Sistemas de Telecomunicación TEMA 7 COMUNICACIONES MÓVILES 3G
7.0. Contenidos 7.1. Introducción 7.1.1. Definición de 3G 7.1.2. IMT-2000 7.2. Estándares 3G 7.3. UMTS 7.3.1. Introducción a UMTS 7.3.2. Descripción del sistema 7.3.2.1. Estructura de red 7.3.2.2. Estructura celular 7.3.2.3. Capacidad y tipos de servicio 7.3.3. Interfaz radio 7.3.4. Canales 7.4. Evolución de las redes 3G
Bandas frecuenciales en UMTS: 1885/1900 2025 MHz y 2110 2200 MHz Subbanda MMS (Mobile Satellite Service) en este rango MSS uplink: 1980 2010 MHz MSS downlink: 2170 2200 MHz El resto de la banda UMTS se emplea para comunicaciones terrestres Se tienen dos modos de operación posibles: UMTS-FDD (2 x 60 MHz) Uplink: 1920 1980 MHz Downlink: 2110 2170 MHz UMTS-TDD (20 MHz + 15 MHz) Las mismas frecuencias para uplink y downlink pero diferentes slots de tiempo. Bandas: 1900 1920 MHz + 2010 2025 MHz
Modo FDD Macrocélulas y microcélulas Gestión de acceso al medio: WCDMA Modo TDD Picocélulas Dificultad en la gestión del retardo entre UE y Node-B Slots de uplink y downlink pueden llegar a solaparse. En las picocélulas el retardo es mínimo dado el ámbito de cobertura Sin embargo, TDD permite gestionar mejor las arquitecturas con tráfico asimétrico Gestión de acceso al medio: TD-CDMA Modo FDD (WCDMA) es más habitual
WCDMA: Acceso DS-CDMA No hay reutilización de frecuencias: no es preciso diseñar el plan de frecuencias Se define un par de canales (uplink y downlink) de 5 MHz cada uno Las portadoras se identifican mediante el UARFCN (UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number) Un usuario puede ocupar varios canales para obtener una conexión de alta capacidad 2 x 15 MHz 3 canales 2 x 20 MHz 4 canales
WCDMA: Requisitos de los UE: Se engloban en 4 grupos diferentes dependiendo de la potencia máxima de tx: 33, 27, 24 y 21 dbm La sensibilidad del receptor del UE debe ser tal que para un potencia de -117 dbm pueda lograrse una BER de 10-3 Requisitos para los Nodos-B: No se especifica una potencia de tx, aunque típicamente suele estar en el rango de 10 a 40 W La sensibilidad del receptor ha de ser tal que permita alcanzar una BER de 10-3 para una potencia recibida de -121 dbm
WCDMA Sistema CDMA Todas las células emplean la misma frecuencia Diferentes códigos para evitar interferencias entre usuarios de celdas adyacentes Se utilizan dos códigos: Channelization code. Código OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor). Ensancha la señal en el dominio de la frecuencia. Diferentes códigos para diferentes canales físicos. Scrambling code. No produce ensanchamiento. Sirve para distinguir entre células. Es necesario ajustar la potencia de cada usuario de forma que todos lleguen con una intensidad similar al Node-B Near-far problem
WCDMA: División de cada canal en slots de tiempo: Cada canal se divide en tramas de 10 ms Cada trama se divide en 15 slots, con 666 µs cada uno
WCDMA: Diferente tx de señales en uplink y downlink: Uplink: I-Q multiplexing, modulación QPSK Datos de usuario y datos de control se tx simultáneamente. Se construye una señal compleja: canal de datos + j*(canal de control): datos en fase, control en cuadratura. Downlink: se modula la señal mediante QPSK Datos de usuario y datos de control se tx en diferentes instantes de tiempo
Esquema de modulación dowlink:
Esquema de modulación uplink:
Estructura de trama Downlink
Estructura de trama Uplink
7.3.4. Canales Dos tipos de canales: Lógicos o de transporte. Definen cómo van a transmitirse los datos. Qué datos se transportan. Físicos. Transportan los datos. Definen las características físicas de la señal. Cómo se transporta la información. Los canales lógicos o de transporte se mapean en canales físicos.
7.3.4. Canales Canales: Lógicos o de transporte: Canales de transporte comunes. Disponibles para todos los UE dentro de una célula. Todos los usuarios reciben la información en estos canales y pueden acceder a los mismos para tx. Broadcast channel (BCH). Downlink. Información específica de la celda y la red. P. ej., la existencia de códigos libres para el acceso. Paging channel (PCH). Downlink. Informa al UE de una llamada entrante. Random Access Channel (RACH). Uplink. La UE informa al Node-B de que pretende iniciar una comunicación. Forward Access Channel (FACH). Downlink. El Node-B tx información de control a un usuario específico. Common Packet Channel (CPCH). Uplink. Similar a FACH pero en sentido uplink. Downlink Shared Channel (DSCH). Downlink. Envío de información de control, y también tráfico de datos, desde el Node-B a varios usuarios. Canales de transporte dedicados. Información de control de capas superiores y datos de usuario en ambas direcciones. Dedicated Transport Channel (DCH). Uplink/Downlink.
7.3.4. Canales Canales: Físicos. WCDMA tx información de control y datos de usuario en el mismo canal lógico (canal DCH). En canales físicos se distingue entre canales de control y canales de datos de usuario. Uplink Dedicated Physical Control Channel (DPCCH).Información de control. Lleva DCH. Dedicated Physical Data Chanel (DPDCH). Datos de usuario. DPCCH y DPDCH se tx a la vez sobre a misma portadora (multiplexación I-Q). Lleva DCH. Physical Random Acess Channel (PRACH). Lleva RACH. Physical Common Packet Channel (PCPCH). Lleva CPCH. Downlink Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH). Lleva BCH. Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH). Lleva FACH y PCH. Synchronization Channel (SCH). No asociado a ningún canal lógico. Common Pilot Channel (CPICH). Physical Downlink Shared Channel (PDSCH). Lleva el DSCH. Acquisition Indication Channel (AICH). Ack para confirmar sincronización. Page Indication Channel (PICH). Paging.
7.3.4. Canales Establecimiento de llamada (conexión iniciada por el UE): 1. El UE se engancha al Node-B con una señal más intensa. 2. El UE escucha el canal BCH, obteniendo la siguiente información: i) códigos (channelization and scrambling) disponibles, ii) slots de tiempo disponibles, iii) nivel de interferencia, iv) potencia de tx del CCPCH 3. El UE selecciona códigos de channelization and scrambling 4. El UE determina el factor de ensanche para el mensaje 5. A partir de la potencia recibida a través del canal CCPCH (lleva BCH) y la potencia con la que se transmitió éste (proporcionada por el Node-B), el UE estima la atenuación del camino uplink Junto con el nivel de interferencia, se emplea para determinar la potencia de tx 6. El UE selecciona un slot de tiempo disponible 7. El UE tx la cabecera de datos. Si el Node-B lo recibe correctamente responde con un ACK en el canal AICH. 8. Si el UE no recibe ACK vuelve a tx la cabecera con mayor potencia 9. Una vez que el Node-B ha confirmado, el UE envía un mensaje de acceso en el siguiente slot disponible. 10. El UE espera la confirmación del acceso desde la red. Si no lo recibe, vuelve a repetir los pasos desde el punto 5.
7.4. Evolución de las redes 3G La capacidad máxima de acuerdo al estándar UMTS sería 2 Mbps Otras tecnologías como Wi-Fi o xdsl permiten obtener mayores tasas de datos a un coste inferior Necesidad de mejorar UMTS Se introdujo la tecnología HSDPA (High Speed Data Packet Access) Inicialmente, permitió alcanzar un máximo de 10 Mbps empleando los canales de 5 MHz definidos en WCDMA Aumentar la capacidad del canal downlink, ya que soporta más tráfico que en el sentido uplink Modulación 16-QAM La inclusión de técnicas de arrays de antenas permitió aumentar la capacidad hasta 30 Mbps Algunos servicios como videoconferencias o VoIP precisan gran capacidad tanto en uplink como en downlink HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): incluye las mejoras de HSDP en el sentido uplink.