TAREA 1 - EDGE, GPRS Y UMTS

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA
FACULTAD DE INGENIERÍA ENSENADA
POSGRADO EN TELEMATICA
TAREA # 1
“
“SURVEY
DE EDGE, GPRS Y UMTS”
LARA GARCIA HECTOR MANUEL
MUÑOZ ORTIZ JOSE RAFAEL
VILLALPANDO PÉREZ MONICA
MYDCI - POSGRADO EN TELEMATICA
COMUNICACIONES MOVILES Y SUS APLICACIONES
DR. JUAN IVAN NIETO HIPOLITO
ENSENADA, BAJA CALIFORNIA
27 DE FEBRERO DEL 2007
Survey de GPRS, EDGE y UMTS
INTRODUCCIÓN.
En 1991, el típico usuario de red de datos usaba alrededor de un megabyte por mes. En 1999 eso se
incrementó dramáticamente a 200 megabytes por mes. Las redes inalámbricas están empezando a
crecer a ese mismo ritmo con altas tasas de velocidad, bajo costo y la ubicuidad que ofrecen los
dispositivos móviles.
UMTS viene a solucionar las demandas de crecimiento de las redes inalámbricas, dando la oportunidad
de tener acceso a servicios de datos de alta velocidad (hasta 2mb/s) a mas de 75 millones de usuarios en
el 2006.
Los Sistemas 3G tienen la intención de proveer movilidad global con un amplio rango de servicios en los
cuales se incluye telefonía, mensajes, internet y datos de banda ancha. La Union Internacional de
Telecomunicaciones (International Telecommunication Union, ITU) empezó el proceso de definir el
estándar de los sistemas de tercera generación, nombrados como International Mobile
Telecommunications 2000 (IMT-2000). En Europa, la ETSI (European Telecommunications Standars
Institute) fue el responsible del proceso de estandarización de UMTS. En 1998 la 3GPP (Third Generation
Partnership Project) fue formada para continuar con el trabajo de especificación técnica.
El objetivo de UMTS es el de unificar tecnologías, proveyendo al usuario movilidad y acceso a los
servicios de varios proveedores de manera transparente sin que esto afecte a la calidad del servicio
esperada.
Figura 1. Unificación de los servicios en UMTS
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Survey de GPRS, EDGE y UMTS
SERVICIOS DE LA RED UMTS
Estos se pueden clasificar de acuerdo a la calidad de servicio que deben proporcionar para un tipo de
tráfico específico.
Tipo de trafico
Conversacional
Real Time
Streaming
Real Time
Interactivo
Mejor Esfuerzo
Características
- Preservar la
relación del tiempo
(variación) del flujo
entre las entidades
de información-
- Preservar la
relación del
tiempo (variación)
del flujo entre las
entidades de
información
- Patrón de petición
de respuesta
-El destino no
espera el dato en
un cierto tiempo
-Preservar el
contenido de la
carga útil
- Preservar el
contenido de la
carga útil
Fundamentales
Ejemplo
De Fondo
Mejor Esfuerzo
-Patrones
conversacionales
(riguroso y de bajo
retardo)
Voz
Streaming video
Navegación web
Emails, telemetría
Tabla 1. Lista de servicios de la red UMTS de acuerdo al tipo de trafico
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ARQUITECTURA UMTS
Consiste en tres dominios: Core Network (CN) o núcleo de la red, UMTS Terrestrial Radio Acess Network
(UTRAN) o Red terrestre de acceso de radio UMTS y User Equipment (UE) o Equipo de Usuario.
Figura 2. Arquitectura de UMT
•
•
•
•
La función principal del CN es proveer de conmutación, ruteo y transito del trafico del
usuario. CN contiene también las bases de datos y las funciones de gestión de red.
La arquitectura básica de UMTS está basada en la red GSM y la GPRS. Todos los
los equipos
tienen que ser modificados para la operación y servicios de UMTS.
UTRAN provee la interfaz del método de acceso por aire del equipo del UE. La estación
base y el equipo de control para este nodo es llamado Radio Network Controller (RNC) o
Controlador
Controlador de la Red de Radio.
UMTS no restringe la funcionalidad del UE, por lo que el equipo del usuario podrá ser
funcional en todo momento.
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Survey de GPRS, EDGE y UMTS
UMTS ha crecido significativamente desde su salida al mercado (ver Figura siguiente), desde sus
primeras versiones (releases) empezando a mediados de 1999 (Rel-99) más las mejoras implementadas
en el 2002 (Rel-5, HSDPA) y una mejor definición en el 2006 (Rel-6). Esto ha generado que usuarios de
tecnología móvil se vean beneficiados por la gama de servicios ofrecidos por distintos proveedores que
han ido creciendo debido a la demanda de servicios por parte de los usuarios.
Figura 3. Línea del tiempo de 3GPP UMTS
HISTORIA DE LAS VERSIONES (RELEASES) DE UMTS
Release 99: Completada. La primera versión implementada de UMTS. Mejoras a datos GSM (EDGE). La
mayoría de las nuevas implementaciones están basadas en esta versión. Provee soporte para
GSM/EDGE/GPRS/WCDMA.
Release 4: Completada. Soporte para mensajes multimedia. Interconexión eficiente a la infraestructura
del núcleo de la red sobre troncales de red IP.
Release 5: Completada. HSDPA (High Speed Data Packet Access) y la primer fase de IMS (IP Multimedia
Subsystem). Más de la tercera parte de UMTS ya incluye HSDPA
Release 6: Completada. Incluye HSUPA, mejoras en el soporte de multimedia a través de servicios
broadcast/multicast (MBMS), especificaciones de desempeño para receptores avanzados, opción de
integración WLAN, y la segunda fase de IMS.
Release 7: En desarrollo. Provee mejoras en la funcionalidad de datos GSM. También incluye una más
fina afinación y mejoras incrementadas sobre características de versiones anteriores. El resultado será
en mejoras de desempeño, mejora en la eficiencia del espectro, incremento de la capacidad, y mejor
resistencia a la interferencia. Provee optimizaciones de VoIP sobre HSPA
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Survey de GPRS, EDGE y UMTS
ASPECTOS TECNICOS DE UMTS
Estándar:
•
•
Wideband Code Division Multiple Access (W-CDMA)
Time Division Code Division Multiple Access (TDCDMA)
•
High quality speech using low bit rates
Voz (speech):
Taza de transferencia de datos:
•
•
•
Macro cell - 144 kbps in rural with max. speed of 500 km/h
Micro cell - 384 kbps in suburban with max. speed of 120 km/h
Pico cell - 2Mbps with max. speed of 10 km/h
•
•
•
•
Forward error correction coding
Convolutional coding (rate 1/2 or 1/3) with block interleaving
Optional outer Reed-Solomon Coding (rate 4/5)
Service specific coding - Turbo coding
•
•
Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) with
Root-raised cosine pulse shaping filters (roll off = 0.22)
•
•
•
Direct Sequence CDMA
Orthogonal Variable Rate Spreading Factor Codes (OVSF)
Spreading factors from 4 - 256 to match different user bit rates
Codificación
Modulación
Acceso múltiple
Banda de frecuencias
Uplink
1920 - 1980 MHz
Downlink
2110 - 2170 MHz
Carrier spacing
4.4 - 5.2 MHz
Chip rate
3.84 Mchips/s
Information bandwidth
8 kbps - 2 Mbps
Duplex - FDD/TDD
Intervalo de tramas
10 ms
Espacios de tiempo por trama 16
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CONMUTACION DE CIRCUITOS
Este tipo de conmutación se encarga de establecer una comunicación creando un canal dedicado (o
circuito) durante la duración de una sesión o llamada en cuestiones de telefonía. Después de que es
terminada la sesión o llamada se libera el canal y se pone en espera a que otra comunicación ocupe el
canal.
Como se menciono anteriormente, el ejemplo más típico de este tipo de redes, es el sistema telefónico
(Que actualmente funciona con la conmutación de circuitos) la cual enlaza segmentos de cable para
crear una trayectoria única durante la llamada telefónica. Los sistemas de conmutación de circuitos son
ideales para comunicaciones que requieren que los datos o información sean transmitidos en tiempo
real.
Las técnicas de acceso al medio existentes para este tipo de conmutación son TDMA (Time Division
Multiple Access) y FDMA (Frequency Division Multiple Access)
FDMA divide un canal de transmisión base en varios grupos (2, 4, 8, etc.) los cuales siempre van a estar
disponibles para que los usuarios transmitan (Figura 1) a gran desventaja de este método es que si el
número de usuarios que está utilizando el radio es menor que la cantidad de canales existe un gran
desperdicio del ancho de banda.
Figura 1, Fuente http://www.owlnet.rice.edu
Con lo que respecta a TDMA, en esta se le asigna un determinado tiempo para transmitir a un usuario
(Figura 2), si hay más de un usuario, primero transmite uno por un determinado tiempo, y después los
siguientes usuarios. Esta técnica permite que los usuarios utilicen todo el ancho de banda del canal.
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Survey de GPRS, EDGE y UMTS
Figura 2, Fuente http://www.owlnet.rice.edu
CONMUTACION DE PAQUETES
En estos tipos de acceso al medio, la información o datos a ser transmitidos, se ensambla en pequeños
paquetes antes de ser enviada. Cada paquete que se ensamblo es enviado por la red en diferentes rutas
hasta llegar a su destino. Una vez que los paquetes llegan a su destino, los paquetes son otra vez reensamblados.
Una de las técnicas de acceso al medio utilizadas para este tipo de sistema es CDMA (Code Division
Multiple Access).
CDMA tiene la filosofía de todos transmiten a la vez (Figura 3), con el mismo ancho de banda, y esto lo
logran por medio de codificación, es decir, cada elemento de la red tiene su propia dirección la cual le
indica si el dato va dirigido hacia él.
Figura 3, Fuente http://www.owlnet.rice.edu
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Survey de GPRS, EDGE y UMTS
GPRS
La tercera generación de telefonía móvil (3G) con el sistema IMT-2000 promete grandes ventajas en lo
que es la telefonía móvil. Pero IMT-2000 tardará en llegar a México.
Actualmente, en México, como en gran parte de América, se encuentran en la generación 2.5 con la
tecnología GPRS (General Packet Radio Services), la cual es una mejora de la tecnología GSM y que tiene
el fin de brincar más fácilmente a la tercera generación de telefonía celular con UMTS/IMT-2000. GPRS
proporciona altas velocidades de transferencia de datos (especialmente útil para conectar a Internet) y
se utiliza en las redes GSM.
Lo que realizo esta tecnología (para cambiar de GSM a GPRS) es sólo la modificación de la forma de
transmitir datos en una red GSM, pasando de la conmutación de circuitos de GSM (donde el circuito está
permanentemente reservado mientras dure la comunicación aunque no se envíe información en un
momento dado) a la conmutación de paquetes.
Esto beneficia a las telefonías celulares en la forma de que es más sencillo migrar de la tecnología GPRS
a la tercera generación de telefonía celular que hacerlo directamente de GSM a una tercera generación,
ya que las antenas (la parte más cara de una red de Telecomunicaciones móviles) sufren sólo ligeros
cambios y los elementos nuevos de red necesarios para GPRS son compatibles con la red UMTS/IMT2000.
El principal problema que tiene GSM, y que motivo al surgimiento de una nueva tecnología, es que para
acceder a servicios de Internet se debe realizar antes una llamada al proveedor de Internet para que
abra una conexión. Es decir, se ocupa un enlace o canal exclusivo para la comunicación, y en
consecuencia se cobra una llamada. Además la velocidad máxima de conexión que se consigue es de 9'6
Kb/s.
GPRS, por su parte, permite la conexión permanente a Internet, sin necesidad de efectuar una llamada
al proveedor telefónico. Simplemente se abre y en ese momento se conecta. Ofrece una transmisión de
datos más rápida que GSM (de 9,6 Kbits a 115 Kbits) por medio de esta red. Este estándar, opera en las
frecuencias que está entre los 900 y 1800 MHz
VENTAJAS DE GPRS
Uno de los beneficios principales de GPRS es que reserva los recursos de radio sólo cuando existen datos
para enviar y reduce la dependencia en los elementos de red activados por circuitos tradicionales
(CDMA).
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Survey de GPRS, EDGE y UMTS
Otras ventajas de GPRS son las siguientes:
•
•
•
Tiene la misma funcionalidad en voz que GSM
Permite comunicaciones de voz y datos simultáneos
El despliegue de GPRS puede servir en parte para actualizar después la red a UMTS
Anchos de banda de las tecnologías celulares:
ANCHO DE BANDA
Generación
Tecnología
Velocidad
Teórica
Velocidad Actual
2G
GSM
14.4 kbps
7 - 9.6 kbps
HSCSD
36.6 kbps
20 kbps
PHS & PDC
64 kbps
10 - 20 kbps
CDMA
64 kbps
10 - 20 kbps
2.5G
GPRS
115 kbps
25 kbps
2.75G
EDGE
384 kbps
36 kbps
3G
UMTS
2 Mbps
40 kbps
4G
OFDM
20 – 54 Mbps
No disponible
ASPECTOS TECNICOS DE GPRS
Taza de datos:
•
Máximo de 171.2 kbps
Codificación de Canal:
•
•
•
Codificación fuera de bloque
Codificación Convolutional Interna
Interpolación del esquema para las explosiones de error
•
GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)
Modulación:
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Survey de GPRS, EDGE y UMTS
Acceso Múltiple:
•
Una combinación de TDMA & FDMA
Bandas de Transmisión de Frecuencias:
Mobile station
Base station
Uplink
Downlink
Reverse ch. 890 - 915 MHz
Forward ch. 935 - 960 MHz
Separación Dúplex
45 MHz
Espaciamiento del portador del RF
200 kHz
Numero total canals duplex de RF
124
Numero de Slots en cada portador TDMA
8
Asignación de canal
1 to 8 time slots per TDMA
Un intervalo de Tiempo (Physical channel)
0.577 ms
Intervalo del Frame
4.615 ms
Tráfico asimétrico de los datos
Frecuencia Esperada
diversos intervalos de tiempo para
Uplink y el downlink
217 hops/s (slow)
Ecualizador
16 µs time dispersión
Conectividad
Red de conmutación de paquetes de
datos como IP y X.25
Nodos Extras
•
•
Gateway GPRS Support Node (GGSN) and
Serving GPRS Support Node (SGSN)
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Survey de GPRS, EDGE y UMTS
EDGE
EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) por sus siglas en ingles, Es una mejora y evolución del
GSM, EDGE provee hasta 3 veces la capacidad del GPRS como se muestra en la Figura 1, usándolo los
operadores pueden soportar tres veces mas suscriptores que con GPRS. Con lo cual se triplica la taza de
datos por suscriptor o agrega extra capacidad a su comunicación de voz.
Figura 1
EDGE usa la misma estructura TDMA (Time Division Multiple Access), un canal lógico y 200kHz de ancho
de banda de la portadora, como se utiliza actualmente en las redes GSM, lo que permite ser montada
sobre las redes existentes GSM. Para muchas redes GSM/GPRS existentes, EDGE no es más que una
actualización de software. EDGE es clasificada como una tecnología 2.75G y se considera como
evolución del GPRS
EDGE es un método para incrementar las tazas de datos en el enlace de radio para el GSM. Básicamente,
EDGE introduce solamente una nueva técnica de la modulación y una nueva codificación del canal que
se puedan utilizar para transmitir ambos conmutación de paquetes y con conmutación de circuitos y
servicios de voz y datos. EDGE es por lo tanto una agregación a GPRS y no puede trabajar solamente.
EDGE permite la entrega de servicios avanzados móviles tales como: la descarga de video, video clips
musicales y mensajes multimedia, acceso rápido a internet y e-mail.
El costo de su implementación sobre las redes GSM es relativamente bajo, nos deja ver que las futuras
versiones de GSM tendrán soporte para EDGE, y que este solo es un paso para llegar a la
implementación del UMTS.
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Survey de GPRS, EDGE y UMTS
EDGE provee servicios de datos de Alta-Capacidad en miras de avanzar hacia UMTS
•
•
•
•
•
EDGE proporciona las capacidades medias de los datos para el “sweet spot”, de
aproximadamente 100kbps, habilitando varias aplicaciones orientadas a comunicación.
EDGE se ha probado en el campo como solución rentable y ahora es una tecnología madura
EDGE es muy eficiente espectralmente, le permite a los operadores dar mas soporte de voz y
datos a los usuarios con el espectro existente.
Los operadores pueden mantener sus redes de EDGE como un servicio complementario que
ofrecen, incluso si ellos despliegan UMTS/HSPA
EDGE proporciona un servicio rentable de banda amplia que ofrece continuidad y que sea
complementario con una red de UMTS/HSDPA desplegada en altas áreas de tráfico
El rendimiento habilitado por EDGE percibido por el usuario final es suficientemente bueno para hacer
atractivo cualquier servicio disponible hoy en día Tabla 1. Esto incluye correo electrónico, navegación
web, descarga de música y TV móvil.
Aplicaciones
Navegación Web
Mensajes
Correos Electrónicos
Push-to-Talk
Juegos
Televisión Móvil
Descarga de Música
Beneficio con EDGE
Navegación significativamente rápida para todos
los datos de usuarios.
Interacción más rápida, un buen ambiente para el
chat.
Sincronización
de
cuentas
de
correo
significativamente rápido.
Implementación mejorada de calidad y alta
capacidad para el usuario final.
Están habilitados los juegos en tiempo real.
Esta habilitada buena calidad de TV
Tiene buena experiencia con EDGE y descarga
progresiva.
Tabla 1
OBJETIVO DE EDGE
La evolución de EDGE mejorará el rendimiento del servicio y habilitara más eficientemente las
portadoras de radio. Diferentes servicios pueden tener diferentes requerimientos de rendimiento en
diferentes aéreas, pero con la evolución de EDGE se espera que mejore el rendimiento de la experiencia
del usuario atreves de todos los servicios:
•
Reduciendo la latencia para mejorar la experiencia del usuario al interactuar con servicios y
también realce el soporte para los servicios conversacionales como la telefonía multimedia.
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Survey de GPRS, EDGE y UMTS
•
•
•
•
Incrementando el pico y el promedio de la taza de bit, para mejorar servicios del mejor esfuerzo
como la navegación web y la descarga de música.
Mejorando la eficacia del espectro, el cual beneficia particularmente a los operadores en áreas
urbanas donde las frecuencias de espectro existentes son usadas a su grado máximo- Trafico.
El volumen puede ser incrementado sin comprometer el rendimiento de los servicios o
degradando la calidad percibida por el usuario.
Incrementando la cobertura de servicio, por ejemplo reducción de la interferencia o servicios
mas robustos. Incrementa la sensibilidad del mejoramiento de la cobertura de la terminal en el
escenario del límite de ruido.
ASPECTOS TECNICOS DE EDGE
Taza de datos:
•
384 kbps o mas
Codificación de Canal:
•
•
•
Codificación fuera de bloque
Codificación Convolutional Interna
Interpolación del esquema para las explosiones de error
•
•
GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)
8-PSK (Phase Shift Keying)
•
Una combinación de TDMA & FDMA
Modulación:
Acceso Múltiple:
Bandas de Transmisión de Frecuencias:
Mobile station
Base station
Uplink
Downlink
Reverse ch. 890 - 915 MHz
Forward ch. 935 - 960 MHz
Separación Dúplex
45 MHz
Espaciamiento del portador del RF
200 kHz
Numero de Slots en cada portador TDMA
8
Asignación de canal
1 to 8 time slots per TDMA
Un intervalo de Tiempo (Physical channel)
0.577 ms
Intervalo del Frame
4.615 ms
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Survey de GPRS, EDGE y UMTS
Frecuencia Esperada
diversos intervalos de tiempo para
Uplink y el downlink
217 hops/s (slow)
Ecualizador
16 µs time dispersion
Conectividad
Red de conmutación de paquetes de
datos como IP y X.25
Tráfico asimétrico de los datos
diversos intervalos de tiempo para
Uplink y el downlink
Tráfico asimétrico de los datos
Modulación
•
•
Gateway GPRS Support Node (GGSN) and
Serving GPRS Support Node (SGSN)
Esquemas de codificación del canal
CS-1 through CS-4, MCS1-MCS9
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Survey de GPRS, EDGE y UMTS
REFERENCIAS
GSM WORLD (http://www.gsmworld.com/technology/edge/index.shtml)
3 GENERATION THE WIRELESS NEXT WAVE (http://www.3g-generation.com/index.htm)
3GPP A GLOBAL INICIATIVE (http://www.3gpp.org/)
GSA - The Global mobile Suppliers Association (http://www.gsacom.com/)
NUNTIUS (http://www.nuntius.com/solutions24.html )
UMTS World (http://www.umtsworld.com)
INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION, ITU (http://www.itu.int)
UMTS FORUM (http://www.umtsforum.net)
3GPP, A GLOBAL INITIATIVE (http://www.3gpp.org)
3GNEWSROOM (http://www.3gnewsroom.com)
WEBMOVILGSM (http://www.webmovilgsm.com)
3G-GENERATION (http://www.3g-generation.com)
3G AMERICAS (http://www.3gamericas.org/Spanish/)
“Pricing Differentiated Services in the GPRS Environment”, Sergios Soursos, Costas Courcoubetis,
George Polyzos, Wireless Networks, Volumen 9 , Julio 2003, Paginas: 331 - 339
“Redes Digitales”, (http://www.sonyericsson.com), 2006
“FDMA vs. TDMA vs. CDMA: What's the difference?”, Kyle Bryson, Alison Chen, and Allen Wan,
(http://www.owlnet.rice.edu), 2001
“REDES de Conmutación de circuitos y conmutación de paquetes”, Evelio Martínez,
(http://www.eveliux.com/telecom/cpswitching.html), 2003
“GSM Operators, Coverage Maps and Roaming Information”,
(http://www.gsmworld.com/roaming/gsminfo/index.shtml), 2007
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