NUEVOS SERVICIOS Y
RED UMTS
José María Hernando Rábanos
Catedrático
Escuela Técnica Superior de Ingenieros de
Telecomunicación
José María Hernando Rábanos
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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.
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Servicios Móviles Multimedia
TIPOS DE CÉLULAS-3G
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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)
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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.
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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.
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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.
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• 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.
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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.
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Servicios Móviles Multimedia
• QoS basada en la Tecnología
•
•
•
•
•
Retardo.
Caudal.
Anchura de Banda.
Indisponibilidad.
Tasa de errores.
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Servicios Móviles Multimedia
• QoS basada en la percepción del usuario
•
•
•
•
•
Prioridades.
Calidad subjetiva de imágenes y sonidos.
Seguridad.
Confidencialidad.
Coste.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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)
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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)
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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
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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
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RLC
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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Tráfico de datos del
DCH
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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
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Común
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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.
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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
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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)
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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
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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
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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
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código
prohíbe
escoger otro situado
en
las
ramas
ascendientes
o
descendientes
del
mismo.
SF = 4
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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.
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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.
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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).
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DISTRIBUCIÓN DE BLOQUES DE
TRANSPORTE
TrBk
TrBk
TrBk
DCH1
tiempo
TTI
TTI
TTI
Monocódigo
Tr BkS
TrBkS
TrBk
tiempo
TTI
TTI
DCH2
TTI
Monocódigo
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• 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.
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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)
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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
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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.
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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
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Vehicular
Macrocelda
Outdoor-toMacrocelda
Indoor
Microcelda
And Pedestrian
Indoor
Microcelda
Picocelda
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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
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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.
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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).
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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
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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
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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)
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BIBLIOGRAFÍA
Comunicaciones Móviles de Tercera Generación.
UMTS.
Telefónica Móviles España, 2ª edición, 2001.
José M. Hernando y Cayetano Lluch
(coordinadores)
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