Subido por Jose Zapata

tema9

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Radiación y Radiocomunicación
4º Ingeniería de Telecomunicación
13 de mayo de 2008
Juan José Murillo Fuentes
DTSC. ETSI. Univ Sevilla
[email protected]
http://web.mit.edu/newsoffice/2005/cellphones.html
COURTESY: SENSEable City Laboratory
Tema 9. SISTEMAS DE
RADIOCOMUNICACIONES MOVILES
9.1
Bibliografía
ƒ Bibliografía básica:
• Estas transparencias están basadas en el capítulo 7 del libro “Transmisión
por radio” del prof. Hernándo Rábanos, ed. Ramón Areces 2003.
ƒ Bibliografía adicional:
• Generales:
ƒ
ƒ
“Wireless Communications. Principles and Practice” T. Rappaport, Prentice
Hall 2003 scd ed.
“Fundamentos de los sistemas de comunicaciones móviles”, Alberto Sendín
Escalona. Mc Graw Hill. 2004.
• GSM:
ƒ
“Comunicaciones Móviles GSM”, Coord. Hernándo Rábanos, ed. Fundación
Airtel 1999.
• Contiene datos básicos de sistemas en España: http://www.mityc.es/esES/Servicios/IndicadoresE/sociedadinformacion/
© Copyright 2006. Si utiliza este material para generar algún otro cítelo como
J.J. Murillo-Fuentes. “Comunicaciones móviles. Transparencias de la asignatura radiación y radiocomunicación.“ Universidad de
Sevilla. 2005.
[email protected]
9.2
9. SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES MOVILES
9.1 Introducción
9.2 Composición de un sistema y cobertura
9.3 Clasificación
Parte I: Introducción
9.4 Frecuencias y modos de explotación
9.5 Caracterización del Canal
9.6 Calidad: cobertura
9.7 Sistemas digitales
Parte II:
Sistemas Celulares
Parte III:
Sistemas Privados
Parte IV: GSM
Parte V: Proyectos
Parte VI: Otros Sistemas
Parte VI: UMTS
[email protected]
9.8 Sistemas de concentración de enlaces
9.9 Sistemas celulares de radiotelefonía
9.10 Estructura básica de un sistema PMR
9.11 Sistemas típicos de PMR
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM
9.13 Proyectos de sistemas del Servicio Móvil
9.14 Nuevos sistemas de comunicaciones móviles
9.15 UMTS
9.3
Radiación y Radiocomunicación
4º Ingeniería de Telecomunicación
Tema 9. SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES MOVILES
(Parte I)
Juan José Murillo Fuentes
ATSC. ETSI.Univ Sevilla
[email protected]
9.4
Parte I: Introducción y Sistemas PMR
ƒ 9.1 Introducción
ƒ 9.2 Composición de un sistema y cobertura
ƒ 9.3 Clasificación
ƒ 9.4 Frecuencias, acceso múltiple y modos de explotación
ƒ 9.5 Caracterización del Canal
ƒ 9.6 Calidad: cobertura
ƒ 9.7 Sistemas de concentración de enlaces
[email protected]
9.5
9.1 Introducción
ƒ Sistemas inalámbricos: movilidad
ƒ Cobertura Zonal: variación continua del trayecto de propagación
ƒ Sistemas
• Gran ubicuidad
• Gran versatilidad: rápida instalación,...
• Gran flexibilidad: fácil reconfiguración,...
ƒ Definición (Reglamento de Radiocomunicaciones):
• “un servicio de radiocomunicaciones entre estaciones móviles y
estaciones terrestres fijas, o entre estaciones móviles únicamente”.
ƒ Tipos de servicios móviles:
• Servicio móvil terrestre: Despacho, Gestión de flotas de vehículos,
policía, ambulancias, bomberos, radiotaxi, …
• Servicio móvil marítimo.
• Servicio móvil aeronáutico.
[email protected]
9.6
9.1 Introducción: Wireless
ƒ Comunicaciones móviles - Comunicaciones inalámbricas
Satellite
LEO
MEO
GSO
Personal
Bluetooth
IEEE 802.15
LAN
Fixed
IEEE 802.11
HomeRF
HIPERLAN
IEEE802.16
(WiMax)
LMDS
Mobile
1G Analog
2G Digital: PDC, GSM
2.5G GPRS/EDGE
3G UMTS
DECT
Privada: PMR, PAMR
Pública: TMA = PLMN
[email protected]
9.7
9.1 Introducción: sistemas móviles privados
ƒ Radiotelefonía privada (PMR, Private Mobile Radio):
• No está conectada a la red pública.
• Sistemas: Analógicos, MPTXXXX, TETRA, …
• Cobertura local
• Redes móviles tradicionales:
ƒ
Asignación rígida de canales a varios usuarios (no todas las frecuencias se ofrecen a
todos usuarios)
9 FDMA → señalización selectiva mediante tonos (CTCSS y 5 tonos)
• Sistemas avanzados
ƒ
Truncking = sistemas troncales ⊂ Multiacceso basado en sistemas compartición de
frecuencias = sistemas de concentración de enlaces:
9 señalización digital
9 espera en cola
ƒ Acceso Público Móvil Radio (PAMR, Public Access Mobile Radio)
• Son sistemas para telefonía móvil privada desarrollados por operadoras con licencia
que ofertan sus servicios a terceros
ƒ
Por ejemplo: en España licencias para TETRA
[email protected]
9.8
9.1 Introducción: Sistemas móviles públicos
ƒ Telefonía móvil automática (TMA)
• Conexión a la red pública.
• Sistemas: NMT, AMPS, TACS, GSM, IS-136, IS-95, WCDMA(UMTS),
CDMA2000...
• Cobertura: desde una zona a un continente
• Explotación totalmente automática
• Características similares al servicio telefónico fijo en cuanto a
ƒ
ƒ
Fiabilidad-Disponibilidad
Calidad (fidelidad)
• Sistemas digitales:
ƒ
ƒ
Multiplexación, TDMA, CDMA.
Banda ancha y estrecha
• Otros Servicios como
ƒ
ƒ
ƒ
Transmisión de Datos: GPRS, UMTS
Mensajería unidireccional (SMS)
Radiobúsqueda-localización (Ej, GALILEO+UMTS)
[email protected]
9.9
9.1 Introducción: WLAN
ƒ Dentro de los sistemas de comunicaciones móviles cabe al menos
introducir los Sistemas “indoor”:
• Sistemas restringidos a
ƒ
ƒ
ƒ
Fábricas o naves industriales
Oficinas
Hogar
• Servicios de
ƒ
ƒ
ƒ
Voz
Datos: redes WLAN (Wireless LAN)
9 Blootooth, HIPERLAN, WiFi...
Telecontrol (domótica)
[email protected]
9.10
9.1 Introducción: Primera Generación
ƒ Las principales características de sistemas 1G son
• Analógicos
• Básicamente servicio de voz
• Baja capacidad
• Cobertura limitada: local o regional
• Sistemas: E-TACS, AMPS, NMT, C-net
• Las interfaces son propietarias
• España1:
ƒ
ƒ
En 1982 el TMA-450 de Telefónica basado en NMT (Nordic Mobile
Telephone)
En 1990 el TMA-900 de Telefónica basado en TACS (Total Access
Communication System), es el sistema Moviline.
• UK: TACS en las compañías Cellnet y Vodafone.
1
http://catedra-coitt.euitt.upm.es/web_socioeconomica/articulos/procesoimplantaciontelefoniamovil.pdf
[email protected]
9.11
9.1 Introducción: Segunda Generación
ƒ Las principales características son
• Digital
• Conmutación de circuitos
• Voz y datos básicos
ƒ
ƒ
ƒ
Fax
SMS
Circuit switched data (9.6 kbs)
• Cobertura regional con roaming (itinerancia) trans-national (panaeuropea)
• Sistemas: GSM (EU), D-AMPS (=IS-136, USA), PDC (Japón), IS-95
(cdmaOne USA),
• (more) interfaces abiertas (Open Interfaces)
ƒ En UK Cellnet, Vodafone, Orange, One–2–One
ƒ En España Vodafone, Movistar, Amena
[email protected]
9.12
9.1 Introducción: Tercera Generación
ƒ Las principales características son
• Digital
• packet and circuit switched
• Datos avanzados / Multimedia
• Acceso de alta velocidad
• Cobertura Global
• Sistemas: UMTS (WCDMA, TD/CDMA), CDMA 2000 (USA),…
ƒ España: Operadores existentes y nuevos: amena, vodafone, movistar,
xfera
[email protected]
9.13
9.1 Introducción: Crecimiento de demanda –
Diferentes sistemas de acceso
1,000
Million subscribers
Fixed access
800
600
Mobile access
400
200
0
Fixed and
mobile Internet
Mobile Internet
1996
[email protected]
1998
2000
2002
2004
9.14
9.1 Introducción: Evolución de GSM a UMTS…
Second Generation
Maximum Data Rate
100
Mbit/s
Third Generation
10
Mbit/s
HSPDA
1 Mbit/s
EDGE
UMTS
GPRS
100
kbit/s
HSCSD
GSM 14.4k
10
kbit/s
GSM
Since
1992
[email protected]
1999
2000
2001
2002
9.15
9.1 Introducción: Aplicaciones
3G
Video
Java
WAP
launch
Web cam
GPRS
Music
Mobile Office
Schedule Management
Work flow Management
Electronic Conference
File Sharing
1Q1999
Interactive TV
Web
access
Radio
Multi-player
Games
m-banking
m-cash
m-stock trading
Picture clips
Chat
Information
Room
email
Services
Route planning
4Q1999
4Q2000
[email protected]
Intranet
Video clips
TV Conference
SMS
Visual, High
Speed
Portal
Link
4Q2001
9.16
9.1 Introducción: penetración (Subcriptores) de
telefónia móvil por áreas
Subscribers (million)
1800
1600
1400
1200
Rest of World
1000
Asia Pacific
800
North America
600
European Union
Countries
400
200
0
1995
[email protected]
2000
2005
2010
Years
9.17
9.1 Introducción. Penetración en España
[email protected]
9.18
9.1 Introducción. Penetración Mundial
[email protected]
9.19
9.1 Introducción: Mercado de Telefonía Móvil
por Tecnología
450
7%
400
PDC and PHS
350
IS 136 D-AMPS
9%
IS-95 CDMA
300
15 %
GSM
250
Analogue
200
GSM
150
62 %
100
50
0
1993
7%
1994
[email protected]
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
9.20
9.1 Introducción: GSM en USA
[email protected]
9.21
9.2 Composición de un sistema de comunicaciones
móviles
ƒ Elementos: Subsistema de Red / Subsistema de Acceso
• Estaciones fijas (FS)
Estación Base (BS, Base Station): BTS en GSM, Nodo B en UMTS,…
ƒ Estación de Control (CS)
ƒ Estación Repetidora (RS) (túnel, valle,...)
BS
• Estaciones móviles (MS)=Equipos de usuarios
ƒ
ƒ
ƒ
Estación móvil montada en vehículos
Equipos portátiles/móviles
• Elementos de control
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Subsistema
Acceso
Conmutación
Señalización
Localización
Identificación
Conexión entre sistemas,...
BS
Subsistema
de Red
BS
DL
UL
MS
PSTN
MS
• Enlaces ascendente (UL) y descendente (DL)
PSTN: public switched telephone network
[email protected]
9.22
9.2 Composición de un sistema de comunicaciones
móviles: Ejemplos
ƒ Ejemplo de BS (BTS en GSM)
Antenas de panel:
•dipolos,
•2 polarizaciones
•3 sectores
ƒ Ejemplo de Terminales
Enlaces a otras BTS
o a Estación de control
Cables de alimentación
Casetilla con Equipos
[email protected]
9.23
9.3 Clasificación de sistemas móviles
ƒ
Por la Banda de Frecuencias
• Bandas VHF (30-300MHz)
ƒ
Bandas III (162-230MHz)
• Bandas UHF (300-3GHz)
ƒ
ƒ
Por el tipo de acceso múltiple en el sentido móvil a estación base
•
•
•
•
ƒ
Banda 2 GHz
FDMA: acceso múltiple por división en frecuencia
TDMA: acceso múltiple por división en tiempo
CDMA: acceso múltiple por división en código
SDMA: acceso múltiple por división en espacio (haces de antenas)
Por la modalidad de explotación
• Símplex
• Semidúplex
• Dúplex
ƒ
Por el tipo de enlace
• Bidireccional: Radiotelefonía
• Unidireccional: Radiomensajería (SMS y otros)
ƒ
Por el tipo de red
• PMR
• PAMR
• PLMN (ó TMA, telefonía móvil automática)
[email protected]
9.24
9.4 Bandas de frecuencia
ƒ A modo de ejemplo, el servicio de radiocomunicaciones móviles tiene
atribuidas, entre otras, las siguientes frecuencias y canalizaciones
Banda
Frecuencias
Sistemas
1
VHF Baja
60-80 MHz
PMR
2
VHF alta
150-174 MHz
PMR, PAMR
3
Banda III
223-230 MHz
PMR, PAMR
4
Banda UHF baja
440-470 MHz
PMR, PAMR
5
Banda UHF alta
860-870 MHz
PMR
6
Banda 1-2 GHz
1800-2100 MHz
PLMN
ƒ Estas bandas se caracterizan por
• Emplearse en zonas rurales o urbanas
• Ganancia y Tamaño antenas
• Alcances típicos...
ƒ Ejercicio: busque las notas de utilización del CNAF que tengan que ver
con comunicaciones móviles. Sugerencia: busque el CNAF con google, abra las notas de
utilización (UN) y busque la palabra “móvil”, “servicio móvil”,...
[email protected]
9.25
9.4 Canalizaciones
ƒ Sistemas Privados:
• Analógicos FM:
ƒ
ƒ
Normal: 25 kHz con ancho de señal 2(fd+fm)=2(5+3)=16 kHz
Estrecha (más usada): 12.5 kHz con ancho de señal 2(fd+fm)=2(2.5+3)=11 kHz
• Digitales:
ƒ
Dependen del sistema
9 TETRA: canalización de 12.5 KHz con 4 canales TDM-TDMA
» Modulación π/4-DPSK
ƒ Sistemas Públicos
• Dependen del sistema
ƒ
ƒ
GSM: canalización de 200 kHz con 8 usuarios en TDM-TDMA
9 Modulación GMSK, Gaussian minimum shift keying
UMTS: canalización de 5 MHz con múltiples usuarios y tasas
9 Modulación BPSK y H-QPSK (hybrid-QPSK)
[email protected]
9.26
9.4 Modos de explotación
ƒ Símplex: Una sola frecuencia
• Todos los equipos oyen (tonos)
Tx
Rx
• Ventaja: Ayuda Mutua
ƒ
f1
f1
BS
Tx
Rx
MS
si BS no escucha a un MS, otro MS puede escucharle
9 Hay comunicación directa MS a MS
• Desventaja:
ƒ
ƒ
Captura o bloqueo de una comunicación:
9 cuando una MS no escucha a la MS, está cerca de la BS, y Tx
Interferencia canal adyacente entre BS1, BS2, BS3,...en un mismo
emplazamiento
f2
f1
9 hay que distanciar en f, Δf =4 a 5 MHz.
4-5MHz
Problema:
[email protected]
f3
8-10 MHz
9.27
9.4 Ventajas e inconvenientes de modo Símplex
UL
UL
RBM
MS2
DL
BS
DL
RMB
BS
MS1
MS2
MS1
DL
DL
Ayuda Mutua
[email protected]
Bloqueo
9.28
9.4 Modos de explotación en comunicaciones móviles
ƒ Símplex a dos frecuencias:
• Una solución poco viable es separar físicamente las estaciones base
(>280m)
• Otra solución es usar un par fTx y fRx, separadas 4-5 MHz.
• Desventaja:
ƒ
ƒ
Los móviles no pueden hablar entre sí (no reciben a f1’)
No saben si el canal está libre y pueden Tx infructuosamente cargando el
sistema innecesariamente.
Tx
4MHz
[email protected]
Rx
BS
f1
f1’
Δf = 4 - 5 MHz y 10 MHz
Tx
Rx
MS
9.29
9.4 Modos de explotación en comunicaciones móviles
ƒ Semidúplex:
• La base retransmite en f1 hacia los móviles (TT, talk-trough) lo que
recibe por f2
ƒ
ƒ
ƒ
Necesario un duplexor
Ahora todos los móviles escuchan al que habla si éste llega a la BS
Posible otra frecuencia símplex para Comunicación movil-móvil
Tx
Rx
f1
D
U
X
Tx
f2
Rx
ƒ Dúplex: radiocanal, PLMN
• Elevado coste para PMR (DX y frecuencias)
Tx
Rx
[email protected]
D
U
X
f1
f2
D
U
X
Tx
Rx
9.30
9.5 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Caracterización del canal
ƒLas pérdidas del canal móvil se pueden modelar como
Desvanec. Desvanec.
Selectivo Plano rápido
Desvanec.
Plano lento
lb ⋅ r ( x, y ) ⋅ m f (t , f )
n
• Donde lb ( d ) = k ⋅ d es la pérdida básica de propagación y n = 2 para
espacio libre, n = 4 tierra plana, en medios urbanos n =3.5~3.8 (valores
típicos)
• El término r ( x, y ) se introduce para evaluar estadísticamente las pérdidas
por obstáculos en el entorno del móvil
ƒ
Distribución log-normal con desv. tip 4 ~ 12 dB (rural, urbano)
• Se incluye m (t , f ) para incluir el efecto multitrayecto y doppler, ley
f
exponencial negativa (cuadrado –potencia- de una Rayleigh –tensión-).
ƒSi además Tb < dispersión temporal (Ej, banda ancha), entonces hay que
conocer los retrasos y niveles de cada trayecto para evaluar prestaciones:
• Se hacen necesarios igualación, codificación con entrelazado y diversidad.
[email protected]
9.31
9.5 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Caracterización del canal
ƒ El cálculo de la cobertura es complicado
ƒ Se pueden hacer de forma manual
• Típico en la petición de licencias y proyectos técnicos sencillos
• En entornos rurales se trazan radiales y se calcula mediante métodos
empíricos
ƒ
Se utiliza mucho el método ITU-R P.1546 (antes 370)
ƒO mediante software
• El software libre para cálculo de propagación es prácticamente inexistente
ƒ
Ver http://www.cplus.org/rmw/english1.html para un programa basado en el
método de Longley-Rice
• Existe gran variedad de software con licencia: Atoll de Forsk, ATDI,
Planet,…
[email protected]
9.32
9.6 Calidad I: Cobertura
ƒ 1) Grado de movilidad: Cobertura: Calidad de cobertura
• Alcance
ƒ
ƒ
Alcance de cobertura en el sentido Estación → Móvil
Alcance de cobertura en el sentido Móvil → Estación, ó retroalcance
• El retroalcance limita la cobertura, a distancias elevadas:
ƒ
ƒ
Ejercicio:
el móvil escucha a la base pero,
la base no escucha al móvil
PIREBS = ?
Enlace descendente (DL, downlink)
PR min = −98 dBm
PR
min
= −95 dBm
PIRE MS = 30 dBm
Enlace ascendente (UL, uplink)
• Sentido estadístico:
ƒ
ƒ
Solución: si se quiere igual cobertura UL-DL se puede observar que hay que
compensar con PIREBS la diferencia de sensibilidad: PIREBS=PIREMS+3=33
dBm. Nota: la diferencia entre la PIRE y la sensibilidad en UL (ó DL) constituye
la máxima pérdida ó “pérdida compensable”.
Porcentaje de emplazamientos
Porcentaje de tiempo
• Cobertura
ƒ
ƒ
Zonal
Perimetral
[email protected]
9.33
9.6 Ejemplo de cobertura: YOIGO
Cobertura datos UMTS ó EDGE: Málaga, Sevilla, Cádiz, Granada, …
Cobertura datos GSM/GPRS: Resto
Fecha:25 Marzo 2007
[email protected]
9.34
9.6 Calidad II: Otros
ƒ2) Disponibilidad de recursos ó Calidad de tráfico
• La probabilidad de poder establecer la llamada por falta de recursos
ƒ
probabilidad de congestión ó GOS (grade of service): p
ƒ3) Fiabilidad de la conexión
• La probabilidad de perder una llamada en curso (caída)
ƒ4) Seguridad: autenticación y cifrado
ƒ5) Calidad de fidelidad de señal (fonía)
• Sistemas analógicos
ƒ
Criterios objetivos
9Inteligibilidad: función del Indice de Nitidez (IN)
9 SINAD =
ƒ
Señal + Ruido + Distorsión S + N + D
=
Ruido + Distorsión
N +D
Está relacionada con la MOS, se puede dar en Volt, dBμ ó dBm
Criterios subjetivos:
9Notas de Opinión → Nota Media de Opinión (Mean Opinion Score, MOS)
[email protected]
9.35
9.6 Calidad II: Otros
ƒ3) Calidad de fidelidad de señal (continuación)
• Sistemas digitales
Criterios objetivos
9BER: depende del codificador
9BER irreducible
ƒ Criterios subjetivos:
9Notas de Opinión → Nota Media de Opinión (Mean Opinion Score,
MOS)
ƒ
[email protected]
9.36
9.6 Calidad II: Otros
ƒBER irreducible
• A: mediciones en laboratorio,
sin desvanecimiento
• B: con desvanecimiento
Rayleigh (plano)
• C: con desvanecimiento
Rayleigh y efecto Doppler
ƒPor el efecto doppler se crean
desplazamientos de frecuencia
fD = v / λ
• Donde v es la velocidad
• Efecto ≈ modulación parásita
• Ej: 900MHz, 25 Km/h: fD=21Hz
[email protected]
9.37
9.6 Calidad: Ejemplo en Orange
Fecha: 25 Marzo 2007
[email protected]
9.38
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Ventajas sistemas digitales
ƒTx de voz y datos con diferente tasa binaria:
• Integración con redes digitales
ƒMétodos de cifrado
ƒControl de errores
ƒSeñalización digital:
• Control para evitar uso fraudulento
• Control de potencia
ƒServicios suplementarios, Ej: SMS
ƒPosibilidad de utilizar TDMA:
• Simplifica circuitos RF → menor volumen y consumo terminales
ƒMás robusto a interferencia cocanal
• Disminuye D → mayor reutilización →mayor capacidad
ƒPosibilidad de utilizar tecnología digital:
• Codificador de voz 13 y 6.5Kbps
• Codificador de canal
[email protected]
9.39
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Inconvenientes sistemas digitales
ƒNecesidad de digitalización (fonía)
ƒSon más complejos
ƒSensibilidad a las perturbaciones del medio de transmisión
• Medios urbanos hostiles
• Efecto doppler
ƒISI: limitación de ancho de banda
ƒRetardo de transmisión (TDMA)
[email protected]
9.40
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Estructura
ƒEstructura del transmisor
Codec
Vocal
Multiplexador
Datos
Codificador
Fuente
Codificador
de canal
Formatización
Acceso
múltiple
Tx-RF
ƒEstructura del Receptor
Codec
Vocal
DeMultiplex.
Datos
[email protected]
Decod.
Fuente
DeCod.
de canal
Desformatiz.
Acceso
múltiple
Rx-RF
(Digital)
Recordar introducción Tema 6
9.41
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Estructura
ƒAspectos más relevantes en el canal:
• Diferencia entre
Canal de Usuario: comunicación digital extremo a extremo
ƒ Canal RF o radiocanal: par de frecuencias portadoras
ƒ
Ojo!!
• Un mismo radiocanal puede soportar varios canales de usuarios (Multiacceso)
ƒAspectos más relevantes en el Tx:
• El MX de datos adapta la velocidad de llegada a la de transmisión
• El codificador de canal optimiza la BER tras el paso por el canal
• La formatización consiste en adaptar el canal de usuario al de radiofrecuencia
(Multiacceso)
ƒAspectos más relevantes en el Rx:
• Es preciso, en el Rx,
ƒ
Recuperar portadora y sincronismo
• Hay que desformatizar, extrayendo el canal/es de usuario del de radiofrecuencia
[email protected]
9.42
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Retrasos
ƒAspectos más relevantes del conjunto
• La suma de las contribuciones de los retardos en cada bloque = retardo
total:
Retardos en codificador+decodificador de voz: 0.4 a 50 ms
ƒ Retardo en codificador de canal
ƒ Retardo en multiacceso
ƒ Retardo en canal
ƒ
• El retardo total debe estar acotado (fonía): ITU-T máximo en un sentido
400ms
Hay que contar además que la llamada puede atravesar la PSTN, y ésta puede
tener un enlace via satélite: 270ms
ƒ El margen que queda es 400-270=130ms
9Se deja para la red móvil 100ms
ƒ
[email protected]
9.43
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Codificación de fuente
ƒLa codificación de fuente
• Permite pasar la señal analógica de habla a una digital
• Debe conjugar buena fidelidad con tasa de bit reducida
• Así, debe caracterizarse por
Buena Calidad
ƒ Tasa de bits reducida
ƒ Robustez de los algoritmos frente a errores de bits
ƒ Limitación de la complejidad:
9Recursos computacionales
9Limitación del tiempo de procesamiento: retardo reducido
9Viabilidad de realización física.
ƒ
[email protected]
9.44
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Codificación de fuente, ejemplos
ƒMinimización de Errores: Por ejemplo en las transiciones
10
11
11
10
01
00
versus
Cambio de nivel = error de 2 bits
01
00
ƒReducir tasa de transmisión: Por ejemplo atendiendo a la probabilidad
• Llega
00 con Pb=0.005
asigno 1000
ƒ 01 con Pb=0.05
asigno 100
ƒ 10 con Pb=0.1,
asigno 10
ƒ 11 con Pb=0.845,
asigno 1
ƒ
[email protected]
9.45
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Codificación de canal
ƒLa codificación de canal
• Protege la información digital (voz, datos, señalización) contra errores
producidos en la transmisión
ƒ
Voz: Se protegen mejor los bits más sensibles
• Ejemplo: un MS a 50Km/h puede experimentar desvanecimientos profundos
de algunos ms de duración
De forma recurrente (cada 25-50ms)
-2
ƒ La BER puede ser de 10 o peor
ƒ
• La codificación de canal
ƒ
Se pierden ráfagas de datos
ƒSe puede perder sincronización
ƒ
Por cada k bits se proporcionan n=k+r bits
9Rendimiento del código (code rate): k/n
9La tasa de bits se incrementa a Vn=Vk·n/k → incrementa BW
• Existe codificación
Bloque
ƒ Convolucional
ƒ
[email protected]
9.46
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Codificación de canal
ƒLa codificación bloque
• Cada paquete de k bits se corresponde unívocamente a una palabra-código de
n bits
ƒLa codificación convolucional
• Es un sistema de estados que dependen de los bits que estén llegando
ƒ
Los estados los da un registro de tamaño m (longitud obligada, constraint lenght)
• La redundancia introducida ante la llegada de un bit depende del estado
actual.
• Tren continuo de bits, Rendimientos de 1/2.
• Decodificación: gran poder corrector. Ej, algoritmo de Viterbi.
ƒOuter code + Inner code = Bloque + Convolucional
• Gran poder detector + corrector
ƒActualmente se están empleando códigos LDPC (Low Density Parity Check)
ƒEntrelazado (no transmisión consecutiva): evitar ráfagas errores L·Tb>Tc
[email protected]
9.47
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Acceso múltiple TDMA, Time Division Multiple Access
Código
po
t
.
e
.
d
s
t
canal 2
Slo
canal 1
canal N
..
Frecuencia
Tiempo
[email protected]
9.48
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Acceso múltiple TDMA/FDMA
ƒTambién denominado NB-TDMA (Narrow Band- TDMA)
Canal RF 1
canal 2
canal 1
Canal RF 2
...
...
canal N
.
.
.
canal 2
canal 1
canal N
...
canal N
...
Slo
ts d
e tp
o
Código
canal 2
canal 1
Frecuencia
Canal RF Q
Tiempo
[email protected]
9.49
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Trama TDMA
Una Trama TDMA
Preamble
Information Message
Slot 1 Slot 2 Slot 3
Trail Bits Sync. Bits
[email protected]
Trail Bits
Slot N
Information Data
Guard Bits
9.50
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Trama TDMA, TDM
ƒVentajas TDMA frente a SCPC/FDMA
• Reducción del número de transceptores (TRXs)
• Reducción en exigencia de tolerancia de frecuencia de portadoras
ƒInconvenientes de TDMA
• Exigencia de funcionamiento sincronizado
• Tiempos de guarda
• Bits de tara para sincronización de trama y señalización del canal:
ƒ
Reduce el rendimiento de la trama
ƒTDMA
• En el sentido ascendente
• En el sentido descendente (TDM, time division multiplex);
ƒ
no es de acceso sino de difusión
[email protected]
9.51
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
CDMA
ƒCDMA, Code Division multiple Access
Código
...
canal 1
canal 2
Frecuencia
canal N
Tiempo
[email protected]
9.52
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Time Division Duplex, TDD ?
2500
Market
needs
Kbps
2000
1500
Downlink
Uplink
1000
500
0
[email protected]
1997
2000
2005
Asymmetrical traffic
increases with time !!
9.53
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
TDD
Frequency Division Duplex, FDD
Canal
bajada
Canal
Subida
Frecuencia
División en frecuencia
Time Division Duplex, TDD
Canal
bajada
Canal
Subida
División en tiempo
[email protected]
Tiempo
9.54
9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Acceso Múltiple
Sistema Celular
Acceso Múltiple
Advance Mobile Phone System (AMPS) - PLMN
FDMA/FDD
CT2 (Cordless Telephone) - PLMN
FDMA/FDD
Japanese Figital Cellular (JDC) – PLMN
TDMA/FDD
U.S. Narrowband Sprea Spectrum (IS-95) -. PLMN
CDMA/FDD
Groupe Speciale Mobile (GSM) - PLMN
NB-TDMA/FDD
UMTS, Universal Mobile Telecommunic System – PLMN CDMA/FDD y TDD
MPT 1325 – PMR
FDMA/FDD
TETRA – PMR y PAMR
NB-TDMA/FDD
Digital European Cordless Telephone (DECT) (*)
TDMA/TDD
(*)El sistema DECT es para telefonía inalámbrica en el hogar u oficina. Y pueden
utilizarse varias estaciones base para cubrir una zona amplia
[email protected]
9.55
9.8 Sistemas de concentración de enlaces:
Estructura de un sistema troncal
ƒ Sistemas
• Monoemplazamiento
• Multiemplazamiento:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Cada nodo tiene su juego de frecuencias
Interconexión (en anillo) de estaciones base y sistemas de control (TSC, trunking
system controller)
No tiene por qué haber transferencia automática de una BS a otra.
Transceptor sintetizador controlado por microprocesador (software-radio)
• Régimen de llamadas
ƒ
ƒ
En espera
En pérdidas
BS
ƒ En un sistema troncal
• Se asignan canales
ƒ
ƒ
Según necesidades
Y no de forma rígida
NMC
• Se optimiza la capacidad
BS
MS
TSC
PSTN
T/R
PABX
FS
PABX
http://en.wikipedia.org/wiki/Trunked_radio_system
[email protected]
9.56
9.8 Sistemas de concentración de enlaces:
Dimensionamiento y Tráfico
ƒ Objetivo del dimensionamiento:
• Calcular el número de canales
ƒ
Nº de canales de tráfico, N (Número de canales totales = N+1, incluyendo control)
• Para cumplir unos criterios de calidad
ƒ
ƒ
ƒ
Régimen de llamadas en espera: que la probabilidad de superar un tiempo de
espera W0 al realizar una llamada sea menor de p.
Régimen de llamadas perdidas: que la probabilidad de tener canal disponible al
realizar una llamada sea menor de p.
A p se le denomina probabilidad de congestión o grado de servicio (GOS).
ƒ Datos de partida
• Nº de móviles M
• Tiempo medio de llamada H (segundos)
• Número medio de llamadas por móvil y en la hora cargada L (llamadas/hora)
M ⋅ L⋅H
erlangs
Ad =
3600
Intensidad de tráfico demandado
[email protected]
9.57
ƒ Régimen de llamadas perdidas (TMA y PMR): Erlang-B
• Se supone un conjunto de usuarios que solicitan aleatoriamente los
servicios de N canales de radio con un promedio dado de llegada de
solicitudes de llamada.
• Las llamadas se pierden con una probabilidad de congestión p (ó GOS ó
pb de pérdida) si todos los canales están ocupados.
http://www.erlang.com/whatis.html
9.8 Sistemas de concentración de enlaces:
Fundamento teórico y realización
• La probabilidad de pérdida en un sistema
ƒ
ƒ
que tiene que servir una intensidad de tráfico Ad (Erlangs) demandado
con N radiocanales
es
p=B(Ad ,N) fórmula Erlang B
N
En la Erlang se asume que la llegada de llamadas es aleatoria (Poisson)
[email protected]
9.58
http://www.erlang.com/whatis.html
9.8 Sistemas de concentración de enlaces:
Fundamento teórico y realización
ƒ Régimen de llamadas en espera (PMR): Erlang-C
• Se supone un conjunto de usuarios que solicitan aleatoriamente los
servicios de N canales de radio con un promedio dado de llegada de
solicitudes de llamada.
• GOS: Las llamadas se pierden con una probabilidad p si se supera un
tiempo de espera W0.
• La probabilidad de pérdida ó GOS:
ƒ
Si el tiempo de espera máximo es igual a la duración de la llamada (habitual)
p = GOS ( N , A) = P (W > W0 )
ƒ
El tiempo medio de espera, Ŵ:
W0 = H
= C ( N , A) ⋅ e − ( N − A )
C(N,A): Distrib. Erlang-C
H
Wˆ = C ( N , A)
N−A
[email protected]
9.59
http://www.erlang.com/whatis.html
9.8 Sistemas de concentración de enlaces:
Fundamento teórico y realización
ƒ Trunking o concentración de enlaces:
• La idea del trunking es poder compartir todos los canales entre todos
los usuarios.
• El tráfico que se puede ofertar es mayor
ƒ
ƒ
El sistema es más eficiente
Pero más complejo: hay que controlar la asignación de canales
• Ejemplo: se propone un ejemplo sencillo para un régimen de llamadas
en pérdida
ƒ
Una estación base da servicio a una zona con 3 canales y puede:
9 A) Asignar los 3 canales a toda la superficie con truncking.
9 B) Asignar 1 canal de forma rígida a cada tercio de la superficie.
ƒ
La intensidad de tráfico A (Erlangs) que se puede ofertar en
9 A) es Ao,A=B-1(p,N)
3
A
1
1
1
B
9 B) es Ao,B= N·B-1(p,1) < Ao,A
[email protected]
9.60
Radiación y Radiocomunicación
4º Ingeniería de Telecomunicación
Tema 9 Comunicaciones Móviles
Parte III: Sistemas Celulares:
sistemas celulares en FDMA
Juan José Murillo Fuentes
ATSC. ETSI.Univ Sevilla
[email protected]
9.61
Parte II: Sistemas de Telefonía Móvil
Automática (TMA)
ƒ 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular
• Introducción
• Concepto de celda ó célula
• Reutilización de frecuencia en sistemas FDMA
• Geometría celular: distancia de reutilización
• Distancia de reutilización y relación de protección
• Dimensionamiento de tráfico y del sistema
• Otros:
ƒ
ƒ
ƒ
Sectorización
Asignación dinámica de frecuencias
Tilt
• Generalidades
[email protected]
¿En qué consiste un sistema celular?
¿Cómo se dimensiona una sistema celular?
9.62
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular
ƒLos sistemas de telefonía móvil automática TMA ó PLMN son auténticas
redes de telefonía
• PLMN (Public Land Mobile Network)
ƒCon sus centrales de conmutación propias
• MSC Mobile Switching Centers, ó MTSO Mobile Telephone Switching Office
ƒSe persigue
• Calidad telefónica similar o superior.
• Conmutación automática
• Gran capacidad de abonados
• Capacidad de expansión
PSTN
• Coste razonable
• Eficiencia en espectro
Mobile
ƒLos sistemas celulares
Telephone
Switching
Office
• Dan respuesta a este problema
MTSO
• Actualmente se utilizan también en PMR-PAMR
[email protected]
9.63
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Una celda (o célula)
ƒMobile Terminal (MT) = Mobile Units (MU) = Mobile Systems (MS)
• ≈ Mobile Hosts (MH) ≈ Mobile Equipment (ME).
ƒMSC: Mobile Switching Centers = MTSO: Mobile Telephone Switching
Office
ƒBS (Base Station)
MSC (MTSO)
BS
MS
MS
Componentes Radio
Cell
[email protected]
9.64
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Una célula
ƒForma circular frente a formas triangular, cuadragular, hexagonal
ƒCada radiocanal entre la BS y el MT se divide en
• Enlace Descendente = down-link, DL =forward link (US)
ƒ BS a MT
up-link
• Enlace Ascendente = up-link, UL = reverse link (US)
down link
ƒ MT a BS
ƒEl sistema es un conjunto de células
MSC
[email protected]
PSTN
9.65
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Sistemas Celulares
ƒEl problema central en la capa radio de los sistemas TMA es conseguir
Una amplia cobertura
Gran capacidad de tráfico
Número limitado
de frecuencias
Con
ƒSi a una sistema TMA (operadora) se le asigna un rango del espectro, y
es FDMA
• ¿Cómo se puede dar cobertura a todo un país?
Interferencia múltiple
cocanal controlada
Distancia de reutilización
Sistemas
FDMA Reutilización de frecuencias
Sistema celular
Nota: La planificación celular que se verá aquí es para FDMA
[email protected]
9.66
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Sistemas Celulares, agrupaciones (racimos, clusters)
ƒLos sistemas celulares (FDMA) se basan en
• Tener J tipos de célula
• Cada tipo de célula tiene asignado un juego de frecuencias diferente
• El conjunto de J células diferentes se agrupa: agrupación (o cluster)
1-cell cluster
3-cell cluster
4-cell cluster
12-cell cluster
7-cell cluster
ƒ La zona de cobertura de este racimo o cluster se denomina “footprint”
• El racimo o cluster se repite sistemáticamente (enlosado) para conseguir
el mapa de cobertura deseado.
ƒ
Se repiten las frecuencias: reutilización de frecuencias
[email protected]
9.67
Planificación de frecuencia en FDMA
Estructura con J = 7
(Patrón de reutilización 7)
f7
f6
f2
f7
f1
f6
f5
f1
f4
f2
f5
f7
f6
[email protected]
f2
f3
f3
f4
f2
9.68
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Sistemas Celulares FDMA, agrupaciones: frecuencias
ƒ Así:
• Un operadora dispone de un ancho de banda para dar cobertura a una zona en
un país.
ƒ
La operadora dispone de C canales
• La zona se divide en Q agrupaciones.
ƒ
Cada agrupación hace uso de C canales
• Cada agrupación se divide en J células
ƒ
Cada célula tiene asignados, en general, N=C/J canales disponibles
ÎLas
veces que se repiten las N frecuencias en el mapa de cobertura total no
es más que el número de agrupaciones Q = el índice de reutilización
ÎEl número de canales total es Q ·J · N
ƒ Si se reserva 1 canal para
ƒ Ahora bien
control en cada célula: Q ·J · (N-1)
¿cuántas células hay?¿J?
Relación de protección
[email protected]
¿qué superficie cubren?¿Q?
Tráfico
9.69
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
parámetros relevantes de geometría celular
2
7
2
3
1
6
7
4
1
5
6
Sr 1 ⎛ D ⎞
J≡
= ⎜ ⎟
Sc 3 ⎝ R ⎠
2
2
3
4
5
R
D7
3
1
6
4
5
D = distancia de reutilización entre celúlas que utilizan mismas
frecuencias
R = Radio de la Célula
J = patrón de reutilización (el tamaño del racimo (cluster)).
Ejemplo: para un racimo de 7 celdas con radio R = 3km, la distancia de
reutilización de frecuencia es D = 13.74 km.
[email protected]
9.70
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Geometría celular
ƒGeometría celular
Área de un rombo de lado D:
D2 3
Sr =
2
Área de un hexágono de radio R:
d2 3
R2 3 3
Sc =
=
2
2
Relación entre estas áreas:
2
Sr D 2 1 ⎛ D ⎞
=
= ⎜ ⎟ ≡J
2
Sc R 3 3 ⎝ R ⎠
[email protected]
Zona Romboidal:
“Rombo cocanal”
D
D
d
R
9.71
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
números rómbicos
(i·d, j·d)
i = v / d = v /( R 3)
j = u / d = u /( R 3)
i za
ció
n
• Sistema de ejes:
eu
til
v
er
α=π/3
u
(i·d,0)
D,
d
ist
an
cia
d
(0, j·d)
D 2 (i, j ) = d 2 (i 2 + j 2 + 2 ⋅ i ⋅ j ⋅ cos(α ))
D 2 (i, j ) = d 2 (i 2 + j 2 + i ⋅ j )
(0,0)
R
d
d=R 3
D2
2
1⎛ D ⎞
= ⎜ ⎟ = i2 + j2 + i ⋅ j
d 2 3⎝ R ⎠
=J
En la figura, i=3, j=2, J=19
[email protected]
9.72
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
número rómbicos
ƒIMPORTANTE: sólo son posibles, para células hexagonales, algunos
números de células por racimo, J. ¿CUÁLES?
• Aquellos que cumplen con
i 2 + j 2 + i ⋅ j = J , i, j enteros
• Ejemplos para i,j
0, 1
ƒ 1, 1
ƒ 1, 2
ƒ 3, 0
ƒ 4,-2
ƒ 4,-1
ƒ 4, 0
ƒ
J=1
J =3
J= 7
J=9
J=12
J=13
J=16,...
[email protected]
Números Rómbicos
Una lista completa ordenada:
J= 3, 4, 7, 9, 12, 13, 16, 19, 21, 25, 27, 28, 31, 36, ...
J=1 y 2 no tienen sentido. No hay reutilización.
9.73
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Geometría de racimos-agrupaciones-clusters
ƒEjemplos de agrupaciones
i=1
j=1
J=3
i=2
j=2
J=12
i=1
j=2
J=7
[email protected]
9.74
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Celda cocanal: Reutilización de frecuencias
ƒ Para calcular dónde existe una celda
con igual juego de frecuencias
• Muévase i celdas a lo largo de
cualquier cadena de hexágonos.
• Gire 60º en el sentido contrario a
las agujas del reloj y muévase j
celdas.
ƒ Ejemplo:
• N=19: i=3, j=2;
ƒHexágonos de igual radio: un racimo o agrupación está rodeada de otros 6:
•Existen 6 celdas cocanales
•Donde se reutilizan las frecuencias
[email protected]
9.75
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Calculo de J: interferencia de una celda
ƒLa solución en sistemas celulares es reutilizar las frecuencias
• Se admite una interferencia
• Que tiene que estar controlada ¿Cómo controlarla?
Se calcula la potencia útil e interferente que llega a un punto de la celda
ƒ Se impone que esté por encima de la relación de protección
ƒ
pt
c = pr =
k ⋅ dc n
dc
i =
pt
k ⋅ di n
di
Veamos cuánto vale cada parámetro
[email protected]
9.76
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Calculo de J: interferencia de una celda
ƒLa señal recibida en un sistema celular
pt
c = pr =
k ⋅dn
donde
• d es la distancia desde el transmisor (BS) al punto de la celda donde se mide
la potencia,
• k es una constante y
• n es otra constante (path loss slope) que depende de la propagación. En
Celdas urbanas n=2.7 a 5
ƒEn el peor caso en el que el móvil se sitúa en el borde de una celda d=R, y
otra celda a una distancia D transmite a la misma frecuencia y potencia:
pt
c=
n ,
kR
R
cell 1
[email protected]
(
(D − R)n
c
D
=
=
−1
n
i
R
R
pt
i =
k (D − R)n
MS
)
n
D
cell 2
9.77
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Calculo de J: interferencia de racimos adyacentes
ƒ La relación entre la potencia recibida en el borde de una celda
c=
pt
k ⋅ Rn
y la potencia interferente recibida en el borde de esa misma celda, 6ic =
n
c
1 ( D − R)
1⎛D ⎞
⎛c⎞
=
=
=
⎜ ⎟
⎜ − 1⎟
n
6⎝ R ⎠
⎝ i ⎠tot 6 ⋅ ic 6 R
1⎛ D ⎞
J= ⎜ ⎟
3⎝ R ⎠
6 pt
k ⋅ ( D − R) n
n
Siempre hay 6
racimos rodeando el
de interés
2
Se asume esta distancia
Para todos interferentes
1⎡
c
⎢
J = 1+ 6⋅
3 ⎢⎣
i
1 / n ⎤2
( () )
tot
ƒ Como ha de cumplirse (c/i)tot
(
1⎡
c
⎥ = {D − R ≈ D } = ⎢ 6 ⋅
⎥⎦
3 ⎢⎣
i
1 / n ⎤2
( () )
tot
⎥
⎥⎦
≥ rp (relación de protección)
1
J ≥ 1 + (6 ⋅ rp )1 / n
3
)
2
Límite inferior
Sólo depende de rp!!
Y además J debe ser un número rómbico
[email protected]
9.78
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Tráfico ofrecido y demandado en una celda
ƒ ¿Número de móviles en una célula a los que se puede dar servicio con
una probabilidad de congestión p (también conocido como grado de
servicio GOS) en un sistema celular de J células por agrupación al que
se asigna un espectro W divido en bandas de Δf ?
• La oferta
El número de canales en el sistema
ƒ El número de canales en una celda
ƒ El número de canales de tráfico
ƒ Se ofrece un tráfico, para p, de
ƒ
• La demanda
ƒ
El tráfico ofrecido por M móviles
C = W / Δf
N =C/J
N − 1−1
Ao = B ( p, N − 1)
Ad = M ⋅ a = M ⋅ H ⋅ L(Erlang )
• Se iguala Oferta=Demanda→ A=Ao=Ad y se obtiene:
M
A
M = ⇒ Sc =
a
ρ m (móviles / km 2 )
ƒ
Número de móviles en una celda
ƒ
O también, en función del “Tráfico admisible”:
ρa =
[email protected]
Ao
A
(Erlang / km 2 ) = ρm ⋅ a ⇒ Sc = o
Sc
ρa
9.79
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Dimensionamiento en sistema
ƒ Conociendo la superficie total S a cubrir y calculados m y Sc se dimensiona
• Superficie de una agrupación
Sr = J ⋅ Sc
• Número de agrupaciones
ƒ
Q = índice de reutilización
• El número de móviles servidos
• También:
ƒ
S
Q = ⎣S / S r ⎦ + 1 ≈
J ⋅ Sc
M Total = Q ⋅ J ⋅ M
La oferta total de canales de tráfico en el sistema (superficie S)
Q ⋅ J ⋅ ( N − 1) ≈
S
⋅C
J ⋅ Sc
9A menor área de celda
»Con los mismos canales: podría servir a una mayor densidad de móviles
»La oferta total en S crece: tengo mayor número de canales en el sistema
[email protected]
9.80
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
sistema celular: resumen dimensionamiento
ƒPaso 1: La relación de protección te da el número mínimo de celdas,
el número rómbico más cercano proporciona el mínimo posible J
(
1/ n
1
J ≥ 1 + ( 6 ⋅ rp )
3
)
2
Analógico: C/I=17 dB, n=3,8 Æ J=7
Digital: C/I=9 dB, n=3,8 Æ J=3
• Se obtiene el número N de canales por celda
ƒPaso 2: Igualar la oferta de tráfico que proporciona la célula a la
demanda de tráfico que cursan los abonados al sistema
• Con ello se obtiene
Ao = B −1 ( p, N − 1)
Ad = M ⋅ H ⋅ L
El área o radio de la celda
ƒ El índice de reutilización Q
[email protected]
ƒ
9.81
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Otros aspectos: división celular
ƒ La retícula básica es un instrumento, en la realidad es difícil establecer el
límite entre dos celdas
ƒ En la práctica habrá celdas (ó células) (zona urbana) que tengan mucho más
tráfico que otras (zona rural).
ƒ Se hace necesario subdividir algunas celdas en otras: El mapa de celdas no
es homogéneo
ƒ Generalmente se va dividiendo el radio de la celda en 2:
• La superficie se divide por cuatro
• Se incrementa la capacidad de tráfico en un factor ≈ 4
• Mayor precisión de las BS
• Aumenta el tránsito entre celdas (llamada),
aumenta tráfico de señalización
• Aumentan los costes
ƒ Microceldas (<0.3Km), Picoceldas (<30m)
ƒ También: se organizan las celdas por “capas” (layers)
[email protected]
9.82
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Otros aspectos: Tipos de Celdas
Internetwork Roaming
Seamless end-to-end Service
Global
Satellite
Suburban
Urban
In- Building
Micro-Cell
Macro-Cell
Home-Cell
Pico-Cell
Audio/visual
Terminals
Source:ITU
[email protected]
9.83
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Otros aspectos: Sectorización
ƒ Se pueden explotar las ventajas de antenas directivas
f1
f3
f2
•¿Simple división de una celda en otras 3?
i=2
⇒La interferencia ya no es
j=1
“omnidireccional”
J=7
•La relación potencia a interferencia se reduce:
1
•Disminuye el J mínimo
J≥
k ⋅ rp
Aproximando,…
3
((
[email protected]
),
1/ n 2
)
k = [2,3]
9.84
Ganancias típicas de Antenas
• Omnidirecionales
Vertical
Horizontal
f1,2,3
• Sectoriales: 120º
f1
f3
0
0
-15
-20
-15
-20
-30
-30
270 0
-3
-6
-10
dB
90
270 0
-3
-6
-10
dB
90
f2
180
[email protected]
180
9.85
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Otros aspectos: Sectorización
ƒ Cuando se introduce sectorización, en general,
• Cada sector es una nueva celda
• De forma que cada sector es una nueva BTS
ƒ
ƒ
Pero en las operadoras al emplazamiento con varios sectores se le denomina
BTS
Esta BTS tiene su propio juego de frecuencias (radiocanales)
• Al conjunto de sectores agrupados en un mismo poste se le denomina
emplazamiento (site en inglés)
• Así:
ƒ
ƒ
sector=celda=BTS
emplazamiento= varios sectores
• En la figura se representa una configuración 3/9
ƒ
ƒ
3 emplazamientos por agrupación
Con 3 sectores por emplazamiento, un total de 9
• Por facilidad se suelen usar agrupaciones
ƒ
ƒ
Del tipo 3/9,4/12,…
De esta forma se aprovechan al máximo los emplazamientos
[email protected]
9.86
Ejemplo de sectorización
[email protected]
9.87
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Otros aspectos: Sectorización
Ø Sectorización:
[email protected]
9.88
Otras tecnologías: Smart/Adaptive Antennas
[email protected]
9.89
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Asignación dinámica de frecuencias
ƒ En la asignación dinámica de frecuencias, la asignación de radiocanales no
es rígida → cambia según la necesidad en cada instante:
(Dynamic channel allocation, DCA)
ƒ El principio general: cualquier canal puede ser utilizado en cualquier celda
• Para optimizar la capacidad
• Cumpliendo con la relación de protección
►El problema es complejo
ƒ Se debe contemplar
• Seguimiento del estado y localización de cada canal
• Cálculo/Estimación y localización de las necesidades de tráfico
• Cada celda debe poder generar todos los canales posibles: sintetizadores
[email protected]
9.90
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Asignación dinámica de frecuencias: tráfico
ƒEn un sistema con N canales de tráfico por celda y J celdas
por agrupación, con un requisito de pb de congestión p
•El tráfico que se oferta en la agrupación, sin DCA, es
ƒ
A=J·B-1(N,p)
•Con DCA el máxima de tráfico que se puede alcanzar
ƒ
ADCA=B-1(J · N,p) > A
Recuérdese aquí que J sistemas con N canales
ofertan menos tráfico que 1 sistema de J · N
canales
[email protected]
9.91
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
“tilt”
ƒTilt mecánico: inclino la antena hacia el suelo para enfocar el área a cubrir
ƒTilt eléctrico: consigo el mismo efecto cambiando las propiedades
eléctricas de las entenas (patrón de radiación)
[email protected]
9.92
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Tilt mecánico
[email protected]
9.93
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
“tilt”
ƒEn cualquier caso se reduce la interferencia a las agrupaciones anexas:
Se consigue una reducción de J
•En la relación
(
1/ n
1
J ≥ 1 + ( 6 ⋅ rp )
3
)
2
se asume que la ganancia de la antena
interferente es la misma que la de la Tx.
•Se pueden rehacer los cálculos o utilizar una relación de protección
equivalente menos exigente (menor)
[email protected]
9.94
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Diseño
1. Determínese el número de celdas J por racimo (números rómbicos) en función
de
•
•
•
La interferencia máxima admisible: la relación de protección
El modelo de propagación l=k·dn
Tecnologías: sectorización, tilt,...
2. A partir de J se calcula el tráfico ofrecido por celda
ƒ
ƒ
Para ello se calcula el número de canales disponibles en cada celda
y se impone una probabilidad de congestión p
3. Determínese la demanda de tráfico por móvil
4. De igualar la demanda a la oferta se obtiene el número de móviles por celda ó la
superficie de celda Sc
5. Con este dato es posible dimensionar
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Área de la celda (a partir de la densidad móviles/km2) ó número de móviles
El número de celdas total en una región
Número de veces que se repite la agrupación de J celdas: Q
Número total de canales ofertados o tráfico total ofertado Q ·J · (N-1),...
[email protected]
9.95
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Generalidades
ƒ ¿Cómo hacer para que un móvil pueda llamar desde cualquier celda?:
Radiobúsqueda=Paging
ƒ ¿Cómo hacer para que pueda moverse de una celda a otra sin interrupción?
Traspaso=Handover
MSC
• Hard
• Soft
Old BS
New BS
ƒ ¿Cómo localizar y seguir su situación?: Itinerancia=Roaming
9Necesidad de un sistema de señalización avanzado: canales de control
[email protected]
9.96
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Generalidades
ƒ Un esquema más general de un sistema TMA-PLMN
PSTN
HLR
MSC (MTSO)
VLR
EIR
MS BS
MS
MS
MSC (MTSO)
BS
MS
MS
MS
BS
VLR
MS
MS
PSTN: Public Switched Telephone Network.
MSC:Mobile Switching Center. También MTSO (Mobile Telephone
Switching Office).
BS: Base Station.
MS:Mobile Station. También MU (Mobile Unit) o Mobile Host (MH).
HLR:Home Location Register.
VLR:Visitor Location Register.
EIR:Equipment Identify Register.
[email protected]
9.97
9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular:
Generalidades
ƒ Conexión del móvil :
• Proceso de localización:
Se exploran los canales de control de BS’s
ƒ Se sintoniza aquella que llegue con más potencia
ƒ Se transmite identificación
ƒ La identificación se almacena en el VLR (Visitor’s Location Register)
ƒ La identificación y localización se almacena en el HLR (Home Location
register)
ƒ
ƒ Llamada a un móvil
• Se interroga al HLR: devuelve MSC a donde encaminar la llamada
• Se avisa al MS (mobile station)
en las BS en torno a su localización (Location Area)
ƒ con un código característico del móvil: “paging”
ƒ
[email protected]
9.98
Radiación y Radiocomunicación
4º Ingeniería de Telecomunicación
Tema 9 Comunicaciones Móviles
Parte III: Sistemas de Telefonía Móvil
Privada (PMR)
Juan José Murillo Fuentes
ATSC. ETSI.Univ Sevilla
[email protected]
9.99
9.10 Estructura básica de un sistema PMR
Control
Estación
Fija
PABX
PABX
Private automatic branch exchanges
Estación Base
BS
Estación
Móvil
ƒ
La estructura de un sistema PMR es variada
• Desde comunicación MS a MS sin BS
ƒ
Ejemplo: sistema sin licencia PMR466.
PMR466
• Pasando por sistemas analógicos con señalización analógica simple
ƒ
ƒ
Sin Truncking ni sistemas celulares
Ver Tema 5.
• Hasta complejos sistemas trunking que pueden ser celulares con funcionalidades
comparables a los sistemas TMA.
ƒ
ƒ
MPT1327
TETRA,…
[email protected]
9.100
9.10 Estructura básica de un sistema PMR:
Servicios de un sistema troncal PMR
ƒ Gracias a potente señalización digital
• Conexión a centralita privada (PABX)
• Modalidades de despacho
ƒ
ƒ
ƒ
Flotas
Subflotas
Grupos cerrados de usuarios
• Diferentes niveles de prioridad
• Fall-back mode: funcionamiento como sistema convencional (ante fallo)
• Tx de voz y datos
• Desviación de llamadas
• Localización automática
• Amplia variedad de terminales fijos: fonía, pantallas, teléfonos,
impresoras, ...
[email protected]
9.101
9.10 Estructura básica de un sistema PMR:
Canal de Control en sistemas troncales
ƒ Puede ser:
• Dedicado
• Variable
ƒ Si es variable,
• Se dedica también a tráfico de usuarios
• Si todos canales ocupados
→Se asigna el canal de control a tráfico
→El primer canal que quede libre se asigna como canal de control
→Los móviles accederán a éste tras una búsqueda secuencial
• Mayor rendimiento en sistemas con Nº de canales N < 12
[email protected]
9.102
9.11 Sistemas típicos de PMR
ƒ Ejemplo de un sistema
• Elementos
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
BS
MS (Conmutación manual)
Consola de operación
f3 f3’
4 Frecuencias
9 3 canales en símplex o semidúplex
9 1 canal en símplex
f1
f4
f2
f1’
f2’
f1 f2 f3 f4 f1’f2’f3’
• Funcionamiento en Simplex ó Semiduplex (TT)
ƒ
ƒ
Día: control rígido prohibiendo la conexión móvil-móvil
Noche: Servicio sin operador, las BS se pasan a TT (Los móviles se escuchan
entre sí)
• Llamada selectiva (SELCAL) y respuesta automática (acuse de recibo)
• Interconexión móvil-móvil interzonas: control de conexiones entre BS
[email protected]
9.103
9.11 Sistemas típicos de PMR: TETRA
Nota: SAINCO es ahora TELVENT
ƒ SAINCO (ABENGOA): Sistema Trunking Digital, TETRA, para CFE
(Comisón Federal de Electricidad (México) en Monterey
• 200 equipos portátiles, 320 móviles, 20 fijos y 3 consolas de control
remoto
• cobertura del 90%
[email protected]
9.104
Radiación y Radiocomunicación
4º Ingeniería de Telecomunicación
Tema 9 Comunicaciones Móviles
Parte IV: GSM
Juan José Murillo Fuentes
ATSC. ETSI.Univ Sevilla
[email protected]
9.105
Parte IV: GSM
ƒ 9.12 Sistema de telefonía móvil digital GSM
•Introducción
•Arquitectura
•Funciones
•Servicios
•Canales lógicos
•Radiocanales y canales físicos
ƒ
mapeado de los canales lógicos
•Codificación de canal para la voz y entrelazado
•Retardo compensable
•Cobertura
•Señalización: procedimientos de llamada
•Resumen de parámetros y glosario
[email protected]
9.106
Resumen
ƒ Habrá que pensar qué estructura es idónea para este sistema
• Móviles, estaciones base, centrales que agrupen a éstas,…
ƒ Para definir la comunicación entre partes se definen las interfaces
• Nos interesa en este curso la interfaz aire
ƒ
Entre el móvil y la estación base
ƒ En GSM, y en cualquier sistema de TMA
• Hay que ver qué tipos de información nos hace falta para conseguir
hablar
ƒ
ƒ
Ejemplo: voz, señal de petición de llamada, señal de datos,…
Estos tipos son los canales lógicos.
• Esta información hay que “montarla” en unas tramas que finalmente
puedan ir por los radiocanales que el sistema provea
ƒ
ƒ
Estos son los canales físicos.
Es de interés ver cómo se pasa de voz al radiocanal
9 Prestando especial atención al régimen binario
ƒ Se verá también cómo es el proceso de establecimiento de llamada
[email protected]
9.107
9.12 Sistema de Telefonía Móvil Digital GSM:
Introducción
ƒ GSM (Groupe Spéciale Mobile, 1982-1985) es un conjunto de
Recomendaciones del ETSI (European Telecommunications Estándar
Institute) sobre una Red Pública Móvil Terrestre (Public Land Mobile
Network, PLMN) Panaeuropea.
ƒ Antecedentes
• Incompatibilidad sistemas existentes entre países CE
• Esta situación encarecía:
Terminales
ƒ Explotación
ƒ
ƒ Objetivo: desarrollar norma europea de 1 sistema único
Para todos los países (CE), con cobertura internacional
ƒ Con un mercado potencial de millones de usuarios en año 2000
ƒ Que pudiera sacar ventaja de la entonces inminente liberalización del mercado de
las telecomunicaciones: mayor competencia = menor coste
ƒ Flexible en cuanto a servicios, coberturas, y tipos de terminales
ƒ
[email protected]
9.108
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM
Introducción
ƒ Requisitos básicos de partida
• Localización y seguimiento automáticos
ƒ
Nacional e internacional
• Número de abonado único
• Gran capacidad de tráfico y utilización de espectro optimizado
• Mejor calidad de servicio y mejores facilidades
• Coexistencia con sistemas analógicos
ƒ
en mismos emplazamientos
• Posibilidad de interconexión a ISDN
• Servicios no telefónicos
• Seguridad y confidencialidad
• Terminales de bolsillo
ƒ
Mayor eficacia baterías
• Señalización avanzada
• Coste no mayor
[email protected]
9.109
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Introducción
ƒ Aspectos técnicos: •Definir interfaces armonizadas entre unidades funcionales
•Con libertad para estimular la competitividad
• Banda de frecuencias común
• Estructura celular digital
• TDMA de banda estrecha (NB-TDMA) repartidos en radiocanales (FDMA)
• Codificación de fuente con Vb baja
• Control de potencia
• Arquitectura OSI
• Señalización avanzada
[email protected]
9.110
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Arquitectura funcional
ƒ Arquitectura general a nivel de celda
Um
MSC
PSTN
ISDN
BTS
MS
Abis
A
BSC
[email protected]
HLR
VLR
AUC
OMC
9.111
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Arquitectura funcional
ƒSe articula en el binomio
•Entidades funcionales:
Grupos de elementos funcionales
9Sistema de estación Base (BTS)
9Terminales móviles (MS)
9Centro de conmutación (MSC)
9Registros de localización e identificación (VLR, HLR)
ƒ Se les asigna un conjunto de funciones del sistema
ƒ
•Interfaces
Establecen fronteras de repartición funcional
ƒ Interfaces
9De línea «A»
9«A» bis (opcional)
9Interfaz radio «Um »
ƒ
[email protected]
9.112
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Arquitectura funcional, elementos funcionales
ƒ A nivel de bloques
MS
BSS
Um
NSS
NMC
OMC
MSC
Abis
MS
PIN
FPC
PUK
BTS
BCF
GMSC
BSC
FPC
SIM
MS – Mobile Station
BSS – Base Station System
BTS – Base Trans Station
BSC – Base Station Controller
BCF –Base Control Functions
MSC – Mobile Switching Centre
VLR – Visitor Location Register
HLR – Home Location Register
AuC – Authentication Centre
[email protected]
A
PSTN
ISDN
…
VLR
MSC
HLR
AuC
EIR
VLR
9.113
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Arquitectura funcional, elementos funcionales
•Un esquema más serio
MS
BSS
NSS
GMSC
SIM
ME Um BTS Abis
BSC
A MSC
/ VLR
D
F
HLR
H
AUC
Otras
Redes
EIR
[email protected]
9.114
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Arquitectura funcional, elementos funcionales
BTS, Base Trans Station
BSC, Base Station Controller
SIM
Subscriber Identity Module
MS
Mobile Station
[email protected]
9.115
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Arquitectura funcional, dimensionamiento
ƒ Algunos valores para el dimensionamiento:
• BTS macro: BTS Ultrasite Nokia, 1 a 12 TRX. Cada TRX es de 28
watts de potencia (+44,5 dBm). Una BTS, con e.g. 3 sectores, puede
configurarse agrupando gabinetes hasta 9 gabinetes: 108 TRX.
• BSC: Un rack de BSC DX 200 BSC2i NOKIA es capaz de controlar
hasta 128 TRX. El tope de crecimiento es 512 TRX de BTS. Luego, se
requiere otro BSC.
• MSC: se suele considerar “Telefonica” que cada 5000 erlang se
requiere una central de conmutación (MSC) a objeto de tener
distribuido las distintas centrales a lo largo del país. Esto da unas 100
BTS
• HLR: se toma un valor típico de capacidad para 750.000 abonados.
[email protected]
9.116
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Interfaz A. Funciones básicas (I)
ƒ La interfaz «A» separa
• las funciones relativas a aspectos de red y conmutación (MSC, HLR, VLR):
Autenticación
ƒ Localización
ƒ Radiobúsqueda
ƒ Interfuncionamiento PSTN (RTPC), ISDN (RDSI).
ƒ
de aspectos radioléctricos (BSS, MS)
ƒ Las funciones básicas de los elementos funcionales más importantes
• MSC:
Gestión de las llamadas
ƒ Conexión a otras redes
ƒ
• Registros de localización, HLR y VLR
ƒ
Almacenan información relativa a abonados
9Residentes (HLR)
9Transeúntes (VLR)
[email protected]
9.117
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Funciones básicas (II)
ƒ Las funciones básicas más importantes (cont)
HLR: Registro doméstico del abonado
9Tipo de abono
9Código de identificación
9Número
9Información de localización
ƒ VLR: registro de visitantes o transeúntes
9Información de abonado dentro de zona de una MSC
ƒ
• BSC:
Muchas funciones de control se ejecutan en el BSC (controlador de la BTS)
ƒ Se simplifican así las BTS
ƒ
• AuC: Centro de autentificación: almacena, para verificación de llamadas,
información relativa a
9Identidad abonado móvil
9Equipos
[email protected]
9.118
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Servicios de Telecomunicación
ƒ Se distingue entre
• Servicios portadores
ƒ
Entre las terminales de red
• Teleservicios
ƒ
Entre terminales móviles
Tx independiente de contenido
Hasta 9600 bps
Síncrono/asíncrono
Conmutación circuito ó paquetes
ƒ Teleservicios
• Telefonía digital, códec a velocidad total 13 Kbps ó a mitad 6.5Kbps
• SMS
• Mensajería Rec X400 UIT-T
• Facsímil, Tx/Rx de FAX del grupo 3
• Servicios suplementarios: Identificación de llamada, Redireccionamiento
de llamada, llamada en espera, Buzón de voz, tarificación,...
• Teletex
[email protected]
9.119
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Subsistema Radio
ƒEl subsistema radio es el enlace físico entre las estaciones móviles
y la red fija
ƒFormado por canales lógicos
•La información que llega al subsistema radio (UL y DL) se puede
organizar en serie de canales de
correspondencia-mapping
Tráfico: TCH
ƒ Señalización:
9Canales de difusión BCCH, FCCH, SCH
9Canales comunes RACH, PCH, AGCH
9Canales Dedicados SDCCH, SACCH, FACCH
ƒ
ƒEstos canales se formatean en los canales físicos
•Cada canal físico se corresponde con una
portadora(FDMA)+slot(TDMA): ráfagas.
[email protected]
9.120
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Canales lógicos
[email protected]
9.121
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Canales de tráfico y señalización (I)
ƒ Canales de tráfico (=Canal de Usuario)
• Físicamente un par de portadoras e intervalos de tiempo
• Tx de voz y datos TCH, traffic channel
Velocidad total (TCH/F) y mitad (TCH/H)
ƒ Datos a velocidades 2.4, 4.8 y 9.6 Kbps
ƒ Voz a 13 ó 6.5 Kbps
ƒ
• Tienen asociados los canales de señalización SDCCH, SACCH y FACCH
ƒ Canales de señalización de difusión,
Son Descendentes
Proporcionan información general de localización y sincronización
• BCCH (Broadcasting Control Channel): Portadora baliza propia de cada
celda-sector
• FCCH (Frequency Correction Channel): Sincronización portadora RF
• SCH (Sincronization Channel): Sincronización de la trama e Identificación
BS
[email protected]
9.122
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Canales de Señalización (II)
ƒ Canales Comunes, CCCH Common Control Channel
Regulan acceso al sistema, ascendentes y descendentes:
• RACH (Random Access Channel): Petición de llamada del MS, ALOHA
ranurado
• PCH (Paging Channel): Aviso de llamada al MS
• AGCH (Access Grant Channel) :Asignación de recursos al móvil,
posterior a llamada (RACH)
ƒ Canales dedicados DCCH, Dedicated Control Channel
Ascendentes y descendentes
Información relativa al establecimiento de llamada
• SDCCH, Stand-alone Dedicated Control Channel
Dividido en 8 subcanales D0 a D7, cada uno para un móvil distinto
ƒ Utilizado para actualizar posición, registro, SMS punto a punto, preparación
del handover,...
ƒ
[email protected]
9.123
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Canales lógicos de Señalización (III)
• SACCH, Slow associated Control Channel
8 subcanales A0 a A7 asociados a los ocho D0-D7.
ƒ Al conjunto Dn/An suele designarse por SDCCH/8
ƒ Canal de baja capacidad para señalización, bidireccional, asociado a una
llamada,
9Mediciones de calidad de canal
9Tarificación
9Control de potencia
ƒ
• FACCH (Fast Associated Control Channel): Canal para señalización
urgente. Asociado a una llamada,
Handover ó time advance,
ƒ Se mete en el mismo canal físico que el de tráfico. Para distinguirlos se utiliza
el “stealing flag”.
ƒ
[email protected]
9.124
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
RadioCanales
ƒ Frecuencias FDD (Duplex en frecuencia) en España:
• Primary Band, GSM 900: 890-915 MHz y 935-960 MHz.
ƒ
124 canales FDD de 200 kHz. Separación de 45MHz.
• Secondary Band, GSM 1800: 1710-1785 MHz y 1805-1880 MHz.
ƒ
375 canales FDD de 200 kHz. Separación de 95 MHz
• Extended Band, E-GSM: 880-890 y 925-935
ƒ
48 canales FDD de 200 kHz. Separación de 45 MHz
• Si los teléfonos trabajaran en ambas bandas son equipos “duales o bibanda”.
En USA: Banda 1900. (900/1800/1900 Teléfonos “tribanda”).
ƒ En sudamérica: Banda 850 (850/900/1800/1900 Teléfonos cuatribanda)
ƒ
• Así, en la banda primaria
ful(n) = 890,2 MHz + (0.2 MHz)n
ƒ fdl(n) = ful(n) + 45 MHz
ƒ GMSK, B·T = 0,3 (en paso bajo)
ƒ
n=1, … , 124
T = 1 / 270,833 Kb/s = 3,692 ns
B = 0,3/T=81,3 kHz
• Relación de protección: C/I = 9 dB para canales TCH con FH
[email protected]
9.125
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Acceso Múltiple
ƒ FDMA: Ancho de Banda de 200 kHz
ƒ TDMA: 8 slots/portadora, 8 slots = 1 trama
ƒ FH: Frequency Hopping, cambio de frecuencia por trama,
1/4.615ms=217 saltos por segundo
f
200 kHz
Trama = 4.615 ms
[email protected]
t
9.126
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Canales Físicos, Tramas
ƒ Tramas: “duplex temporal”
• Cada portadora del radiocanal se divide en tramas formadas
temporalmente, TDMA, por 8 slots de tiempo.
• Cada slot en portadora ascendente tiene otro slot asociado en la
descendente formando un canal físico o canal de usuario
ƒ
Estos slots están desplazados: No se transmite y recibe a la vez: no
hay
duplexor.
0123456701234567
RECEPCION
8x0.577 ms
0123456701234567
TRANSMISION
3xBP
[email protected]
9.127
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Canales Físicos, Tramas: ráfagas
ƒUn intervalo, 1 slot = 15/26 ≈ 0.577 ms
•En cada intervalo caben 148+8.25=156.25 bits
Sólo se transmiten ráfagas de 148 bits
ƒ Los sobrantes 8.25 bits se dejan de periodo de guarda
ƒ
ƒTipos de ráfagas
•Normal
•Ráfaga FCCH de corrección de frecuencia
•Ráfaga SCH de sincronización
•Ráfaga de relleno (dummy burst)
•Ráfaga AGCCH de autorización de acceso
[email protected]
9.128
9.12
Sistemas de
telefonía
móvil
digital
GSM:
ráfagas
Normal
Frecuencia
Sincronización
Dummy
Access
6
[email protected]
9.129
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
ráfaga de tráfico
ƒ Ejemplo, Ráfaga de Tráfico :
3T
57 DATOS
1 26 SEC. ENTREN. 1
57 DATOS
3T
8’25 GP
148 bits - 0.546 ms
0.577 ms
ƒ Asignación:
• 3+3+8.25 Bits de cabeza-cola
• 2x57 bits de datos
• 2x1 bits indicadores (flags) de si un canal es TCH ó FACCH
• 26 bits de entrenamiento para igualación
ƒ La tasa neta de transmisión para 1 slot queda
Rb = 114 bit / 4,615 ms = 24,7 kb/s
• Con un rendimiento
η = 114 / 148 x 100 % = 77 %
[email protected]
9.130
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Tasas de bits, ráfaga de tráfico
RESUMEN
ƒ En un portadora GSM se
mandan slots de
148+8.25=156.25 bits en un
periodo de 0.577ms.
4,615 ms
0.577ms
0
3
1
58
2
7
26
0
1
2
58 3 8.25
Guarda
Ráfaga de tráfico:
Datos útiles 57+57=114 bits
156.25 bits
Rb total =
= 270.833 Kbit/s
0.577 ms
Rb neta
156.25 bit
Rb bruta por slot =
=
= 33.85Kbit/s por slot
8 slots
4.615 ms
114
Rb neta de datos por slot = Rb bruta por slot ×
= 24.7Kbit/s por slot
156.25
Si se tiene en cuenta la estructura de una multitrama, pasa de 24.7 a 22.8Kbps
[email protected]
9.131
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
ráfaga
de
tráfico
Nivel (dB)
+4
+1
-1
-6
14112/26 μs
147 bits
-30
-70
10
[email protected]
8
10
10
8
10
t (μs)
9.132
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
de bit a hipertrama
8
[email protected]
9.133
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
multiplexación de canales lógicos en físicos
ƒ Cinco tipos de multiplexación
• 2 de tráfico y 3 de señalización
ƒ Canales de tráfico: MULTITRAMA DE 26 TRAMAS:
• Tráfico a velocidad completa TCH/F ó mitad TCH/H
• Duración Tm= 26xTtrama=26x 4,615 =120ms
• Composición para velocidad completa
ƒ
Velocidad de Tx
para tráfico
24TCH/F + 1SACCH + 1 → Rb = 24 x 114 b / 120 ms = 22,8 kb/s
SACCH
TCH/F
SACCH, TCH/H
120 ms
0
10
20
25
1 Trama=8x15/26 ms
• Para velocidad mitad la tasa de transmisión, la multitrama se subdivide en
dos submultitramas.
[email protected]
9.134
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
multiplexación de canales lógicos en físicos
ƒ 3 para Canales de señalización: MULTITRAMA DE 51 TRAMAS:
• Se emplean para los canales BCH, CCCH y SDCCH.
• Se comparte su uso por todos los móviles de la celda.
• Tm = 51 x 4,615 = 235 ms
• Fig 7. 32: Distintos mapeados
• Ejemplo, BCH+CCCH+4SDCCH/4
SCH
FCCH
BCCH
D0 D1
0
ƒ
10
20
PCH+AGCH
D2 D3
30
El enlace ascendente difiere del descendente en los A0-A3
40
50
ƒ La materialización física se regula en función de las necesidades
• Para tráfico pequeño se utiliza un único radiocanal para señalización
Descendente: FCCH+SCH+BCCH+AGCH+PCH+4SDCCH/4
ƒ Ascendente:
RACH+4SDCCH/4
ƒ
[email protected]
9.135
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
codificación de canal
ƒ El códec vocal en GSM es el
• RPE-LTP Regular Pulse Excited-Long Term Prediction que
Devuelve bloques de 260 bits cada 20 ms (13 Kbits/s)
ƒ 3 categorías de bits: clase 1A (50 bits), clase 1B (132bits), Clase 2 (78 bits)
ƒ
Salida Códec
50
132
Paridad
Cod Bloque
Paso intermedio
50
3
132
Código
Convolucional
Bits de cola
4
189 (+78) bits
r = 1/2
2x189=378
Tasa resultante Vb = 13 ⋅
[email protected]
260 bits a 13Kbps
78
456
= 22.8 Kbit/s
260
78
456 bits a 22.8Kbps
Tasa de un
canal de tráfico
9.136
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
codificación de canal, entrelazado
ƒ Se divide cada trama de voz en 8 bloques de 57 bits
ƒ Bloques de distintas tramas de voz se mandan juntos
Salida codec:
Trama n+1
Trama n
B1
B2
B3
B0
B1
B2
B3
B4
B5
B6 B7
B0
B1
B2
B4 B5
B3
B4
B5 B6
B6 B7
Ráfagas:
B0
B4
B1
B5
B2
B6
B3
B7
B0
B4
114 bits
[email protected]
9.137
9.12 Alineamiento de tiempo adaptativo: retardo
compensable
ƒ Cada usuario debe transmitir en un instante tal que
• Su slot llegue debidamente sincronizado a la estación base
ƒ Para ello
• Debe de transmitir con un tiempo de adelanto
ƒ
Que se modifica de forma adaptativa
• El “timing advance” (TA) es 2 veces el retardo de propagación BTSMS
• La BTS lo transmite al MS para que el MS transmita de tal forma que
su slot llegue a la BTS alineado en la trama TDMA
• La BTS quantifica el TA en 63 tiempos de bit: 0.577ms/156.25bits x
63= 233μs
ƒ Este retardo máximo limita el máximo radio de célula a 35 Km
TAmax = 233μs ⇒ Rmax = c ⋅ TAmax /2 = 34950m ≈ 35Km
ƒ Se habla también de un “retardo compensable” igual a 273 μs
[email protected]
9.138
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
cobertura
ƒCobertura supranacional → c. nacional → zona de
localización
• Como dos operadoras del mismo país utilizan distintas frecuencias no es
necesario distinguirlas
• Para distinguir BTS de distintos países se usan 3bits en la información de
control para indicar el país (código de colores)
ƒExisten Identificadores de
• Location Area
• Racimo (Cluster)
• Celda
[email protected]
9.139
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
señalización-control
ƒ Identificadores
• MSISDN Número de abonado del Mobile Subscriber en la red ISDN
• MSRN Mobile Suscriber Roaming Number (Identidad dentro de la red
fija del sistema GSM)
• IMSI International Mobile Subscriber Identity (Identidad dentro de la red
móvil del sistema GSM)
• DN, Directory Number (número de guía en el HLR)
ƒ La MS monitoriza,
• en los intervalos en los que no recibe mensajes
El canal con la BTS actual
ƒ Los canales con las BTS vecinas
ƒ
A través del BCCH
• comunicando (SACCH) estas medidas al sistema
ƒ La conmutación en curso y el control de potencia lo realiza la red
• A partir de esta información
• Así se evita que la BS haga estas medidas
[email protected]
9.140
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Progreso llamada fijo a móvil
MS-ISDN
GMSC/HLR
MSC/VLR
MS
MS-ISDN
MSRN
Central PSTN
Local
MSRN
Central PSTN
Visitada
IMSI
ƒ Proceso de llamada
• El abonado fijo marca el número MSISDN
• La llamada llega al GMSC
ƒ
ƒ
Desde ésta se accede al HLR
Que devuelve el MSRN y el IMSI
• Con el MSRN se encamina la llamada por la red fija hasta el MSC
destino
• Con el IMSI se encamina la llamada desde el MSC al móvil, usando un
canal PCH
[email protected]
9.141
9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM:
Servicios y seguridad
ƒ Seguridad:
• Cifrado de voz y datos.
• Identificaciones:
IMSI (Identidad de abonado móvil internacional)
ƒ SIM (Módulo de indentidad de abonado)
ƒ IMEI (Identidad de equipo móvil): número de serie del equipo que lo
identifica a nivel internacional
ƒ
Se validan en cada llamada, así como el estado del abonado
[email protected]
9.142
GSM Specification
Access method
TDMA/FDMA (NB-TDMA)
Frequency band (MS to BS) 890 - 915 MHz
Frequency band (BS to MS) 935 - 960 MHz
Channel bandwidth
Modulation
Bit rate
Filter
Voice channel coding
Frequency Hopping
[email protected]
200 kHz
GMSK
270.833 kbps
BT = 0.3 (Gaussian)
RPE-LPC Convolutional 13 kbps
Slow hopping (217 hops/s)
9.143
GSM Specification. Cont.
Frame Interval
Timeslot
Interleaving
8 timeslots = 4.615 ms
0.577 ms
40 ms
Associated control channel
Handoff method
Adaptive equalisation
Users per channel
MS power level
Number of channels
Extra frame
MAHO
yes (up to 16 μs time dispersion)
8
0.8, 2, 5, 8, 20 Watts
124+375
[email protected]
9.144
Glosario
MS
TE
MT
BS
BTS
BSC
MSC
HLR
VLR
NMC
OMC
ADC
AUC
EIR
MAHO
Mobile Station
GMSC
Terminal Equipment
RPE
Mobile Terminal
LPC
Base Station
Base Transceiver Station BP
TS
Base Station Controller
Mobile Switching Centre
Home Location Register
Visitor Location Register
Network Management Centre
Operation and maintenance Centre
Administration Centre
Authentication Centre
Equipment Identifier Register
[email protected]
Mobile Assisted Handoff
Gateway MSC
Regular Pulse Excitation
Linear Prediction Coding
Burst Period
Time Slot
9.145
Radiación y Radiocomunicación
4º Ingeniería de Telecomunicación
Tema 9. Sistemas Comunicaciones Móviles
Parte V: Proyecto de Sistemas Móviles
Juan José Murillo Fuentes
ATSC. ETSI.Univ Sevilla
[email protected]
9.146
Parte V: Proyecto de Sistemas
Móviles
ƒ 9.13 Proyecto de Sistemas Móviles
•Introducción: restricciones del problema
•Sensibilidad
ƒ
ƒ
Sistemas analógicos: Campo mínimo utilizable
Sistemas digitales: Potencia mínima utilizable
•Cálculo de cobertura
ƒ
ƒ
Introducción
Pasos
muri[email protected]
9.147
9.13 Proyectos de Sistemas móviles
Consideraciones generales
ƒ El proyecto de un sistema móvil tiene como objetivos principales
• la determinación del dimensionamiento en cuanto al número de
radiocanales necesarios
ƒ
ƒ
con un mínimo gasto de frecuencias
y de forma que se produzca la menor interferencia posible a otras redes,
• y la especificación de las características técnicas y operacionales de los
equipos,
ƒ
ƒ
tanto activos (transceptores, receptores satélite)
como pasivos (sistemas radiantes, cavidades, duplexores),
• todo ello encaminado
ƒ
a la consecución de los objetivos de calidad prefijados (cobertura,
congestión),
• debiendo de optimizarse, obviamente, la inversión necesaria
[email protected]
canales+equipos
calidad+coste
recursos
restricciones
9.148
ƒ
9.13 Proyectos de Sistemas móviles
Cálculos
Dos tipos de Cálculos
• Tráfico: determinación del número de radiocanales necesarios
ƒ
Erlang C y B
• Cobertura radioeléctrica
ƒ
ƒ
Distancia de reutilización: C/I > Rp
Características de potencia y radiación: C/N > C/Nmin
ƒ Aparte
• Arquitectura de red: Número, tipo y localización de elementos de control y
conmutación y de radiación.
• Tipos y formatos de mensajes: voz, datos, radiobúsqueda, llamada selectiva.
• Tipo de control:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
grado de centralización,
canales/mensajes de control,
identificación/autentificación,
encaminamiento,
conexión PABX.
[email protected]
9.149
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles: Campo
ƒ El “valor de proyecto de la intensidad de campo” en Com. Móv. es
aquel valor mediano del campo que
• Asegura una determinada calidad en recepción
ƒ
ƒ
Para una cobertura perimetral (L%)
Durante un porcentaje de tiempo (T%)
ƒ Campo mediano necesario en sistemas analógicos limitados por ruido
E n = Em + Δ r E + Δ e E
• Em: campo mínimo utilizable
• ΔEr: corrección por ruido/multitrayecto
• Δ Ee: corrección estadística por emplazamiento y tiempo
ƒ Campo mediano necesario en sistemas digitales limitados por ruido
• Puede obtenerse también a partir de curvas de BER
• Es frecuente trabajar con potencia de recepción en lugar de campo:
ƒ
ecuación de balance
[email protected]
9.150
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles Analógicos:
Campo Mínimo Utilizable
ƒ Campo mínimo utilizable Em para una sensibilidad del Rx, S
Rd
− Gd* (dBd ) − 33,6
Em (dBμ ) = S (dBμ ) + 20 log f ( MHz ) + 10 log
Ro
• Si ƒRd=73,2 Ω, Resistencia de radiación
ƒRo: Resist. entrada del Rx. (Móviles, 50 Ω), queda
Em ( dBμ ) = S (dBμ ) + 20 log f ( MHz ) − Gd* ( dBd ) − 32
Gd*=Gd-α·l-L, ganancia de potencia - pérdidas en alimentación - pérdidas adicionales
ƒ
ƒ Las pérdidas adicionales
• Para estaciones base L=0.
• Para estaciones móviles, depende
ƒ
ƒ
ƒ
tipo de antena,
frecuencia y
posición respecto a usuario
[email protected]
Tabla 7.14.1
9.151
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles Analógicos :
Corrección por ruido/multitrayecto del campo ΔrE
ƒ Efectos
• Propagación multitrayecto →Cuando vehículo se desplaza
• Ruido artificial. (Ruido encendido de coches)
ƒ
Efecto con vehículo estacionado
ƒ Vehículo en marcha lenta o detenido
• Degradación mayor que con el vehículo en marcha
ƒ
Debido a la menor separación entre vehículos
ƒ Degradación: incremento necesario de señal a la entrada
• para reestablecer un grado de calidad
impuesto únicamente por el Rx.
Nota
Efecto de la perturbación
5
Casi nulo
4
Perceptible
3
Molesto
2
Muy Molesto
1
Apenas puede percibirse la
palabra
[email protected]
9.152
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles Analógicos:
Corrección por ruido/multitrayecto del campo ΔrE, BS
Recepción en BS
B
C
D
E
Vehículo en Movimiento.
Densidad de tráfico, 2
vehículos/seg
Vehículo en Movimiento.
Densidad de tráfico, 1
vehículos/seg
Vehículo en Movimiento.
No hay ruido de
encendido ni ruido
ambiental
Vehículo parado.
Densidad de tráfico, 2
vehículos/seg
Vehículo parado.
Densidad de tráfico, 1
vehículos/seg
[email protected]
ΔrE
A
Nota de calidad: 4
9.153
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles Analógicos:
Corrección por ruido/multitrayecto del campo ΔrE, MS
Recepción en MS
B
C
Vehículo parado en zona
de mucho ruido
Vehículo en Movimiento
en una zona de mucho
ruido
Vehículo en movimiento
en una zona de poco ruido
[email protected]
ΔrE
A
Nota de calidad: 4
9.154
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles Analógicos :
Corrección estadística del campo ΔeE
ƒ Las variaciones con las ubicaciones y el tiempo se modelan mediante
una distribución normal de los valores del campo en dB
{
Δ e E = [k ( L )σ L ] + [k (T )σ T ]
2
}
2 12
• Donde
ƒ
ƒ
σL y σT son las desviaciones típicas de la variabilidad del campo con los
emplazamientos L (Perimetral) y el tiempo T
−x
1 −y 2
e dy
k(P) es la función inversa de una distribución de gauss G(x) G (x ) = ∫
(
k (P ) = G −1 1 −
Banda
VHF
(150 MHz)
UHF
(Δh=50 m)
(450 MHz)
σ L (dB)
σT (dB)
(hasta d=50 Km)
5.6
3
8.0
2
[email protected]
P (% )
50
75
90
95
P
100
)
−∞
2π
k (P )
0
0 ,6 7
1 ,2 8
1 ,6 4
9.155
Nota sobre corrección (I)
ƒ El campo recibido es una v.a. log normal P(E ) log N (En , σ)
ƒ Si el campo mediano necesario es E n = Em + Δ r E
• ¿En qué % por ciento del tiempo y ubicaciones habrá un E > En ?
P(E )
Nivel necesario
σ
Pb de E > En
En
E (dBμ)
ƒ Si estudiamos por ejemplo la desviación con el tiempo y conocemos σT
• Qué nivel E n exigiríamos para que E > En en el T %
ƒ
Pensar si T>50 ¿ la nueva E n será mayor o menor que antes (T=50%)? ¿cuánto?
[email protected]
9.156
Nota sobre corrección (II)
Si se transmite con ΔeE de más sobre Emin ¿En qué % se cumple
∞
P = P (E > Emin ) =
∫
∞
N (E )dE =
E min
⎧
Eσ = E / σ ⎫
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
= ⎨dEσ = dE / σ
⎬=
⎪
⎪
⎪
⎪
Δ
=
−
E
E
E
⎪
min
n⎪
⎪ e
⎪
⎩
⎭
∫
E min
∞
1
∫
−Δe E / σ
2π
2
1
2πσ
( E −En )
e
−
2
σ2
e−Eσ dEσ =1 −
∞
1
∫
dE =
2πσ
E min −En
−Δe E / σ
∫
−∞
1
2π
e
−
P (E > Emin )
?
E2
σ 2 dE
2
e −Eσ dEσ = 1 − G (Δe E / σ)
⎛
P ⎞⎟
⎟
P = P (E > Emin ) = { k (P ) Δe E / σ } = 1 − G (k (P )) ⇒ k (P ) = G −1 ⎜⎜ 1 −
⎟
⎜⎝
⎟
100 ⎠
Para una σ ≠ 0 y P dadas ⇒ Δe E = σ ⋅ k (P )
P(E )
Nivel necesario
Pb de recibir señal mayor que Emin
Para potencia sería igual!
ΔeE
Emin
[email protected]
En = Emin + Δe E
E (dBμ)
9.157
9.13 Proyectos de sistemas del Servicio Móvil
Cobertura Zonal y Perimetral
ƒ Para pasar de cobertura perimetral L (%) a zonal Z (%) supuesta una
variación de las pérdidas básicas de propagación de la forma
lb (d ) = k ⋅ d n
• se puede utilizar la siguiente expresión
⎛ 2xy + 1 ⎞⎟
1 ⎞⎟
⎛
⎜
⎜
Z = L + 50 exp ⎜
erfc ⎜ x + ⎟⎟
⎜⎝ y 2 ⎠⎟⎟
⎝
y⎠
• Donde
• Nota:
k (L)
x =
2
n
y = 3, 071
σL
erfc(z ) =
2
∞
∫
π
2
e−t dt
L%
Z%
z
[email protected]
9.158
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles Digitales:
campo mediano necesario
ƒ Suele trabajarse en términos de potencia recibida más que en
intensidad de campo.
ƒ En término de la Intensidad de campo
s 2 / Ro
Eb
Eb 1/Tb
c
w =
=
⋅
=
=
N0
kTfs 1/Tb
kTfs ⋅ vb
kTfs ⋅ vb
s 2 = w ⋅ kTfs ⋅ Ro ⋅ vb
• Para Ro = 50 Ω
-174dBm+-10*log10(1e3)+10*log10(50)+20*log10(1e6)=-67
dBm a dBW
Y
dB a dBμ
S (dBμ) = W (dB) + 10 log10 Vb (bit/s) + Fs (dB) − 67
• Nótese que las figuras de Eb/No incluyen ya las correcciones por ruidomultitrayecto, por lo que se aplica directamente
E n (dBμ ) = Em (dBμ ) + Δ e E = S (dBμ ) + 20 log f ( MHz ) − Gd* (dB ) − 32 + Δ e E
[email protected]
9.159
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles Digitales:
potencia mínima necesaria
ƒ En términos de potencia quedaría
• La sensibilidad
Cm (dBm) = W (dB) + 10 log10 Vb (bit/s) + Fs (dB) − 174
• La potencia mínima necesaria
Cn (dBm) = Cm (dBm) + ΔCe = W (dB) + 10 log10 Vb (bit/s) + Fs (dB) − 174 + ΔEe
ƒ
Donde se ha utilizado
ΔCe = ΔEe
ƒ
Y la W=Eb/N0 incluye el efecto del ruido-multitrayecto
[email protected]
9.160
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles:
Cálculos de Cobertura
ƒ La cobertura depende de
• los equipos: configurables
• las condiciones de propagación.
ƒ Dos vertientes
• Cálculo de una cobertura para una configuración dada
• Cálculo de una configuración para alcanzar una cobertura
ƒ Los valores de campo que se utilizan son valores medianos en sentido
estadístico
ƒ En los sistemas celulares tenemos además del ruido la interferencia.
• Una opción a la hora del diseño es dividir el objetivo global de calidad
entre
ƒRuido C/N
•cálculo de cobertura=potencia
•cálculo de la distancia de reutilización
ƒInterferencia C/I
¿Dónde no hay cobertura?¿En qué % de emplazamientos C/I o C/N no se cumplen?
[email protected]
9.161
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles:
Cálculo de cobertura=potencia
1. Selección de emplazamientos
2. Análisis general del tipo de zona: urbana, rural, mixta
•
Para aplicar el modelo de predicción adecuado
3. Calculo qué potencia/campo necesito en el Rx
4. Calculo las pérdidas (pérdida “compensable”) que tengo en la
propagación
•
A) Métodos empíricos ó B) Modelos más rigurosos (trazado rayo)
Tema 7
5. Despejo la potencia necesaria en Tx para alcanzar sensibilidad o campo
en Rx
Lb(d)
• En sistemas analógicos: PMR y TMA analógicos: En
PRA
Lb(d) PIRE
• En sistemas TMA digitales: S
Nota: también es posible estimar d a partir de PRA/PIRE y En/S
Problemas Tema 7
[email protected]
9.162
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles:
cobertura=potencia: Paso1, Emplazamientos
Ø Plan nominal para una ciudad:
Ø Plan teórico: sites cada 500 m colocados regularmente
[email protected]
9.163
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles:
cobertura=potencia: Paso1, Emplazamientos
Ø Retocar el plan: acercar los sites a las calles ppales o edificios
importantes
[email protected]
9.164
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles:
cobertura=potencia: Paso1, Emplazamientos
Ø
Resultado: la altura de edificios no es homogénea, no siempre
se puede contratar donde se desea...
[email protected]
9.165
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles:
cobertura=potencia: Paso2, Clasificación Zonas
Ø clutters
[email protected]
9.166
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles:
cobertura=potencia: Paso 4: Pérdida compensable (I)
ƒ A) Aplico método empírico: figuras o fórmulas
• No se requiere perfil del terreno
•A veces se incluyen datos acerca de
ƒ
ƒ
la ondulación del terreno
la altura efectiva de las antenas,..
•Dispersión media del error 10-12 dB
•Si se utiliza Método Okumura (Fig 3.57 3.58), para obtener
Ec(d):
Ec (d ) = E n − PRA(dBK )
Se despeja directamente la potencia necesaria
•Tal como se vió en Tema 7, se puede
ƒ
ƒ
calcular la distancia para un campo dado
o ver que campo tengo para una distancia dada
[email protected]
9.167
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles:
cobertura=potencia: Paso 4: Pérdida compensable (II)
ƒ B) Modelo riguroso: Trazado de rayos radiales (separados 1º)
•Complicado pero sólo 3-6 dB de dispersión
900
[email protected]
1800
9.168
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles:
cobertura=potencia: Paso 4: Pérdida compensable (III)
ƒ B) Modelo riguroso (píxeles): modelos urbanos
[email protected]
9.169
[email protected]
9.170
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles:
cobertura=potencia: Paso 5 potencia entregada
ƒ Despejo la potencia necesaria en Tx.
• En sistemas analógicos: PMR y TMA analógicos
En
Lb(d)
PRA
Lb (d ) = 109.4 + PRA(dBW ) + 20 log10 f (MHz) − E n (dBμ )
PRA = Pet (dBW) − Ltt − Lat + Gt (dBd )
• En sistemas TMA digitales
S
Lb(d)
PIRE
Lb (d ) = PIRE − S + Gr (dBi ) − Ltr − Lar
PIRE = Pet (dBW) − Ltt − Lat + Gt (dBi)
Nota: Aquí S=Cmin
[email protected]
9.171
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles:
Cálculo de cobertura=distancia de reutilización
ƒ Necesarios dos datos de partida
• Valor umbral de la relación de protección Rpth(dB)
• Calidad de cobertura perimetral L(%)
ƒ Relación de protección y Distancia de reutilización
pt / k ⋅ R n
c
( D − R) n
1/ n
rpth =
=
=
⇒ D = R ⋅ [1 + (6rpth ) ]
n
n
6 ⋅ i 6 pt / k ⋅ ( D − R )
6R
ƒ En sentido estadístico
• Hay que asegurar un valor en un tanto por ciento de las ubicaciones,
con lo que se utiliza para la relación de protección
R p (dB) = R pth + k ( L) ⋅ σ L'
σ L' =
2 ⋅σ L
[email protected]
1/ n
D = R ⋅ [1 + (6r p )
]
9.172
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles:
DANGER
ƒ Un transceptor (TRX) es un equipo que permite transmitir y recibir un par de
frecuencias.
• En GSM permitiría tener 8 canales de usuario: 8 slots en el UL y 8 en el DL
ƒ “Una operadora de GSM con 36 canales” tiene 36 pares de frecuencias de 200
KHz disponibles a repartir entre las celdas de una agrupación.
ƒ Cuando se reparten portadoras (TRXs) entre celdas se hace de forma entera
• De forma que en GSM se reparten bloques completos de 8 slots entre celdas
ƒ Cuando hay sectorización cada sector es una nueva celda=BTS.
• Un conjunto de celdas sectorizadas que transmiten desde el mismo poste es un
emplazamiento.
• En los departamentos técnicos de las operadores se suele también denotar por
estación base al emplazamiento.
ƒ Si no se indica lo contrario se asigna un canal de señalización por celda
• Esto es, un canal de usuario (1 slot)
[email protected]
9.173
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles: Sectorización
ƒ Dos posibilidades para sectorización
• Se calcula el patrón de reutilización, J, con sectorización
ƒ
Teniendo en cuenta que sólo 2 ó 3 celdas cocanales interfieren.
• Método 1: cada celda se subdivide en sectores.
ƒ
ƒ
Se reparten canales a las J celdas
Y en cada celda hexagonal a los sectores: si tengo 3 sectores queda 3 rombos
• Método 2: cada sector es una nueva celda
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Se reparten los canales a los J sectores
9 Si tenemos 3 sectores: celdas hexagonales
9 Si tenemos 4 sectores: celdas cuadradas
Problema 1, sólo algunas configuraciones son posibles si se quiere que todos los
racimos sean iguales:
9 Configuración 3/9, 4/12,…(X emplazamientos/Y sectores en total)
2
Problema 2, la fórmula J ≥ 1 1 + ( 3 ⋅ rp )1/ n
no es exactamente válida.
3
(
)
Ventaja, más cercano a la realidad
[email protected]
9.174
9.13 Proyectos de Sistemas Móviles: Ejemplos
Sectorización
ƒ Problema: Una operadora de GSM tiene 70 canales, utiliza
sectorización de 120º, Rp=14dB y el exponente de pérdidas es
n=3.8. ¿Cuántos canales de usuario hay para tráfico por sector?
¿Qué tráfico oferta una agrupación?
ƒ Solución Método 1: 2
f1
2
J≥
(
1/ n
1
1 + ( 2 ⋅ rp )
3
) = 13 (1 + ( 2 ⋅ 25.1) ) = 4.8 ⇒ J = 7
R
1/3.8
En cuanto al tráfico ⎢⎣ 70 / (7 ⋅ 3) ⎥⎦ ⋅ 8 − 1 = 23
f2
f3
R2 3 3
Ao = 21 ⋅ B (23, p) = 330.75E = Ad = ρA ⋅ 7 ⋅
2
−1
ƒ Solución Método 2:
(
1/ n
1
J ≥ 1 + ( 2 ⋅ rp )
3
• Tomamos un 3/9
) (
2
1
1/3.8
= 1 + ( 2 ⋅ 25.1)
3
)
2
= 4.8 ⇒ J = 7
R
f1
f3
⎢ 70 / 9 ⎥ ⋅ 8 − 1 = 55
⎣
⎦
R2 3 3
Ao = 9 ⋅ B (55, p) = 404.1E = Ad = ρA ⋅ 9 ⋅
2
−1
[email protected]
f2
9.175
Tema 9. Sistemas
Comunicaciones Móviles
Parte VI:
Nuevos sistemas europeos de comunicaciones móviles :
DCS1800, DECT, ERMES, TETRA, UMTS
[email protected]
9.176
Parte V:
Nuevos sistemas europeos de
comunicaciones móviles
ƒ 9.14 Nuevos sistemas europeos de comunicaciones móviles
•DCS1800
•DECT
•ERMES
•TETRA
•UMTS
[email protected]
9.177
9.14 Nuevos sistemas europeos de comunicaciones
móviles
ƒ Se propone introducir los sistemas
•DCS1800: Digital Cellular Systems
ƒ
ƒ
ƒ
Sistema GSM en 1800 (Dual)
Terminales Potencias reducidas (0.25 y 1 W)
Banda 1710-1785 y 1805-1880 MHz
PCN (Personal
Comm. Networks)
•DECT : acceso a redes públicas o privadas fijas desde
equipos móviles
•TFTS: comunicaciones públicas con aeronaves en vuelo
•TETRA:Telefonía Privada (PMR)
•ERMES: European Radio Messagerie System, Sistema de
Mensajería: envio de mensajes, datos ofreciendo gran
seguridad y capacidad de almacenamiento y
recuperación....
•UMTS: Sistema PCS/TMA de 3ª Generación
[email protected]
9.178
9.14 Nuevos Sistemas Europeos de
comunicaciones móviles: DECT
ƒ DECT Digital (European) Enhanced Cordless Telecommunications (19871992)
• Sistema de acceso a la red telefónica pública y/o redes privadas desde
equipos portátiles
• Alcance <1Km
• Subsistemas
ƒ
ƒ
ƒ
DECT/BCT (Business Cordless Telecommunications): centralitas
privadas sin hilos voz/datos
DECT/RS (Residential System): entorno doméstico, gran público.
DECT/Telepoint: aplicaciones de teléfono público (cabinas)
inhalámbrico.
• Sistema de control descentralizado
• TDMA con TDD (dúplex temporal)
• Codec ADPCM de 32 Kbit/sg
• Sin igualación (Distancias cortas, abaratan equipos)
[email protected]
9.179
9.14 Nuevos Sistemas Europeos de
comunicaciones móviles: interfaz radio DECT
ƒ Bandas de frecuencias 1.88 a 1.9 GHz, prevista extensión entre 1.85 y 1.88
GHz.
ƒ 10 portadoras con una separación de canales de 1.728 MHz (BW=17.28MHz)
• Modulación GMSK con BbT=0.5
• Cada portadora 12 canales TDMA-TDD: Trama TDMA de 12+12=24
intervalos (slot).
• Periodo de Trama 10 ms, Periodo de intervalo 10/24=0.4167.
• Cada intervalo son 480=60 guarda + 32 sinc.+ 388 datos= 60 + 420 bits que en
tiempo son 0.052+0.3646=0.4167ms,
• La tasa de bit en interfaz radio Vb=480/0.4167=1152 kbit/s y en canal usuario
388/10=38.8kbit/s
• El campo de datos 388=64 Campo A (señalización)+320 Campo B (datos
usuarios)+4 para detección de ráfagas 38.8Kbit/s·320/388=32kbit/s
• Posibilidad de agrupar canales para dar mayor capacidad
ƒ Búsqueda y traspaso por exploración
[email protected]
9.180
DECT world wide
DECT based
PWT&WDCT
Adoptado por más de 110 paises
[email protected]
9.181
9.14 Nuevos Sistemas Europeos de
comunicaciones móviles: TFTS
ƒ TFTS Terrestrial Flight Telephone System
•Sistemas de telecomunicaciones públicas con aeronaves en
vuelo
•Banda 1.6 y 1.8 GHz,
•Ascendente (tierra-aire) TDMA (4 slots),
•Codec a 9.6 Kbit/sg,
•Modulación BLOQPSK (Band Limited Offset-QPSK),
•Velocidad de bits en la interfaz radio 45Kbit/sg,
•Velocidades altas: Doppler máximo de 1.6 KHz.
La licencia que se adjudicó a Airtel en 1999 se declaró extinta en 2002
http://www.mityc.es/NR/rdonlyres/FC516A50-E528-4473-B412-966655EC98CB/0/1Re230502.pdf
[email protected]
9.182
http://www.etsi.org/WebSite/Technologies/gsmonaircraft.aspx
ƒ For many years, airlines refused the use of cellular telephone technology inflight. There was fear that, unable to make reliable contact with ground-based
base stations, mobiles would transmit with maximum RF power and the
ensuing high RF fields could potentially cause interference with both aircraft
communications (which use a band harmonically related to the original
GSMTM frequencies) and to aircraft flight control systems.
ƒ In addition, successful calls via the terrestrial GSM network would detract
from the Terrestrial Flight Telecommunication System (TFTS) service that
was being deployed commercially by many airlines. However, commercial
demand for TFTS failed to sustain initial expectations, probably due to the
perceived high cost of the service and the lack of the personalized features that
users now enjoy in their personal mobile phones, and that service has now
ceased.
ƒ More recently, Boeing has been offering its 'Connexion' service through
selected airlines. Connexion provided Internet access to travellers. The system
used a satellite link to connect to the ground and a wireless local area network
(WLAN) onboard for the access the system. Again, due to the lack of market
demand Boeing announced that the service would be discontinued at the end
of 2006.
[email protected]
9.183
ƒ TETRA (Terrestrial Truncking radio) ETSI
ƒ Norma abierta para Com. Móv. Dig troncales de Grupo cerrado de
usuarios:
• Comunicaciones dúplex voz y datos
• Velocidad de Tx Datos (hasta 28,8 Kbit/s=4x7.2Kbit/s)
• Diseño específico para Tx de datos por paquetes
• Telemedida y Tx de video lento
• Múltiples servicios suplementarios
• Seguridad en las com.
• Amplia gama de interfaces para funcionamiento con redes externas
• Interoperatibilidad de equipos de distintos fabricantes.
ƒ Dos modalidades
• Modo voz +datos (V+D)
• Modo Paquetes de Datos Optimizados (PDO)
[email protected]
http://www.mityc.es/setsi/normali/interradio/inter6.htm
9.14 Nuevos Sistemas Europeos de
comunicaciones móviles: TETRA (I)
9.184
http://www.tetramou.com
Seguridad Pública
Transporte
Gobiernos
Militares
Comercios e Industria
Suministros de gas o petróleo
[email protected]
9.185
9.14 Nuevos Sistemas Europeos de
comunicaciones móviles: TETRA (II)
ƒ Especificaciones básicas de TETRA
• Frecuencias
ƒ Servicios de emergencia: 380 a 400 MHz
ƒ Uso civil: 410-430 en España
• Canalización 25 KHz (opción 12.5)
• Multiacceso TDMA con 4 intervalos por trama:
ƒ
ƒ
1 slot = 85/6 ms y 510 periodos de bit
1trama 56.67 ms
• Modulación π/4-DPSK con coseno alzado α=0.35
• Velocidad 36 Kbit/s en interfaz radio
• Relación de protección 19 dB
ƒ Canales lógicos
• control CCH y datos TCH
[email protected]
9.186
NOKIA: TETRA network contracts worldwide
In total over 60 contracts, valued 2 500 MUSD (source: www.tetramou.com)
[email protected]
9.187
TETRA
ƒ Sistema TETRA de SAINCO para CFE, México.
• El Sistema adjudicado está en la banda de 800 MHz y es el primero de
estas características que se instala en el continente americano.
• El proyecto incluye cuatro estaciones base (cada una con su
correspondiente enlace de microondas) estratégicamente distribuidas
para proporcionar una zona de cobertura del 90% del área de
Monterrey.
• Asimismo serán suministrados
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
doscientos equipos portátiles,
trescientos veinte móviles,
veinte fijos y
tres consolas de control remoto.
• El proyecto contemplaba un plazo de ejecución de seis meses.
• El equipamiento TETRA que se va a instalar será suministrado por la
Multinacional Marconi.
[email protected]
9.188
Radiación y Radiocomunicación
4º Ingeniería de Telecomunicación
Tema 9 Comunicaciones Móviles
Parte VII: UMTS y 4G
Juan José Murillo Fuentes
DTSC. ETSI. Universidad de Sevilla
[email protected]
9.189
9.15 UMTS: estandarización
ƒ UMTS: Universal Mobile Telecommunications System
ƒ Surgió como respuesta a una demanda de:
• Nuevos servicios multimedia Æ mayor capacidad y BW
• Cobertura universal
ƒ El estándar IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) de la
ITU define las características de servicios y calidad de los sistemas de
Tercera Generación (3G)
ƒ 3GPP (3rd Generation Partnership Project) es un acuerdo de colaboración
entre entidades de estandarización, entre ellas ETSI. Su objetivo es generar
especificaciones para los sistemas de Tercera Generación basados en GSM.
ƒ UMTS es el estándar, utilizado en Europa, que fija entre otras cosas el
multiacceso radio y la red fija
• UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network ) es la parte radio del
estándar
[email protected]
9.190
9.15 UMTS: estandarización: Estandarización en 3G
[email protected]
9.191
9.15 UMTS: tipos de accesos
UMTS-FDD CDMA2000 UMTS-TDD
IMT-DS
IMT-MC
CDMA
IMT-TC
TDMA
EDGE
DECT
IMT-SC
IMT-FT
WiMAX
Añadido en 2008
IMT-OFDM
TDD
FDMA
http://www.itu.int/osg/spu/imt-2000/technology.html
[email protected]
9.192
9.15 UMTS: 3GPP
ETSI
(Europa)
ARIB/TTC
(Japón)
UMTS
FDD
ANSI T-1
(USA)
TTC
(Corea Sur)
UMTS
TDD
CWTS
(China)
[email protected]
9.193
9.15 UMTS: requisitos y objetivos
ƒ Sustentación de mayores velocidades
• Hasta 144kbit/s con cobertura y movilidad completas en
zonas extensas
• Hasta 2 Mbit/s con coberturas local y movilidad limitada
ƒ Elevado rendimiento espectral
ƒ Alta calidad de voz a baja tasa de bit
ƒ Tx de datos por paquetes de alta velocidad, multimedia y
asimétricos
ƒ Compatibilidad con sistemas de segunda generación GSM:
• Funcionamiento en modo dual e itinerancia evolutiva
GSM/UMTS
• Primeras versiones UMTS: upgrading de la red fija
GSM/GPRS
• Migración hacia una red de paquetes basada en IP (all-IP)
[email protected]
9.194
9.15 UMTS: UTRAN
ƒ UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network):
• Es la tecnología de multiacceso radio usada en UMTS
• Se basa en CDMA de banda ancha (W-CDMA)
• Requiere el despliegue de nuevas BS sobre GSM
ƒ Ventajas de W-CDMA:
• Traspaso con continuidad (soft-handover, SHO)
• Excelente eficiencia espectral
• Aprovechamiento de la propagación multitrayecto Æ Rx Rake
ƒ
Elevada protección contra desvanecimiento selectivo
• Gran capacidad Æ servicios de alta tasa binaria
ƒ Dos modalidades de acceso W-CDMA:
• FDD: 2 portadoras distintas para UL y DL
ƒ
División de código y de frecuencia
• TDD: 1 misma portadora para UL y DL
ƒ
ƒ
División de código y de tiempo: algunos intervalos de las tramas se asignan
para el UL y otros para el DL de un mismo usuario
Sobre todo para distancias cortas: micro y picoceldas
[email protected]
9.195
9.15 UMTS, UTRAN: Modos TDD y FDD, frecuencias
ƒ Modo TDD: Frecuencias no emparejadas (unpaired)
• Dos sub-bandas independientes de 35 MHz en total
• 1900-1920 MHz y 2010-2025 MHz
ƒ Modo FDD: Frecuencias emparejadas (paired)
• Dos sub-bandas de 12x5=60 MHz cada una, aparejadas, y separación
dúplex de 90 MHz
• 1920-1980 MHz (UL) y 2110-2170 MHz (DL)
• En España se han concedido 4 licencias de 3 radiocanales (5 MHz) cada
una a los operadores: Amena (Orange), Movistar, Vodafone y Xfera
(Yoigo)
ITU
IMT-2000
IMT-2000
Europa
GSM 1800 (DL)
1800
1850
[email protected]
TDD
DECT
1900
UMTS FDD
1950
UMTS FDD
TDD
2000
MHz
2050
2100
2150
2200
9.196
9.15 UMTS: nota sobre licencias de espectro
PAÍS
ADJUDICATARIOS
ALEMANIA
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
AUSTRIA
ESPAÑA
[email protected]
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
RENDIMIENTO POR
ADJUDICACIÓN
50.500 millones de euros
T-Mobil
Vodafone
3G (Telefónica y Sonera)
E-Plus (Bellsouth, KPN y Hutchison)
Viag (BT)
Mobilcom (France Telecom)
706 millones de euros
3G (Telefónica y Sonera)
Maxmobil (Deutsche Telekom)
Vodafone
Connect (Telenor, E.ON TeleDanmark y
Orange)
Hutchison
500 millones de euros
Telefónica
Airtel
Amena
Xfera (FCC-Vivendi, ACS, y Sonera)
9.197
9.15 UMTS: UTRAN y WCDMA
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Se utiliza CDMA con anchos de banda 5 MHz: WCDMA
La tasa o tiempo de chip es fija a W=1/Tc= 3.84 Mchip/s
El factor de expansión del espectro es N=3840/Rb (kbit/s),
Cada bit se ensancha ó expande con dos códigos, sucesivamente,
• Uno de canalización: channelization o spreading code
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
De diferente tamaño: Fija la tasa o régimen binario de un canal
Cada bit de la señal se multiplica por un código de N símbolos binarios
(chips) de duración Tc = Tb/N Æ se produce una expansión del espectro
Identifica a un canal dentro de una transmisión
Unos para parte en fase y otros en cuadratura
• Otro de aleatorización: scrambling code
ƒ
ƒ
ƒ
Es un código largo: su longitud abarca varios símbolos
Se multiplica esta secuencia chip a chip con la salida de los bits expandidos
con el código de canalización
Identifica una celda en el DL y un móvil en el UL
[email protected]
9.198
9.15 UMTS: UTRAN, expansión
C1
C1
Downlink
C2
C2
C1
DATA
Rb
CHIPS
RC
Spread Code
CHIPS
RC
Scrambling
ƒ Enlace ascendente: hay 224 códigos complejos largos (38400 chips) y otros
tantos cortos (256 chips)
ƒ Enlace Descendente: hay 218-1 códigos de los que se utilizan 8192
distribuidos en 512 grupos de 16 códigos cada uno.
ƒ En DL el código de aleatorización identifica la célula.
ƒ En UL el código de aleatorización identifica el móvil.
[email protected]
9.199
9.15 UMTS, expansión.
[email protected]
9.200
9.15 UMTS: UTRAN y WCDMA (II)
ƒ Reutilización universal de frecuencias
ƒ Macrodiversidad: El terminal de usuario está conectado a diferentes
BS
• Ganancia adicional en el DL
• Soft-handover
ƒ Control de potencia de elevada frecuencia (cada 1/1500 s):
ƒ
minimiza la interferencia y prolonga la duración de las baterías
ƒ Códigos de control de errores de gran capacidad de corrección sin
aumentar el ancho de banda
[email protected]
9.201
9.15 UMTS: UTRA, reutilización universal de
frecuencia
ƒ Reutilización universal de frecuencias: se emplea la misma
portadora en todas las células
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
[email protected]
f1
f1
f1
f1
f1
9.202
9.15 UMTS: Soft Handover
ƒ Un móvil puede estar conectado a diferentes celdas
• Transmitiendo simultáneamente a misma frecuencia
ƒ Así se realiza un traspaso con continudad (soft-handover)
• Si pasa de UMTS a GSM el hand over es hard (sin continuidad)
ƒ Las celdas a las que está conectado es el active set
Celda origen A
Celda destino B
User Equipment
Potencia (dB)
TADD
TDROP
distancia (km)
Cell A in active set
[email protected]
Cells A & B in
active set
(Soft Handover)
Cell B in active set
9.203
9.15 UMTS: Estructura de la red
Red Central (Core Network, CN)
Iu
Iu
RNS
RNS, Radio Network Subsystem
Controlador de la Red
Radio (Radio Network
Controller, RNC)
Iub
Nodo B
RNC
Iur
Iub
Iub
Nodo B
Nodo B
Iub
Nodo B
Uu
Célula
[email protected]
9.204
9.15 UMTS: Estructura de la red
ƒ Existen tres niveles jerárquicos o subredes:
• Subred de móviles:
ƒ
Conjunto de terminales o equipos de usuario (UE)
• Subred de acceso UTRAN:
ƒ
ƒ
Estaciones base radio, llamadas Nodos B
Controladores RNC (Radio Network Controller)
Sistema de red radio
RNS (Radio Network
System)
• Subred fija: Núcleo de red o CN (Core Network)
ƒ
ƒ
ƒ
Equipos y sistemas de transmisión y conmutación
Registros de usuarios y centros de autenticación
Se encarga de las funciones de las capas superiores: movilidad, control de
las llamadas, gestión de las sesiones, facturación y control de la seguridad
ƒ Y las siguientes interfaces entre unidades funcionales:
• Uu: Interfaz aire o radio, entre los móviles y los Nodos B
• Iub: Interfaz Nodo B – RNC
• Iur: Interfaz entre RNCs
• Iu: Interfaz entre los RNC y el CN
[email protected]
9.205
9.15 UMTS: Estructura de la red
Iu
(CS)
3G
MSC/VLR
CIRCUITOS
3G
GMSC/VLR
PSTN
ISDN
Iub
RNC
Iur
PLMNs
SCP
Iub
HLR
VHE
RNC
Iu (PS)
3G
GGSN
3G
SGSN
REDES IP
PAQUETES
(IP)
[email protected]
9.206
9.15 UMTS: Modelo OSI
ƒ La arquitectura de protocolos de la interfaz radio UMTS especifica los
tres primeros niveles del modelo OSI:
• Capa física
• Capa de enlace:
ƒ
ƒ
Subcapa RLC (Radio Link Control):
9 Función de control de flujos de transmisión y transferencia de datos
con/sin confirmación
9 Segmentación y reensamblado
Subcapa MAC (Medium Access Control)
9 Prioridades de los tráficos
9 Scheduling de los mensajes
9 Supervisión para minimizar la congestión de tráfico
• Capa de red
ƒ Dos planos de mensajes:
• Plano C: señalización/control
• Plano U: información de usuario
[email protected]
9.207
9.15 UMTS: Canales, Canales Lógicos
ƒ Tres clases de canales: lógicos, de transporte y físicos
ƒ Canales lógicos: definen la naturaleza de la información a transmitir
• Canales de control:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Canal de difusión BCCH (Broadcasting Control CHannel): difusión de
información general
Canal de aviso PCH (Paging CHannel): aviso a móviles
Canal común CCCH (Common Control CHannel): sin conexión dedicada
Canal dedicado DCCH (Dedicated Control CHannel): con un terminal
concreto
• Canales de tráfico:
ƒ
ƒ
Canal de tráfico común CTCH (Common Traffic CHannel): difusión de
información punto-multipunto a un grupo de móviles
Canal de tráfico dedicado DTCH (Dedicated Traffic CHannel): con un
móvil determinado
[email protected]
9.208
9.15 UMTS: Canales de Transporte
ƒ Canales de transporte:
• Especifican el modo en que se transmite la información.
• Se establece una correspondencia (mapping) entre canales lógicos y de
transporte.
• Existen 7 canales de transporte:
ƒ
ƒ
Canales comunes:
- Canal de difusión BCH (Broadcasting CHannel): difunde información de sistema
para acceso inicial y mantenimiento de la conexión
- Canal de aviso PCH (Paging CHannel): notificación de la red a los móviles
- Canal de acceso directo FACH (Forward Access CHannel): respuestas a los
mensajes de acceso
- Canal de acceso aleatorio RACCH (Random Access CHannel): peticiones de
acceso de los móviles
- Canal común de paquetes CPCH (Common Packet CHannel): paquetes de datos
en el UL
- Canal descendente compartido DSCH (Downlink Shared CHannel): datos de
usuario y control para varios terminales
Canal dedicado: DCH (Dedicated CHannel): datos de usuario y control con un
terminal específico
[email protected]
9.209
9.15 UMTS: Canales Físicos
ƒ Canales físicos:
• 1 portadora + uno o más códigos ortogonales de expansión
• En el DL:
ƒ
ƒ
ƒ
Los datos de usuario y control se multiplexan en un único flujo de
símbolos
Se expanden y se convierten en un tren de chips
Se modulan en QPSK en la portadora descendente
• En el UL:
ƒ
ƒ
ƒ
Las informaciones de usuario y control van separadas
Se expanden por separado
Se modulan en BPSK en la portadora ascendente
• Los canales de transporte se proyectan sobre los canales
físicos habilitados para ellos
[email protected]
9.210
9.15 UMTS: Canales Físicos
ƒ Canales físicos:
• Canal primario de control común P-CCPCH (Primary Common
Control Physical CHannel), soporta el BCH.
• Canal secundario de control común S-CCPCH (Secundary Common
Control Physical CHannel), soporta el FACH y el PCH.
• Canal físico de acceso PRACH (Physical Random Access CHannel),
soporta el RACH.
• Canal físico descendente compartido PDSCH (Physical Downlink
Shared CHannel), soporta el DSCH.
• Canal físico común de paquetes PCPCH (Physical Common Packet
CHannel), soporta el CPCH.
• Canal físico dedicado de datos DPDCH (Dedicated Physical Data
CHannel), soporta la parte de tráfico del DCH.
• Canal físico dedicado de control DPCCH (Dedicated Physical Control
CHannel), soporta la parte de información de control del DCH.
• Canal piloto común CPICH (Common Pilot CHannel), transmite una
señal de referencia de potencia y fase.
• Canal de sincronización SCH (Synchronization CHannel): para
temporización e identificación de la célula, junto con el CPICH.
[email protected]
9.211
9.15 UMTS: Canales Físicos
ƒ Canales físicos:
• Se establecen en estructuras de tramas temporales, las
razones para ellos son:
ƒ
ƒ
ƒ
Control dinámico de potencia a lo largo del tiempo, realizado en
intervalos de tiempo
Realizar cambios en la tasa binaria al pasar de una trama a otra
Facilitar cambios de formatos de transporte
• Tramas UMTS:
Duración: 10 ms
ƒ 15 intervalos (slots) de 10/15 = 2/3 ms
ƒ En una trama hay 38400 chips y en un intervalo 2560 chips
k
ƒ En el DL, SF = 512/2 (k = 0, …, 7) y Rb = 15 a 1920 Kbit/s
k
ƒ En el UL, SF = 256/2 (k = 0, …, 6) y Rb = 15 a 960 Kbit/s
Ejemplo: se utiliza en enlace descendente un k=3, ¿Qué regimen binario hay por canal?
ƒ
512 / 8 = 64 ⇒ 3840Mcps / 64 = 60Ksps, y un factor de ensanchado de 8
[email protected]
9.212
9.15 Nuevos sistemas europeos de comunicaciones
móviles: 4G
ƒ Sistema UMTS: Evolución a 4G
• Aspectos básicos de la Cuarta Generación:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Integración de tecnologías de acceso inalámbrico
9 Ej: WiFi y WiMAX
9 Uso complementario, en vez de competitivo
Estándar mundial único
Interoperación con los núcleos de red “todo IP”
Tasas binarias de hasta 100 Mbit/s (área extendida) y 1 Gbit/s (área local)
Terminales móviles multimodo para acceso radio celular y por redes
inalámbricas
Alto grado de personalización
Servicio de alta calidad orientados a los usuarios, para ser usados desde
cualquier lugar, en cualquier momento y con interoperabilidad
Adaptación a los cambios en los patrones de tráfico para los servicios
multimedia de banda ancha
• Horizonte temporal para el desarrollo normativo: 2005 - 2015
[email protected]
9.213
Apéndice
http://www.enter.es/informes_enter/documentos_enter_idate/mobile/mobile_2006_19_1.html
[email protected]
9.214
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