O+M Transmisión y Radio

O+M Transmisión y Radio
Operaciones O+M Transmisión y Radio FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA 3G (UMTS) Manuel Quesada Castillo 1

Operaciones O+M Transmisión y Radio Nombre Curso: Fundamentos a la Tecnología Móvil 3G Nº Horas: 12 Conocimientos necesarios para el curso: Conocimientos básicos de Radio Y Redes de Telecomunicación Objetivos del Curso: Adquirir conocimientos avanzados sobre las características y funcionamiento de las Redes de Telefonía Móvil 3G actuales Manuel Quesada Castillo 2

Operaciones O+M Transmisión y Radio INDICE 01 FUNDAMENTOS DE TELEFONÍA MÓVIL CELULAR 02 INTRODUCCION A LA TECNOLOGÍA UMTS 03 SURGUIMIENTO DEL 3G 04 ARQUITECTURA DE UNA RED MOVIL 05 UMTS: NUEVA TECNOLOGIA MOVIL 06 PROCESO DE ESTANDARIZACION 07 SERVICIOS Y APLICACIONES 3G 08 FUNDAMENTOS DE LA TECNICA CDMA 09 BANDAS DE FRECUENCIAS DEL 3G: TDD Y FDD 10 TIPOS DE CANALES 11 GESTION DE RECURSOS 12 HSxPA Y EVOLUCION DE FUTURO Manuel Quesada Castillo 3

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio 01. FUNDAMENTOS DE TELEFONIA MOVIL CELULAR Comunicaciones Móviles aparecen hace poco más de un siglo Despegue gracias a la telefonía celular Usan el espectro UHF en la banda MHz Telefonía Celular Distintas tecnologías Evolución  Velocidad y Calidad de Servicio Desarrollos Tecnológicos  Agrupados en torno al concepto de generación Una generación se asocia a una tecnología de transmisión y a un determinado conjunto de servicios 1G  Tecnología Analógica 2G Transmisión Digital 3G  Provisión de Servicios Multimedia Manuel Quesada Castillo 4

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio En vez de cubrir una zona con un solo transmisor de gran potencia se introducen muchos transmisores de menor potencia que dan cobertura a una zona limitada + Permite mayor capacidad + Menor Potencia de los Terminales (y por tanto menor gasto de batería) - Es necesario controlar las interferencias entre células - Complica la Gestión de la Movilidad  Es necesario gestionar el traspaso entre células (handover) Se Divide el espacio de cobertura en una serie de células o celdas cada una de las cuales está soportada por una estación base Incorpora la antena, transmisores y controladores necesarios para proporcionar comunicación radio en el espacio geográfico asociado a la celda GSM  Cada celda tiene asociado un conjunto de frecuencias sobre las que opera Técnicas de Acceso al Medio TDMA Las transmisiones de cada usuario tienen reservado un intervalo temporal CDMA  La transmisión de cada usuario es multiplicada por un código que le permite diferenciarse de las transmisiones de otros usuarios FDMA A cada usuario se le asigna una frecuencia Manuel Quesada Castillo 5

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Los principales objetivos de los sistemas de comunicaciones móviles celulares son: Proporcionar acceso a las redes de comunicaciones públicas Permitir la movilidad de los usuarios Proporcionar un servicio continuo en las zonas de cobertura Proporcionar un grado de servicio aceptable Los principales problemas que presentan los sistemas móviles El espectro disponible es limitado Situado entre 800 y 2100 MHz La presencia de otros usuarios genera interferencias que reducen la capacidad y/o la calidad del servicio La cobertura que proporciona una estación radiante está limitada por la distancia a la misma La solución pasa por dividir el área de cobertura en células Otros sistemas de comunicaciones radio (sean interactivos como LMDS o MMDS, p de distribución de la señal de radio/TV) son también sistemas celulares Manuel Quesada Castillo 6

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio CONCEPCIÓN INICIAL Maximizar la zona de cobertura Potencia de las estaciones base (BS) muy elevada.- - Potencia de los móviles (MS) elevada. “handicap” ---Eficiencia en términos de número de canales por unidad de superficie es pequeña -Un número de usuarios alto requiere un ancho de banda muy grande. Fragmentación en células de la zona a cubrir. Potencia de las BS y los MS reducida. -Reuso de frecuencias. PRINCIPIOS BÁSICOS: -Estructura pensada para reducir la interferencia cocanal. REQUIERE: -Asignación de frecuencias. -Gestión eficiente de los traspasos de llamadas Eficiencia = N canales Superficie BW Total Canal Eficiencia= n Manuel Quesada Castillo 7

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Reutilización de Frecuencias  FICTICIA IDEAL REAL Relación entre las coberturas ideales y reales. Manuel Quesada Castillo 8

Operaciones O+M Transmisión y Radio Reutilizacion de Frecuencias “Rehuso de frecuencias” limitación: f Interferencias f3 2 f7 f1 f4 f6 f2 f5 f3 f7 f1 f6 f4 f2 f5 f3 f7 f1 f4 f6 f5 “CLUSTER”: conjunto de células “Hand-off” que emplean frecuencias diferentes Limitación:Complica el control En este caso el cluster es de 7 células. de la red Manuel Quesada Castillo 9

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Sectorización División de una célula en tres sectores diferentes con una amplitud de 120º cada uno Esto permite un mayor aprovechamiento de la banda de frecuencias disponible Mejor calidad y fiabilidad de las llamadas Disminuye la interferencia cocanal El radio de cobertura varia de 0.8 a 35Km (máximo) Se puede adaptar el radio de cobertura de cada sector individualmente SECTOR 1 SECTOR 2 SECTOR 3 120º N Manuel Quesada Castillo 10

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio PATRON DE REUTILIZACION DE: 3 CELULAS(sectores) Y 4 ESTACIONES A1 A3 A2 B1 B3 B2 D1 D3 D2 C1 C3 C2 DISTANCIA MINIMA 2:1 REUTILIZACION 12 GRUPOS DE FRECUENCIAS Manuel Quesada Castillo 11

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Evolución de la Telefonía Móvil Manuel Quesada Castillo 12

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio 02. INTRODUCCION A LA TECNOLOGIA UMTS El objetivo principal de esta unidad es proporcionar una visión general de la Tecnología 3G. En concreto conocer: Porque surge la Tecnología 3G Limitaciones de los sistemas 2G y 2,5G Ventajas de la Tecnología 3G. Mejora de las prestaciones de las comunicaciones móviles tanto vocales como de datos Presentación de cómo se estructura una red de Telefonía Móvil: Conceptos básicos de la Tecnología GSM Como la Técnica CDMA utilizada en UMTS, aprovecha el espectro radioeléctrico de un modo más eficiente Las bandas de frecuencias que utiliza y utilizará UMTS Como son los servicios y terminales UMTS El proceso de estandarización de la tecnología UMTS y las diferentes versiones Las previsiones de evolución en el mercado de la Tecnología UMTS Manuel Quesada Castillo 13

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio 03. SURGUIMIENTO DE UMTS Las redes GSM/GPRS permiten a sus usuarios establecer comunicaciones de voz y datos. Las comunicaciones de datos se realizan mediante la técnica de conmutación de paquetes, con la consiguiente mejora de eficiencia y velocidad, permitiendo a los usuarios permanecer siempre conectados (always on). Sin embargo estas redes presentan una serie de limitaciones (Capacidad, velocidad, etc.) que hacen que sea prácticamente imposible dar cabida a todos los usuarios y a las necesidades de servicio que se esperan. Por este motivo, los distintos agentes del sector de las comunicaciones móviles se pusieron a trabajar en el desarrollo de una nueva Generación de tecnología móvil, la 3G, de la cual el sistema UMTS forma parte. Manuel Quesada Castillo 14

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio 3.1. LIMITACIONES DE LOS SISTEMAS 2G Y 2,5G La 3G móvil, y con ella el sistema UMTS, nace con el objetivo de superar las limitaciones de los sistemas GSM/GPRS para la prestación de servicios más complejos y avanzados. Estas limitaciones son las siguientes: Estas limitaciones provocaron que los principales organismos normativos del sector de las comunicaciones móviles se plantearan el desarrollo de las tecnologías de 3G. Manuel Quesada Castillo 15

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Problemas de capacidad: El crecimiento explosivo de la penetración de la telefonía móvil ha llevado a las redes GSM a estar cercanas a su límite de capacidad en determinadas zonas (ciudades, centros turísticos). La reutilización de de frecuencias lograda con la división celular y la técnica TDMA (junto a otras mejoras más sofisticadas) no es suficiente, por lo que se necesitan nuevas bandas de frecuencia. Velocidad de Transmisión de Datos limitada: En la práctica, el sistema GPRS permite alcanzar velocidades de Tx. De datos en torno a Kbps, aunque es posible que sean mayores en un futuro cercano. Sin embargo, se han identificado servicios tan atractivos como la reproducción de música y de video que requieren velocidades bastante mayores para ser viables. Rigidez en la definición de servicios: En 2G y 2,5G el proceso es bastante rígido, ya que está muy ligado a las especificaciones técnicas de los sistemas, lo que permite poca diferenciación entre operadoras. Por otro lado, los servicios que se han ido incorporando al margen de las especificaciones de 2G, como por ejemplo WAP, han dado lugar a una cierta falta de homogeneidad en su funcionamiento. Mínimo Control de la Calidad de Servicio: Existen un conjunto de parámetros (ancho de banda, retardo, prioridad, etc.) que influyen en la calidad que percibe el usuario al recibir un servicio. Estos parámetros son poco controlables en las redes 2G y 2,5G. Manuel Quesada Castillo 16

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 04. ARQUITECTURA DE UNA RED MOVIL Operaciones O+M Transmisión y Radio RED TELEFÓNICA MÓVIL GSM (PLMN) N7 ISDN PSTN GMSC SIG/MAP MSC MSC BS BS BS BS SIG HP MS HP Manuel Quesada Castillo 17

Segunda Generación (2G) Operaciones O+M Transmisión y Radio Surge a principios de los 90 Sistemas de telefonía digital celulares orientados a transportar voz mediante conmutación de circuitos Alta calidad de comunicación Servicios de Valor Añadido Roaming, Mensajes Cortos, Desvío de llamadas, Identificación del llamante, Estándar Europeo GSM (Global System For Mobile Communications) Acceso múltiple por división de tiempos Típicamente en la banda de los 900, 1800 850 y 1900 Mhz en América Estándares Americanos En EEUU y otros países a la 2G se la conoce como PCS (Personal Communications Systems) TDMA (IS-136), típica evolución desde AMPS Time Division Multiple Access CDMAOne (IS-95 A/B) Code Division Multiple Access Estándar Japonés  PDC (Personal Digital Cellular) Manuel Quesada Castillo 18

Operaciones O+M Transmisión y Radio Segunda Generación (2G) Ventajas de la digitalización de las redes móviles: Mayor eficiencia espectral (modulaciones más eficientes) y mejor protección frente a interferencias Posibilidad de utilización de codificaciones de fuente más eficientes Ejemplo: la voz en GSM se codifica a 13 Kbps ganándose capacidad frente a las redes analógicas La digitalización del enlace radio aumenta la seguridad y se facilita la introducción de mecanismos adicionales de cifrado Posibilidad de introducir nuevos servicios: SMS, GPRS, etc Miniaturización de los terminales Se reduce el tamaño y consumo de los componentes de los terminales pudiéndose aumentar el grado de integración Manuel Quesada Castillo 19

GSM (Transmisión de Datos) Operaciones O+M Transmisión y Radio GSM proporciona acceso a Datos mediante llamada conmutada CSD Circuit Switched Data El usuario realiza una llamada para conectarse a la red móvil Una vez establecida se dispone de un canal vocal dedicado a la transmisión de datos durante el tiempo que dura esa llamada Velocidad máxima 9600 bps Se necesita un módem GSM conectado a un portátil o una PDA o bien un móvil GSM con capacidad de acceso WAP (todos en la actualidad lo tienen) La llamada del usuario se encamina por la red de conmutación GSM hasta los Servidores de Acceso Remoto (RAS), los cuales se encargarán de descolgar y establecer el nivel de enlace (PPP) con el usuario Finalmente y una vez autenticado el usuario se le asignará una dirección IP Inconvenientes Baja velocidad Excesivo tiempo de establecimiento de conexión Desperdicio de recursos radio y de conmutación ya que se utiliza un canal vocal, establecido permanentemente para transmitir datos Tráfico de Datos  Aleatorio y A ráfagas Tarificación por tiempo de conexión y no por tráfico generado Costes variables y no predecibles La aparición de las redes 2.5G de conmutación de paquetes, como es el caso de GPRS, ha hecho caer en desuso el uso de GSM para transmitir datos Las redes 2.5G y 3G han surgido como respuesta a la necesidad de transmitir datos en redes móviles con una velocidad y coste aceptables Manuel Quesada Castillo 20

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 4.1. FUNDAMENTOS DEL SISTEMA GSM Operaciones O+M Transmisión y Radio A comienzos de los 90, la ausencia a nivel mundial de un sistema móvil digital común hizo que el sistema GSM se expandiera hacia Europa del Este, África, Asia y Australia. EEUU, América del Sur y Japón adoptaron otros sistemas de telefonía móvil no compatibles con GSM (Global System for Mobile Communications) CRONOLOGIA: 1982 – Constitución del grupo de trabajo GSM en la CEPT (Conference Européenne des administrations des Postes et des Télécommunications). La CEPT decide el plan de acción y plazos. La Comisión Europea acuerda que la norma que elabore el grupo GSM será adoptada en todos los países comunitarios. 1986 – Se propone el empleo de la banda de 900 MHz para GSM 1987 – Se acuerda que GSM sea un sistema digital y que emplee la técnica TDMA 1988 – El grupo GSM se convierte en una comisión del ETSI (European Telecommunications Standard Institute) Manuel Quesada Castillo 21

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio CRONOLOGIA: 1990 – Se cierra la Fase I de las especificaciones. Validación de los sistemas implementados y primer congreso mundial GSM en Roma con 650 participantes Primera llamada oficial GSM en el mundo (1 de julio) Primera red GSM en el mundo (Finlandia). Primeras pruebas en la Expo de Sevilla operadoras en enero. Debido al considerable aumento de usuarios comienza a utilizarse adicionalmente la banda de 1800 MHz. Primeros acuerdos de itinerancia internacional operadoras en enero. Primera red en Afrecha (Sudáfrica). Lanzamiento de los servicios portadores de datos/fax de GSM fase operadoras en diciembre operadoras. Implementación de servicios de fax, datos e itinerancia de SMS. Se completa la estandarización de GSM fase 2 incluyendo la adaptación para GSM 1900 (PCS 1900). Primera red GSM 1900 en USA Manuel Quesada Castillo 22

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio CRONOLOGIA: operadoras en diciembre. Mas de 4 millones de usuarios de GSM 1900 en USA y un total de 250 millones de GSM 900/1800/1900 en todo el mundo 2004 – 626 operadoras. Se alcanza la cifra de mil millones de usuarios a lo largo del primer cuatrimestre, finalizando el año con millones 2005 – Finaliza el año con 670 redes comerciales en 200 países y millones de clientes. Manuel Quesada Castillo 23

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Funciones de movilidad de una Red Móvil: Registro (attach) Localización Aviso (paging) Traspasos (handover) Itinerancia (roaming) Abandono de la red (detach) Roaming o itinerancia internacional: Permite recibir y realizar llamadas en el extranjero sin cambiar de terminal y utilizar todos los servicios suscritos si están disponibles. Se caracteriza por el pago del tramo internacional de la llamada por parte del desplazado y por la posibilidad de elección de la operadora destino. Si en el país destino no hay tecnología GSM, la operadora puede prestar un terminal al cliente, desviando las llamadas desde el móvil original al prestado y en situaciones especiales sin cobertura se proporciona telefonía móvil por satélite. Manuel Quesada Castillo 24

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Funciones de gestión de red Operación y Mantenimiento (gestión de alarmas, estadísticas, software de elementos de red, reclamaciones de clientes, etc) Gestión de abonados (facturación, atención al cliente) Gestión de los recursos radio Asignación de frecuencias Mediciones de señal Saltos de frecuencia Manuel Quesada Castillo 25

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio 4.2. JERARQUÍA EN LA RED MÓVIL Zona de sistema: Es el nivel más alto, constituido por el área resultante de la unión de todas las zonas del mundo en las que se presta servicio GSM. El área de la zona GSM de España tiene un código, el MCC (Mobile Country Code), cuyo valor es 214. Zona de servicio PLMN: Es el área geográfica servida por un operador GSM. El código MNC (Mobile Network Code) de Telefónica Móviles España es el 07, el de Vodafone el 01 y el de Amena el 03. Zona de conmutación: Es la superficie controlada por un MSC, es decir, el conjunto de zonas de cobertura de estaciones base conectadas al mismo MSC. Manuel Quesada Castillo 26

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Zona de servicio PLMN-GSM Manuel Quesada Castillo 27

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Zona ó Área de localización (LA=Location Area) : Es el área dentro de la cual una estación móvil puede moverse libremente sin que se modifique su registro de localización. Comprende varias estaciones base. Cuando es necesario alertar a un móvil para pasarle un mensaje o una llamada entrante, se le avisa por las estaciones base de la zona de localización. Manuel Quesada Castillo 28

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Cada móvil realiza una actualización de localización cuando accede a una nueva LA. Un mismo MSC puede controlar varias áreas de localización. El LAI es la identificación del área de localización. Consta de tres partes: el MCC, el MNC y el LAC. Manuel Quesada Castillo 29

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Zona de celda o de estación base (CI): Es el área cubierta por una estación base, dentro de la cual un móvil puede conectarse vía radio a esa estación base. Si se utiliza cobertura sectorizada con 2 ó 3 sectores, se definen 2 ó 3 áreas de celda servidas por otras tantas estaciones base. Cada estación base se identifica mediante el CI (Cell Identity). Manuel Quesada Castillo 30

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio CGI (Cell Global Identificación). Incluye el MCC, MNC, LAC y CI. Ejem Manuel Quesada Castillo 31

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio ARQUITECTURA DE LA RED GSM La arquitectura de UMTS es igual que ésta en la parte de Núcleo de Red, y similar en la parte del subsistema Radio. Manuel Quesada Castillo 32

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Subsistemas del GSM BSS NSS OSS GSM Agrupación de elementos en subsistemas Manuel Quesada Castillo 33

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio 4.3. UNIDADES FUNCIONALES DEL SISTEMA SIM (Subscriber Identity Module) Contiene la siguiente información del sistema GSM: Parámetros como el IMSI, MSISDN y TMSI que identifican al abonado en la red, información de localización (identidad de área de localización LAI), algoritmos (algoritmos de autentificación A3 de obtención de la clave kc (A8) y de cifrado (A5)), autenticación para acceder al terminal (parámetros PIN, Personal Identification Number, PUK, Personal Unblocking Key) y a la red (ki), PLMN no autorizadas e información del usuario como la agenda, SMS recibidos y enviados, servicios GSM adicionales etc. Manuel Quesada Castillo 34

Operaciones O+M Transmisión y Radio UNIDADES FUNCIONALES: MS Estación móvil (MS, UE:User Equipment) Es el equipo físico utilizado por el usuario de GSM para acceder a los servicios proporcionados por la red a través de la interfaz Um. Se identifica por su IMEI (International Mobile Equipment Identity). Como equipo, la MS proporciona la plataforma física para el acceso pero es anónima y no puede funcionar con la red hasta que se personaliza mediante la inserción de una SIM (Subscriber Identity Module) donde figura, entre numerosas informaciones, la identidad del abonado, IMSI (International Mobile Subscriber Identity) Manuel Quesada Castillo 35

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Operaciones O+M Transmisión y Radio Operaciones O+M Transmisión y Radio UNIDADES FUNCIONALES:BTS Estaciones base (BTS) Constituidas por los equipos transmisores/receptores de radio (transceptores), los elementos de conexión al sistema radiante (combinadores, multiacopladores, cables coaxiales), las antenas y las instalaciones accesorias (torres soporte, pararrayos, tomas de tierra, etc..). Debido a que funcionan en lugares donde no hay mantenimiento “in situ”, los equipos de BTS deben ser sencillos, fiables, duraderos y de coste moderado. La BTS maneja el interfaz de radio a la estación móvil. Manuel Quesada Manuel Quesada Castillo 36 36

Operaciones O+M Transmisión y Radio UNIDADES FUNCIONALES:BSC Controlador de estaciones base (BSC) Elemento de red que se encarga de la gestión de varias BTS en lo relativo a los recursos radio : asignación, utilización y liberación de las frecuencias, ciertos tipos de traspasos, control de potencia etc... También puede realizar ciertas funciones de conmutación Se interacciona con él a través del OMC para labores de operación y mantenimiento. También recoge todo tipo de estadísticas y alarmas tanto de su propio funcionamiento como de las BTS que controla para detectar posibles problemas en la red radio Manuel Quesada Castillo 37

Operaciones O+M Transmisión y Radio UNIDADES FUNCIONALES:TRAU TRAU (Transcoder) Es la unidad de transcodificación/adaptación de velocidad En la interfaz Abis, cada canal de voz tiene una velocidad de 16 kbit/s mientras que en la interfaz A la velocidad es de 64 kbit/s. La TRAU se encarga de la conversión de velocidades para poder adaptar la velocidad entre ambas interfaces. Manuel Quesada Castillo 38

Operaciones O+M Transmisión y Radio UNIDADES FUNCIONALES:MSC Centro de conmutación de móviles (MSC): Es, en esencia, una central telefónica que realiza las funciones de encaminamiento y conmutación de llamadas para las MS situadas en su demarcación. Además, proporciona las funciones adicionales necesarias para sustentar la movilidad y organizar la asignación de los recursos radioeléctricos al realizar los traspasos de llamadas entre BTS controladas por distintas MSCs Las G-MSC (Gateway-MSC) son aquellas MSC dotadas de una funcionalidad adicional encargadas de dar acceso a redes externas a la propia PLMN. Otras MSCs incorporan funcionalidades más especializadas para el procesado y encaminamiento de los mensajes cortos (SMS-IW-MSC y SMS-G-MSC) Manuel Quesada Castillo 39

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Registro general de abonados (HLR) Es una base de datos donde están inscritos todos los clientes de un operador, que se utiliza para la gestión de los abonados móviles. El HLR contiene información estática: toda la información administrativa de cada abonado (parámetros de identificación, servicios contratados, limitaciones de servicio) junto con los datos de localización del mismo (información dinámica: direcciones del VLR y del MSC e identidad temporal de la MS). Manuel Quesada Castillo 40

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Registro de abonados itinerantes (VLR): Base de datos, asociada a un MSC, donde se almacena información dinámica (temporal) sobre los usuarios transeúntes en el área geográfica cubierta por la MSC. Cuando un MS itinerante entra en una zona de MSC, éste lo notifica al VLR asociado. El MS recibe una dirección de visitante que sirve para encaminar las llamadas destinadas a ese móvil. El VLR contiene otras informaciones necesarias para el tratamiento de las llamadas desde/hacia el móvil como los datos de los servicios contratados por el usuario, identificación completa del cliente, estado del terminal (apagado, registrado), restricciones...etc.. Manuel Quesada Castillo 41

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Centro de autentificación (AuC): Base de datos en donde se guardan las identidades IMSI de los clientes junto con la clave secreta de identificación ki de cada usuario, el cual tiene almacenada en la tarjeta SIM de su teléfono móvil una copia de ki. El AuC está asociado al HLR y proporciona la información necesaria para la validación de los usuarios por parte de la red. Manuel Quesada Castillo 42

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Registro de identidad de equipos (EIR): Base de datos que contiene las identidades de los equipos móviles, IMEI (International Mobile Equipment Identity). El IMEI permite identificar cada terminal internacionalmente de forma unívoca. Incluye, junto a otra información, el código del fabricante y el número de serie del equipo. También se almacena en la memoria del terminal. Cuando un MS trata de realizar una llamada, el MSC consulta al EIR la validez del IMEI de ese equipo. Contiene tres tipos de listas: lista blanca: terminales autorizados para el acceso a la red lista gris: terminales en observación (fallos, irregularidades) lista negra: terminales que tienen prohibido el acceso a la red (por ejemplo por haber sido robados) Manuel Quesada Castillo 43

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 05. UMTS: NUEVA TECNOLOGIA MOVIL Operaciones O+M Transmisión y Radio La tecnología UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) nace con un objetivo muy claro: solucionar las limitaciones de los sistemas 2G y 2,5G, y de este modo, poder ofrecer servicios móviles más avanzados y atractivos. El sistema UMTS requiere el despliegue de una nueva red, ya que introduce importantes cambios en los distintos subsistemas de sus predecesores de 2G y 2,5G, que hace que éstos no sean reaprovechables. Incluye desde nuevas antenas y estaciones base hasta nuevas centrales de conmutación en las siguientes fases. Estas novedades son significativas en el Subsistema de acceso radio: Nuevas bandas de frecuencia: Ayudan a superar los problemas de capacidad de los sistemas 2G y 2,5G. Nueva técnica de acceso compartido al medio, CDMA: Esta técnica permite un mayor aprovechamiento espectral y, por tanto, un aumento de la capacidad de la red. En cambio, en el Subsistema de red troncal: Se conserva la filosofía de 2,5G, manteniendo la conmutación de circuitos para las comunicaciones vocales y la conmutación de paquetes para las comunicaciones de datos. También se requieren nuevos equipos e infraestructuras en este subsistema. Debido a la existencia de diferencias en los protocolos, codificadores y otros elementos definidos en UMTS. Manuel Quesada Castillo 44

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 5.1. PRINCIPALES VENTAJAS DE UMTS Operaciones O+M Transmisión y Radio Por las razones anteriores se suele hablar de UMTS como una evolución/revolución respecto a GSM/GPRS: Evolución en el subsistema de red troncal y revolución en el subsistema de acceso radio. La solución de 3G que adoptaron las operadoras GSM/GPRS es la tecnología UMTS. ¿Qué ventajas presenta UMTS respecto a GSM/GPRS? Mayor Aprovechamiento Espectral: Gracias a la técnica de acceso compartido CDMA, UMTS consigue utilizar de un modo más eficiente cada frecuencia dando cabida a más usuarios simultáneos (incrementando por tanto la capacidad). Manuel Quesada Castillo 45

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Control de la Calidad de Servicio: Los usuarios UMTS podrán, antes de utilizar el servicio, definir los principales parámetros de calidad del mismo, como la velocidad mínima garantizada y el tiempo máximo que puede durar el servicio. Las operadoras pueden utilizar la calidad de servicio elegida como una nueva variable de facturación. Operaciones O+M Transmisión y Radio Manuel Quesada Castillo 46

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON UMTS: NUEVA TECNOLOGÍA MÓVIL Operaciones O+M Transmisión y Radio Entorno de servicios amigable y consistente: Gracias a la capacidad avanzada VHE (Virtual Home Environment o Entorno Doméstico Virtual) que incorpora UMTS, los usuarios accederán de mismo modo a los distintos servicios de la operadora, independientemente del país y de la red en que se encuentren. Sus preferencias personales de acceso y uso de los servicios se mantendrán constantes en las distintas redes. Definición de Servicios flexible: En las especificaciones de UMTS no se definen los servicios, sino únicamente las capacidades y estructuras sobre las que se apoyarán éstos (se define una arquitectura de servicios estándar). Esta forma de trabajar permite a las operadoras definir de forma más flexible y dinámica sus servicios utilizando las capacidades de la red. Manuel Quesada Castillo 47

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Altas Velocidades de Transmisión de Datos: Como se puede ver en la tabla, en UMTS se podrán alcanzar mucho más altas velocidades de transmisión que en GSM/GPRS. Manuel Quesada Castillo 48

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 5.2. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGÍA UMTS Operaciones O+M Transmisión y Radio La arquitectura de UMTS esta constituida por Entidades Funcionales, Interfaces y Puntos de acceso al servicio: Entidades Funcionales: UE: User Equipment (Equipo de Usuario). UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network (Red de Acceso Radio). CN: Core Network (Núcleo de Red). Interfaces: Uu: Radio (Air) Interface Iu: Interface CN/UTRAN Entidades Funcionales: se insertan en dos estratos: Estrato de no acceso. Estrato de acceso: El estrato de acceso contiene básicamente todos los elementos específicos de radiotransmisión que proporcionan servicios al estrato de no acceso. Manuel Quesada Castillo 49

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Estratos de acceso y no acceso: Plano de control. Estratos de acceso y no acceso: Plano de usuario. Operaciones O+M Transmisión y Radio RRM RAN protocols (Access Stratum, AS), UTRAN CN protocols (Non Access Stratum, NAS), UMTS PDCP L3CE RLC MAC WCDMA/ TD-CDMA Relay GTP L1 L2 UDP/TCP IP UE UTRAN 3G-SGSN 3G-GGSN Uu Gn Iu RAN protocols (Access Stratum, AS) Manuel Quesada Castillo 50

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Arquitectura de la red UMTS (Rel. 99) Esta es la versión básica, y esta formada por los elementos que se muestran en la gráfica: Core-Network proporciona el control de las llamadas, la movilidad y la localización del UE. También se encarga de la tarificación. Manuel Quesada Castillo 51

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio RAN (Radio Access Network) esta formada por RNCs y Nodos B y proporciona la conexión entre el CORE y el UE. Aparecen un interfaces nuevo y otro se desdobla: Iur: Interface que comunica dos RNCs entre sí. Iu-CS: Interface que comunica la RNC con el CORE de conmutación de circuitos. Iu-PS: Interfaces que comunica la RNC con el CORE de conmutación de paquetes. Manuel Quesada Castillo 52

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio El subsistema de acceso radio, UTRAN consta de un conjunto de sistemas radio RNS (El subsistema RNS está constituido por un controlador de red RNC y varios nodos B) conectados a la red CN a través de interfaces Iu e interconectados entre sí por las interfaces. Proporciona la cobertura radioeléctrica de la red UMTS. Controla el acceso de los terminales móviles al sistema. Proporciona privacidad y seguridad a las comunicaciones. Realiza funciones de gestión de parte de la movilidad de los terminales móviles. Manuel Quesada Castillo 53

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Los Nodos B realizan las mismas funciones que las estaciones base de GSM: Dan cobertura radioeléctrica y se comunican directamente con los terminales. Cada Nodo B está controlado por un único RNC, el cual controla un número determinado de Nodos B. En UMTS, cada terminal puede comunicarse simultáneamente con varios nodos B. El RNC combina/selecciona las señales que recibe del móvil a través de varios Nodos B obteniéndose una ganancia en la calidad de la comunicación. Esta técnica se denomina Macrodiversidad en Recepción. El nodo B está formado por amplificadores de potencia, tranceptores (llevan la señal en banda base a la radiofrecuencia de emisión y viceversa) y procesadores en Banda Base que se encargan del procesamiento de la señal digital y su estructuración en canales. Manuel Quesada Castillo 54

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Potencia de transmisión: Enlace ascendente: Se ha previsto utilizar terminales de usuario de clase 4 para servicios de voz y datos: Potencia máxima de 21 dBm (125 mW). Enlace descendente: Potencia total disponible en el Nodo B: - Valores típicos: Macrocélulas 43 dBm (20 W), Micro y Picocélulas 30 dBm (1 W). - Se utiliza entre un 5 y un 10% de la potencia para los canales piloto y de control. - La potencia asignada a los canales de tráfico es variable según el número de usuarios activos en la célula y su localización. Operaciones O+M Transmisión y Radio Manuel Quesada Castillo 55

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON RNC (Radio Network Controller): Sustituye al BSC y a la PCU de las redes GSM/GPRS. Competen al RNC las funciones de traspaso incluida la combinación, para soportar macrodiversidad entre nodos B propios o dependientes de otros RNC Establece y libera los canales de comunicación con los terminales (gestión de los recursos radio). Cada RNC controla un conjunto de Nodos B (fija los valores de las potencias y las frecuencias de cada transceptor) y dispone de enlaces para comunicarse con el núcleo de red. Gestiona la movilidad decidiendo cuando se deben hacer los traspasos de los terminales de una célula a otra. Operaciones O+M Transmisión y Radio En UMTS se permite la interconexión entre RNCs para facilitar el traspaso de las llamadas entre ellos. Esta interconexión no implica un enlace físico directo entre ambos, sino que puede hacerse a través del UMSC. En cada conexión UE-UTRAN el RNS involucrado inicialmente es el Servidor: SRNS si es necesario en un traspaso tomar recursos de otro RNS, éste se conecta en paralelo como soporte: D-RNS cerrándose la conexión por la interfaz Iur D- RNS S- CN UE Iur Iu Manuel Quesada Castillo 56

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Subsistema del Núcleo de Red (CORE) Realiza la conmutación y el encaminamiento de las comunicaciones de voz y datos entre su origen y su destino. Ofrece seguridad a los usuarios en sus comunicaciones. Realiza funciones de Gestión de la Movilidad. Genera la información necesaria para la posterior facturación de las llamadas. Conectada a redes externas fijas (RDSI, PDNs, Internet) y móviles (PLMN). Los equipos del Núcleo de Red UMTS constituyen una evolución de las centrales MSC de GSM y de los nodos SGSN de GPRS. El Núcleo de Red realiza las funciones de conectividad, control y soporte de las aplicaciones, que facilita a la red de acceso. Manuel Quesada Castillo 57

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Los elementos más importantes del CORE son: La UMSC (relación con la Red de Acceso) y la UGMSC (relación con otras redes) que pertenecen a la parte de conmutación de circuitos. Se ocupan de cursar las llamadas para los servicios basados en conmutación de circuitos El USGSN (se encarga del encaminamiento de las comunicaciones de datos por conmutación de paquetes, de tareas de administración de sesión, movilidad, autenticación y tarificación) y el UGGSN (encaminamiento hacia otras redes de externas de paquetes) que pertenecen a la parte de conmutación de paquetes. Operaciones O+M Transmisión y Radio El Núcleo de Red UMTS de la R99: - Conserva la estructura de red GSM/GPRS es decir la separación de los dominios de circuitos y paquetes. - Se adapta a las nuevas interfaces de radio UMTS en los nodos U-MSC y U-SGSN. Manuel Quesada Castillo 58

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Aparte de los subsistemas de acceso radio y red troncal o núcleo de red, UMTS también necesita del Subsistema de transmisión, el Subsistema de señalización y el Subsistema de Operación y Mantenimiento. La novedad más destacada es que el subsistema de transmisión está basado en tecnología ATM capaz de soportar la gran capacidad de los enlaces requeridos entre los elementos de la red. RXI: Se encarga de la transmisión ATM. Estos equipos se denominan Passport y son concentradores de tramas PDH de 2Mbps, para llegar a la RCN a una velocidad de 155 Mbps. Nodo B RNC RXI Tramas PDH 2 Mbps Enlaces 155 Mbps Manuel Quesada Castillo 59

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 06. PROCESO DE ESTANDARIZACIÓN Operaciones O+M Transmisión y Radio El proceso de estandarización de los sistemas 3G ha sido largo y laborioso. ¿Cuándo surgió la idea de 3G y cómo se ha llegado a la definición de UMTS? El objetivo de partida era contar con un único sistema de 3G que se empleara en todo el mundo, alcanzando así la utópica idea de poder comunicarse con cualquier persona y en cualquier momento. Esta idea de sistema 3G recibió el complicado nombre de FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications System). La nueva idea, denominada IMT_2000, ya no hace referencia a un único sistema, sino a una familia de sistemas que aunque tendrán capacidades de servicio similares, no tienen por qué ser compatibles entre sí. Esta solución se alejaba de la idea original de definir un solo sistema, único y global. Manuel Quesada Castillo 60

Operaciones O+M Transmisión y Radio ESTANDARIZACIÓN (II) La situación en 1992 ¿Qué se buscaba entonces? Flex Radio Mens. NMT TACS GSM DCS UMTS CT0 CT1 CT2 DECT PHS/ CTM MTP Tetra Pocsag Ermes PACS D-amps IS95 Celular Sin hilos Manuel Quesada Castillo 61

Operaciones O+M Transmisión y Radio ESTANDARIZACIÓN (III) Definidos los requisitos de IMT-2000, la UIT convocó un proceso de presentación de tecnologías candidatas en el que participaron los principales organismos normativos de las distintas regiones del mundo (ETSI europeo, TIA americana, ARIB japonés). División de opiniones TIA cdma2000 UWC-136 T1 W-CDMA ETSI TD-CDMA W-CDMA ARIB W-CDMA TTA CDMA I CDMA II CATT TD-SCDMA 3GPP Manuel Quesada Castillo 62

Operaciones O+M Transmisión y Radio FORO 3GPP El organismo encargado de la estandarización de UMTS (y del futuro del GSM, GPRS y EDGE) es el 3GPP (Third Generation Partnership Project). Se trata de un foro global del que forman parte distintos organismos normativos como el ETSI europeo, el ARIB japonés o el T1 norteamericano, que son los encargados de elaborar las normas definitivas aplicables a cada zona. ( También se creó el 3GPP2 para coordinar la estandarización del cdma2000 Manuel Quesada Castillo 63

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 6.1. LAS DISTINTAS VERSIONES DE UMTS Operaciones O+M Transmisión y Radio Como ha sucedido con los estándares celulares de 2G, en la especificación del estándar UMTS se han ido publicando distintas versiones que han incorporado nuevas y más avanzadas capacidades. ¿ Quién se encarga de la estandarización del sistema UMTS? ¿ Qué versiones existen? El organismo encargado de la estandarización de UMTS es el 3GPP (Third Generation Partnership Proyect). Se trata de un foro global del que forman parte distintos organismos normativos como el ETSI europeo, el ARIP japonés o el T1 norteamericano, que son los encargados de elaborar las normas definitivas aplicables en cada zona. Por el momento, existen cuatro versiones de las especificaciones de UMTS: En la actualidad se esta hablando ya de una versión siete. 6 Manuel Quesada Castillo 64

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Versión 99 (Release 99): Es la primera versión y, por lo tanto, la que introduce todos los nuevos elementos de red necesarios para la puesta en marcha de este sistema, tanto en el subsistema de acceso radio (Modos UTRA FDD y TDD) como en el de red troncal. En esta versión se define un nuevo codificador de voz y una nueva arquitectura de servicios abierta y flexible. Operaciones O+M Transmisión y Radio Manuel Quesada Castillo 65

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio La versión 99 (Release 99) desde el punto de vista de la red troncal, evoluciona desde redes GSM/GPRS hacia una nueva red con mayores velocidades de datos, mayor capacidad y que permite definir una buena calidad de servicio. Mantiene la filosofía de las redes 2,5G: conmutación de circuitos para las comunicaciones de voz y conmutación de paquetes para las comunicaciones de datos. También se permite realizar comunicaciones de datos por conmutación de circuitos. Manuel Quesada Castillo 66

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Versión 4 (Release 4): Esta versión introduce múltiples mejoras. El cambio más significativo se produce en la red de conmutación de circuitos, donde las tradicionales centrales de conmutación se desdoblan en dos entidades separadas: una que se hace cargo de la conmutación física (Media Gateway) y otra que se encarga de las funciones de control (MSC Server). Este modelo se aproxima al utilizado en las redes IP y prepara el camino para la convergencia futura. Manuel Quesada Castillo 67

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio La versión 4 (Release 4) es la evolución natural de la release 99. Esta versión está más cerca de lo que se considera una verdadera red 3G, es decir, una red multimedia. Evolución únicamente en el núcleo de red. Aparecen dos planos: El plano de transporte: Lleva el tráfico de voz y datos en modo conmutación de circuitos. Formado por media gateways o MGW. El plano de control: Formado por los UMSC Server y UGMSC Server, que realizan las funciones de control de las comunicaciones. Manuel Quesada Castillo 68

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Versión 5 (Release 5): En esta versión, todavía en definición, la arquitectura de la red UMTS evoluciona aún más incorporando un subsistema de red troncal basado en el protocolo de Internet IP (El IMS, IP Multimedia Subsistem). Este nuevo subsistema permitirá la convergencia plena entre las redes móviles y la “red de redes” Internet. Introducción del HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). Manuel Quesada Castillo 69

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio La versión 5 (Release 5) es la actual del estándar UMTS. Se produce un cambio drástico con respecto a las redes 2,5G. Esto se debe a que este estándar permite una integración de las comunicaciones móviles en una red multimedia. También se producen cambios en el subsistema radio: se introduce la técnica HSDPA, lo que permite la alta velocidad en la transmisión de datos en el enlace descendente. El modelo tiende a la total utilización del protocolo Internet en todos los enlaces de la red UMTS. Manuel Quesada Castillo 70

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Versión 6 (Release 6): Se ha comenzado ya a trabajar en las especificaciones de esta nueva versión, que incluye, entre otras mejoras, nuevas técnicas basadas en el empleo de múltiples antenas y el nuevo servicio de difusión de contenidos multimedia (MBMS, Multicast Broadcast Multimedia Service). Red “All IP” en la que desaparece la conmutación de circuitos. Interfuncionamiento entre UMTS y Wireless LAN Manuel Quesada Castillo 71

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 07. SERVICIOS Y APLICACIONES DE UMTS Operaciones O+M Transmisión y Radio Uno de los objetivos fundamentales de UMTS es permitir a las operadoras ofrecer servicios móviles más sofisticados y atractivos y en todo caso, mejorar los existentes en 2G y 2,5G. Por supuesto las redes UMTS permiten ofrecer todos los servicios disponibles ya en 2G y 2,5G, mejorando en muchos casos sus prestaciones, como con los siguientes servicios: Junto a todas estas mejoras, UMTS permitirá la introducción de nuevos servicios denominados multimedia, entre los que destacan: Videotelefonía: Se podrá ver a la otra persona en la pantalla del móvil mientras se habla con ella. Video y Audio Bajo Demanda: Se podrá reproducir en el terminal móvil vídeos, canciones, etc. Mensajería Multimedia: A los mensajes MMS de GPRS que incluyen típicamente fotografías, tonos y texto con formato, se les podrá añadir video y música. Internet e intranet: La velocidad de acceso a Internet y a las Intranets de las empresas será mucho mayor que en GSM/GPRS, pudiendo llegar a 2 Mbps en el interior de edificios (gracias al empleo de células muy pequeñas o picocélulas) y a 384 Kbps en entornos urbanos. Manuel Quesada Castillo 72

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Videotelefonía: Servicio de tiempo real, con requisitos de calidad de servicio muy exigentes siendo necesario que se minimice el retardo de transmisión y sus posibles variaciones mediante la utilización de conmutación de circuitos para garantizar un retardo mínimo al disponer de un canal reservado para el usuario y utilizando codificadores de audio y vídeo para comprimir el tamaño de los datos para poderlos transmitir por un canal de 64 kbps (codificación de audio y vídeo a baja velocidad) Para ello de emplean algunos de los siguientes codificadores: Codificación de vídeo: H.263: Considerado esencial en los terminales 3G para servicios como videoconferencia o vídeo bajo demanda MPEG-4: Desarrollado a partir de MPEG-1 y MPEG-2 y la tecnología Quicktime de Apple Computers. Permite codificar vídeo y audio a baja velocidad, teniendo un perfil especialmente pensado para comunicaciones móviles (perfil de baja velocidad, Simple Visual Profile). Manuel Quesada Castillo 73

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio - Codificación de audio: AMR (Adaptative MultiRate): Codec empleado para codificar y decodificar la voz en el servicio de telefonía convencional en UMTS. Incluye algunos modos de baja velocidad G.723.1: Este codec permite dos modos de baja velocidad a 5,3 y 6,3 Kbps. Los organismos de estandarización recomiendan su incorporación en los terminales 3G. Audio bajo demanda: Servicio que permite a sus usuarios seleccionar una grabación sonora de cualquier tipo (música, noticias, conferencias, cursos etc) y reproducirla en el terminal móvil. Un posible servicio de este tipo sería convertir el móvil en una Juke Box, en la que el usuario elige sus canciones y las reproduce en el orden apetecido. Las canciones se encontrarían en algún servidor remoto, por ejemplo de la discográfica, al que se accedería a través de la red 3G de la operadora Aunque el formato de codificación de audio más popular es MP3, los terminales incorporarán también el codec de audio de MPEG-4 denominado AAC (Advanced Audio Coding) Low Complexity. Esta nueva versión consigue, para una misma calidad de audio, una compresión un 30% más eficiente que la lograda con MP3 (MPEG-1 Layer 3). Manuel Quesada Castillo 74

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Vídeo bajo demanda: Estos servicios permiten a sus usuarios seleccionar un contenido audiovisual de cualquier tipo (películas, noticias, deportes, etc) y reproducirlo en el terminal móvil. DVB-H (Digital Video Broadcasting - Handheld): - La televisión es el único medio de masas que todavía no ha llegado a los teléfonos móviles y esto será posible con el DVB-H. - Optimización del estándar DVB-T (Terrestrial) de televisión digital terrestre para su uso en terminales móviles. - Modificaciones en lo referente a optimización de las baterías de los dispositivos móviles, mayor tolerancia al ruido para terminales con una sola antena receptora, traspasos con mantenimiento del servicio etc - Validación de la tecnología a finales de 2004 y comienzo de pilotos y servicios comerciales durante 2005. Manuel Quesada Castillo 75

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 7.1. TERMINALES UMTS Operaciones O+M Transmisión y Radio Para utilizar los atractivos servicios UMTS, es necesario un nuevo terminal móvil, ya que UMTS introduce múltiples cambios en la comunicación radio entre la estación base y el terminal móvil. No obstante, las operadoras han puesto una condición ineludible a los fabricantes de terminales UMTS: Los nuevos terminales deben ser GSM/GPRS/UMTS, es decir, deben ser compatibles con los tres sistemas. El terminal UMTS adquiere más importancia que el de GSM, tiene mucha mayor capacidad de proceso, incorpora más tecnología y es mucho más complejo. Manuel Quesada Castillo 76

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Las nuevas funcionalidades que incorporan los terminales son: Pantallas más grandes, a color y de alta resolución Cámaras integradas para videoconferencia Reproducción de vídeo en formato MPEG-4 Reproducción de audio en formato MP3 Reconocimiento de voz y de escritura (pantalla táctil) Potentes sistemas operativos y entornos de ejecución de aplicaciones Localización por GPS o por algún otro método Con todas estas nuevas funcionalidades, la evolución del concepto de terminal móvil iniciada en 2G y 2,5G continúa en 3G lográndose la integración en un único dispositivo de las capacidades de los teléfonos móviles, los ordenadores personales y las agendas electrónicas PDAs. Velocidades de transmisión típicas de los primeros terminales: 64 Kbps en modo circuito 384 Kbps(DL)/64 Kbps(UL) en conmutación de paquetes. Manuel Quesada Castillo 77

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio 7.2. FACTURACIÓN EN UMTS La utilización de una arquitectura de prestación de servicios abierta (OSA) facilita aún más la incorporación de nuevos proveedores de contenidos y aplicaciones ajenos a la operadora ya iniciada en 2G y 2,5G. En cuanto a las modalidades de contratación no se esperan cambios, siguiendo con los modelos de prepago y contrato. Junto a las variables de facturación utilizadas en 2,5G (tiempo, evento y volumen de información) se incorpora la calidad de servicio ofrecida y el tipo de contenido. También se demandarán nuevos requerimientos para los sistemas de facturación para ofrecer al cliente una factura única integrando los diferentes sistemas y plataformas, con diferentes criterios de facturación. UMTS introduce una serie de parámetros de calidad de servicio que podrán ser empleados como criterios de facturación: Manuel Quesada Castillo 78

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Retardo de transmisión máximo: Se garantiza que la comunicación se realiza en menos tiempo de un cierto valor prefijado. En los servicios conversacionales este requisito es crítico, siendo necesario que se produzca en tiempo real Velocidad de transmisión mínima: Se garantiza que la prestación del servicio se realizará al menos a esta velocidad, pudiendo alcanzarse valores mayores Máxima tasa de bits erróneos: Algunos servicios pueden tolerar una tasa de errores de transmisión más elevada que otros Prioridad de utilización de recursos, de la que existen varias modalidades: Prioridad de concesión de recursos o Allocation Priority: Cuando varios usuarios pretenden acceder a la red simultáneamente y no hay recursos para satisfacer a todos, se da preferencia de acceso a aquellos que tengan contratada un mayor nivel de prioridad. Prioridad de retención de recursos o Retention Priority: Cuando todos los recursos están ocupados y llega una petición de acceso de alta prioridad, se le transfieren los recursos concedidos inicialmente a un usuario con bajo nivel de prioridad. Prioridad de gestión del tráfico o Traffic Handling Priority: Cuando está en curso una transmisión de información de un usuario con bajo nivel de prioridad y llega otra transmisión de mayor prioridad, se le conceden más recursos a esta última. Operaciones O+M Transmisión y Radio Manuel Quesada Castillo 79

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 08. FUNDAMENTOS DE LA TECNICA CDMA Operaciones O+M Transmisión y Radio Con el objetivo de utilizar el espectro radioeléctrico de un modo más eficiente que su antecesor GSM, UMTS utiliza la técnica de acceso compartido CDMA. Esta técnica consiste en: La mejora en capacidad del sistema UMTS debido a esta técnica se observa en la siguiente tabla: Manuel Quesada Castillo 80

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Existen tres Técnicas de acceso al medio: FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia): Utilizada en Tecnología TACS (TMA-900), 1G. También Se utiliza junto a la siguiente Técnica en GSM/GPRS, 2G/2,5G. TDMA (Acceso Múltiple por División del Tiempo): Utilizada en GSM/GPRS, 2G/2,5G. CDMA (Acceso Múltiple por División de Código): Utilizada en Tecnología UMTS, 3G.. CDMA (Code División Múltiple Access) es una técnica de acceso múltiple por división de código. Permite que varios usuarios compartan un canal de comunicación mediante la asignación a cada uno de ellos de un código distinto con el que se codifica toda la información que se genera, de modo que sea posible distinguir su comunicación de las de otros usuarios. Manuel Quesada Castillo 81

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio En UMTS es posible cursar comunicaciones en la misma frecuencia y en el mismo instante de tiempo. Se distinguen porque cada una de ellas posee un código diferente que la diferencia de las demás. La información que transmite un usuario desde su móvil se codifica con un código previamente asignado. En el aire, la onda resultante se mezcla con otras ondas de la misma frecuencia procedentes de otros usuarios. Estas ondas han sido codificadas con códigos distintos. La estación base conoce los distintos códigos y es capaz de separar las informaciones de los distintos usuarios para transmitirlas por la red troncal. El proceso en el enlace descendente es análogo a éste. Manuel Quesada Castillo 82

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Este esquema gráfico muestra como funciona la técnica de codificación CDMA: Operaciones O+M Transmisión y Radio En la diapositiva de la página 32 se muestra como se consiguen separar las señales en recepción. Manuel Quesada Castillo 83

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 8.1. TIPOS DE CODIGOS Operaciones O+M Transmisión y Radio Para que los Nodos B puedan distinguir las comunicaciones de los distintos usuarios se emplean dos tipos de códigos, código de canalización (spreading) y código de aleatorización (scrambling), utilizados de forma diferente en cada enlace. El proceso se lleva a cabo en dos etapas: Código de canalización: También se denominan de ensanchamiento ó códigos OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor codes). Consiste en una secuencia de bits de corta duración, llamados “chips” que se aplica multiplicativamente bit a bit a la señal de datos original para ensancharla. Ensanchamiento = Canalización + Aleatorización Si Tb y Tc son los períodos de bit y de chip: Tb=N·Tc., donde N es el factor de ensanchamiento. El ancho de banda de una señal modulada es inversamente proporcional a la anchura del símbolo (periodo) antes de la modulación. Manuel Quesada Castillo 84

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio SF (Spread Factor - Factor de Ensanchamiento) = W/R` PG (Procesing Gain - Ganancia de Procesado) = W/R Señal/Ruido = (Portadora/Ruido) * PG Como la potencia de la portadora se debe repartir entre todos los usuarios, cuando entra en el nodo alguno nuevo, la potencia por cada uno disminuye y para mantener fija la S/R min. exigible se debe aumentar la Ganancia de Procesado. Para conseguir esto, debemos disminuir la velocidad de transmisión de datos (R). Se asigna un código distinto a cada comunicación permitiendo su identificación unívoca. Estos códigos tienen una propiedad que los hace ser independientes unos de otros (ortogonales), son cortos y escasos. Es decir, si existen varias comunicaciones, cada una de ellas con un código distinto, un usuario podrá acceder sólo a la comunicación asociada al código que se le ha asignado. La ortogonalidad de los códigos es sólo parcial, debido a la dispersión temporal asociada al multitrayecto Son códigos independientes de la identidad de usuario, de modo que cada vez el usuario inicie una comunicación, puede recibir un código distinto. FUENTE Código Control Errores Canalización R (Kb/s) R`(Kb/s) W (Kchip/s) 3,84 Mchps/s Manuel Quesada Castillo 85

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Al aplicar un código de canalización a una señal, se aumenta el volumen de información que debe transportar la señal de radio, lo que se traduce en un incremento del ancho de banda de ésta. El ensanchamiento del espectro se consigue multiplicando la secuencia de datos por otra de mayor velocidad binaria (3.84 Mcps). La potencia de la señal se distribuye más uniformemente dentro de un rango de frecuencias más amplio. Por eso se dice que se emplea una técnica de espectro ensanchado. Como contrapartida a la necesidad de usar un mayor ancho de banda, se consigue una mejor relación señal-ruido y las interferencias afectarán a la señal en menor grado. Señal original Secuencia de ensanchamiento Señal codificada (tasa 1/3) Señal ensanchada Con codificación de canal Manuel Quesada Castillo 86

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Por la interfaz radio se transmitirá la siguiente información de los tres usuarios del ejemplo de la diapositiva de la página 28: XA*CA+XB*CB+XC*CC= Señal Recibida por Nodo B, donde CA, CB, CC Son los códigos de canalización asignados a cada uno de los usuarios A, B, C, respectivamente, y XA, XB ,XC Son las señales de información de los usuarios A, B, C, respectivamente. El sistema conoce cada uno de los códigos asignados a cada usuario, y lo que hace para obtener las señales de información es multiplicar la Señal Recibida por el código correspondiente: (XA*CA+XB*CB+XC*CC)*CA= Señal Usuario A XA*CA *CA +XB*CB *CA +XC*CC *CA = Señal Usuario A Señal Usuario A = XA+ Residuo -> Debido a las Interferencias. Operaciones O+M Transmisión y Radio Para códigos ortogonales (l.i.) el producto entre ellos es 0. El producto de dos códigos idénticos es igual a 1. Manuel Quesada Castillo 87

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Se generan árboles de códigos, pudiéndose construir códigos de cualquier longitud que sea potencia de 2 Para generar desde un código A las dos ramas que parten de él, se coloca en la rama superior el código repetido (A, A), y en la inferior (A, -A). Cada código es ortogonal a todos los del árbol, excepto a los que descienden de él y sus ascendientes. Dos secuencias cualesquiera son ortogonales a menos que una sea “descendiente” de la otra. Esta restricción determina el número máximo de códigos El número de códigos de canalización que se pueden utilizar está limitado. La longitud (el número de chips) del código varía en función de la velocidad máxima que se requiera para la comunicación. Para las velocidades mayores se utilizan códigos más cortos, de forma que la elección de un código corto equivale a la eliminación de todos los códigos largos que descienden de él. Diferentes factores de ensanchamiento C: apropiados para sistemas con diferentes velocidades binarias Número limitado de secuencias, dependiente de los factores de ensanchamiento seleccionados Manuel Quesada Castillo 88

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio El árbol de códigos de canalización es como se indica en la figura: C1,0 = {1 C2,1 = {1,-1} C4,2 = {1,-1,1,-1} C4,3 = {1,-1,-1,1} C2,0 = {1,1} C4,0 = {1,1,1,1} C4,1 = {1,1,-1,-1} C8,0 = {1,1,1,1,1,1,1,1} C8,1 = {1,1,1,1,-1,-1,-1,-1} C8,2 = {1,1,-1,-1,1,1,-1,-1} C8,3 = {1,1,-1,-1,-1,-1,1,1} C8,4 = {1,-1,1,-1,1,-1,1,-1} C8,5 = {1,-1,1,-1,-1,1,-1,1} C8,6= {1,-1,-1,1,1,-1,-1,1} C8,7= {1,-1,-1,1,-1,1,1,-1} SF = 1 SF = 2 SF = 4 SF = 8 Manuel Quesada Castillo 89

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Código de aleatorización (scrambling code): No son totalmente ortogonales entre sí. Multiplican a la señal previamente ensanchada por un código de canalización. Se utiliza para identificar un terminal móvil en sentido ascendente o bien un Nodo B en sentido descendente (se utilizan códigos distintos en el enlace ascendente y en el descendente, eligiendo en este último hasta 512). La combinación de una frecuencia, con un código de canalización y un código de aleatorización definen lo que se conoce como canal físico. Banda base Secuencia de canalización (una por usuario de una misma célula) Secuencia de aleatorización o spreading (una por célula) Señal moduladora Manuel Quesada Castillo 90

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 8.2. MODULACION Y ANCHO DE BANDA DE UMTS Operaciones O+M Transmisión y Radio Como ya se ha indicado anteriormente, antes de transmitirse una señal UMTS es codificada por medio de dos códigos: el código de canalización, que provoca el ensanchamiento de la señal (la potencia se distribuye en un ancho de banda mayor), y el código de aleatorización. A partir de aquí se debe modular la señal obtenida ara poder transmitirla al medio En UMTS se modula digitalmente utilizando la modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). La señal se divide en dos partes (real e imaginaria). Estas partes modulan dos señales portadoras en cuadratura (es decir, con una diferencia de fase de 90 grados), que finalmente se suman y se transmiten al aire. El resultado es una señal de aproximadamente 5 MHz de ancho de banda. Por este motivo, la canalización en UMTS se realiza en radiocanales de 5 MHz de ancho de banda. En realidad la modulación que se utiliza en UMTS no es exactamente una QPSK. Los canales físicos de control, que cursan la información de señalización entre el equipo de usuario y el nodo B, y los canales de tráfico, que cursan la información de usuario, son soportados sobre el mismo enlace. La forma en la que se integran estos canales en la señal modulada no es la misma el el enlace ascendente que en el enlace descendente. Manuel Quesada Castillo 91

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Manuel Quesada Castillo 92

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Manuel Quesada Castillo 93

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 09. BANDAS DE FRECUENCIA DE UMTS: FDD Y TDD Operaciones O+M Transmisión y Radio En la conferencia Administrativa Mundial de Radiocomunicaciones (WARC) de 1992, se fijaron las bandas de frecuencia para los sistemas 3G: Las bandas que se utilizaran inicialmente en los dos modos definidos en UMTS son: De 1885 a 2025 MHz. De 2110 a 2200 MHz. Modo FDD (Frequency División Duplex): Se emplean frecuencias distintas para transmitir y recibir: Enlace ascendente (móvil a Nodo B): De 1920 a 1980 MHz. Enlace descendente (Nodo B a móvil): De 2110 a 2170 MHz. Modo TDD (Time Division Duplex): Se utiliza la misma frecuencia para transmitir y recibir, definiéndose una serie de intervalos de tiempo que se reparten entre los dos sentidos de comunicación: De 1900 a 1920 MHz y de 2010 a 2025 MHz. Manuel Quesada Castillo 94

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON En España se han adjudicado 4 licencias, dotada cada una de ellas con 35 MHz de ancho de banda: 30 MHz para FDD (3 pares de portadoras, UL y DL por par). 5 MHz para TDD. Un problema que se repite en UMTS es la utilización de bandas de frecuencia diferentes en las distintas partes del mundo: Operaciones O+M Transmisión y Radio Manuel Quesada Castillo 95

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Adicionalmente se ha propuesto un modo de comunicaciones móviles por satélite denominado S-UMTS, para el que se han reservado las bandas de frecuencia de 1980 a 2010 MHz para el enlace ascendente y de 2170 a 2200 MHz para el descendente (6 portadoras por sentido). En la conferencia WRC de la UIT celebrada en 2000, se identificaron nuevas bandas de frecuencia válidas para la componente terrenal de los sistemas 3G: - De 806 a 960 MHz. - De 1710 a 1785 MHz. - De 2500 a 2690 MHz. Sin embargo, la disponibilidad de equipos funcionando en estas bandas hace que estas frecuencias aun no se puedan utilizar. Manuel Quesada Castillo 96

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 9.1. MODOS FDD Y TDD Operaciones O+M Transmisión y Radio En UMTS existen dos modos de funcionamiento que están definidos a nivel de la red de acceso radio o UTRAN. Estos modos son: Modo FDD (Frequency Division Duplex): Los usuarios transmiten y reciben simultáneamente, utilizando frecuencias distintas para cada sentido. Modo TDD (Time Division Duplex): Los usuarios trasmiten y reciben en distintos intervalos de tiempo utilizando una única frecuencia para ambos sentidos. Como en el caso de GSM, existe una trama dividida en 15 intervalos de tiempo, y se realiza una agrupación de estas tramas en una multitrama de 24 tramas. Cada intervalo de tiempo puede ser utilizado por un móvil para transmitir o para recibir y cuanto más se le asignen mayor será la velocidad de la comunicación. La modulación utilizada en TDD es la misma que en FDD, y el ancho de banda sigue siendo de 5 MHz. También se utiliza el mismo control de potencia. Las principales diferencias son: Manuel Quesada Castillo 97

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Canal físico: En FDD el canal físico esta definido por una frecuencia, un código de canalización y un código de aleatorización. En TDD, se define además un conjunto de intervalos de tiempo. Frecuencia: En FDD existe una frecuencia para el enlace ascendente (UL) y otra para el enlace descendente (DL), sin embargo en TDD sólo existe una frecuencia para ambos enlaces. Áreas de cobertura: El modo TDD es más eficiente en las denominados microcélulas (células con área de cobertura pequeña) y picocélulas (zonas de interiores, donde existe baja movilidad) pudiendo alcanzar en estos entornos velocidades de hasta 2 Mbit/s. El modo FDD se adapta mejor a las áreas de cobertura mayores (macrocélulas), donde no se van a utilizar velocidades superiores a 384 Kbit/s. Comunicación de datos: El modo TDD es más apropiado para comunicaciones de datos asimétricas, es decir, aquellas en las que un enlace transmite a mayor velocidad que el otro (por ejemplo, en la navegación WEB): Manuel Quesada Castillo 98

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 9.2. CARACTERISTICAS Y ESTRUCTURA DE TRAMAS Operaciones O+M Transmisión y Radio Tasa de chip fija en todos los casos: W=3.84 Mcps. La Ganancia de Procesado (Processing Gain)=W/R, varía dependiendo de la tasa binaria de información R (bits/s): FDD UL: Potencias de 2 desde 4 hasta 256. DL: Potencias de 2 desde 4 hasta 512. TDD UL y DL: Potencias de 2 desde 1 hasta 64. Modulación QPSK Protección frente a errores: Entrelazado y Codificación de Canal (Códigos Convolucionales o Códigos Turbo). Tramas de 10 ms, divididas en 15 slots. En FDD se utilizan como marco de referencia temporal. Es una estructura jerárquica con diferentes divisiones del tiempo: Nivel jerárquico inferior está constituido por intervalos (TS: Time Slot). Cada intervalo tiene: Una duración de 0,667 ms (2/3 ms). Una capacidad de 2/3  3840 = 2560 chips a la velocidad de 3,84 Mcps (1 chip=0,26 s). Manuel Quesada Castillo 99

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio El nivel básico (intermedio) es la Trama (Frame) formada por 15 TS con una duración de 10 ms. El nivel superior es la supertrama (SF) constituida por 72 tramas. Su duración es 720 ms que equivale a 6 multitramas MF26 de GSM. En FDD hay dos tramas diferentes soportadas por dos portadoras, para los enlaces ascendente y descendente, respectivamente. Tintervalo=0,667 ms Int. # 0 Trama #0 Int. # 1 Trama #1 Int. # i Trama #i Int. # 14 Trama #71 Ttrama=10 ms Tsupertrama=720 ms Manuel Quesada Castillo 100

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio En TDD la trama y la frecuencia portadora son únicas: Cada TS puede emplearse tanto para el enlace ascendente (UL), como para el descendente (DL). En la trama debe asignarse, al menos, un TS al UL y otro al DL. 10 ms Configuración con múltiples puntos de conmutación (simétrico) Configuración con múltiples puntos de conmutación (asimétrico) Configuración con un punto de conmutación (simétrico) Configuración con un punto de conmutación (asimétrico) Manuel Quesada Castillo 101

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 10. TIPOS DE CANALES DE UMTS Operaciones O+M Transmisión y Radio Existen tres tipos de canales en UMTS: Los canales lógicos: Expresan que tipo de información se transfieren por el interfaz radio. Los canales de transporte: Expresan como se transmite esa información mencionada anteriormente. Los canales físicos: Denotan los recursos utilizados: Códigos de expansión, frecuencias portadoras e intervalos de tiempo. 10.1. CANALES LÓGICOS Los canales lógicos de UMTS son básicamente equivalentes a los que había en GSM/GPRS, aunque se incorporan algunos nuevos. En cualquier caso, existe una diferencia fundamental con GSM/GPRS: en UMTS los canales lógicos se agrupan primero en unos bloques denominados canales de transporte, siendo éstos los que se integran en los canales físicos de la interfaz radioeléctrica. Es decir, se introduce un paso intermedio con respecto a lo que se hacia en GSM/GPRS. Por medio de esta agrupación se determinan las prestaciones de radio que se requieren en cada caso. Los canales lógicos se definen en función de la información que transmiten y se clasifican según el plano al que corresponden (Control o Tráfico). Manuel Quesada Castillo 102

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Los canales lógicos que tienen prestaciones radio comunes se agrupan en un nuevo tipo de canales, denominados de transporte. Manuel Quesada Castillo 103

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Tabla con los canales Lógicos utilizados en UMTS: Manuel Quesada Castillo 104

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 10.2. CANALES DE TRANSPORTE Operaciones O+M Transmisión y Radio Pueden considerarse como servicios ofrecidos por la capa 1 a las capas superiores y se definen de acuerdo con las características del modo en que se transmite la información. En los canales de transporte las componentes de información y señalización van multiplexadas en tiempo. Equivalen a los canales lógicos de GSM y se dividen en canales de transporte común y canales de transporte dedicados. Los canales comunes son compartidos por varios móviles, mientras que los canales dedicados son los que emplea un UE en exclusividad. Es importante no olvidar, que los canales de transporte se transmiten dentro de canales físicos. Canales Lógicos Manuel Quesada Castillo 105

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Tabla con los canales de Transporte usados en UMTS: Manuel Quesada Castillo 106

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 10.3. CANALES FÍSICOS Operaciones O+M Transmisión y Radio Un canal físico es una asociación de códigos e intervalos dentro de una estructura de tramas. Por ello: En FDD: Par (Frecuencia Portadora, Código). En TDD: Tripleta (Frecuencia Portadora, Código, Intervalo). Los canales físicos se diferencian o clasifican: 1) Según el sentido de la transmisión: - Ascendente. - Descendente. 2) Según la asignación a estaciones móviles: - Comunes. - Dedicados. 3) Según el tipo de información intercambiada: - Datos. - Control. Cada canal físico está relacionado o soportado por un canal de transporte. Aunque existen algunos canales físicos que no tiene correspondencia con ningún canal de transporte. Manuel Quesada Castillo 107

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio En el enlace descendente un canal físico está formado respectivamente por: Una frecuencia Un código de aleatorización SC que identifica al Nodo B que transmite (SC8 y SC12 en la figura). Así se consigue diferenciar las transmisiones de células colindantes aunque se produzcan en la misma frecuencia. Un código de canalización CC que identifica a un usuario (CC1, CC2 y CC3 en la figura). El Nodo B transmite a todos los usuarios a la vez. Gracias a la utilización de códigos de canalización distintos, cada terminal es capaz de separar la comunicación dirigida e él del resto de las comunicaciones de la célula. Manuel Quesada Castillo 108

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio En el enlace ascendente un canal físico está formado respectivamente por: Una frecuencia. Un código de aleatorización SC que identifica a cada usuario (SC1, SC2, SC3, SC7, SC8 y SC9 en la figura). Un código de canalización CC para identificar cada comunicación iniciada por un usuario (CC1, CC2 y CC3 en la figura). Distintos usuarios pueden emplear el mismo código de canalización, pues están usando un código de aleatorización distinto. Un usuario puede realizar por ejemplo una comunicación de voz y otra de datos simultáneamente: para distinguirlas se emplean los códigos de canalización. Manuel Quesada Castillo 109

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Enlace ascendente (UL) PRACH (Physical Random Access Channel)  RACH DPDCH/DPCCH (Dedicated Physical Data/Control Channel)  DCH PCPCH (Physical Common Packet Channel)  CPCH Enlace descendente (DL) CPICH (Common Pilot Channel)   Transmite un piloto continuo, que sirve como referencia de potencia y fase SCH (Synchronisation Channel)   AICH (Acquisition Indicator Channel)   Responde (con los AI’s) a los preámbulos de acceso del PRACH AP-AICH (Access Preamble Acquisition Indicator Channel)   Responde (con los API’s) a los preámbulos de acceso del PCPCH CD/CA-ICH (Collision Detection / Channel Assignment Acquisition Indicator Channel)   Responde (con los CDI’s/CAI’s) a los preámbulos de detección de colisión del PCPCH P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel)  BCH S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel)  PCH y FACH Un DCH (TrCH) emplea un DPCCH y uno o más DPDCH’s DPCCH y DPDCH multiplexados en el tiempo, con distintas potencias PDSCH (Physical Downlink Shared Channel)  DSCH PICH (Page Indicator Channel)   Indica (con los PI’s) al UE cuándo tiene una llamada en el PCH datos que debe decodificar Operaciones O+M Transmisión y Radio Manuel Quesada Castillo 110

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 11. GESTION DE RECURSOS Operaciones O+M Transmisión y Radio En UMTS, como ya se ha indicado, cobra gran importancia la gestión de los recursos radio. Los principales parámetros que se van a gestionar son: Control de Potencia. Traspaso de llamadas. Respiración celular. Receptor Rake. 11.1. CONTROL DE POTENCIA En UMTS todas las comunicaciones se producen en la misma frecuencia y al mismo tiempo por lo que el control de potencia es importantísimo, ya que su utilización es crítica para que la comunicación tenga el grado de calidad adecuado. Con esta técnica se logra que: Una estación base transmita menor potencia para comunicarse con un móvil que esté cerca que con otro que esté más lejos. La potencia también varía con las condiciones del medio, es decir, según el nivel de interferencia que está soportando. Si un móvil se encuentra cerca de la base pero ésta no le escucha correctamente debido a que el medio está muy interferido, el terminal incrementará su potencia. Corregir el efecto de los desvanecimientos de la señal. Manuel Quesada Castillo 111

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Aunque cada comunicación posee un código diferente que las distingue de las demás, estos códigos no son perfectos y las emisiones de las señales codificadas suelen dar lugar a interferencias. En el enlace ascendente se produce interferencia en el Nodo B por el hecho de que los móviles transmiten cuando quieren, fuera de sincronismo, y se pierde la ortogonalidad con respecto a la comunicación. Al aplicar el código a la comunicación se obtienen los datos decodificados pero no se contrarrestan las demás al haber sido transmitidas en instantes de tiempo distintos al deseado. Además llegan transmisiones dirigidas originalmente hacia otros Nodos B. En sentido descendente se generan residuos por el multitrayecto y porque llegan transmisiones de otros Nodos B. Por tanto, cuantos más usuarios haya en un área determinada, mayor interferencia existirá en la misma y en los alrededores. Operaciones O+M Transmisión y Radio Cada cierto tiempo, el Nodo B indica a los terminales móviles a que potencia deben transmitir, además de ajustar la potencia que él transmite a cada móvil. Este tiempo es de 0,6 ms en comparación con los 4,6 ms de GSM. Manuel Quesada Castillo 112

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Existen dos tipos de control de potencia: Control de potencia en Bucle Abierto: Unidireccional. Se utiliza cuando el terminal móvil está realizando un acceso inicial a la red UMTS. Se estiman las pérdidas de propagación en enlace ascendente y el propio terminal ajusta la potencia en consecuencia. Control de potencia en Bucle o Lazo Cerrado: Bidireccional. Se utiliza cuando se está cursando una comunicación. En este caso es el Nodo B el que controla la potencia que emiten los terminales. Se mide la C/I (Relación Señal Portadora/Señal Interferente) en el Nodo B y se compara con la C/I objetivo instruyendo al móvil para que modifique su potencia en consecuencia. El valor objetivo se fija en el RNC en función de la tasa de errores de bloque (BLER). Manuel Quesada Castillo 113

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 11.2. TRASPASO DE LLAMADAS Operaciones O+M Transmisión y Radio Dependiendo de si las células entre las que se produce el traspaso utilizan la misma frecuencia (caso entre células UMTS en actualidad), o frecuencias distintas (caso de UMTS a GSM), se distinguen tres tipos de traspasos en UMTS: Traspaso sin continuidad o Hard handover: Se produce cuando el usuario se mueve de una célula a otra en la que se está empleando una frecuencia distinta. En el transcurso de una comunicación, el terminal sólo recibe la señal de un Nodo B en cada instante. En el momento del cambio se desconecta del Nodo B que abandona y se conecta al nuevo Nodo B (se rompe la comunicación antes de hacerse el traspaso: break before make). Este tipo de traspaso también se da entre sistemas (GSM-UMTS) y entre modos (FDD/TDD). Base 1 Base 2 Nivel recibido Umbral de traspaso Manuel Quesada Castillo 114

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio El Traspaso sin continuidad requiere: La realización de medidas en otra portadora exige: Dos receptores en el mismo terminal, o Modo comprimido. El modo comprimido produce intervalos libres aumentando la velocidad binaria instantánea. Esto requiere: Reducir de ganancia de procesado, o Entresacar bits del código de control de errores (puncturing), lo cual se compensa con una mayor potencia instantánea. Manuel Quesada Castillo 115

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Traspaso con continuidad o Soft Handover: Se produce cuando el usuario se mueve de una célula a otra que emplea la misma frecuencia en modo FDD. En este caso el terminal puede recibir simultáneamente la señal de los dos Nodos B combinándolas, hasta que llega un momento en que abandona la antigua (por no tener ya calidad suficiente). En este caso se hace primero el traspaso y luego se rompe la comunicación con el Nodo B antiguo (make before break) Tiempo Nivel recibido Base 1 Base 2 Bases 1 y 2 Umbral de inclusión Umbral de exclusión Manuel Quesada Castillo 116

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Traspaso con continuidad: enlace ascendente El conjunto de bases que atienden a un usuario en traspaso se denomina conjunto activo. Las señales en las bases activas se seleccionan (soft handover si los Nodos B están en sitios diferentes), o se combinan (softer handover, si los Nodos B están en el mismo sitio). La existencia de móviles en traspaso con continuidad exige dimensionar adecuadamente el número de elementos de canal en la estación base. Se suele considerar un incremento del 30-40%. Manuel Quesada Castillo 117

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Traspaso con continuidad: enlace descendente La información se transmite al móvil desde todas las bases del conjunto activo. En el móvil las señales se combinan en el receptor Rake (se tratan como si fueran distintas componentes multitrayecto, sólo que con secuencias código diferentes). El hecho de que varias bases transmitan al móvil puede incrementar el nivel de interferencia en el enlace descendente, en función de cómo se elijan los valores de potencia de transmisión. Manuel Quesada Castillo 118

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 11.3. RESPIRACION CELULAR Operaciones O+M Transmisión y Radio Existe un fenómeno que se produce en las redes UMTS debido al hecho que la tecnología que utiliza en la parte radio es CDMA, es la respiración celular. Los Nodos B de la red de acceso radio del sistema UMTS utilizan la técnica de control de potencia. Por tanto, cuando un Nodo B baja su potencia de transmisión, el radio de la célula se hace más pequeño y los móviles que estuvieran al borde de la célula dejarán de estar cubiertos por dicha célula. De igual forma, cuando el Nodo B aumenta la potencia de transmisión, la célula se hace más grande y cubre a más usuarios. Se dice entonces que las células en UMTS “respiran”, ya que su radio celular de cobertura cambia dinámicamente dependiendo de las condiciones de la red radio. Manuel Quesada Castillo 119

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio También cuando en un Nodo B aumenta la interferencia, el radio de la célula se hace mas pequeño y los móviles que estuvieran al borde de la célula dejarán de estar cubiertos por ésta. Cuando disminuye la interferencia (interna o externa), la célula se hace más grande y cubre a más usuarios. Por lo tanto las características de la Respiración Celular son: Compartición automática de carga. Célula poco cargada  Menor interferencia sobre células vecinas  Mayor capacidad para células vecinas. La carga de las células tiende a equilibrarse, lográndose un uso más eficiente de los recursos. Ello requiere un algoritmo de asignación de móviles a Nodos B adecuado (mínima potencia). El equilibrio de carga se logra de manera más “natural” que en sistemas clásicos, en los que la compartición de carga exige asignación dinámica de canales. Manuel Quesada Castillo 120

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Mayor carga Mayor interferencia Mayor potencia necesaria Menor cobertura Manuel Quesada Castillo 121

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 11.4. RECEPTOR RAKE Operaciones O+M Transmisión y Radio Al igual que en GSM, la señal de radio sufre diversos efectos durante la propagación. Entre ellos el multitrayecto que consiste en que la señal transmitida por el Nodo B llega al móvil convertida en la superposición de las distintas componentes que se producen como consecuencia de las reflexiones de la señal en los obstáculos presentes en el medio (edificios, árboles, ...). Esto también sucede en GSM y en general, en todos los sistemas de comunicaciones móviles, pero en UMTS, tiene mayor impacto, debido a que funciona a frecuencias sobre los 2 GHz. Para mejorar considerablemente la calidad de recepción en la interfaz radio, los equipos de usuario y los nodos B utilizan un tipo de receptor denominado Rake. El receptor Rake hace uso de la diversidad multitrayecto, mediante la utilización de un conjunto de ramas, denominadas dedos (fingers), que permiten detectar los rayos en distintos instantes de tiempo. A la salida del receptor se realiza la combinación de las distintas señales detectadas por cada rama, obteniéndose una señal de mayor calidad. Manuel Quesada Castillo 122

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Los efectos más importantes de la propagación multitrayecto son: Diversidad multitrayecto: Al receptor le van a llegar varias componentes, cada una de ellas con un retardo distinto. El receptor puede sacar partido de ello por medio de la diversidad multitrayecto, que consiste en combinar esas componentes recibidas con distintos retardos para conseguir reconstruir la señal original. Desvanecimiento rápido: Un efecto negativo es el desvanecimiento rápido, producido por la recepción en un instante dado de varios rayos que producen que se anule la señal. Características del receptor Rake: Cada dedo aporta un camino. Estos caminos se distinguen porque son una versión desplazada de la secuencia de conexión. Se puede distinguir un camino que el retardo sea mayor de un chip. Manuel Quesada Castillo 123

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON 12. HSxPA Y EVOLUCION DE FUTURO Operaciones O+M Transmisión y Radio Ya se ha iniciado la evolución de la red hacia la cuarta generación. HDSPA (High Speed Downlink Packet Access – Acceso en modo paquete de alta velocidad en el enlace descendente), es un paso más en la evolución del UMTS especificado en la Rel5. También conocida como generación 3,5G. Manuel Quesada Castillo 124

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Con la introducción de HSDPA se ha comenzado a ofrecer velocidades de bajada de 1,8 Mbps pudiéndose llegar teóricamente hasta los 14,4 Mbps. Esto es debido a las mejoras introducidas en la Interfaz Radio: Modulación y codificación adaptativa. Rápida función de cronoejecución (scheduling). Retransmisiones a gran velocidad. Multiplexación en el tiempo de los canales dedicados de transporte entre varios usuarios. AMC (Adaptative Modulation and Coding): Se puede seleccionar la velocidad de codificación entre ¼ y 4/4 y una modulación de 16QAM y QPSK. La adaptación se basa en una rápida respuesta por parte del móvil de la calidad del canal. Incluye el uso de 5, 10 ó 15 códigos de aleatorización, que junto con la multiplexación en el tiempo pueden incrementar el número de usuarios. Manuel Quesada Castillo 125

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Operaciones O+M Transmisión y Radio Rápida función de Cronoejecución: La transmisión de los paquetes de datos hacia los usuarios en la interfaz radio se traslada desde el RNC al Nodo B. Se gana en rapidez ya que el algoritmo se sitúa lo más cerca posible de la interfaz radio. Además, utiliza una más corta en el interfaz aire (entrelazado rápido, 2 ms). Retransmisiones a gran velocidad: Cuando el móvil solicita retransmisiones eran procesadas por el RNC. En HSDPA es el Nodo B el encargando de procesarlas y las retransmisión puede ser recibida en tan sólo 10 ms. Aparte, también se usa la redundancia incremental, que consiste en seleccionar los bits correctos de las transmisiones para minimizar las necesidades futuras de petición de más retransmisiones cuando hay múltiples errores en las señales transmitidas. Manuel Quesada Castillo 126

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Aunque la optimización de la velocidad de transmisión en sentido descendente es suficiente para aplicaciones contenido-a-persona, los servicios persona-a-persona requieren también una optimización en el sentido ascendente. Para ello se ha iniciado la estandarización del HSUPA, que se espera este pronto en el mercado, una vez que asentado el HSDPA y con el que se podrán conseguir velocidades de hasta 5,8 Mbps. HSUPA concentra en el Nodo B la cronoejecución y las retransmisiones, reduciendo así los retardos. Ejemplos comparativos de tiempo de descarga Operaciones O+M Transmisión y Radio Manuel Quesada Castillo 127

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Ya se ha visto que la evolución de las redes de comunicaciones móviles, va hacia una red únicamente de conmutación de paquetes y por tanto, totalmente IP. En la actualidad la red ya ha evolucionado hacia la Generación 3,5G y se están iniciando los pasos hacia la 4G. Acceso a través de múltiples redes de radio. Operaciones O+M Transmisión y Radio Manuel Quesada Castillo 128

CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON Velocidad requerida y latencia frente a tecnologías de acceso radio. Cobertura y velocidad de desplazamiento frente a velocidad de transmisión de las distintas tecnologías de acceso. Operaciones O+M Transmisión y Radio Manuel Quesada Castillo 129

Operaciones O+M Transmisión y Radio 11 Mbits/s 2 Mbits/s 170 kbits/s 76.8 kbits/s 14.4 kbits/s 43.2 kbits/s 5.4 Mbits/s 10 Mbits/s EDGE TDMA (IS-41) CDPD 473 kbits/s 115.2 kbits/s GPRS GSM (MAP) HSCSD PDC/PDC-P cdmaOne (IS-41) WCDMA FDD HSPA cdma X 307.2 kbits/s WLAN b 54 Mbits/s 1XEV - DO, phase 1 1XEV - DV, phase 2 HiperLAN 2 EDGE Ph. 2 GERAN Real Time IP IEEE802.11a WCDMA TDD Harmonised HL2-IEEE802.11a standard 200kHz 5MHz 1.25MHz 30kHz 2.4 Mbits/s Enhanced WLAN High Speed Downlik Packet Access Enhanced Local Wide area coverage 2Mbit/s TD-SCDMA Higher data rate WLAN 100 Mbps Evolution of 3G Future Wireless Manuel Quesada Castillo 130

Operaciones O+M Transmisión y Radio FIN Manuel Quesada Castillo 131

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