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Sistema UMTS




Enviado por Pablo Turmero



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    1. Origen del UMTS. Características de la Tercera
    Generación

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    Gran capacidad Variedad de servicios: Velocidad binaria elevada:
    hasta 144 kbits/s en entornos rurales 384 kbits/s en entornos
    suburbanos 2 Mbits/s en entornos urbanos Velocidad binaria
    variable dinámicamente Conmutación de circuitos y
    de paquetes Estructura modular y arquitectura abierta para la
    introducción de nuevas aplicaciones Seguridad de acceso y
    confidencialidad Características de la Tercera
    Generación

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    Origen de UMTS “Universal Mobile Telecommunication
    System” 1995 Proyecto europeo FRAMES para selección
    de método de acceso múltiple: propuesta con dos
    modos TDMA y CDMA. 1997 Proceso de selección de
    tecnologías para UMTS por parte de ETSI: propuesta con
    cinco categorías. 1998 Selección de dos
    tecnologías: WCDMA con FDD y TD-CDMA con TDD. 1998
    Armonización de las dos tecnologías anteriores y la
    japonesa. Envío conjunto como candidato para IMT-2000.
    1999 Creación de 3GPP y 3GPP2. Armonización de
    propuestas. Definición de IMT-2000: cinco modos. Pruebas
    no comerciales. 2003 Primeros terminales UMTS/GSM.
    Explotación comercial. 2006 Comienzo de HSDPA.

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    2. Arquitectura de la red UMTS

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    Iu UTRAN UE Uu CN Core Network UMTS Radio Access Network User
    Equipment Arquitectura general de UMTS

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    RNS RNC RNS RNC Core Network Node B Node B Node B Node B Iu Iu
    Iur Iub Iub Iub Iub Arquitectura de la red de acceso (UTRAN)
    (Gp:) UE Uu

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    3. Interfaz radio: características generales.
    Ensanchamiento espectral. Canales físicos, lógicos
    y de transporte. Estructura de tramas.

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    Componente terrestre: UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access).
    Está prevista también una componente por
    satélite. UTRA: FDMA/DS-CDMA (“WCDMA”) con FDD
    y TDD. El modo FDD está en funcionamiento, el TDD
    actualmente no. Separación entre portadoras: 5 MHz
    Velocidad de chip: 3.84 Mc/s Ensanchamiento espectral:
    Códigos de canalización: códigos ortogonales
    con factor de ensanchamiento variable (OVSF). Códigos de
    aleatorización: varios tipos de códigos PN.
    Modulación: BPSK / QPSK Estructura de trama temporal (no
    TDMA) Potencia máxima del terminal móvil: 21 dBm
    para voz. Conmutación de circuitos y de paquetes.
    Velocidad binaria variable de forma estática y
    dinámica. Traspaso con continuidad (soft) y entre
    portadoras (hard). Interfaz radio: características
    generales

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    Modo FDD: bandas “emparejadas”: 12 portadoras para
    cada sentido de transmisión UL: 1920–1980 MHz UL:
    2110–2170 MHz. Modo TDD: bandas “no
    emparejadas”: 7 portadoras para ambos sentidos de
    transmisión 1900–1920 MHz 2010–2025 MHz.
    Pueden usarse otras bandas en el futuro. UARFCN (UTRA ARFCN): f =
    0,2n (MHz). Bandas de frecuencias

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    Canal lógico: definen el tipo de información
    enviada De control / de tráfico Canal de transporte:
    definen el formato de envío Comunes / dedicados Canal
    físico: frecuencia, secuencias código.
    Además pueden distinguirse por división temporal
    (en DL) o fase I/Q (en UL). Comunes / dedicados Asociados a
    canales de transporte / no. Canales lógicos, de transporte
    y físicos

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    De control BCCH (Broadcast Control Channel, DL):
    información general de configuración de la red PCCH
    (Paging Channel, DL): aviso a móviles CCCH (Common Control
    Channel, DL y UL): otros tipos de señalización
    común DCCH (Dedicated Control Channel, DL y UL):
    señalización dedicada De tráfico DTCH
    (Dedicated Traffic Channel, DL y UL): información dedicada
    CTCH (Common Traffic Channel, DL): información
    punto-multipunto Canales lógicos

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    Comunes BCH (Broadcast Channel, DL) PCH (Paging Channel, DL) RACH
    (Random Access Channel, UL) FACH (Forward Access Channel, DL)
    Dedicado DCH (Dedicated Channel, DL y UL) Canales de
    transporte

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    Asociados a canales de transporte P-CCPCH (Primary Common Control
    Physical Channel): transmite el BCH S-CCPCH (Secondary Common
    Control Physical Channel): FACH y PCH PRACH (Physical Random
    Access Channel): RACH PCPCH (Physical Common Packet Channel):
    CPCH DPDCH (Dedicated Physical Data Channel): DCH, parte de
    tráfico DPCCH (Dedicated Physical Control Channel): DCH,
    parte de señalización (de nivel físico). No
    asociados a canales de transporte CPICH (Common Pilot Channel):
    piloto SCH (Synchronization Channel): primario (P-SCH) y
    secundario (S-SCH): sincronización PICH (Paging Indication
    Channel): se usa junto con PCH AICH (Access Indication Channel):
    se usa junto con RACH Canales físicos

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    Correspondencias BCCH BCH PCCH PCH DCCH CCCH RACH CTCH DTCH DCH
    FACH Canales Lógicos Canales de Transporte P-CCPCH S-CCPCH
    PRACH DPDCH DPCCH Canales Físicos AICH PICH CPICH
    SCH

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    Trama temporal No se utiliza como forma de acceso
    múltiple, sino para: Informaciones periódicas (en
    cada intervalo) Modo comprimido (en cada trama) Control de
    potencia (en cada intervalo) Multiplexación de DPCCH y
    DPDCH en DL (en cada intervalo) Variación dinámica
    de tasa binaria (en cada trama) Trama 0 Trama i Trama 71 Trama 1
    TS 0 TS j TS 14 Intervalo: 2/3ms Trama: 10 ms Supertrama 720
    ms

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    Canales físicos dedicados DL: Factor de ensanchamiento: 4,
    8, 16, …, 512 (chips/símbolo) DPDCH y DPCCH
    multiplexados en el tiempo Tasa variable en DPDCH a nivel de
    trama, mediante transmisión discontinua. UL: Factor de
    ensanchamiento: 4, 8, 16, …, 256 (bits/símbolo)
    DPDCH y DPCCH multiplexados en I/Q (para evitar interferencia
    audible cuando no haya DPDCH) Tasa variable en DPDCH a nivel de
    trama, modificando el factor de ensanchamiento y la
    potencia.

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    Canales físicos dedicados en UL DPCCH: SF = 256: Tasa
    binaria = 15 kb/s (BPSK): 10 bits/intervalo. DPDCH: SF = 28-k, k
    = 0,…,6: SF = 256, 128, …, 4:Tasa binaria = 15,
    …, 960 kb/s.Puede haber varios DPDCH en paralelo. No
    usual. Pilot: bits piloto (para la demodulación) TPC
    (transmit power control): control de potencia en bucle cerrado
    TFCI (transport format combination indicator): formato de
    transporte (para tasa binaria variable; campo opcional) FBI
    (feedback indicator): para diversidad de transmisión
    (SSDT) I Q

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    Canales físicos dedicados en DL DPCCH -DPDCH: SF = 29-k, k
    = 0,…,7: SF = 4, …, 512:Tasa binaria = 15, …,
    1920 kb/s (QPSK). Puede haber más canales DPDCH (sin
    DPCCH) en paralelo. No usual. Pilot: bits piloto TPC: transmit
    power control TFCI: transport format combination indicator

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    C8,1=(1,1,1,1,1,1,1,1) C4,1=(1,1,1,1) C2,1=(1,1) C1=(1)
    C2,2=(1,-1) C4,2=(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) C4,3=(1,-1,1,-1) C4,4=(1,-1,-1,1)
    C8,6=(1,-1,1,-1,-1,1,-1,1) C8,7=(1,-1,-1,1,1,-1,-1,1)
    C8,8=(1,-1,-1,1,-1,1,1,-1) SF = 2 SF = 4 SF = 8 Secuencias
    código de canalización: OVSF Son secuencias
    ortogonales (basadas en las de Hadamard). Proporcionan varios
    posibles factores de ensanchamiento, cada uno la mitad del
    anterior. Dos secuencias cualesquiera del árbol son
    ortogonales siempre que una no descienda de la otra.

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    Secuencias código de canalización: OVSF

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    Secuencias código pseudoaleatorias DL: se utiliza una
    familia de códigos “largos”, de periodo 38400
    chips (10 ms). UL: dos opciones: Códigos
    “largos”, de periodo 38400. Son los utilizados
    normalmente. Códigos “cortos”, de periodo 256.
    Son más adecuados para el uso de detección
    multiusuario en la base.

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    (Gp:) I (Gp:) S (Gp:) j (Gp:) c (Gp:) d,1 (Gp:) b (Gp:) d (Gp:) S
    (Gp:) long,n (Gp:) o S (Gp:) short,n (Gp:) I+jQ (Gp:) DPDCH (Gp:)
    1 (Gp:) Q (Gp:) c (Gp:) d,3 (Gp:) b (Gp:) d (Gp:) DPDCH (Gp:) 3
    (Gp:) c (Gp:) d,5 (Gp:) b (Gp:) d (Gp:) DPDCH (Gp:) 5 (Gp:) c
    (Gp:) d,2 (Gp:) b (Gp:) d (Gp:) DPDCH (Gp:) 2 (Gp:) c (Gp:) d,4
    (Gp:) b (Gp:) d (Gp:) DPDCH (Gp:) 4 (Gp:) c (Gp:) d,6 (Gp:) b
    (Gp:) d (Gp:) DPDCH (Gp:) 6 (Gp:) c (Gp:) c (Gp:) b (Gp:) c (Gp:)
    DPCCH (Gp:) S Ensanchamiento en UL Cd,i, Cc: códigos de
    canalización: reales slong,n: código de
    aleatorización largo: complejo sshort,n: código de
    aleatorización corto: complejo bd, bc: factores de
    ganancia

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    Constelación en UL Constelación antes de
    aleatorización Efecto de la aleatorización

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    Ensanchamiento en DL Cch,SF,m: código de
    canalización: real Sdl,n: código de
    aleatorización, largo: complejo G: factores de
    ganancia

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    Constelación en DL Efecto de la
    aleatorización

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    Códigos utilizados en DL

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    4. Modulación, codificación, entrelazado.

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    Modulación en UL BPSK en cada eje I/Q, con ensanchamiento
    complejo Filtrado en coseno alzado con factor de caída
    (roll-off) 0,22 (Gp:) Filtro (Gp:) Filtro (Gp:) p (Gp:) /2 (Gp:)
    f (Gp:) c (Gp:) + (Gp:) – (Gp:) Salida Re Im I S j c d,1 b d
    Slong,no Sshort,n I+jQ DPDCH 1 Q c d,3 b d DPDCH 3 c d,5 b d
    DPDCH 5 c d,2 b d DPDCH 2 c d,4 b d DPDCH 4 c d,6 b d DPDCH 6 c c
    b c DPCCH S Ensanchamiento Modulación

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    Modulación en DL QPSK Filtrado en coseno alzado con factor
    de caída (roll-off) 0,22 Convertidor Serie a Paralelo
    Filtro Chips Impares Eje Q Filtro Chips Pares Eje I p /2 f c + –
    Salida RF Flujo de chips

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    Codificación de canal Código interno, detector: CRC
    de 8, 12, 16 ó 24 bits Código externo, corrector:
    Código convolucional de tasa 1/2 o 1/3 y longitud
    (constraint lenght) 9. Código turbo de tasa 1/3.
    Entrelazado de profundidad 10, 20, 40 u 80 ms.

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    5. Procesos asociados a la transmisión: control de
    potencia, traspaso con continuidad

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    Bucle abierto: se usa en el PRACH y otros canales comunes. La
    potencia se calcula a partir de atenuación (medida por el
    móvil) y nivel de interferencia (indicado por la base)
    Bucle cerrado: se usa en DPCCH y DPDCH. Mide la SIR, compara con
    la SIR objetivo y envía órdenes para subir o bajar
    la potencia. Hay dos algoritmos. Es efectivo a velocidades del
    móvil bajas (hasta 30–50 km/h) Bucle externo: se usa
    en conjunción con el cerrado. Ajusta la SIR objetivo para
    garantizar una calidad (BLER) Debe ajustarse a cambios en las
    condiciones de propagación Los posibles algoritmos no
    están estandarizados. Control de potencia

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    Los NTPC bits de control de potencia recibidos en cada intervalo
    se combinan para obtener una orden de control de potencia. La
    potencia varía en un paso constante, determinado por la
    red. Hay dos algoritmos: Algoritmo 1: la orden indica
    “subir” o “bajar” la potencia en cada
    intervalo. En traspaso en el UL, el móvil baja la potencia
    si la orden recibida de al menos una base es “bajar”.
    Algoritmo 2: cada 5 intervalos, si las 5 órdenes son
    “subir” se sube la potencia; si las 5 órdenes
    son “bajar” se baja la potencia; si no la potencia no
    varía. En traspaso en el UL, el móvil primero
    combina las 5 órdenes de cada base, y con los resultados
    calcula una media para decidir si sube, baja o mantiene la
    potencia. Pasos posibles: UL: 1, 2, 3 dB. DL: 0,5, 1, 1,5, 2 dB.
    Usualmente 1 dB. Algoritmos de bucle cerrado

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    Traspaso Soft. Entre células o sectores de emplazamientos
    distintos. UL: selección en RNC. DL: combinación o
    SSDT. Softer. Entre sectores del mismo emplazamientos. UL:
    combinación en el emplazamiento. DL: combinación o
    SSDT. Hard. Puede ser entre portadoras UMTS, o entre sistemas
    (UMTS-GSM). Se basan en la realización de medidas en el
    móvil y en la base. El móvil envía informes
    de medidas a la base, bien de manera periódica o de forma
    guiada por eventos. Los algoritmos de traspaso no están
    estandarizados. El 3GPP propone como referencia algunos
    algoritmos, basados en el nivel recibido en el canal piloto de
    cada base.

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    Modo comprimido Consiste en crear huecos en la transmisión
    para posibilitar medidas a otras frecuencias (para traspasos
    hard) Por decisión de la red, se modifica la
    transmisión durante parte de la trama, de alguna de estas
    formas: Dividiendo el factor de ensanchamiento entre 2
    Planificación de tráfico por capas superiores a la
    física y se suspende la transmisión en el resto de
    la trama. Para mantener la calidad hay que incrementar la
    potencia durante la parte activa de la trama.

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    6. Protocolos. Servicios.

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    Protocolos en la interfaz radio Plano de control: protocolos
    relativos a señalización Detalle: canales
    físicos, de transporte y lógicos

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    Protocolos en la interfaz radio Plano de usuario: protocolos
    relativos a información de tráfico

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    Servicios Gran variedad y flexibilidad Voz: Códec AMR
    (Adaptive Multirate): varias tasas entre 4,75 y 12,2 kb/s
    (seleccionables por la red) y tramas SID para DTX Código
    convolucional Calidad objetivo: BLER = 1-2% Vídeollamada:
    64 kb/s Código turbo Calidad objetivo: BLER = 0.1-0.2%
    Datos en modo circuito y en modo paquete …

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