B2 - Tema 3. Sistema UMTS. (Universal Mobile Telecommunications System)

Transcripción

1 B2 - Tema 3 Sistema UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 1

2 Limitaciones GPRS/EDGE GPRS/EDGE proporcionaron por primera vez movilidad sobre IP y acercaron Internet al mundo de los celulares, pero: Se definen como tecnologías best effort Para ofrecer servicios avanzados, el concepto de calidad de servicio cobra relevancia. Con EDGE => tasas de 384 kbps (teóricas), pero sólo reservando 8TS con buenas condiciones de recepción de señal => no puede garantizarse la velocidad en toda la celda. Debido a: 1) Eficiencia espectral de sistemas 2G-2.5G 2) Gama de servicios que podían prestarse Se justificó la definición y despliegue de la que ha sido denominada 3G, (en Europa representada por el sistema UMTS). 2

3 3G. Sistema UMTS/HSDPA 3G: En Europa, UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Busca la completa globalización de las comunicaciones móviles además de servicios más sofisticados. Convertir la red de telefonía móvil en una red de telecomunicaciones móvil Objetivos: Especificación normalizada de carácter internacional (3GPP) que posibilita ofrecer servicios al usuario final independientes del acceso radio y la infraestructura de red. Tasas binarias de hasta 384 kbps 2Mbps Handovers eficientes entre distintos operadores y tecnologías (e.g. GSM and UMTS) Capacidad para ofrecer el ancho de banda y la calidad requerida para distintos servicios (CS o PS) HSDPA es una evolución de 3G que introduce mejoras en la Red de Acceso para multiplicar la tasa binaria de UMTS (desde 2Mbps a 14 Mbps) 3

4 Familias IMT2000 IMT-2000 (International Mobile Telecommunication) es una iniciativa de la ITU que buscaba proporcionar acceso inalámbrico a la infraestructura global de telecomunicaciones, a través de sistemas vía satélite y terrestre. Aunque se buscaba un estándar a nivel mundial, se consiguieron las familias de sistemas IMT La ITU aprobó en el año 1999 cinco interfaces radio para la familia de estándares de IMT (UMTS es la propuesta europea ) Las cinco tecnologías que componen la familia IMT-2000 son: 1. UTRA FDD (UMTS Terrestrial Radio Access FDD) o bien WCDMA. 2. CDMA2000: Versión 3G del sistema IS-95 (conocido como cdmaone). 3. UTRA TDD: Modo UTRA que utiliza multiplexación por división en el tiempo en vez de FDD. 4. GSM de Fase 2+ o EDGE. 5. DECT:Digital Enhanced Cordless Telecommunications. 4

5 El estándar Para lograr un desarrollo consensuado de UTRA se crea en diciembre de 1998 el llamado 3GPP (Third Generation Partnership Project) 3GPP realiza las especificaciones técnicas (públicas)de los sistemas 3G. Principal foro de estandarización, aunque no tiene entidad legal. Formado por ETSI en Europa, ATIS en EE.UU., ARIB y TTC en Japón, TTA en Corea y CCSA en China. 3GPP produce cada cierto tiempo un conjunto de documentos que constituye un estándar (Release). R 99 Defines UTRA Many other initial R4 Basis for early 3G IMS architecture pane from user plane IP-based Multimedia Services First step towards IPBased operation deployment R6 Separation of control in core network features R5 HSDPA - High Speed 2nd phase of IMS Other features : LTE (long term evolution) > Red Radio SAE (System Architecture Evolution) -> Red Core IMS Based Multimedia services Mar Voice Call Continuityinterworking MBMS Downlink Packet Mar 01 Support fixed broadband HSUPA Access Dec 99 R8 R >2008 Year 5

6 Novedades respecto a GPRS (R99) Los primeros despliegues del sistema UMTS se hacen sobre la arquitectura de the release 99 (R99) 6

7 3G: Release 5 En Release 5: Comienzo de IMS (IP Multimedia Subsystem): Subsistema que se suma a los ya existentes de CS y PS y que usa SIP para conseguir la transmisión eficiente sobre IP de contenidos multimedia para redes móviles. Como los servicios que se van a ofrecer son asimétricos, esta release presenta cambios en UTRAN para ganar capacidad en el interfaz aire en downlink => aparece HSDPA (high speed downlink packet access) Se unifica el acceso abierto entre distintos accesos y la red core (Iu) => transparencia de accesos al usuario. Aparece el HSS (Home Subscriber Server). Auna el HLR, el AUC y además almacena información IMS. 7

8 3G: Release 6 Algunas novedades de R6: Segunda fase de IMS. En Release 5 sólo está la parte básica de IMS (para no retardar su introducción). HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) : mejoras en el acceso UL. Nuevas funcionalidades como Multimedia Broadcast/Multicast Services (MBMS) -> vídeos de goles en directo a múltiples usuarios sin saturar los recursos. WLAN-UMTS interworking: Aparecen 7 casos de interfuncionamiento (3 de los cuales se incluyen en R6) Release 6, casos descritos: Caso 1. Facturación y atención al cliente unificados (UMTS, WLAN) Caso 2. La red UMTS autoriza el acceso del usuario a una WLAN y tarifica (sólo se accede a servicios WLAN). Caso 3. Usuario que accede a WLAN, también accede a los servicios UMTS. 8

9 3G: Release 7 Algunas novedades de Release 7: 1) WLAN-UMTS interworking Release 7, casos retrasados de R6: Caso 4. Handover WLAN -> UMTS (con continuidad no transparente). Caso 5. Handover WLAN -> UMTS (continuidad transparente) Fuera de Release 7: Caso 6. Acceso directo desde WLAN a los servicios de voz UMTS. 2)Técnicas de mejora del acceso radio: MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Evolución sistemas 3G a través de las releases. Cambio en la estructura de red de forma que: Se consiga un backbone de red basado totalmente en IP (para todo el tráfico, paquetes normales y tráfico en tiempo real de alta calidad) => optimización de retardos y calidad del servicio. Se permitan distintas modalidades de acceso radio. 9

10 Dónde reside la importancia de UMTS? 1) Interfaz radioeléctrica más efectiva (mejorar así capacidad del sistema y cobertura radioeléctrica) Cambia la técnica de acceso al medio. Se sustituye el FDMA/TDMA de GSM/GPRS por el CDMA (acceso al medio por división en código). 2) Permite Introducir una red troncal más flexible En las primeras versiones de UMTS se mantiene la idea troncal de GSM/GPRS, para que la evolución sea paulatina. Los cambios en la red troncal permitirán proveer nuevos servicios: crear y gestionar servicios personalizados Capacidad de transmitir voz, imágenes, vídeo y texto simultáneamente en la misma llamada. 3) Los cambios en el acceso y en core facilitan la negociación y gestión de distintas QoS (velocidad,retardo, etc.) en función del entorno, del número de usuarios simultáneos, del tipo de abonado y del tipo de terminal. 10

11 Comparativa tasas binarias 11

12 Comparativa latencia 12

13 Tecnologías de acceso: Tasa binaria vs movilidad Release 8 => LTE (long term evolution) Principales objetivos de MIMO y OFDM integrado en redes celulares: 1) Altas tasas binarias (movilidad: V > 100 Mbps; situación estacionaria : V > 1 Gbps) 2) Favorecer redes donde el mismo terminal pueda engancharse a distintos accesos ( wimax?) con transiciones suaves entre ellos. 13

14 Visión movilidad (<2000) 2G 2.5G 9.6 kbps <171 kbps 3G 384 kbps 2 Mbps kbps UMTS network GPRS packet switching W-CDMA UMTS all-ip W-CDMA EDGE GSM network 1999 HSCSD circuit switching

15 Visión actual: heterogeneidad 2G 2.5G 9.6 kbps 3G 384 kbps <171 kbps 14 Mbps 2 Mbps kbps UMTS network GPRS packet switching UMTS all-ip W-CDMA W-CDMA HSDPA2 EDGE HSCSD circuit switching GSM network 3GPP MBMS HSDPA a/d b Bluetooth e g Zigbee n OFDM/MIMO UWB g DVB-H UMTS TDD

16 Seamless : Acceso transparente al usuario? OpCo3 UMTS GSM/GPRS OpCo1 GSM/EDGE OpCo1 WLAN OpCo6 WLAN OpCo2 WLAN OpCo2 WLAN OpCo6 UMTS OpCo4 UMTS/HSDPA OpCo1 WLAN GSM/GPRS OpCo2 GSM/GPRS WLAN OpCo5 GSM/GPRS OpCo3 OpCo3 OpCo3 16

17 Requisitos para el operador Reutilizar la infraestructura de red de GSM (primera fase) Impacto mínimo en los nodos de GSM Aumentar la cobertura gradualmente según vaya creciendo la demanda Terminales con capacidad 2G&3G Disponibilidad de traspasos entre sistemas 2G y 3G Reutilización de los emplazamientos 2G La introducción de UMTS se vió retrasada por distintos factores: Dependencia de la estandarización y del estado de la tecnología por parte de los fabricantes. Complejidad del despliegue Coste elevado de las licencias Falta de aplicaciones móviles para uso avanzado de datos. 17

18 Grupos funcionales y puntos de referencia En UMTS, la Red de Acceso Radio es conocida como UTRAN (UMTS terrestrial RAN), y es lo que se corresponde con el BSS (Base Station Subsystem) de GSM/GPRS Cuando se habla de UMTS con acceso radio WCDMA, se suelen usar los nombres UTRAN o UTRA. CN (Core Network). En release 99 de UMTS, se aprovecha el mismo CN que en GSM/GPRS. 18

19 Red UTRAN (acceso) UE (User Equipment) ME (Mobile Equipment) Terminal usado para las comunicaciones a través del interfaz Uu. USIM (UMTS Subscriber Identity Module): equivalente a la SIM de GSM. Tarjeta que almacena la identidad del usuario, las claves de autenticación y cifrado e información sobre la suscripción del usuario. Ejecuta algoritmos de autenticación. UTRAN Nodo B: Estación base, con funciones de capa 1 (conversión a banda base, codificación&decodificación de canal..) y mínimas de control de recursos radios (gestión de softerho). Interfaz con el usuario y con las RNC. papel de BTS de GSM/GPRS RNC (Radio Network Controller): gestiona y controla los recursos radios de los Nodos B que tenga conectados: control de admisiones, handover, control de carga, gestión de códigos papel de BSC en GSM/GPRS (ampliado) UE2: ME (móvil) +USIM UE1: ME (laptop)+usim (en tarjeta de acceso remoto) Un terminal puede estar conectado a más de una RNC al mismo tiempo, aunque sólo una de ellas coordina la conexión (SRNC, serving RNC). 19

20 Red CORE 3G Red de conmutación de circuitos: Cambios en MSC/VLR: Para minimizar los costes de implementación y facilitar las funcionalidades de interworking, las 3G MSC sufren una evolución de las 2G MSC (mínima en las primeras releases de UMTS). Cambios en HLR/AUC/EIR: Evolución para soportar más información necesaria para el sistema 3G (por ejemplo, los mecanismos de seguridad), pero sin grandes cambios. Red de conmutación de paquetes : Modificaciones respecto a GPRS. 3G SGSN: La gestión de la movilidad en 2G la hacía el SGSN. En 3G, se repartirá entre la RNC y el SGSN. 3G GGSN -> upgrade IP Multimedia Subsystem (IMS) (desde release 5 en adelante) 20

21 Interfaces Todos los interfaces de UMTS son abiertos. Interfaz Cu: En el terminal es la conexión entre la USIM y el UE Interfaz Uu: Interfaz radio WCDMA. Interfaz a través del cual el UE accede a la parte fija de la red. Interfaz Iub: Conecta el NodoB a la RNC. Interfaz Iur: Interfaz entre 2 RNC para aumentar los recursos disponibles y facilitar la movilidad de conexiones entre RNCs. Interfaz Iu: Conecta UTRAN con la red core y se divide en 2 partes: Iu-CS entre la RNC y la parte CS de la red core. Iu-PS entre la RNC y la parte PS de la red core. 21

22 1.Clases de servicio y QoS 22

23 Importancia QoS En las redes 3G, un equipo móvil puede establecer y mantener conexiones múltiples simultáneamente, con distintos requerimientos de QoS. Todas las secciones de la red RAN y CN gestionan a su nivel alcanzar esa QoS (mediante servicios portadores), en términos de 2 parámetros principalmente: Tasa garantizada y máxima (kbps) Retrasos asumibles (ms) Según este criterio de QoS, los servicios multimedia que se ofrecen se clasifican en : conversational streaming interactive background. 23

24 QoS y red de transporte La tecnología de transmisión propuesta para R99 es ATM (nodos B, RNC son conmutadores ATM) Transporte eficiente y con calidad de servicio (para CS y PS) Iu-CS Plano control Plano Usuario Señalización Datos AAL5 AAL2 ATM SDH/PDH Iu-PS Plano control Plano Usuario Señalización Datos AAL5 (subnivel adaptación) ATM SDH/PDH 24

25 Transferencia de datos: Bearer service En UMTS, los servicios de red se consideran extremo a extremo. Cada servicio end-to-end tendrá una cierta calidad de servicio (QoS). Para proporcionar una QoS, es necesario establecer servicios portadores (bearer service) en el camino desde la fuente al destino, para que se garantice la capacidad de transmisión entre puntos del sistema. Un bearer service es un enlace entre dos puntos definido por un set de características asociadas a la calidad. Ej: Un RAB (Radio Access Bearer) es el servicio que la red UTRAN proporciona a las capas superiores de la torre de protocolos (gestión de movilidad, gestión de sesión ) para la transferencia de datos de usuario entre el terminal y la red. Es la RNC la que controla ese servicio en UTRAN. 25

26 Arquitectura de QoS en UMTS Se estructuran los niveles de QoS en UMTS según un modelo de varias capas, de forma que cada servicio en una capa ofrece sus capacidades usando los servicios de la capa inferior. 26

27 Separación de servicios portadores El UMTS bearer service permite fijar una QoS sobre la red UMTS/3G, tanto para UTRAN como para CN. Dentro de la red UMTS, la QoS se gestiona de forma diferente en UTRAN y CN. Para la red de acceso, UTRAN crea una ilusión de servicio fijo, proporcionando la QoS adecuada. Esta ilusión es la RAB: Radio Access Bearer Service. Dentro del Core, se usa su propio tipo de servicio portador : CN bearer service. La división entre la RAB y la CN bearer es debida a que la QoS se debe garantizar en distintos entornos, y para cada entorno se requieren distintos mecanismos y protocolos. Ejemplo: El CN bearer service es bastante estable al serlo la conexión física. En el acceso, la RAB está sujeto a mayor variabilidad, en función del tiempo y del movimiento del UE. 27

28 Clases de calidad de servicio en UMTS 3GPP ha definido 4 tipos de QoS: Conversational: Modo simétrico, tasa garantizada Streaming : Asimétrico, garantizado: recepción de audio/video en directo en un sólo sentido. Interactive: Asimétrico, no garantizado Background: Asimétrico, no garantizado. Clases tráfico - QoS Streaming Interactive Conversational Bajo retardo (<<1seg) Características estabilidad retardo retardo Ejemplos servicios Voz, VoIP, videoconferencia Background Retardo moderado y variable (1seg) Round trip delay/ Usuario final no espera variabilidad respuesta en tiempo moderada (>10seg) (<10seg) Video Streaming, Audio Streaming Web-browsing , descargas Tasa binaria Tipo de cobertura 144kbps (básica) Rural/Suburbana, movimiento rápido de vehículos, exteriores 384kbps (extended) Urbana, movimiento vehículos, exteriores 2Mbps (hotspot) Centro urbano, velocidad baja (peatonal), interiores 28

29 Diferencias entre RAB Los RAB conversational y streaming requieren una reserva de recursos en la red (servicios en tiempo real). El RAB de streaming tolera una retardo mayor (apropiado para servicios en tiempo real unidireccionales). Los RAB interactive & background son conocidos como best effort No se reservan recursos y el thoughput depende de la carga de la célula. En el caso interactivo, se proporciona un mecanismo de priorización. La red core seleccionará un RAB adecuado según la petición del usuario, y le pedirá a la RNC que proporcione ese RAB. A nivel de RRM (gestión de los recursos radio), muchos procedimientos se orientan al control de la QoS. 29

30 Negociación QoS (ejemplo) RRC+RANAP Establecimiento Radio Bearer Establecimiento Iu-PS bearer ( RRC radio bearer setup) Debido a limitaciones en el AB de la red conectada, se bajan La RNC comprueba que hay recursos disponibles en Debido a sus recursos acceso (controla los procedimientos de control de disponibles en core, el carga y packet scheduling) e indica al nodo B que SGSN decide bajar la reconfigure la conexión según las características reserva de recursos los requerimientos de QoS desde el SGSN fijadas (por ejemplo, podría indicar el uso de canales compartidos) 30

31 End-to-end QoS en la arquitectura 3GPP La base de la arquitectura QoS se basaba en el concepto de contexto PDP (conexión lógica entre MS y GGSN para llevar el tráfico IP) Todas las aplicaciones de un único usuario que compartan el contexto PDP tienen los mismos atributos de QoS. Un usuario puede tener distintos contextos abiertos, con distintas QoS. 31

32 2. Red de Acceso 32

33 Interfaz aire UMTS emplea modulación QPSK (4 símbolos, 2 bits por símbolo) El espectro radio es un recurso escaso Cómo separar los recursos radio para distintas comunicaciones? TDMA: División en el tiempo => TS de GSM/GPRS/EDGE FDMA: División en la frecuencia. => radiocanales de GSM/GPRS/EDGE CDMA: División por códigos. => UMTS/HDSPA 33

34 Técnica CDMA El acceso múltiple por división en código (CDMA) es una tecnología de acceso múltiple, en la cual los usuarios se distinguen entre sí por unas secuencias de código únicas para cada uno de ellos Todos los usuarios pueden transmitir al mismo tiempo utilizando la misma frecuencia portadora. 34

35 Por qué CDMA? Alta eficiencia en la compartición de recursos (más que FDMA y TDMA). Alta resistencia a la interferencia y al ruido (expansión espectral) Comunicaciones muy seguras: hace falta conocer los códigos. Se puede reusar la misma frecuencia en celdas vecinas => Simplifica la planificación celular. Uso flexible del ancho de banda (variando el factor de spreading, chips por bit) 35

36 Bandas de frecuencias UMTS 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. 36

37 CDMA en transmisión Varias señales se envían en la misma banda de frecuencia y en el mismo TS. Cada señal se crea ensanchando una señal de ancho de banda estrecho mediante el uso de un código de expansión espectral, individual para cada usuario, que multiplica la señal original ( spreading ). Dicha secuencia posee una velocidad mucho mayor que la de banda base. Por eso la señal modulada acaba teniendo un AB mayor que el ancho de banda original. 37

38 División por código: codificación y decodificación En transmisión, En recepción, ensanchado desensanchado ( spreading ) ( de-spreading ) En el envío de la señal después del spreading, hablamos de chips en vez de bits (chip rate=3.84mchip/seg, cte) 38

39 CDMA en recepción El receptor correla la suma de las señales recibidas con el código usado por el usuario, y obtiene la señal de banda estrecha original. Restaura el ancho de banda de la señal útil en recepción y ensancha el de cualquier señal interferente recibida =>Reduce la cantidad de energía de ésta que interfiere con la señal útil Es importante que todas las señales tengan la potencia alineada para que no se interfieran unas a otras. 39

40 Por qué misma potencia? Si los códigos fuesen ortogonales el receptor rechazaría completamente la señal de los demás usuarios En la práctica los códigos no son ortogonales, por lo que los usuarios simultáneos originan un cierto nivel de interferencia, que puede asimilarse a ruido => perjudicial si además su potencia fuera excesivamente alta. 40

41 Control de potencia: Efecto cerca-lejos El control de potencia lleva asociado el fenómeno de respiración celular => el tamaño de la celda varía en función de la carga de tráfico: Si el número de usuarios en la celda es bajo => se consigue una buena calidad incluso en puntos remotos de la estación. Si el número de usuarios es alto => Ese número elevado de usuarios genera una alto nivel de interferencia => la estación pide una reducción de potencia => Sólo los que estén en un área cada vez más cercana a la estación tendrán buena calidad (la transmisión de los usuarios remotos no alcanzaría a la estación). A mayor tasa del servicio, mayor consumo de potencia para los servicios de datos afecta a la cobertura celular? 41

42 Estructura celular Cada celda consiste en uno o varios sectores (como en GSM), que se identifican por: Código de la celda (código de scrambling) Cell ID La misma señal puede Sector 1 f1 Sector 2 f1 llegar por multitrayecto a través de varios sectores (o celda) Sector 3 f1 UE (User Equipment) = ME (mobile equipment) + USIM (equivalente a la SIM de GSM) 42

43 Microdiversidad Microdiversidad (propagación multitrayecto) En WCDMA se aprovecha la propagación multitrayecto (la señal transmitida se propaga por diferentes caminos del transmisor al receptor). El móvil usa menos potencia => menos interferencias. Se aprovechan las propiedades de autocorrelación de los códigos La BS puede recibir señales reflejadas en distintos medios (tierra, agua...) o bien procedentes de distintos sectores. En la recepción hay que combinar las señales => tipo especial de receptor => receptor RAKE (en UE y BS). Recibe las componentes individuales y las combina para obtener en suma, una señal de mejor calidad (con menos potencia transmitida). 43

44 Macrodiversidad Active set El UE puede estar conectados a celdas de distintas BS o de distintas RNCs (macrodiversidad, sólo a nivel de RNC) => active set. Punto de macrodiversidad No se puede ampliar la potencia debido a las posibles interferencias en otras comunicaciones => La calidad es mejor si SRNC (serving) se construye a través de distintas fuentes. Los handovers internos consumen más recursos porque el móvil tiene que estar conectado a más de una celda. DRNC (drift) Varias celdas escuchan, pero el UE indica cuál le debe transmitir para minimizar las interferencias. En GSM la calidad era mayor cuanto mayor era la potencia de transmisión En UMTS la calidad es mejor si se construye a través de distintas fuentes. 44

45 Macro,micro, picoceldas 45

46 3. Arquitectura de red UMTS Release 99 46

47 Estructura de canales (I) Los canales en UMTS se dividen en una jerarquía de 3 capas: Un canal lógico es un stream de información dedicado a la transferencia de un tipo particular de información sobre el interfaz radio. No son canales en sí, sino tareas que deben realizarse entre el móvil y la red en instantes determinados. Un canal de transporte es cómo se transportan los canales lógicos entre el UE y la RNC. cómo se organiza la información según su uso. Un canal físico es la estructura que soporta los canales de transporte en el interfaz aire (WCDMA código y frecuencia) En UMTS: la RNC sólo ve canales de transporte y lógicos. No entiende de canales físicos porque sólo existen en el interfaz radio. 47

48 Estructura de canales (II) En WCDMA: Un canal de transporte puede llevar varios tipos de canales lógicos. Varios canales lógicos pueden multiplexarse en un canal de transporte Los canales físicos, a nivel MAC, se separan de esta forma de las otras capas => facilita que si cambia la forma de acceso al medio tenga un mínimo impacto sobre las otras capas. 48

49 Plano control y plano usuario: interfaz Iu-PS Plano de usuario: Se mantiene el protocolo GTP de GPRS, para el establecimiento de los contextos. En UMTS, en GGSN, SGSN y RNC (GTP: GPRS Tunneling Protocol). Plano de control: Muy similar al plano de control en CS. En capa 3, sobre RRC, aparece la señalización de movilidad para PS (GMM) y de gestión de la sesión para PS (SM) Aparecen nuevos protocolos: PDCP (packet data convergence protocol): Sólo para plano de usuario y PS. Mapea el protocolo de nivel de red (IP) en las capas inferiores. Comprime las cabeceras. RRC: radio resource control. Control de los recursos radio entre el usuario y la RNC. Determina la configuración de los parámetros de RLC, MAC y capa física para dar la QoS necesaria. RANAP (Radio Access Network Application Protocol): Señalización entre RAN y CN. Controla los recursos en el interfaz Iu. Se interrelaciona con RRC para transferir los mensajes de señalización entre la red core y el UE. Funciones: gestión RAB, liberación conexiones y control de carga en Iu, transferencia de mensajes de capas Transmisión superiores de Datos Pila de protocolos Iu-PS (plano usuario) Application UDP/TCP IP PDCP RLC MAC WCDMA/L1 PDCP RLC MAC L1 UE RNS IP GTP-U GTP-U GTP-U IP GTP-U Application UDP/TCP IP UDP/IP L1 UDP/IP L1 UDP/IP L1 UDP/IP L1 L2 L1 L2 L1 SGSN GGSN Application Serve Pila de protocolos Iu-PS (plano usuario) Iub Gn Iu-cs SM GMM RRC RLC MAC WCDMA/L1 RRC RLC MAC L1 UE RNS SM GMM RANAP RANAP Gi GTP-C GTP-C SCCP SCCP Signalling bearer Signalling bearer L1 L1 UDP/IP L1 UDP/IP L1 SGSN SGSN GGSN Pila de protocolos Iu-PS (plano control) Iub Iu-Cs Gn 49

50 Funciones de gestión System Network Layer Algunos de los procedimientos de gestión de los recursos del sistema, a nivel de capa 3, se agrupan dentro de cada una de estas subcapas: Radio Resource Management (RRM): sólo en UTRAN. Algoritmos principales para: Establecer el radio path y cumplir los requerimientos de QoS en el interfaz radio. Destaca como protocolo de control: RRC (Radio Resource Control Protocol) Control de Handovers. Control de potencia. Control de admisiones (AC) y Packet Scheduling (PS) Gestión de los códigos Communication Management (CM): Gestión de las comunicaciones (UE->core) Protocolo Session Management (SM): Establecimiento y liberación de las sesiones de datos. Protocolo Call Control (CC): Establecimiento y liberación de las conexiones de circuitos. Mobility Management (MM): Gestión de la movilidad UE-core en CS/PS (MM/GMM) Localización (cómo encontrar al usuario). Actualización de posición. 50

51 Modelo de intercambio de señalización en UMTS paging 2) Se establece la conexión radio (acuerdo de los códigos a usar, niveles de potencia ) RRC connection Setup Transaction Reasoning 4) Autenticación y cifrado Authentication&Security 5) Procedimiento para establecer los recursos necesarios en la transacción de datos (varía si CS/PS). Transaction Setup & Radio Existe si hay conexión en el plano de usuario (transmisión de datos útiles) Transaction Cleaning & Radio Access Bearer Release RRC Connection Release 3) El terminal indica a la red CORE el tipo de transacción a establecer ( conexión? procedimiento de localización?...) Access Bearer Allocation Transaction 7) Se liberan los recursos usados en la transacción 1) Paging (es de MM) -> buscar al usuario en el área de cobertura. 8) RRC connection release -> se libera la conexión radio. 51

52 Transacción Los casos más típicos de transacciones suponen la activación de conexiones en el plano de usuario (procedimientos de gestión de la comunicación CM o SM, próximos apartados): Establecimiento de llamadas CS Transferencias de paquetes PS Si la conexión RRC se ha solicitado sólo por propósito de señalización (procedimientos de gestión de la movilidad MM), no hace falta establecer las bearer en el plano de usuario. Sólo se establecerá la conexión de señalización para llevar a cabo la actividad MM (Location update, routing area update...) 52

53 4. Gestión de los recursos radio en UTRAN (RMM) 53

54 Algoritmos de RRM RRM gestiona los recursos radio en UTRAN, y está implementada en el UE, la BS y en la RNC. Hace uso de varios algoritmos: Establecer el radio path Cumplir los requerimientos de QoS en el interfaz radio. Protocolo de control: RRC (Radio Resource Control Protocol) Algoritmos principales del RRC: 1) 3) 2) 4) Control de Handovers. Control de admisiones (AC) y Packet Scheduling (PS) Control de potencia. Gestión de los códigos 54

55 1.Tipos de Handover En WCDMA los Handover se producen cuando no se puede mantener una QoS aceptable (por mala señal o por sobrecarga de tráfico en la celda): Si hay una llamada CS Si la llamada es de paquetes, sólo cuando no hay transferencia activa. La decisión del HO la toma la RNC, salvo si es debido a sobrecarga de tráfico (en ese caso, decide la MSC). Dependiendo de la diversidad usada en el mecanismo de HO, aparecen 2 tipos de handover adicionales al tradicional: Soft Handover Softer Handover. Información sobre handover a GSM en anexo En el handover de GSM ( hard ) se liberan las conexiones en una celda cuando se establecen en la nueva. Con los HO soft y softer, se puede mantener más de una conexión activa simultáneamente. 55

56 Softer Handover, soft handover EN LA MISMA BTS: Softer HO. Sector 1 f1 Una señal se añade o borra del conjunto activo de señales (active set), o se reemplaza por una más potente dentro de los sectores bajo control de la BTS. BS transmite por 1 sector, pero recibe por más de 1 sector por el multitrayecto (receptor rake) => el UE tiene más de una conexión UL activa con la BS. Sector 2 f1 Sector 3 f1 Microdiversidad, softerho Punto de macrodiversidad CON OTRAS BTS. Soft H0. Terminal conectado a la red a través de varios nodos, incluso de varias RNC (interfaz Iur) SRNC (serving) Macrodiversidad, softho DRNC (drift) 56

57 Ejemplo procedimiento RRM: Soft-HO El terminal efectúa medidas constantemente UE Nodo1 SRNC Uu El algoritmo de HO en la SRNC evalúa los Iub RRC measurement report reportes y descubre que hay una celda en otra RNC (nodo2) que cumple los criterios de HO. Nodo2 DRNC Uu Iur Iub A través del interfaz Iub, se pide a la nueva RNC que establezca un enlace radio con el terminal (intercambio a través de NBAP) RNSAP: RL Setup req. NBAP: RL Setup NBAP: RL Setup Response Cuando está establecido, la SRNC indica al RNSAP: RL Setup response terminal que hay una nueva conexión Radio Bearer Setup Iur Bearer Setup establecida y lista para usar. Sincronización UL y DL RRC: Active Set Update (RL Addition) RRC: Active Set Update complete 57

58 2. Control de admisiones (AC) y packet scheduler (PS) Principal tarea del control de admisiones (AC): Estimar si una nueva llamada puede acceder al sistema sin sacrificar las QoS requeridas para las llamadas existentes. Basándose en este algoritmo, la RNC puede rechazar el acceso de usuarios al sistema. Packet Scheduler (PS): Se lleva a cabo en la RNC o en la BS (si se trata de HSDPA) y sirve para priorizar los paquetes de los distintos flujos que llegan (función de QoS). Ej: priorizar tráfico de streaming en canales compartidos frente a otros flujos que no son en tiempo real. 58

59 5. Gestión y control en la red CORE (gestión de la movilidad (MM/GMM) y de la comunicación (CM/SM) 59

60 Procedimientos de gestión de la movilidad (MM/ GMM) y de la comunicación (CM/SM) Autenticación de redes y usuarios. Estructuras de movilidad (MM/GMM) en UMTS: Location update (para dominio CS) Routing area update (para PS) cell cell cell cell cell cell cell cell RA->SGSN Cell update (para transferencia activa) Otras estructuras características de UMTS cell cell cell cell cell cell cell cell Procedimientos en anexo RA->SGSN Gestión de la comunicación (CM/SM) LA->MSC Gestión de la llamada (procedimiento heredado de GSM, incluyendo la gestión de los RAB) Gestión de la sesión (procedimiento heredado de GPRS, incluyendo la gestión de los RAB y estableciendo los túneles desde la RNC). 60

61 Movilidad MM: Transferencia activa En GPRS: Cuando se llevaba a cabo un Routing Area Update es necesario cambiar el tunel GTP-U del SGSNold al SGSNnew para poder recuperar los paquetes que todavía no se han enviado al terminal. En UMTS: GTP-U además se usa cuando el control de una comunicación pasa de una RNC a otra ( SRNS relocation ) para recuperar los paquetes de usuario que todavía no se han enviado desde la RNC fuente a la RNC objetivo, vía los dos SGSNs a los que estén conectadas. SGSNold SRNCold GGSNold Conexión hacia la red core a través de una SRNCold que ya no controla el terminal U PT G Pasa a tomar control la GTP-U SRNCnew, heredando los túneles del UE-SRNold SRNCnew SGSNnew 61

62 Gestión de la sesión PS Protocolo GTP UE RNC SGSN GGSN Server/Proxy Router IP Router IP Protocolos de Protocolos de aplicación aplicación TCP/UDP TCP/UDP IP IP Protocolos de capas Túnel GTP (capa 2) IP IP Ethernet, ATM, MPLS L1+L2 para acceso Fibra, cable, SDH, sonet, DWDM Diferencia respecto GPRS: El protocolo GTP (GPRS tunneling protocol) está presente en RNC, SGSNs y GGSNs. Los túneles pueden ser traspasados de una RNC a otra o de un SGSN a otro sin interrumpir la sesión de datos del usuario. 62

63 Gestión de la sesión PS Establecimiento de contexto PDP (II) UE RNC SGSN GGSN RRC Connection Activate PDP context request RAB Assignment Establecimiento Radio bearers request RAB Assignment response GTP-U (UE1, tunel 1, IP_SGSN: ) (UE1, tunel 1, IP_RNC: ) Create PDP context request Igual que en GPRS, sólo que Create PDP context response el SGSN conoce (envía PDP address) la IP de la RNC GTP-U Activate PDP context accept (envía PDP address) Dos tramos de túnel, que pueden tener parámetros de calidad negociada diferentes. 63

64 Ejemplo (ciclo de comunicación) Usuario llega a una celda y enciende el terminal. Procedimientos de sincronización para establecer una conexión de señalización. Usuario ejecuta un location update a la red core. Si se esperara que el UE fuera a transmitir, no se liberaría la conexión de señalización Nodo B Establece la conexión de señalización y la conexión de usuario con el dominio CS. Durante la llamada, se desplaza a otra celda. Libera todas la conexiones si no espera otra comunicación (CS y señalización) Después de colgar, chequea su => establece otra conexión de señalización y de paquetes con el dominio PS. RNC Dominio Core Establecimiento conexión señalización Location update Liberación de la conexión Usuario recibe una llamada. 1. UE paging Establecimiento conexión señalización Conexión establecida dominio CS (MSC) Transferencia información + handovers Liberación de la conexión CS y señalización Conexión establecida (señalización + datos dominio PS (SGSN) Transferencia información Liberación de la conexión PS y señalización 64

65 Limitaciones UMTS 1) Capacidad mejor que GSM, pero limitada también. Red pensada para aprovechar la estructura de GSM, difícil integración de servicios y conversión a all-ip. Limitaciones en las velocidades de acceso según la velocidad (UMTS R 99): Movilidad Total Limitada Estática Velocidad máxima del móvil 500km/h 120km/h 10 km/h Velocidad máxima de transferencia 144kbps 384 kbps 2 Mbps Respiración celular:la cobertura del sistema depende del número de usuarios activos 2) Existencia de nichos de mercado que se cubren mal en UMTS. Usuarios con alto requerimiento de tráfico pero que no están en movimiento (hot spots: hoteles, aeropuertos, cafeterías..) Competencia de las soluciones WLAN/WMAN. 65

66 Tendencias Las tendencia para contrarrestar estas limitaciones están siendo: CORE: All-IP (IMS) y tendencia para permitir la interconexión de múltiples accesos. ACCESO: Mejoras en las tecnologías de acceso, tanto para sistemas celulares como WLAN/WMAN B3G (Beyond 3G, más allá de la 3G): Nuevos sistemas son complementarios a la 3G. 66

67 Anexo 1: Ejemplos de procedimientos en UMTS 67

68 Ejemplo procedimientos RRM: Handover inter sistema (UMTS -> GSM, hardho ) 1)Cuando la RNC se da cuenta que una celda GSM ha pasado a ser la mejor candidata para el HO, activa el proceso de cambio en el core. 2) Se manda un mensaje HO required a la BSC para que active un TCH en 2G para la conexión. 3) Una vez se confirma al UE, éste empieza la comunicación con la red 2G. 4) Se envía la descripción de canales 2G donde debe acceder al móvil. 5) Se liberan los recursos en UTRAN. 68

69 Procedimiento de autenticación AuC/HLR VLR/SGSN Se lleva a cabo antes de cualquier acceso a la red (RA update, LA update, transferencia ) Authentication Request (IMSI del usuario) El VLR envía al UE RAND (random number) y Se usa la clave k del AUTN (authentication token). usuario para generar n vectores de autenticación El UE verifica que AUTN pertenece a una red Authentication Response fiable y calcula el resultado RES aplicando su Authentication Request clave k al número RAND. (RAND, XRES, CK, IK, AUTN) (RAND & AUTN) El VLR compara RES con el resultado esperado Verifica AUTN y XRES, y si es correcto, valida al usuario. calcula RES El UE y el VLR usan AUTN para calcular las claves User Authenticacion Response de cifrado (CK) y de integridad (IK). (RES) Las claves se emplean en el procedimiento Compara RES y XRES. Selecciona CK y IK Selecciona CK y IK security mode, que se lleva a cabo después de la autenticación, para cifrar las comunicaciones Autenticación mutua del usuario (y de la red): (de datos y control) a través de la red. Acceso de usuarios autorizados, validación de redes autorizadas. 69

70 Transaction Setup con RAB (CS) UE 1) Los mensajes RRC direct transfer indican que se va a establecer una conexión CC y especifican los requerimientos QoS y parámetros asociados: Identificador de transacción (TI) > CN y UE separan unas llamadas de otras. Identificador de stream -> nueva bearer o uso de una existente. Clase de tráfico (conversacional, background...), tasa de bit máxima y garantizada 2) La MSC solicita el establecimiento de RAB. RNC MSC 1) RRC Direct Transfer (CC: Setup) RANAP Direct Transfer (CC:Setup) RANAP RAB Assignment Request 3) RRC: Radio Bearer Setup Establecimiento Radio Bearer Establecimiento Iu-CS bearer RRC Radio Bearer Setup complete 3) La RNC empieza el establecimiento de una radio bearer (consulta previa de recursos disponibles). Si no es posible, o establece la conexión con QoS más baja o la encola. Hace lo propio con la Iu bearer. 4) El UE contrasta la información con lo que pidió en 1) y enviará su tráfico de usuario con la bearer correcta y confirma 4) RANAP RAB Assignment Response RANAP Direct Transfer (CC: Call Proceeding) 5) RRC: Direct Transfer (CC: Call Proceeding) 5) Establecida la RAB, el procedimiento seguirá a nivel de protocolo CC. 2) 70

71 Transaction Setup con RAB (PS) UE RNC Procedimiento muy parecido al anterior: 1) Se usa el Sessión Management Protocol (SM) para requerir la activación de un contexto PDP. SGSN 1) RRC Direct Transfer (SM: Activate PDP Context Request) RANAP Direct Transfer (SM: Activate PDP Context Request) 2)La RNC informa al SGSN en la red core. 3) El establecimiento de bearer es como en el caso CS, sólo varían los parámetros que describen las propiedades de la QoS: La tasa garantizada es un parámetro esencial en la PS RAB y sin embargo no es significativo en la CS RAB. 2) RANAP RAB Assignment Request RRC: Radio Bearer Setup 3) Establecimiento Radio Bearer Establecimiento Iu-PS bearer RRC Radio Bearer Setup complete RANAP RAB Assignment Response 4) Cuando la RAB se ha establecido en el domino CN, se confirma el establecimiento de una sesión de paquetes => El UE pasa a estado activo y con capacidad de intercambiar paquetes de datos con la red core. RANAP Direct Transfer (SM: 4) Activate PDP Context Accept) RRC: Direct Transfer (SM: Activate PDP Context Accept) 71

72 Movilidad MM: Estados PS PMM-detached: No hay comunicación entre el terminal y el SGSN (el SGSN no tiene una localización válida registrada). Para establecer contexto MM, el móvil ejecuta el procedimiento de attach (ej: encendido el terminal) PMM-idle: Localización del móvil conocida en el SGSN a nivel de Routing Area (RA). Hace falta un paging desde la red para alcanzar al terminal. El terminal monitoriza su RA y ejecuta RA updates si la RA cambia. PMM-connected: Conexión de señalización establecida entre el MS y el SGSN para establecer comunicaciones con la red. Localización conocida en el SGSN a nivel de localización?:??? SRNC. RS GP localización?: RA h tac De PMM- Idle GP RS GP At RS ta ch De ta ch Estab. conex. señalización PMM- Detached PMM- Connected localización?: SRNC Liberación conexión señalización Desde la red core, la localización del terminal será a nivel de RA, LA o de RNC, pero se pierde el nivel de celda porque ese control pasa a estar en la RNC (puede tener distintas conexiones activas a través de varias celdas con un terminal). La RNC: no conocerá la posición del terminal (sin conexión); la conocerá a nivel de celda (conexión activa) o a nivel de grupos de celdas 72

73 Procedimientos MM a nivel de la RNC: Cell update, URA update La RNC gestiona el movimiento a nivel UTRAN con procedimientos RRC. La información de celda cambia durante toda la transacción => 1) Si el terminal decide enviar paquetes y ha cambiado la celda => cell update para que la RNC conozca su posición. UE RNC UE RNC RRC: Cell Update RRC: URA Update RRC: Cell Update confirm RRC: URA Update Confirm Intercambio UE y RNC Intercambio UE y RNC 2) Si el terminal recibe de la red una URA diferente de la que tenía almacenada por última vez en su USIM, ejecuta un URA update. 73

74 Procedimientos MM: Location update CS UE 1)Si el UE no tiene establecida una conexión RRC, la establece. Si la LA que tiene en la SIM no coincide con la difundida por la red, lanza el procedimiento. 2) El VLR asociado a la MSC lanza los procedimientos de autenticación y cifrado y actualiza el HLR. RNC MSC RRC Connection Setup Old MSC 1) RANAP UE Initial message RRC Direct Transfer (MM: LU request) MAP Send Parameters (MM: LU Request) 2) MAP Send Parameters Autentication&Security 3) MAP Update Location MAP Cancel Location MAP Cancel Location ACK MAP Insert Subscriber data 3) Se transfiere vía MAP el perfil del usuario al nuevo RRC Direct Transfer VLR. El HLR cancela los (MM: LU Accepted, TMSI) datos en el antiguo VLR RRC (MM Ack) 4) Completado el proceso, la RNC libera la conexión. AUC/HLR MAP Insert Subscriber data ACK RANAP Direct TransferMAP Update Location ACK (MM: LU Accepted, TMSI) RANAP (MM Ack) RANAP Iu Release Command RRC Connection Release RANAP Iu Release Compleate 4) 74

75 Procedimientos GMM: Routing area update (PS) El dominio de paquetes tiene sus propios procedimientos de registro y es muy parecido al caso de GPRS: 1)El móvil mantiene la última RA donde hizo un RA update. Si no coincide con la difundida por el sistema, lanza el RA update. 2) El mensaje llega al nuevo SGSN, que verificará si hay contextos abiertos para ese UE. Si se autentica al usuario con éxito, el nuevo SGSN informa al GGSN de que el SGSN ha cambiado y la información de contexto PDP asociada también. 4) Se actualizará el HLR (salvo si el SGSN no hubiera cambiado) y se transferirá el perfil del usuario al nuevo SGSN. 5) Se confirmará al móvil que se ha aceptado el RAU. Para estos procedimientos (RA, LA), no hace falta establecer las bearer en el plano de usuario. 75

76 Procedimientos CC: Llamada El caso de llamada PSTN -> UE es muy parecido al ya visto en GSM, añadiendo el establecimiento de las RAB. 1) Los mensajes que llegan de la PSTN van sobre ISUP, como en el caso GSM 1.ISUP IAM (MSISDN, info llamada) 2) La GMSC server pide al HLR la dirección de enrutamiento (MSRN) para encontrar la MSC server adecuada. 3) La MSC adecuada reconoce que el MSRN es de un móvil bajo su control y envía un paging a las RNCs que dan servicio a la última LA reconocida en el sistema (almacenada tras el último Location Update). GMSC 2 d en S. 4) El UE establece una conexión RRC, se produce la autenticación y cifrado y el core inicia un transaction setup and RAB allocation 5) Si UE acepta la llamada => se establece la RAB y la conexión. i ut o R ng fo In IS U P N SR M IA M VLR 2.2 MSRN HLR 2.1 Provide Roaming Number 3. Paging RNC 4 y 5. Conexión RRC y establecimiento de RAB 76

77 Gestión de la sesión PS Attach y establecimiento del contexto El procedimiento de attach ( GPRS attach ) y el establecimiento de contexto es heradado de GPRS: UE Attach: El móvil pasa a estado connected El MS es autenticado y se cifra la comunicación. El SGSN adquiere la información del usuario del HLR (se actualizará VLR y HLR si es una nueva RA) SGSN Attach request Attach accept Attach complete GPRS attach (GMM) Terminal estado connected Establecimiento de contexto: Para enviar y recibir datos GPRS, la MS debe establecer una activación de contexto PDP (packet data protocol context), a nivel de red. Establecimiento de contexto PDP (SM) Establecer un contexto PDP hace a la MS conocida Terminal estado connected para el GGSN y posibilita la comunicación con redes externas. Transmisión de datos 77

78 Gestión de la sesión PS. UPLINK Procedimiento (I) 1) Cuando el MS quiere enviar paquetes, hace un cell update (localización a nivel de celda) 2) Pide la activación de un contexto PDP y se establecen la RAB para paquetes. 1) 2) 3) Cuando ya no hay paquetes que transmitir, se desactiva el contexto y la RAB. 3) DOWNLINK A) El GGSN se da cuenta de que vienen paquetes de otras redes. Lo notifica para que la red provoque una activación de contexto. B) El SGSN envía pagings a las RNC que pertenecen a la última RA donde el móvil hizo RA update. C) Se activa contexto y se establece RAB. A) B) C) D) D) Se efectua la tx de paquetes 78

79 Gestión de la sesion PS. Procedimiento (II) UE RNC SGSN GGSN Internet PDU Notification Request (SM) Paging (RRC+RANAP) Paquetes entrantes desde red externa ACK Cell Update (RRC) PDP context activation & Bearer allocation Transferencia de paquetes Paquetes salientes PDP Context Deactivation & Bearer Removal Si hay paquetes en la dirección downlink desde otras redes, es el GGSN el que averigua la posición del SGSN y envía un SM: pdu notification procedure para provocar la activación de un contexto. El SGSN enviará un paging a la RNC que controla la RA donde el UE efectuó su última RAU. Como el móvil se mueve constantemente, tiene que ejecutar un cell update para que la información de la celda válida se registre a nivel de RNC. 79

80 Anexo 2: Evolución 3G y IMS 80

81 Por qué aparece HSDPA (3.5G)? 3GPP inició el concepto de all IP mejorando la red core y introduciendo nuevos bloques como IMS. Pero para mejorar la capacidad general de la red, el esfuerzo de desarrollo también debe estar focalizado en mejorar el acceso y el interfaz aire => evolución UTRAN Las mejoras de UTRAN y su interfaz aire comenzaron en Release 4. En Release 5, 3GPP especificó HSDPA, para gestionar los picos de alto tráfico de los usuarios (mayor throughput, reducción de los retardos, absorber picos). No tiene impactos en CORE, salvo los cambios para absorber las tasas mayores de datos. Permite tasas de hasta 3.6 Mbps (Móviles de categoría 6) y hasta 14.4 Mbps de pico (móviles categoría 10) y mejora la cobertura de UMTS R 99. Ventaja HSDPA: Fácil y rápida de integrar con WCDMA de R

82 Características HSDPA Consigue su mejora usando técnicas similares a las que usa EDGE para mejorar GPRS. Características principales: Tasas de pico >> UMTS : hasta 14Mbps Nuevo canal de transporte compartido HS-DSCH. Fast Scheduling (despacho rápido) AMC (Modulación y codificación adaptativa) Retransmisión híbrida HARQ (Hybrid Automatic ReQuest): Mecanismo de retransmisión de mensajes en caso de error. Arquitectura descentralizada: AMC, scheduling y HARQ se mueven de la RNC al NodoB (reduce latencia, permite el despacho rápido ) La introducción de HSDPA afecta al Nodo B (nueva subcapa MAC), a parte de mejoras en la RNC para el control de admisiones de los usuarios HSDPA 82

83 Canales compartidos HS-DSCH (I) HSDPA utiliza un nuevo canal de transporte denominado HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channels, lleva un canal de señalización asociado). Este canal permite que los recursos para datos puedan ser compartidos por todos los usuarios de un mismo sector. Adecuado para ráfagas de paquetes. La trama de 10 ms del WCDMA se divide en 5 subframes de 2 ms, también llamadas intervalo de tiempo de transmisión (TTI) => es como si hubiera 5 canales multiplexados en el tiempo, de 2ms cada uno. Los canales HS-DSCH del HSDPA (subframe de 2 ms) se multiplexan por código. Se puede emplear un máximo de 15 códigos paralelos en el canal HS-DSCH, que pueden ser designados para un usuario durante un intervalo de transmisión de tiempo (TTI), o pueden ser divididos entre varios usuarios. WCDMA: 15 slot x 0.67 ms= 10 ms HSDPA: 5 TTI x 2 ms = 10 ms 83

84 AMC (Modulación y codificación adaptativa) HSDPA usa las 2 modulaciones: QPSK y si las condiciones radio son buenas, 16 QAM. Utiliza un esquema de Modulación y Codificación Adaptativa (AMC) con una idea parecida a la implementada en EDGE. Dependiendo de las condiciones del radio canal, se usan distintos esquemas de codificación de canal (baja la redundancia conforme mejoran las condiciones radio) y de modulación. El proceso para seleccionar la modulación óptima y el esquema de codificación se lleva a cabo muy en coordinación con el de fast scheduling 84

85 Retransmisión híbrida HARQ 3ast Hybrid Automatic Repeat Request (Fast Hybrid ARQ). Se combina la repetición de los datos de tx para incrementar la probabilidad de éxito. Fast : Los mecanismos de corrección de errores se implementan en el NodoB (igual que los de scheduling y adaptación del enlace) => en GPRS/EDGE se realizaban en la BSC, en UMTS en la RNC. La gestión y respuesta en tiempo real a las variaciones radio en el NodoB reduce los retardos y mejora el througput general. 85

86 Clases de terminales (capacidad HSDPA)

87 HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) Vendría a ser el 3.75G Mejora el funcionamiento del los canales dedicados en el uplink Permite incrementar la velocidad en el uplink hasta 5.76 Mbps Con HSDPA, sólo se mejoró el canal downlink (para aumentar la tasa en servicios asimétricos, como la navegación web). Con HSUPA, se mejora el canal ascendente para la adaptación a los servicios multimedia. Con la mejora de eficiencia espectral y la reducción de la latencia que dan HSDPA/HSUPA, los operadores son capaces de proporcionar accesos que faciliten servicios tales como VoIP. Puede usarse de manera conjunta o aislada de HSDPA. 87

88 Cambios en HSUPA HSUPA consigue la mejora en el uplink gracias a : Nuevo canal de transporte UL (E-DCH, enhanced dedicated channel) Intervalo de tiempo de transmisión TTI menor (similar a HSDPA, aunque no es obligatorio que el móvil soporte 2ms). Uso de entre 1 y 4 códigos. Fast scheduling (reserva más eficiente de los recursos radio). Fast Hybrid ARQ: Mejora la eficiencia (errores de procesado). 88

89 Movilidad e interworking (R7) Distintas alternativas. Algunos ejemplos: Movilidad basada en mobile IP, pero no transparente No se usa el nucleo core de UMTS para el acceso a servicios Movilidad transparente Las redes wireless se comportan como una routing área Cambios en el core de UMTS (sí absorbe el tráfico wireless) 89

90 MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) Múltiples antenas en transmisión y recepción. MIMO aprovecha fenómenos físicos como la propagación multicamino para incrementar la tasa de transmisión y reducir la tasa de error. MIMO aumenta la eficiencia espectral de un sistema de comunicación inalámbrica por medio de la multiplexación espacial. No es una tecnología nueva, se desarrollo en los años 90 para los sistemas WLAN. Ej 1: Copias de la misma señal, codificadas de forma distinta, en cada antena tx. (space-time coding) Ej 2:Streams independientes de datos por cada antena (spatial multiplexing) 90