UMTS

Comunicaciones móviles 3G: UMTS
Características generales de los sistemas UMTS.
Tecnología W-CDMA.
Generación, multitrayecto y recepción en WCDMA.
Arquitectura UMTS.
CN (Núcleo de Red)
Servicios UMTS. Arquitectura QoS
Características y capacidades de los terminales 3G.
Evolución en la implantación de UMTS.
Red De Acceso Radio de UMTS (UTRAN).
Arquitectura de la UTRAN
Capa de red. Capa de enlace de datos, Capa física
Resumen de Canales en UMTS
Generación de forma de onda de los canales.
Gestión de recursos radio (RRM)
Traspasos, Control de potencia, Funciones de control
Gestión de red
Gestión de movilidad (MM), Gestión de comunicación (CM)
Seguridad en UMTS
Planificación de Sistemas UMTS
Capacidad celular y Cobertura celular.

Comunicaciones móviles digitales UMTS 1

Introducción

Sistemas 3G.
Solución mundial, amplia variedad de servicios, alta QoS,
Elevadas velocidades binarias y amplia movilidad.
ITU: International Mobile Telecommunication 2000 (IMT-2000).
Plena cobertura y movilidad con 144 Kbps, (384 Kbps).
Cobertura y movilidad limitadas con tasas de hasta 2 Mbps.
Eficiencia espectral, flexibilidad para nuevos servicios.
Componente por satélite, adicional a la terrena.
1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250

2010

IMT-2000 IMT-2000 MSS IMT-2000 MSS

1885 1980 2025 2110 2170

UMTS 1900 2010
MSS: Mobile Satellite System
D T T
FDD: UTRA FDD GSM 1800 E D FDD MSS D FDD MSS
TDD: UTRA TDD C D D
T
DECT:Digital Enhanced 1885 1920 1980 2025 2110 2170
Cordless Telecommunications

[ MHz] 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250


Introducción

Diferentes propuestas para los sistemas 3G. (cierta compatibilidad)
Organismos regionales e intereses de fabricantes y operadores.
Propuestas para la interfaz aire.

Nombre Propuesta Tecnología de Acceso
IMT-DS Direct Spread UTRA CDMA
IMT-TC Time Code UTRA CDMA/TDMA
IMT-MC Multi Carrier MC CDMA 2000 CDMA
IMT-SC Single Carrier UWC-136 TDMA
IMT-FT Frequency Time DECT TDMA/FDMA

Propuestas para el núcleo de Red.
A partir del núcleo de red de GSM: GSM/MAP,
Evolución desde ANSI-41 del IS-95 norteamericano.
ETSI: UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)
Métodos de acceso radio terrestre (UTRA: UMTS Terrestrial Radio Access)
FDD (60+60 MHz, UL: 1920-1980. DL: 2110 -2170) y CDMA.
TDD (35 MHZ, 1900-1920 y 2010-2025 MHZ) y TDMA/CDMA.
3GPP: ETSI, ARIB y TTC Japón, TTA Corea, el T1 EEUU y CWTS China.
3GPP-2: a partir de la tecnología de radio IS-95, punto de vista americano

Características Generales de UMTS

Objetivos.
Amplia gama de servicios de voz, datos y multimedia en un entorno
extremadamente competitivo y dinámico.
Movilidad del terminal, personal y de servicios.
Características básicas.
Capacidad de transmisión síncrona y asimétrica
Velocidades de 384 Kbit/s y en baja movilidad hasta 2 Mbit/s.
Transmisión de datos en conmutación de circuitos y de paquetes.
Mayor capacidad y uso eficiente del espectro que los sistemas anteriores.
Alto nivel de calidad y alto grado de seguridad.
Diferentes servicios simultáneos con asignación dinámica del ancho de banda.
Roaming internacional entre los operadores de IMT-2000.
Nuevos mecanismos de tarificación, volumen de datos, etc.
Coexistencia e interconexión con satélites.
Soporte para varias conexiones simultáneas. (p. e. conectarse a Internet y
recibir simultáneamente una llamada telefónica.


Tecnología W-CDMA

Wideband Code Division Multiple Access
5 MHz frente al sistema americano de 1,25 MHz.
Espectro ensanchado por secuencia directa.
Velocidad binaria del código de ensanchamiento constante.
Chip rate: 3.84 Mchips/sg.
Ventajas de DS-WCDMA:
Capacidad de acceso múltiple y protección a la interferencia multitrayecto.
Seguridad: es necesario conocer la secuencia de ensanchamiento.
La generación de la señal a transmitir es sencilla.
Es posible la desmodulación coherente de la señal de banda ancha.
No es necesaria la sincronización entre usuarios.
El número de usuarios no está limitado de antemano, degradación progresiva
de la calidad.
Dificultades.
Cálculo de la capacidad complejo y diferente en ambos enlaces.
Factor limitador de la capacidad: interferencia mutua entre terminales.
Necesidad de un control de potencia muy estricto (efecto near-far)


Tecnología W-CDMA

Capacidad del enlace ascendente.
La relación entre Eb/N0 y la C/N: Eb C R b Eb C
B = ⋅ = Gp ⋅
Ganancia de Proceso (Gp). Gp = N0 N B N0 N
Rb
Relación Portadora a Ruido (interferencia) para un usuario

C Pr 1 Eb 1
= = = ⋅ Gp
N Pr⋅ (M −1) M −1 N 0 M −1
El Número máximo de usuarios por célula (M)
Gp W Rb
Para M grande. M= =
Eb N0 Eb N0
Considerando.
Actividad de los usuarios: d = 0.38 W Rb 1 1
Sectorización de la célula. GS = nº de sectores M= ⋅ ⋅GS ⋅
Interferencia de otras células. Factor de Carga: f = 0,5-0,6
Eb N0 d 1+ f

Capacidad del enlace descendente. No fácilmente expresable con una fórmula.
La interferencia se debe a las demás estaciones base.
Las secuencias de ensanchamiento reducen la interferencia generada.


Tecnología W-CDMA

Generación de una señal WCDMA. Dos pasos.
Multiplicación por una secuencia: código de canalización o spreading.
El factor de ensanchamiento (SF) dependerá de la velocidad de la señal de
datos, para que el producto permanezca constante a 3.84 Mchip/sg.
Los códigos identifican a distintos usuarios en una celda: códigos ortogonales
Multiplicación por un código de aleatorización o scrambling.
Los códigos identifican a las distintas celdas en el enlace descendente.
Los mismos códigos de spreading pueden usarse en varias celdas
simultáneamente.

Banda Señal
base moduladora

Código de Código de
canalización o aleatorización o
spreading scrambling


Tecnología W-CDMA

Códigos de canalización. Spreading.
Velocidad de datos variable: Códigos OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor).
Ortogonalidad incluso entre secuencias de diferente longitud.
Al elegir un código (ej. Cch 4,1), hay que anular los códigos pertenecientes a las
ramas de las que procede ese código y también los códigos derivados de este.
FDD códigos de spreading de longitud 4,8,16,..., hasta 256.
TDD solamente se utilizan códigos de longitud 1,2,4,8 y 16.

Cch,4,0 = (1 ,1 ,1 ,1)
Cch,2,0 = (1, 1)
Cch,4,1 = (1, 1, -1, -1)
Cch,1,0 = (1)
Cch,4,2 = (1, -1, 1, -1)
Cch,2,1 = (1, -1)
Cch,4,2 = (1, -1, -1, 1)

SF = 1 SF = 2 SF = 4


Tecnología W-CDMA

Códigos de aleatorización. Scrambling
Enlace ascendente
Todos los canales codificados con códigos de aleatorización.
Secuencias código largas si la estación base emplea un receptor Rake.
Secuencias código cortas si se utilizan receptores multiusuarios o con
cancelación de interferencia.
224 códigos largos: secuencias de Gold truncadas a la longitud de trama,
generadas a partir de una pareja de secuencias de longitud máxima.
10 ms, 38.400 chips, polinomios primitivos: X25+X3+1, X25+X3+X2+X+1
224 códigos cortos: suma módulo 4 de dos secuencias binarias y una
cuaternaria. Periodo 255 extendidos a 256, añadiendo un chip 0 al final.
Enlace descendente
Secuencias Gold. 218-1 códigos truncados a 38400 chips.
Códigos divididos en 512 conjuntos. (64 grupos de 8). Cada uno tiene:
Un código primario (n = 16*i; i = 0,...,511) y 15 secundarios k: 16*i+k.
Cada uno de los 8192 (512*16) códigos tiene asociado un código
alternativo derecho y con un código alternativo izquierdo -->24 576


Tecnología W-CDMA

Multitrayecto y recepción en WCDMA despreading recuperación
de la fase

Utilización de un receptor RAKE para
compensar los efectos del multitrayecto. despreading
Evaluación de las
TC características
del canal
Σ
despreading recuperación
TC de la fase
Retardadores

Evaluación de las
características
del canal
2 • TC
Recombinación
Valoración de
la interferencia Secuencia de
recíproca spreading TC = período de chip

Demodulación y Usuario # 1
cancelación de la recepción múltiple (join detection) y
Señal suma
interferencia Usuario # n con cancelación de interferencia


Tecnología W-CDMA

Comparativa entre diferentes sistemas móviles.
WCDMA IS-95 GSM
Ancho de banda 5 MHz CDMA 1.25 MHz
velocidad de chip 200 kHz TDMA
/ 3.84 Mchip/sg / 1.2288 Mchip/sg
Reutilización de
1 ~4 – 18
frecuencia
Traspaso Intra- Traspaso Soft/softer Traspaso Hard
comunicación Traspaso soft /softer (antes de una conexión
sistema simultanea con varias EB nueva, libera el canal
Traspaso
Inter-sistema Traspaso a GSM Traspaso a AMPS

Diversidad en Ecualización y
Receptor Rake Receptor Rake
frecuencia frequency hooping
1500 Hz 800 Hz (Uplink).
Control de potencia 2 Hz o menor
ambos enlaces C. lento (Downlink)
canal de
Canales de
Búsqueda de celda sincronización y
frecuencia
códigos scrambling
Diversidad de Soportada en Soportada en
No soportada
transmisión downlink downlink


Arquitectura UMTS

Estructura.
Gestión de Red (NMS)

Um E-RAN A Dominio CN CS
RPDCP RDSI
MS BTS BSC 3G
3G 3G
3G
MS BTS BSC
MSC/VLR
MSC/VLR GMSC
GMSC
RTPC X25
Iu
Equipo de Usuario VAS, CAMEL
HLR/AuC/EIR
UE: User Equipment. WAP, MEXE
USAT
Uu Gb

UE
UE BS
BS RNC
RNC SGSN
SGSN GGSN
GGSN Internet

UTRAN Dominio CN PS
Iu
Red de acceso radio Núcleo de red. CN: Core Network
UTRAN: UMTS Terrestrial Conmutación, enrutamiento y
Radio Access Network conexiones a redes externas.


Arquitectura UMTS

Independencia entre la interfaz radio y el resto del sistema.
Red de acceso: AS – Access Stratum.
Red de no acceso: NAS – Non Access Stratum
La comunicación entre el AS y el NAS se realiza mediante puntos de acceso
al servicio (SAP – Service Acces Points).

Capa de no acceso
(Non-Access Stratrum) NAS: control de llamada,
de sesión y de la movilidad
GC Nt DC GC Nt DC
CM MM SM CM MM SM SAP: Service Acces Point
SAPS Control General (GC):
radiodifusión a todos los
terminales móviles en un área.
Protocolos Radio Notificación (Nt):
Protocolos Radio y Protocolos Iu Protocolos Iu
difusión a unos terminales
Capa de acceso
específicamente.
(Access Stratrum)
Control dedicado (DC):
Equipo de Usuario Red Troncal
UE
Red UTRA
CN establecimiento o liberación de
una conexión radio.
Radio Iu
(Uu)


Arquitectura UMTS

UTRAN. Red de Acceso Radio Terrestre UMTS.
Principal cambio con respecto a GSM
Servicio de portadoras de acceso radio (RAB): establecimiento de un
enlace entre el equipo de usuario (UE) y el núcleo de red (CN) con unos
requisitos de calidad.

Core Network (CN)

Iu Iu
RNS: Radio Network System
RNS RNS
Iur
RNC RNC
RNC: Radio Network Controller
Iub Iub Iub Iub

Node B Node B Node B Node B Nodo B: Estación Base.
Conjunto de células
FDD o/y TDD

Uu

UE


Arquitectura UMTS

CN. Núcleo de Red
Plataforma básica de todos los servicios de comunicación tanto por
conmutación de circuitos como de paquetes.

Release 99.
Arquitectura basada en redes GSM/GPRS


Arquitectura UMTS

Núcleo de Red. (CN)
Los enlaces de voz, por conmutación de circuitos y datos por conmutación
de paquetes, pueden ir incluidos en ATM.
Dos capas de adaptación para soportar protocolos UMTS en ATM.
AAL5. Permite transportar un paquete IP (de longitud variable < 65536 bytes)
en celdas ATM de longitud fija (53 bytes, 5 bytes de cabecera y 48 de carga).
AAL2. Transporte de los protocolos radio (Iub e Iur) y de los flujos de usuario
hacia el servicio de conmutación de paquetes (Iu).
El futuro tiende a una red todo IP.
Interfaces.
Interfaz Cu. Interfaz eléctrico entre la tarjeta inteligente de USIM y el ME.
Interfaz Uu. Interfaz radio WCDMA. Permite al UE accede a la red fija.
Interfaz Iu. Conecta la UTRAN al CN.
Interfaz Iur. Conecta RNC y permite “soft-handover” entre RNCs.
Interfaz Iub. Este interfaz conecta un Nodo B y un RNC.


Servicios UMTS

Servicios al usuario
Capacidad multimedia. Aplicaciones con movilidad plena y reducida en diferentes entornos.
Acceso eficaz a Internet, a redes Intranet y a otros servicios basados IP.
Transmisión vocal de alta calidad, comparable a la de las redes fijas.
Portabilidad de los servicios en distintos entornos UMTS (público/privado/negocios; fijo/móvil).
Funcionamiento en entorno integral sin solución de continuidad con redes GSM.
Itinerancia total. Control del servicio y gestión de la localización y de la movilidad.

Aplicaciones.
Interactividad de imagen y voz ente usuarios.
Comercio electrónico a gran escala, operaciones bancarias.
Descarga de música y videoclips, compra de entradas, publicidad personalizada a cada usuario.
Participación en “chats”, juegos, y ofertas de Internet.
Almacenamiento y descarga de información del trabajador con su empresa, etc....

Tasa de bits. Tipo de cobertura.

144 Kbit/s Cobertura básica, rurales/suburbanos, vehículos a gran velocidad, exteriores.
384 Kbit/s Cobertura ampliada, urbana, vehículos en movimiento, exteriores.
2 Mbit/s Áreas puntuales, urbanas, céntricas, velocidad de marcha, interiores.


QoS: Quality of Service

Parámetros QoS.
Retardo en el establecimiento de la conexión:
Autentificación, enrutado, sincronización de los elementos de la red, etc.
Probabilidad de bloqueo: Carencia de recursos en el plano de usuario o de red.
Ancho de banda efectivo: Medida de la utilización de recursos.
Clases QoS.

Clases de QoS Retardo Buffering Tipo de tráfico Tasa de bit Ejemplo

Fijo Mínimo SIMÉTRICO Voz
CONVERSACIONAL NO Garantizada
Tiempo Real Bidireccional Videoteléfono

Constante
AFLUENTE ASIMÉTRICO Audio
no mínimo SI Garantizada
(STREAMING) Tiempo real Unidireccional Vídeo

Variable
ASIMÉTRICO NO WEB
INTERACTIVO Moderado SI
Tiempo no real Bidireccional Garantizada Localización
Variable E-mail
DIFERIDO ASIMÉTRICO NO
Grande SI descarga
(BACKGROUND) Tiempo no real Bidireccional Garantizada
datos


Arquitectura QoS

Servicios transportados por portadoras.
Estas a su vez son servicios que dan QoS a las conexiones.
Parámetros para determinar el QoS de un servicio de portadora en UMTS:
Tasa máxima de bit y Tasa de bit garantizada (kbps).
Retardo de transferencia permitido (ms).
Negociabilidad de la clase de QoS


Arquitectura QoS

Gestión de los servicios portadores.

Clasificación
del servicio
establecimiento
solicitado
de requisitos

Inicio
establecimiento
de la portadora

Transferencia
de datos


Capacidades de servicio

Servicios independientes de la tecnología. (p.ej. GSM, GPRS, UMTS),
API: Application Programming Interface. Uso de interfaces comunes.
APIS definidas en UMTS.
Servidor WAP/Portal WAP: proporciona un navegador al usuario. WML
Servidores de Localización: proporcionan a otras capacidades de servicio la
posición del UE. Basado en el ID de la célula, diferencia de tiempo en DL de
varias células (OTDOA-IPDL), receptor GPS integrado...
MexE. Entorno de Ejecución de Aplicación de Estación Móvil: proporciona
información de las características del terminal para tratar información. Java?
USAT. UMTS SIM Application Toolkit: proporciona herramientas para la gestión
de la tarjeta SIM.
CAMEL. Aplicaciones Personalizadas para Lógica Avanzada de Red Móvil: Red
inteligente. Incluye numerosos servicios que pueden utilizar los usuarios.
VHE. Entorno Virtual Local: Permite el acceso a los servicios suscritos y
personalizados con independencia de la red y el terminal
Release 4 y 5. OSA (Arquitectura de Servicio Abierto).
Interfaz abierto y común que asegura un punto centralizado y común de
creación de servicios, el SCE (Entorno de Creación de Servicios).


Terminales 3G

Arquitectura.
USIM. UMTS Subs. Ident. Mod.
Identificación, autenticación y
almacenamiento de información.
Tarjeta Impresa Integrada
Universal (UICC).

TE. Terminal Equipment
Proporciona las funciones de
aplicación de usuario final.
TA: Adaptación de Terminal.

ME. Mobile Equipment
Funciones del plano de control y
de la portadora UMTS.
MT: Terminación Móvil.
NT: Terminación de Red. Componente UE Correspondencia en la red
RT: Terminación de Radio ME Toda la red UMTS
TE El equipo par en la conexión
Tu: Conecta UTRAN y CN
MT Sistema UMTS
Interfaz Cu. Conmutación y NT Núcleo de Red
enrutado RT UTRAN


Terminales 3G

Tipos de Terminal.
Domino de trabajo.
Conmutación de circuitos.
Conmutación de paquetes.
Conmutación de Circuitos y de Paquetes.
Tipo de MT.
MT de radiomodo único. (p.e. WCDMA-FDD)
MT multimodo radio. (UMTS, GSM)
MT de red única. PS,CS o PS/CS
MT multired. CN UMTS y GSM NSS.
Tipo de modelo del terminal.
Terminal clásico. Telefonía, datos de baja velocidad, GSM o WCDMA.
Modo dual. Accesos GSM y WCDMA.
Terminal multimedia. Combinación teléfono celular y ordenador portátil.
Terminales especiales. Propósito o equipo específico. domótica o GPS.
Capacidades del terminal.
Marca de clase de la estación Móvil. UMTS clase 2 y 3.
Interfaz de usuario.
Videocámaras, monitor color, Sistemas operativos, conexiones, ampliaciones...


Suscripción-USIM

Suscripción a la Red.
Separada del ME
Información del abonado en la USIM y en el HLR.
USIM.
Alojada en una Tarjeta Impresa Integrada Universal (UICC).
Parámetros accesibles y actualizables por la red a través del enlace radio.
Datos almacenados:
Administración: son datos fijos asignados por el fabricante y el operador, como
el IMSI o la información de la clase de acceso.
Datos temporales de la red: información de gestión de la movilidad, como la
identidad de la zona en que se encuentra el terminal o el TMSI.
Datos relacionados con el servicio: sobre disponibilidad y permiso de acceso a
servicios y sus datos internos.
Aplicaciones: almacenamiento de aplicaciones de servicios específicos.
Personal: datos almacenados por el usuario, como SMS, agendas, etc.


Evolución UMTS

Concepto fundamental en UMTS
Evolución técnica. Correspondiente a los elementos de la red, y a la
tecnología de los mismos.
Evolución de red. Incluidos los cambios en la funcionalidad de la misma.
Evolución de servicios: Basada en la demanda de los usuarios de la red, y
la capacidad para cubrirla.
3GPP especificaciones.
GSM Phase I (GSM original) Doc. Versión 3.X.Y
GSM Phase II (DCS1800) Doc. Versión 4.X.Y
Release 96 (HSCSD) Doc. Versión 5.X.Y
Release 97 (GPRS) Doc. Versión 6.X.Y
Release 98 (EDGE) Doc. Versión 7.X.Y
Release 99 (W-CDMA) Doc. Versión 3.X.Y
Interoperabilidad con GSM, Mejora Red Inteligente (IN), CAMEL
CS, para 2G y 3G. Cambios importantes en el SGSN
Nuevos servicios no existentes en GSM, (localización) ...


Evolución UMTS
Release 4 (N-TDD) Doc. Versión 4.X.Y 2001
Introduce separación de conexión, control y servicios para CN CS.
MGW (Media Gateway), Pasarela de Medios. Servidor MSC: controla varias MGW
La llamada en CS pasa al dominio de PS a través de la MGW.
Voz por conmutación de paquetes (Voice Over IP, VoIP)
El Sistema Multimedia IP (IMP) interviene en el dominio de CS y PS.

Gestión de Red (NMS)
Dominio CN CS

Um GERAN Iu
Servidor MSC
Servidor MSC RPDCP
MS
MS BTS
BTS BSC
BSC RDSI
MGW
MGW MGW
MGW
RTPC

Uu
Subsistema
UE BS RNC GGSN Multimedia IP IP
UE BS RNC SGSN
SGSN GGSN
Multimedia
UTRAN Dominio CN PS
VAS, CAMEL
Home Subscriber HSS
HSS WAP, MEXE
Server USAT


Evolución UMTS
Release 5 (HSDPA) Doc. Versión 5.X.Y 2002
Todo el tráfico de la UTRAN se basa en IP
IMS. Servicios multimedia IP (IPv6), Conexión de sesiones múltiples.
HSPDA (High Speed Downlink packect Data)
Data rates > 10 Mbits/s
Adaptative Multi-Rate (AMR) codec, TDM y CDM, 16 QAM, Hybrid ARQ

Gestion de Red (NMS)
RPDCP
Um GERAN
RDSI
Iu
RTPC
MS
MS BTS
BTS BSC
BSC Dominio CN PS

IP/ATM Subsistema
IP/ATM SGSN
SGSN GGSN
GGSN Multimedia
IP
Uu
IP/ATM
VAS, CAMEL IP Multimedia
UE
UE BS
BS RNC
RNC HSS
HSS WAP, MEXE
USAT

UTRAN


Evolución UMTS
Release 6 Doc. Versión 6.X.Y
IMS. (fase II)
Armonización 3GPP y 3GPP2, WLAN –UMTS interworking
MIMO, OFDM ….
Estrategias:
Mayor separación entre el plano de usuario y el de control.
Red basada en conmutación de paquetes.
Transparencia en las tecnologías de acceso.
Servicios:
Servicios basados en localización.
Separación de usuarios: comerciales, privados y privados con necesidades
específicas.
4ª generación. ITU- R (WP8F), ITU-T (SSG), WWRF, mITF.
Desarrollo hacia el año 2010, despliegue al 2015.
Integración y convergencia de redes. WAN, PAN, LAN, celular, fijas,…
Nuevas tecnologías radio o evolución?.
Velocidades binarias muy elevadas. 10-100 Mbits/s 1 Gbit/s.


UTRAN. Red de Acceso Radio de UMTS
Arquitectura de la UTRAN
Cambios importantes debido al uso de la tecnología WCDMA.
Subsistemas de red radio (RNS), con varias estaciones base o Nodos B y un
único controlador de red radio (RNC).

Uu RNS
RNS Iu
Nodo B
UE
UE BS
BS
RNC
RNC
UE
UE BS
BS

Dominios del Nucleo de Red:
Conmutación de Circuitos y
UE
UE Iur Conmutación de Paquetes

RNS
RNS
UE
UE BS Iub
BS
RNC
RNC
UE
UE BS
BS


UTRAN
Controlador de red radio (RNC).
Elemento de control y conmutación de la UTRAN
Dos áreas:
Gestión de recursos radio de la UTRAN (RRM): algoritmos que permiten,
garantizar la estabilidad y el QoS de las conexiones radio.
Funciones de control de la UTRAN: relativas al establecimiento y
mantenimiento de las portadoras radio (RBs).


UTRAN
Nodo B
Asegurar el establecimiento de los canales físicos de acceso radio WCDMA, y
la transferencia de información en éstos a partir de los canales de transporte

Portadoras Uu Célula Puerto de datos RACH
Iub
Puerto de datos RACH
Transporte
Puerto de datos FACH
Puerto de datos FACH
TRX Común
Canales de Transporte Puerto de datos CPCH
Puerto de datos CPCH
Canales Físicos
TRX Puerto de datos PCH
Puerto de datos PCH
Canales de Transporte
Canales Físicos
TRX Puerto de Control
Canales de Transporte Nodo B
Canales Físicos
Célula
Contextos de TTP: Puntos de
Célula Comunicación. Nodo B Terminación de
Tráfico
DSCH
Célula
DCH
ID:
Identificador Puerto de Control de la
Célula Comunicación


Capas de la Interfaz Radio
Capa de red Diferentes para
Capa de enlace los dos planos

Capa física

Protocolos adicionales para el dominio PS
PDCP. Posibilita el transporte de paquetes IP
BMC. Servicios de difusión de mensajes

Canales físicos


Capa de Red
RRC: Protocolo de control de recursos radio.
Control de la señalización entre UTRAN y el UE,
Parámetros para establecer, modificar y liberar las entidades de los
protocolos de niveles inferiores.

Funciones.
Difusión de la información del sistema.
Aviso y notificación.
Selección inicial de la célula y reselección en modo ausente.
Establecimiento, mantenimiento y liberación de las conexiones RRC entre UE y UTRAN.
Control de las portadoras de radio, canales de transporte y canales físicos.
Control de las funciones de seguridad (cifrado y protección de la integridad).
Protección de la integridad de mensajes de señalización.
Control y realización de informes sobre medidas.
Funciones de movilidad de la conexión RRC.
Soporte de la reasignación SRNS.
Control de potencia en bucle cerrado del enlace descendente.
Control de potencia en bucle abierto.
Funciones relacionadas con los servicios de difusión celular.


Capa de Red
Estados del servicio RRC.
Modo aislado y modo conectado.

UE pasa al modo conectado.
Cuando realiza una petición de
conexión RRC.
•Localizado en la célula o en
de área de registro. (URA)

UE en modo aislado al
encenderse.
•Selecciona una célula.
•Sintoniza el canal de control.
El terminal recibe información de
la red, pero esta no tiene
información del UE


Capa de Enlace de datos
Funciones del nivel: las correspondientes a las diferentes subcapas.
Dos capas adicionales en el plano de usuario
PDPC (Protocolo de convergencia de
paquetes de datos) Portadoras Radio Portadoras Radio del
Compresión y descompresión de la de Señalización Plano de Usuario
información de control de protocolo.
Transferencia de datos de usuario. PDPC
Multiplexado de portadoras radio en una
entidad RLC. BMC
Capa 2
BMC (Protocolo de Control de Difusión) RLC
Almacenamiento de mensajes de difusión.
Canales Lógicos
Supervisión del volumen de tráfico y
petición de recursos de radio para CBS.
Programación y Transmisión de mensajes
MAC
multidifusión al UE.
Canales Transporte
Entrega de mensajes de difusión celular a
la capa superior


RLC (Control de Enlace Radio)
Arquitectura: Modos de funcionamiento.
Modo transparente: Entidad emisora y receptora. Transmite las PDUs de
los niveles superiores sin añadir información de protocolo. Modo afluente.
Modo sin confirmación: Dos entidades: emisora y receptora. No emplea
protocolo de retransmisión, y no garantiza la entrega de los datos. Los
errores se detectan mediante las cabeceras.
Modo con confirmación: Corrección de errores mediante ARQ, estando
controlado el número de retransmisiones por la capa 3.
Servicios.
Establecimiento y liberación de conexiones.
Transferencia de datos en modo transparente, con y sin confirmación.
Establecimiento de la calidad del servicio y notificación de errores.
Funciones.
Segmentación y concatenación de PDU’s en Unidades de Carga (Pus)
Relleno, transferencia de datos y control de flujo.
Detección y corrección de errores,
Cifrado en los modos son y sin confirmación.…

MAC (Control de Acceso al Medio)
Servicios.
Ofrece servicios a la subcapa RLC mediante canales lógicos, proyectados a los
canales de transporte de la capa física:
Transferencia de datos sin confirmación o segmentación, reasigna los recursos
radio y realiza informes de medidas.
Funciones.
Multiplexar/Demultiplexar PDU’s hacia/desde la capa física en canales.
Supervisión del volumen de tráfico, Cifrado en modo transparente,…
Arquitectura
MAC-b.
Tratamiento del canal BCH
1 en UE y 1 por célula

MAC-d.
Controla, DCH.
1 en UE y 1 en UTRAN

MAC-c/sh.
PCH, FACH, RACH, CPCH, DSCH.
1 en UE y 1 por célula en RNC


Canales lógicos.

Canales de control (CCH). Información en el plano de control
BCCH (Broadcast Control) BS MS. Información de la red y la celda.
PCCH (Paging Control) BS MS. Avisos de llamada a los UE no localizados.
CCCH (Common Control) BS MS.
Información de control entre red y usuarios en la célula sin conexión RRC.
Incluye petición de acceso al servicio y mensajes de respuesta.
DCCH (Dedicated Control) BS MS.
Información de control entre red y usuarios con conexión RRC.
SHCCH (Shared Control) BS MS. Para canales compartidos. Modo TDD.
Canales de Tráfico (TCH) Información en el plano de usuario
DTCH (Dedicated Traffic) BS MS. Información y servicios dedicado
(punto a punto) a un UE.
CTCH (Common Traffic) BS MS. Transferencia de datos de usuario hacía
un grupo de terminales. Servicios Punto Multipunto (SMS)


Canales de Transporte.

Transporte de información entre el nivel físico y los niveles MAC.
TFI, (Indicador de Formato de Transporte).
La capa física combina información TFI de varios canales de transporte
en el TFCI, (Indicación de Combinación del Identificador de Transporte).
Los TFCI se transmiten para informar al receptor de cuáles son los canales de
transporte activos en la trama actual.
Canales de dedicados. En TDD (además ODCH y FAUSCH)
DCH (Dedicated) BS MS. Transmisión de información a un UE.
Canales comúnes En TDD (además ORACH, SCH y USCH)
BCH (Broadcast) BS MS. Información del sistema y de la célula.
FACH (Fast Access) BS MS. Información a terminales ubicados.
PCH (Paging) BS MS. Información de aviso por una célula o varias.
RACH (Random Access) BS MS. Acceso de un terminal a la red.
CPCH (Common Packet) BS MS. Tráfico de paquetes compartido.
DSCH (Descendent Shared) BS MS. Paquetes compartidos de usuario o
control. Asociado a un DCH

Capa Física
Funciones.
Codificación de la información y detección de errores.
Multiplexación y adaptación de la velocidad de de las comunicaciones.
Ensanchamiento del espectro y modulación.
Medición de los parámetros de radio y control de potencia.
Principales Características
Técnica de acceso radio. DS-CDMA
Tasa de Chip/Ancho de banda 3.84 Mchip/s / 5 MHz
Modulación. BPSK en enlace descendente/ QPSK en el enlace ascendente.
Codificación Convolucional o por turbo código
Control de potencia Bucle abierto, bucle cerrado interno y bucle cerrado externo.
Diversidad. Receptor Rake, diversidad de antena, diversidad de transmisión
Traspasos. Intermodo, intramodo, intersistema, con/sin continuidad y softer.
Trama 10 ms con 15 time-slots, cada una con 2/3 ms, 38400 chips

Estructura de Trama.
Tramas numeradas con SFN.
Identificador de número de Trama


Canales físicos.

Soporte físico para el envío de información por la interfaz aire (Uu).
Frecuencia de portadora, código de scrambling y de spreading, estructura de
trama y de ráfaga, y por la fase relativa (0, π/2) para el enlace ascendente.
Canales dedicados. DPCH (Dedicated Physic) BS MS.
DPDCH: Canales de datos para transmitir la información concreta DCH.
DPCCH: Un único canal de control asociado a los anteriores en una conexión
Enlace descendente. Modulación BPSK. DPDCH y DPCCH multiplexados en el tiempo.
Con más de un DPDCH sólo se envía uno de control por conexión.

Nºde bits. En función del factor de ensanchamiento (SF: 4 - 512).

TPC. Control de potencia en
bucle cerrado

TFCI. Formato de transporte

Piloto. Secuencia estimación
del canal radio


Canales físicos.

Canales dedicados.
Enlace ascendente. Ambos canales multiplexados en I y Q. DPDCH por el I y el DPCCH por el Q.
Con más de un DPDCH los canales se van alternando

Piloto. Secuencia estimación
del canal radio

TFCI. Formato de transporte

FBI. Si BS diversidad de
transmisión

TPC. Control de potencia en
bucle cerrado

T a s a B in a ria
F o rm a to B its / B its /
del C anal SF N d a to s
S lo t # i T ra m a S lo t
(k b p s )
Nºde bits. 0 15 256 150 10 10
• Para DPDCH en función del factor de 1 30 128 300 20 20
ensanchamiento (SF: 4 - 256). 2 60 64 600 40 40
• Para DPCCH. SF = 256, 10 bits por slot 3 120 32 1200 80 80
4 240 16 2400 160 160
5 480 8 4800 320 320
6 960 4 9600 640 640


Canales físicos.
Canales comunes
PRACH (Random Physics Access) BS MS. Lleva el canal transporte RACH.
AICH (Acquisition Indication) BS MS. Respuestas al PRACH.
PCPCH (Physics Common Packet) BS MS. Lleva el canal CPCH.
AP-AICH (Access Preamble- ) BS MS. Respuestas al acceso de CPCH.
CD/CA- AICH (Collision Detection- ) BS MS. Respuesta colisión de CPCH
CSICH (CPCH State Identifier) BS MS. Indicador de estado del CPCH.
PICH (Paging Indication) BS MS. Indicadores para leer el PCH.
PDSCH (Physics Descendent Shared) BS MS. Lleva el DSCH, compartido.
CPICH (Common Pilot) BS MS. Piloto de referencia de potencia y fase.
P-CPICH (Primary - ). Único por célula, Cch,256,0 Referencia de fase SCH ...
S-CPICH (Secondary- ). Cualquier código, referencia de fase DPCH ....
P-CCPCH (Primary Common Control Physics) BS MS. Lleva BCH.
S-CCPCH (Secondary -) BS MS. Lleva los canales FACH y PCH.
SCH (Synchronisation) BS MS. No asociado a SCH de transporte. Secuencia
de sincronización primaria de 256 chips (P-SCH) y 15 códigos secundarios (S-SCH)

Sincronización
Búsqueda de célula y Sincronización.
El SCH transmite el código de sincronización primario (PSC), único para todo
el sistema, y la combinación de códigos de sincronización secundarios (SSCs),
una de las 64 posibles, que identifican la celda en la que nos encontramos.
Sincronización de slot.
El UE emplea el código primario para obtener la sincronización de slot de la
célula, mediante un filtro adaptado.
Sincronización de trama e identificación del grupo de código.
Con el código de sincronización secundario del SCH se identifica el grupo de
código de la célula, mediante correlación de la señal recibida con todos los
posibles códigos de sincronización secundarios (64) .
Se obtiene también la sincronización de la trama.
Identificación del código de aleatorización:
Mediante correlación símbolo a símbolo sobre el CPICH con todos los códigos
dentro del grupo de códigos identificados en el paso anterior.
Una vez que el código de aleatorización ha sido identificado, el CCPCH puede
ser detectado, y por tanto, puede leerse la información del BCH.


Correspondencia entre canales.

Canales lógicos en canales transporte
Enlace descendente Enlace ascendente
Canal Lógico C. Transporte Canal Lógico C. Transporte
BCCH BCH CCCH RACH
PCCH PCH DCCH RACH DCH CPCH
CTCH FACH DTCH RACH DCH CPCH
CCCH FACH
DCCH FACH DCH DSCH
DTCH FACH DCH DSCH

Canales de transporte en canales físicos.
Enlace descendente Enlace ascendente
C. Transporte Canal Físico C. Transporte Canal Físico
BCH P-CCPCH RACH PRACH
PCH S-CCPCH DCH DPDCH DPCCH
FACH S-CCPCH CPCH PCPCH
DCH DPCCH DPDCH
DSCH PDSCH

No asociados CPICH SCH AICH AP-AICH CD/CA-ICH CSICH PICH


Generación de forma de onda
Adición del CRC. Para la protección contra errores. 0, 8, 12, 16 o 24 bits.
Concatenación de los bloques del intervalo de transmisión (TrBks).
Si las secuencias superan el máximo (504 bits para convolucionales o 5114 en
los turbo códigos), se fragmentan en bloques de igual longitud.
Codificación de canal. C. Transporte Codificación Tasa
Ecualización trama. BCH PCH RACH Convolucional 1/2
CPCH DCH DSCH FACH Convolucional 1/3 o 1/2
E. ascendente. CPCH DCH DSCH FACH Turbo código 1/3
CPCH DCH DSCH FACH Sin codificación
1er entrelazado.
Se escriben en filas, número de columnas dependiente del TTI (Intervalo de
Transmisión: 1,2,4 u 8 tramas). Se reordenan las columnas y se lee por filas.
Segmentación de tramas radio.
Adaptación de velocidad. Repitiendo o eliminando bits.
Multiplexación de canales de Transporte.
Dando lugar a CCTrCH (Canal de Transporte de Código Compuesto).
Inserción de bits de transmisión discontinua, DTx.
Segmentación en canales físicos. Entran X, P canales físicos, U bits por canal
2º entrelazado. Se escriben por filas, se reordenan y se leen por columnas (30).
Proyección sobre el canal físico.

Ensanchamiento
Canalización.
El ensanchamiento se debe a la canalización.
En el E. ascendente separa canales de datos de los de control de un usuario.
En el descendente separa las transmisiones a los usuarios en una célula
Aleatorización.
En el enlace ascendente separa los diferentes terminales de usuarios.
En el descendente reduce la interferencia entre células.
Los códigos de aleatorización son distintos para cada uno de los enlaces.
Existen 512 códigos primarios y 15 secundarios para cada uno de ellos
Cada código tiene asociado dos códigs alternativos, derecho e izquierdo.
Se utilizan en el denominado modo comprimido, realización de medidas
de otras células.
A cada célula se le asigna un código 1ario, de forma que el canal CCPCH
transmite con ese código y el resto de canales con el 1ario o con el 2ario


Ensanchamiento
Enlace ascendente
El mismo procedimiento para los canales DPCH, PRACH y PCPCH.
El canal DPCCH se multiplica por un código Cc.
Los canales DPDCH por un código Cd,n.
Multiplicación por factores, βc para el DPCCH,
βd para los DPDCH.
Suma de algunos canales para Secuencia I.
Suma de los demás para la Q.
Se suman estas con parte real y parte imaginaria.
Aleatorización de las secuencias.


Ensanchamiento
Enlace descendente
El mismo procedimiento para todos los canales excepto para SCH.
Secuencia al conversor Serie/paralelo.
Bits pares en la rama I e impares en la Q
Multiplicación por el código de canalización,
Suma de las dos ramas con parte real e imaginaria.
Aleatorización de las secuencias.

Para los canales SCH. S
Gp

→
P-CCPCH
Cch
Slot #0 Slot #1 Slot #14 I+jQ
P
*j
Primario
acp SCH ac p ac p
S
Gp
ac i,0 Secundario acs
→
i,1 i,14 P-SCH
s
SCH acs
Cp
256 chips P I+jQ
*j
2560 chips
Trama radio SCH 10 ms S Gp
S-SCH

P-CCPCH
→ Csch
I+jQ
P
*j


Modulación
QPSK
Para evitar interferencia a 1,5 KHz en el enlace ascendente su banda
base consiste en dos modulaciones BPSK independientes.
En el eje I van los datos a transmitir (DPDCH)
En el Q, la información de control (DPCCH).
Tras la aleatorización la señal vuelve a estar modulada en QPSK

Separación de la secuencia compleja a
la entrada por un lado la parte real y
por otro la imaginaria.
Conformación del pulso coseno alzado
con factor de roll-off de 0.22.
Multiplicación de la parte real por la
portadora en fase.
La parte imaginaria por la portadora en
cuadratura.
Suma de ambas señales.


Medidas en el terminal móvil

Evaluación de Handover, control de potencia en lazo abierto, cálculo
de pérdidas de camino, selección, reselección de celda, localización.
CPICH RSCP: potencia recibida en un código medida en el canal CPICH
P-CCPCH RSCP: Potencia recibida en un código en un PCCPCH (TDD).
RSCP SF
SIR: Relación señal-interferencia. En el DPCCH SIR = ×
ISCP 2
sobre los bits de piloto del DPCCH.
RSCP (Received Signal Code Power)
Período de medida: 80 ms
ISCP (Interference Signal Code Power) Rango: –11 a 20 db.

UTRA carrier RSSI. (GSM carrier RSSI). Potencia en un canal downlink.
CPICH Ec/No. Energía de chip por densidad de potencia de la banda.
Transport channel BLER. Tasa de error de bloque de canal de trasporte.
Potencia de Tx del terminal. Entre –50 y +33 dbm.
Diferencias de tiempo observadas
SFN-CFN (RX-TX), SFN-SFN (dos celdas), Rx-Tx, en celda GSM. UE GPS


Medidas en UTRAN

RSSI: Potencia recibida en el ancho de banda: -112 a -50 dBm
RSCP: Potencia recibida en un código en un DPCH, PRACH,PUSCH (TDD)
Timeslot ICSP: Interferencia en un timeslot para TDD
SIR: Relación señal-interferencia. En el DPCCH.
Se cálcula de manera similar al terminal móvil.
Potencia de Portadora trasnmitida. Relación con la potencia total 0-100%
Potencia de código transmitida. Potencia en un código de canalización
con un código de aleatorización en una portadora radio. -10 a 46 dBm
Transport channel BER. Tasa de error del DPDCH. 0 a 1
Physics channel BER. Tasa de error del DPCCH.
Rx Timing Deviation. Tiempo entre inicios de transmisión y recepción.
Round Trip Time (RTT). Retardo del interfaz aire en chips.
UTRAN GPS Timing. Medida para servicios de localización con GPS.
Retardo de propagación PRACH/PCPCH.
Preaámbulos reconocidos PRACH/PCPCH.


Gestión de recursos radio

Utiliza el protocolo RRC (Control de Recursos Radio)
Se realiza tanto en UE como en RNC.
Traspasos. (Handover)
Permite la movilidad a través de la Red
La decisión se realiza a iniciativa del UE o de la UTRAN.
Criterios: Mejorar la calidad de una conexión, disminuir el nivel de
interferencia, delimitar la zona de cobertura, evitar la congestión, acceder a
servicios FDD y TDD.
Control de potencia.
Reducir la interferencia intracelular y el efecto cerca-lejos.
La potencia de cada transmisor se ajusta al nivel mínimo necesario para
garantizar una determinada Calidad del Servicio (QoS).
Se utiliza en ambos enlaces. En el ascendente se intenta igualar la potencia
recibida de todos los terminales móviles.
Funciones de control de la UTRAN.
Difusión de información del sistema: System information
Identificación de célula, control de potencia, calidad, tráfico, ...


Traspasos

Modos de traspaso. (Handover)
Traspasos intramodo: Entre dos portadoras FDD o TDD.
Se basa en la medida de EChio/N0 realizada desde el canal CPICH.
Traspasos intermodo: Para pasar del modo TDD al FDD o viceversa.
Medidas sobre el nivel de potencia de las células TDD que están en el área.
Traspasos intersistema: paso de una red 2G a otra 3G, o entre redes 3G.
Procedimiento de traspaso.
Medición. El UE mide el nivel de la señal de las células adyacentes.
Potencia recibida en un código y la potencia total en un canal de radio.
Detecta los sincronismos de la célula y obtiene su código de aleatorización.
Decisión. Mantener la calidad de servicio y minimizar los traspasos.
Algoritmos que evalúan la QoS de la conexión comparándola con la mínima.
Decisión tomada por la red: NEHO (Network Evaluated Handover).
Decisión tomada por el terminal móvil: MEHO (Mobile Evaluated Handover).
Ejecución. Tres formas.
Con continuidad, sin continuidad y softer.


Traspasos

Decisión.
Basada en las medidas y en los criterios de los algoritmos de traspaso.
Umbral superior: nivel máximo de potencia de la comunicación que el sistema
admite en relación al QoS fijado.
Umbral inferior: mínimo nivel para el cual se puede garantizar la QoS.
Margen de traspaso: indica el punto en el que el algoritmo considera que el
nivel de la señal recibida desde la nueva célula supera al de la actual.
Conjunto activo: es la relación de todas las células por las cuales un
terminal de usuario tiene acceso simultáneo a la UTRAN.


Traspasos
Ejecución.
Hard Handover. Sin continuidad.
Se libera la primera conexión Frecuencia 1

antes de establecer la nueva. Frecuencia 1 Frecuencia 2
Interfrecuencia. WCDMA
GSM
Intrafrecuencia RNC
RNC
Intersistema (Modo Comprimido)
Soft Handover. Con continuidad.
Conexión simultanea con varias BS.
En el UL. se combinan en el RNC.
Célula 1 Célula 2
En el DL las señales se combinan
en el receptor RAKE.
Softer. Con continuidad RNC
RNC

Entre sectores de una misma BS.
Se transmite a través de un sector.
Se recibe en varios sectores,
Sector 1
combinando las señales en un Sector 2

receptor RAKE.

Control de Potencia

En bucle abierto.
El terminal de usuario realiza una estimación del nivel de la señal, midiendo
la potencia de la señal recibida desde la estación base en el DL.
Estimación de la atenuación sufrida por la señal y ajuste del nivel de potencia
de transmisión inversamente proporcional a la recibida.
No es útil en FDD (desvanecimientos rápidos e independientes DL y UL).
Se utiliza para estimar el valor inicial de la potencia transmitida.
En bucle cerrado interno.
Contrarrestar el efecto de los cambios rápidos que se produzcan en el
nivel de señal. Control de potencia rápido. 1500 veces por segundo
En el DL la BS realiza estimaciones de la SIR y la compara con un objetivo.
Si es mayor, la BS envía una solicitud al UE para que disminuya la potencia; y
si es menor que un mínimo, la BS indica al UE que aumente la potencia.
En bucle cerrado externo.
Mantener el nivel mínimo de SIR para el mecanismo de control de
potencia en bucle interno dentro de un nivel de calidad apreciable.
RNC puede definir los niveles permitidos de potencia de la célula y la SIR


Control de Admisión

Cada UE que accede a la red genera una interferencia en la red. El AC
decide cuándo puede aceptarse una nueva conexión.
El algoritmo comprueba la carga existente en el sistema y el incremento
de la misma que provocaría el nuevo usuario. En DL y UL.
Si la nueva carga en alguno de ellos se eleva por encima del máximo fijado
para garantizar el servicio no se admite al usuario.
La forma más habitual de calcular la carga se basa en la potencia total.
En la planificación de la red se establece un nivel máximo de SIR.
El parámetro que mide esto es el Margen de Interferencia, cantidad que
indica el nivel incrementado de ruido (Noise Rise) en una célula.
Este parámetro está relacionado de forma logarítmica con el inverso de
Factor de carga.
A partir de un factor de carga del 70 % el ruido de interferencia se
incrementa rápidamente. La red suele dimensionarse con un factor del 50%,
Control de carga: se ocupa de evitar que la carga supere el límite.
Medidas: Traspasos, disminuir la tasa binaria, reducir el tráfico de paquetes,
denegar peticiones de incremento de potencia, o reducir la relación Eb/N0.


Funciones de Control UTRAN
Control y la gestión de las portadoras radio (RBs), para asegurar el
servicio de portadoras de acceso radio, (RAB).
Difusión de información de sistema: (system information).
• Identificación de célula: ID de célula, de área de localización y enrutamiento.
• Control de potencia: niveles permitidos en UL y DL
• Relativa al traspaso: parámetros de calidad de la conexión y el tráfico
• Relativa al entorno: información sobre células adyacentes.
El RNC, a través de los Nodos B mediante el BCH (SIB 10 por FACH).
• Bloque de información maestro (MIB: Master Information Block): contiene
información de referencia y planificación de SIBs y SBs dentro de una célula.
• Bloques de información de sistema (SIB: System Information Blocks).
• Bloques de planificación (SB: Scheduling Blocks).
Acceso y gestión de conexión:
El RNC se encarga de crear una portadora radio de señalización (SRB).
Necesidad de una conexión de señalización previa entre el UE y el CN
El RNC analiza las características de la portadora solicitada y evalúa los
recursos necesarios, a fin de activar y configurar los canales de radio.


Gestión de movilidad (MM).

Localización. Localización del usuario en la estructura lógica de la red.
Posición. Posición geográfica del usuario en el área de cobertura.
Identidades y direccionamiento de usuarios.
IMSI. Identidad de Abonado Móvil Internacional. Almacenada en la USIM.
MSIDSN. Número de ISDN de Abonado Móvil.
Contexto PDP. Protocolo de Paquetes de Datos: IP dinámica o estática
TMSI. Identidad de Abonado Móvil Temporal. Se almacena en el VLR
P-TMSIs. Identidades de Abonado Móvil Temporales de Paquetes. En SGSN



Estructuras de Localización.
LA. Área de Localización. Identificador: LAI (difundido por Canal BCH)
RA. Área de Enrutamiento. Subordinada a la LA
URA. Área de Registro de UTRAN. Enrutamiento de tráfico y control de
recursos.
Célula. Identificador de Célula (CI). Llega al UE por el System Information



Modelos de estado.
En Conmutación de circuirtos (CS).
Desconectado: invisible para la red.
Idle: se conoce la LA del terminal.
Activo: se conoce la célula.
En Conmutación de paquetes (PS).
Estados en Gestión de Movilidad de Paquetes
(PMM) los mismos que en CS.
Cambia el proceso de paso de un estado a otro


Gestión de comunicación (CM).

Gestión de conexión. En Conmutación de circuitos.
Fase I. Se comprueban los números, el que llama y el que recibe la
llamada, y se decide si deben aplicarse restricciones.
Fase II. Necesidades y restricciones de enrutamiento según el número
llamado. Criterios de tasación. Se establece la llamada.
Fase III. Se liberan todos los recursos tras finalizar la llamada.
El control de llamada basa sus acciones según el tipo de llamada:
Llamada normal (de voz), llamada de emergencia y llamada de datos.
Gestión de sesión. En Conmutación de paquetes.
Estado Inactivo.
No es posible la transferencia de paquetes
Información de enrutamiento ni válida.
Estado Activo.
Puede efectuarse transferencia de paquetes,
la información de enrutamiento está definida.

Los atributos relacionados con una sesión de paquetes de datos son
gestionados como contexto PDP, definido en el UE y el GGSN.

Tasación.

Varios tipos.
Basada en el tiempo.
Basada en el volumen de datos.
Basada en el QoS.
Nuevos requerimientos.
Información detallada acerca de cada paso de la llamada.
Mayor control del fraude en la comunicación entre redes.
Control del coste del servicio por parte del abonado (prepago y postpago).
Facturación desglosada lo máximo posible.
Registro Detallado de Llamada (CDR).
Datos relacionados con los recursos utilizados en la transferencia:
Número destinatario de la llamada, identidad del terminal, parámetros de
QoS, recursos 3G empleados...
Cada CDR debe disponer de una identidad única a fin de poder ser
identificado durante un periodo de al menos 3 meses.
Dependerá de las exigencias gubernamentales.


Seguridad en UMTS.

Seguridad de acceso a la red.
Autenticación de los usuarios finales del sistema.
Confidencialidad de las transmisiones de datos y llamadas de voz.
Privacidad de la localización del usuario.
Disponibilidad del acceso a la red.
Fiabilidad del funcionamiento de la red a través de la integridad de la
señalización de la red de radio.
Autenticación mutua
Red Servidora (SN) comprueba la identidad del usuario mediante
interrogación y respuesta.
El terminal de usuario también comprueba que el SN posee autorización
de la red local para realizar la comprobación de seguridad.
Clave maestra K de 128 bits. conocida por la USIM y la la red local.
Se utilizan derivaciones de ella, con idéntica longitud, en cada autenticación.
Claves temporales CK e IK, incluidas en el vector de autenticación, siendo
transmitidas al RNC al comenzar las operaciones de encriptado e integridad.
Identidades temporales. TMSI en CS, o P-TMSI en el PS.

Seguridad en UMTS.

Encriptado.
En el terminal de usuario y en el RNC por parte de la red.
Algoritmo único que requiere la clave de cifrado CK, transmitida en un
mensaje RANAP denominado comando de modo seguro.
Protección de la integridad de la señalización RRC.
Autenticar los mensajes individuales de control, permitiendo asegurar
las identidades de los participantes en la comunicación.
Se emplea una clave de integridad IK, transferida al RNC.
Seguridad a nivel de sistema y de red.
La seguridad en la versión 99 de UMTS es muy similar a GSM, en donde los
datos de autenticación se transmiten sin proteger entre las distintas redes.
En sucesivas versiones, evolución hacia IP --> IPSEC para el tráfico del
dominio de red, y el MAPSEC para la seguridad de redes basadas en SS7.
Intercepción legal.
Proporcionar a las autoridades la monitorización de llamadas y el tráfico
de información. Equipo de intercepción y filtrado de información.


Planificación radio en UMTS.

Objetivo.
Despliegue y características radio de los Nodos B para un QoS:
Número, emplazamientos, configuración y posibilidad de crecimiento.
Proceso.
Capacidad: depende del tipo, volumen y distribución geográfica del tráfico.
Cobertura: depende del tipo de zona y del tipo de célula a utilizar.
Para el modo TDD parecido a GSM: Interiores y zonas localizadas -->
características específicas del entorno.
Para FDD (WCDMA): Cobertura está relacionada con la capacidad
(depende del número de usuarios simultáneos en la célula).
Margen de interferencia = Incremento de ruido (Noise Rise)
Modelos de predicción
Pérdidas de propagación y fenómenos de desvanecimiento.
Modelos de tráfico para los distintos tipos de usuarios y servicios.
Modelos de movilidad, entre distintos tipos de entornos y modos.
Cálculo de los balances de enlace y factor de carga.


Planificación radio en UMTS.

Datos
Asumir carga UL
Iniciales

Capacidad UL Cobertura UL

Número de BS por Número de BS por
Capacidad Cobertura

¿Balanceado?
NO
Planificación
Nominal
Cobertura/Capacidad para
el DL

¿Balanceado?
NO


Capacidad celular.

Respiración de células en WCDMA (Breathing Cells)
GSM
Cobertura y capacidad son prácticamente independientes. Diseño de la red
para niveles de cobertura, y calculo canales para capacidad.
Red para capacidad y determinar potencias para cobertura.
UMTS
Cobertura y capacidad, y tráfico cursado (volumen y tipo de tráfico), se
encuentran estrechamente vinculados.
Capacidad depende de S/N
El ruido por interferencia de:
Otras células
Otros usuarios de la célula
Si el tráfico crece, (usuarios)
Aumenta ruido
Disminuye S/N
Disminuye la cobertura.


Capacidad celular.

Enlace ascendente
Requerimientos de calidad del servicio i para la conexión k:
⎛ W ⎞⎛ ⎞
⎟ ≥ (Eb N 0 )ik
Pik
⎜
⎜υ R ⎟⎜
⎟⎜ I ⎟ i : 1...S ; k :1...Ki
⎝ ik ik ⎠⎝ Total − Pik ⎠
Ki: Número total de conexiones del servicio i; S: Número de servicios.
W: Tasa de chip, 3.84 Mchips.
νi,k: Factor de actividad de la conexión k del servicio i. (voz: 0,67; datos:1)
Ri,k: Velocidad binaria de la conexión k del servicio i. (12.2, 144, 384 Kb/s)
Pi,k: Potencia de la señal recibida de la conexión k del servicio i.
ITotal: Interferencia total presente en el sistema. (Iint + Iext + N)
(Eb/No)i,k: valor mínimo en recepción para la conexión k del servicio i.
La potencia recibida de una conexión para el límite de calidad:
1
Pi ,k = I total
Wi ,k
1+
υik Rik (Eb N 0 )ik

Capacidad celular.

Enlace ascendente
El factor de carga (para la conexión k del servicio i):
1
Pi , k = Li , k ·I Total Li , k =
Wi , k
1+
υik Rik (Eb N 0 )ik
Factor de carga total: Suma todas las conexiones de todos los servicios:
Considerando la interferencia de las células vecinas: fUL= Iext/Iint
Omnidireccional ~ 0.93, sectorizado ~ 0.55) Señal deseada
Interferencia intracelular
Interferencia intercelular
S K
ηUL = (1 + fUL )∑∑ Li ,k
k =1 k =1

El factor de carga, indica la cantidad de tráfico
que puede soportar la estación base (Nodo B)


Capacidad celular.

Enlace ascendente
El factor de incremento de ruido (Noise Floor Rise):
Relación entre la interferencia total y el ruido térmico. Max ηUL= 1 polo
(sistema inestable)
La elección del valor es critica, influye en la capacidad y la cobertura.
Valores entre 50 y 70 %. MI : 3 y 5,2 dB

I Total 1 1
nR = = MI = N R (dB ) =10·log
N 1 − ηUL 1 − ηUL
Margen de interferencia MI: El factor de incremento de ruido en decibelios. Se
utiliza en el balance del enlace para el calculo de la sensibilidad, un valor bajo,
limita la capacidad del sistema y un valor alto puede limitar la cobertura.
Eb
S (dBm) = − 174 + NF +10 log R (b / s ) + + MI
N0

Para relacionar el factor de carga y la intensidad de tráfico que podría
cursarse para cada servicio con un cierto GOS debe emplearse la inversa
de las distribuciones de bloqueo. Método de Viterbi

Capacidad celular.
Enlace descendente, características diferentes al ascendente:
Un único transmisor, múltiples receptores. Reparto de potencia: Pi,1
La interferencia externa recibida por un móvil procede de las estaciones
base de otras células. Pi,j
Interferencia interna al no mantenerse la ortogonalidad de los códigos
por multitrayecto. Factor de ortogonalidad, αi entre 0 y 1 (~0.4)
Señal piloto para la sincronización de los móviles. Distribución de la
potencia total de la BS entre el canal piloto y los de control (5-10 %) y los
de tráfico, en función del número de usuarios β
Al canal de tráfico de cada usuario se le asigna la potencia necesaria para
asegurar la relación (Eb/No)i en el nivel deseado.
El límite de capacidad se alcanza cuando el número de usuarios es tal que la
potencia en la estación base es insuficiente para cumplir la Eb/N0

⎛ ⎞⎛ Pi ,1 ·β ⎞
(Eb N 0 )i = ⎜ W
⎜υ R ⎟⎜
⎟⎜ I + I + N ⎟ ⎟
⎝ i i ⎠⎝ int ext ⎠
β es la fracción de la potencia total asignada a los canales de tráfico.


Capacidad celular.
Enlace descendente: Señal deseada
Interferencia intracelular
Interferencia interna para el usuario i-ésimo, Interferencia intercelular

factor de ortogonalidad, αi
I int = (1 − α i )(1 − β )· pi1

Interferencia externa, señales recibidas
por el usuario desde J estaciones base
J J
I ext = ∑ p =∑ p
j =2
ij
j =1
ij − pi1 = ( f i − 1)· pi1

La relación final y de aquí despejando la potencia que llega al móvil:

⎛ ⎞⎛ pi1 ·β ⎞
(Eb N 0 )i = ⎜ W
⎜υ R ⎟⎜ (1 − β )·(1 − α ) p + ( f − 1) p + N ⎟
⎟⎜ ⎟
⎝ i i ⎠⎝ i i1 DLi i1 ⎠

W ν i Ri ⎞
; con ki = ⎛
N
Pi1 =
β (ki + 1 − α i ) − ( f DLi − α i )
⎜
⎝ Eb N 0 ⎟
⎠


Capacidad celular.
Enlace descendente:
El factor de incremento de ruido.

I total β ki
nR , DLi = =
N β (ki + 1 − α i ) − ( f DLi − α i )

Factor de carga total: Realizando un proceso similar al del enlace ascendente
M
⎛ (Eb N 0 )i ⎞ ⎛ ( f DLi − α i ) − β (1 − α i ) ⎞
η DL = ∑ ⎜
⎜ ⎟⎜
⎟⎜ ⎟
⎟
i =1 ⎝ W υ i Ri ⎠⎝ β ⎠
El factor de carga medio se obtiene dividiendo el anterior por el numero M
de usuarios. El margen de interferencia medio valdrá:
MI 1 = − 10·log (1 − η DL )
La potencia media por usuario se podrá estimar mediante:
Eb
P (dBm) = Lmedia − 174 + NF +10 log R (b / s ) + + MI
N0

Cobertura celular.

En WCDMA, las potencias requeridas y por tanto los alcances,
dependen del número de usuarios activos en la célula.
En el despliegue inicial de la red, se diseñarán macrocélulas que irán
disminuyendo su radio de cobertura según vaya aumentando la carga.
Balances del enlace. Parámetros:
Tasa binaria, R. Factor de actividad vocal.
Potencias de los UE (enlace ascendente) y Nodos B (descendente)
Ganancia de las antenas en Tx y Rx, 0 dBi para UE y 18 dBi Nodo B (sector)
Perdidas en cables y terminales, 0 dB en UE y varios en BS
Factor de ruido. Nodos B: 2 dB con MHA, y 8 dB para UE.
Factor de carga de la célula. Entre 50 % y 70 %. Margen interferencia
Factor de ortogonalidad. Descendente. 0,4
Relación Eb/No objetivo. (BER<10-3 para voz y BER<10-6 para datos).
Desviación típica del control de potencia: 2,4 dB, se suma al objetivo Eb/No
Sensibilidad terminales. Margen log=normal. Perdidas indoor, cuerpo ….
Ganancia por traspaso en continuidad. Ganancia por diversidad.
Máxima atenuación compensable distancia de cobertura.


Cobertura celular.
Enlace ascendente. (suele estar limitado en cobertura)
PIRE PIRE (dBm) = PMS + GMS − α cuerpo
Sensibilidad
⎛E ⎞
S (dBm) = − 174 + NF + 10 log Rbk + ⎜ b ⎟ + MI
⎜N ⎟
⎝ 0 ⎠k
Máximas pérdidas compensables:
Se obtienen diferentes valores para los distintos tipos de servicios. Se puede
elegir el servicio mas restrictivo y el resto transmitirá con menor potencia

AUL max =PIREMS − S BS + GBS + Gdiv + GSH − α pasivos − α otros ,indoor − ΔR − ΔL

Enlace descendente. (suele estar limitado en capacidad)
PIRE
PIRE (dBm) = PBS + GBS − α pasivos
Sensibilidad
⎛ Eb ⎞
S (dBm) = − 174 + NF + 10 log Rbk +⎜
⎜ N ⎟ + MI
⎟
Máximas pérdidas compensables: ⎝ 0 ⎠k
ADL max =PIREBS − S MS + GMS + GSH − α otros − ΔR − ΔL


Cobertura celular.
Ejemplo de UL: Servicio vocal: 12,2 Kbit/s
Transmisor (UE)
Potencia Tx max 0.126 W 21.0 dBm
Ganancia de antena UE 0.0 dBm
Pérdidas cuerpo 3.0 dB
PIRE 18.0 dBm

Receptor (BS)
Ancho de banda 3840000 Hz W
Figura de ruido BS 5 dB NF
Potencia de ruido receptor -103.1 dBm N = Fn ·k·T·B (T = 293 K)
Margen de Interferencia. 10log(NR) 3.0 dB η: Factor de carga: 50 %, NR = 1/(1- η)
Potencia interferencia receptor -100.1 dBm I = N + MI
Ganancia de Proceso 25.0 dB GP = 10·log (3840/12.2)
Eb/N0 necesaria 5.0 dB
Sensibilidad del receptor -120.1 dBm C = Eb/N0 - GP + I

Ganancia antena BS 18.0 dBi
Pérdidas en cables 2.0 dB
Margen fading rápido 0.0 dB Compensado por control de potencia
Pérdidas Máximas 154.1 dBm Lmax = PIRE + GR -Lcab - MF + C

Probabilidad de cobertura 95 %
Margen Fading Log-Normal 7.0 dB
Ganancia de Soft handover 2.0 dB
Pérdidas interiores-coche 0.0 dB
Exponente del modelo de propagación 3.57 Modelo Okumura-Hata

Cálculo del enlace (pérdidas célula) 149.1 dB Lp = 138.5 + 35.7 log (d)
Radio de la Célula 2.0 Km


Ejemplo de cálculos de capacidad.

Balances de Tráfico en zona Urbana para UMTS
Servicio Voz 64 kbps 144 kbps 384 kbps
Factor de carga 0,09 0,13 0,16 0,09
Ganancia de procesado 314.75 60 26,67 10
Error de control de potencia (dB) 2,5 2,5 2,5 1,5
Probabilidad de congestión 0,02 0,02 0,02 0,02
Eb/N0 objetivo (dB) 5,3 3,8 3,1 1,3
Factor de reutilización f 1,6 1,6 1,6 1,6
Función Q-1 2,05 2,05 2,05 2,05
Factor de actividad 0,4 1 1 1
K0 8,2 3,26 2,13 0,69
B 0,51 1,39 1,98 6,08
ϕc (corrección control de potencia) 1,18 1,18 1,18 1,06
F(B,σ) 0,35 0,22 0,17 0,1
Tráfico (E/sector) 4,46 0,45 0,22 0,04
Radio de la célula (Km) 0,6 0,6 0,6 0,6
Densidad de tráfico (E/Km2) 10 1 0,5 0,1
Solapamiento de sectores 2,55 2,55 2,55 2,55


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