COMITÉ CONSULTIVO PERMANENTE DE PERITOS EN TELECOMUNICACIONES CURSOS DE ACTUALIZACION Jorge González y González Septiembre 2009

3 G EVOLUCION TECNOLOGICA DE LAS REDES MOVILES Jorge González y González MAYO 2009

CAPACIDAD DE CANAL C= BW log2 (1+ S/N) bps Capacidad de canal En Teoría de la Información, la capacidad de un canal de comunicación es la cantidad máxima de información que puede transportar dicho canal de forma fiable, es decir, con una probabilidad de error tan pequeña como se quiera. Normalmente se expresa en bits/s (bps). Definición matemática Existen dos definiciones equivalentes entre sí del concepto de capacidad de un canal, una es para canales de tiempo continuo y la otra es para canales de tiempo discreto. Definición para canales continuos La definición de capacidad para canales continuos exige utilizar el Teorema del muestreo y algunos otros conceptos de teoría de la señal, además de los conceptos puramente estadísticos. Ampliando los estudios del físico Harry Nyquist, compañero en los Laboratorios Bell, Claude Shannon demostró que la capacidad teórica máxima de un canal de comunicaciones limitado en banda con ruido AWGN (ruido blanco aditivo gausiano) responde a la ecuación: C= BW log2 (1+ S/N) bps La ecuación anterior muestra que la capacidad de un canal está limitada por su ancho de banda (B) y por su relación señal/ruido (SNR). Bit físico vs bit de información En la ecuación de capacidad, el término "bit" no se refieren a un bit "físico" (por ejemplo un "0" lógico o un "1" lógico almacenado en una memoria digital) sino a un bit de información (entropía).

Generaciones de Redes móviles: 1G Redes de acceso analógico (1980) NMT AMPS TACS 2G Redes de acceso digital (1990) DAMPS CDMA-ONE GSM 2.5G Redes de acceso digital con mejoras para servicios de datos. CDMA 1X (144 Kbps) GPRS ( 30 Kbps ) EDGE (144 Kbps) 3G Redes de acceso digital con servicios y velocidades para datos comparables a las redes alámbricas. UMTS = WCDMA CDMA 2000 1X EVDO CDMA 2000 3X

UMTS Universal Mobile Telephone System ITU IMT – 2000 IMT – 2000 Future Land Mobile Telecommunication Services. ITU – R.M. 1457 especifica 5 tipos de redes para 3G.

ITU – R.M. - 1457 Interfaces de Radio Para IMT – 2000 IMT- DS = UMTS = WCDMA = UTRAN IMT- MC = CDMA 2000 IMT- TC = UTRAN TDD IMT- SC = WC – 136 IMT- FT = DECT

Tipos de “Core Networks 3G” (Protocolos dentro de las redes) (Protocolos entre los nodos de las redes) MAP / SS7 basado en GSM ANSI – 41 / 1S- 634 basado en CDMA 1x IP

Grupos de Investigación y Desarrollo 3G. UMTS 3GPP CDMA 2000 3GPP2

ALCATEL – LUCENT ERICSSON NOKIA – SIEMENS HUAWEI ZTE Proveedores de Tecnología 3G - UMTS ALCATEL – LUCENT ERICSSON NOKIA – SIEMENS HUAWEI ZTE

Para qué incrementar los anchos de banda? Aplicaciones: WAP browsing 8 a 32 Kbps. MMS 8 a 64 Kbps. Videotelefonía 64 384 Kbps. WEB browsing > 1Mbps. Video / audio streaming 32 1 Mbps.

HSDPA High Speed Downlink Packet Access 3G Nuevos Desarrollos: HSDPA High Speed Downlink Packet Access HSDPA High Speed Uplink Packet Access HSDPA High Speed Packet Access …. muy pronto LTE =Long Term Evolution

Evolución Tecnológica: DL: 474 Kbps EDGE UL:474 Kbps DL:14.4 Mbps UMTS HSDPA Con 5 + 5 MHZ UL:384 Kbps UMTS Con 5 + 5 MHZ HSDPA/HSUPA UL:5.76 Mbps DL: 28 Mbps UMTS HSPA Con 5 + 5 MHZ UL:11.5 Mbps DL:100 Mbps 3GPP LTE Con 20 + 20 MHZ UL:50 Mbps

DL: 2.4 Mbps EVDO REV 0 Con 1.25 + 1.25 MHZ UL:153 Kbps DL:3.1 Mbps EVDO REV A Con 1.25 + 1.25 MHZ UL:1.8 Mbps DL:14.7 Mbps EVDO REV B Con 5 + 5 MHZ UL:4.9 Mbps DL:100 Mbps EVDO REV C Con 20 + 20 MHZ UL:50 Mbps

Evolución WIMAX MOVIL: DL: 23 Mbps WIMAX FASE 1 10 MHZ TDD UL: 4 Mbps DL:46 Mbps WIMAX FASE 2 10 MHZ TDD UL:4 Mbps

ESQUEMAS DE MODULACION EDGE: MODULACIÓN THROUGHPUT POR TS (Kbps) MSC – 9 8 PSK 59.2 MSC – 8 54.4 MSC – 7 44.8 MSC – 6 29.6 MSC – 5 22.4 MSC – 4 GMSK 17.6 MSC – 3 14.8 MSC – 2 11.2 MSC – 1 8.8

HSDPA Terminal Categories: HS- DSCH CATEGORY MAXIMUM NUMBER OF HS- DSH CODES L1 PEAK RATE (Mbps) QPSK/ 16QAM Category 1 5 1.2 Both 19200 Category 2 28800 Category 3 1.8 Category 4 38400 Category 5 3.6 57600 Category 6 67200 Category 7 10 7.2 115200 Category 8 134400 Category 9 15 10.2 172800 Category 10 14.4 Category 11 0.9 QPSK 14400 Category 12

HSUPA Peak Throughput Rates: HSUPA CATEGORY CODES X SPREADING TTI TRANSP BLOCK SIZE DATA RATE 1 1 X SF4 10 7296 0.73 Mbps 2 2 X SF4 14592 1.46 Mbps 2919 3 4 2 X SF2 20000 2 Mbps 5837 2.9 Mbps 5 6 2XSF4 +2XSF4 11520 5.76 Mbps

Bands For UMTS Deployment. Up to 190 MHZ New 3G band 2600 2x60 MHZ WCDMA band 2100 2x60 MHZ PCS band in USA and Americas 1900 2x45 MHZ New 3G band in USA 1700 / 2100 2x75 MHZ 1800 in Europe, Asia and Brazil 1800 / 1700 2x30 MHZ 1700 in Japan and China with 2x30 MHZ 2x35 MHZ Europe, Asia and Brazil 900 2x25 MHZ Americas, Japan, Asia 800, 850

PERFORMANCE OF DIFFERENT WIRELESS TECHNOLOGIES: DOWNLINK UPLINK Peak Network Speed Peak Achievable User Rate GPRS (CS1- 2, type 2 MS) 107.2 Kbps GPRS (CS1- 2, type 1 MS) 53.6 Kbps 40 Kbps GPRS (CS1- 4, type 2 MS) 171.2 Kbps GPRS (CS1- 4, type 1 MS) 85.6 Kbps EDGE (type 2 MS) 473.6 Kbps 400 Kbps EDGE (type 1 MS) 236.8 Kbps 200 Kbps Evolved EDGE (type 1 MS) 652.8 Kbps 500 Kbps 326.4 Kbps 250 Kbps Evolved EDGE (type 2 MS) 1305.6 Kbps 1.0 Mbps UMTS WCDMA Rel’99 (Theoretical) 2.048 Mbps 768 Kbps UMTS WCDMA Rel’99 (Practical Terminal) 384 Kbps 350 Kbps HSDPA Initial Devices 1.8 Mbps > 1 Mbps HSDPA Current Devices 3.6 Mbps > 2 Mbps HSDPA Future Devices 7.2 Mbps > 3 Mbps HSDPA Theoretical Peak 14.4 Mbps 5.76 Mbps HSDPA Initial Implementation > 4 Mbps 1.46 Mbps 1 Mbps

Throughput…: HSPA Future Implementation 7.2 Mbps 5.76 Mbps DOWNLINK UPLINK Peak Network Speed Peak Achievable User Rate HSPA Future Implementation 7.2 Mbps 5.76 Mbps HSPA Theoretical Peak 14.4 Mbps HSPA + (2x2 MIMO, 16-QAM) 28 Mbps 11.5 Mbps 3GPP LTE Targets(in 20 MHZ bandwidth) 100 Mbps 50 Mbps CDMA2000 1XRTT 153 Kbps 130 Kbps CDMA2000 1XRTT Theoretical Peak 307 Kbps CDMA2000 EV-DO Rev 0 2.4 Mbps > 1 Mbps 150 Kbps CDMA2000 EV-DO Rev 0 Theoretical Peak CDMA2000 EV-DO Rev A expected and theoretical 3.1 Mbps 1.8 Mbps 900 Kbps CDMA2000 EV-DO Rev B expected (3 radio channels) 9.3 Mbps 5.4 Mbps CDMA2000 EV-DO Rev B Theoretical(15 radio channels) 73.5 Mbps 27 Mbps CDMA2000 EV-DO Rev C Goals 802.16e WIMAX expected phase 1 (10 MHZ TDD DL/UL=3, 1X2SIMO 23 Mbps 4 Mbps 802.16e WIMAX expected phase 2 (10 MHZ TDD DL/UL=3, 2X2MIMO 46 Mbps

Performance Relative to Theoretical Limits for HSPDA, EV-DO, and IEEE 802.16e-200560 Shannon bound Shannon bound with 3dB margin HSDPA EV- DO IEEE 802.16e- 2005 6 5 x 4 Achievable Efficiency (bps/HZ) 3 x 2 x 1 x x x -15 -10 -5 5 10 15 20 Required SNR (dB)