REDES UMTS (3G) - LTE

REDES UMTS (3G) - LTE
(Universal Mobile Telecommunication Services)
(Long Term Evolution)
REDES GSM-UMTS -LTE
IMPLEMENTACION
PERFORMANCE (QoS)
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
Evolución de las Redes Celulares: GSM-UMTS
1G
2G
2.5G
PDC
Analog
AMPS
N-AMPS
TACS
etc
GSM
GPRS
TDMA
IS-95
HSxPA = HSDPA and HSUPA
High Speed Downlink/Uplink Packet Access
3G
TD-SCDMA
TD-SCDMA
HSxPA
W-CDMA
W-CDMA
HSxPA
EDGE
3GSM
1xRTT
1xEV-DV
1xEV-DO
3GSM = W-CDMA & TD-SCDMA & HSDPA & HSUPA
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Evolución de las Redes Celulares: GSM-UMTS
OBJETIVOS GSM
PRIVACIDAD
ROAMING ENTRE PAISES
DATOS
MEJORAR LA EFICIENCIA ESPECTRAL
OBJETIVOS INICIALES UMTS (3G)
INTEGRACION DE REDES FIJAS Y MOVILES
ROAMING GLOBAL
MAYOR VELOCIDAD DE DATOS (hasta 2Mbps)
AUMENTO DE LA EFICIENCIA ESPECTRAL
 NUEVOS SERVICIOS
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Evolución de las Redes Celulares: GSM-UMTS
3G es la abreviación de tercera generación de transmisión de voz y datos a
través de telefonía móvil mediante UMTS (Universal Mobile Telecommunications
System)
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): Estándar europeo
miembro de la familia global ITM-2000 (International Mobile
Telecommunications-2000), perteneciente a la ITU (International
Telecommunication Union)
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) es una tecnología móvil
inalámbrica de 3G que aumenta las tasas de transmisión de datos de los
sistemas GSM utilizando la interfaz aérea CDMA en lugar de TDMA y por ello
ofrece velocidades de datos mucho más altas en dispositivos inalámbricos
móviles y portátiles que las ofrecidas hasta el momento.
El estándar de WCDMA fue desarrollado como el proyecto de la sociedad de
la tercera generación (3GPP) que apunta a asegurar interoperabilidad entre
diversas redes 3G. (3GPP - 3rd Generation Partnership Project)
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Evolución de las Redes Celulares: GSM-UMTS
REQUISITOS DE UN OPERADOR UMTS
UMTS tendrá que reutilizar la infraestructura de red de GSM
La primera fase UMTS deberá tener un impacto mínimo en los nodos de GSM
Deberá ser posible aumentar la cobertura gradualmente según vaya
creciendo la demanda
Los terminales tendrán que ser multinorma 2G&3G
Disponibilidad de traspasos (handoff ) entre sistemas 2G y 3G
Tendrá que ser posible la reutilización de los sitios 2G
REQUISITOS DE EVOLUCION DE LA TECNOLOGIA
Uso más eficiente de los recursos radio
Flexibilidad para integrar servicios de distinta naturaleza
Mayor relación de las TI (Tecnologías de la Información), orientadas a
paquetes, en las tecnologías de las telecomunicaciones
Integración paulatina de las redes de acceso vía radio en una plataforma
troncal de transporte basada en transmisión y conmutación de paquetes (IP,
ATM)
La gestión de recursos radio (scheduling) pasa a tener un papel fundamental
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Evolución de las Redes Celulares: GSM-UMTS
1G
2G
2.5G
PDC
Analog
AMPS
N-AMPS
TACS
etc
GSM
GPRS
TDMA
IS-95
HSxPA = HSDPA and HSUPA
High Speed Downlink/Uplink Packet Access
3G
TD-SCDMA
TD-SCDMA
HSxPA
W-CDMA
W-CDMA
HSxPA
EDGE
3GSM
1xRTT
1xEV-DV
1xEV-DO
3GSM = W-CDMA & TD-SCDMA & HSDPA & HSUPA
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Punto de Partida: GSM-GPRS-EDGE Network
UE: User Equipment
MS :Mobile Station ( ME+SIM)
GERAN:
GSM EDGE Radio Access Network
BSS: Base Station Subsystem
BSC: Base Station Controller
BTS: Base Transceiver Station
PCU (Packet Control Unit)
GSM Global System for Mobile communications
GPRS: General Packet Radio Service
EDGE: Exchanged Data Rates for Global/GSM Evolution o EGPRS
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Punto de Partida: GSM-GPRS-EDGE Network
CN: Core Network ( CS + PS)
MSC: Mobile service Switching Center
GMSC: Gateway MSC
VLR: Visitor Location Register
HLR: Home Location Register
EIR: Equipment Identity Register
AUC: Authentication Center
SMS: Short Message Service Centre
SGSN: Serving GPRS Support Node
GGSN: Gateway GPRS Support Node
ISDN: Integrated Services Digital Network
PSTN: Public Switched Telephone Network
PDN: Public Data Network
GSM Global System for Mobile communications
GPRS: General Packet Radio Service
EDGE: Exchanged Data Rates for Global/GSM Evolution o EGPRS
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Punto de Partida: GSM-GPRS-EDGE Network
GSM Global System for Mobile communications
GPRS: General Packet Radio Service
EDGE: Exchanged Data Rates for Global/GSM Evolution o EGPRS
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GSM-UMTS Network
WCDMA
UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems)
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access)
UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network
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UTRAN Network
The major characteristics of UTRAN are:
 Capacity on demand due to variable spreading factors
 Support of CS and PS bearer services
 Open interfaces and standardized network architecture to
allow multi-vendor operation
 Seamless handover between 2G and 3G networks
 Channel bandwidth: 5 MHz
 High data rates up to 384 kbps (FDD) and beyond 2 Mbps
with HSDPA.
Core
Network
Iu
NodeB
RNC
Radio Network Controller (RNC)
 ATM link connection with Node B (Iub) / CN (Iu)
 Termination of control signal from Node B, CN
 Call connection control with mobile station
 Traffic data collection/statistics
 Radio Resource Management
 Node B concentration
Node B
 ATM link connection with RNC (Iub)
 Termination of control signal with RNC
 Termination of radio interface
 Call connection with Mobile Station
 Softer handover control (between sectors)
 Traffic data collection/statistics
Iub
NodeB
NodeB
NodeB
Iub
NodeB
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GSM Bands - Argentina
25MHz
60MHz
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
GSM Air Interface: Canales de Radio
Métodos de Accesos en GSM: FDMA/TDMA
CANALES
TS
FDMA
TDMA
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
GSM Air Interface: Canales de Radio
0,577 ms
4,615 ms
TDMA
FRAME n+1
TRX
TS 7
TS 6
TS 5
TS 4
TS 3
TS 2
TS 1
TDMA
FRAME n
TS 0
FDMA
FDMA
200 kHz
Channel
1
2
3
123 124
1
25 MHz
824
Uplink
2
3
200 kHz
Channel
123 124
25 MHz
849 MHz
869
Downlink
894 MHz
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
GSM Air Interface: Canales de Radio
Canal Físico GSM
TS = 577µseg
Trama TDMA = 4,615 mseg
RX
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
TX
BTS
MS
TX
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
RX
Ts=0,577 ms
Vtx= 156,25 bits / 0,577 ms= 270,833 Kbps
Tframe=0,577 x 8=4,615 ms
Bits de datos=114 bits
Vcanal=114 bits/4,615 ms=24,7 Kbps
Rendimiento= 114/148=77%
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GSM Air Interface: Canales de Radio
Canales lógicos
Traffic Channels
Control Channels
BCCH
FCCH
SCH
Frequency
Correction
Burst
CCCH
BCCH
PCH
AGCH
Synchronization
Burst
DCCH
ACCH
RACH SDCCH CBCH SACCH FACCH
Normal Burst
Dummy
Burst
Half
Rate
Full
Rate
Access
Burst
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GSM Air Interface: Canales de Radio
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GSM Air Interface: Canales de Radio
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
UTRAN Air Interface
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
UTRAN Air Interface
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
UTRAN Air Interface
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
UTRAN Air Interface
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UTRAN Air Interface
CE
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UTRAN Air Interface
Canales Lógicos, Físicos y Transporte WCDMA-UTRAN
Broadcast Control Channel (BCCH)
Paging Control Channel (PCCH)
Common Control Channel (CCCH)
Dedicated Control Channel (DCCH)
Canales de tráfico:
Dedicated Traffic Channel (DTCH)
Common Traffic Channel (CTCH)
Dedicated Channel (DCH
Broadcast Channel (BCH)
Forward Access Channel (FACH)
Paging Channel (PCH)
Random Access Channel (RACH)
Uplink Common Packet Channel
(CPCH)
Downlink Shared Channel (DSCH)
Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH)
Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)
Physical Random Access Channel (PRACH)
Dedicated Physical Data Channel ( DPDCH)
Dedicated Physical Control Channel ( DPCCH)
Physical Downlink Shared Channel ( PDSCH)
Physical Common Packet Channel ( PCPCH)
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GSM-UMTS Bands - Argentina
25MHz
60MHz
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UTRAN Air Interface
Localización de las bandas GSM-WCDMA
TRXs
TRXs
TRXs
CE
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IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
Objetivo del operador:
Maximizar el número de usuarios para un número fijo
de infraestructuras (sitios)
Objetivo del usuario:
Maximizar la calidad de servicio por la mínima
cantidad de dinero.
Diseño de la red móvil:
Ubicación de las estaciones base para maximizar la
cobertura/capacidad con el mínimo número de
estaciones base requeridas para garantizar una QoS
fija.
Gestión de recursos radio:
Dadas unas estaciones base, ¿cómo se deben
asignar la potencia, las frecuencias y los slots para
cumplir los requisitos de QoS del máximo número de
usuarios cuando se desplazan a través del sistema?.
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IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
SITIO:
NODO B
HARDWARE
SOFTWARE
INFRAESTRUCTURA
ESTRUCTURA
PANELES CELULARES
PA
FO
PA
PA
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IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
NODO B
•HARDWARE
CPU
1TX/2RX
TRAMA (E1, SDH, FO)
•SOFTWARE
SDR Software Defined Radio
SITIO:
INDOOR, OUTDOOR
ALIMENTACION:
+24cc,-48cc, 220ca, 380ca
TRAMA:
E1, SDH, FO
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IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
PANELES CELULARES SECTORIALES
DUALPOLE
850
DUALPOLE
1900
DUALBAND 850/1900
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IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
PANELES CELULARES SECTORIALES
DUALBAND
OCTOPOLE
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IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
SITIO con 3 SECTORES
GSM: 3 SECTORES 850
4/4/4
GSM: 3 SECTORES 1900
4/4/4
UMTS: 3 SECTORES 850
1/1/1
UMTS: 3 SECTORES 1900
1/1/1
GSM
UMTS
UTN3
UTNC
UTN1
UTNA
UTN6
UTNO
UTN4
UTNM
1900
850
UTN2
UTNB
UTN1
UTN4
UTN5
UTNN
UTN2
UTN5
UTN3
UTN6
UTNM
UTNA
UTNN
UTNB
UTNO
UTNC
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
6 SECTORES !!
A
C
B
F
A
D
C
GSM
UMTS
1900
850
UTN1
UTN4
UTN2
UTN5
UTN3
UTN6
UTNM/P
UTNM
UTNA/D
UTNA
UTNN/Q
UTNN
UTNB/E
UTNB
UTNO/R
UTNO
UTNC/F
UTNC
E
B
DUALBEAM
QUAD POLE
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
UMTS 850 6 Sectores
GSM: 850
GSM:1900
UMTS 1900 6 Sectores
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
ESTRUCTURAS
TAS
MASTIL
MONOPOSTE
LUMINARIA
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IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
ESTRUCTURAS
PEDESTALES
FAST SITE
PINO
CAMUFLADO
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EVOLUCION DE REDES UMTS
Release 99 Especificación básica.
Release 4 Mejoras en Release 99.
Release 5 HSDPA. Otras mejoras.
Release 6 HSUPA. Mejoras en HSDPA.
Release 7 Evolución de HSPA (HSPA+)
Release 8 LTE
Release 9 Estudio inicial para LTEAdvanced. Otras mejoras
Release 10 LTE-Advanced
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EVOLUCION DE REDES UMTS
Release 4
Incluye mejoras a la red CORE y en particular la noción de que sea
independiente del “servicio”
Se incluyo el concepto de “All IP Networks”, redes basadas en Soft Switch
(MSC fue reemplazado por MSC Server y el MGW, Media Gateway)
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EVOLUCION DE REDES UMTS
Release 5 HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)
HSDPA se incluye en la R5 con el objetivo de incrementar la tasa de transmisión del
DOWNLINK
Realiza mejoras sobre los 5MHz de ancho de banda del canal de DL usando una
técnica diferente de modulación y codificación: 16QAM y AMC (Adaptive Modulation
and Coding)
Implementa un nuevo canal llamado HS-DSCH (High Speed Downlink Shared
Channel), este canal es compartido entre todos los usuarios brindando altas
velocidades de bajada (14.4 Mbps) y soporta tasas de throughput promedio
cercanas a 1 Mbps. mejorando así también el uso del espectro.
También implementa el Fast Packet Sheduling y HARQ (Hybrid Automatic RepeatRequest).
Es la evolución de la tercera
generación (3G) de
tecnología móvil, llamada
3.5G, y se considera el paso
previo antes de la cuarta
generación (4G), la futura
integración de redes.
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EVOLUCION DE REDES UMTS
Release 6 HSUPA (High Speed Up Packet Access)
HSUPA se incluye en la R6 con el objetivo de incrementar la tasa de
transmisión del UPLINK
Flexible Coding, cambio dinámico de la codificación, mejora la eficiencia
Fast Power Scheduling, ajuste de potencia de móviles mas veloz.
Utiliza Fast Hybrid Automatic Repeat Request (FHARQ) similar a HSDPA.
Se realiza Scheduling de paquetes en el nodo B, al igual que HSDPA.
El acceso ascendente de paquetes a alta velocidad es un protocolo de acceso de datos
para redes de telefonía móvil con alta tasa de transferencia de subida (hasta 5.8 Mbps).
Calificado como generación 3.75 (3.75G), es una evolución de HSDPA .
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EVOLUCION DE REDES UMTS
Release 7 HSPA+ (HSDPA+HSUPA)
HSPA+ se especifican diversas mejoras sobre HSDPA/HSUPA, que dan lugar a
lo que se conoce como HSPA Evolution o HSPA+.
Modulación 16-QAM para HSUPA (11,76 Mbps) y 64-QAM para HSDPA (21,6
Mbps)
MIMO (Mltiple Input Multiple Output) en el DL para la modulación 16-QAM (2
TX + 2RX) que permiten duplicar la tasa de transmisión de HSDPA, alcanzando
los 28 Mbps. MIMO con 64-QAM no se incluye en R7, pero en teoría podría
permitir velocidades superiores a los 40Mbps.
 Power Enhancements, mejoras como DTX, DRX
Less Overhead, mejora en la capa MAC del DL, menos encabezados.
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EVOLUCION DE REDES UMTS - LTE
Release 99 Especificación básica.
Release 4 Mejoras en Release 99.
Release 5 HSDPA. Otras mejoras.
Release 6 HSUPA. Mejoras en HSDPA.
Release 7 Evolución de HSPA (HSPA+)
Release 8 LTE
Release 9 Estudio inicial para LTEAdvanced. Otras mejoras
Release 10 LTE-Advanced
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EVOLUCION DE REDES UMTS - LTE
Release 8: HSPA+ y LTE
Para HSPA+
64 QAM + MIMO para DL, indicando una tasa teorica de 42Mbps.
Dual Cell Operation (DC-HSDPA), permite operar 2 portadoras UMTS de
5MHz.
Less Uplink Overhead, para reducir mas los encabezados para aumentar la
eficiencia.
Para LTE
Enhanced Techniques
OFDMA en DL, robusto frente a las múltiples interferencias y de alta
afinidad a las técnicas avanzadas como MIMO.
DFTS-OFDMA (single-Carrier FDMA) en UL
Flexible Bandwidth, ancho de banda adaptativo (1.4, 3, 5, 10 y 20MHz)
Flexible Spectrum Options, puede trabajar en muchas frecuencias diferentes.
High Data Rates, ejemplo: 326.50MHz (4x4 antenas)
Very Fast Scheduling
Improved Latency, muy baja latencia con valores de 100 ms para el ControlPlane y 10 ms para el User-Plane.
 Mas de 200 usuarios por celdas.
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EVOLUCION DE REDES UMTS - LTE
Release 8: HSPA+ y LTE
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EVOLUCION DE REDES UMTS - LTE
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
EVOLUCION DE REDES UMTS - LTE
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LTE Air Interface: OFDMA
Spectrum Overlapping of multiple
OFDM carriers
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LTE Air Interface: OFDMA
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LTE Air Interface: OFDMA
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LTE Air Interface: OFDMA
PRB (Physical Resource Block), mínimo
elemento de información que puede ser
asignado por el eNB a un terminal móvil. Un
PRB ocupa 180 KHz de banda equivalente a 12
subportadoras equi-espaciadas 15 KHz entre
ellas y en él se transmiten 6 o 7 símbolos
OFDMA, dependiendo de la longitud del
prefijo cíclico. La duración de un PRB es de 0,5
ms, es decir la duración de un slot o ranura de
tiempo
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LTE Air Interface: SC-FDMA
Similar a la señal OFDM, pero…
OFDMA, cada sub‐carrier solo lleva informacion relativa a un simbolo especifico.
SC‐FDMA, cada sub‐carrier contiene información of TODOS los simbolos transmitidos.
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EVOLUCION DE REDES UMTS - LTE
Canales Lógicos, Físicos y Transporte E-UTRAN
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GSM-UMTS Bands - Argentina
25MHz
60MHz
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LTE Bands - Argentina
Banda 4 (AWS 1700 / 2100 MHz.)
UP LINK
DOWN LINK
ANCHO
(MHz)
OPERADORA
1710
1720
2110
2120
10
Telefónica
1720
1730
2120
2130
10
Claro
1730
1745
2130
2145
15
Personal
1745
1755
2145
2155
10
45MHz
Banda 28 (ATP 700)
UP LINK
703
DOWN LINK
748
758
803
ANCHO
(MHz)
OPERADORA
45
sin licitar
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IMPLEMENTACION DE REDES:
GSM-UMTS-LTE
UMTS 850 6 Sectores
GSM: 850
GSM:1900
LTE 2100MHZ
UMTS 1900 6 Sectores
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IMPLEMENTACION DE REDES:
GSM-UMTS-LTE
GSM
UMTS
1900
850
UTN1
UTN4
UTN2
UTN5
UTN3
UTN6
UTNM/P UTNA/D
UTNN/Q UTNB/E
UTNO/R UTNC/F
UMTS 850 6 Sectores
GSM: 850
GSM:1900
LTE 2100MHZ
UMTS 1900 6 Sectores
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PERFORMANCE (QoS)
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
QoS basada en la Tecnología
 Trafico de Voz
Trafico de Datos
Ancho de Banda
Indisponibilidad %
Tasa de errores
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PERFORMANCE (QoS)
QoS basada en la Tecnología
 Trafico de Voz:
CANT. LLAMADAS
UTN1
UTN2
UTN3
UTN4
UTN5
UTN6
UTN1
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PERFORMANCE (QoS)
QoS basada en la Tecnología
 Trafico de Voz:
CANT. LLAMADAS vs
INTENTOS
UTN1
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PERFORMANCE (QoS)
QoS basada en la Tecnología
 Trafico de DATOS:
Cant. De USUARIOS
UTNM
UTNN
UTNO
UTNP
UTNQ
UTNR
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PERFORMANCE (QoS)
QoS basada en la Tecnología
 Trafico de DATOS:
Cant. De USUARIOS vs
Disponibilidad
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PERFORMANCE (QoS)
QoS basada en la Tecnología
 Trafico de DATOS:
Cant. De USUARIOS vs
Disponibilidad
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PERFORMANCE (QoS)
QoS basada en la Tecnología
 Indisponibilidad %
HDSPA - HSUPA
UTNA
UTNA
UTNB
UTNC
UTND
UTNE
UTNF
UTNB
UTNC
UTND
UTNE
UTNF
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PERFORMANCE (QoS)
QoS basada en la Tecnología
 Ancho de Banda (ATM)
 Ancho de Banda vs Trafico
Total
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PERFORMANCE (QoS)
QoS basada en la Tecnología
 Ancho de Banda (ATM/IP)
 Ancho de Banda vs Trafico
Total
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MUCHAS GRACIAS !!
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