1. Origen del UMTS. Características de la Tercera
Generación
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
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.
2. Arquitectura de la red UMTS
Iu UTRAN UE Uu CN Core Network UMTS Radio Access Network User
Equipment Arquitectura general de UMTS
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
3. Interfaz radio: características generales.
Ensanchamiento espectral. Canales físicos, lógicos
y de transporte. Estructura de tramas.
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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.
Secuencias código de canalización: OVSF
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.
(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
Constelación en UL Constelación antes de
aleatorización Efecto de la aleatorización
Ensanchamiento en DL Cch,SF,m: código de
canalización: real Sdl,n: código de
aleatorización, largo: complejo G: factores de
ganancia
Constelación en DL Efecto de la
aleatorización
Códigos utilizados en DL
4. Modulación, codificación, entrelazado.
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
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
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.
5. Procesos asociados a la transmisión: control de
potencia, traspaso con continuidad
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
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
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.
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.
6. Protocolos. Servicios.
Protocolos en la interfaz radio Plano de control: protocolos
relativos a señalización Detalle: canales
físicos, de transporte y lógicos
Protocolos en la interfaz radio Plano de usuario: protocolos
relativos a información de tráfico
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 …
ESTA PRESENTACIÓN CONTIENE MAS DIAPOSITIVAS DISPONIBLES EN
LA VERSIÓN DE DESCARGA