Comunicaciones Inalámbricas de Tercera Generación (3G) Contenido

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1 Comunicaciones Inalámbricas de Tercera Generación (3G) J. Martín Luna Rivera Facultad de Ciencias Universidad Autónoma de San Luis Potosí Octubre 21, 2003 Contenido Breve recapitulación de las comunicaciones inalámbricas Perspectiva general de los sistemas 3G Conceptos básicos para el procesamiento de señales en Técnicas avanzadas para el procesamiento de señales en Conclusiones 1

2 Era Celular Analógica (1G) ( ) - G. Marconi establece el primer sistema de radio. (1978) - Se utiliza por primera vez lo que hoy en día se conoce como un sistema de telefonía celular móvil. (1979) Operación pre-comercial del sistema AMPS (Advanced Mobile Phone SystemEUA. (1981) Operación comercial del sistema NMT (Nordic Mobile Telephone system) ) en Dinamarca, Suecia, Finlandia y Noruega. Era Celular Digital (2G) (1991) Operación comercial del sistema GSM (Global System for Mobile Communications) ) en Europa. (1994) Operación comercial del sistema DAMPS en EUA y PDC (Personal Digital Cellular) ) en Japón. (1994) Qualcomm propone un sistema celular basado en tecnología de expectro extendido (CDMA( CDMA). Los sistemas 3G estan basados en la tecnología CDMA. (1996) Se establece el foro UMTS.. Desde 1996, el estándar europeo (WCDMA( WCDMA) ) ha sido conocido como UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). 2

3 Era Celular de Alta Velocidad (3G) Redes 2.5G (GPRS, CDMA2000) son versiones mejoradas de las redes 2G con transmisiones de datos de hasta 144 kbits/s. Redes 3G (UMTS( UMTS, EDGE, IMT , Cdma2000 1x) ) son las mas recientes redes inalámbricas móviles que alcanzan velocidades en la transmisión de datos de 384 kbits/s y más (teóricamente hasta 2 Mbits/s). WLAN (Wireless Local Area Network) ) Mbps. (2001) NTT DoCoMo (Japón) lanza la primera red comercial de 3G (WCDMA). Era Celular de Alta Velocidad (3G) Usuarios móviles alrededor del mundo ~ 1 billón: a) 650M usuarios GSM y b) 120M usuarios CDMA. Mercados de usuarios móviles más grandes del mundo: China (12/02) EUA (3/03) Japón (11/02) UK (12/01) México (2004?) 200.3M 153M 72.8M 45M 20M 3

4 Cuarta Generación (4G) Actualmente el término 4G esta siendo utilizado básicamente por motivos de mercado Por el momento solo algunas investigaciones básicas se han llevado acabo La implementación de redes 4G será después del 2012? Contenido Breve recapitulación de las comunicaciones inalámbricas Perspectiva general de los sistemas 3G Conceptos básicos para el procesamiento de señales en Técnicas avanzadas para el procesamiento de señales en Conclusiones 4

5 Cuál es el Objetivo de los Sistemas 3G? En el mercado de las telecomunicaciones se pueden reconocer 2 claras tendencias: - Los usuarios tienen una necesidad creciente de acceso a la información de la forma mas eficiente posible - Los usuarios tienen una necesidad creciente de ser móviles Soluciones: Internet y las redes de telefonía móviles. La convergencia de ambas soluciones es el objetivo final de los sistemas 3G,, que permitirá satisfacer los requerimientos de los usuarios con una misma plataforma y a través de nueva generaciones de dispositivos de acceso. Servicios y aplicaciones 3G Multimedia - Transporte de datos en forma audiovisual (Educación, Entretenimiento, Información, Telemedicina) Comercio electrónico móvil (servicio de comercio electrónico a consumidores) Posicionamiento (servicios basados en localización) Acceso a Internet y correo electrónico de alta velocidad Movilidad y roaming internacional 5

6 Cómo serán las redes 3G? La implementación de 3G no significa solamente la estandarización de una nueva interfaz de radio. Se necesitan nuevas técnicas y estrategias de evolución para entregar 3G, para todos los niveles de la red. Existen 5 áreas de estandarización: - Acceso de Radio - Servicios - Equipo de usuario - Núcleo de Red - Arquitectura de la Red Banda de Frecuencias 3G (IMT-2000) 6

7 Licencias 3G Interfaces de Radio 7

8 Sistemas de Banda Ancha (Spread Spectrum) Sistemas de Banda Ancha (Spread Spectrum) 8

9 Contenido Breve recapitulación de las comunicaciones inalámbricas Perspectiva general de los sistemas 3G Conceptos básicos para el procesamiento de señales en Técnicas avanzadas para el procesamiento de señales en Conclusiones Sistemas de Banda Ancha (CDMA) Señal recibida Interferencia (otros usuarios) r(t)= b(t) + MAI + ISI + noise Señal deseada Interferencia por propagación 9

10 Sistema de Banda Ancha (CDMA) Receptor Convencional (RAKE) 10

11 Teoría de las Comunicaciones Modernas Contenido Breve recapitulación de las comunicaciones inalámbricas Perspectiva general de los sistemas 3G Conceptos básicos para el procesamiento de señales en Técnicas avanzadas para el procesamiento de señales en Conclusiones 11

12 Técnicas Avanzadas Codificación de Canal (turbo códigos) Receptores Multi-usuarios usuarios Procesamiento Espacio-Temporal Codificación de Canal Teorema de Capacidad Máxima de un Canal. Shannon estudio como el ruido afecta a la transmisión de datos. C = W log(1 (1+S/N) bps El teorema fundamental de Shannon establece que si la velocidad de información es igual o menor que la capacidad C del canal, entonces existe una técnica de codificación que permite la transmisión sobre el canal con una probabilidad de errores arbitrariamente pequeña, no obstante la presencia del ruido. 12

13 Turbo Códigos Turbo Códigos La capacidad de Shannon para un codificador con una razón de transmisión de ½ es 0dB 13

14 Receptores Multi-usuarios usuarios (MUD) MUD es una técnica avanzada de procesamiento que permite mejorar el desempeño de un receptor al explotar la información que se tiene de la estructura de la interferencia. Receptor Multi-usuario usuario Iterativo 14

15 Receptor Multi-usuario usuario Iterativo Procesamiento Espacio-Temporal Supongamos que se tienen múltiple antenas en el transmisor y receptor. Esto nos ofrece ganancia en diversidad de espacio La codificación espacio-temporal es el área que estudia la forma de transmitir una secuencia de símbolos a través del tiempo y de las antenas transmisoras 15

16 Procesamiento Espacio-Temporal Contenido Breve recapitulación de las comunicaciones inalámbricas Perspectiva general de los sistemas 3G Conceptos básicos para el procesamiento de señales en Técnicas avanzadas para el procesamiento de señales en Conclusiones 16

17 Conclusiones Las aplicaciones y servicios en los sistemas 3G y sistemas futuros (4G) son factor clave para su éxito. Requerimientos claves para sistemas móviles 3G: - 2 Mbits/s (usuarios estáticos) kbits/s (áreas urbanas, pedestres) kbits/s (cobertura de áreas amplias y altamente móviles) Conclusiones Algunos de los retos mas importantes son: - demanda de las bandas de frecuencias - requerimientos económicos - procesamiento de señales (potencia requerida) - Estandarización de tecnologías existentes - Nuevas tecnologías Hoy en día, el procesamiento de señales es parte integral en la teoría de comunicaciones modernas. Herramientas del procesamiento de señales ayudan a mejorar la recepción de una señal en una comunicación inalámbrica (detección multi-usuario, usuario, principio iterativo, procesamiento espacio-temporal etc.). 17

18 Terminales 3G 18