dedicado DCCH enviara al UE instrucciones de que recursos tomar en DL y en
UL. esto es códigos, potencia y time slot.
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En una conexión de datos no siempre hay transferencia de información y tampoco el
canal UL tiene el mismo comportamiento del canal DL. Para explicar este
comportamiento y ver como lo resuelve cada capa de red veremos un caso de trafico
común en datos que es bajar una foto.
Durante una conexión de datos tanto para el USER PLANE como el CONTROL
PLANE no siempre hay transferencia de información entre el UE y la RED por lo cual
en esos casos no se generan conexiones dedicadas de capa 2 (canal de transporte DCH).
Es por eso que en el control plane el canal lógico DCCH no siempre se mapea por el
DCH también lo hace a travez del FACH y el RACH que son canales de trasporte
comunes.
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Desdes el momomento en que el servidor recibe el requrimirnto para bajar la foto y
procesa este pedido puede haber o no algún tiempo en el que no haya transferencia de
datos vamos a suponer que pasan algunos segundos desde que el servidor acepto el
requerimiento hasta que comienza la transferencia. En este lapso de tiempo no hay
transfrenecia de información entre el UE y la red ni de control plane ni de user plane.
Por ese motivo tampoco hay recursos de interfaz de aire ni de trasporte Iub
comprmortidos durante este tiempo. Lo que si hay es una conexión del Ue en el RRC
que le asocia un numero C-RNTI que será la herramienta que tendra el RRC para
buscarlo a travez del canal común FACH. Este estado Cell_FACH el UE esta
muestreando periódicamente el FACH para ver si recibe al un mensaje desde el RRC.
En el momento que el servidor preocesó el requerimiento y empieza la trasferencia en
down link se habre un canal dedicado DCCH de la siguiente forma
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De esta forma el UE toma un canla de trasporte DCH que le asigna el RRC y sale del
estad CELL_FACH para ir al estado CELL_DCH.
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En este conexión de control plane el UE recibirá los datos de recursos de interfaz de aire
(Codigos, TS) para comenzar la trasferencia del archivo que tiene la foto seleccionada.
El sistema tratara de asignar la mayor cantidad de recursos disponibles para que la
trasferencia sea lo mas rápida posible según la configuración de capacity managment y
los recursos disponibles de interfaz de aire y de trasporte Iub. Con todo esto se establece
el RAB de USER PLANE
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Si vemos en detalle las capas físicas de interfaz de aire vemos la conformación de los
canales físicos compreometidos en DL para esta transferecia los mismos varian la
capacidad Kb/s según el SF de los códigos utilizados y la cantidad de tramas usadas
para esta coenxion
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NODE B
UE
CANALES DE
TRANSPORTE
PROCESAMIENTO DE
SEÑAL
CANALES FISICOS
TS
MOD/DEMOD I-Q
SPREAD/ DESPREAD
SCRAMBLING
SINCRONIZACION
MOD Y DEMOD DE
PORTADORA
QPSK
10ms
X
AD
DPDCH
X
SF
CODIGO DE
CANALIZACION
AD
X
X
X
CANALES FISICOS
QPSK
+
SCRAMBLING
CODE
10ms
AD
X
X
90
X
SF
DPDCH
CODIGO DE
CANALIZACION
AD
X
X
SCRAMBLING
CODE
Re cordemos que cuanto mas chico es el SF mas códigos se comprometen por esto es
que se manejan tramas con códigos de SF bajos o varias tramas de SF mas alto.
El RRC maneja el árbol de códigos en forma dinámica según los recursos disponibles.
Como habíamos visto en la parte de Canales físicos las tramas DPCH tiene formatos
con SF desde 8 hasta 512 esto puede multimplicar su capacida pero compromete el
árbol de códigos. En la figura vemos 3 ejemplos de códigos de SF 256, 128, 16. En
línea gruesa esta la parte del árbol que queda comprometida por el uso de cada código.
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SF=16
SF=32
SF=64
SF=128
SF=256
SF=512
Por este motivo el sistema asigna tramas con SF de gran capacidad (mas bajos) o varias
tramas cob SF de baja capacidad (mas altos)
En up link también tengo un árbol de códigos, pero la diferencia es que el UE dispene
de todo el árbol ya que esta separado por Scrambling Code de los demás UE. En este
caso los códigos de mayor SF osea de menor capacidad son mas inmunes al ruido esto
es por la teoría de shanon (Formula). Con lo cual el empleo de SF menores para obtener
mayoir capacidad esta limitad por el ruido en Up Link. Si vemos la ecuación de
shanon…
Deducimos que un código de canailizacion de mayor SF utilizar el mismo ancho de
banda que uno de menor SF para trasportar emnor información con lo cual bajan las
exigencias de relación S/N
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NODE B
UE
CANALES DE
TRANSPORTE
PROCESAMIENTO DE
SEÑAL
CANALES FISICOS
TS
MOD/DEMOD I-Q
SPREAD/ DESPREAD
SCRAMBLING
SINCRONIZACION
MOD Y DEMOD DE
PORTADORA
10ms
AD
X
DPDCH
X
SF
CODIGO DE
CANALIZACION
AD
X
X
X
CANALES FISICOS
+
SCRAMBLING
CODE
10ms
AD
X
X
90
X
SF
DPDCH
CODIGO DE
CANALIZACION
AD
X
X
SCRAMBLING
CODE
Si graficamos en el tiempo la cpacidad de una trama DPDCH según el SF nos queda
CAPACIDAD
SF=16
SF=128
SF=256
t
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Una vez que se termina de trasferir la foto el UE vueleve al estad CELL_FACH y luego
de un tiempo que no hace intercambios de información el Core PS libera la conexión
PDP con lo cual el UE pasa a eastado IDLE.
Handover de Datos
En este caso para UP link y Down link el sistema mantiene la conexión de datos PDP
entre el UE y el Core de paquetes PS
De fora similar que para la conexión CS el RRC requiere mediciones al UE de otras
servidoras vecinas a travez del DCCH activo una vez seleccionada la mejor candidata
asigna recursos de la misma para continuar la conexión.
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Para celdas perteneciente a distintos nodos b dependientes del mismo RNC
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User Plane
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Handover entre celdas pertenecientes a Nodos B de distintos RNC
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User Plane
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Recusos HS
En este sección tratremos el funcionamiento de estos recursos que se darán mas en
profundidad cuando vemaos HSDPA Y HSUPA. HS genera una subcapa mas dentro de
la caopa 2 MAC-RLC le prosesaciemnto de esta capa se encuntra en el Nodo B y esta
orientda a eficientizar el uso de recusos físico de interfaz de aire .
y el Control Plane
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En UP link tenemos el E-DCH que tiene el siguiente esquema en Control Plane y User
Plane
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