Baltazar Sánchez Angel Gabriel Medina Rodríguez Maria del Rocio Montiel García Amor Eunice

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL BASADOS EN EL ESTÁNDAR WCDMA TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA PRESENTAN: Baltazar Sánchez Angel Gabriel Medina Rodríguez Maria del Rocio Montiel García Amor Eunice Asesores: M. en C. Jaime Pedro Abarca Reyna. M. en C. José Ernesto Rojas Lima México, D.F. 2007

2 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL" ADOLFO LOPEZ MATEOS" TEMA DE TESIS QUE PARA OBTENER EL TITULO DE POR LA OPCION DE TITULACION DEBERA~)DESARROLLAR INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA TESIS COLECTIVA Y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL C. ANGEL GABRIEL BALTAZAR SÁNCHEZ C. MARÍA DEL ROCIO MEDINA RODRÍGUEZ C. AMOR EUNICE MONTIEL GARCÍA "SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL BASADOS EN EL ESTANDAR WCDMA" COMPRENDER LA IMPORTANCIA DE LOS SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL DE TERCERA GENERACIÓN ASÍ COMO SUS VENTAJAS. :. INDICE. :. OBJETIVO. :. INTRODUCCIÓN :. SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL..:. WCDMA EN SISTEMAS 3G :. ELEMENTOS DE WCDMA. :. DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA. :. CONCLUSIONES MÉXICO D. F., A OS DE JUNIO DE ASESORES

3 OBJETIVOS OBJETIVOS Comprender la importancia de los esquemas de acceso múltiple en los sistemas de telefonía móvil. Describir la evolución de los sistemas de telefonía móvil. Estudiar las características y ventajas que ofrece la técnica de espectro disperso, así como las secuencias empleadas para ésta. Conocer la arquitectura de un sistema UMTS, y los elementos que la conforman. Analizar el estándar WCDMA, sus principales características y los elementos que lo componen. Comprender el funcionamiento del servicio de datos de alta velocidad HSPA que opera sobre la plataforma WCDMA. Por medio de la herramienta Matlab realizar un programa para determinar la cobertura de un sistema WCDMA. i

4 CONTENIDO CONTENIDO Objetivos.. Contenido Introducción i ii v CAPÍTULO 1 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL 1.1 Esquemas de acceso múltiple El concepto celular Evolución de los sistemas móviles Espectro disperso Secuencias de máxima longitud Secuencias Gold Secuencias Kasami Códigos ortogonales Códigos ortogonales de longitud variable. 17 Referencias. 19 CAPÍTULO 2 WCDMA EN SISTEMAS 3G 2.1 Arquitectura de una red UMTS Arquitectura en capas de protocolos de WCDMA Capa física Canales de transporte Canal de transporte dedicado 27 ii

5 CONTENIDO Canales de transporte comunes Canales físicos Canal físico para el enlace de subida Canal físico para el enlace de bajada Mapeo de los canales de transporte a los canales físicos Capa MAC Canales lógicos Mapeo de los canales lógicos y los canales de transporte Capa RLC Capa RRC.. 39 Referencias. 40 CAPÍTULO 3 ELEMENTOS DE WCDMA 3.1 Parámetros del estándar WCDMA Control de Potencia Control de Potencia de lazo abierto Control de Potencia de lazo cerrado Transferencia de llamada (Handover) Transferencia de llamada con interrupción (Hard Handover) Transferencia de llamada sin interrupción (Soft Handover) Servicio de datos en WCDMA HSDPA HSUPA iii

6 CONTENIDO Referencias. 64 CAPÍTULO 4 DIMENSIONAMIENTO EN WCDMA 4.1 Dimensionamiento Cobertura Diseño del enlace Enlace de bajada Enlace de subida Resultados obtenidos para cobertura.. 74 Referencias. 84 CONCLUSIONES Siglas y acrónimos. 90 iv

7 INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN En la actualidad, las comunicaciones móviles se han convertido en una herramienta que permite abrir caminos y cruzar fronteras, es por ello que han surgido novedosos sistemas de comunicaciones móviles, los cuales tienen en común el uso de técnicas de acceso múltiple. Dichas técnicas permiten compartir un recurso en común, ya sea en tiempo o en frecuencia. Existen diferentes técnicas de acceso múltiple, entre las más comunes se encuentran: acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA), acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y acceso múltiple por división de código (CDMA). Los sistemas de comunicaciones móviles han ido evolucionando debido a la demanda de servicios que ofrecen. La primera generación de telefonía móvil apareció a principios de los años ochentas, conocida como 1G, caracterizada por ser analógica y emplear FDMA como técnica de acceso múltiple. La tecnología digital se hizo más frecuente y los sistemas analógicos de 1G, fueron sustituidos por sistemas digitales a los cuales se les llamo sistemas de segunda generación de telefonía móvil (2G). Los sistemas de segunda generación se caracterizan por su naturaleza digital, ofreciendo mejor calidad de voz y servicios de datos. Estos sistemas utilizan como esquema de acceso múltiple FDMA, TDMA y CDMA. Los sistemas más representativos de 2G son GSM e IS-95. Un deseo de tasas de datos más altas y mejores servicios motivo el desarrollo de los sistemas de tercera generación de telefonía móvil (3G). Las características de éste son identificadas en el estándar Internacional de Telecomunicaciones Móviles para el año 2000 IMT-2000, las cuales incluyen compatibilidad con 2G, mayor capacidad, servicio de paquetes de datos de alta velocidad y capacidad de manejar servicios con diferentes tasas, Internet móvil, correo electrónico, vídeo y servicios multimedia. Uno de los sistemas más representativos de 3G es el acceso múltiple por división de código de banda ancha, WCDMA. Utiliza una portadora con un ancho de banda de 5MHz y una duración de trama de 10 ms. La información se dispersa a una tasa de 3.84 Mcps. En el enlace de bajada se emplea la modulación QPSK, y en el de subida BPSK. El trabajo está estructurado de la siguiente manera. v

8 INTRODUCCIÓN En el capítulo 1 se analizan diversas técnicas de acceso múltiple tales como FDMA, TDMA, OFDMA y CDMA, mostrando como por medio de estas técnicas se han podido implementar diversos sistemas de telefonía móvil, comenzando desde un sistema analógico de baja capacidad (1G) hasta los sistemas digitales que ofrecen servicios con altas tasas (3G). Se analizarán las diversas técnicas empleadas para poder generar una señal de espectro disperso, tales como salto de frecuencia y secuencia directa, siendo esta última técnica la más utilizada. Se describirán los códigos de pseudo-ruido que permiten dispersar el espectro de una señal de banda angosta, como son los códigos de máxima longitud, secuencias Gold, secuencias Kasami, códigos ortogonales de longitud fija y variable. En el capítulo 2 se describe la arquitectura y los elementos que componen una red UMTS. A diferencia de los sistemas de primera generación como AMPS la arquitectura de WCDMA esta desarrollada en capas, lo cual permite la optimización de los recursos de la red y ofrecer servicios de datos. Está dividida en tres capas: física, de enlace de datos, integrada por la capa MAC y la RLC, y la capa de red. A través de la capa física se proporcionan los requerimientos eléctricos y de procedimiento para poder activar, mantener y desactivar el enlace por medio de un canal de comunicaciones. La capa MAC se encarga del monitoreo de la cantidad de tráfico, para así proporcionar una buena calidad de servicio; y la RLC se encarga de la segmentación, concatenación y ofrece servicio a la capa MAC. La capa de red al igual que el modelo OSI se encarga de que los datos lleguen a su destino. En el capítulo 3 se describirán los parámetros de WCDMA, como el ancho de banda, tasas de transmisión, estructura de trama, tipos de modulación, duplexaje, códigos de dispersión y códigos para la codificación de canal, entre otros. También se describirá el control de potencia, fundamental para el funcionamiento óptimo de los sistemas basados en CDMA. Sin control de potencia, es posible que un usuario que se encuentre cerca de la estación base enmascare a otros usuarios que se encuentren lejos de ella. A esto se le conoce como el efecto cerca-lejos. Es por esta razón la importancia de estudiar los mecanismos de control de potencia. Se estudiará la transferencia de llamada sin interrupción, la cual se presenta cuando un usuario pasa de una celda a otra. Un caso especial de ésta es la transferencia de llamada sin interrupción intracelda. La transferencia de llamada sin interrupción es posible sólo cuando el sistema opera en la misma banda de frecuencia, siendo esta una característica de los sistemas basados en CDMA. vi

9 INTRODUCCIÓN Finalmente se describirá el servicio de datos de alta velocidad, HSPA. Este servicio ofrece altas tasas de datos bajo la plataforma WCDMA, lo que representa para los usuarios tiempos de respuesta más cortos y menos retrasos. HSPA esta formado por: el acceso de paquetes a alta velocidad para el enlace de bajada (HSDPA) y el acceso de paquetes a alta velocidad para el enlace de subida (HSUPA). En el capítulo 4 se mostrará el desarrollo para el diseño del enlace, el cual consiste en estimar las máximas pérdidas permitidas que tendrá el enlace para ofrecer un buen servicio, determinando el radio de cobertura de la celda. En este proceso se tomarán en cuenta parámetros tales como la ganancia de la antena transmisora y la antena receptora, tasa de transferencia, tipo de servicio que se ofrecerá ya sea voz o datos, sensibilidad del receptor, ruido del canal y ambiente de propagación. Se realizarán ejemplos de diseño de enlaces de subida y de bajada, los cuales están desarrollados en la plataforma Matlab y consisten en determinar el área de cobertura de una celda a partir de los parámetros ya mencionados. Finalmente se presentan las conclusiones resultado de este trabajo. vii

10 CAPÍTULO 1 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL Debido al aumento en la demanda de los servicios de telefonía móvil, estos sistemas han tenido que evolucionar principalmente para proporcionar servicios a mayor cantidad de usuarios y optimizar el uso de los recursos asignados. La utilización de esquemas de acceso múltiple permite a varios usuarios compartir recursos para transmitir y recibir información. En este capítulo se describen los esquemas de acceso múltiple usados en los sistemas de telefonía móvil, así como la evolución de éstos. Principalmente se describe CDMA, el cual es un esquema de acceso múltiple basado en la técnica de espectro disperso, que consiste en dispersar la señal que se va a transmitir por medio de otra señal llamada código de dispersión. Esta técnica utiliza un ancho de banda varias veces mayor al necesario para transmitir la información y presenta una alta tolerancia a interferencias intencionales y no intencionales. Los códigos empleados para dispersar la señal tienen valores pequeños de correlación cruzada y son únicos para cada usuario; se emplean diferentes secuencias código como PN, Gold, Kasami, Walsh y ortogonales de longitud variable. En este esquema los usuarios utilizan todo el ancho de banda del canal durante todo el tiempo que dure su llamada. 1

11 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL 1.1. Esquemas de acceso múltiple. En los sistemas de comunicaciones móviles múltiples usuarios tienen acceso a los recursos para comunicarse con otros usuarios. Un esquema de acceso múltiple es aquel en el cual varios usuarios comparten un recurso común para transmitir y recibir información. Los esquemas de acceso múltiple han sido desarrollados para hacer frente al problema del acceso a los recursos. Existen diferentes métodos de acceso múltiple, pero los más comunes son: acceso múltiple por división de frecuencia, FDMA (Frequency Division Multiple Access); acceso múltiple por división de tiempo, TDMA (Time Division Multiple Access); acceso múltiple por división de código, CDMA (Code Division Multiple Access); y acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal, OFDMA (Orthogonal Frequency División Multiplex Access). A continuación se presenta una descripción de cada uno de estos esquemas. FDMA En este esquema el espectro de frecuencia disponible es dividido de tal forma que a cada usuario se le asigna un canal de frecuencia con el mismo ancho de banda. Existe una banda de guarda entre canales para reducir la interferencia de canal adyacente. Es habitual que a cada usuario se le asigne un par de canales uno para el enlace de bajada y otro para el enlace de subida. La figura 1.1 muestra este esquema de acceso múltiple. FDMA Frecuencia Frecuencia4/Uusuario4/Canal4 Banda de guarda Frecuencia3/Uusuario3/Canal3 Banda de guarda Frecuencia2/Uusuario2/Canal2 Banda de guarda Frecuencia1/Uusuario1/Canal1 Banda de guarda Tiempo Figura 1.1. Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA). 2

12 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL TDMA TDMA es el esquema en el cual cada canal es dividido en intervalos de tiempo que se denominan "ranuras de tiempo" las cuales son fijas y sincronizadas, a cada usuario se le puede asignar una o varias ranuras de tiempo durante las cuales puede transmitir su información. Al agrupar varias ranuras de tiempo se forma una trama. En la figura 1.2 se observa este esquema. Se puede agregar un período o tiempo de guarda entre ranuras de tiempo, de modo que la información de los usuarios no se traslape. TDMA Frecuencia Tiempo de guarda Ranura de tiempo 1 Tiempo de guarda Ranura de tiempo 2 Tiempo de guarda Ranura de tiempo 3 Tiempo de guarda Ranura de tiempo 4 Tiempo Figura 1.2. Acceso múltiple por división en tiempo (TDMA). Un problema que puede surgir es si los datos de los usuarios que tienen acceso a la red se presentan en ráfagas. Un usuario puede transmitir datos irregularmente de modo que los períodos en los cuales no haya transmisión sean más largos que los períodos de transmisión. En ese caso el esquema TDMA tiende a ser ineficaz porque una ranura de tiempo asignada al usuario no lleva información. Una manera de evitar esto es permitir a más de un usuario compartir dicha ranura. A esta estrategia se le conoce multiplexaje estadístico [1]. 3

13 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL CDMA CDMA es quizás uno de los esquemas más sofisticados que ha sido usado en sistemas de telefonía móvil. A los sistemas que utilizan este esquema se les denomina "sistemas de espectro disperso". En este esquema se asigna un código a cada usuario y simultáneamente todos los usuarios pueden ocupar todo el ancho de banda disponible al mismo tiempo. A diferencia de TDMA y FDMA, en CDMA se emplean códigos matemáticos para distinguir a cada usuario [2]. La figura 1.3 ilustra este esquema. Los códigos usados para la dispersión tienen valores pequeños de correlación cruzada y son únicos para cada usuario [3]. Lo anterior permite que el receptor sea capaz de seleccionar la señal deseada. En el lado transmisor a cada usuario se asigna una secuencia de código única para dispersar la información. El receptor, conociendo las secuencias de código del usuario, descifra la señal recibida y recupera los datos originales. CDMA Frecuencia Codigo de dispersion 4 Codigo de dispersion 3 Codigo de dispersion 2 Codigo de dispersion 1 Tiempo Figura 1.3. Acceso múltiple por división de código (CDMA). OFDMA Además de las técnicas de acceso múltiple antes mencionadas, existe otra llamada técnica de acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA). A diferencia de FDMA, esta consiste en asignar una portadora ortogonal, a cada usuario. 4

14 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL 1.2. El concepto celular. Un sistema de telefonía móvil es aquel en donde los usuarios pueden tener comunicación desplazándose de un lugar a otro, servidos por una estación base, este sistema también es conocido como sistema de telefonía celular. Los elementos que intervienen en el concepto celular son: estación base, estación móvil y reutilización de frecuencia, figura 1.4. Una celda es el área de servicio en la que es posible recibir y realizar llamadas por los usuarios. Cada celda cuenta con una estación base. A un conjunto de celdas se le conoce como cluster. Un cluster se encuentra conectado a un centro de conmutación móvil, MSC. La reutilización de frecuencia se refiere al empleo de canales de radio sobre la misma frecuencia portadora para cubrir las diferentes áreas que son separadas una de otra por una cierta distancia, de modo que la interferencia entre canales sea lo más baja posible [4]. El propósito de utilizar celdas hexagonales es para la planeación del sistema y de los recursos. Sin embargo, en la realidad las celdas no tienen una forma definida. EM E B 2 E B 1 MSC E B 3 Figura 1.4.Elementos que conforman el concepto celular Evolución de los sistemas de telefonía móvil. Los últimos años se ha visto un crecimiento del mercado de comunicaciones móviles, principalmente en su aplicación de telefonía. A continuación se presenta la evolución de estos sistemas [5]. 5

15 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL Sistemas de primera generación (1G) La primera generación de telefonía móvil apareció en los años ochentas, su modo de transmisión era analógico. Las redes más destacadas, fueron el teléfono nórdico móvil NMT (Nordic Mobile Telephone) y el sistema de servicio de telefonía móvil avanzado AMPS (Advanced Mobile Phone Service), el sistema de comunicación de acceso total TACS (Total Access Communication System) y ETACS (Extended TACS). Principalmente se ofrecía servicio de voz empleaban como esquema de acceso múltiple FDMA. En la siguiente tabla se muestran los sistemas celulares más representativos de 1G. SISTEMA AMPS NMT TACS ETACS Banda de frecuencia Esquema de acceso múltiple Año de introducción Esquema de modulación MHz MHz MHz 900 MHz FDMA FDMA FDMA FDMA FM FM FM FM Tabla 1.1. Sistemas celulares de primera generación. Sistemas de segunda generación (2G) A finales de los años 1980 la integración a gran escala y la tecnología de procesamiento de señales maduraron, preparando el terreno para la era digital. Así como el microprocesador fue el activador para las unidades móviles de 1G, el DSP (Digital Signal Processor) fue el activador para los de 2G. La tecnología digital se hizo más frecuente y los sistemas 1G fueron sustituidos por sistemas digitales a principios de la década de los noventas. El énfasis para 2G estaba sobre la compatibilidad y la transparencia internacional; el sistema debería ser regional o semiglobal y los usuarios del sistema deberían ser capaces de tener acceso a ello básicamente en todas partes de la región, las redes 2G fueron capaces de proporcionar algunos servicios de datos como mensajes de texto. 6

16 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL Fueron cuatro los principales estándares para los sistemas de 2G: el sistema global para comunicaciones móviles GSM (Global System for Mobile communications) que unifico el servicio europeo, el sistema digital AMPS (D-AMPS), el estándar japonés celular digital personal PDC (Personal Digital Cellular), y el estándar IS-95A o CDMAONE (Code Division Multiple Access ONE). En la tabla 1.2 se muestran las características más importantes de estos sistemas de segunda generación. SISTEMA GSM IS-54 PDC IS-95 Banda de frecuencia MHz 850 MHz MHz MHz Esquema de acceso múltiple TDMA/FDMA TDMA/FDMA TDMA/FDMA CDMA Tasa de datos 13 kbps 7.95 kbps 7.95 kbps 14.4 kbps Año de introducción Esquema de modulación GMSK Π/4 DQPSK Π/4 DQPSK QPSK Tabla 1.2. Principales sistemas de segunda generación. TDMA fue incorporado con FDMA en todos los sistemas 2G, excluyendo el sistema CDMAONE que es el único sistema que emplea el esquema CDMA. Sistemas de generación 2.5 Como la popularidad de las comunicaciones móviles aumento los sistemas de segunda generación, como IS-95 o GSM, eran incapaces de satisfacer la demanda de mayor capacidad. Los sistemas más sobresalientes desarrollados para 2.5G son: HSCSD, GPRS, EDGE. Para satisfacer esta demanda en 2001 se creó el Servicio de Radio Paquetes General GPRS (General Packet Radio Service), que es una mejora de GSM. GPRS es una técnica de transmisión de paquetes, con ella se tienen tasas de datos de 40 kbps hasta 115 kbps. GPRS emplea dos tipos de modulación 8PSK y π/4 DQPSK. HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) ofrece una asignación asimétrica de los recursos. La máxima tasa de transmisión que se logra a 14.4 Kbps es de Kbps 7

17 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL Las tasas de datos mejoradas para la evolución global EDGE (Enhaced Data rates for Global Evolution), fueron diseñadas para aumentar las tasas de datos. La capacidad aumentada de EDGE es resultado de la utilización de una interfaz de aire modificada, llamada la red de acceso de radio GSM/EDGE (GERAN), que proporciona casi tres veces la capacidad de GPRS. EDGE emplea un esquema de modulación 8PSK o GMSK. Si EDGE es usado con GPRS entonces a esta combinación se le conoce como GPRS mejorado EGPRS (Enhaced GPRS) [6]. Sistemas de tercera generación (3G) Un deseo de tasas de datos más altas motivo el desarrollo de los sistemas de tercera generación, las características de ésta se describen en el estándar Internacional de Telecomunicaciones Móviles para el año 2000 IMT-2000 (International Mobile Telecommunications for year 2000). IMT-2000 es la norma mundial para tercera generación (3G) de comunicaciones inalámbricas, definida por un conjunto de recomendaciones interdependientes de la Unión Internacional de Telecomunicaciones, ITU (Internacional Telecommunication Union). Las exigencias dentro de IMT-2000 para un sistema de tercera generación son: Proporcionar acceso a servicios como: audio, video, voz, datos, multimedia, roaming y seguridad. Alta velocidad en la transmisión de datos, con tasas de 144 Kbps, 384 Kbps, y 2 Mbps. Servicios simétricos y asimétricos. Calidad de voz comparable con los sistemas de comunicaciones fijos. Compatibilidad con sistemas de segunda generación. Alta eficiencia espectral. Servicio de paquetes de datos de alta velocidad. Conmutación de paquetes y conmutación de circuitos. 8

18 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL El espectro para los servicios móviles 3G fue designado por la ITU. La ITU atribuyó las bandas de frecuencia MHz, MHz y MHz. Los sistemas 3G requieren de un orden más alto de modulación que soporte altas tasas de datos, por ejemplo la modulación multi-nivel de amplitud en cuadratura QAM, por medio de la cual la amplitud y la fase son variadas para generar símbolos, el número total de símbolos puede ser de 2 a 64. En 3G se han desarrollado nuevos servicios como son: Internet móvil, correo electrónico, transferencia de datos de alta velocidad, vídeo y servicios multimedia. 3G adopta las técnicas de acceso múltiple CDMA y más específicamente de banda ancha, para proporcionar mayor capacidad. Un sistema de 3G es CDMA2000 que es una mejora del sistema IS-95 de 2G. Los sistemas CDMA2000 1x usan el mismo canal que los sistemas IS-95 y 1x se refiere a una portadora de 1.25 MHz de ancho de banda. CDMA2000 puede alcanzar tasas de datos de hasta 2 Mbps. Uno de los sistemas más representativos de 3G es el acceso múltiple por división de código de banda ancha, WCDMA (Wideband CDMA) que fue desarrollada por la asociación de proyectos de tercera generación 3GPP (3rd Generation Partnership Project) que es un acuerdo de colaboración que fue establecido en diciembre de 1998, este acuerdo incluye un número de organismos dedicados a crear normas de telecomunicaciones que se conocen como "compañeros de organización". Entre ellos se encuentran el Instituto de Estándares de Telecomunicaciones Europeo, ETSI (European Telecommunications Standards Institute) de Europa, la Asociación de Industrias de Radio y Negocios, ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) de Japón, la Asociación de Estándares de Comunicaciones de China, CCSA (China Communications Standards Association), la Alianza para Soluciones de la Industria de Telecomunicaciones, ATIS (Alliance for Telecommunications Industry Solutions) de Estados Unidos, la Asociación de Tecnología de Telecomunicaciones, TTA (Telecommunications Technology Association) de Korea, y el Comité de Tecnología de Telecomunicaciones, TTC (Telecommunication Technology Committee) de Japón [7]. La primera versión del estándar se produjo en 1999, la cual contiene todos los requerimientos de IMT

19 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL La 3GPP actualiza los datos continuamente con nuevas y mejoradas características, usa un sistema de revisiones, en la cual se indican todas estas especificaciones. La primera fue la revisión 99, en 2004 la revisión 4, la revisión 5 en 2005, la revisión 6 en 2006, y actualmente ya se encuentra en proceso la revisión 7. WCDMA fue elegido como la tecnología básica de acceso de radio para UMTS/IMT tanto en Europa como en Japón. La estandarización de los sistemas de tercera generación, consta de una lista de diversos objetivos para su funcionamiento entre ellos se encuentran, una alta eficiencia del espectro y converger con un estándar global con alto grado de interoperabilidad [7]. Sistemas de cuarta generación (4G) Actualmente no hay un estándar formal o definición que exista para 4G, el enfoque de los sistemas es claro, integrar los sistemas inalámbricos. Esperan completar el proceso de globalización de comunicaciones móviles. 4G será la fusión de las tecnologías celulares e inalámbricas incluyendo la integración de tecnologías desde redes de área personal (PAN s), redes de área local (LAN s), redes de área metropolitana (MAN), redes de área amplia (WAN s), redes de área regional y global conectadas a una sola red. 4G habilita tecnologías relacionadas a la codificación, la modulación y el acceso múltiple, los esquemas de codificación avanzados, la modulación adaptable, la señalización de banda ultra ancha. Un aspecto importante dentro de los esquemas avanzados de codificación es la codificación concatenada, esta fundamentalmente basada en la unión de dos o mas códigos y un proceso de entrelazado, la desventaja primara es la complejidad. En el futuro es probable que los sistemas 4G empleen esquemas de acceso múltiple mejorados. Algunos proponen como esquemas de acceso múltiple de 4G a: OFDM acoplado con TDMA y multi-portadora CDMA. 10

20 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL 1.4. Espectro disperso. El espectro disperso, SS (Spread Spectrum), es una técnica de transmisión de señales que fue desarrollada principalmente para sistemas de comunicaciones militares a finales de la segunda guerra mundial, con el objetivo de evitar la interferencia intencional (jamming). Los sistemas de comunicaciones de espectro disperso utilizan un ancho de banda varias veces mayor al necesario para transmitir la información [8]. Este procedimiento se realiza a través de una operación donde el espectro de una señal m(t) se dispersa por medio de otra señal, que es llamada código de dispersión g(t), en la figura 1.5 se muestra el espectro M(f) de la señal y G SS (f) después de la dispersión, donde N o es la densidad espectral del ruido. M(f) N 0 W f a) Espectro de m(t) antes de la dispersión. G SS (f) N 0 f W SS b) Espectro después de la dispersión (señal transmitida). Figura 1.5. Procedimiento de dispersión. La razón W SS / W se llama factor de dispersión o ganancia de procesamiento (G P ). W SS es el ancho de banda de transmisión y W es el ancho de banda de la señal de información [9]. Las ventajas que ofrece la técnica de espectro disperso son: Robustez contra la interferencia, lo que da una alta confiabilidad. 11

21 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL Alta tolerancia a interferencias intencionales o no intencionales. Baja detectabilidad de la señal transmitida por un receptor ajeno, la cual se reduce con el incremento del factor de dispersión. El esquema de acceso múltiple empleado permite que varias señales ocupen el mismo ancho de banda de radiofrecuencia para que sean transmitidas al mismo tiempo. Posee una baja probabilidad de interceptación, LPI (Low Probability of Interception), debido a su baja densidad de potencia la señal de espectro disperso es difícil de descubrir e interceptar por un receptor ajeno [10]. Existen diversas técnicas para generar el espectro disperso, las cuales son [9]: Secuencia directa, DS (Direct Sequence).- La señal portadora de información es multiplicada directamente por la señal código a una alta tasa de chip 1. Salto de frecuencia, FH (Frequency Hopping).- La frecuencia portadora en la cual viaja la información de la señal que se transmite es rápida o lentamente cambiada de acuerdo con una señal código. Salto en el tiempo, TH (Time Hopping).- La señal portadora de la información no es transmitida continuamente. La señal se transmite en instantes cortos donde los tiempos de los instantes son decididos por la señal código. Híbridos.- Dos o más de las técnicas de SS antes mencionadas pueden ser usadas juntas para combinar las ventajas. El espectro disperso puede ser usado como técnica de acceso múltiple, para compartir recursos de comunicaciones y la misma banda espectral entre un número considerable de usuarios. La técnica llamada acceso múltiple por división de código (CDMA), emplea métodos de espectro disperso y asigna a cada usuario un código. La aplicación de espectro disperso en sistemas comerciales surgió en el año Durante la década de los ochentas Qualcomm investigó técnicas DS-CDMA que finalmente condujeron a la comercialización de sistemas de comunicaciones móviles de espectro disperso. En la figura 1.6, se puede ver una clasificación general de CDMA respecto al número de técnicas para generar espectro disperso. 1 Se denomina chip al bit utilizado en la dispersión, es la unidad básica de información en WCDMA. 12

22 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL CDMA CDMApuro CDMAhíbrido De banda ancha DS FH TH DS/FH DS/TH FH/TH DS/FH/TH TDMA/CDMA De banda estrecha Salto de frecuencia rápido Salto de frecuencia lento MC-CDMA MT-CDMA Figura 1.6. Clasificación General de CDMA [9]. Para mostrar la capacidad de acceso múltiple se describirán las técnicas para generar CDMA puro. Sin embargo, es importante mencionar que la más utilizada es la secuencia directa DS-CDMA. En DS-CDMA, la señal que lleva la información es directamente multiplicada por una señal de dispersión o señal código pseudo ruido, a una mayor tasa. Es de esta multiplicación directa que toma su nombre, DS-CDMA. En la figura 1.7 se muestra el principio básico de DS, cada símbolo es de duración T S y es dispersado en múltiples chips de duración T C. La duración T C debe ser mucho menor que T S y la tasa de T C mucho mayor a la de T S. T S Señal de Datos Señal Código T C Secuencia Dispersada [ ] [ ] Figura 1.7. Secuencia Directa. El receptor recupera la señal usando el mismo código. Tiene que ser capaz de sincronizar la señal recibida con el código generado; de otra manera, la señal original no puede ser recuperada [6]. 13

23 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL En FH-CDMA la señal que contiene la información no debe ser continua, se debe cambiar en forma de saltos durante ciertos intervalos de tiempo, el salto de frecuencia esta decidido por la señal código. La ocupación de frecuencias de un sistema FH se diferencia bastante de un sistema DS. Un sistema DS ocupa la toda la banda de frecuencia asignada cuando transmite, mientras que un sistema FH usa sólo una pequeña parte de la banda cuando transmite, como se muestra en la figura 1.8. Por regla general, ambos sistemas transmitirán la misma potencia en la banda de frecuencia asignada [11]. frecuencia frecuencia FH tiempo DS tiempo Figura 1.8. Tiempo y frecuencia utilizados por FH y DS. El número de frecuencias usadas varía de unos cuantos a varios miles, sin embargo por lo general los sistemas FH son clasificados en dos categorías dependiendo de la tasa de salto. Salto de frecuencia rápido, FFH (Fast Frequency Hopping), la tasa de salto es igual o mayor que la tasa de bit de la señal en banda de base. Salto de frecuencia lento, SFH (Slow Frequency Hopping), la tasa de salto es menor que la tasa de bit de la señal en banda de base. La mayor protección contra la interferencia se logra con la más alta tasa de salto [9] Secuencias de máxima longitud. Las secuencias de máxima longitud (m-sequences) son por definición los códigos más largos que pueden ser generados por un registro de desplazamiento. En cada ciclo de reloj el registro desplaza todo el contenido a la derecha. En la figura 1.9 se muestra un registro de desplazamiento con retroalimentación lineal, LFSR (Linear Feedback Shift Register). 14

24 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL c 1 c 2 c n-1 c n X X X X a i a i-1 a i-2... a i-(n-1) a i-n Figura 1.9. Estructura del generador de secuencias de máxima longitud. La secuencia a i puede ser representada por esta ecuación: a i = c n 1 ai 1 + c2ai cnai n = ckai k. (1) k = 1 El período máximo N, de una secuencia es de 2 n -1, donde n es el número de etapas del registro. Las secuencias de máxima longitud cumplen tres propiedades de aleatoriedad en cada período de longitud N = 2 n -1: Balance: El número de unos difiere del número de ceros en, como mucho, un dígito. Sucesión: Una corrida (run) es una secuencia de un único tipo de dígito binario. Esta propiedad se refiere a que la mitad de las corridas tienen longitud 1, 1/4 tiene longitud 2, 1/8 longitud 3, y 1/2 k longitud k (k <n). Autocorrelación: Si el período de una secuencia se compara término a término con un desplazamiento cíclico de él mismo, el número de coincidencias diferirá del número de no coincidencias por no más de uno [12] Secuencias Gold. Las secuencias Gold se caracterizan por que sus valores de correlación cruzada cumplen ciertos requisitos, existen ciertos pares de secuencias m que tienen 3 valores de correlación cruzada: -t(n),-1, t(n)-2, donde: t( n) n+ 1 2 = n+ 2 2 para. n. impar para. n. par. (2) 15

25 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL A dos secuencias que cumplan estas condiciones se les denomina par preferido. El encuentro de los pares preferidos de secuencias m es necesario en la definición de los códigos Gold. Los códigos Gold se generan a partir de dos secuencias de longitud N=2 n -1, una de ellas con versiones desplazadas de la otra. En la figura 1.10 se muestra un generador de 33 códigos Gold de longitud 31. El período de cualquier código en la familia es N Figura Generador de secuencias Gold. De la figura 1.10 podemos determinar que el periodo para ambas secuencias es: N=2 5-1 = 31 chips Esta estructura generara los = 33 códigos. Las conexiones de los registros de corrimiento se representan por medio de polinomios f 1 (D) para el primer registro y f 2 (D) para el segundo. f 1 (D)=1+D 2 +D 5 y f 2 (D)= 1+D 2 +D 3 +D 4 +D 5 ; por medio de la suma modulo 2 se realizan las combinaciones para obtener todas las secuencias [12] Secuencias Kasami. Las secuencias Kasami son uno de los tipos más importantes de secuencias binarias debido a que su correlación cruzada es muy baja. Para generar las secuencias Kasami, se parte de una secuencia a y se forma la secuencia a', decimando la secuencia a cada 2 n/2 + 1, la secuencia a también tendrá un período N =2 n 1. Con este procedimiento se obtiene un conjunto de M= 2 n/2 secuencias Kasami con período N = 2 n 1, siendo n un número par. 16

26 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL La autocorrelación y las funciones de correlación cruzada de estas secuencias toman los valores del conjunto {-1, - (2 n/2 + 1), 2 n/2-1} [12] Códigos ortogonales. Las funciones ortogonales son empleadas para mejorar la eficiencia de ancho de banda en los sistemas de espectro disperso. Existen varias secuencias que pueden ser usadas para generar un conjunto ortogonal de funciones, las secuencias Walsh son muy útiles para CDMA. Las funciones Walsh son generadas por mapeo de filas de una matriz cuadrada llamada matriz Hadamard. Esta matriz se caracteriza por tener una fila de ceros y las restantes con igual número de ceros y unos. La matriz Hadamard puede ser generada por el siguiente procedimiento: H1 = [] 0 H 2 0 = H4 0 0 = H 2 N H = H N N H H N N donde N es una potencia de 2 y el símbolo negado indica el complemento binario de bits en la matriz. La característica más importante de los códigos Walsh es su perfecta ortogonalidad [12] Códigos ortogonales de longitud variable. WCDMA esta diseñado para ofrecer una variedad de servicios de datos, de bajas a muy altas tasas de bit. Ya que el ancho de banda de la señal dispersa es la misma para todos los usuarios, la tasa de transmisión necesita múltiples factores de dispersión (SF) en los canales físicos. Se considera que cada bit es dispersado por un código de longitud N = 2 n. Generalmente, la longitud de código de 2 n-k es necesaria para una tasa de bit 2 k R min. Un método para obtener los códigos ortogonales de longitud variable está basado en una matriz Hadamard modificada. C N es una matriz de tamaño N x N y tiene N códigos binarios de N chips y de longitud {C N (n)} n=l,,n. donde C N (n) es el vector fila de N elementos y N=2 n. La matriz C N es generada como a continuación se indica: 17

27 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL C N CN (1) CN (2) CN (3) = = M CN ( N 1) C C ( N) N C C C C N / 2 N / 2 N / 2 N / 2 N / 2 (1) C (1) C (2) C CN / 2(2) C M ( N / 2) C ( N / 2) C N / 2 N / 2 N / 2 N / 2 N / 2 N / 2 (1) (1) (2) (2). (3) ( N / 2) ( N / 2) Otra forma de generar los códigos ortogonales de longitud variable puede ser usando una estructura de árbol como se muestra en la figura Figura Árbol de códigos de longitud variable ortogonales. Los códigos como C 2 (1) y C 2 (2) que pertenecen a un mismo nivel, son ortogonales entre si, al igual que los códigos que no dependen de la misma madre. En el caso de que un código sea madre de otro; por ejemplo C 4 (1) y C 2 (1) son códigos madre de C 8 (1), no son ortogonales entre si. Entonces por esta razón un código puede ser usado en un canal si y sólo si ningún otro código, de la raíz del mismo árbol que depende el código específico es usado en el mismo canal. Si C 4 (2) es asignado a un usuario, los códigos {C 2 (1), C 8 (3), C 8 (4), } no pueden ser asignados a usuarios que lo requieran. Esto quiere decir que el número de códigos disponibles no es fijo, depende de la tasa y el factor de dispersión de cada canal físico. Estas restricciones son impuestas para mantener la ortogonalidad [12]. 18

28 SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL Referencias [1] W. Stallings, Wireless Communications and Networks, Prentice Hall, [2] Heikki Kaaranen y Ari Ahtiainen, UMTS Networks Architecture Mobility and Services, John Wiley & Sons, [3] J.G. Proakis, Digital Communications, McGraw Hill, [4] V.H. MacDonald, The Cellular Concept, en The Bell System Technical Journal, vol. 58, núm. 1, enero de [5] T.S. Rappaport, Wireless Communication, Principles and Practice, Prentice Hall, [6] Juha Korhonen, Introduction to 3G Mobile Communications, Artech House, [7] Erik Dahlman y Per Beming, WCDMA -The Radio Interface for Future Mobile Multimedia Communications, en IEEE Transactions, vol. 47, núm. 4, noviembre de [8] Bernard Sklar, Digital Communications, fundamentals and applications, Prentice Hall, [9] Ramjee Prasad y Tero Ojanperä, An Overview of Cdma Evolution Toward Wideband Cdma, en IEEE Communications Surveys, vol. 1, núm. 1, septiembre de [10] Raymond L. Pickholtz y Donald L. Schilling, Theory of Spread Spectrum Communications, en IEEE Transactions, vol. 30, núm. 5, mayo de [11] Leonhard Korowajczuk y Bruno de Souza Abreu Xavier, Designing cdma2000 Systems, John Wiley & Sons, [12] Esmael H. Dinan y Bijan Jabbari, Spreading Codes for Direct Sequence CDMA and Wideband CDMA Cellular Networks, en IEEE Communications Magazine, vol. 36, núm. 9, septiembre de

29 CAPÍTULO 2 WCDMA EN SISTEMAS DE 3G UMTS posee una arquitectura de red que esta integrada por tres entidades, la estación móvil, la red de acceso de radio terrestre UTRAN y la red principal CN. Existen dos interfaces principales para la comunicación entre las entidades: la interfaz lu, que se localiza entre la UTRAN y la red principal, y la interfaz Uu que se encuentra ente la UTRAN y la estación móvil. Este capítulo contiene una descripción de la función que desempeña cada entidad en la red. También se describe la arquitectura de WCDMA, la cual está formada por tres capas: la capa física, la capa de enlace de datos y la capa de red. La capa física esta formada por un conjunto de canales, que se dividen en canales de transporte y canales físicos. La capa de enlace de datos contiene dos subcapas, la capa de control de acceso al medio MAC y la capa de control de radio enlace RLC. La capa MAC ofrece servicios a la capa RLC a través de canales lógicos. La capa RLC ofrece servicios a capas superiores mediante puntos de acceso de servicio. Finalmente la capa de red implementa funciones relativas al control de los recursos de radio, gestión de la movilidad de los usuarios y funciones relacionadas con el control de las llamadas. 20

30 WCDMA EN SISTEMAS DE 3G 2.1. Arquitectura de una red UMTS. En esta sección se presenta la arquitectura general de un sistema de comunicaciones móviles, UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) el cual esta conformado por los siguientes elementos: El equipo de usuario, UE (User Equipment) que en este trabajo lo nombraremos como estación móvil. La red de radio de acceso terrestre, UTRAN (UMTS Terrestrial Radio-access Network). La red principal, CN (Core Network). La arquitectura general incluye dos interfaces: la interfaz lu que se localiza entre la UTRAN y la red principal y la interfaz Uu que se encuentra ente la UTRAN y la estación móvil. Los protocolos sobre las interfaces Uu y lu son divididos en dos estructuras: en el plano de usuario y en el plano de control, en la siguiente figura se muestra la arquitectura general UMTS. Arquitectura UMTS Estacion Movil UTRAN Red principal Interfaz Uu Interfaz lu Figura 2.1. Arquitectura general de un sistema UMTS. La estación móvil es la terminal del sistema, esta contiene dos entidades: el equipo móvil ME (Mobile Equipment) que es empleado para la comunicación sobre la interfaz Uu; y el modulo de identidad de suscriptor, USIM (Universal Subscriber Identity Module). La UTRAN maneja toda la funcionalidad relacionada con la red principal, consiste de radio controladores de red, RNC (Radio Network Controllers) y el Nodo B, que en este trabajo lo nombraremos como estación base, juntas estas dos entidades forman un subsistema de radio de red, RNS (Radio Network Subsystem)[1]. 21

31 WCDMA EN SISTEMAS DE 3G Las interfaces internas de la UTRAN son: la interfaz lub y la interfaz lur. La interfaz lub conecta a la estación base con el RNC, la interfaz lur es un enlace entre dos RNC. El controlador de red es el elemento de control de la UTRAN, es el punto de acceso para todos los servicios, el RNC esta localizado entre las interfaces lub y lu. El RNC controla una o más estaciones base, sus funciones principales son: control de operación de la estación base, manejo del tráfico de los canales comunes, macrodiversidad, modificaciones a los conjuntos activos (soft handover), manejo del tráfico de los canales compartidos, control de potencia y control de admisión [2]. La estación base se localiza entre la interfaz Uu y la interfaz Iub, sus principales tareas son: efectuar la implementación física de la interfaz Uu; la estación base implementa los canales físicos y transfiere la información de canales de transporte a los canales físicos. En la figura 2.2 se observa la arquitectura general de UTRAN. UTRAN RNS Estacion Base lub lu Estacion Base RNC Estacion Base lur Red Principal Estacion Base Estacion Base RNC Estacion Base lub lu Figura 2.2. Arquitectura general UTRAN. La red principal CN es una entidad que cubre todos los elementos de red necesarios para el control de abonado y la conmutación, la red principal es dividida en dos dominios: conmutación de circuitos y conmutación de paquetes. La CN es responsable de cambiar y enrutar llamadas y conexiones de datos a redes externas. La red principal maneja los procedimientos específicos de servicio, incluyendo la dirección de movilidad, y el control de llamada. 22

32 WCDMA EN SISTEMAS DE 3G En la red principal existen cinco entidades las cuales son: el centro de conmutación móvil, MSC (Mobile Switching Center), puerta de enlace al centro de conmutación móvil, GMSC (Gateway Mobile Switching Center), el registro de locación, HLR (Home Location Register), el nodo de apoyo al servidor GPRS, SGSN (Serving GPRS support node), puerta de enlace al nodo de apoyo GPRS, GGSN (Gateway GPRS Support Node.). En la figura 2.3 se muestra cada una de estas entidades. Uu UTRAN Estacion Movil USIM Estación base Estación base RNS RNC LuPs MSC Red principal GMSC RDSI Lub lur HLR Equipo Móvil Estación base Estación base RNS RNC LuCs SGSN GGSN INTERNET Figura 2.3. Elementos de un sistema UMTS. El centro de conmutación móvil es la pieza central de la conmutación de circuitos en la red principal. Las principales funciones de un MSC son las siguientes: coordinación de llamada de todas las estaciones móviles en la jurisdicción del MSC, asignación dinámica de recursos, manejo de la transferencia de llamada, intercambio de señales entre diferentes interfaces [2]. En esta entidad también se encuentra el registro de visitante, VLR (Visitor Location Register) que contiene información sobre las estaciones móviles en esa área. El VLR contiene información de todos los suscriptores activos en esa área. Contiene la misma información que contiene el HLR, con la diferencia de que esta información es temporánea. El HLR contiene los datos de subscriptor, cada perfil de información de subscriptor se guarda en un HLR. La información del subscriptor entra en el HLR cuando el usuario hace una suscripción. Hay dos tipos de información en un HLR, permanente y temporánea. El GMSC es también un centro de conmutación móvil que se localiza entre la red digital de servicios integrados RDSI y el otro MSC en la red. Su función es dirigir las llamadas entrantes al MSC. 23

33 WCDMA EN SISTEMAS DE 3G EL SGSN es el elemento central en la conmutación de paquetes, contiene dos tipos de información: de suscripción y de localidad. El SGSN se conecta a la UTRAN mediante la interfaz LuPS. El GGSN se encarga de dirigir el tráfico saliente, también recibe información del HLR y del SGSN. Las interfaces que contiene un sistema UMTS son las siguientes: Interfaz Uu. Es la interfaz por la cual la estación móvil tiene acceso a la parte fija del sistema, y es por lo tanto probablemente la interfaz más importante en UMTS. Interfaz Iu. Es una interfaz abierta que conecta la red principal con la UTRAN. Puede tener dos casos diferentes, Iu-CS (Circuit Switching) y Iu-PS (Packet Switching). La Iu-CS conecta la UTRAN a un centro de conmutación móvil, un MSC. La interfaz Iu- PS conecta la UTRAN al SGSN. Interfaz lub. Se sitúa entre el RNC y la estación base en la UTRAN. La interfaz Iub separa la estación base del RNC. Algunas funciones que realiza son: dirigir los recursos de transporte, maneja la información del sistema, manejo del tráfico de los canales comunes, compartidos y especiales. Interfaz Lur. Es una interfaz abierta que conecta a dos radio controladores de red, lleva tanto la información de tráfico como de señalización Arquitectura en capas de protocolos de WCDMA. Un sistema de comunicaciones elaborado en capas de protocolos, divide el trabajo global en funciones, módulos o capas más pequeñas; que permiten la administración y funcionamiento de un sistema de una manera óptima. Cada capa o modulo tiene una función especifica sin considerar el desarrollo internamente de otras capas, esto evita fallas del sistema a causa de sobrecarga de trabajo. Si eventualmente hay una mejora, por ejemplo un algoritmo que realiza más rápido y eficientemente la tarea de una capa, se puede incorporar sin afectar a las otras capas, la función de cada capa esta compuesta por un protocolo de reglas y convenciones. Es por ello que la arquitectura del estándar WCDMA está elaborada en capas. Anteriormente los sistemas de comunicaciones de primera generación tales como AMPS, no estaban diseñados bajo la arquitectura en capas, debido a que la cantidad de servicios ofrecidos y número de usuarios a los que brindaban servicio era menor, comparado a los de hoy en día. Basándose en el modelo OSI [3], la arquitectura en capas de WCDMA cuenta con tres capas para su funcionamiento, estas son: capa física, capa de enlace de datos y capa de red. En la figura 2.4 se puede observar la arquitectura en capas de WCDMA. 24

34 WCDMA EN SISTEMAS DE 3G Plano de control Plano de usuario RRC Portadores de señalización de radio PDCP Información de usuario: Voz/datos MBC C3 C3 Capa de red RLC C2 Canales logicos MAC Canales de transporte Capa física Canales físicos C2 C1 C1 Capa de enlace de datos Capa física Figura 2.4.Estructura en capas del estándar WCDMA. La capa de enlace de datos está compuesta por dos subcapas, que son la capa de control de acceso al medio MAC (Medium Access Control), y la capa de control de enlace de radio RLC (Radio Link Control). Cada una cuenta con diferentes interfaces para comunicarse entre ellas, por ejemplo la interfaz entre la capa física y la capa MAC son los canales de transporte. Ambas subcapas están conectadas al plano de control de usuario. El plano de usuario contiene dos protocolos en suma a estas dos últimas subcapas, los cuales son: protocolo de convergencia de paquetes PDCP (Packet Data Convergence Protocol) y protocolo de control de Broadcast/Multicast BMC (Broadcast/Multicast Control). La capa física ofrece servicios a la capa MAC a través de los canales de transporte, los cuales dependen de las características que tienen los datos transferidos. La capa MAC ofrece servicios a la capa RLC a través de los canales lógicos, los cuales están caracterizados dependiendo del tipo de datos que son transmitidos. La capa RLC ofrece servicios a las capas superiores vía puntos de acceso de servicio, los cuales son descritos como el soporte de la capa RLC. El recurso de control de radio es usado para señalización de transporte y es usado para configurar características de las entidades de los protocolos de las capas bajas, incluyendo parámetros para los canales físicos, de transporte y lógicos [4]. 25