UMTS frente a GSM by H29Wx16h

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									UMTS frente a GSM: diferencias y
nuevas aportaciones.




Conferencias de la Cátedra Telefónica de la Universidad de Zaragoza
26 de Noviembre de 2004



Telefónica Móviles España
Gerencia de Tecnología de Redes – Dirección de Tecnología y Certificación de Redes – D.G. Tecnología
LIDERANDO             Índice
EL FUTURO


            01        Los orígenes

            02        El concepto

            03        La red de acceso radio (RAN)

            04        El núcleo de Red




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LIDERANDO
EL FUTURO
            01        Los orígenes

               El caso de la 2 y la 2.5G:
                  Organismos normalizadores (ETSI, TIA etc), trabajando
                    por separado y elaborando normas independientes.
                  UIT: elabora Informes y Recomendaciones sobre
                    sistemas móviles.
                  WRC: asignaciones de espectro regionales.
                  Papel predominante de los operadores, derivado de la
                    época PTT.

               A partir de la 3G:
                  Organismos normalizadores trabajando coordinadamente
                   en proyectos conjuntos (Partnership projects).
                  UIT: foro de definición de los requisitos de 3G, selección
                   de tecnologías y elaboración de Informes y
                   Recomendaciones que definen el marco de 3G.
                  WRC: asignaciones globales de espectro (en la medida
                   de lo posible).
                  Liderazgo de fabricantes.


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LIDERANDO
EL FUTURO
            01        Los orígenes (II)




                 ITU                                 3GPP
                                                                                            PARTNERS
               Normativamente hablando, UMTS ha fagocitado a
                                      Project Co-ordination Group
                GSM. 2000
                     IMT
                                                                  Organizational
                                                                    Partners
                                                                                     Market
                                                                                 representation
                   Contributions                                                    partners
              La estandarización de GSM se hace ahora dentro
                                     RAN+SA+CN+CT+GERAN
                de un TSG del 3GPP (GERAN). Group
                                      Technical Specification
                          Technical
              Fuera del 3GPP (en el ETSI) quedan los aspectos
            INDIVIDUAL Contributions         Support Functions
             MEMBERS
                de tarjetas inteligentes y normas armonizadas.
                                                                  Technical
                                                                Specifications

                                            Partners’ Standardization Process




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LIDERANDO
EL FUTURO
            02        El concepto

             GSM es un sistema pensado sobre todo para la
              voz (los SMS fueron una consecuencia
              inesperada). Posteriormente, se le han ido
              añadiendo mejoras en el soporte de la transmisión
              de datos:
                HSCSD
                GPRS
                EDGE..
             UMTS es, como toda la 3G, un sistema pensado
              para un mercado “hambriento de kb/s”. Desde el
              principio se ha orientado hacia el correcto soporte
              de las aplicaciones de datos. Ejemplo: el modo
              paquete ya viene “de serie”.
                Comparado con GSM, UMTS proporciona un
                  repertorio mucho mayor de velocidades de
                  transmisión.
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LIDERANDO
EL FUTURO
            03        La Red de acceso Radio (RAN)

             Desde el punto de vista del acceso radio, UMTS
              rompe con GSM
             GSM se basa en TDMA, y tiene dos modalidades:
                En modo circuito
                En modo paquete (GPRS)
             UMTS se basa en CDMA, y tiene dos modos:
                FDD o WCDMA: responde al modelo clásico de
                 CDMA
                TDD: incluye un toque de TDMA.
                Los desarrollos y productos UMTS realmente
                 se centran en FDD.




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LIDERANDO
EL FUTURO
            03        El acceso múltiple: GSM

                 Eje de tiempo dividido en tramas: 8
                  intervalos/trama
                 8 canales físicos por radiocanal.
                 Canal GSM unidireccional: intervalo de frecuencia
                  de 200 KHz + intervalo de tiempo (0.577 mseg)
                 Bandas pareadas


                                                                               

                                                               Enlace ascendente


                                                               

                                                  Trama (8 intervalos)=4.615 mseg
                                                             Enlace descendente


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LIDERANDO
EL FUTURO
            03        El acceso múltiple: UMTS

                    Eje de tiempo dividido en tramas: 15 intervalos/trama. 1
                     intervalo = 0.667 ms.
                    Bandas pareadas (FDD) y no pareadas (TDD)
                    Pero el tiempo no significa un canal diferente, como en
                     GSM:
                        FDD: un canal = 1 código + una portadora
                        TDD: un canal = 1 código + 1 slot
                    ¡En FDD los intervalos de tiempo SÓLO marcan la
                     cadencia de variación de ciertos parámetros radio (p.e el
                     control de potencia)!


                    Slot 1       Slot 2                         Slot i                       Slot 15




                    Trama 1         Trama 2                    Trama i                    Trama 72


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LIDERANDO
EL FUTURO
                03        CDMA: fundamentos (I)



               Pertenece a la familia de las
                técnicas de espectro ensanchado
                (Frequency Hopping, DS-CDMA..)
               Es una técnica de acceso múltiple.
                Significado: Direct Sequence-
                Code Division Multiple Access.
               Las transmisiones se separan
                multiplicando la señal digital en
                banda base por una secuencia de
                velocidad mucho mayor.




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LIDERANDO       03        DS-CDMA: fundamentos
            
EL FUTURO

                 La señal en banda base se multiplica por una secuencia
                 de velocidad mucho mayor.
                La señal multiplicada modula a una portadora.
             En recepción se multiplica la señal recibida (útil +
              transmisiones ajenas) por la secuencia de origen.
             Se recupera la señal en banda base más las otras
              ajenas, que permanecen ensanchadas.




                              BANDA BASE                     SEÑAL MODULADA-TRANSMITIDA




                          SEÑAL RECIBIDA                             SEÑAL DEMODULADA
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LIDERANDO
EL FUTURO
              03        Más claro....



            Duración bit: 50 s Ganancia de Procesado: 10
            Duración chip: 5 s




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LIDERANDO
EL FUTURO
            03        ¿Por qué ensanchar la banda?
               Obtenemos protección contra interferencias selectivas
                en banda:
                   Intencionadas (entornos militares)
                   Por desvanecimientos selectivos (entornos
                    comerciales)
               A mayor ensanchamiento, se pierde menor porción de
                energía transmitida por la interferencia en una porción
                de la banda
               Ganancia de procesamiento = (ancho de banda
                ensanchado)/(ancho de banda de la señal útil) =
                duración bit/duración del chip
               A mayor ganancia de procesamiento, mayor protección
                frente a interferencias.




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LIDERANDO
EL FUTURO
            03        Ganancia de procesamiento
                      UMTS
             En UMTS:
              Ganancia de procesamiento = 3.84 megachips por
              segundo / velocidad de la señal a transmitir
             La ganancia de procesamiento disminuye cuando
              aumenta la velocidad de transmisión
             Las señales más veloces van menos protegidas
             Las señales más veloces requieren más potencia




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LIDERANDO
EL FUTURO
             03        DS-CDMA no es ortogonal
                       perfecto


             SEÑAL RECIBIDA




                             DEMODULACIÓN
                                                                                            ESPECTRO

                                                                                 SE-ÑAL DE BANDA BASE
            SECUENCIA 1 (SEÑAL ÚTIL)




            SECUENCIA 2 (SEÑAL AJENA)
                                      +       SECUENCIA PROPIA
                                                                                        RUIDO                +
                                        X                               =
            SECUENCIA 3 (SEÑAL AJENA)
                                      +
                                                                                         RUIDO               +

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LIDERANDO
EL FUTURO
            03        calidad y capacidad en GSM y
                      UMTS
               En GSM, la calidad es independiente del número de
                conexiones servidas por una portadora.
               En UMTS, la calidad condiciona la capacidad del enlace:
                El ruido de fondo viene determinado por el número de
                transmisiones simultáneas, separadas por secuencias
                diferentes cada una => capacidad y calidad van unidas.
                                                                   Mínima relación
                                                                   portadora/interferente
                                                                             ¡ YA NO CABEN MAS
                                                                                  USUARIOS!

                                                             Mínima relación
                                                             portadora/interferente
                                                                  AHORA CABEN
                                                                 MENOS USUARIOS
            Telefónica Móviles España                                                                         18
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LIDERANDO
EL FUTURO
            03        Cobertura en GSM y UMTS
               En UMTS, las células “respiran”


                NIVEL SEÑAL




                                                                                                     DISTANCIA

                          RADIO DE LA CÉLULA
                NIVEL SEÑAL




                                                                                                      DISTANCIA

                RADIO DE LA CÉLULA


            Telefónica Móviles España                                                                         19
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LIDERANDO
EL FUTURO
            03      El multitrayecto en GSM y en
                En UMTS multitrayecto se compensa. Mediante
                    GSM el
              una secuencia de entrenamiento, se estima la
              respuesta impulsiva del canal, y se aplica la
              contraria.
             En UMTS se recuperan y aprovechan las
              contribuciones de varios de los trayectos
              (típicamente hasta 6), gracias a la detección
              RAKE.                  S(t-1)



                                                  S(t-2)

            Señal recibida                                                                      Banda base




                                                   S(t-3)
            Telefónica Móviles España                                                                         20
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LIDERANDO
EL FUTURO
            03        El traspaso en GSM
               En GSM, el traspaso es “duro”
                  Termina la comunicación con una estación base antes
                   de establecer la comunicación con la nueva estación
                   base.
                  Cambio de la frecuencia portadora.




            Telefónica Móviles España                                                                         21
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LIDERANDO
EL FUTURO
            03 El traspaso en UMTS
               En UMTS el traspaso puede ser “suave” (con continuidad)
                  Dos o más EB transmiten la misma señal sobre códigos
                   diferentes.
                  El receptor decodifica cada camino y los suma, gracias
                   a la detección RAKE.
                  Finalmente selecciona la EB de la que recibir el servicio.




                                                                                 Consume más
                                                                                     recursos



            Telefónica Móviles España                                                                         22
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LIDERANDO
EL FUTURO
                03         Dimensionamiento de los emplazamientos
                           radio
             En GSM, se dimensionan añadiendo portadoras. Cada
              portadora aporta un conjunto de 8 intervalos (canales)
             En UMTS se dimensionan añadiendo o quitando
              ELEMENTOS DE CANAL.
                Un ELEMENTO DE CANAL es el módulo que
                 realiza el procesamiento necesario para generar la
                 secuencia final de alta velocidad, a partir de la
                 señal en banda base.
                La capacidad de un elemento de canal depende de
                 la velocidad del usuario, existiendo ciertas
                 equivalencias entre ellas. Así, un módulo puede
                 soportar p.e. 32 usuarios de voz a 18 kb/s o 5 a 64
                 kb/s.
                La cantidad de elementos de canal en una estación
                 base dependerá del tráfico previsto para la célula
                 (en nº de abonados y sus velocidades).
                Telefónica Móviles España                                                                         23
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LIDERANDO
EL FUTURO
            03        Planificación celular (I)


             En GSM lo
                                                                  f1
                                                                            f3
              importante es                                         f2
              jugar bien con la
                                                                                      f1
                                                                                      f4
                                                                                                f3
                                                                                                f6
              reutilización de                                                         f2
                                                                                       f5
              frecuencias
                                                                  f7
                                                                  f1
                                                                            f9
                                                                            f3
             En UMTS nos                                           f2
                                                                    f8
              olvidamos de los
              patrones de
              reuso de                                                      f1
                                                                                      f1
              frecuencias. Lo
              que separa las
                                                     f1                      f1               f2 f1
                                                                 f1                                       f1 f2
              comunicaciones                           f1                   f1               f2 f1
              son los códigos.                                                         f1
                                                                            f1
            Telefónica Móviles España                                                                         24
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LIDERANDO
EL FUTURO
                03        Planificación celular (II)
                 En GSM el control de potencia ayuda a reducir el nivel
                  general de ruido y a mejorar la C/I. El salto de frecuencia
                  contribuye positivamente a ello.
                 En UMTS el control de potencia es FUNDAMENTAL. A
                  mayor potencia, MENOR CAPACIDAD.
                 Especialmente delicado es el problema de la polución de
                  pilotos.
                 ¡La planificación ha de hacerse para la red cargada! =>
                  simulación.




                Telefónica Móviles España                                                                         25
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LIDERANDO
EL FUTURO
            03        Planificación celular (III)

             En GSM, la planificación se hace para una C/I
              ligada a unos servicios básicos. Opcionalmente,
              en ciertas zonas se mejoran las prestaciones al
              poder utilizar:
                 Esquemas de codificación GPRS más veloces
                  (pero menos robustos frente a interferencias)
                 Velocidades EDGE mayores.
             En UMTS, es preciso decidir primero el repertorio
              de velocidades a proporcionar, y el perfil de
              velocidades del tráfico, así como el soportado por
              los terminales.
                 El cálculo de capacidad en un entorno
                  multiservicios no es evidente analíticamente =>
                  simulaciones y medidas prácticas.
            Telefónica Móviles España                                                                         26
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LIDERANDO
EL FUTURO
            03        Canales radio

                En GSM, existen dos tipos de canales: lógicos y físicos.
                En UMTS se introduce una categoría intermedia: los canales
                 de transporte => mayor flexibilidad para definir formatos de
                 transporte de la señal.
                    Un concepto importante: Portador de Acceso Radio
                     (RAB o Radio Access Bearer).
                    Es el conjunto de parámetros que define el servicio
                     portador de información en la interfaz radio (entrelazado,
                     códigos CRC, codificación turbo o convolucional, etc..).
                    ¡Hay unos 2 millones de posibilidades! => necesidad de
                     una lista corta.




            Telefónica Móviles España                                                                         27
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LIDERANDO
EL FUTURO
            03        El plus (+) en GSM y UMTS

             En GSM es la 2.5 G, que aporta:
                El modo GPRS (mayores velocidades según
                 diferentes esquemas de codificación)
                EDGE (mayores velocidades gracias a
                 esquemas de modulación más veloces, pero
                 menos robustos)
             En UMTS viene dado por la adición de:
                HSDPA (High Speed Downlink Packet Access):
                 incorpora un toque de TDD. No tiene control de
                 potencia. Se sirve al mejor posicionado para
                 ello.
                En el futuro HSUPA (High Speed Uplink Packet
                 Access). Y tal vez OFDM con MIMO…

            Telefónica Móviles España                                                                         28
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LIDERANDO
EL FUTURO
            03 ¿Cómo se consiguen mayores velocidades
                      en HSDPA?




                                                                   ¡No hay control de potencia!
                 Modulación    y codificación adaptativa (AMC): Adaptar el
                   esquema de codificación y la modulación en función de la
                   calidad del enlace.
                 Programación     rápida de transmisiones: Control de las
                   transmisiones en el Nodo B (en vez del RNC), teniendo en
                   cuenta la calidad el enlace, capacidades del terminal, QoS,
                   potencia/códigos disponibles.
                 Retransmisiones    rápidas (H-ARQ): Las peticiones de
                   retransmisión se gestionan en el Nodo B. Se utiliza
                   redundancia incremental.
            Telefónica Móviles España                                                                         29
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LIDERANDO
EL FUTURO
                04        El núcleo de red

               El GSM y el UMTS (en                                        Desarrollos ajenos
                su fase inicial) se basan
                en un mismo concepto
                                                                           Plano de servicios API
                de núcleo de red.
               Es en la evolución hacia
                                                                    Plano de control (nodos de control)
                el IP Multimedia
                Subsystem (IMS) donde
                el UMTS se separa de                                Plano de transporte (compartido)
                este concepto.
               IMS permitirá una                                               MSC
                separación nítida entre                                        Server
                los planos de red
                                                                                Media
                (transporte y control) y el                                    Gateway
                de servicios => acceso
                al desarrollo de servicios
                por terceros.


                Telefónica Móviles España                                                                         30
                Gerencia de Tecnología de Redes – Dirección de Tecnología y Certificación de Redes – D.G. Tecnología
LIDERANDO
EL FUTURO
                  04                 UMTS – VERSIÓN 99

                                                                                                                       Control




                                                                                                                         PSTN



                                                                           Conmutación
                                                                                de
            Terminal MM                                                      circuitos                          Transporte
                                                                                                      GMSC
                                                                          Conmutación
                                                              MSC             de
                          NodoB          RNC          SGSN                 paquetes                                     Internet
                                                                                           GGSN            Firewall



                                          UTRAN
                                                                                                  Separación CS y PS




                  Telefónica Móviles España                                                                         31
                  Gerencia de Tecnología de Redes – Dirección de Tecnología y Certificación de Redes – D.G. Tecnología
LIDERANDO
EL FUTURO
                 04                   UMTS – VERSIÓN 5
                                                                                                     Subsistema
                                                     SIP                                           IP Multimedia
                                                                                                                      Control
                                                                                                                      H.248/Megaco


                                                                                                         S-MSC


              IP                                                     S-MSC

                                                                             CSCF        MGCF                             PSTN




            Terminal MM                             IP                              IP
                                                                                Conmutación
                                                                                     de
                                                                                  circuitos
                                                                                                        MGW
                                                                                                                   Transporte
                                                                               Conmutación                            Servicios VoIP
                                                                                   de
                                                                      MGW       paquetes
                            NodoB             RNC          SGSN
                                                                                                GGSN          Firewall
                      Stack IP                                                                                           Internet

                                                           Red IP opcional
                          IP en RAN




                  Telefónica Móviles España                                                                         32
                  Gerencia de Tecnología de Redes – Dirección de Tecnología y Certificación de Redes – D.G. Tecnología
LIDERANDO
EL FUTURO




                                              ¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN!...
                                                     ¿PREGUNTAS?




            Telefónica Móviles España                                                                         33
            Gerencia de Tecnología de Redes – Dirección de Tecnología y Certificación de Redes – D.G. Tecnología

								
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