Comunicaciones Inalámbricas

Transcripción

1 Comunicaciones Inalámbricas 3G Iván Bernal, Ph.D. Escuela Politécnica Nacional Quito Ecuador I. Bernal IMT2000 Agenda CDMA2000 WCDMA 2

2 Bibliografía A. Miceli, Wireless Technician s Handbook, 2 nd Edition, Artech House, T.S. Rappaport, Wireless Communications: Principles & Practice, Prentice Hall. First Edition: Second Edition: W. Stallings, "Wireless Communications and Networks", 2 nd Edition, Prentice Hall, IMT-2000 International Mobile Telecommunications System 2000 Esencialmente define un sistema de movilidad inalámbrico que permitiría servicios de comunicación de altas velocidades, de hasta 2 Mbps. De la ITU. Para usar una banda de frecuencia global en rango de 2000 MHz que soportaría un estándar de comunicaciones inalámbricas único y ubicuo para todos los países en el mundo. Es un estándar global diseñado para armonizar los estándares 3G. Una de sus principales metas es estandarizar el tipo de red de backhaul sobre la que los formatos de radio pueden operar. IS-95 fue diseñado para operar con IS-41 y GSM para operar con GSM-MAP. A medida que CDMA evolucione hacia CDMA2000 será posible operar con cualquiera de las dos. 4

3 Historia IMT-2000 Ya en 1992 WARC (World Administrative Radio Conference) empezó a trabajar en la definición de un nuevo espectro para una actualización de los sistemas 2G para proveer nuevas características, servicios y uso eficiente del espectro. Se debe considerar que en 1992, GSM, IS-95 e IS-136 estaban apenas en instalaciones iniciales. En la misma época la ITU inició sus trabajos en definir que deberían hacer los sistemas de 3G. De este grupo vino el Sistema IMT Historia IMT-2000 Así inició el proceso de desarrollo de la nueva tecnología y de los estándares que constituirían el sistema. 3GPP (Third Generation Partnership Program) 3GPP1 3GPP2 Un comité global fue formado para coordinar el proceso denominado 3GPP. A medida que se avanzó en el proceso era claro que existiría mas de una interfaz de aire. Se estableció otro programa de Partnership: 3GPP2. El grupo original que inició trabajando en lo que sería el sistema WCDMA. Para garantizar que el estándar CDMA2000 se ajuste al estándar IMT TD-SCDMA (Time Division- Synchronous Code Division Multiple Access) Formato 3G que se está instalando en China. 6

4 Objetivo de sistemas 3G IMT-2000 Proveer comunicaciones inalámbricas de alta velocidad para soportar transmisión de datos, video, multimedia además de voz. IMT200 ha definido la visión de la ITU de las capacidades 3G Calidad de voz comparable a la PSTN Velocidad de transmisión de datos de 144 kbps para usuarios en vehículos motorizados a alta velocidad sobre grandes áreas. Velocidad de transmisión de datos de 384 kbps para personas estáticas, desplazándose a pie, o moviéndose lentamente en pequeñas áreas. Soporta de Mbps para uso en oficinas Tasa de transmisión asimétricas y simétricas. Soporte para transmisión de datos mediante conmutación de circuitos y paquetes. Una interfaz adaptiva al Internet para reflejar eficientemente el carácter asimétrico entre tráfico upstream y downstream. Uso mas eficiente del espectro disponible. Soporte para una amplia variedad de equipos móviles Flexibilidad para permitir la introducción de nuevos servicios y tecnologías. 7 IMT-2000 La figura muestra esquemas alternativos adoptados como parte de IMT2000. Se cubre un conjunto de interfaces de radio para performance optimizado en diferentes ambientes de radio. 8

5 IMT-2000 Se incluyeron 5 alternativas fue permitir una evolución desde sistemas 2G. Dos de las alternativas crecieron a partir del trabajo del ETSI para desarrollar un UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) como el estándar 3G de Europa, y se propusieron a IMT UMTS incluye dos estándares: Wideband CDMA o WCDMA IMT-TC o TD-CDMA (combinación de WCDMA y TDMA) para proveer un camino de actualización para sistemas GSM, basados en TDMA. A inicios del siglo, varias propuestas competidoras basadas en wideband CDMA se unieron en un solo estándar WCDMA. El estándar WCDMA resultante se llama ahora UMTS (aclaración) Nomenclatura A IMT2000 se le suele llamar también como UMTS (Libro de Miceli), lo que causa confusión. Otras referencias llaman solo a WCDMA como UMTS (sin incluir a IMT-TC). TC). CDMA2000 viene de USA IMT-SC IMT-FT Con la última aclaración n es lo aceptado actualmente. Para redes que usan solo TDMA Puede usarse por carriers TDMA y FDMA Viene de DECT (europeo) 9 CDMA2000 CDMA2000 es par muchos la siguiente generación de IS-95, es un actualización y mantiene compatibilidad. Pasos principales que un operador CDMA podría considerar: IS-95 IS-95B 3G-1X (1XRTT) 1XEV-DO 1XEV-DV 3G-3X (3XRTT) 10

6 CDMA2000 IS-95 El estándar 2G instalado. IS-95B Instalado en Asia pero muy poco en USA. Algunas mejoras incluyendo transmisión de datos mediante conmutación de paquetes. 64 kbps o 96 kbps. 3G-1X (1XRTT, Radio Transmission Technology with one carrier) Se le suele llamar solamente 1X. Se le conoce como la primera fase 3G de CDMA y se espera que sea ampliamente instalada debido a los incrementos en capacidad y por sus facilidades para transmisión de datos a altas velocidades. Se le suele considerar 2.5G. 1X se refiere al uso de una vez la tasa de spreading de IS-95 que es Mcps 11 1XEV-DO CDMA2000 Conocida como Qualcomm HDR (High Data Rate) o CDMA/HDR o IS-856. Una solución high-speed Data Only. Orientada al uso de IP para transmisión de paquetes y acceso a Internet. Esquema asimétrico, para downstream (de 38.4 kbps a Mbps) y para upstream ( de 9.6 kbps a kbps) Con VoIP se puede soportar tráfico de voz. EV hace referencia a que es una tecnología evolutionary basada en IS-95. Se la puede integrar con relativa facilidad en redes CDMA existentes. Se la considera también una solución interina 2.5G. Algunos estiman que 1XEV se instalará en paralelo con 1X 1XEV-DV 1X para servicios de voz 1XEV para servicios de datos Una versión mejorada de 1XEV-DO Permite simultáneamente servicios de voz 3G-3X (3XRTT) La versión 3G completa de CDMA. La perspectiva actual es que se tendrá una instalación limitada debido a altos costos y problemas de demanda y competitividad. 12

7 A medida que CDMA evolucione hacia CDMA2000 será posible operar con IS-41 o GSM-MAP. CDMA X-RTT CDMA2000 Se asegura que casi todos los operadores en el mundo instalarán al menos esta primera fase. Mejoras El ancho de banda de la señal permanece la misma ( MHz) El sistema es compatible hacia atrás. En la mayoría de los casos se actualiza en las BTSs una tarjeta y software. Los MSs debe ser cambiadas. El número de Códigos Walsh se incrementa a 128, y se incrementa su longitud. Mejores códigos de control de errores. Mejores y mas rápidos mecanismos de control de potencia. Mejoras en la diversidad de transmisión. Nuevos canales físicos Para fast paging, lo que mejora el tiempo ocioso de la MS y mejora la duración de baterías. Resultados Casi duplicar la capacidad de voz. Servicios de datos con conmutación de paquetes a mayores velocidades (hasta 153 kbps) 14

8 CDMA2000 3X-RTT El concepto básicamente es usar 3 canales de MHz. Se denomina spreading rate 3 La spreading rate es Mcps La longitud de los códigos de Walsh es de hasta 256, incrementando la capacidad. Se tendrán velocidades de datos de hasta 2 Mbps. 15 Configuraciones de radio CDMA2000 En CDMA2000, los operadores tienen gran flexibilidad en los servicios que pueden ofrecer. Tanto los enlaces forward y reverso tienen varias configuraciones de radio que proveen diferentes niveles de tasa de datos, y por lo tanto servicios. Se usan diferentes modulaciones y formas de codificación. Enlace forward 9 configuraciones de radio (RC, radio configurations) RC1 y RC2 son configuraciones de IS-95B RC3 a RC5 son configuraciones 3G-1X RC6 a RC9 son configuraciones 3G-3X Enlace reverso 6 configuraciones de radio (RC, radio configurations) RC1 y RC2 son configuraciones de IS-95B RC3 a RC6 Dramáticamente diferentes. Los enlaces reversos tiene muchos cambios para incrementar la capacidad. 16

9 CDMA2000 Configuraciones de radio 17 Configuraciones de radio CDMA

10 CDMA2000 Interfaz de aire Sentido reverso tiene marcadas diferencias. Se agregan varios canales físicos. Canales piloto Canales de datos suplementarios Canales de control para señalización Diferente a IS-95 donde solo se tenía un canal físico transmitido desde la MS. E utiliza la modulación HPSK (Hybrid Phase Shift Keying) Conocida como OCQPSK (Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying) 19 CDMA

11 CDMA2000 Control de Potencia Uno de los cambios mas importantes en CDMA2000 es la introducción de control de potencia rápido en el enlace forward. Se implementa de manera similar al control de potencia del enlace reveso. Un lazo externo (outer loop) que fija el Eb/No deseado para obtener una cierta FER. El lazo interno mide la potencia recibida para par enviar los bits de control a la BTS. Los bits de control en cualquiera de los sentidos ( forward o reverso) se pueden enviar como un subcanal de los canales de datos o en alguno de los nuevos canales agregados. 21 Forward Transmit Diversity CDMA2000 En la actualidad, la mayoría de estaciones base usan diversidad de recepción, usando dos antenas para combinar las señales recibidas o tomar la de mejor recepción. La idea en transmisión es similar. La BTS usará dos antenas para transmitir. Se consideran dos alternativas opcionales. STS (Space-Time Spreading) Se transmiten todos los datos por las dos antenas pero se usan funciones ortogonales diferentes en cada una para el spreading. El móvil recibe las señales de ambos caminos y los combina. OTD (Orthogonal Transmit Diversity) Se distribuyen los símbolos entre las antenas y luego se usan funciones ortogonales diferentes. El móvil recibe las dos señales, de ambos caminos, y los combina. 22

12 CDMA2000-TDD Esta estandarizado versiones TDD de CDMA2000. No se espera que tenga una gran acogida. La idea es utilizar menos ancho de banda en una conversación. Se tendrá una disminución en el performance. 23 WCDMA No es compatible con CDMA pero usa muchos de los conceptos y características de CDMA. Hay ciertas semejanzas con CDMA2000 pero la nomenclatura es diferente. No se tiene como objetivo mantener compatibilidad con sistemas existentes. El interfaz de aire de CDMA2000 tiene la tarea extra de mantener compatibilidad con IS-95. En realidad se diseñó para operar en la misma red principal (core network) que GSM: GSM-MAP. Se lo considera como el sucesor natural de GSM. A pesar que se requieran subsistemas diferentes de RF para soportar formatos 2G, 2.5G y 3G, en la transición GSM a WCDMA. La core netowrk puede ser la misma y ofrecer servicios multimodo. Las primeras instalaciones de WCDMA se realizaron en Japón. Primer sistema comercial activado en Al menos 75 países han elegido el formato para usarlo en sus sistemas 3G. 24

13 Se usarán canales de 5 MHz. WCDMA Se espera que se puedan soportar mas de 100 llamadas de voz simultáneas. Chip rate es de 3.84 Mcps. Modos de operación El sistema está diseñado para operar en FDD y TDD. Problemas con TDD TDD Power Pulsing El móvil debe transmitir por pulsos, se genera interferencia audible. Si el móvil incrementa su velocidad, los pulsos deberán ser mas cortos, incrementando la interferencia. Interferencia de otras estaciones base Como se usa la misma frecuencia en toda la red, una estación base puede estar transmitiendo a un móvil en la misma ranura que otro móvil está esperando la transmisión pero de otra estación base. El resultado neto es que la segunda estación no recibe la señal deseada. Esto se mejora si todas las estaciones base estuvieran sincronizadas. Esto es lo que se tiene en TD-SCDMA. 25 Nomenclatura La nomenclatura comúnmente utilizada en 2G ha sido cambiada. MS es UE (User equipment) BTS es Node B BSC es RNC SIM es USIM (Universal Subscriber Identity Module) BSS es RNS (Radio Network System) Hay otros términos que deben considerarse para evitar confusión. El nombre completo del estándar WCDMA es UMTS Terrestrial Radio Interface en los modos TDD o FDD. UTRA-FDD y UTRA-TDD La ITU conoce como IMT DS WCDMA 26

14 Ranuras y tramas WCDMA WCDMA usa técnicas de CDMA para ubicar múltiples canales en la misma frecuencia. WCDMA también usa el dominio del tiempo mediante una estructura de ranuras y tramas. 27 Canales lógicos y de transporte WCDMA Los canales de transporte y lógicos se conocen como los canales de capa 2. Lógicos Define como y con que características los datos serán transferidos por el canal físico. 7 canales Transporte Definen como los datos serán transferidos por la capa física. 9 canales Canales físicos Se definen alrededor de 15. Una vez que se tiene datos en un canal lógico se procesan hacia una canal de transporte. De ahí el canal de transporte es asociado a un canal físico. 28

15 WCDMA Visión HSDPA Diseñada para mejorar la capacidad de transmisión de datos del enlace downlink. De naturaleza dinámica y adaptiva permitirá transmitir la máxima cantidad de datos trama después de trama, aún en condiciones del canal de radio cambiante y pobre. Permitirá un throughput máximo teórico de 14.4 Mbps, valor que se incrementará posteriormente. 29 Evolución - Resumen 30

16 Evolución - Resumen 31 Parámetros del Interfaz de aire Comparación 32

17 Parámetros del Interfaz de aire Comparación 33 Comparación Canalización e identificación de fuentes 34

18 Comparación 35 Control de Potencia Comparación 36

19 Comparación 37