Transcript Presentación Tecnologia Móvil 3G

Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
FUNDAMENTOS DE
LA TECNOLOGIA 3G
(UMTS)
Manuel Quesada Castillo
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Nombre Curso: Fundamentos a la
Tecnología Móvil 3G
Nº Horas: 12
• Conocimientos necesarios para el curso:
– Conocimientos básicos de Radio Y Redes de
Telecomunicación
• Objetivos del Curso:
– Adquirir conocimientos avanzados sobre las
características y funcionamiento de las
Redes de Telefonía Móvil 3G actuales
Manuel Quesada Castillo
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Transmisión
y Radio
INDICE
•
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
01 FUNDAMENTOS DE TELEFONÍA MÓVIL CELULAR
02 INTRODUCCION A LA TECNOLOGÍA UMTS
03 SURGUIMIENTO DEL 3G
04 ARQUITECTURA DE UNA RED MOVIL
05 UMTS: NUEVA TECNOLOGIA MOVIL
06 PROCESO DE ESTANDARIZACION
07 SERVICIOS Y APLICACIONES 3G
08 FUNDAMENTOS DE LA TECNICA CDMA
09 BANDAS DE FRECUENCIAS DEL 3G: TDD Y FDD
10 TIPOS DE CANALES
11 GESTION DE RECURSOS
12 HSxPA Y EVOLUCION DE FUTURO
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CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
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01. FUNDAMENTOS DE TELEFONIA MOVIL
CELULAR
• Comunicaciones Móviles aparecen hace
poco más de un siglo
– Despegue gracias a la telefonía celular
– Usan el espectro UHF en la banda 300-3000 MHz
• Telefonía Celular
– Distintas tecnologías Evolución  Velocidad y
Calidad de Servicio
– Desarrollos Tecnológicos  Agrupados en torno al
concepto de generación
– Una generación se asocia a una tecnología de
transmisión y a un determinado conjunto de servicios
• 1G  Tecnología Analógica
• 2G Transmisión Digital
• 3G  Provisión de Servicios Multimedia
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• En vez de cubrir una zona con un solo transmisor de gran
potencia se introducen muchos transmisores de menor
potencia que dan cobertura a una zona limitada
–
–
–
–
+ Permite mayor capacidad
+ Menor Potencia de los Terminales (y por tanto menor gasto de batería)
- Es necesario controlar las interferencias entre células
- Complica la Gestión de la Movilidad  Es necesario gestionar el traspaso
entre células (handover)
• Se Divide el espacio de cobertura en una serie de células o
celdas cada una de las cuales está soportada por una estación
base
– Incorpora la antena, transmisores y controladores necesarios para
proporcionar comunicación radio en el espacio geográfico asociado a la
celda
– GSM  Cada celda tiene asociado un conjunto de frecuencias sobre las
que opera
• Técnicas de Acceso al Medio
– TDMA Las transmisiones de cada usuario tienen reservado un intervalo
temporal
– CDMA  La transmisión de cada usuario es multiplicada por un código
que le permite diferenciarse de las transmisiones de otros usuarios
– FDMA A cada usuario se le asigna una frecuencia
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• Los principales objetivos de los sistemas
comunicaciones móviles celulares son:
–
–
–
–
de
Proporcionar acceso a las redes de comunicaciones públicas
Permitir la movilidad de los usuarios
Proporcionar un servicio continuo en las zonas de cobertura
Proporcionar un grado de servicio aceptable
• Los principales problemas que presentan los sistemas
móviles
– El espectro disponible es limitado
• Situado entre 800 y 2100 MHz
– La presencia de otros usuarios genera interferencias que
reducen la capacidad y/o la calidad del servicio
– La cobertura que proporciona una estación radiante está
limitada por la distancia a la misma
• La solución pasa por dividir el área de cobertura en células
– Otros sistemas de comunicaciones radio (sean interactivos
como LMDS o MMDS, p de distribución de la señal de radio/TV)
son también sistemas celulares
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CONCEPCIÓN INICIAL
Maximizar la zona de cobertura
-Potencia de las estaciones base (BS) muy elevada.- Potencia de los móviles (MS) elevada. “handicap” --Eficiencia en términos de número de canales por
unidad de superficie es pequeña
-Un número de usuarios alto requiere un ancho
de banda muy grande.
canales
Eficiencia = N
Superficie
Ncanales = BWTotal
BWCanal
PRINCIPIOS BÁSICOS:
nNcanales
Eficiencia=
Superficie
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-Fragmentación en células de la zona a cubrir.
-Potencia de las BS y los MS reducida.
-Reuso de frecuencias.
-Estructura
pensada
para
reducir
la
interferencia cocanal.
REQUIERE:
-Asignación de frecuencias.
-Gestión eficiente de los traspasos de llamadas
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Reutilización de Frecuencias




FICTICIA

IDEAL




REAL
Relación entre las coberturas ideales y reales.
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Reutilizacion de Frecuencias
“Rehuso de frecuencias”
limitación:
Interferencias
f3
f2
f1
f4
f2
f3
f2
f3
f4
f6
f5
f6
f4
f7
f1
f1
f7
f7
f5
f6
f5
“CLUSTER”: conjunto de células
que emplean frecuencias diferentes
En este caso el cluster es de 7 células.
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“Hand-off”
Limitación:Complica el control
de la red
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Sectorización
•División de una célula en tres sectores diferentes con una amplitud de 120º
cada uno
•Esto permite un mayor aprovechamiento de la banda de frecuencias disponible
•Mejor calidad y fiabilidad de las llamadas
•Disminuye la interferencia cocanal
•El radio de cobertura varia de 0.8 a 35Km (máximo)
•Se puede adaptar el radio de cobertura de cada sector individualmente
N
SECTOR 1
120º
120º
SECTOR 3
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120º
SECTOR 2
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PATRON DE REUTILIZACION DE: 3 CELULAS(sectores) Y 4 ESTACIONES
B2
A2
A1
B3
A3
C1
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D2
A2
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B1
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B1 D2 D3
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C3
C3
C3
D1
D1
D1
D2
D2
D2
D3
D3
D3
D3
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REUTILIZACION
12 GRUPOS DE
FRECUENCIAS
DISTANCIA MINIMA 2:1
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Evolución de la
Telefonía Móvil
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02. INTRODUCCION A LA TECNOLOGIA UMTS
El objetivo principal de esta unidad es proporcionar una visión general
de la Tecnología 3G. En concreto conocer:
- Porque surge la Tecnología 3G
- Limitaciones de los sistemas 2G y 2,5G
- Ventajas de la Tecnología 3G. Mejora de las prestaciones de las
comunicaciones móviles tanto vocales como de datos
- Presentación de cómo se estructura una red de Telefonía Móvil:
Conceptos básicos de la Tecnología GSM
- Como la Técnica CDMA utilizada en UMTS, aprovecha el espectro
radioeléctrico de un modo más eficiente
- Las bandas de frecuencias que utiliza y utilizará UMTS
- Como son los servicios y terminales UMTS
- El proceso de estandarización de la tecnología UMTS y las diferentes
versiones
- Las previsiones de evolución en el mercado de la Tecnología UMTS
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03. SURGUIMIENTO DE UMTS
Las
redes GSM/GPRS permiten a sus usuarios establecer
comunicaciones de voz y datos. Las comunicaciones de datos se
realizan mediante la técnica de conmutación de paquetes, con la
consiguiente mejora de eficiencia y velocidad, permitiendo a los
usuarios permanecer siempre conectados (always on).
Sin embargo estas redes presentan una serie de limitaciones
(Capacidad, velocidad, etc.) que hacen que sea prácticamente
imposible dar cabida a todos los usuarios y a las necesidades de
servicio que se esperan.
Por este motivo, los distintos agentes del sector de las comunicaciones
móviles se pusieron a trabajar en el desarrollo de una nueva
Generación de tecnología móvil, la 3G, de la cual el sistema UMTS
forma parte.
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3.1. LIMITACIONES DE LOS SISTEMAS 2G Y 2,5G
La 3G móvil, y con ella el sistema UMTS, nace con el objetivo de
superar las limitaciones de los sistemas GSM/GPRS para la
prestación de servicios más complejos y avanzados. Estas
limitaciones son las siguientes:
Estas limitaciones provocaron que los principales organismos
normativos del sector de las comunicaciones móviles se plantearan
el desarrollo de las tecnologías de 3G.
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•
•
•
•
Problemas de capacidad: El crecimiento explosivo de la penetración
de la telefonía móvil ha llevado a las redes GSM a estar cercanas a su
límite de capacidad en determinadas zonas (ciudades, centros
turísticos). La reutilización de de frecuencias lograda con la división
celular y la técnica TDMA (junto a otras mejoras más sofisticadas) no es
suficiente, por lo que se necesitan nuevas bandas de frecuencia.
Velocidad de Transmisión de Datos limitada: En la práctica, el
sistema GPRS permite alcanzar velocidades de Tx. De datos en torno a
30-40 Kbps, aunque es posible que sean mayores en un futuro cercano.
Sin embargo, se han identificado servicios tan atractivos como la
reproducción de música y de video que requieren velocidades bastante
mayores para ser viables.
Rigidez en la definición de servicios: En 2G y 2,5G el proceso es
bastante rígido, ya que está muy ligado a las especificaciones técnicas
de los sistemas, lo que permite poca diferenciación entre operadoras.
Por otro lado, los servicios que se han ido incorporando al margen de
las especificaciones de 2G, como por ejemplo WAP, han dado lugar a
una cierta falta de homogeneidad en su funcionamiento.
Mínimo Control de la Calidad de Servicio: Existen un conjunto de
parámetros (ancho de banda, retardo, prioridad, etc.) que influyen en la
calidad que percibe el usuario al recibir un servicio. Estos parámetros
son poco controlables en las redes 2G y 2,5G.
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04. ARQUITECTURA DE UNA RED MOVIL
RED TELEFÓNICA MÓVIL GSM (PLMN)
N7
ISDN
PSTN
GMSC
SIG/MAP
MSC
BS
MSC
BS
BS
BS
SIG
BS: Base Station (Estación Base)
GMSC: Gateway MSC (Central MSC de cabecera)
HP: Handportable equipment (Equipo portátil)
ISDN: Red Digital de Servicios Integrados
MAP: Parte Aplicación Móvil
MSC: Mobile Switching Center (Central de Conmutación del Servicio
Móvil)
MS: Mobile Station (Estación Móvil)
N7: Sistema de Señalización Nº 7
SIG: Señalización
Manuel Quesada
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HP
MS
HP
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Segunda Generación (2G)
Surge
a principios de los 90
Sistemas
de telefonía digital celulares orientados a transportar voz
mediante conmutación de circuitos
Alta
calidad de comunicación
Servicios
de Valor Añadido
Roaming,
Estándar
Mensajes Cortos, Desvío de llamadas, Identificación del llamante,
Europeo GSM
(Global
System For Mobile Communications)
Acceso
múltiple por división de tiempos
Típicamente
850
Estándares
en la banda de los 900, 1800
y 1900 Mhz en América
Americanos
En
EEUU y otros países a la 2G se la conoce como PCS (Personal
Communications Systems)
TDMA
(IS-136), típica evolución desde AMPS
Time
CDMAOne
Code
Estándar
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Division Multiple Access
(IS-95 A/B)
Division Multiple Access
Japonés  PDC (Personal Digital Cellular)
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Segunda Generación (2G)
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Ventajas de la digitalización de las redes móviles:
Mayor
eficiencia espectral (modulaciones más eficientes) y
mejor protección frente a interferencias
Posibilidad
de utilización de codificaciones de fuente más
eficientes
Ejemplo:
la voz en GSM se codifica a 13 Kbps
ganándose capacidad frente a las redes analógicas
La
digitalización del enlace radio aumenta la seguridad y se
facilita la introducción de mecanismos adicionales de cifrado
Posibilidad
de introducir nuevos servicios: SMS, GPRS, etc
Miniaturización
de los terminales
Se
reduce el tamaño y consumo de los componentes de
los terminales pudiéndose aumentar el grado de
integración
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GSM (Transmisión de Datos)
GSM
proporciona acceso a Datos mediante llamada conmutada
CSD
Circuit Switched Data
El
usuario realiza una llamada para conectarse a la red móvil
Una vez establecida se dispone de un canal vocal dedicado a la transmisión de
datos durante el tiempo que dura esa llamada
Velocidad máxima 9600 bps
Se necesita un módem GSM conectado a un portátil o una PDA o bien un móvil
GSM con capacidad de acceso WAP (todos en la actualidad lo tienen)
La llamada del usuario se encamina por la red de conmutación GSM hasta los
Servidores de Acceso Remoto (RAS), los cuales se encargarán de descolgar y
establecer el nivel de enlace (PPP) con el usuario
Finalmente y una vez autenticado el usuario se le asignará una dirección IP
Inconvenientes
Baja
velocidad
Excesivo tiempo de establecimiento de conexión
Desperdicio de recursos radio y de conmutación ya que se utiliza un canal vocal,
establecido permanentemente para transmitir datos
Tráfico de Datos  Aleatorio y A ráfagas
Tarificación
por tiempo de conexión y no por tráfico generado
Costes variables y no predecibles
La
aparición de las redes 2.5G de conmutación de paquetes, como es el caso
de GPRS, ha hecho caer en desuso el uso de GSM para transmitir datos
Las redes 2.5G y 3G han surgido como respuesta a la necesidad de
transmitir datos en redes móviles con una velocidad y coste aceptables
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4.1. FUNDAMENTOS DEL SISTEMA GSM
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A comienzos de los 90, la ausencia a nivel mundial de un sistema
móvil digital común hizo que el sistema GSM se expandiera hacia
Europa del Este, África, Asia y Australia. EEUU, América del Sur y
Japón adoptaron otros sistemas de telefonía móvil no compatibles
con GSM (Global System for Mobile Communications)
•
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•
CRONOLOGIA:
1982 – Constitución del grupo de trabajo GSM en la CEPT
(Conference Européenne des administrations des Postes et des
Télécommunications).
1985 - La CEPT decide el plan de acción y plazos. La Comisión
Europea acuerda que la norma que elabore el grupo GSM será
adoptada en todos los países comunitarios.
1986 – Se propone el empleo de la banda de 900 MHz para GSM
1987 – Se acuerda que GSM sea un sistema digital y que emplee la
técnica TDMA
1988 – El grupo GSM se convierte en una comisión del ETSI
(European Telecommunications Standard Institute)
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•
•
•
CRONOLOGIA:
1990 – Se cierra la Fase I de las especificaciones. Validación de los
sistemas implementados y primer congreso mundial GSM en Roma
con 650 participantes
1991 - Primera llamada oficial GSM en el mundo (1 de julio)
1992 - Primera red GSM en el mundo (Finlandia). Primeras
pruebas en la Expo de Sevilla
1993 - 13 operadoras en enero. Debido al considerable aumento
de usuarios comienza a utilizarse adicionalmente la banda de 1800
MHz. Primeros acuerdos de itinerancia internacional
1994 - 32 operadoras en enero. Primera red en Afrecha (Sudáfrica).
Lanzamiento de los servicios portadores de datos/fax de GSM fase
2. 69 operadoras en diciembre
1995 - 117 operadoras. Implementación de servicios de fax, datos
e itinerancia de SMS. Se completa la estandarización de GSM fase 2
incluyendo la adaptación para GSM 1900 (PCS 1900). Primera red
GSM 1900 en USA
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•
CRONOLOGIA:
1996 - 120 operadoras en diciembre. Mas de 4 millones de
usuarios de GSM 1900 en USA y un total de 250 millones de GSM
900/1800/1900 en todo el mundo
2004 – 626 operadoras. Se alcanza la cifra de mil millones de
usuarios a lo largo del primer cuatrimestre, finalizando el año con
1.268 millones
2005 – Finaliza el año con 670 redes comerciales en 200 países y
1.675 millones de clientes.
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• Funciones de movilidad de una Red Móvil:
– Registro (attach)
– Localización
– Aviso (paging)
– Traspasos (handover)
– Itinerancia (roaming)
– Abandono de la red (detach)
• Roaming o itinerancia internacional: Permite recibir y
realizar llamadas en el extranjero sin cambiar de terminal y
utilizar todos los servicios suscritos si están disponibles. Se
caracteriza por el pago del tramo internacional de la
llamada por parte del desplazado y por la posibilidad de
elección de la operadora destino.
• Si en el país destino no hay tecnología GSM, la operadora
puede prestar un terminal al cliente, desviando las
llamadas desde el móvil original al prestado y en
situaciones especiales sin cobertura se proporciona
telefonía móvil por satélite.
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• Funciones de gestión de red
– Operación y Mantenimiento (gestión de alarmas,
estadísticas, software de elementos de red, reclamaciones
de clientes, etc)
– Gestión de abonados (facturación, atención al cliente)
• Gestión de los recursos radio
– Asignación de frecuencias
– Mediciones de señal
– Saltos de frecuencia
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4.2. JERARQUÍA EN LA RED MÓVIL
• Zona de sistema: Es el nivel más alto, constituido
por el área resultante de la unión de todas las
zonas del mundo en las que se presta servicio
GSM. El área de la zona GSM de España tiene un
código, el MCC (Mobile Country Code), cuyo valor
es 214.
• Zona de servicio PLMN: Es el área geográfica
servida por un operador GSM. El código MNC
(Mobile Network Code) de Telefónica Móviles
España es el 07, el de Vodafone el 01 y el de
Amena el 03.
• Zona de conmutación: Es la superficie controlada
por un MSC, es decir, el conjunto de zonas de
cobertura de estaciones base conectadas al mismo
MSC.
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• Zona de servicio PLMN-GSM
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• Zona ó Área de localización (LA=Location Area) :
Es el área dentro de la cual una estación móvil
puede moverse libremente sin que se modifique
su registro de localización. Comprende varias
estaciones base. Cuando es necesario alertar a un
móvil para pasarle un mensaje o una llamada
entrante, se le avisa por las estaciones base de la
zona de localización.
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• Cada móvil realiza una actualización de
localización cuando accede a una nueva LA. Un
mismo MSC puede controlar varias áreas de
localización. El LAI es la identificación del área de
localización. Consta de tres partes: el MCC, el
MNC y el LAC.
Manuel Quesada
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• Zona de celda o de estación base (CI): Es el área
cubierta por una estación base, dentro de la cual
un móvil puede conectarse vía radio a esa estación
base. Si se utiliza cobertura sectorizada con 2 ó 3
sectores, se definen 2 ó 3 áreas de celda servidas
por otras tantas estaciones base. Cada estación
base se identifica mediante el CI (Cell Identity).
Manuel Quesada
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• CGI (Cell Global Identificación). Incluye el MCC,
MNC, LAC y CI. Ejem. 214-07-00201-00781
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ARQUITECTURA DE LA RED GSM
La arquitectura de UMTS es igual que ésta en la parte de
Núcleo de Red, y similar en la parte del subsistema Radio.
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Subsistemas del GSM
OSS
NSS
BSS
GSM Agrupación de elementos en subsistemas
Manuel Quesada
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Operaciones
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4.3. UNIDADES FUNCIONALES DEL SISTEMA
• SIM (Subscriber Identity Module)
• Contiene la siguiente información del sistema GSM:
Parámetros como el IMSI, MSISDN y TMSI que identifican
al abonado en la red, información de localización (identidad
de área de localización LAI), algoritmos (algoritmos de
autentificación A3 de obtención de la clave kc (A8) y de
cifrado (A5)), autenticación para acceder al terminal
(parámetros PIN, Personal Identification Number, PUK,
Personal Unblocking Key) y a la red (ki), PLMN no
autorizadas e información del usuario como la agenda, SMS
recibidos y enviados, servicios GSM adicionales etc.
Manuel Quesada
Castillo
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UNIDADES FUNCIONALES: MS
• Estación móvil (MS, UE:User Equipment)
• Es el equipo físico utilizado por el usuario de
GSM
para
acceder
a
los
servicios
proporcionados por la red a través de la
interfaz Um. Se identifica por su IMEI
(International Mobile Equipment Identity).
Como equipo, la MS proporciona la plataforma
física para el acceso pero es anónima y no
puede funcionar con la red hasta que se
personaliza mediante la inserción de una SIM
(Subscriber Identity Module) donde figura,
entre numerosas informaciones, la identidad
del abonado, IMSI (International Mobile
Subscriber Identity)
Manuel Quesada Castillo
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UNIDADES FUNCIONALES:BTS
•
•
•
Estaciones base (BTS)
Constituidas por los equipos transmisores/receptores de radio
(transceptores), los elementos de conexión al sistema radiante
(combinadores, multiacopladores, cables coaxiales), las antenas
y las instalaciones accesorias (torres soporte, pararrayos, tomas
de tierra, etc..). Debido a que funcionan en lugares donde no
hay mantenimiento “in situ”, los equipos de BTS deben ser
sencillos, fiables, duraderos y de coste moderado.
La BTS maneja el interfaz de radio a la estación móvil.
Manuel Quesada
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UNIDADES FUNCIONALES:BSC
• Controlador de estaciones base (BSC)
• Elemento de red que se encarga de la gestión de varias BTS
en lo relativo a los recursos radio : asignación, utilización y
liberación de las frecuencias, ciertos tipos de traspasos,
control de potencia etc... También puede realizar ciertas
funciones de conmutación
• Se interacciona con él a través del OMC para labores de
operación y mantenimiento. También recoge todo tipo de
estadísticas y alarmas tanto de su propio funcionamiento
como de las BTS que controla para detectar posibles
problemas en la red radio
Manuel Quesada Castillo
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UNIDADES FUNCIONALES:TRAU
• TRAU (Transcoder)
• Es la unidad de
transcodificación/adaptación de velocidad
• En la interfaz Abis, cada canal de voz tiene
una velocidad de 16 kbit/s mientras que
en la interfaz A la velocidad es de 64
kbit/s. La TRAU se encarga de la
conversión de velocidades para poder
adaptar la velocidad entre ambas
interfaces.
Manuel Quesada Castillo
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UNIDADES FUNCIONALES:MSC
•
•
•
•
Centro de conmutación de móviles (MSC):
Es, en esencia, una central telefónica que realiza las funciones de
encaminamiento y conmutación de llamadas para las MS situadas en
su demarcación. Además, proporciona las funciones adicionales
necesarias para sustentar la movilidad y organizar la asignación de
los recursos radioeléctricos al realizar los traspasos de llamadas
entre BTS controladas por distintas MSCs
Las G-MSC (Gateway-MSC) son aquellas MSC dotadas de una
funcionalidad adicional encargadas de dar acceso a redes externas a
la propia PLMN.
Otras MSCs incorporan funcionalidades más especializadas para el
procesado y encaminamiento de los mensajes cortos (SMS-IW-MSC
y SMS-G-MSC)
Manuel Quesada Castillo
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• Registro general de abonados (HLR)
• Es una base de datos donde están inscritos todos los
clientes de un operador, que se utiliza para la gestión de
los abonados móviles. El HLR contiene información
estática: toda la información administrativa de cada
abonado (parámetros de identificación, servicios
contratados, limitaciones de servicio) junto con los datos
de localización del mismo (información dinámica:
direcciones del VLR y del MSC e identidad temporal de la
MS).
Manuel Quesada
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y Radio
• Registro de abonados itinerantes (VLR):
• Base de datos, asociada a un MSC, donde se
almacena información dinámica (temporal)
sobre los usuarios transeúntes en el área
geográfica cubierta por la MSC. Cuando un MS
itinerante entra en una zona de MSC, éste lo
notifica al VLR asociado. El MS recibe una
dirección de visitante que sirve para encaminar
las llamadas destinadas a ese móvil.
• El VLR contiene otras informaciones necesarias
para el tratamiento de las llamadas desde/hacia
el móvil como los datos de los servicios
contratados por el usuario, identificación
completa del cliente, estado del terminal
(apagado, registrado), restricciones...etc..
Manuel Quesada
Castillo
41
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
• Centro de autentificación (AuC):
• Base de datos en donde se guardan las
identidades IMSI de los clientes junto con la
clave secreta de identificación ki de cada
usuario, el cual tiene almacenada en la tarjeta
SIM de su teléfono móvil una copia de ki.
• El AuC está asociado al HLR y proporciona la
información necesaria para la validación de los
usuarios por parte de la red.
Manuel Quesada
Castillo
42
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
• Registro de identidad de equipos (EIR):
• Base de datos que contiene las identidades de los equipos
móviles, IMEI (International Mobile Equipment Identity). El
IMEI permite identificar cada terminal internacionalmente
de forma unívoca. Incluye, junto a otra información, el
código del fabricante y el número de serie del equipo.
También se almacena en la memoria del terminal. Cuando
un MS trata de realizar una llamada, el MSC consulta al EIR
la validez del IMEI de ese equipo.
• Contiene tres tipos de listas:
– lista blanca: terminales autorizados para el acceso a la
red
– lista
gris:
terminales
en
observación
(fallos,
irregularidades)
– lista negra: terminales que tienen prohibido el acceso a
la red (por ejemplo por haber sido robados)
Manuel Quesada
Castillo
43
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
05. UMTS: NUEVA TECNOLOGIA MOVIL
La tecnología UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) nace
con un objetivo muy claro: solucionar las limitaciones de los sistemas 2G
y 2,5G, y de este modo, poder ofrecer servicios móviles más avanzados
y atractivos.
El sistema UMTS requiere el despliegue de una nueva red, ya que
introduce importantes cambios en los distintos subsistemas de sus
predecesores de 2G y 2,5G, que hace que éstos no sean
reaprovechables. Incluye desde nuevas antenas y estaciones base hasta
nuevas centrales de conmutación en las siguientes fases.
En cambio, en el Subsistema de red
Estas novedades son significativas en el
troncal:
Subsistema de acceso radio:
• Se conserva la filosofía de 2,5G,
• Nuevas bandas de frecuencia:
manteniendo la conmutación de circuitos
Ayudan a superar los problemas de
para las comunicaciones vocales y la
capacidad de los sistemas 2G y 2,5G.
conmutación de paquetes para las
• Nueva técnica de acceso compartido
comunicaciones de datos.
al medio, CDMA: Esta técnica
• También se requieren nuevos equipos e
permite un mayor aprovechamiento
infraestructuras en este subsistema.
espectral y, por tanto, un aumento de
Debido a la existencia de diferencias en
los protocolos, codificadores y otros
la capacidad de la red.
elementos definidos en UMTS.
Manuel Quesada
Castillo
44
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
5.1. PRINCIPALES VENTAJAS DE UMTS
Por las razones anteriores se suele hablar de UMTS como una
evolución/revolución respecto a GSM/GPRS: Evolución en el subsistema
de red troncal y revolución en el subsistema de acceso radio.
La solución de 3G que adoptaron las operadoras GSM/GPRS es la tecnología
UMTS. ¿Qué ventajas presenta UMTS respecto a GSM/GPRS?
Mayor Aprovechamiento Espectral: Gracias a la técnica de acceso
compartido CDMA, UMTS consigue utilizar de un modo más eficiente
cada frecuencia dando cabida a más usuarios simultáneos
(incrementando por tanto la capacidad).
Manuel Quesada
Castillo
45
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Control de la Calidad de Servicio: Los usuarios UMTS podrán, antes de
utilizar el servicio, definir los principales parámetros de calidad del
mismo, como la velocidad mínima garantizada y el tiempo máximo que
puede durar el servicio. Las operadoras pueden utilizar la calidad de
servicio elegida como una nueva variable de facturación.
Manuel Quesada
Castillo
46
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
UMTS: NUEVA TECNOLOGÍA MÓVIL
Entorno de servicios amigable y consistente: Gracias a la capacidad
avanzada VHE (Virtual Home Environment o Entorno Doméstico Virtual)
que incorpora UMTS, los usuarios accederán de mismo modo a los
distintos servicios de la operadora, independientemente del país y de la
red en que se encuentren. Sus preferencias personales de acceso y uso
de los servicios se mantendrán constantes en las distintas redes.
Definición de Servicios flexible: En las especificaciones de UMTS no se
definen los servicios, sino únicamente las capacidades y estructuras
sobre las que se apoyarán éstos (se define una arquitectura de servicios
estándar). Esta forma de trabajar permite a las operadoras definir de
forma más flexible y dinámica sus servicios utilizando las capacidades de
la red.
Manuel Quesada
Castillo
47
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Altas Velocidades de Transmisión de
Datos: Como se puede ver en la tabla,
en UMTS se podrán alcanzar mucho más
altas velocidades de transmisión que en
GSM/GPRS.
Manuel Quesada
Castillo
48
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
5.2. FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGÍA UMTS
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
La arquitectura de UMTS esta constituida por Entidades Funcionales,
Interfaces y Puntos de acceso al servicio:
 Entidades Funcionales:
 UE: User Equipment (Equipo de Usuario).
 UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network (Red de Acceso
Radio).
 CN: Core Network (Núcleo de Red).


Interfaces:
 Uu: Radio (Air) Interface
 Iu: Interface CN/UTRAN
Entidades Funcionales: se insertan en dos estratos:
– Estrato de no acceso.
– Estrato de acceso: El estrato de acceso contiene básicamente
todos los elementos específicos de radiotransmisión que
proporcionan servicios al estrato de no acceso.
Manuel Quesada
Castillo
49
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Estratos de acceso y no acceso: Plano de control.

CN protocols (Non Access Stratum, NAS), UMTS
MS
CC
RNC
RRM
Node B
SM
CN
CC
SM
MM
MM
RRC
RRC
RLC
RANAP
RANAP
RLC
MAC
WCDMA L1
WCDMA L1
BSAP
BSAP
BS-RRC
MAC'
Transport
layers
MAC
Transport
layers
Transport
layers
Iub
Transport
layers
Iu
Uu
RAN protocols (Access Stratum, AS), UTRAN
 Estratos de acceso y no acceso: Plano de usuario.
Relay
PDCP
L3CE
GTP
GTP
GTP
UDP/TCP
UDP/TCP
UDP/TCP
UDP/TCP
IP
IP
IP
IP
L2
L2
L2
L2
L1
L1
L1
L1
PDCP
GTP
RLC
RLC
MAC
MAC
WCDMA/
TD-CDMA
WCDMA/
TD-CDMA
UE
Uu
UTRAN
Iu
3G-SGSN
Gn
3G-GGSN
RAN protocols (Access Stratum, AS)
Manuel Quesada
Castillo
50
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
 Arquitectura de la red UMTS (Rel. 99)
Esta es la versión básica, y esta formada por los elementos que se
muestran en la gráfica:
 Core-Network proporciona el control de las llamadas, la movilidad y la
localización del UE. También se encarga de la tarificación.
Manuel Quesada
Castillo
51
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

RAN (Radio Access Network) esta formada por RNCs y Nodos B y
proporciona la conexión entre el CORE y el UE.
Aparecen un interfaces nuevo y otro se desdobla:
 Iur: Interface que comunica dos RNCs entre sí.
 Iu-CS: Interface que comunica la RNC con el CORE
de conmutación de circuitos.
 Iu-PS: Interfaces que comunica la RNC con el CORE de conmutación de
paquetes.
Manuel Quesada
Castillo
52
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

El subsistema de acceso radio, UTRAN consta de un conjunto de
sistemas radio RNS (El subsistema RNS está constituido por un
controlador de red RNC y varios nodos B) conectados a la red CN a
través de interfaces Iu e interconectados entre sí por las interfaces.
•
•
•
•
Proporciona la cobertura radioeléctrica de la red UMTS.
Controla el acceso de los terminales móviles al sistema.
Proporciona privacidad y seguridad a las comunicaciones.
Realiza funciones de gestión de parte de la movilidad de los
terminales móviles.
Manuel Quesada
Castillo
53
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

Los Nodos B realizan las mismas funciones que las estaciones base de
GSM: Dan cobertura radioeléctrica y se comunican directamente con los
terminales. Cada Nodo B está controlado por un único RNC, el cual
controla un número determinado de Nodos B.
En UMTS, cada terminal puede comunicarse
simultáneamente con varios nodos B.
El RNC combina/selecciona las señales que
recibe del móvil a través de varios Nodos B
obteniéndose una ganancia en la calidad de
la comunicación. Esta técnica se denomina
Macrodiversidad en Recepción.
• El nodo B está formado por amplificadores
de potencia, tranceptores (llevan la señal en
banda base a la radiofrecuencia de emisión y
viceversa) y procesadores en Banda Base que
se encargan del procesamiento de la señal
digital y su estructuración en canales.
Manuel Quesada
Castillo
54
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
 Potencia de transmisión:
 Enlace ascendente:
Se ha previsto utilizar terminales de
usuario de clase 4 para servicios de
voz y datos:
• Potencia máxima de 21 dBm
(125 mW).
 Enlace descendente: Potencia
total disponible en el Nodo B:
- Valores típicos: Macrocélulas
43 dBm (20 W), Micro y
Picocélulas 30 dBm (1 W).
- Se utiliza entre un 5 y un
10% de la potencia para los
canales piloto y de control.
- La potencia asignada a los
canales de tráfico es variable
según el número de usuarios
activos en la célula y su
localización.
Manuel Quesada
Castillo
55
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
RNC (Radio Network Controller): Sustituye al BSC y a la PCU de las
redes GSM/GPRS. Competen al RNC las funciones de traspaso incluida la
combinación, para soportar macrodiversidad entre nodos B propios o
dependientes de otros RNC
• Establece y libera los canales de comunicación con los terminales
(gestión de los recursos radio).
• Cada RNC controla un conjunto de Nodos B (fija los valores de las
potencias y las frecuencias de cada transceptor) y dispone de enlaces
para comunicarse con el núcleo de red.
• Gestiona la movilidad decidiendo cuando se deben hacer los traspasos
de los terminales de una célula a otra.
•En UMTS se permite la interconexión
entre RNCs para facilitar el traspaso de
CN
las
llamadas
entre
ellos.
Esta
interconexión no implica un enlace físico
Iu
directo entre ambos, sino que puede
Iur
S-RNS
D-RNS
hacerse a través del UMSC.
•En cada conexión UE-UTRAN el RNS
involucrado inicialmente es el Servidor:
SRNS si es necesario en un traspaso
tomar recursos de otro RNS, éste se
UE
conecta en paralelo como soporte: D-RNS
cerrándose la conexión por la interfaz Iur

Manuel Quesada
Castillo
56
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

•
•
•
•
Subsistema del Núcleo de
Red (CORE)
Realiza la conmutación y el
encaminamiento
de
las
comunicaciones de voz y datos
entre su origen y su destino.
Ofrece seguridad a los usuarios
en sus comunicaciones.
Realiza funciones de Gestión de
la Movilidad.
Genera la información necesaria
para la posterior facturación de
las llamadas.
• Conectada a redes externas fijas (RDSI, PDNs, Internet) y móviles
(PLMN).
• Los equipos del Núcleo de Red UMTS constituyen una evolución de
las centrales MSC de GSM y de los nodos SGSN de GPRS.
• El Núcleo de Red realiza las funciones de conectividad, control y
soporte de las aplicaciones, que facilita a la red de acceso.
Manuel Quesada
Castillo
57
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
•
•
•
Los elementos más importantes del CORE son:
La UMSC (relación con la Red de Acceso) y la UGMSC (relación con
otras redes) que pertenecen a la parte de conmutación de circuitos. Se
ocupan de cursar las llamadas para los servicios basados en
conmutación de circuitos
El USGSN (se encarga del encaminamiento de las comunicaciones de
datos por conmutación de paquetes, de tareas de administración de
sesión, movilidad, autenticación y tarificación) y el UGGSN
(encaminamiento hacia otras redes de externas de paquetes) que
pertenecen a la parte de conmutación de paquetes.
• El Núcleo de Red UMTS de la R99:
- Conserva la estructura de red GSM/GPRS es
decir la separación de los dominios de circuitos
y paquetes.
- Se adapta a las nuevas interfaces de radio
UMTS en los nodos U-MSC y U-SGSN.
Manuel Quesada
Castillo
58
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

Aparte de los subsistemas de acceso radio y red troncal o núcleo de
red, UMTS también necesita del Subsistema de transmisión, el
Subsistema de señalización y el Subsistema de Operación y
Mantenimiento.
La novedad más destacada es que el subsistema de transmisión
está basado en tecnología ATM capaz de soportar la gran capacidad
de los enlaces requeridos entre los elementos de la red.
Nodo
B
Nodo
B
Nodo
B
•
RXI
Tramas PDH
2 Mbps
RNC
Enlaces 155
Mbps
RXI: Se encarga de la transmisión ATM. Estos equipos se
denominan Passport y son concentradores de tramas PDH de
2Mbps, para llegar a la RCN a una velocidad de 155 Mbps.
Manuel Quesada
Castillo
59
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
06. PROCESO DE ESTANDARIZACIÓN
El proceso de estandarización de los sistemas 3G ha sido largo y laborioso.
¿Cuándo surgió la idea de 3G y cómo se ha llegado a la definición de
UMTS?
 El objetivo de partida era contar
 La nueva idea, denominada
con un único sistema de 3G que
IMT_2000, ya no hace referencia a
se empleara en todo el mundo,
un único sistema, sino a una familia
alcanzando así la utópica idea de
de sistemas que aunque tendrán
poder comunicarse con cualquier
capacidades de servicio similares, no
persona y en cualquier momento.
tienen por qué ser compatibles entre
sí.
Esta idea de sistema 3G recibió el
complicado nombre de FPLMTS
Esta solución se alejaba de la idea
(Future Public Land Mobile
original de definir un solo sistema,
Telecommunications System).
único y global.
Manuel Quesada
Castillo
60
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
ESTANDARIZACIÓN (II)
• La situación en 1992 ¿Qué se buscaba entonces?
DCS
GSM
IS95
D-amps
NMT
CT0
CT1
CT2
MTP
Manuel Quesada Castillo
Mens.
RadioSin hilos
TACS
UMTS
CTM
DECT
PHS/ PACS
Tetra
Pocsag
Flex
Ermes
61
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
ESTANDARIZACIÓN (III)
• Definidos los requisitos de IMT-2000, la UIT convocó un
proceso de presentación de tecnologías candidatas en el que
participaron los principales organismos normativos de las
distintas regiones del mundo (ETSI europeo, TIA
americana, ARIB japonés).
• División de opiniones
ETSI
TIA
T1
cdma2000
UWC-136
TD-CDMA
W-CDMA
CATT
TD-SCDMA
ARIB
W-CDMA
W-CDMA
TTA
Manuel Quesada Castillo
CDMA I
CDMA II
62
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
FORO 3GPP
• El organismo encargado de la estandarización de UMTS
(y del futuro del GSM, GPRS y EDGE) es el 3GPP
(Third Generation Partnership Project). Se trata de un
foro global del que forman parte distintos organismos
normativos como el ETSI europeo, el ARIB japonés o el
T1 norteamericano, que son los encargados de elaborar
las normas definitivas aplicables a cada zona.
(www.3gpp.org)
• También se creó el 3GPP2 para coordinar la
estandarización del cdma2000
Manuel Quesada Castillo
63
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
6.1. LAS DISTINTAS VERSIONES DE UMTS
Como ha sucedido con los estándares celulares de 2G, en la especificación
del estándar UMTS se han ido publicando distintas versiones que han
incorporado nuevas y más avanzadas capacidades. ¿ Quién se encarga
de la estandarización del sistema UMTS? ¿ Qué versiones existen?
El organismo encargado de la estandarización de UMTS es el 3GPP (Third
Generation Partnership Proyect). Se trata de un foro global del que
forman parte distintos organismos normativos como el ETSI europeo, el
ARIP japonés o el T1 norteamericano, que son los encargados de
elaborar las normas definitivas aplicables en cada zona.
Por el momento, existen cuatro versiones de las especificaciones de
UMTS:
6
En la actualidad se esta hablando ya de una versión siete.
Manuel Quesada
Castillo
64
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
•
Versión 99 (Release 99): Es la primera versión y, por lo tanto, la que
introduce todos los nuevos elementos de red necesarios para la puesta
en marcha de este sistema, tanto en el subsistema de acceso radio
(Modos UTRA FDD y TDD) como en el de red troncal. En esta versión se
define un nuevo codificador de voz y una nueva arquitectura de
servicios abierta y flexible.
Manuel Quesada
Castillo
65
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
•
•
La versión 99 (Release 99) desde el punto de vista de la red troncal,
evoluciona desde redes GSM/GPRS hacia una nueva red con mayores
velocidades de datos, mayor capacidad y que permite definir una buena
calidad de servicio.
Mantiene la filosofía de las redes 2,5G: conmutación de circuitos para
las comunicaciones de voz y conmutación de paquetes para las
comunicaciones de datos. También se permite realizar comunicaciones
de datos por conmutación de circuitos.
Manuel Quesada
Castillo
66
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
•
Versión 4 (Release 4): Esta versión introduce múltiples mejoras. El
cambio más significativo se produce en la red de conmutación de
circuitos, donde las tradicionales centrales de conmutación se desdoblan
en dos entidades separadas: una que se hace cargo de la conmutación
física (Media Gateway) y otra que se encarga de las funciones de control
(MSC Server). Este modelo se aproxima al utilizado en las redes IP y
prepara el camino para la convergencia futura.
Manuel Quesada
Castillo
67
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
•
•
La versión 4 (Release 4) es la evolución natural de la release 99.
Esta versión está más cerca de lo que se considera una verdadera red
3G, es decir, una red multimedia.
Evolución únicamente en el núcleo de red. Aparecen dos planos:
 El plano de transporte: Lleva el tráfico de voz y datos en modo
conmutación de circuitos. Formado por media gateways o MGW.
 El plano de control: Formado por los UMSC Server y UGMSC
Server, que realizan las funciones de control de las
comunicaciones.
Manuel Quesada
Castillo
68
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
•
Versión 5 (Release 5): En esta versión, todavía en definición, la
arquitectura de la red UMTS evoluciona aún más incorporando un
subsistema de red troncal basado en el protocolo de Internet IP (El
IMS, IP Multimedia Subsistem). Este nuevo subsistema permitirá la
convergencia plena entre las redes móviles y la “red de redes” Internet.
Introducción del HSDPA (High Speed Downlink Packet Access).
Manuel Quesada
Castillo
69
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
•
•
•
La versión 5 (Release 5) es la actual del estándar UMTS. Se produce
un cambio drástico con respecto a las redes 2,5G. Esto se debe a que
este estándar permite una integración de las comunicaciones móviles en
una red multimedia.
También se producen cambios en el subsistema radio: se introduce la
técnica HSDPA, lo que permite la alta velocidad en la transmisión de
datos en el enlace descendente.
El modelo tiende a la total utilización del protocolo Internet en todos los
enlaces de la red UMTS.
Manuel Quesada
Castillo
70
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
•
Versión 6 (Release 6): Se ha comenzado ya a trabajar en las
especificaciones de esta nueva versión, que incluye, entre otras
mejoras, nuevas técnicas basadas en el empleo de múltiples antenas y
el nuevo servicio de difusión de contenidos multimedia (MBMS,
Multicast Broadcast Multimedia Service).
Red “All IP” en la que desaparece la conmutación de circuitos.
Interfuncionamiento entre UMTS y Wireless LAN
Manuel Quesada
Castillo
71
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Operaciones
O+M
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y Radio
07. SERVICIOS Y APLICACIONES DE UMTS
Uno de los objetivos fundamentales de UMTS es permitir a las operadoras
ofrecer servicios móviles más sofisticados y atractivos y en todo caso,
mejorar los existentes en 2G y 2,5G.
Por supuesto las redes UMTS permiten ofrecer todos los servicios
disponibles ya en 2G y 2,5G, mejorando en muchos casos sus
prestaciones, como con los siguientes servicios:
Mensajería Multimedia: A los mensajes MMS de GPRS
que incluyen típicamente fotografías, tonos y texto con
formato, se les podrá añadir video y música.
Internet e intranet: La velocidad de acceso a Internet y a
las Intranets de las empresas será mucho mayor que en
GSM/GPRS, pudiendo llegar a 2 Mbps en el interior de
edificios (gracias al empleo de células muy pequeñas o
picocélulas) y a 384 Kbps en entornos urbanos.
Junto a todas estas mejoras, UMTS permitirá la introducción de nuevos
servicios denominados multimedia, entre los que destacan:
• Videotelefonía: Se podrá ver a la otra persona en la pantalla del móvil
mientras se habla con ella.
• Video y Audio Bajo Demanda: Se podrá reproducir en el terminal
móvil vídeos, canciones, etc.
Manuel Quesada
Castillo
72
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Operaciones
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Transmisión
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
Videotelefonía: Servicio de tiempo real, con requisitos de calidad de
servicio muy exigentes siendo necesario que se minimice el retardo de
transmisión y sus posibles variaciones mediante la utilización de
conmutación de circuitos para garantizar un retardo mínimo al disponer
de un canal reservado para el usuario y utilizando codificadores de audio
y vídeo para comprimir el tamaño de los datos para poderlos transmitir
por un canal de 64 kbps (codificación de audio y vídeo a baja velocidad)
Para ello de emplean algunos de los siguientes codificadores:
– Codificación de vídeo:
• H.263: Considerado esencial en los terminales 3G para servicios como
videoconferencia o vídeo bajo demanda
• MPEG-4: Desarrollado a partir de MPEG-1 y MPEG-2 y la tecnología
Quicktime de Apple Computers. Permite codificar vídeo y audio a baja
velocidad, teniendo un perfil especialmente pensado para
comunicaciones móviles (perfil de baja velocidad, Simple Visual Profile).
Manuel Quesada
Castillo
73
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-
Operaciones
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Codificación de audio:
• AMR (Adaptative MultiRate): Codec empleado para codificar y
decodificar la voz en el servicio de telefonía convencional en UMTS.
Incluye algunos modos de baja velocidad
• G.723.1: Este codec permite dos modos de baja velocidad a 5,3 y
6,3 Kbps. Los organismos de estandarización recomiendan su
incorporación en los terminales 3G.
Audio bajo demanda: Servicio que permite a sus usuarios seleccionar
una grabación sonora de cualquier tipo (música, noticias, conferencias,
cursos etc) y reproducirla en el terminal móvil. Un posible servicio de
este tipo sería convertir el móvil en una Juke Box, en la que el usuario
elige sus canciones y las reproduce en el orden apetecido. Las
canciones se encontrarían en algún servidor remoto, por ejemplo de la
discográfica, al que se accedería a través de la red 3G de la operadora
Aunque el formato de codificación de audio
más popular es MP3, los terminales incorporarán
también el codec de audio de MPEG-4 denominado
AAC (Advanced Audio Coding) Low Complexity.
Esta nueva versión consigue, para una misma calidad
de audio, una compresión un 30% más eficiente que
la lograda con MP3 (MPEG-1 Layer 3).

Manuel Quesada
Castillo
74
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Operaciones
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
Vídeo bajo demanda: Estos servicios permiten a sus usuarios
seleccionar un contenido audiovisual de cualquier tipo (películas,
noticias, deportes, etc) y reproducirlo en el terminal móvil.
DVB-H (Digital Video Broadcasting
- Handheld):
- La televisión es el único medio de
masas que todavía no ha llegado a los
teléfonos móviles y esto será posible con
el DVB-H.
- Optimización del estándar DVB-T
(Terrestrial) de televisión digital terrestre
para su uso en terminales móviles.
- Modificaciones en lo referente a
optimización de las baterías de los
dispositivos móviles, mayor tolerancia al
ruido para terminales con una sola
antena
receptora,
traspasos
con
mantenimiento del servicio etc
- Validación de la tecnología a finales de
2004 y comienzo de pilotos y servicios
comerciales durante 2005.

Manuel Quesada
Castillo
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7.1. TERMINALES UMTS
Para utilizar los atractivos servicios UMTS, es necesario un nuevo terminal
móvil, ya que UMTS introduce múltiples cambios en la comunicación
radio entre la estación base y el terminal móvil. No obstante, las
operadoras han puesto una condición ineludible a los fabricantes de
terminales UMTS: Los nuevos terminales deben ser GSM/GPRS/UMTS,
es decir, deben ser compatibles con los tres sistemas.

El terminal UMTS adquiere más importancia que el de GSM, tiene mucha
mayor capacidad de proceso, incorpora más tecnología y es mucho más
complejo.
Manuel Quesada
Castillo
76
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Operaciones
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Transmisión
y Radio


Las nuevas funcionalidades que incorporan los terminales son:
 Pantallas más grandes, a color y de alta resolución
 Cámaras integradas para videoconferencia
 Reproducción de vídeo en formato MPEG-4
 Reproducción de audio en formato MP3
 Reconocimiento de voz y de escritura (pantalla táctil)
 Potentes sistemas operativos y entornos de ejecución de
aplicaciones
 Localización por GPS o por algún otro método
Con todas estas nuevas funcionalidades, la evolución del concepto de
terminal móvil iniciada en 2G y 2,5G continúa en 3G lográndose la
integración en un único dispositivo de las capacidades de los teléfonos
móviles, los ordenadores personales y las agendas electrónicas PDAs.
Velocidades de transmisión
típicas de los primeros
terminales:

• 64 Kbps en modo circuito
• 384 Kbps(DL)/64 Kbps(UL)
en conmutación de
paquetes.
Manuel Quesada
Castillo
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7.2. FACTURACIÓN EN UMTS





La utilización de una arquitectura de prestación de servicios abierta
(OSA) facilita aún más la incorporación de nuevos proveedores de
contenidos y aplicaciones ajenos a la operadora ya iniciada en 2G y
2,5G.
En cuanto a las modalidades de contratación no se esperan
cambios, siguiendo con los modelos de prepago y contrato.
Junto a las variables de facturación utilizadas en 2,5G (tiempo,
evento y volumen de información) se incorpora la calidad de servicio
ofrecida y el tipo de contenido.
También se demandarán nuevos requerimientos para los sistemas
de facturación para ofrecer al cliente una factura única integrando
los diferentes sistemas y plataformas, con diferentes criterios de
facturación.
UMTS introduce una serie de parámetros de calidad de servicio que
podrán ser empleados como criterios de facturación:
Manuel Quesada
Castillo
78
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio




Retardo de transmisión máximo: Se garantiza que la comunicación
se realiza en menos tiempo de un cierto valor prefijado. En los servicios
conversacionales este requisito es crítico, siendo necesario que se
produzca en tiempo real
Velocidad de transmisión mínima: Se garantiza que la prestación
del servicio se realizará al menos a esta velocidad, pudiendo alcanzarse
valores mayores
Máxima tasa de bits erróneos: Algunos servicios pueden tolerar una
tasa de errores de transmisión más elevada que otros
Prioridad de utilización de recursos, de la que existen varias
modalidades:
– Prioridad de concesión de recursos o Allocation Priority: Cuando
varios usuarios pretenden acceder a la red simultáneamente y no hay
recursos para satisfacer a todos, se da preferencia de acceso a aquellos
que tengan contratada un mayor nivel de prioridad.
– Prioridad de retención de recursos o Retention Priority: Cuando todos
los recursos están ocupados y llega una petición de acceso de alta
prioridad, se le transfieren los recursos concedidos inicialmente a un
usuario con bajo nivel de prioridad.
– Prioridad de gestión del tráfico o Traffic Handling Priority: Cuando
está en curso una transmisión de información de un usuario con bajo
nivel de prioridad y llega otra transmisión de mayor prioridad, se le
conceden más recursos a esta última.
Manuel Quesada
Castillo
79
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
08. FUNDAMENTOS DE LA TECNICA CDMA
Con el objetivo de utilizar el espectro radioeléctrico de un modo más
eficiente que su antecesor GSM, UMTS utiliza la técnica de acceso
compartido CDMA. Esta técnica consiste en:
La mejora en capacidad del sistema UMTS debido a esta técnica se observa
en la siguiente tabla:
Manuel Quesada
Castillo
80
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

Existen tres Técnicas de acceso al medio:
– FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia):
Tecnología TACS (TMA-900), 1G. También Se utiliza junto
Técnica en GSM/GPRS, 2G/2,5G.
– TDMA (Acceso Múltiple por División del Tiempo):
GSM/GPRS, 2G/2,5G.
– CDMA (Acceso Múltiple por División de Código):
Tecnología UMTS, 3G..
Utilizada en
a la siguiente
Utilizada en
Utilizada en
 CDMA (Code División Múltiple Access) es una técnica de acceso
múltiple por división de código. Permite que varios usuarios compartan
un canal de comunicación mediante la asignación a cada uno de ellos de
un código distinto con el que se codifica toda la información que se
genera, de modo que sea posible distinguir su comunicación de las de
otros usuarios.
Manuel Quesada
Castillo
81
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

En UMTS es posible cursar comunicaciones en la misma
frecuencia y en el mismo instante de tiempo. Se distinguen
porque cada una de ellas posee un código diferente que la
diferencia de las demás.
La información que transmite
un usuario desde su móvil se
codifica con un código previamente
asignado. En el aire, la onda
resultante se mezcla con otras
ondas de la misma frecuencia
procedentes de otros usuarios.
Estas ondas han sido codificadas
con códigos distintos. La estación
base conoce los distintos códigos y
es
capaz
de
separar
las
informaciones de los distintos
usuarios para transmitirlas por la
red troncal. El proceso en el enlace
descendente es análogo a éste.

Manuel Quesada
Castillo
82
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Este esquema gráfico muestra como funciona la técnica de codificación
CDMA:
En la diapositiva de la página 32 se muestra como se consiguen separar las
señales en recepción.
Manuel Quesada
Castillo
83
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
8.1. TIPOS DE CODIGOS
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio


Para que los Nodos B puedan distinguir las comunicaciones de los
distintos usuarios se emplean dos tipos de códigos, código de
canalización
(spreading)
y
código
de
aleatorización
(scrambling), utilizados de forma diferente en cada enlace.
El proceso se lleva a cabo en dos etapas:
Ensanchamiento = Canalización + Aleatorización

Código de canalización: También se denominan de ensanchamiento ó
códigos OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor codes). Consiste en
una secuencia de bits de corta duración, llamados “chips” que se aplica
multiplicativamente bit a bit a la señal de datos original para
ensancharla.
• Si Tb y Tc son los períodos de bit y de
chip:
Tb=N·Tc., donde N es el factor
de ensanchamiento.
El ancho de banda de una señal
modulada es inversamente proporcional a
la anchura del símbolo (periodo) antes de
la modulación.
Manuel Quesada
Castillo
84
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
FUENTE
R (Kb/s)
Código
Control
Errores
R`(Kb/s)
Código
Canalización
W (Kchip/s)
3,84 Mchps/s
• SF (Spread Factor - Factor de Ensanchamiento) = W/R`
• PG (Procesing Gain - Ganancia de Procesado) = W/R
• Señal/Ruido = (Portadora/Ruido) * PG
Como la potencia de la portadora se debe repartir entre todos los usuarios,
cuando entra en el nodo alguno nuevo, la potencia por cada uno
disminuye y para mantener fija la S/R min. exigible se debe
aumentar la Ganancia de Procesado. Para conseguir esto, debemos
disminuir la velocidad de transmisión de datos (R).
 Se asigna un código distinto a cada comunicación permitiendo su
identificación unívoca. Estos códigos tienen una propiedad que los hace
ser independientes unos de otros (ortogonales), son cortos y escasos.
Es decir, si existen varias comunicaciones, cada una de ellas con un
código distinto, un usuario podrá acceder sólo a la comunicación
asociada al código que se le ha asignado. La ortogonalidad de los
códigos es sólo parcial, debido a la dispersión temporal asociada al
multitrayecto
 Son códigos independientes de la identidad de usuario, de modo que
cada vez el usuario inicie una comunicación, puede recibir un código
distinto.
Manuel Quesada
Castillo
85
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

Al aplicar un código de canalización a una señal, se aumenta el
volumen de información que debe transportar la señal de radio, lo
que se traduce en un incremento del ancho de banda de ésta. El
ensanchamiento del espectro se consigue multiplicando la secuencia
de datos por otra de mayor velocidad binaria (3.84 Mcps).

La potencia de la señal se distribuye más uniformemente dentro de
un rango de frecuencias más amplio. Por eso se dice que se emplea
una técnica de espectro ensanchado. Como contrapartida a la
necesidad de usar un mayor ancho de banda, se consigue una
mejor relación señal-ruido y las interferencias afectarán a la señal
en menor grado.
Señal original
Señal codificada
(tasa 1/3)
Señal
ensanchada
Secuencia de
ensanchamiento
Con codificación de canal
Manuel Quesada
Castillo
86
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Por la interfaz radio se transmitirá la siguiente información de los tres
usuarios del ejemplo de la diapositiva de la página 28:

XA*CA+XB*CB+XC*CC= Señal Recibida por Nodo B, donde CA,
CB, CC Son los códigos de canalización asignados a cada uno de los
usuarios A, B, C, respectivamente, y XA, XB ,XC Son las señales de
información de los usuarios A, B, C, respectivamente.

El sistema conoce cada uno de los códigos asignados a cada
usuario, y lo que hace para obtener las señales de información es
multiplicar la Señal Recibida por el código correspondiente:
(XA*CA+XB*CB+XC*CC)*CA= Señal Usuario A
XA*CA *CA +XB*CB *CA +XC*CC *CA = Señal Usuario A
Para códigos ortogonales (l.i.) el producto entre ellos es 0.
El producto de dos códigos idénticos es igual a 1.

Señal Usuario A = XA+ Residuo -> Debido a las Interferencias.
Manuel Quesada
Castillo
87
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
 Se generan árboles de códigos, pudiéndose construir códigos de
cualquier longitud que sea potencia de 2
 Para generar desde un código A las dos ramas que parten de él, se
coloca en la rama superior el código repetido (A, A), y en la inferior
(A, -A).
 Cada código es ortogonal a todos los del árbol, excepto a los que
descienden de él y sus ascendientes.
 Dos secuencias cualesquiera son ortogonales a menos que una sea
“descendiente” de la otra. Esta restricción determina el número
máximo de códigos
 El número de códigos de canalización que se pueden utilizar está
limitado. La longitud (el número de chips) del código varía en
función de la velocidad máxima que se requiera para la
comunicación. Para las velocidades mayores se utilizan códigos más
cortos, de forma que la elección de un código corto equivale a la
eliminación de todos los códigos largos que descienden de él.
 Diferentes factores de ensanchamiento C: apropiados para
sistemas con diferentes velocidades binarias

Número limitado de secuencias, dependiente de los
ensanchamiento seleccionados
Manuel Quesada
Castillo
factores de
88
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
•
El árbol de códigos de canalización es como se indica en la figura:
C8,0 = {1,1,1,1,1,1,1,1}
C4,0 = {1,1,1,1}
C8,1 = {1,1,1,1,-1,-1,-1,-1}
C2,0 = {1,1}
C8,2 = {1,1,-1,-1,1,1,-1,-1}
C4,1 = {1,1,-1,-1}
C8,3 = {1,1,-1,-1,-1,-1,1,1}
C1,0 = {1
C8,4 = {1,-1,1,-1,1,-1,1,-1}
C4,2 = {1,-1,1,-1}
C8,5 = {1,-1,1,-1,-1,1,-1,1}
C2,1 = {1,-1}
C8,6= {1,-1,-1,1,1,-1,-1,1}
C4,3 = {1,-1,-1,1}
C8,7= {1,-1,-1,1,-1,1,1,-1}
SF = 1
Manuel Quesada
Castillo
SF = 2
SF = 4
SF = 8
89
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

Código de aleatorización (scrambling code): No son
totalmente ortogonales entre sí. Multiplican a la señal previamente
ensanchada por un código de canalización. Se utiliza para identificar
un terminal móvil en sentido ascendente o bien un Nodo B en
sentido descendente (se utilizan códigos distintos en el enlace
ascendente y en el descendente, eligiendo en este último hasta
512).

La combinación de una frecuencia, con un código de canalización y
un código de aleatorización definen lo que se conoce como canal
físico.
Banda base
Secuencia de
canalización
(una por usuario de
una misma célula)
Manuel Quesada
Castillo
Señal moduladora
Secuencia de
aleatorización o
spreading (una por
célula)
90
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
8.2. MODULACION Y ANCHO DE BANDA DE UMTS
Como ya se ha indicado anteriormente, antes de transmitirse una señal UMTS es
codificada por medio de dos códigos: el código de canalización, que provoca
el ensanchamiento de la señal (la potencia se distribuye en un ancho de
banda mayor), y el código de aleatorización. A partir de aquí se debe
modular la señal obtenida ara poder transmitirla al medio
En UMTS se modula digitalmente utilizando la modulación QPSK (Quadrature
Phase Shift Keying). La señal se divide en dos partes (real e imaginaria).
Estas partes modulan dos señales portadoras en cuadratura (es decir, con
una diferencia de fase de 90 grados), que finalmente se suman y se
transmiten al aire. El resultado es una señal de aproximadamente 5 MHz de
ancho de banda. Por este motivo, la canalización en UMTS se realiza en
radiocanales de 5 MHz de ancho de banda.
En realidad la modulación que se utiliza en
UMTS no es exactamente una QPSK. Los
canales físicos de control, que cursan la
información de señalización entre el
equipo de usuario y el nodo B, y los
canales de tráfico, que cursan la
información de usuario, son soportados
sobre el mismo enlace. La forma en la que
se integran estos canales en la señal
modulada no es la misma el el enlace
ascendente que en el enlace descendente.
Manuel Quesada
Castillo
91
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Manuel Quesada
Castillo
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Manuel Quesada
Castillo
93
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
09. BANDAS DE FRECUENCIA DE UMTS: FDD Y TDD
En la conferencia Administrativa Mundial de Radiocomunicaciones
(WARC) de 1992, se fijaron las bandas de frecuencia para los sistemas
3G:
 De 1885 a 2025 MHz.
 De 2110 a 2200 MHz.
Las bandas que se utilizaran inicialmente en los dos modos definidos en
UMTS son:
Modo FDD (Frequency División
Duplex): Se emplean frecuencias
distintas para transmitir y recibir:
Enlace ascendente (móvil a Nodo
B): De 1920 a 1980 MHz.
Enlace descendente (Nodo B a
móvil): De 2110 a 2170 MHz.
Manuel Quesada
Castillo
Modo TDD (Time Division Duplex):
Se utiliza la misma frecuencia para
transmitir y recibir, definiéndose una
serie de intervalos de tiempo que se
reparten entre los dos sentidos de
comunicación:
De 1900 a 1920 MHz y de 2010
a 2025 MHz.
94
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

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.
Un problema que se repite en UMTS es la utilización de bandas de
frecuencia diferentes en las distintas partes del mundo:
Manuel Quesada
Castillo
95
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio


Adicionalmente
se
ha
propuesto
un
modo
de
comunicaciones móviles por satélite denominado SUMTS, para el que se han reservado las bandas de frecuencia
de 1980 a 2010 MHz para el enlace ascendente y de 2170 a
2200 MHz para el descendente (6 portadoras por sentido).
En la conferencia WRC de la UIT celebrada en 2000, se
identificaron nuevas bandas de frecuencia válidas para la
componente terrenal de los sistemas 3G:
De 806 a 960 MHz.
De 1710 a 1785 MHz.
De 2500 a 2690 MHz.
Sin embargo, la disponibilidad de equipos funcionando en
estas bandas hace que estas frecuencias aun no se puedan
utilizar.
Manuel Quesada
Castillo
96
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
9.1. MODOS FDD Y TDD
En UMTS existen dos modos de funcionamiento que están definidos a nivel de la
red de acceso radio o UTRAN. Estos modos son:
 Modo FDD (Frequency Division Duplex): Los usuarios transmiten y reciben
simultáneamente, utilizando frecuencias distintas para cada sentido.
 Modo TDD (Time Division Duplex): Los usuarios trasmiten y reciben en
distintos intervalos de tiempo utilizando una única frecuencia para ambos
sentidos. Como en el caso de GSM, existe una trama dividida en 15
intervalos de tiempo, y se realiza una agrupación de estas tramas en una
multitrama de 24 tramas. Cada intervalo de tiempo puede ser utilizado por
un móvil para transmitir o para recibir y cuanto más se le asignen mayor
será la velocidad de la comunicación.
La modulación utilizada en TDD es la misma que en FDD, y el ancho de banda
sigue siendo de 5 MHz. También se utiliza el mismo control de potencia. Las
principales diferencias son:
Manuel Quesada
Castillo
97
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

Canal físico: En FDD el canal físico esta definido por una frecuencia,
un código de canalización y un código de aleatorización. En TDD,
se define además un conjunto de intervalos de tiempo.

Frecuencia: En FDD existe una frecuencia para el enlace ascendente
(UL) y otra para el enlace descendente (DL), sin embargo en TDD sólo
existe una frecuencia para ambos enlaces.

Áreas de cobertura: El modo TDD es más eficiente en las denominados
microcélulas (células con área de cobertura pequeña) y picocélulas
(zonas de interiores, donde existe baja movilidad) pudiendo alcanzar en
estos entornos velocidades de hasta 2 Mbit/s. El modo FDD se adapta
mejor a las áreas de cobertura mayores (macrocélulas), donde no se
van a utilizar velocidades superiores a 384 Kbit/s.

Comunicación de datos: El modo TDD es más apropiado para
comunicaciones de datos asimétricas, es decir, aquellas en las que un
enlace transmite a mayor velocidad que el otro (por ejemplo, en la
navegación WEB):
Manuel Quesada
Castillo
98
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
9.2. CARACTERISTICAS Y ESTRUCTURA DE TRAMAS

Tasa de chip fija en todos los casos: W=3.84 Mcps. La Ganancia
de Procesado (Processing Gain)=W/R, varía dependiendo de la tasa
binaria de información R (bits/s):
– FDD
• UL: Potencias de 2 desde 4 hasta 256.
• DL: Potencias de 2 desde 4 hasta 512.
– TDD
• UL y DL: Potencias de 2 desde 1 hasta 64.
Modulación QPSK
 Protección frente a errores: Entrelazado y Codificación de Canal
(Códigos Convolucionales o Códigos Turbo).
 Tramas de 10 ms, divididas en 15 slots. En FDD se utilizan como
marco de referencia temporal.
 Es una estructura jerárquica con diferentes divisiones del tiempo:
 Nivel jerárquico inferior está constituido por intervalos (TS:
Time Slot). Cada intervalo tiene:
• Una duración de 0,667 ms (2/3 ms).
• Una capacidad de 2/3  3840 = 2560 chips a la velocidad de
3,84 Mcps (1 chip=0,26 s).

Manuel Quesada
Castillo
99
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio


El nivel básico (intermedio) es la Trama (Frame) formada por
15 TS con una duración de 10 ms.
El nivel superior es la supertrama (SF) constituida por 72
tramas. Su duración es 720 ms que equivale a 6 multitramas
MF26 de GSM.
Tintervalo=0,667 ms
Int. # 0
Int. # 1
Int. # i
Int. # 14
Ttrama=10 ms
Trama #0
Trama #1
Trama #i
Trama #71
Tsupertrama=720 ms

En FDD hay dos tramas diferentes soportadas por dos portadoras,
para los enlaces ascendente y descendente, respectivamente.
Manuel Quesada
Castillo
100
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
•
•
•
En TDD la trama y la frecuencia portadora son únicas:
Cada TS puede emplearse tanto para el enlace ascendente (UL),
como para el descendente (DL).
En la trama debe asignarse, al menos, un TS al UL y otro al DL.
10 ms
Configuración con múltiples puntos de conmutación (simétrico)
10 ms
Configuración con múltiples puntos de conmutación (asimétrico)
10 ms
Configuración con un punto de conmutación (simétrico)
10 ms
Configuración con un punto de conmutación (asimétrico)
Manuel Quesada
Castillo
101
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
10. TIPOS DE CANALES DE UMTS
Existen tres tipos de canales en UMTS:
 Los canales lógicos: Expresan que tipo de información se transfieren
por el interfaz radio.
 Los canales de transporte: Expresan como se transmite esa
información mencionada anteriormente.
 Los canales físicos: Denotan los recursos utilizados: Códigos de
expansión, frecuencias portadoras e intervalos de tiempo.
10.1. CANALES LÓGICOS
Los canales lógicos de UMTS son básicamente equivalentes a los que había
en GSM/GPRS, aunque se incorporan algunos nuevos. En cualquier
caso, existe una diferencia fundamental con GSM/GPRS: en UMTS los
canales lógicos se agrupan primero en unos bloques denominados
canales de transporte, siendo éstos los que se integran en los canales
físicos de la interfaz radioeléctrica. Es decir, se introduce un paso
intermedio con respecto a lo que se hacia en GSM/GPRS. Por medio de
esta agrupación se determinan las prestaciones de radio que se
requieren en cada caso.
Los canales lógicos se definen en función de la información que transmiten
y se clasifican según el plano al que corresponden (Control o Tráfico).
Manuel Quesada
Castillo
102
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Los canales lógicos que tienen prestaciones radio comunes se
agrupan en un nuevo tipo de canales, denominados de transporte.
Manuel Quesada
Castillo
103
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Tabla con los canales Lógicos utilizados en UMTS:
Finalidad
CANAL
Sentido
Tipo
BCCH
Descendente
Control
Difusión
información red
PCCH
Descendente
Control
Aviso a móviles no
localizados
CCCH
Bidireccional
Control
Señalización con
móviles sin
conexión RRC
DCCH
Bidireccional
Control
Señalización con
un móvil específico
Tráfico
Transferencia de
información con un
móvil específico
Tráfico
Transferencia de
información puntomultipunto
DTCH
CTCH
Manuel Quesada
Castillo
Bidireccional
Bidireccional
104
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10.2. CANALES DE TRANSPORTE
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio





Pueden considerarse como servicios ofrecidos por la capa 1 a las capas
superiores y se definen de acuerdo con las características del modo en
que se transmite la información.
En los canales de transporte las componentes de información y
señalización van multiplexadas en tiempo.
Equivalen a los canales lógicos de GSM y se dividen en canales de
transporte común y canales de transporte dedicados.
Los canales comunes son compartidos por varios móviles, mientras
que los canales dedicados son los que emplea un UE en exclusividad.
Es importante no olvidar, que los canales de transporte se transmiten
dentro de canales físicos.
Canales Lógicos
Manuel Quesada
Castillo
105
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Tabla con los canales de Transporte usados en UMTS:
Manuel Quesada
Castillo
106
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
10.3. CANALES FÍSICOS
Un canal físico es una asociación de códigos e intervalos dentro de una
estructura de tramas. Por ello:

En FDD: Par (Frecuencia Portadora, Código).

En TDD: Tripleta (Frecuencia Portadora, Código, Intervalo).
Los canales físicos se diferencian o clasifican:
1) Según el sentido de la transmisión:
- Ascendente.
- Descendente.
2) Según la asignación a estaciones móviles:
- Comunes.
- Dedicados.
3) Según el tipo de información intercambiada:
- Datos.
- Control.
Cada canal físico está relacionado o soportado por un canal de transporte.
Aunque existen algunos canales físicos que no tiene correspondencia
con ningún canal de transporte.
Manuel Quesada
Castillo
107
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

En el enlace descendente un canal físico está formado
respectivamente por:
– Una frecuencia
– Un código de aleatorización SC que identifica al Nodo B que transmite
(SC8 y SC12 en la figura). Así se consigue diferenciar las transmisiones de
células colindantes aunque se produzcan en la misma frecuencia.
– Un código de canalización CC que identifica a un usuario (CC1, CC2 y
CC3 en la figura). El Nodo B transmite a todos los usuarios a la vez.
Gracias a la utilización de códigos de canalización distintos, cada terminal
es capaz de separar la comunicación dirigida e él del resto de las
comunicaciones de la célula.
Manuel Quesada
Castillo
108
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

En el enlace ascendente un canal físico está formado respectivamente
por:
– Una frecuencia.
– Un código de aleatorización SC que identifica a cada usuario (SC1, SC2,
SC3, SC7, SC8 y SC9 en la figura).
– Un código de canalización CC para identificar cada comunicación iniciada
por un usuario (CC1, CC2 y CC3 en la figura). Distintos usuarios pueden
emplear el mismo código de canalización, pues están usando un código de
aleatorización distinto. Un usuario puede realizar por ejemplo una
comunicación de voz y otra de datos simultáneamente: para distinguirlas se
emplean los códigos de canalización.
Manuel Quesada
Castillo
109
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON

Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Enlace ascendente (UL)
– PRACH (Physical Random Access Channel)  RACH
– DPDCH/DPCCH (Dedicated Physical Data/Control Channel)  DCH
– PCPCH (Physical Common Packet Channel)  CPCH

Enlace descendente (DL)
– CPICH (Common Pilot Channel)  
• Transmite un piloto continuo, que sirve como referencia de potencia y fase
– SCH (Synchronisation Channel)  
– AICH (Acquisition Indicator Channel)  
• Responde (con los AI’s) a los preámbulos de acceso del PRACH
– AP-AICH (Access Preamble Acquisition Indicator Channel)  
• Responde (con los API’s) a los preámbulos de acceso del PCPCH
CD/CA-ICH (Collision Detection / Channel Assignment Acquisition Indicator
Channel)  
• Responde (con los CDI’s/CAI’s) a los preámbulos de detección de colisión
del PCPCH
– P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel)  BCH
– S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel)  PCH y FACH
– DPDCH/DPCCH (Dedicated Physical Data/Control Channel)  DCH
• Un DCH (TrCH) emplea un DPCCH y uno o más DPDCH’s
• DPCCH y DPDCH multiplexados en el tiempo, con distintas potencias
– PDSCH (Physical Downlink Shared Channel)  DSCH
– PICH (Page Indicator Channel)  
• Indica (con los PI’s) al UE cuándo tiene una llamada en el PCH datos que
debe decodificar
Manuel Quesada
Castillo
110
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
11. GESTION DE RECURSOS
En UMTS, como ya se ha indicado, cobra gran importancia la gestión de los
recursos radio. Los principales parámetros que se van a gestionar son:
 Control de Potencia.
 Traspaso de llamadas.
 Respiración celular.
 Receptor Rake.
11.1. CONTROL DE POTENCIA
En UMTS todas las comunicaciones se producen en la misma frecuencia y al
mismo tiempo por lo que el control de potencia es importantísimo, ya
que su utilización es crítica para que la comunicación tenga el grado de
calidad adecuado.
 Con esta técnica se logra que:
– Una estación base transmita menor potencia para comunicarse con un
móvil que esté cerca que con otro que esté más lejos.
– La potencia también varía con las condiciones del medio, es decir, según
el nivel de interferencia que está soportando. Si un móvil se encuentra
cerca de la base pero ésta no le escucha correctamente debido a que el
medio está muy interferido, el terminal incrementará su potencia.
– Corregir el efecto de los desvanecimientos de la señal.
Manuel Quesada
Castillo
111
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

Aunque cada comunicación posee un código diferente que las
distingue de las demás, estos códigos no son perfectos y las emisiones
de las señales codificadas suelen dar lugar a interferencias. En el enlace
ascendente se produce interferencia en el Nodo B por el hecho de que
los móviles transmiten cuando quieren, fuera de sincronismo, y se
pierde la ortogonalidad con respecto a la comunicación. Al aplicar el
código a la comunicación se obtienen los datos decodificados pero no se
contrarrestan las demás al haber sido transmitidas en instantes de
tiempo distintos al deseado. Además llegan transmisiones dirigidas
originalmente hacia otros Nodos B. En sentido descendente se generan
residuos por el multitrayecto y porque llegan transmisiones de otros
Nodos B. Por tanto, cuantos más usuarios haya en un área determinada,
mayor interferencia existirá en la misma y en los alrededores.

Cada cierto tiempo, el Nodo B
indica a los terminales móviles a
que potencia deben transmitir,
además de ajustar la potencia que
él transmite a cada móvil. Este
tiempo es de 0,6 ms en
comparación con los 4,6 ms de
GSM.
Manuel Quesada
Castillo
112
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
•
Existen dos tipos de control de potencia:
Control de potencia en Bucle Abierto: Unidireccional. Se utiliza
cuando el terminal móvil está realizando un acceso inicial a la red UMTS.
Se estiman las pérdidas de propagación en enlace ascendente y el
propio terminal ajusta la potencia en consecuencia.
Control de potencia en Bucle o Lazo Cerrado: Bidireccional. Se
utiliza cuando se está cursando una comunicación. En este caso es el
Nodo B el que controla la potencia que emiten los terminales. Se mide
la C/I (Relación Señal Portadora/Señal Interferente) en el Nodo B y se
compara con la C/I objetivo instruyendo al móvil para que modifique su
potencia en consecuencia. El valor objetivo se fija en el RNC en función
de la tasa de errores de bloque (BLER).
Manuel Quesada
Castillo
113
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
11.2. TRASPASO DE LLAMADAS
Dependiendo de si las células entre las que se produce el traspaso utilizan
la misma frecuencia (caso entre células UMTS en actualidad), o
frecuencias distintas (caso de UMTS a GSM), se distinguen tres tipos
de traspasos en UMTS:

Traspaso sin continuidad o Hard handover:
Se produce cuando el
usuario se mueve de una célula a otra
en la que se está empleando una
frecuencia distinta. En el transcurso
de una comunicación, el terminal sólo
recibe la señal de un Nodo B en cada
instante. En el momento del cambio
se desconecta del Nodo B que
abandona y se conecta al nuevo Nodo
B (se rompe la comunicación
antes de hacerse el traspaso:
break before make). Este tipo de
traspaso también se da entre sistemas
(GSM-UMTS)
y
entre
modos
(FDD/TDD).
Manuel Quesada
Castillo
Nivel recibido
Umbral de
traspaso
Base 1
Base 2
114
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
 El Traspaso sin continuidad requiere:
 La realización de medidas en otra portadora exige:
 Dos receptores en el mismo terminal, o
 Modo comprimido.
 El modo comprimido produce intervalos libres aumentando la velocidad
binaria instantánea. Esto requiere:
 Reducir de ganancia de procesado, o
 Entresacar bits del código de control de errores (puncturing),
lo cual se compensa con una mayor potencia instantánea.
Manuel Quesada
Castillo
115
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

Traspaso con continuidad o Soft Handover:
Se produce cuando el
usuario se mueve de una célula a
otra que emplea la misma
frecuencia en modo FDD. En este
caso el terminal puede recibir
simultáneamente la señal de los dos
Nodos B combinándolas, hasta que
llega un momento en que abandona
la antigua (por no tener ya calidad
suficiente). En este caso se hace
primero el traspaso y luego se
rompe la comunicación con el Nodo
B antiguo (make before break)
Nivel recibido
Umbral de
inclusión
Umbral de
exclusión
Tiempo
Tiempo
Base 1
Manuel Quesada
Castillo
Bases 1 y 2
Base 2
116
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

Traspaso con continuidad: enlace ascendente
 El conjunto de bases que atienden a un usuario en traspaso se
denomina conjunto activo.
 Las señales en las bases activas se seleccionan (soft handover si los
Nodos B están en sitios diferentes), o se combinan (softer handover,
si los Nodos B están en el mismo sitio).
 La
existencia de móviles en traspaso con continuidad exige
dimensionar adecuadamente el número de elementos de canal en la
estación base. Se suele considerar un incremento del 30-40%.
Manuel Quesada
Castillo
117
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio

Traspaso con continuidad:
enlace descendente
 La información se transmite al
móvil desde todas las bases
del conjunto activo.
 En el móvil las señales se
combinan en el receptor Rake
(se tratan como si fueran
distintas
componentes
multitrayecto, sólo que con
secuencias código diferentes).
 El hecho de que varias bases
transmitan al móvil puede
incrementar
el
nivel
de
interferencia en el enlace
descendente, en función de
cómo se elijan los valores de
potencia de transmisión.
Manuel Quesada
Castillo
118
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
11.3. RESPIRACION CELULAR
Existe un fenómeno que se produce en las redes UMTS debido al hecho que
la tecnología que utiliza en la parte radio es CDMA, es la respiración
celular.
Los Nodos B de la red de acceso radio del sistema UMTS utilizan la técnica
de control de potencia. Por tanto, cuando un Nodo B baja su
potencia de transmisión, el radio de la célula se hace más pequeño
y los móviles que estuvieran al borde de la célula dejarán de estar
cubiertos por dicha célula.
De igual forma, cuando el Nodo B aumenta la potencia de
transmisión, la célula se hace más grande y cubre a más usuarios. Se
dice entonces que las células en UMTS “respiran”, ya que su radio
celular de cobertura cambia dinámicamente dependiendo de las
condiciones de la red radio.
Manuel Quesada
Castillo
119
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
•
También cuando en un Nodo B
aumenta la interferencia, el radio
de la célula se hace mas pequeño
y los móviles que estuvieran al
borde de la célula dejarán de
estar cubiertos por ésta. Cuando
disminuye la interferencia (interna
o externa), la célula se hace más
grande y cubre a más usuarios.
Por lo tanto las características de la Respiración Celular son:
 Compartición automática de carga.
Célula poco cargada  Menor interferencia sobre células vecinas 
Mayor capacidad para células vecinas.
 La carga de las células tiende a equilibrarse, lográndose un uso
más eficiente de los recursos.
 Ello requiere un algoritmo de asignación de móviles a Nodos B
adecuado (mínima potencia).
 El equilibrio de carga se logra de manera más “natural” que en
sistemas clásicos, en los que la compartición de carga exige asignación
dinámica de canales.
Manuel Quesada
Castillo
120
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Mayor carga
Mayor
interferencia
Mayor potencia
necesaria
Menor cobertura
Manuel Quesada
Castillo
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
11.4. RECEPTOR RAKE
Al igual que en GSM, la señal de radio sufre diversos efectos durante la
propagación. Entre ellos el multitrayecto que consiste en que la
señal transmitida por el Nodo B llega al móvil convertida en la
superposición de las distintas componentes que se producen como
consecuencia de las reflexiones de la señal en los obstáculos presentes
en el medio (edificios, árboles, ...).
Esto también sucede en GSM y en general,
en todos los sistemas de comunicaciones
móviles, pero en UMTS, tiene mayor
impacto, debido a que funciona a
frecuencias sobre los 2 GHz.
Para mejorar considerablemente la calidad de recepción en la
interfaz radio, los equipos de usuario y los nodos B utilizan un tipo de
receptor denominado Rake.
El receptor Rake hace uso de la diversidad multitrayecto,
mediante la utilización de un conjunto de ramas, denominadas dedos
(fingers), que permiten detectar los rayos en distintos instantes de tiempo.
A la salida del receptor se realiza la combinación de las distintas señales
detectadas por cada rama, obteniéndose una señal de mayor calidad.
Manuel Quesada
Castillo
122
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Los

efectos más importantes de la
propagación multitrayecto son:
Diversidad multitrayecto: Al receptor
le van a llegar varias componentes, cada
una de ellas con un retardo distinto. El
receptor puede sacar partido de ello por
medio de la diversidad multitrayecto, que
consiste en combinar esas componentes
recibidas con distintos retardos para
conseguir reconstruir la señal original.
 Desvanecimiento rápido: Un efecto negativo es el desvanecimiento
rápido, producido por la recepción en un instante dado de varios rayos que
producen que se anule la señal.
Características del receptor Rake:
- Cada dedo aporta un camino.
- Estos caminos se distinguen
porque son una versión desplazada
de la secuencia de conexión.
- Se puede distinguir un camino
que el retardo sea mayor de un
chip.
Manuel Quesada
Castillo
123
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
12. HSxPA Y EVOLUCION DE FUTURO
Ya se ha iniciado la evolución de la red hacia la cuarta generación.

HDSPA (High Speed Downlink Packet Access – Acceso en modo
paquete de alta velocidad en el enlace descendente), es un paso más
en la evolución del UMTS especificado en la Rel5. También conocida
como generación 3,5G.
Manuel Quesada
Castillo
124
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
 Con la introducción de HSDPA se ha comenzado a ofrecer velocidades
de bajada de 1,8 Mbps pudiéndose llegar teóricamente hasta los 14,4
Mbps.
 Esto es debido a las mejoras introducidas en la
Interfaz Radio:
 Modulación y codificación adaptativa.
 Rápida función de cronoejecución (scheduling).
 Retransmisiones a gran velocidad.
 Multiplexación en el tiempo de los canales dedicados de transporte
entre varios usuarios.
 AMC (Adaptative Modulation
and Coding): Se puede seleccionar
la velocidad de codificación entre ¼
y 4/4 y una modulación de 16QAM y
QPSK. La adaptación se basa en una
rápida respuesta por parte del móvil
de la calidad del canal.
Incluye el uso de 5, 10 ó 15 códigos
de aleatorización, que junto con la
multiplexación en el tiempo pueden
incrementar el número de usuarios.
Manuel Quesada
Castillo
125
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
 Rápida función de Cronoejecución:
La transmisión de los paquetes de datos
hacia los usuarios en la interfaz radio se
traslada desde el RNC al Nodo B.
Se gana en rapidez ya que el
algoritmo se sitúa lo más cerca posible
de la interfaz radio.
Además, utiliza una más corta en el
interfaz aire (entrelazado rápido, 2 ms).
 Retransmisiones a gran velocidad:
Cuando el móvil solicita retransmisiones
eran procesadas por el RNC. En HSDPA
es el Nodo B el encargando de
procesarlas y las retransmisión puede
ser recibida en tan sólo 10 ms.
Aparte, también se usa la redundancia
incremental,
que
consiste
en
seleccionar los bits correctos de las
transmisiones para minimizar las
necesidades futuras de petición de más
retransmisiones cuando hay múltiples
errores en las señales transmitidas.
Manuel Quesada
Castillo
126
CURSO EE.BB DE UMTS ERICSSON
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
 Aunque la optimización de la velocidad de transmisión en sentido
descendente es suficiente para aplicaciones contenido-a-persona, los
servicios persona-a-persona requieren también una optimización en el
sentido ascendente. Para ello se ha iniciado la estandarización del
HSUPA, que se espera este pronto en el mercado, una vez que
asentado el HSDPA y con el que se podrán conseguir velocidades de
hasta 5,8 Mbps.

HSUPA concentra en el Nodo B la cronoejecución y las retransmisiones,
reduciendo así los retardos.
 Ejemplos comparativos de tiempo de descarga
Manuel Quesada
Castillo
127
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
 Ya se ha visto que la evolución de las redes de comunicaciones móviles,
va hacia una red únicamente de conmutación de paquetes y por tanto,
totalmente IP.
 En la actualidad la red ya ha evolucionado hacia la Generación 3,5G y
se están iniciando los pasos hacia la 4G.
 Acceso a través de múltiples redes de radio.
Manuel Quesada
Castillo
128
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Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Velocidad requerida y latencia frente a tecnologías de acceso radio.
 Cobertura y velocidad de desplazamiento frente a velocidad de
transmisión de las distintas tecnologías de acceso.

Manuel Quesada
Castillo
129
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
Wide area coverage
Evolution of 3G
30kHz
200kHz
TDMA (IS-41)
CDPD
EDGE
EDGE Ph. 2
GERAN
Enhanced
EDGE
43.2 kbits/s
473 kbits/s
473 kbits/s
Real Time IP
2Mbit/s
GSM (MAP)
HSCSD
115.2 kbits/s
GPRS
5MHz
170 kbits/s
WCDMA
FDD
PDC/PDC-P
14.4 kbits/s
cdmaOne
(IS-41)
Local
76.8 kbits/s
11 Mbits/s
Manuel Quesada
Castillo
2 Mbits/s
WCDMA
HSPA
10 Mbits/s
2 Mbits/s
High Speed
Downlik Packet
Access
Future
Wireless
TD-SCDMA
1.25MHz
1XEV - DO, phase 1
1XEV - DV, phase 2
cdma20001X
2.4 Mbits/s
5.4 Mbits/s
307.2 kbits/s
HiperLAN 2
WLAN
802.11b
WCDMA TDD
54 Mbits/s
IEEE802.11a
Harmonised
HL2IEEE802.11a
standard
Higher
data
Enhanced
rate
WLAN
WLAN
100 Mbps
54 Mbits/s
130
Operaciones
O+M
Transmisión
y Radio
FIN
Manuel Quesada
Castillo
131