NUEVOS SERVICIOS Y RED UMTS José María Hernando Rábanos Catedrático Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación José María Hernando Rábanos 1 Servicios Móviles Multimedia CARACTERISTICAS GENERALES DE SISTEMAS MOVILES 3G • ANYKIND – ANYWHERE – ANYTIME. • Servicios multimedia de banda ancha. • Conexiones múltiples, simultáneas y flexibles con diferentes velocidades binarias de 64 kbit/s a 2 Mbit/s. • Itinerancia mundial en cobertura, operadores y servicios. • Modalidades terrenal y por satélite. • Conmutación de circuitos y paquetes. • Calidad de servicio negociable. • Utilización eficaz del espectro. • Seguridad de acceso a la red y utilización de la misma. José María Hernando Rábanos 2 Servicios Móviles Multimedia TIPOS DE CÉLULAS-3G José María Hernando Rábanos 3 Servicios Móviles Multimedia ESTANDAR IMT-2000 Desarrollado en la UIT como Norma mundial para 3G Modos de operación • UMTS (Europa y Japón) • cdma 2000 (USA) • TD-SCDMA (China) • DECT (Europa) • UWC 136 (USA) José María Hernando Rábanos 4 Servicios Móviles Multimedia VISIÓN GENERAL DE LOS SERVICIO UMTS La Universalidad, que da nombre a la tecnología UMTS, es un concepto clave en el desarrollo de los servicios 3G en este sistema. Se apoya en dos premisas básicas: 1. Posibilidad de que cualquier Entidad u Organización pueda desarrollar Aplicaciones y Servicios. 2. El usuario deberá tener la misma percepción de los servicios recibidos con independencia del terminal que utilice y del lugar donde se encuentre. José María Hernando Rábanos 5 Servicios Móviles Multimedia SERVICIOS UMTS • En UMTS únicamente se especifican los mecanismos básicos para construir servicios. La definición de éstos queda bajo control del mercado (market driven). • Aparecen las figuras de Proveedor/Operador de Servicios sobre redes UMTS de otros operadores. • Se están desarrollando lenguajes específicos API (Application Program Interfaces) para la implantación de aplicaciones en redes, con independencia de los detalles de operación de éstas. • Otro concepto importante es el VHE (Virtual Home Environment) que permite a un usuario conservar su perfil de servicios, edición de éstos e interfaz de acceso, con independencia de la red utilizada. José María Hernando Rábanos 6 Servicios Móviles Multimedia CONCEPTOS Y TECNOLOGÍAS BÁSICAS • OSA (Open Services Architecture). • Arquitectura de Servicios abierta, con estructuración del Núcleo de Red en un nivel de servicios/aplicaciones y otro de transporte. • VHE (Virtual Home Environment). • Entorno personal virtual, que permite a un usuario conservar su perfil de servicios, la edición de éstos y la interfaz de acceso, con independencia de la Red visitada. • CAMEL. • Adaptación de los servicios de Red Inteligente a las Redes móviles, con ejecución normalizada de los mismos, para independizar el desarrollo del servicio y el acceso al mismo desde la Red móvil. José María Hernando Rábanos 7 Servicios Móviles Multimedia • MExE (Mobile Excution Environment) • Define un marco de ejecución de operaciones en el terminal de usuario (UE) • Permite la consulta remota (desde la red) de funcionalidades disponibles en el terminal, para servicios “push” iniciados desde la red. • Permite independizar el desarrollo de los servicios de las funcionalidades que soporte el terminal y de la implementación específica del fabricante. • USAT (Universal SIM Application Toolkit) • Define un entorno de ejecución de aplicaciones en la propia tarjeta U-SIM, con independencia de las funcionalidades del terminal. José María Hernando Rábanos 8 Servicios Móviles Multimedia CARACTERÍSTICAS DE QOS EN SERVICIOS UMTS • Se definen distintas características de QoS sobre la base de la • • • • Tecnología. Percepción del usuario. Gestión estática de los recursos. Gestión dinámica de los recursos. José María Hernando Rábanos 9 Servicios Móviles Multimedia • QoS basada en la Tecnología • • • • • Retardo. Caudal. Anchura de Banda. Indisponibilidad. Tasa de errores. José María Hernando Rábanos 10 Servicios Móviles Multimedia • QoS basada en la percepción del usuario • • • • • Prioridades. Calidad subjetiva de imágenes y sonidos. Seguridad. Confidencialidad. Coste. José María Hernando Rábanos 11 Servicios Móviles Multimedia • QoS basada en la gestión estática de recursos • • • • Tipificación de QoS. Control de admisión. Reserva de recursos. Negociación de recursos en un entorno cambiante. José María Hernando Rábanos 12 Servicios Móviles Multimedia • QoS basada en la gestión dinámica de recursos • • • • Monitorización de la comunicación. Seguimiento de los parámetros de acceso al sistema. Negociación de valores de parámetros. Sincronización entre servicios simultáneos. José María Hernando Rábanos 13 Servicios Móviles Multimedia • El grupo de servicios más paradigmático serán los multimedia e Internet Móvil. • Los servicios se han clasificado en 4 categorías: − Servicios Conversacionales: Bidireccionales, en tiempo real, retardo pequeño y constante: voz, videoteléfono. − Servicios afluentes (Streaming): Unidireccionales, retardo constante pero no necesariamente reducido: vídeo. − Servicios interactivos: Bidireccionales, retardo moderado y baja tasa de errores: navegación Internet. − Servicios diferidos (Background): Bidireccionales: correo electrónico, descarga de datos. José María Hernando Rábanos 14 Servicios Móviles Multimedia CLASE CONVERSACIONAL • Servicios en Tiempo Real (RT). • Limitación del retardo máximo de transferencia consecuencia de la percepción humana de la conversación y sucesión de imágenes. • Tiempo de transferencia reducido. • Debe mantenerse la relación temporal entre los elementos de información. • Telefonía con conmutación de circuitos, voz sobre IP y videoconferencia interactiva. José María Hernando Rábanos 15 Servicios Móviles Multimedia CLASE AFLUENTE • Servicios en Tiempo Real (RT) • Servicios unidireccionales. • Variación temporal entre elementos de información muy reducida. • No es necesario un retardo de transferencia muy reducido. • Aplicaciones de audio y video en tiempo real. José María Hernando Rábanos 16 Servicios Móviles Multimedia CLASE INTERACTIVA • Servicios en Tiempo No Real (NRT). • Mantenimiento del contenido de la información (baja tasa de errores). • Retardo limitado. • Transferencia de datos según un patrón interrogación-respuesta. • Navegación web. • Obtención de datos de un servidor. José María Hernando Rábanos 17 Servicios Móviles Multimedia CLASE DIFERIDA • Servicios en Tiempo No Real (NRT). • Mantenimiento del contenido de la información (baja tasa de errores). • No se especifican limitaciones temporales. • Aplicaciones de e-mail, descarga de información desde bases de datos, mensajes cortos. José María Hernando Rábanos 18 Servicios Móviles Multimedia GAMAS DE VALORES PARA LOS ATRIBUTOS DEL SERVICIO PORTADOR UMTS CLASE DE SERVICIO ATRIBUTO Tasa Binaria Máxima (kb/s) CONVERSACIONAL AFLUENTE INTERCATIVO DIFERIDO < 2048 < 2048 < 2048 – Tara < 2048 - Tara Tamaño máximo SDU (bytes) ≤ 1500 BER Residual 10-2; 10-3 10-4; 10-6 10-2; 10-3 10-4; 10-5; 10-6 4 × 10-3; 10-5 6 × 10-8 FER de Bloques SDU 10-2;10-3 10-4; 10-5 10-1; 10-2 10-3; 10-4; 10-5 10-3; 10-4; 10-6 100 – valor max 250 – valor max Retardo de transferencia (ms) José María Hernando Rábanos 19 Servicios Móviles Multimedia • Se especifican diversos valores de la Tasa de errores BER (Bit Error Rate) residual y de la Tasa de errores FER (Frame Error Rate) de los bloques SDU (Service Data Units). • La BER (y la tasa de errores SDU) suelen ser más estrictas para servicios en tiempo real. • El retardo de transferencia indica el retardo máximo para el 95% de la distribución de los retardos de todas las SDU transferidas durante la vida del portador. José María Hernando Rábanos 20 Servicios Móviles Multimedia SERVICIOS PORTADORES UMTS CON CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS • Se han definido cinco clases de servicios: • Voz. • Datos transparentes multimedia. para soporte de información • Fax, no transparente. • Datos, no transparentes. José María Hernando Rábanos 21 Servicios Móviles Multimedia ATRIBUTOS DE SERVICIO PORTADOR UMTS CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS Servicio Clase de Tráfico Tasa de bits máxima (kb/s) Datos Transparentes Incluido Multimedia Datos No Transparentes Conversacional Afluente = Tasa de bits garantizada 14,4 ; 28,8 ; 57,6 Tasa de bits garantizada (kb/s) 28,8 ; 32 ; 33,6 ; 56 ; 64 14,4 Tamaño máximo de SDU (bits) 280 ..... 640 576 Retardo de Transferencia (ms) < 200 < 250 José María Hernando Rábanos 22 Servicios Móviles Multimedia NUEVOS SERVICIOS Y APLICACIONES UMTS • Mensajería Multimedia • Similar al MMS/GPRS actual con adición de video y música. • Internet e Intranet móviles. • A mayor velocidad que con GPRS. De 384 kb/s a 2 Mb/s. • Videotelefonía. • Vídeo y audio bajo demanda José María Hernando Rábanos 23 Servicios Móviles Multimedia CARACTERÍSTICAS DE LOS NUEVOS TERMINALES UMTS • Polivalencia: GSM / GPRS / UMTS. • Pantallas más grandes, en color resolución. • Reproducción de video en MPEG-4. • Reproducción de audio en MP-3. • Pantalla táctil. • Cámara integrada. • Entorno de ejecución de aplicaciones. José María Hernando Rábanos 24 y de alta Servicios Móviles Multimedia ARQUITECTURA UMTS GENERAL Constituida por Entidades Funcionales, Interfaces y Puntos de Acceso a Servicios. • CN: Core Network (Núcleo de Red) • UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network. • UE: User Equipment (Equipo de Usuario). Interfaces: • Uu: Radio (Air) Interface. • Iu: Interface CN/UTRAN Las Entidades Funcionales se insertan en dos estratos: − Estrato de no acceso − Estrato de acceso. José María Hernando Rábanos 25 Servicios Móviles Multimedia El estrato de acceso contiene básicamente todos los elementos específicos de radiotransmisión que proporcionan servicios al estrato de no acceso a través de los siguientes Puntos de Acceso al servicio: − SAP de Control General: GC. − SAP de Notificación: Nt. − SAP de Control Dedicado: DC. José María Hernando Rábanos 26 Servicios Móviles Multimedia CARACTERISTICAS FUNDAMENTALES • Separación lógica de los canales de tráfico y de señalización. • Separación de las redes UTRAN y CN. • La movilidad se trata de dos formas distintas: − Con conexión dedicada, corre a cargo de UTRAN, incluido el “soft handover”. − Sin conexión dedicada, la conexión se trata entre el UE y la CN sin tener en cuenta la capa de acceso mediante procedimientos de registro. José María Hernando Rábanos 27 Servicios Móviles Multimedia ARQUITECTURA LOGICA DE UTRA • UTRA consta de un conjunto de sistemas radio RNS conectados a la red CN a través de interfaces Iu e interconectados entre sí por los interfaces Iur. • El subsistema RNS está constituido por un controlador de red, RNC y varios nodos B. • Cada RNS es responsable de los recursos de su conjunto de células. José María Hernando Rábanos 28 Servicios Móviles Multimedia Red Central (Core Network, CN) Iu Iu Controlador de la Red Radio (Radio Network Controller, RNC) Iub Nodo B Controlador de la Red Radio (Radio Network Controller, RNC) Iur Iub Iub Nodo B Nodo B Iub Nodo B Célula Subsistema de la Red Radio (Radio Network Subsystem, RNS) José María Hernando Rábanos 29 Servicios Móviles Multimedia Competen al RNC las funciones de traspaso incluida la combinación, para soportar macrodiversidad entre nodos B propios o dependientes de otros RNC En cada conexión UE-UTRAN el RNS involucrado inicialmente es el Servidor: SRNS si es necesario en un traspaso tomar recursos de otro RNS, éste se conecta en paralelo como soporte: D-RNS cerrándose la conexión por la interfaz Iur CN Iu D-RNS Iur FUNCIONES DE UTRAN 1) Control de acceso al sistema global S-RNS 2) Cifrado del canal radio 3) Traspaso 4) Gestión y Control de los recursos UE José María Hernando Rábanos 30 Servicios Móviles Multimedia ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS DE LA INTERFAZ RADIO Plano de Control (Señalización) Plano de Usuario (Información) MM y CC GC DC Nt L2/PDCP PDCP RRC C O N T R O L C O N T R O L BMC L2/BMC SAPS RLC RLC RLC SAPS L2/RLC Canales Lógicos L2/LAC MAC Canales de Transporte SAPS L1 PHY José María Hernando Rábanos RLC 31 Servicios Móviles Multimedia El nivel de LAC y el de red (L3) se dividen en dos planos: de control (señalización) y de usuario (datos) Se definen tres clases de canales: • Lógicos • De transporte • Físicos MAC: MEDIUM ACCESS CONTROL RLC: RADIO LINK CONTROL RRC: RADIO RESOURCES CONTROL BMC: BROADCAST/MULTICAST CONTROL PDCP: PACKET DATA CONVERGENCE PROTOCOL José María Hernando Rábanos 32 Servicios Móviles Multimedia Los canales lógicos expresan el tipo de información que se transfiere por la interfaz radio. Pertenecen al nivel de enlace. Los canales de transporte expresan cómo se transmite esa información. Los canales físicos denotan los recursos utilizados: códigos de expansión, frecuencias portadoras e intervalos de tiempo. José María Hernando Rábanos 33 Servicios Móviles Multimedia FUNCIONES BÁSICAS DE LA CAPA FÍSICA Codificación/decodificación con control de errores. Supervisión de los canales físicos. Combinación para macrodiversidad y traspaso con continuidad. Multiplexación/Demultiplexación de canales de transporte únicos y múltiples. Representación o proyección (mapping) de los canales de transporte sobre canales físicos. Modulación/Demodulación de espectro ensanchado en banda ancha (DS-WCDMA). Control de potencia. Control de antenas. Adaptación de velocidades. Procesado RF. José María Hernando Rábanos 34 Servicios Móviles Multimedia FUNCIONES BASICAS DE LA CAPA MAC Asignación de la correspondencia entre los canales lógicos y los de transporte. Selección de formatos de transporte según la tasa de transmisión. Gestión de prioridades de servicios. Gestión de prioridades ente terminales según el perfil de tráfico. Supervisión del volumen de tráfico a disposición de la subcapa RRC. José María Hernando Rábanos 35 Servicios Móviles Multimedia FUNCIONES BASICAS DE LA CAPA RLC Transferencia de información entre las subcapas RRC y MAC en modo: – Transporte – Sin acuse de recibo – Con acuse de recibo Tratamiento de la información de capas superiores para cursarla en las unidades de información manejadas por la RLC. Corrección de errores, ordenación de paquetes, supresión de duplicidades. Control del flujo de información. José María Hernando Rábanos 36 Servicios Móviles Multimedia FUNCIONES BASICAS DE LA SUBCAPA RRM Difusión de la información proporcionada por el estrato de No Acceso. Difusión de información propia del estrato de Acceso. Establecimiento, mantenimiento y liberación de conexiones RRC entre terminales móviles y la red de acceso radio. Gestión de portadoras radio: asignación, reconfiguración y liberación de recursos. José María Hernando Rábanos 37 Servicios Móviles Multimedia Aviso o notificación. Control del grado de calidad del servicio requerido. Selección y reselección de célula, Control de admisión. Cronoejecución de paquetes (Packet scheduling). Control de congestión. José María Hernando Rábanos 38 Servicios Móviles Multimedia CANALES LÓGICOS Se definen en función de la información que transmiten y se clasifican según el plano al que corresponden (control o usuario-tráfico). Finalidad CANAL Sentido Tipo BCCH Descendente Control Difusión información red PCCH Descendente Control Aviso a móviles no localizados CCCH Bidireccional Control Señalización con móviles sin conexión RRC DCCH Bidireccional Control Señalización con un móvil específico Tráfico Transferencia de información con un móvil específico Tráfico Transferencia de información puntoServicios Móviles Multimedia multipunto DTCH CTCH Bidireccional Bidireccional José María Hernando Rábanos 39 CANALES DE TRANSPORTE Pueden considerarse como servicios ofrecidos por la capa 1 a las capas superiores. Llevan asociados distintos formatos de transporte definidos por la codificación de datos, entrelazado, velocidad de bits y proyección sobre canales físicos. En los canales de transporte las componentes de información y señalización van multiplexadas en tiempo. Equivalen a los canales lógicos de GSM. José María Hernando Rábanos 40 Servicios Móviles Multimedia Se dividen en: – Comunes – Dedicados Los canales comunes son compartidos por varias MS aunque pueden también usarse para intercambiar información con una MS determinada con identificación “en-banda”. En los canales dedicados la MS se identifica por el canal físico que está utilizando. En UMTS no hay distinción entre canales dedicados (control) vinculados a un canal de tráfico y los que no lo están. José María Hernando Rábanos 41 Servicios Móviles Multimedia CANALES DE TRANSPORTE CANAL Sentido Tipo Finalidad BCH Descendente Común Difusión información red y célula. Común Envío información a móviles cuya situación es conocida. FACH Descendente PCH Descendente Común Envío información a móviles cuya ubicación no es conocida. DSCH Descendente Común Asignación de recursos. RACH Ascendente Común Acceso aleatorio de los móviles. Común Transmisión de paquetes sin asignación exclusiva. CPCH DCH Ascendente Bidireccional José María Hernando Rábanos Transmisión de información y Dedicado señalización en un móvil específico. Servicios 42 Móviles Multimedia MULTIACCESO RADIO La tecnología de multiacceso radio elegida para UMTS es CDMA con expansión por secuencia directa: DS-CDMA. La anchura de banda es 5 MHz por lo que se habla de WCDMA. Son bien conocidas las ventajas de esta tecnología: Robustez frente a interferencias. Reutilización universal de frecuencias. Gran calidad y capacidad. Aprovechamiento del multitrayecto (Rake). Traspaso con continuidad (make/break). Eficiencia espectral. 43 José María Hernando Rábanos Codificación de canal sin aumento de anchura de banda. Velocidades de datos ampliamente variables. Control de potencia. Aprovechamiento de la actividad vocal. Privacidad. Posibilidad de incorporar nuevos avances tecnológicos Servicios Móviles Multimedia Se han definido dos modos de funcionamiento en UMTSWCDMA: - Modo FDD con dos portadoras por radiocanal para operación en bandas de frecuencias emparejadas. - Modo TDD con una portadora por radiocanal para operación en bandas de frecuencias no emparejadas. El modo FDD es idóneo para servicios simétricos, con una amplia gama de velocidades. El modo TDD resulta adecuado para servicios asimétricos en entonos de interiores y microcelulares. En este modo, los requisitos de sincronización son más estrictos y exigen más márgenes (overhead) para los tiempos de guarda y rampas de variación de potencia. José María Hernando Rábanos 44 Servicios Móviles Multimedia BANDAS DE FRECUENCIAS (WRC-1992) Multiacceso FDD: - Bandas Emparejadas (Paired Bands) Enlace Ascendente: 1920 – 1980 MHz Enlace Descendente: 2110 – 2170 MHz 60 MHz = 12 Portadoras - Bandas no emparejadas (Unpaired Bands) 2010 – 2025 MHz 1900 – 1920 MHz 35 MHz = 7 Portadoras José María Hernando Rábanos 45 Servicios Móviles Multimedia CAPA FÍSICA Recursos Físicos • El recurso físico utilizado es el conjunto: (Códigos de expansión, Frecuencias y en TDD Intervalos de Tiempo). En el enlace ascendente se utiliza también la fase relativa (0, π/2) para realizar canales I y Q. • La transmisión va estructurada en tramas e intervalos temporales (slots) debido a: 1) la extracción por bloques de la señal del códec vocal. 2) la necesidad de actualizar la estimación del canal para mantener la sincronización y el funcionamiento del receptor Rake. 3) el mantenimiento del control dinámico de potencia. 4) la conveniencia de cambiar parámetros de transmisión (velocidad) mientras dura la misma. José María Hernando Rábanos 46 Servicios Móviles Multimedia ESTRUCTURA DE TRAMAS (FDD Y TDD) Es una estructura jerárquica con diferentes divisiones del tiempo. El nivel jerárquico inferior está constituido por intervalos (TS: Time Slot). Cada intervalo tiene: - Una duración de 0,667 ms (2/3 ms). - Una capacidad de 2/3 × 3840 = 2560 chips a la velocidad de 3,84 Mcps (1 chip=0,26 µs). El nivel básico (intermedio) es la Trama (Frame) formada por 15 TS con una duración de 10 ms. El nivel superior es la supertrama (SF) constituida por 72 tramas. Su duración es 720 ms que equivale a 6 multitramas MF26 de GSM. José María Hernando Rábanos 47 Servicios Móviles Multimedia ESQUEMA DE LA ESTRUCTURA TEMPORAL Tintervalo = 0,667 ms Int. # 0 Int. # 1 Int. # i Int. # 14 Ttrama = 10 ms Trama #0 Trama #1 Trama #i Trama #71 Tsupertrama=720 ms En FDD hay dos tramas diferentes soportadas por dos portadoras, para los enlaces ascendente y descendente, respectivamente. José María Hernando Rábanos 48 Servicios Móviles Multimedia CANALES FISICOS Un canal físico es una asociación de códigos e intervalos dentro de una estructura de tramas. Por ello: En FDD: Par (Frecuencia Portadora, Código). En TDD: Tripleta (Frecuencia Portadora, Código, Intervalo). Los canales físicos se diferencia o clasifican: 1)Según el sentido de la transmisión: – Ascendente. – Descendente. 2)Según la asignación a estaciones móviles: – Comunes. – Dedicados. 3)Según el tipo de información intercambiada: – Datos. – Control. José María Hernando Rábanos 49 Servicios Móviles Multimedia CANALES FISICOS Finalidad CANAL Sentido Tipo P-CCPCH Descendente Común Soporta el BCH S-CCPCH Descendente Común Soporta el FACH y el PCH PDSCH Descendente Común Soporta el DSCH PRACH Ascendente Común Soporta el RACH PCPCH Ascendente Común Soporta el CPCH DPDCH Bidireccional Dedicado Bidireccional Tráfico de Dedicado señalización del DCH DPCCH José María Hernando Rábanos 50 Tráfico de datos del DCH Servicios Móviles Multimedia CANAL Sentido Tipo Finalidad CPICH Descendente Común SCH Descendente Común AICH Descendente Común AP-AICH Descendente Común CSICH Descendente Común CD/CA-ICH Descendente Común PICH Descendente José María Hernando Rábanos Común 51 Piloto continuo para referencia de potencia y fase a las MS Sincronización de las MS con una célula Notifica aceptación/rechazo de solicitudes de registro Similar al AICH pero con solicitudes de uso del CPCH Informa disponibilidad del CPCH Informa sobre detección de colisiones y asignación del CPCH Informa a MS sobre decodificación del PCH Servicios Móviles Multimedia UTILIZACION DE LOS CANALES FISICOS 1. Sincronización del UE con SCH 2. Recepción información de la red con P-CCPCH 3.Monitorización celular con CPICH para selección de célula. 4. Petición de acceso con PRACH 5. Confirmación de acceso con AICH 4’.Petición de acceso en modo paquete con PCPCH 5’.Confirmación de acceso con AP-AICH Utilización adicional de CD/CA-ICH y CSICH 6. Aviso de llamadas entrantes con PICH y S-CCPCH 7.Transferencia de información de usuario con DPDCH y señalización con DPCCH. José María Hernando Rábanos 52 Servicios Móviles Multimedia ESTRUCTURA CANALES FISICOS DEDICADOS ENLACE ASCENDENTE DATOS N bits DPDCH DPCCH Pilot N bits TFCI N bits Eje I FBI N bits TPC N bits Eje Q Tintervalo = 2/3 ms TFCI: Transport Format Combination Indication (opcional) FBI: Feedback Information TPC: Transmit Power Control Número de chips por intervalo: 3840·(2/3) = 2560 Número de bits por intervalo: 10·2k (k=0...6) Factor de expansión: SF = 256/2k (4 a 256) Velocidad de bits: 15 kbit/s (k = 0) a 960 kbit/s (k = 6) Si se requiere más velocidad se transmite más de un DPDCH (Multicode) Servicios Móviles Multimedia 53 José María Hernando Rábanos ENLACE DESCENDENTE Se multiplexan en tiempo las informaciones de datos de usuario y de control ESTRUCTURA TEMPORAL Slot#0 Slot#14 Slot#i Tf = 10 ms Datos 1 N bits DPDCH TFCI N bits TPC N bits DPCCH Datos 2 N bits Piloto N bits DPDCH DPCCH Tintervalo = 2/3 ms Número de chips por intervalo: 3840 · (2/3) = 2560 Número de bits por intervalo 10 · 2k (k = 0 ... 7) Factor de expansión: SF = 512/2k ( 4 a 512) Velocidad de bits: 15kbit/s (k=0) a 1920kbit/s (k = 7) José María Hernando Rábanos 54 Servicios Móviles Multimedia UTILIZACIÓN DCH CON VARIOS DPDCH EN UL Q Q DPCCH Q DPCCH3 DPDCH1 DPDCH2 I DPDCH4 I I CANA L DE CONTROL DEDICADO UNICO EN ESE Q CANA LES DE TRAFICO (DATOS) EN EJES I Y Q ALTERNADOS José María Hernando Rábanos 55 Servicios Móviles Multimedia VARIACIÓN DE LA POTENCIA EN DPCH DL P DPCH 1 1 2 3 4 5 P DPCH 2 P DPCH 3 1 TS 1,4: CAMPO DE DATOS: DPDCH 2: CAMPO TPC 3: CAMPO TFCI DPCCH 5: PILOTO José María Hernando Rábanos 56 Servicios Móviles Multimedia CODIGOS DE CANALIZACIÓN Se utilizan para el UL y DL Son cortos, ortogonales entre sí y con una longitud igual al SF La ortogonalidad se mantiene también con códigos de diferentes SF Gama de longitudes: 1, 2, 4, 8, ... 512 Se generan mediante un árbol de códigos OVSF C=(1,1,1,1) ch,4,0 −La elección de un C=(1,1) ch,2,0 C=(1,1,-1,-1) ch,4,1 C=(1) ch,1,,0 C=(1,-1,1,-1) ch,4,2 C=(1,-1) ch,2,1 C=(1,-1,-1,1) ch,4,3 SF = 1 SF = 2 José María Hernando Rábanos código prohíbe escoger otro situado en las ramas ascendientes o descendientes del mismo. SF = 4 57 Servicios Móviles Multimedia CODIGOS DE ALEATORIZACION Enlace ascendente: hay 224 códigos complejos largos (38400 chips) y otros tantos cortos (256 chips) Enlace Descendente: hay 218-1 códigos de los que se utilizan 8192 distribuidos en 512 grupos de 16 códigos cada uno. En DL el código de aleatorización identifica la célula. En UL el código de aleatorización identifica el móvil. José María Hernando Rábanos 58 Servicios Móviles Multimedia CÓDIGO GLOBAL Código de canalización × Código de aleatorización Cada célula puede reutilizar hasta 16 veces el árbol OVSF con diferentes códigos de aleatorización. Ello conlleva un aumento de interferencia que implica un incremento de la potencia de transmisión. José María Hernando Rábanos 59 Servicios Móviles Multimedia SERVICIO DE TRANSPORTE • El servicio de transporte que ofrece la capa física a las capas superiores, funciona en el marco temporal de las tramas radio de 10 ms. • Cada 10 ms, o alguno de sus múltiplos, se genera un paquete de datos, objeto de procesamiento conjunto (codificación, adaptación, entrelazado), que se llama Bloque de Transporte: TrBk Transport Block). • El TrBk, típicamente, corresponde a una unidad básica de intercambio de datos entre las capas PHY y MAC • Puede haber un intercambio de varios TrBks sobre el mismo canal dedicado de transporte, formando un Conjunto de Bloques de Transporte (TrBks: Transport Block Set). José María Hernando Rábanos 60 Servicios Móviles Multimedia DISTRIBUCIÓN DE BLOQUES DE TRANSPORTE TrBk TrBk TrBk DCH1 tiempo TTI TTI TTI Monocódigo Tr BkS TrBkS TrBk tiempo TTI TTI DCH2 TTI Monocódigo José María Hernando Rábanos 61 Servicios Móviles Multimedia • El tiempo entre llegadas de TrBks, se denomina TTI (Transmission Time Interval) y es un múltiplo del período de trama. • El formato de cada Bloque de Transporte es el parámetro TrBkF (Transport Block Format) que se envía en el canal de control. • El TrBkF consta de dos partes: • Parte Dinámica, que indica el tamaño del TrBk o TrBkS. • Parte Semiestática, que indica el TTI y las características del código de canal aplicado. Determina, entre otros atributos del servicio, la calidad (BER) y el retardo de la transmisión. José María Hernando Rábanos 62 Servicios Móviles Multimedia PROCESADO DE LOS BLOQUES DE TRANSPORTE ENLACE DESCENDENTE 1. 2. 3. 4. Generación del TrBk. Adición de redundancia cíclica: CRC. Concatenación de los TrBks generados en el TTI. Segmentación en Bloques de codificación (L>504 bits), de igual tamaño. 5. Codificación de canal • • • Códigos convolucionales 1/2 ó 1/3. Turbo códigos 1/3 Ninguna codificación José María Hernando Rábanos 63 Servicios Móviles Multimedia 6. Adaptación de velocidad (RA, Rate Adaptation • Repetición (Repetition) • Entresacado (Puncturing) de bits, según el atributo de adaptación de tasa del canal de transporte TrCH, que puede cambiar de trama a trama. 7. Primer entrelazado. • • • • Se rellenan la filas de una matriz de 1, 2, 4, 8 columnas (TTI = 10, .... 80 ms). Se reordenan las columnas Se lee la matriz por columnas. A cada TTI le corresponde una matriz José María Hernando Rábanos 64 Servicios Móviles Multimedia 8. Segmentación radio • Como el número de bits es múltiplo de 1, 2, 4, 8 (según el TTI), la segmentación en ese número de tramas se hace dividiendo la secuencia en 1, 2, 4, 8 segmentos. Cada segmento se transmite, por orden, en una trama. José María Hernando Rábanos 65 Servicios Móviles Multimedia 9. Multiplexación de canales de transporte (TrCH) • Cada 10 ms, cada TrCH entrega una trama para su multiplexación con las tramas de otros TrCH. Se forma así un canal compuesto de transporte: CCTrCH (Coded Composite Transport Channel). • Cuando hay algún canal compuesto CCTrCH, la RA permite mantener constante la tasa del canal compuesto en todos los TTI. En cada TTI, el número de bits de un CCTrCH debe ser igual a la suma de las tasas de los canales físicos en los que se proyectará el CCTrCH. José María Hernando Rábanos 66 Servicios Móviles Multimedia 10. Segmentación canal físico. • Si se tienen P canales físicos con capacidad de D bits de datos cada uno, se van asignando a cada canal bloques de D bits. 11. Segmento entrelazado • • • • Se aplica a cada bloque de D bits de la trama de un TrCH concreto. Los bits se escriben por filas en una matriz de 30 columnas (si es preciso con relleno). Se “reordenan” las columnas. Se lee la matriz por columnas. Se eliminan los bits de relleno. José María Hernando Rábanos 67 Servicios Móviles Multimedia 12. Proyección sobre un canal físico. • Se colocan los bits en los campos de datos del canal. 13. Expansión con códigos OVSF (Orthogonal Variable Spread Factor) 14. Aleatorización con códigos SC (Scrambling Codes) 15. Modulación 2 × BPSK (UL) ó QPSK (DL) José María Hernando Rábanos 68 Servicios Móviles Multimedia CONTROL DE POTENCIA Es esencial para la extracción de las señales CDMA. Hay tres variantes: En bucle abierto En bucle cerrado – Interno – Externo Bucle abierto: Acceso inicial por RACH Bucle cerrado interno: Rápido y repetitivo (1500 veces/segundo) para que SIR ≈ SIR objetivo. Bucle cerrado externo: Lento. Establece el valor de la SIR objetivo en función del grado de calidad BER o BLER José María Hernando Rábanos 69 Servicios Móviles Multimedia ENTORNOS DE PRUEBA Y MODELOS DE DESPLIEGUE La Norma UMTS TR 101 112 establece modelos de referencia para entornos de prueba representativos de escenarios de funcionamiento de UMTS. Se usan para la estimación de coberturas y rendimiento espectral y de potencia, mediante cálculos y simulaciones con modelos estándar de tráfico y propagación. Existe una estrecha correlación entre la descripción de alto nivel de los servicios, los entornos, la cobertura y la movilidad, como se ve seguidamente. José María Hernando Rábanos 70 Servicios Móviles Multimedia Velocidad Entorno de Tipo de Velocidad Descripción de máxima de máxima de móvil prueba y celda de alto nivel bits (Kbps) (Km/h) modelo de canal cobertura Rural Outdoor 144 500 Suburban Outdoor 384 120 Indoor / Low range Outdoor 2048 10 José María Hernando Rábanos 71 Vehicular Macrocelda Outdoor-toMacrocelda Indoor Microcelda And Pedestrian Indoor Microcelda Picocelda Servicios Móviles Multimedia MODELOS DE TRAFICO Servicios en Tiempo Real Generación de llamadas poissoniana con duración media de H=120 s para servicios de voz y datos con conmutación de circuitos. - Para voz el modelo es todo-nada con períodos de silencio generados mediante una distribución exponencial - Para datos el modelo es de velocidad de bits constante, con el 100% de actividad José María Hernando Rábanos 72 Servicios Móviles Multimedia MODELOS DE TRAFICO (2) Servicios no en Tiempo Real Se basan en “servicios de paquetes”, con una o más llamadas de paquetes, especificándose los siguientes parámetros: - Proceso de llegadas de paquetes. Número de llamadas por sesión. Tiempo de lectura entre llamadas. Número de datagramas en una llamada. Tamaño de los datagramas. José María Hernando Rábanos 73 Servicios Móviles Multimedia MODELOS DE PROPAGACIÓN Se ha normalizado un conjunto de modelos representativos con los siguientes descriptores: 1) Pérdida básica de propagación. 2) Desvanecimiento lento (Log-normal). 3) Desvanecimiento multitrayecto – Dispersión Temporal. – Espectro Doppler. en diferentes entornos de propagación – Interiores (Indoor-Office). – Microcélulas (Outdoor-Indoor, Pedestrian). – Macrocélulas (Outdoor&Vehicular). José María Hernando Rábanos 74 Servicios Móviles Multimedia PLANOS FUNCIONALES Nivel de Servicios Servicios Aplicaciones Aplicaciones MSC HLR GGSN GMSC SGSN Plano de Transporte SG Control PSTN ISDN MGW Conmutación MGW GSM EDGE Internet Intranets WCDMA José María Hernando Rábanos 75 Servicios Móviles Multimedia FASE INICIAL DE DESPLIEGUE: R99 El Núcleo de Red UMTS de la R99: • conserva la estructura de red GSM/GPRS es decir la separación de los dominios de circuitos y paquetes • se adapta a las nuevas interfaces de radio UMTS en los nodos U-MSC y U-SGSN • es transparente a la comunicación terminal-servidor de aplicaciones. Los entornos de aplicación se comunican con el Núcleo de Red mediante APIs y permite su desarrollo independiente José María Hernando Rábanos 76 Servicios Móviles Multimedia ARQUITECTURA DE LA RED UMTS. R99 (2001-2003) Iu (CS) 3G MSC/VLR CIRCUITOS 3G GMSC/VLR PSTN ISDN Iub RNC Iur PLMNs SCP HLR Iub VHE RNC Iu (PS) 3G GGSN 3G SGSN REDES IP PAQUETES (IP) José María Hernando Rábanos 77 Servicios Móviles Multimedia BIBLIOGRAFÍA Comunicaciones Móviles de Tercera Generación. UMTS. Telefónica Móviles España, 2ª edición, 2001. José M. Hernando y Cayetano Lluch (coordinadores) José María Hernando Rábanos 78 Servicios Móviles Multimedia