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Comunicaciones Móviles: Tecnologías,
Servicios y Modelos de Negocio
Introducción a UMTS
Luis Mendo Tomás
Grupo de Radiocomunicación
Departamento SSR
lmendo@grc.ssr.upm.es
ÍNDICE
• Conceptos básicos de CDMA
• Espectro ensanchado
• CDMA
• Características de sistemas celulares CDMA
• Sistema UMTS
• 3G, IMT-2000 y UMTS
• Interfaz radio UMTS
Conceptos básicos de CDMA
ESPECTRO ENSANCHADO (SS)
• Definición: R/W << 1.
Se utiliza para ello una secuencia código.
• Clasificación:
• Saltos de frecuencia, FH (Frequency Hopping)
• Saltos de tiempo, TH (Time Hopping)
• Secuencia directa, DS (Direct Sequence)
• Multiportadora, MC (Multicarrier)
ESPECTRO ENSANCHADO
Secuencia directa
Desensanchamiento (recepción)
Ensanchamiento (transmisión)
d(t)
Tb
c(t)
m(t)·c(t)
m(t)=d(t)·c(t)
c(t)
m(t)
Tc
ESPECTRO ENSANCHADO
d(t)
filtro adaptado
(integrador)
Transmisión
m(t)·c(t)
Secuencia directa
m(t)
Señal deseada (recepción)
señal
deseada
(desensanchada)
filtro adaptado
(integrador)
t
f
ESPECTRO ENSANCHADO
Transmisor DS-SS BPSK
Señal de datos
Modulador
Señal ensanchada
Señal de código
Portadora
Receptor DS-SS BPSK
Demodulador
(filtro adaptado)
Señal recibida
Señal código
Pulso de chip
TB
ESPECTRO ENSANCHADO
Ventajas (secuencia directa)
• Protección frente a interferencias.
Esta característica es muy útil en sistemas celulares (que por
su propio diseño están sujetos a interferencia), y permite
además la utilización de acceso múltiple por división en el
código (CDMA).
• Resolución temporal y protección frente a multitrayecto.
Esta característica es especialmente adecuada en sistemas
móviles, en los que es habitual la propagación multitrayecto.
ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE CÓDIGO
BASADO EN SECUENCIA DIRECTA (DS-CDMA)
• Se basa en la propiedad de rechazo a interferencias de
banda ancha.
• Todas las señales se transmiten en la misma frecuencia al
mismo tiempo. La interferencia se reduce gracias a las
propiedades de la secuencias código.
DS-CDMA
Sistema basado en secuencias ortogonales
• No existe interferencia por acceso múltiple.
• Número de canales limitado: Nº canales = Factor de
ensanchamiento (chips/símbolo).
• Necesidad de sincronismo muy preciso (fracción de chip)
DS-CDMA
Señal deseada (transmisión)
d(t)
Tb
Señal deseada (recepción)
m(t)
1
c(t)
m(t)·c(t)
m(t)=d(t)·c(t)
c(t)
Tc
m(t)·c(t)
DS-CDMA
Señal deseada (recepción)
filtro adaptado
(integrador)
señal
deseada
(desensanchada)
filtro adaptado
(integrador)
t
f
DS-CDMA
Sistema basado en secuencias ortogonales
Señal interferente (transmisión)
d(t)
Tb
Señal interferente (recepción)
m(t)
1
c(t)
m(t)·c(t)
m(t)=d(t)·c(t)
c(t)
Tc
DS-CDMA
Sistema basado en secuencias ortogonales
m(t)·c(t)
Señal interferente (recepción)
filtro adaptado
(integrador)
filtro adaptado
(integrador)
t
interferencia
f
DS-CDMA
Secuencias ortogonales: necesidad de sincronismo
Señal interferente (transmisión):
no sincronizada
d(t)
Tb
Señal interferente (recepción)
m(t)
1
c(t)
m(t)·c(t)
m(t)=d(t)·c(t)
c(t)
Tc
DS-CDMA
Secuencias ortogonales: necesidad de sincronismo
m(t)·c(t)
Señal interferente (recepción)
filtro adaptado
(integrador)
filtro adaptado
(integrador)
t
interferencia
f
DS-CDMA
Sistema basado en secuencias pseudoaleatorias (PN)
• Las secuencias no son ortogonales: se produce interferencia
por acceso múltiple.
• La interferencia es pequeña, gracias al efecto de
promediado (integración): ganancia de procesado.
• Número de canales ilimitado: no es necesaria la reutilización
• No se requiere sincronismo entre señales correspondientes
a comunicaciones diferentes.
DS-CDMA
Sistema basado en secuencias PN
Señal interferente (transmisión)
d(t)
Tb
Señal interferente (recepción)
m(t)
1
c(t)
m(t)·c(t)
m(t)=d(t)·c(t)
c(t)
Tc
DS-CDMA
Sistema basado en secuencias PN
m(t)·c(t)
Señal interferente (recepción)
filtro adaptado
(integrador)
filtro adaptado
(integrador)
t
interferencia
f
DS-CDMA
Sistemas CDMA utilizados en la práctica
• Se diseñan como sistemas basados en secuencias PN, pero se
establece ortogonalidad entre algunas señales.
• En el enlace descendente la ortogonalidad se refiere a señales
transmitidas por la misma base
• En el ascendente se refiere a señales transmitidas por el mismo
móvil (varios canales simultáneos)
• En el enlace ascendente con movilidad reducida se puede extender
la ortogonalidad a móviles de una misma base. Ello requiere una
sincronización muy estricta.
DS-CDMA
Sistemas CDMA utilizados en la práctica
Lo anterior se consigue mediante dos “capas” de código:
• Enlace descendente:
– Códigos ortogonales o de canalización para usuarios de una misma
célula.
– Códigos PN o de aleatorización para células diferentes.
• Enlace ascendente:
– Códigos ortogonales (canalización) para señales del mismo móvil.
– Códigos PN (aleatorización) para móviles diferentes.
DS-CDMA
Códigos de canalización y de aleatorización
Señal ensanchada:TC
Señal de datos:TB
Código de canalización:TC
Ensanchamiento: TB/TC
Código de aleatorización:TC
No ensancha
DS-CDMA
Sistemas CDMA utilizados en la práctica: DL
A
Secuencias “d”: datos
B
Secuencias código “g”: PN
Secuencias código “h”: ortogonales
TS
∫
∫
∫
0
TS
1
2
3
1: d1·h1·gA
3: d3·h3·gB
2: d2·h2·gA
4: d4·h1·gB
4
0
TS
0
h1(t )g A (t )·d 2 (t )h2 (t )g A (t )dt = 0
h1(t )g A (t )·d 3 (t )h3 (t )g B (t )dt ≈ 0 (GP )
h1(t )g A (t )·d 4 (t )h1(t )g B (t )dt ≈ 0 (GP )
Comportamiento:
• Ortogonal dentro de la célula
• PN entre células
DS-CDMA
Sistemas CDMA utilizados en la práctica: DL
• De este modo se consiguen las ventajas de un sistemas
basado en secuencias pseudoaleatorias la mejora añadida
de que se elimina parte de la interferencia (la de señales de
la propia célula), por ortogonalidad parcial.
• Pueden reutilizarse todos los códigos ortogonales no en
cada célula, gracias a la etapa de aleatorización.
DS-CDMA
Sistemas CDMA utilizados en la práctica: UL
A
B
Secuencias “d”: datos
Secuencias código “g”: PN
TS
∫
0
1
2
3
1: d1·g1
3: d3·g3
2: d2·g2
4: d4·g4
4
g1(t )·d j (t )g j (t )dt ≈ 0 (GP )
Comportamiento: PN
DS-CDMA (ESPECTRO ENSANCHADO)
Protección frente a multitrayecto
chip
• Resolución temporal ≈ TC : se separan los ecos.
• Sólo pueden interferir destructivamente (desvanecimiento)
ecos con diferencia de retardos < TC.
• Menor TC implica mayor resolución y mayor protección frente a
desvanecimiento.
DS-CDMA (ESPECTRO ENSANCHADO)
Protección frente a multitrayecto: Receptor Rake
DS-CDMA
Secuencias ortogonales: ortogonalidad parcial
• En canales multitrayecto, si los retardos entre ecos son comparables o
mayores que TC, parte de la señal interferente llega no sincronizada.
• Como resultado, la ortogonalidad es sólo parcial: factor de ortogonalidad.
Señal
interferente
ortogonal a
no ortogonal a
Señal
deseada
no ortogonal a
ortogonal a
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Control de potencia
Necesidad: problema “cerca-lejos” (near-far):
• Enlace ascendente: diferente atenuación de las señales.
• Enlace descendente: diferente nivel de las señales de la célula relativo a la
interferencia externa y al ruido térmico; diferentes factores de ortogonalidad.
El control debe ser dinámico con una actualización periódica, por lo que las
órdenes de control deben multiplexarse en el tiempo con la información.
• Bucle abierto. Compensa desvanecimientos lentos (≈ 20 ms)
• Bucle cerrado. Compensa desvanecimientos rápidos (≈ 1 ms)
• Bucle externo. Ajuste de relación EB/N0 objetivo.
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Control de potencia en bucle abierto
• Se basa en estimar la atenuación de un enlace midiendo
el nivel de señal recibido, y suponer dicha estimación
válida para el enlace opuesto
• En FDD la suposición anterior es válida para la pérdida
media de propagación, pero no para la atenuación
instantánea incluyendo el efecto del multitrayecto. Esto es
debido a la diferencia de frecuencias, que da lugar a
“longitudes eléctricas” distintas en cada enlace.
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Control de potencia en bucle cerrado
• Se basa en un proceso de realimentación negativa: el receptor
mide un cierto parámetro, compara con el valor objetivo o de
referencia para dicho parámetro, y ordena aumentar o reducir la
potencia al transmisor, normalmente con un paso fijo (0.5-2 dB).
• El parámetro medido suele ser la relación señal/interferencia
(SIR), o la EB/N0. Se utiliza un valor de referencia: SIRref o
(EB/N0)ref.
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Bucle externo
• A pesar del bucle cerrado, la EB/N0 instantánea sufre
fluctuaciones. Esto se debe a que dicho bucle no es ideal
(retardo, paso fijo, errores): no compensa exactamente las
variaciones del canal multitrayecto.
• Las fluctuaciones son mayores o menores en función de las
condiciones de propagación. Por ejemplo, suelen ser grandes
para velocidades del móvil elevadas, ya que al bucle cerrado
le cuesta seguir las variaciones del canal.
EB/N0 instantánea
“EB/N0” (valor medio)
(EB/N0)ref (referencia)
BLER=1%
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Bucle externo
Cuanto mayores sean las fluctuaciones en la EB/N0
instantánea, mayor tiene que ser la EB/N0 media para una
cierta calidad objetivo.
BPSK con canal AWGN y receptor ideal
0
10
-1
-1
10
10
-2
-2
10
-3
pB
pB
10
10
-3
10
-4
-4
10
-5
10
-6
10
10
-5
10
10
BPSK con canal AWGN y receptor ideal
0
10
-2
-6
0
2
4
EB /N0 (dB)
6
8
10
0
2
4
6
8
EB /N0 (unidades naturales)
10
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Bucle externo
• Según lo anterior, una misma calidad (BLER) objetivo
puede requerir diferentes EB/N0 medias, en función de las
condiciones de propagación.
• Por tanto hay que controlar la EB/N0 media del enlace.
EB/N0 instantánea
BLER=1%
EB/N0 instantánea
t
BLER= 3%
EB/N0 instantánea
t
BLER= 1%
t
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Bucle externo
• El control se lleva a cabo modificando el valor de
referencia del bucle cerrado, SIRref.
• El mecanismo encargado de ello es el “bucle externo”. Se
basa en una realimentación negativa. El parámetro
medido es la calidad (BLER) y el parámetro sobre el que
se actúa es SIRref.
• Frecuencia de actualización: 10-100 Hz (las variaciones
que debe compensar son relativamente lentas).
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Traspaso con continuidad
• UL: recepción desde varias bases y selección/
combinación (emplazamiento/RNC)
• DL: transmisión desde varias bases y combinación en el
móvil (Rake)
Ventajas:
• Mayor continuidad de las llamadas
• Reducción de interferencia
• Mayor calidad (macrodiversidad)
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Traspaso con continuidad
Traspaso convencional (GSM)
Traspaso con continuidad
Nivel recibido
Nivel recibido
1
1
Umbral de
inclusión
Histéresis
Umbral de
exclusión
2
2
Tiempo
Tiempo
Base 1
Base 2
Base 1
Bases 1 y 2
Base 2
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Traspaso con continuidad: enlace ascendente
• El conjunto de bases que atienden a un usuario se
denomina conjunto activo.
• En el enlace ascendente, el móvil transmite en cada
momento con la potencia mínima de entre las que exijan
las bases de su conjunto activo.
• Esto es equivalente a que el móvil se encuentre
instantáneamente asignado a la mejor base. Se consigue
así reducir la interferencia.
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Traspaso con continuidad: enlace ascendente
• Las señales en las bases activas
– se seleccionan (soft handover), si se reciben en
emplazamientos diferentes; o
– se combinan (softer handover), si se reciben en sectores de
un mismo emplazamiento (proximidad física de los equipos).
• La existencia de móviles en traspaso con continuidad
exige dimensionar adecuadamente el número de
receptores (“elementos de canal”) en la estación base. Se
suele considerar un incremento del 30-40%.
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
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.
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Traspaso con continuidad: enlace descendente
• Una variante es la utilización de SSDT (Site Selection
Diversity Transmission) durante el traspaso en el enlace
descendente. De este modo, sólo una de las bases
transmite en cada momento información útil hacia el móvil
(la señalización se mantiene).
• El móvil determina qué base es la más adecuada en cada
momento y lo indica mediante señalización en el enlace
ascendente.
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Relación capacidad-cobertura
Mayor carga
Mayor interferencia
Mayor potencia necesaria
Menor cobertura
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Relación capacidad-cobertura
• La cobertura de una celda CDMA queda definida por la
potencia máxima que un móvil (enlace ascendente) o
base (enlace descendente) puede radiar.
• Si hay muchos usuarios activos aumenta la
interferencia y se solicita más potencia, con lo que la
cobertura se reduce. Lo contrario ocurre si hay pocos
usuarios.
• Este fenómeno se denomina a veces “respiración
celular” (cell breathing).
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Compartición automática de capacidad
Célula poco
cargada
Menor interferencia
sobre células vecinas
Mayor capacidad
para células vecinas
• La capacidad (carga) de las células tiende a compartirse,
lográndose un uso más eficiente de los recursos.
• La compartición de capacidad se logra de manera más
“natural” que en sistemas clásicos, en los que exigiría
asignación dinámica de frecuencias.
Sistema UMTS
3G, IMT-2000 Y UMTS
Características de la 3G
• Servicios multimedia de “banda ancha”.
• Conexiones múltiples, simultáneas y flexibles con
diferentes velocidades binarias de 64 kbit/s a 2 Mbit/s.
• Itinerancia mundial en cobertura, operadores y
servicios.
• Modalidades terrenal y por satélite.
• Conmutación de circuitos y paquetes.
• Calidad de servicio negociable.
• Utilización eficaz del espectro.
• Seguridad de acceso a la red y utilización de la misma.
3G, IMT-2000 Y UMTS
IMT-2000
• Desarrollado en la UIT como norma mundial para 3G
• Modos de operación
– UMTS (Europa y Japón)
– cdma 2000 (USA)
– TD-SCDMA (China)
– DECT (Europa)
– UWC 136 (USA)
3G, IMT-2000 Y UMTS
Origen de UMTS
1995
1997
1998
1998
1999
2000
2001
2003
2006
Proyecto europeo FRAMES para selección de método de
acceso múltiple: propuesta con dos modos TDMA y CDMA.
Proceso de selección de tecnologías para UMTS por parte
de ETSI: propuesta con cinco categorías.
Selección de dos tecnologías: WCDMA con FDD y TDCDMA con TDD.
Armonización de las dos tecnologías anteriores y la
japonesa. Envío conjunto como candidato para IMT-2000.
Creación de 3GPP y 3GPP2. Armonización de propuestas.
Definición de IMT-2000: cinco modos.
Pruebas no comerciales.
Primeros terminales UMTS/GSM. Explotación comercial.
Comienzo de HSDPA.
3G, IMT-2000 Y UMTS
Servicios de usuario en UMTS
• Mensajería Multimedia
Similar al MMS/GPRS actual con adición de video y
música.
• Internet e Intranet móviles.
A mayor velocidad que con GPRS. De 384 kb/s a 2 Mb/s.
• Videotelefonía.
• Vídeo y audio bajo demanda
3G, IMT-2000 Y UMTS
Servicios portadores en UMTS
Los servicios se han clasificado en 4 categorías:
• Servicios conversacionales: Bidireccionales, en tiempo real,
retardo pequeño y constante: voz, videoteléfono.
• Servicios afluentes (streaming): Unidireccionales, retardo
constante pero no necesariamente reducido: vídeo.
• Servicios interactivos: Bidireccionales, retardo moderado y
baja tasa de errores: navegación Internet.
• Servicios diferidos (background): Bidireccionales: correo
electrónico, descarga de datos.
3G, IMT-2000 Y UMTS
Arquitectura de las redes UMTS
•
CN: Core Network (Núcleo de Red)
•
UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network.
•
UE: User Equipment (Equipo de Usuario).
Nucleo de Red (Core Network, CN)
Iu
Iu
Controlador de la Red
Radio (Radio Network
Controller, RNC)
Iub
Nodo B
Uu
UE
Controlador de la Red
Radio (Radio Network
Controller, RNC)
Iur
Iub
Iub
Nodo B
Nodo B
Iub
Nodo B
Subsistema de la Red Radio
(Radio Network Subsystem, RNS)
INTERFAZ RADIO UMTS
•
•
•
•
•
Acceso múltiple DS-CDMA, denominado “WCDMA”
Modos FDD y TDD
Velocidad de chip: 3.84 Mc/s
Separación entre portadoras: 5 MHz
Secuencias código:
– canalización: códigos ortogonales de factor de
ensanchamiento variable (OVSF)
– aleatorización: varios tipos de códigos
pseudoaleatorios
• Trama de 10 ms dividida en 15 intervalos
• Modulación BPSK/QPSK en coseno alzado
INTERFAZ RADIO UMTS
•
•
•
•
Conmutación de circuitos y de paquetes
Velocidad binaria variable estática y dinámicamente
Posibilidad de múltiples conexiones simultáneas
Incorporación de nuevas tecnologías:
– turbo-códigos
– antenas adaptativas
– detección multiusuario
INTERFAZ RADIO UMTS
Bandas de frecuencias
Se han definido dos modos de funcionamiento en UMTS:
• Modo FDD, con dos portadoras por radiocanal, para operación en
bandas de frecuencias emparejadas.
• Modo TDD, con una portadora por radiocanal, para operación en
bandas de frecuencias no emparejadas.
Bandas Emparejadas (Paired Bands):
• Enlace Ascendente: 1920 – 1980 MHz
• Enlace Descendente: 2110 – 2170 MHz
• 60 MHz = 12 Portadoras
Bandas no emparejadas (Unpaired Bands):
• 2010 – 2025 MHz
• 1900 – 1920 MHz
• 35 MHz = 7 Portadoras
INTERFAZ RADIO UMTS
Canales
• Canal lógico: define el tipo de información enviada
– De control
– De tráfico
• Canal de transporte: define el formato de envío
– Comunes
– Dedicados
• Canal físico: frecuencia, secuencias código. Además pueden
distinguirse por división temporal (en DL) o fase I/Q (en UL).
– Asociados a canales de transporte
– No asociados a canales de transporte.
INTERFAZ RADIO UMTS
Canales lógicos
• De control
– BCCH (Broadcast Control Channel, DL): información
general de configuración de la red
– PCH (Paging Channel, DL): aviso a móviles
– CCCH (Common Control Channel, DL y UL): otros tipos
de señalización común
– DCCH (Dedicated Control Channel, DL y UL):
señalización dedicada
• De tráfico
– DTCH (Dedicated Traffic Channel, DL y UL): información
dedicada
– CTCH (Common Traffic Channel, DL): información puntomultipunto
INTERFAZ RADIO UMTS
Canales de transporte
• Comunes
– RACH (Random Access Channel, UL)
– CPCH (Common Packet Channel, UL)
– BCH (Broadcasting Channel, DL)
– FACH (Forward Access Channel, DL)
– PCH (Paging Channel, DL)
– DSCH (Downlink Shared Channel, DL)
• Dedicado
– DCH (Dedicated Channel, DL y UL)
INTERFAZ RADIO UMTS
Canales físicos
• Asociados a canales de transporte
– P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel):
transmite el BCH
– S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel):
FACH y PCH
– PRACH (Physical Random Access Channel): RACH
– PDSCH (Physical Downlink Shared Channel): DSCH
– PCPCH (Physical Common Packet Channel): CPCH
– DPDCH (Deditated Physical Data Channel): DCH, parte de
tráfico
– DPCCH (Deditated Physical Control Channel): DCH, parte de
señalización (de nivel físico)
• No asociados a canales de transporte
– CPICH (Common Pilot Channel)
– SCH (Synchronization Channel): primario (P-SCH) y
secundario (S-SCH)
INTERFAZ RADIO UMTS
Correspondencias
BCCH
PCCH
DCCH
CCCH
BCH
PCH
CPCH
RACH
P-CCPCH
S-CCPCH
PCPCH
PRACH
FACH
PDSCH
CTCH
DTCH
Canales
Lógicos
DSCH
DCH
Canales de
Transporte
DPDCH DPCCH
Canales
Físicos
INTERFAZ RADIO UMTS
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:
– Según el sentido de la transmisión:
- Ascendente.
- Descendente.
– Según la asignación a estaciones móviles:
- Comunes.
- Dedicados.
– Según el tipo de información intercambiada:
- Datos.
- Control.
INTERFAZ RADIO UMTS
Estructura de tramas
• Es una estructura jerárquica de división temporal.
• El nivel básico (intermedio) es la Trama (Frame), formada por
15 TS con una duración de 10 ms que corresponde a un
período de control de potencia.
• No se utiliza como forma de acceso múltiple, sino para:
 Informaciones periódicas (en cada intervalo)
 Modo comprimido (en cada trama)
 Control de potencia (en cada intervalo)
 Variación dinámica de tasa binaria (en cada trama)
INTERFAZ RADIO UMTS
Bandas de tramas
•
Esquema de la estructura temporal:
En TDD la trama y la frecuencia portadora
son únicas:
Tintervalo =0,667 ms
Int.#0
Int.#1
Int.#i
Int.#14
Ttrama = 10 ms
Cada TS puede emplearse tanto para el
enlace ascendente (UL) como para el
descendente (DL).
- En la trama deben asignarse al menos,
un TS al UL y otro al DL.
-
10 ms
Trama #0 Trama #1
Trama #i
Trama #71
Configuración con múltiples puntos de conmutación (simétrico)
Tsuper = 720 ms
• En FDD hay dos tramas diferentes
soportadas por dos portadoras, para los
enlaces ascendente y descendente,
respectivamente.
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)
INTERFAZ RADIO UMTS
Ejemplo: canales físicos dedicados en UL
Data
Ndata bits
DPDCH
Tslot = 2560 chips, Ndata = 10*2k bits (k=0..6)
Pilot
Npilot bits
DPCCH
TFCI
NTFCI bits
FBI
NFBI bits
TPC
NTPC bits
Tslot = 2560 chips, 10 bits
Slot #0
Slot #1
Slot #i
Slot #14
1 radio frame: Tf = 10 ms
Pilot: bits piloto (para la demodulación)
TPC (transmit power control): control de potencia en bucle cerrado
TFCI (transport format combination indicator): formato de transporte (para tasa binaria variable;
campo opcional)
FBI (feedback indicator): para diversidad de transmisión (SSDT)
•
DPCCH: SF = 256
•
DPDCH: SF = 28-k, k = 0,...,6: SF = 256, 128, …, 4:
Tasa binaria = 15, …, 960 kb/s. Puede haber varios DPDCH en paralelo.
INTERFAZ RADIO UMTS
Códigos ortogonales: OVSF
SF = 8
SF = 4
C8,1=(1,1,1,1,1,1,1,1)
SF = 2
C4,1=(1,1,1,1)
C8,2=(1,1,1,1,-1,-1,-1,-1)
C2,1=(1,1)
C8,3=(1,1,-1,-1,1,1,-1,-1)
C4,2=(1,1,-1,-1)
C8,4=(1,1,-1,-1,-1,-1,1,1)
C1=(1)
C8,5=(1,-1,1,-1,1,-1,1,-1)
C4,3=(1,-1,1,-1)
C8,6=(1,-1,1,-1,-1,1,-1,1)
C2,2=(1,-1)
C8,7=(1,-1,-1,1,1,-1,-1,1)
C4,4=(1,-1,-1,1)
C8,8=(1,-1,-1,1,-1,1,1,-1)
• Proporcionan varios posibles factores de ensanchamiento, cada uno la
mitad del anterior.
• Dos secuencias cualesquiera del árbol son ortogonales siempre que una
no descienda de otra.
INTERFAZ RADIO UMTS
Códigos pseudoaleatorios
• DL: se utiliza una familia de códigos “largos”, de
periodo 38400 chips.
• UL: dos opciones:
– Códigos “largos”, de periodo 38400. Son los
utilizados normalmente.
– Códigos “cortos”, de periodo 256. Son más
adecuados para detección multiusuario en la
estación base.
INTERFAZ RADIO UMTS
Ensanchamiento y modulación en UL
Ensanchamiento:
• Se utilizan un código OVSF y un código de aleatorización
dependiente del móvil.
• Los canales de datos (DPDCH) y de control (DPCCH) se
distinguen por la rama I/Q.
• Puede haber varios DPDCH en paralelo: códigos OVSF
diferentes.
Modulación:
• BPSK en cada eje I/Q
• Filtrado en coseno alzado con factor de caída (roll-off) 0,22
INTERFAZ RADIO UMTS
Ensanchamiento y modulación en DL
Ensanchamiento:
• Se utilizan un código OVSF y un código de aleatorización
dependiente de la base.
• Los canales de datos (DPDCH) y de control (DPCCH) se
multiplexan en el tiempo.
• Puede haber varios DPDCH en paralelo: códigos OVSF
diferentes
Modulación:
• QPSK
• Filtrado en coseno alzado con factor de caída (roll-off) 0,22
INTERFAZ RADIO UMTS
Codificación de canal
• Código interno, detector: CRC de 8, 12, 16 ó 24 bits
• Código externo, corrector:
– Código convolucional de tasa 1/2 o 1/3 y longitud
(constraint lenght) 9.
– Código turbo de tasa 1/3.
• Entrelazado de profundidad 10, 20, 40 u 80 ms.
INTERFAZ RADIO UMTS
Control de potencia
• Bucle abierto: se usa en algunos canales comunes.
• La potencia se calcula a partir de atenuación (medida por el
móvil) y nivel de interferencia (indicado por la base).
• Bucle cerrado: se usa en DPCCH y DPDCH.
• Mide la SIR, compara con la SIR de referencia y envía órdenes
para subir o bajar la potencia.
• Hay dos algoritmos. El “normal” funciona 1500 veces por
segundo.
• Es efectivo a velocidades del móvil bajas (hasta 30–50 km/h)
• Bucle externo: se usa en conjunción con el cerrado.
• Ajusta la SIR objetivo para garantizar una calidad (BLER).
• Debe ajustarse a cambios en las condiciones de propagación.
• Los algoritmos no están estandarizados.
INTERFAZ RADIO UMTS
Traspaso
• Soft. Entre células o sectores de emplazamientos distintos.
– UL: selección en RNC.
– DL: combinación o SSDT.
• Softer. Entre sectores del mismo emplazamientos.
– UL: combinación en el emplazamiento.
– DL: combinación o SSDT.
• Hard. Requiere uso de modo comprimido en el móvil para
hacer medidas. Puede ser entre portadoras UMTS, o entre
sistemas (UMTS-GSM).
• Los algoritmos no están estandarizados. 3GPP propone
algunos como referencia, basados en el nivel recibido en
el canal piloto de cada base.
BIBLIOGRAFÍA
Comunicaciones Móviles de Tercera Generación. UMTS.
Telefónica Móviles España, 2ª edición, 2001.
José M. Hernando y Cayetano Lluch (coordinadores)