EL ACCESO RADIO CELULAR
LAS COMUNICACIONES MÓVILES
Módulo 1:
Comunicaciones móviles, GSM, GPRS y EDGE
Universidad del AZUAY
Maestría en Telemática
Cuenca, Ecuador - 2004
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
1
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
• SERVICIO CELULAR
– COBERTURA TOTAL Y SIN FRONTERAS
– GRAN NUMERO DE USUARIOS
• PROBLEMAS FUNDAMENTALES
– LOGRAR COBERTURA DE RADIO
– NUMERO DE CANALES LIMITADO
2004
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2
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
• PROBLEMAS DE LAS REDES MOVILES
–
–
–
–
Interferencia debido a la estructura celular
Limitación/escasez del espectro
Calidad fluctuante de los enlaces de radio
Punto de acceso desconocido y variable en el
tiempo
– Manejo de la movilidad, aún durante una
comunicación
2004
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3
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
• ATRIBUTOS NECESARIOS
– “Agilidad” de frecuencia en el terminal
– Distribución continua de radiobases de manera que la
unidad móvil siempre opere con niveles aceptables de
señal de radio.
– Servicio de “roaming” para tener servicio continuo
cuando el móvil se mueve por diferentes áreas de
servicio.
– Red fija celular integrada que maneja todas estas
operaciones.
2004
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4
Arquitectura básica
2004
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5
Celda de radio
área de cobertura
CELDA DE RADIO
TRAYECTO DIRECTO
CANALES DE VOZ O DE CONTROL
TRAYECTO
INVERSO
ESTACION
MOVIL
RADIOBASE
DISTANCIA DE OPERACION
LINEAS AL MSC
RADIO PLANEADO DE CELDA
RANGO DE LA CELDA - Rmax
2004
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6
Cobertura de la celda
• COBERTURA IRREGULAR
COBERTURA IDEAL
RBS
2004
COBERTURA REAL
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7
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
REGION DE
OVERLAP
RADIOBASE
2004
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8
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
radio R
60 º
120º
2004
Los hexágonos pueden ser alineados
lado a lado, dando cobertura continua.
Aparece el concepto de sectorización,
ver los ángulos de 60º o 120º, con seis
y tres sectores, respectivamente.
Una antena direccional, va a producir
esta sectorización.
Los hexágonos pueden ser dispuestos
en clusters o grupos de celdas.
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9
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
Cluster de 3 celdas
Cluster de 4 celdas
Cluster de 7 celdas
Los puntos negros son radiobases
Cobertura irregular real
2004
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10
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
• Temas del agrupamiento de celdas
– Se necesitan otras frecuencias en las celdas
adyacentes
– Manejo de la región de overlap entre celdas
– Reuso de la misma frecuencia en el patrón de
celdas.
– Tamaño de celdas necesita ser modificado para
cubrir demanda de usuarios.
2004
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11
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
1- Grupos de frecuencias A, B, C,...,G
Si hay un total de 210 canales, se
asignan sólo 30 canales por celda.
2- Distancia media de reuso:
A
F
B
R
G
C
E
D/R= (3N)^1/2
A
D
F
B
G
C
E
D
Distancia de
reuso D
2004
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12
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
• CONCEPTOS BASICOS COMUNES A
TODO SISTEMA DE RADIO
– Plan de frecuencias
– Control de la interferencia cocanal
• CONCEPTO DIFERENTE
– Las radiobases están interconectadas para
formar sistema con cobertura continua.
2004
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13
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
• PROPIEDADES DEL SISTEMA CELULAR
– Ubicación del móvil
• El móvil se registra periódicamente en la radiobase
más cercana (con señal más fuerte).
• La red mantiene registro de la ubicación del móvil
– Handoff durante la llamada
• Cuando el móvil se mueve fuera de la cobertura de
una celda, el sistema define a que otra celda debe
pasar para continuar la conversación.
2004
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14
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
• RED FIJA CELULAR
– Conecta todas las radiobases para señales de
comunicación y mensajes a y de los usuarios.
– Provee centros de conmutación para dirigir el tráfico en
la red. (MSC)
– Provee registros de datos de los usuarios. (HLR, VLR)
– Provee conexión con la red telefónica fija. (PSTN)
– Provee soporte de operaciones y mantenimiento.
(OMC)
2004
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15
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
RED CELULAR FIJA
PSTN
AuC
VLR
HLR
EIR
MSC
MSC
OMC
BSC1
BS1
2004
BS2
BSCn
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BSk
16
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
• PROPAGACION CELULAR
– Nivel de señal medio
• Espacio libre L = 32 + 20 log f + 20 log d
• En medio celular L = 40 log d - 20 log hT hR
(tierra plana - 800 MHz)
– para d y h en metros
– Propagación real
• Irregularidades de la superficie
• Obstáculos en la línea de vista, edificios y árboles,
áreas montañosas.
• L = 40 log d - 20 log hT hR + beta
2004
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17
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
• PROPAGACION CELULAR
– Fórmula empírica de Okumura-Hata
Hay variantes para zonas urbanas, suburbanas y rurales
• Lu (dB) = 69,55 + 26,16log10f - 13,82log10hb - A(hm) + (44,9 - 6,55log10hb)log10d
• El factor de corrección A(hm) depende también del
tamaño de ciudad: p.ej. para ciudades de gran
tamaño:
A(hm) = 3,2[log10(11,75hm)]2 - 4,97
si f > 200
MHz
2004
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18
Propagación
2004
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19
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
• PROPAGACION CELULAR EN EL INTERIOR
DE EDIFICIOS
– Fórmula empírica de Motley
Se basa en una pérdida “en el punto de referencia” a la que se le suman
un factor proporcional a la distancia y parámetros de pérdida por
atravesar muros, pisos y techos
– Otro método empírico
Directamente, se mide la señal en el exterior y en el interior
– Método “Exacto”
Requieren una base de datos geográfica “exacta”
• Resolución de las ecuaciones de Maxwell o
• Trazado de rayos (ray tracing)
2004
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20
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
• PROPAGACION CELULAR
– Multitrayectos (dispersión y reflexión en
obstáculos)
• Banda angosta (no es selectiva en frecuencia)
• Banda ancha (selectiva en frecuencia)
– Efecto Doppler
• fD = v/lambda
– a 60 km/h y 900 MHz, fD = 53 Hz
2004
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21
PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR
• PROPAGACION CELULAR
– Los fenómenos de propagación móvil son muy
difíciles de analizar, sobre todo en ambientes
urbanos y en el interior de edificios.
– Los modelos de predicción son de tipo
estadístico o de tipo “exacto” (estos últimos muy
difíciles de aplicar)
– Finalmente, los modelos se ajustan por
mediciones sobre el terreno
2004
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22
SISTEMAS CELULARES
METODOS
DE
ACCESO
2004
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23
Definiciones
• En un sistema móvil, el acceso de los
terminales a los recursos (canales radio)
debe ser necesariamente compartido.
• Imposible reservar un canal a cada usuario,
sobre cada sitio del sistema
• Definición de:
– el método de repartición de la banda de
frecuencia en canales y
– los protocolos para acceder a los canales
2004
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24
Asignación de canales
• Tres etapas:
– Se reparte el espectro disponible en varios
canales, según un método de acceso múltiple
(fijo en el tiempo).
– Se asignan los canales a las estaciones base
(esto puede ir variando en el mediano plazo).
– A cada móvil, se asigna un canal para una
comunicación (esto varía en el muy corto
plazo).
2004
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25
Etapas en la asignación de recursos
Espectro de frecuencias
Planificación
(Operador)
2004
Regulación
Frecuencias asignadas
al sistema
Canales
a las estaciones
Definición método
acceso (diseñador)
Acceso
Aleatorio
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Canales
Canales a
Móviles
26
Métodos de Acceso
• Se conocen dos tipos:
– Con control centralizado del sistema
Se los denomina Métodos de Acceso Múltiple
XDMA
– Sin control centralizado del sistema
Denominados Protocolos de Acceso Aleatorio
2004
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27
Métodos de Acceso Múltiple
• Se conocen tres:
– Repartición o División en frecuencia (FDMA)
– Repartición o División en tiempo (TDMA)
– Repartición por código (CDMA)
• A menudo se combinan entre ellos.
2004
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28
Métodos de Acceso Múltiple
Potencia
Potencia
Potencia
Tiempo
Tiempo
Frecuencia
FDMA
2004
Tiempo
Frecuencia
TDMA
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Frecuencia
CDMA
29
Métodos de Acceso Múltiple
• Se discute todavía la eficiencia de cada
método respecto a capacidad.
• Límite teórico está dado por teorema de
Shanon:
– C = B x Log2 (1+S/R)
Para un canal GSM de 200 kHz con S/R=15dB
C = 200000 x log2(1+31,62) = 1006 kbps
2004
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30
Métodos de Duplexado
• En sistemas bidireccionales (full-duplex):
– FDD (Frequency Division Duplex)
• Se utilizan frecuencias de transmisión diferentes en
cada sentido. Util para celdas grandes. Consume
frecuencias.
– TDD (Time Division Duplex)
• Se utiliza la misma frecuencia, pero cada extremidad
transmite en momentos diferentes. Util para celdas
pequeñas. Permite ahorrar ancho de banda.
2004
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31
Métodos de Duplexado
FDD
F1
Móvil/Base
Tiempo
F2
Base/Móvil
Tiempo
TDD
M/B B/M
M/B B/M
M/B B/M
F1
2004
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M/B B/M
Tiempo
32
Canales de tráfico y señalización
• Canales de comunicación:
– Canales de Tráfico
Utilizados para transportar la información del usuario
– Canales de Señalización o de Control
Transportan las informaciones del sistema:
a) informaciones generales que emite la red hacia los
móviles
b) comandos intercambiados entre red y móviles
– Son canales lógicos diferentes que pueden compartir
canales físicos idénticos
2004
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33
Ancho de Banda
• FDMA
– Normalmente es de banda estrecha
• CDMA
– Normalmente es de banda ancha (utiliza toda la
banda asignada)
• TDMA
– Puede ser banda estrecha o banda ancha
2004
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34
FDMA
• Método de acceso múltiple más antiguo
• Utilizado principalmente en sistemas
analógicos
• Puede funcionar combinado con TDMA en
sistemas digitales
• Cada canal o portadora transporta una
llamada
2004
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35
Características FDMA
•
•
•
•
•
•
•
•
Un circuito único por portadora
Transmisión continua
Pequeño ancho de banda
Baja complejidad del terminal móvil
Bajo encabezamiento de transmisión
Costo alto de equipos fijos (muchos canales radio)
Necesita utilizar duplexor
Complejidad del handoff (transmisión continua)
2004
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36
Canales en FDMA
Frecuencias
2004
Ancho de banda de canal de algunas decenas de kHz
1
Circuito de Control
2
Circuito de Voz
3
Circuito de Voz
4
Circuito de Voz
n
Circuito de Voz
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Tiempo
37
TDMA
• Primera alternativa a FDMA
• En sistemas digitales compite con CDMA
• Mayor capacidad y velocidad de
transmisión que FDMA
• La portadora se divide en N intervalos de
tiempo (TS) y puede ser utilizada de manera
compartida por N terminales
2004
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38
Características TDMA
•
•
•
•
•
•
Varios circuitos por portadora
Transmisión por bursts (no continua)
Banda ancha (GSM) o banda estrecha (DAMPS)
Alta complejidad del terminal móvil
Costo bajo de equipos fijos (menos canales radio)
No requiere duplexor (se transmite y recibe en TS
diferentes)
• Menor complejidad del Handoff (intervalos
inactivos entre TS)
2004
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39
Canales en TDMA
Frecuencias
2004
Ancho de banda de canal de algunas decenas hasta centenas de kHz
1
Control
Voz
Voz
Voz
Control
Voz
Voz
Voz
2
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
3
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
4
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
n
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
Voz
IT1
IT2
IT3
IT4 IT1
IT2
IT3
IT4
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Tiempo
40
Jerarquía temporal típica
Super Trama
Trama M
Trama 1
TS1
TS2
Preámbulo
2004
TSi
Mensaje
TSN
TS1
TSN
Postámbulo
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41
Tramas en sistema GSM
Hipertrama = 2048 supertramas (3hr 28 m 53 s 760 mseg)
Supertrama = 26 multitramas de 51 tramas o 51 de 26 (6,12 seg)
0
1
0
2
i
1
48
2
i
49
50
25
MultiTrama de 26 (120 mseg)
MultiTrama de 51 (235 mseg)
0
0
1
2
24 25
1
2
49 50
Trama TDMA (6,15 mseg)
0
2004
1
2
3
4
5
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6
7
42
Avance de Tiempo y Tiempo de
Guarda en TDMA
• Uso de TDMA supone que las
transmisiones de los móviles están
sincronizadas, para evitar superposición de
mensajes. Necesidad de tiempo universal.
• La estación base ajusta el tiempo de emisión
de cada móvil.
2004
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43
Avance de Tiempo y Tiempo de
Guarda en TDMA
Interferencia
Estación
Base
Móvil A
Móvil B
dA/c
dB/c
Transmisión sin avance de tiempo
2004
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44
Avance de Tiempo y Tiempo de
Guarda en TDMA
SIN Interferencia
Estación
Base
Móvil A
dA/c
Delta A
Móvil B
dB/c
Delta B
Transmisión con avance de tiempo
2004
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GPRS, EDGE - Roberto Murguet
45
Avance de Tiempo y Tiempo de
Guarda en TDMA
• La estación base determina el avance de
tiempo para cada móvil, en función de su
distancia (DeltaA = 2dA/c)
• Para prever variaciones de Delta-i debido a
desplazamiento de móviles, se introduce un
tiempo de guarda, al principio y al final del
IT.
2004
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46
Sincronismo del móvil en TDMA
delta
Estación Base
t
Mensaje de asignación de
canal (Delta, etc)
Mensaje de tráfico
Mensaje de acceso
Móvil
a=d/c
2004
El móvil recibe el valor
de delta
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delta
t
47
CDMA
• Basada sobre técnica de Spread Spectrum
• Espectro expandido: transmisión donde los datos ocupan
un ancho de banda mayor que el necesario, por ejemplo, en
FDMA o TDMA.
• Para expandir el espectro, se inserta en transmisión un
código independiente de la secuencia de datos.
• El mismo código se usa en recepción para desexpandir el
espectro.
• Por lo tanto, se puede ubicar muchos usuarios
simultáneamente sobre la misma banda de frecuencia
2004
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48
CDMA
• Analogía
– Sala donde varias personas hablan de a dos
– Cada par de personas habla una lengua
diferente (un código en CDMA)
– Cuanto más diferentes son las lenguas, menos
interferencia. Se deben elegir los códigos de
manera de tener correlación mínima.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
49
Técnicas CDMA
• Secuencia Directa - DS
– DS-CDMA (Direct Sequence CDMA)
– A cada estación se atribuye una secuencia
pseudoaleatoria, que debe estar bien descorrelada de las
otras secuencias.
– Este método parece tener mejor eficiencia espectral
• Salto de Frecuencia Rápida - FFH
– FFH-CDMA (Fast Frequency Hopping CDMA)
– El código se usa para generar una secuencia única de
salto de frecuencia para cada estación
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
50
Características DS-CDMA
•
•
•
•
•
•
Gran número de circuitos por portadora
Anchos de banda importantes (1 a 10 MHz)
Densidad de potencia irradiada muy baja
Muy alta complejidad del terminal móvil
Baja probabilidad de intercepción por 3ros
Confidencialidad asegurada.
2004
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51
Características DS-CDMA
• Necesidad del control de potencia
– Para maximizar el número de usuarios que se
comunican al mismo tiempo. (IS-95: 800 veces
por segundo en pasos de 1 dB)
• Handoff mejorado
– Permite handoff sin corte o Soft-Handoff,
minimizando la probabilidad de pérdida
– También cada móvil se puede comunicar con
varias estaciones al mismo tiempo
2004
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52
Características DS-CDMA
• Ensanchamiento de espectro en Secuencia
Directa
Modulador
Datos
Velocidad R
Codificador/Ensanche
Canal
Filtro
Decodificador
Datos
Ancho Banda
W
Portadora
2004
Demodulador
Secuencia PN
Velocidad W (Chip)
W>>R
PN: Pseudo Noise
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
Ancho Banda
R
Secuencia PN
53
Características DS-CDMA
• CDMA Sistema IS-95
– Principio de base
• Ganancia de expansión:
– Si se transmite una modulación a 1/T = R, donde T
es la duración del símbolo. Si se utiliza técnica de
espectro ensanchado, se transmite con una
modulación W.R donde W vale varios cientos o
miles. La ganancia de expansión en dB:
10.log10(W/R)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
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54
Características DS-CDMA
• CDMA Sistema IS-95
– Secuencia PN (Pseudo Noise)
• Secuencia codificada de 1 y 0 con ciertas
propiedades de autocorrelación. Son
secuencias periódicas. Se eligen en función de
la seguridad (encriptado) y de las propiedades
de autocorrelación. c(t)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
55
Características DS-CDMA
• CDMA Sistema IS-95
– La secuencia de datos b(t) se utiliza para modular
la secuencia c(t) de banda ancha PN. Se aplican
las dos secuencias a un modulador de producto.
La secuencia PN es un código de expansión. Al
multiplicar b(t) de banda estrecha por el código
de expansión c(t), cada bit de información es
“recortado” en varios huecos temporales
llamados “chips”
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
56
Características DS-CDMA
• CDMA Sistema IS-95
– En Banda de Base, el producto
m(t) = c(t).b(t) es la señal transmitida
– En Recepción se recibe m(t) y una interferencia
aditiva i(t)
r(t) = m(t) + i(t)
– Para recuperar b(t), se inyecta la misma señal PN
en un modulador de producto
z(t) = c(t).r(t) = c2(t).b(t) + c(t).i(t)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
57
Características DS-CDMA
• CDMA Sistema IS-95
– Como c(t) es una serie de 1 y -1,
c2(t) = 1
– Por lo tanto, queda
z(t) = b(t) + c(t).i(t)
– Pero b(t) es de banda estrecha y c(t).i(t) es de
banda ancha
– Se aplica un filtro pasabajos a la salida y se
separa b(t) solamente.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
58
Características DS-CDMA
• Principio de recepción con dos códigos
1
TRANSMISOR 1
S1
1
TRANSMISOR 2
S2
X
+1
S1
11 chips/bit
-1
X
+1
S2
-1
CANAL RADIO
RECEPTOR 1
S1
RECEPTOR 2
X
+1
X
+1
S1XS1
S1XS2
Salida = 1
2004
S2
-1
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
Salida = NADA
59
Características DS-CDMA
• Principio de recepción con dos códigos
+1
S2
+1
S1
11 chips/bit
-1
-1
Transmitiendo un 1 y recibiendo con S1
S1x1=m
S1
mxS1
-1
-1
1
1
1
1
-1
-1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
-1
-1
1
-1
-1
1
-1
-1
1
1
1
1
1
1
1
Transmitiendo un 0 (-1) y recibiendo con S1
S1x(-1)=m
S1
mxS1
1
-1
-1
-1
1
-1
1
-1
-1
-1
1
-1
-1
1
-1
-1
1
-1
1
-1
-1
1
-1
-1
1
-1
-1
-1
1
-1
-1
1
-1
Transmitiendo un 1 y recibiendo con S2
S1x1=m
S2
mxS2
2004
-1
1
-1
1
-1
-1
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
1
1
-1
-1
-1
1
-1
-1
1
-1
-1
-1
1
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
1
1
1
1
1
1
60
Características FH-CDMA
• Espectro expandido a Salto de Frecuencia
– Utilizada durante mucho tiempo en sistemas
militares para evitar las interferencias
• SFH (Slow Frequency Hopping) Salto de Frecuencia
Lento
La velocidad de datos Rd es un múltiplo entero de la frecuencia de salto
Rs. En cada salto de frecuencia se transmiten muchos símbolos.
• FFH (Fast Frequency Hopping) Salto de Frecuencia
Rápido
La frecuencia de salto es un múltiplo entero de la velocidad de datos.
Durante la emisión de un símbolo, se producen varios saltos de
frecuencia
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
61
Características FH-CDMA
Información útil
Transposición Fmin...Fmax
Paquetes de K bits
Modulador
Secuenciador
Generador de PN
Sintetizador
de Frecuencia
Sigue ejemplo con modulador 4FSK y
salto de frecuencia de 8 niveles
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
62
Características FH-CDMA
Frecuencias
111
110
101
100
011
010
001
000
Datos
Secuencia PN
t
01
00
11
01
10
01
11
00
001 110
011 001
001 001
110 011
001 001
001 110
011 001
001 001
Frec 4FSK
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
63
Protocolos de Acceso Aleatorio
• Los móviles “compiten” por el acceso al
canal.
• Pueden ocurrir “colisiones” entre los
mensajes emitidos por los diferentes
móviles.
• Efecto de enmascaramiento de estaciones
móviles por obstáculos
• Efecto de captura o cerca/lejos.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
64
Protocolos de Acceso Aleatorio
• Protocolo no ranurado y sin escucha previa
de los canales
– El más simple es el ALOHA, desarrollado para
comunicaciones entre varias islas de Hawai.
– Cuando una estación tiene un mensaje a enviar, lo emite
sin ninguna precaución. Como las estaciones emiten de
manera arbitraria, se pueden producir colisiones entre
paquetes
– El mayor problema es su bajo rendimiento para alta
carga
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
65
Protocolos de Acceso Aleatorio
• El mensaje 1 es emitido sin problemas, mientras que el fin
del mensaje 2 está interferido por la emisión del mensaje 3.
Se pierden los dos mensajes.
• En tiempo t1, ausencia de ACK del mensaje 3.
• El emisor 3, luego de un valor  de tiempo de espera
aleatorio, retransmite su mensaje.
Llegada de mensajes

1
2
3
4
t1
Colisión
2004
Tiempo
Retransmisión
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66
Protocolos de Acceso Aleatorio
• Protocolos con escucha previa del canal
– Acceso Múltiple por Sensado de Portadora - CSMA
(Carrier Sense Multiple Access)
– Se reduce problema de colisión, pero se pierde una
porción de la capacidad, debido al período de escucha
antes de emitir.
• CSMA 1-persistent
La estación transmite con probabilidad “1” a la
liberación del canal
A emite B escucha
A
B emite
C y D escuchan
C y D emiten
B
CD
Colisión
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
Tiempo
67
Protocolos de Acceso Aleatorio
• CSMA 1-persistent
La distancia entre estaciones induce un
retardo de propagación, llamado período de
vulnerabilidad.
La liberación del canal no ocurre en el
mismo momento para cada estación. Esto
puede producir colisiones porque dos
estaciones pueden querer emitir cuando
cada una de ellas ve el canal libre.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
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68
Protocolos de Acceso Aleatorio
• CSMA 1-persistent
Estación C
Estación A
Estación B
Emisión de C
T1
T2
T3
T4
Emisión de A
T5
Emisión de B
Colisión
Colisión
NO Colisión
Distancia AC < Distancia BC < Distancia AB
T1: Fin transmisión de C (liberación del canal a nivel de estación C)
T2: Fin transmisión de C en A (liberación del canal a nivel de estación A) y comienzo transmisión de A
T3: Fin transmisión de C en B (liberación del canal a nivel de estación B) y comienzo transmisión de B
T4: Inicio recepción del mensaje de A en C
T5: Inicio recepción del mensaje de B en C. Colisión con el mensaje de A
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
69
Protocolos de Acceso Aleatorio
• CSMA non-persistent
Una estación que detecta el canal ocupado, retarda su tentativa de
emisión un tiempo aleatorio . Esto permite eliminar una gran parte de
las colisiones y tiene mejor rendimiento para alta carga. Para baja carga,
el tiempo  alarga los retardos de transmisión e introduce una
degradación con relación al CSMA- 1 persistent.
A emite
B escucha e introduce  aleatorio

A
2004
B escucha y emite su mensaje
B
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
70
Protocolos de Acceso Aleatorio
• CSMA con detección de colisión
CSMA-CD: Detiene la transmisión en caso de colisión, lo que
disminuye la duración de la interferencia. Utiliza técnica “listen-whiletalk”. Se transmite una secuencia de interferencia (jamming packet)
para forzar a las otras estaciones en colisión a detener la transmisión.
A emite
B escucha
A
2004
B emite su mensaje
C y D escuchan el canal
B
C transmite su mensaje
D transmite su mensaje
Detención de emisiones de C y D
Detección de colisión
en B. Transmisión de
un “jamming packet”
por B.
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
71
Protocolos de Acceso Aleatorio
• CSMA en ambiente radio móvil: DSMA
DSMA (Data Sense Multiple Access). Se utiliza en CDPD, ARDIS o
TETRA.
Utilizado en contexto centralizado: la BS incluye en cada mensaje del
canal descendente una bandera de indicación de ocupación/no
ocupación del canal ascendente. Las estaciones móviles escuchan la
bandera antes de una emisión. Si la bandera indica canal libre, se
intenta la emisión sobre el intervalo siguiente. Cuando se detecta
emisión, la BS posiciona la bandera en Ocupación.
Diseñado para resolver el caso de estaciones ocultas por obstáculos.
A
B
Obstáculo
C
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
72
Protocolos de Acceso Aleatorio
• DSMA/CD
Ejemplo de uso en el sistema CDPD (Cellular Digital Packet Data).
El canal descendente transporta dos indicaciones utilizadas para el
acceso al canal ascendente:
– Estado del canal: Idle o Busy
– Estado de la decodificación: indica si el mensaje enviado ha sido
correctamente recibido en la BS. En caso de colisión, se utiliza este
indicador para informar a las estaciones emisoras.
MS 2
BS
MS 1
Indicador Iddle
Indicador Busy, OK
Recibe I y
transmite burst
Indicador Iddle
Indicador Busy
Indicador Busy, No OK
Canal Ascendente
Colisión
Canal Descendente
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
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73
Protocolos de Acceso Aleatorio
• Protocolos ranurados sin escucha del canal
S-ALOHA: consiste a autorizar la transmisión solamente en instantes
particulares. El canal esta recortado en intervalos de tiempo (slots)
idénticos a los del método TDMA.
Los mensajes deben tener todos la duración de un intervalo y las
estaciones debe estar sincronizadas.
S-ALOHA mejora al ALOHA simple, cuando hay una colisión, el canal
queda inutilizado solamente durante un slot (y no dos como ocurriría en
ALOHA puro).
A
2004
B
C D
Colisión
Comunicaciones Móviles, GSM,
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t
74
FDMA
Combinación de métodos
TDMA
f
t
Grupo N1Grupo N2Grupo N3
Grupo 2NGrupo N1Grupo N2Grupo N3
Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3
Grupo N Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3
Usuario 1
Usuario 2
Mensaje
Mensaje
Mensaje
Usuario N
2004
Mensaje
CDMA
Código
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
75
SISTEMAS CELULARES
CANAL RADIOELECTRICO
2004
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GPRS, EDGE - Roberto Murguet
76
Canal radioeléctrico
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
77
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• La señal sufre deterioro que implica degradación
de la calidad de la comunicación percibida por los
usuarios.
• Para la cuantificación se usa el BER (Bit Error
Ratio):
– Sistemas fijos: 10-6 a 10-12
– Sistemas móviles: 10 -1 a 10-4 (las transmisiones móviles son
“mucho peores” que las fijas)
• Los sistemas móviles están diseñados para poder
funcionar en ambientes más hostiles.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
78
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Se incorporan dispositivos para evitar, detectar o
corregir los errores:
– A nivel de la cadena de transmisión propiamente dicha:
Codificación, ecualización, entrelazado....
– Mecanismos a nivel superior::
Diversidad, margen de fading, salto de frecuencia, control de
potencia, antenas adaptativas....
Fte Analóg.
Codec Fuente
Codec Canal
Fte Digital
Entrelazado
Multiplex
Encriptado
Modulación
Codec Adapt
Canal
Demodulad
2004
Ecualizador
Desencriptado Demultiplexado Desentrelazado Decodif canal
Comunicaciones Móviles, GSM,
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Codec/Adapt
Receptor
79
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Control de errores: codificación, ARQ y FEC
– Codificación Fuente
Para reducir al máximo el tamaño y número de bits del
mensaje inicial, producido por el usuario. Debe retirar
el máximo de redundancia del mensaje.
– Codificación Canal
Para permitir recuperar el mensaje en las mejores
condiciones. Se reintroduce la redundancia. Se lo llama
codificación corrector de errores. Se usa Detección de
Errores, FEC (Fordward Error Correction) y ARQ
(Automatic Repeat ReQuest)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
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80
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Codificación Fuente
Fuente Analógica
Convertidor
A/D
Codificador
de fuente
• Los algoritmos de codificación reducen el flujo
binario hasta 16 kbps o hasta 4 kbps.
• Se aprovecha las redundancias de la palabra y las
limitaciones del oído.
• Existen Codificadores Temporales y Vocoders
2004
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81
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Codificación Temporal
– PCM/MIC: llegan desde 64 kbps hasta 16 kbps
• Codificación de Voz: VOCODER
– Usan modelización del proceso de generación de la
palabra, con una secuencia de excitación y un filtro.
– Generan menores velocidades que los temporales y a
veces con mejor calidad
• Codficación híbrida:
– Usan codificación predictiva y por transformada. Son
muy interesantes con velocidades debajo de 16 kbps.
2004
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82
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Principales Codificadores Fuente
2004
S iste m a
C odificado r
V eloc cod fue nte
kbps
V eloc cod ca na l
kbps
IS -9 5
V ocoder (Q C E L P )
9,6;4,8; 2,4 y 1,2
28,2;19,2
IS -5 4
V ocoder (V S E L P )
8
13
G SM
C odif H íbrido
(R P E -L T P )
13
22,8
PHS
C odif te m po ra l
(A D P C M )
32
32
D ECT
C odif te m po ra l
(A D P C M )
32
32
Comunicaciones Móviles, GSM,
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83
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Codificación de canal
– Luego de codificación fuente, se insertan bits de
redundancia según ley conocida. Se debe aumentar la
velocidad de transmisión. El decodificador de canal,
conoce la ley utilizada en transmisión y verifica si se
sigue respetando en recepción. Si no se cumple, se
deduce la presencia de errores de transmisión que en
ciertas condiciones se pueden corregir.
– Se puede detectar y/o corregir errores.
– Hay códigos en bloque (mensaje se transmite en
bloques) y códigos convolutivos (mensaje continuo)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
84
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Codificación de canal en bloque
– El mensaje se corta en bloques. Cada bloque se trata en
forma independiente por un algoritmo que le agrega
redundancia y produce un bloque más largo.
•
•
•
•
2004
CRC (Cyclic Redundancy Check) - Detección de Errores
Golay - Corrige tres o menos errores en un bloque de 23 bits
BCH - uno de los más potentes
Reed-Solomon
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85
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Codificación de canal convolutiva
– Trabajan en forma continua y en serie, generando n bits
por cada k bits de información a la entrada.
– Los n bits dependen de los k bits de entrada y también
de m bloques precedentes. Los códigos convolutivos
tienen memoria de orden m.
– Se pueden utilizar en combinación con una modulación,
como la Modulación Codificada de Trellis (TCM).
2004
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86
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Control y Corrección de Errores
– Se pueden usar, en forma separada o combinada, los
métodos ARQ y FEC. Se agrega redundancia.
ARQ
FEC
1
1
Sin error
1
1
Sin error
2
2
Sin error
2
2
Sin error
3
3
Error
3
3
Error detectado
y corregido
R(3)
R(3)
Pedido
retransm
4
4
..........
3
3
.........
2004
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87
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Control y Corrección de Errores
FEC
Cod en bloque
Cod convoluc
2004
ARQ/FEC
Tipo I:
FEC con
ARQ
ARQ
Tipo II:
ARQ con
FEC.
Selective repeat
Go back N
Stop and wait
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88
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Control y Corrección de Errores
– FEC: útil para los móviles con desplazamiento rápido,
porque los burst de errores duran poco. Introduce
retardos debido al tiempo de procesamiento.
– ARQ: útil para los burst de larga duración, pero
introduce retardos importantes debido al ida/vuelta de
la información.
2004
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89
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Ecualización
– Los trayectos múltiples deforman la señal en amplitud y
fase, provocando Interferencia Intersímbolo.
– Se debe ecualizar la señal para eliminar o reducir la
distorsión
– Ecualizador lineal, transversal, recursivo.
Ejemplo de un ecualizador transversal
Z-1
0
2004
Z-1
Z-1
m+1 coeficientes
1
m
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90
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Entrelazado
– En ambiente móvil, los errores llegan en ráfagas debido
a los desvanecimientos profundos. La codificación de
canal sirve solo para corregir errores aislados.
– El entrelazado sirve para dispersar los bits afectados
por los errores.
– Se puede entrelazar a nivel bit y a nivel trama.
– El método más simple es el de una matriz de L líneas y
n columnas. Los bits se introducen línea por línea y son
leídos columna por columna.
– Inconveniente = retardo introducido
2004
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91
PROBLEMAS DE TRANSMISION
• Diversidad
– Para luchar contra los efectos de los trayectos múltiples.
• Microdiversidad
– Antenas múltiples, frecuencias diferentes, tiempos diferentes
• Macrodiversidad
– Un móvil se conecta a varias estaciones base al mismo tiempo
2004
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92
SISTEMAS CELULARES
SEGURIDAD
2004
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93
Seguridad
• Se considera un sistema seguro cuando sólo
pueden acceder al mismo los usuarios
autorizados.
• Se debe impedir:
– Leer o modificar los datos almacenados o
transmitidos
– Acceder a los recursos o servicios del sistema
• Funciones:
– Autenticación, Confidencialidad, Integridad,
No-Rechazo.
2004
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94
Seguridad
• Ataques a la seguridad:
– Fraude económico
• Reprogramación/Cloneo
Se cambia el par MIN/ESN en un terminal
• Abono fantasma
Se falsea identidad y domicilio
• Robo del aparato
Se roban también comunicaciones
• Dispositivo señuelo
Simula un punto de entrada a la red (estación base)
2004
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95
Seguridad
• Ataques a la seguridad:
– Espionaje o sabotaje
• Ataque pasivo
Las informaciones intercambiadas se interceptan
para escucha indiscreta. No se altera el estado del
sistema ni las informaciones
• Ataque activo
Consiste en modificar las informaciones de gestión
de red (autorización de acceso ilimitado, p ej.) o de
un abonado, usurpación de identidad, interferencia
de canales de transmisión, grabación de mensajes
para difusión posterior
2004
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96
Seguridad
• Servicios y funciones de seguridad:
Funciones
Servicios
A ute nticac
ió n
F irm a


C ontro l de
acceso

S ecreto
del flujo

No
rechazo
C ontro l de
acceso
Inte gridad
A ute nticació n
m utua
R elle no


C onfide ncia lidad
Inte gridad
2004
E ncrip tado






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97
Seguridad
• Niveles de Confidencialidad
– Nivel 0: no hay ningún tipo de confidencialidad
(redes analógicas)
– Nivel 1: idéntica a las de las redes fijas
– Nivel 2: transacciones profesionales
– Nivel 3: tipo militar o estratégico
• Datos a proteger
– Datos de usuario: los que los utilizadores
envían a la red para ser transportados
– Datos de señalización: utilizados por el sistema
para la gestión de las llamadas (localización de
los abonados, derechos de abono, etc)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
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98
Seguridad
• Métodos de Protección
– Autenticación
Es el mecanismo con el que una parte prueba su
identidad a una segunda parte
– Encriptado
El mensaje sufre una transformación a través de
una función parametrizada por una llave o
clave.
Ataque pasivo
Ataque activo
Escucha
Texto
en claro
Encriptado
Des-Encriptado
Texto codificado
Llave de encriptado, K
2004
Alteración
Texto
en claro
Llave de des-encriptado
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99
Seguridad
• Encriptado
– Es importante el tamaño de la llave o clave.
3 cifras ofrecen 1000 combinaciones posibles.
– Clave compartida, simétrica o secreta K = K’.
Las claves se intercambian por canal confidencial.
– Clave asimétrica o clave pública K  K’.
La posesión de una clave no permite conocer la otra. K’ no puede
ser determinada a partir de K. Por lo tanto, K puede ser publicada.
T
M en
claro
E
Criptograma  = Ek(M)
Clave de encriptado K
2004
M = DK’() D(E(M)) = M
Canal de transmisión
no protegido
D
M en claro
des-encriptado.
R
Clave de des-encriptado K’
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100
Seguridad
• Encriptado por Clave Secreta o Compartida
– Substitución, transposición, etc.
• Substitución:
Letras iniciales:
a b c d e f .....
Letras codificadas:
w q a x s z .....
Mensaje en claro:
“deba”
Mensaje codificado: “xsqw”
• Encriptado por Clave Pública
– Los algoritmos de codificación E y decodificación D,
deben cumplir con:
• D(E(M)) = M
• Es muy difícil deducir D a partir de E
• E no puede ser quebrado aún si se conoce el texto inicial.
Cada utilizador U dispone de dos claves, una Clave Pública K, accesible
por todo el mundo y utilizada para el encriptado de los mensajes a enviar y
una Clave Secreta K’, utilizada por U para descifrar los mensajes arribados.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
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101
Seguridad
• Encriptado por Clave Pública
– Se pueden usar para encriptado o para firma
Encriptado
C = EB (M)
Codificación por EB
Decodificación con DB
Firma: prueba la identidad del emisor y la autenticidad del mensaje
Recibe S y controla que
EA(S) = M
S = DA (M)
Codificación por DA
2004
Utiliza EA
Comunicaciones Móviles, GSM,
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102
Seguridad
• Encriptado por Clave Pública o Secreta
– Clave pública: muy eficiente pero requiere
mucha potencia de cálculo.
– Clave secreta: más peligroso porque requiere
gestionar una base de datos y compartir la clave
por lo que hay que encontrar un medio seguro
para distribución.
– GSM, DECT, IS-136, IS-95 utilizan algoritmos
con Clave Secreta por un problema de rapidez
de cálculo.
– La gestión de las claves es FUNDAMENTAL,
porque el sistema puede ser muy potente, pero
quedar reducido a NADA si se conocen las
claves por terceros.
2004
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103
SISTEMAS CELULARES
GESTIÓN DE RECURSOS
2004
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104
Gestión de recursos
• Concepto celular
– Reutilización de frecuencias
• Patrón de reutilización
• Capacidades del sistema
2004
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105
Gestión de recursos
• Reutilización de frecuencias
Permite resolver el problema de servir una zona
o región extensa, con un ancho de banda
limitado y con una densidad de usuarios
importante
Usa la propiedad de atenuación de las ondas de
radio, que permite reutilizar la misma
frecuencia en otra zona suficientemente alejada
de la primera. Cada zona constituye una célula.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
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106
Gestión de recursos
• Reutilización de frecuencias
Las células con la misma frecuencia (cocanal)
deben estar suficientemente alejadas para que el
nivel de interferencia cocanal sea
suficientemente bajo.
Para reutilizar las frecuencias, la banda total
asignada se divide en sub-bandas. Cada subbanda se asigna a una estación base ubicada en
una célula y será reutilizada en otras células.
2004
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107
Gestión de recursos
• Ejemplo de reutilización de frecuencia
Cluster
Caso A: todas las frecuencias en el área.
Ftot = 140 frecuencias (p ej)
2004
Caso B: las frecuencias se reutilizan.
Ftot = f1+f2+f3+f4+f5+f6+f7 =140
f1=f2=.... = 20
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108
Gestión de recursos
• Reutilización de frecuencia
– Cluster: grupo de células o celdas que utiliza el
conjunto de canales de la banda de frecuencias.
Muchos clusters yuxtapuestos permiten cubrir
toda el área.
– Asignación fija: las frecuencias asignadas no
cambian.
Asignación dinámica: mecanismo para adaptar
el sistema a las variaciones de C/I.
2004
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109
Gestión de Recursos
Bandas celulares de 800 MHz
M obile T X
Freq.
824
825
A”
C hann el #
835
A
991
1
1023
845
846.5
A’
B
333
666
880
890
849
B’
716
851
R
799
C ell site T x
Freq.
869
870
A”
C hann el #
2004
991
1
1023
A
B
333
8915
A’
666
894
B’
716
896 M H z
R
799
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
110
Gestión de Recursos
Banda A celular de 800 MHz
2004
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111
Gestión de Recursos
Patrón de 7 celdas sectorizadas en el centro de la celda
A1
A3
G1
A2
G3
G2
C1
C3 C2
F1
F3
E1
E3 E2
F1
F3
D1
D3
F2
2004
B3 B1
B2
D2
F2
Reuso
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112
SISTEMAS CELULARES
CÁLCULO DE LA CAPACIDAD
2004
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113
Definición
• Capacidad intrínseca
– Canales por celda por MHz(duplex)
– K= n/(N.B)
• n= número de canales voz por portadora
• N= tamaño del reuso de frecuencia
• B= Banda de frecuencia ocupada por un canal en
MHz (duplex)
2004
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114
Capacidad
• Ejemplos de Capacidad Intrínseca
– Sistema Analógico AMPS
• n=1; B= 2.30 kHz = 0,06 MHz (duplex); N= 21
• K= 1/(0,06.21) = 0,8 canales/celda/MHz(duplex)
– Sistema Digital TDMA IS-136
• n=3; B=2.30 kHz= 0,06 MHz(duplex); N= 21
• K= 3/(0,06.21) = 2,4 canales/celda/MHz(duplex)
– Sistema Digital TDMA GSM
• n=8; B=2.200 kHz= 0,40 MHz(duplex); N= 9
• K= 8/(0,40.9) = 2,2 canales/celda/MHz(duplex)
– Sistema Digital CDMA
• n= 30; B=2.1,25= 2,5 MHz(duplex); N= 1
• K= 30/(2,5.1) = 12 canales/celda/MHz(duplex)
2004
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115
Capacidad
• Eficiencia espectral
– Canales por MHz por km2
•
•
•
•
2004
e = TCH/(BW.AreaCluster)
TCH = canales totales disponibles
BW = ancho de banda total
AreaCluster = área del cluster de celdas
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116
Comparación de Tecnologías
900 M H z
F requen cies
D -A M P S
CDM A
G SM
P aram eter
1.8 G H z, 1.9 G H z
800 M H z
800 M H z
1.9 G H z
1.9 G H z
C hann el ban dw idth
200 kH z
1250 kH z
30 kH z
V oice path s/chann el
8/16
60
10 *
V oice quality
good
T o be im proved
T o be im proved
E ffective an d
R oam in g
V ery lim ited currently
L im ited curren tly
in tern ation al
P rom ised features
V ery rich based on
IS D N
S tron g poten tial
F ew er features th an
G SM
D ata facilities
9.6 K bit/s circuit
sw itch ed sin ce 1994.
T rials at 56K
9.6 to 14.4 K b/s
9.6 to 14.4 kb/s
en abled
en abled
P acket
packet in 1998
com pressed at 64 K
packet in 1999
com pressed at 28.8K
packet in 1999
com pressed at 28.8
C apacity
T hree fold in crease
over analogue
D ou bts about 8 fold
in crease over
an alogue due
im m ature techn olog y
5-6 fold in crease
over analogue.
V ery effective
effective
Im m ature but w ith
stron g poten tial
Im m ature com pare
w ith G S M but in
progress.
effective
F raud C on trol
D evelopm en t P ath
H igh ly develop ed
techn olog y an d
con tin uing
* usin g m icrocells
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
117
Objetivos de Capacidad
• Uso de:
– Tecnologías de radio de alta eficiencia
– Protocolos de señalización y control para
manejar altas capacidades (p ej Aloha)
– Procedimientos de conmutación y
handoff eficientes
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
118
Eficiencia Espectral
• Concepto elusivo
– Diseño del enlace de radio
• Codecs de menor velocidad
• Modulación de mayor nivel
• Filtros más estrechos
– Diseño del sistema
• Eficiencia de entroncamiento (ver fig siguiente)
• Mejor Reuso de frecuencias (cell splitting)
• Mejor gestión de tráfico (separar tipos de tráfico)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
119
Eficiencia de entroncamiento
Trunking efficiency
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
20
40
60
80
100
120
Number of trunks
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
120
Eficiencia espectral
• Eficiencia espectral (bits/Hertz.)
• Eficiencia espectral de circuito
(circuitos/MHz)
• Eficiencia espectral geográfica
(circuitos/MHz/km2)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
121
Medición eficiencia espectral
• Eficiencia espectral (bits/Hertz) o densidad de
información. Mide la eficiencia de la modulación de RF.
• Eficiencia espectral por circuito (Circuitos/MHz) dentro de
una celda o de área de servicio. Mide eficiencia de
codificación y de modulación:
donde
C= Number of circuits per carrier
B= Channel bandwidth (including guardbands) in kHz
RA= Number of “restricted” adjacent channels
The final division by 2 is necessary to account for the use of transmit and receive frequency pairs.
C
B   RA  1
2004

1000  MHz

 Circuits / MHz
2
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
122
Eficiencia espectral
• Cuando se pasa de AMPS a CDMA, se
requieren 41 canales en la banda celular,
equivalente a 1,23 MHz (41*30=1230 kHz)
y 9 canales de guarda contiguos
(9*30=270). TOTAL = 59 canales o 1,77
MHz.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
123
Cálculo eficiencia espectral
S pectrum E fficien cy calculation s (circuits/M H z)
SY ST E M
A R C H IT E
CTURE
CHANNE
L
BANDW I
DTH
C IR C U IT S
PE R
C A R R IE R
CODER
B IT R A T E
A D JA C E N
T
CHANNE
L
R E S T R IC
T IO N
C IR C U IT S
PE R M Hz
K b/s
M ODULA
T IO N
IN F O R M A
T IO N
D E N S IT Y
(B IT S /H z)
A M PS
CELLULA
R
A nalog
FD M A
30 kH z
1
-
-
Y es
5.5
D A M PS
F ull rate
TDMA
30 kH z
3
13
1.6
Y es
16.7
D A M PS
H alf rate
TDMA
30 kH z
6
6.5
1.6
Y es
33.3
D A M PS
E -T D M A
TDMA
30 kH z
~ 15
6.5
1.6
Y es
~ 80
C T -2
TDD
50 kH z
1
32
0.6
No
10
G SM
TDMA
200 kH z
8
16
~1
Y es
~7
IS -95
CDMA
1250 kH z
20
8
~ 0.5
Y es
16
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
124
Cálculo eficiencia espectral
• Eficiencia espectral geográfica
– Utiliza el reuso de frecuencia. Con N=3 mejor
eficiencia que con N=7.
– Celdas más pequeñas generan más circuitos por
km2
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
125
Cálculo eficiencia espectral
Eficiencia espectral geográfica
NumberofCe lls  NumberofCi rcuits / Cell
TotalAreaC overed
NumberofCircuits/Cell =
TotalSpect rumAllocat ion
B / C   N  2
W here B is the channel bandw idth,
C is the circuits per carrier, and N is the reuse pattern
TotalSpect rumAllocat ion  NumberofCe lls
 B / C   N  2  TotalAreaC
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
overed
126
Tabla Comparativa
AM PS
T D M A IS -136
C D M A IS -95
1 2 .5 M H z
1 2 .5 M H z
1 2 .5 M H z
3 /9 , 4/1 2 , 7/2 1
(p referred )
3 /9 , 4/1 2 , 7/2 1
(p referred )
1 /1
C h an n el ban d w id th
30 kHz
30 kHz
1250 kHz
N u m ber of ch an n els
416
416
10
1
3
2 0 to 2 5
1 9 (N =7 /2 1)
1 9 (N =7 /2 1)
10
19
57
2 0 0 to 2 5 0
1 1 .2
4 4 .2 E rl
1 8 0 to 2 2 8 E rl
C ellu lar ban d w id th
R eu se p attern
V oice p ath p er ch an n el
C h an n els p er sector
V oice calls/Sector
T raffic (E rl)/Sector (1 %
B lo ck in g )
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
127
Caso real
R E A L C A S E C O M P A R IS O N
T otal cap acity B H C A
T otal cap acity su b scribers
H L R su bscribers
R ad io base station
N u m ber of M SC
C ov ered surface k m 2
In frastru cture price U $ S 0 0 0 ,0 0 0
E rlan g total
U $ S/E rl/km 2
2004
T D M A IS -136
C D M A IS -95
250000
250000
1 ,0 0 0,0 0 0
1 ,0 0 0,0 0 0
5 0 0 ,0 00
5 0 0 ,0 00
196
196
4
4
6519
6519
347
405
1 5 ,0 0 0
1 5 ,0 0 0
3 .5 5
4 .1 4
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
128
Algunas estaciones
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
129
Algunas estaciones
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
130
Algunas estaciones
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
131
Algunas estaciones
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
132
SISTEMAS CELULARES
PLANIFICACION
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
133
Planificación
• Definición de la red para cumplir con los
objetivos de:
– COBERTURA
– CAPACIDAD
• Es una de las tareas más complejas para un
operador celular.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
134
Planificación
Herram
Dimensionamiento
de los sitios radio
Posición, tamaño
y capacidad de las
células
Asignación
de
frecuencias
Datos
Datos
Herram
• Proceso de planificación celular
Planificación de
la red fija.
Interconexión
Algoritmos
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
135
Planificación
Zonas de
negocios
• Datos utilizados para el dimensionamiento
Poder de compra
Demanda potencial
Actividad
económica
Modelos de
Tráfico y
Movilidad
Calidad
de
servicio
2004
Dimensionamiento
de la red
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
136
Planificación
• Parámetros de Calidad de Servicio
– Calidad de Voz (MOS)
– Cobertura (90% del área)
– Grado de servicio o probabilidad de bloqueo
(2% de probabilidad de bloqueo en la hora
pico)
– Número de Llamadas caídas (1%)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
137
SISTEMAS CELULARES
GESTION DE LA MOVILIDAD
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
138
Movilidad
• Gestión de la movilidad radio o
microscópica
Cambiar de célula manteniendo la comunicación.
HANDOFF o HANDOVER
• Gestión de la movilidad red o macroscópica
Usar los servicios en toda la red o en redes visitadas.
ROAMING
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
139
Movilidad Radio
• Gestión de la movilidad radio o
microscópica
HANDOFF o HANDOVER: Transferencia Automática
Intercelular.
A
B
ANTES
2004
A
B
DESPUES
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
140
Movilidad Radio
• Fases del Handoff
– Realización de mediciones y supervisión
periódica del enlace
– Determinación de la necesidad del HO. Umbral
de decisión
– Determinación de la célula objetivo y disparo
del HO
– Transferencia efectiva de los enlaces
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
141
Movilidad Radio
• Fases del Handoff
– Realización de mediciones y supervisión periódica del
enlace
• Potencia de señal recibida
• Tasa de error de bit (BER)
• Distancia entre móvil y estación base
– La estación base difunde:
• Identidad de la propia estación base
• Las frecuencias de los canales de control de las estaciones
vecinas
– Las mediciones se hacen cada medio segundo.
– El móvil puede reportar a la red las mediciones de 6
estaciones vecinas.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
142
Movilidad Radio
• Fases del Handoff
– Determinación de la célula objetivo y disparo
del HO
• Potencia relativa de señales: mayor nivel recibido de
estación vecina que de la estación corriente
• Potencia relativa de señales con utilización de
umbral: diferencia de nivel por debajo de un umbral
• Potencia relativa con utilización de histéresis: nivel
de potencia por encima de un valor
• Potencia relativa con utilización de histéresis y
umbral: se combinan los dos criterios precedentes.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
143
Movilidad Radio
• Fases del Handoff
– Tipo de Handoff: Hard Handoff
2004
MSC
MSC
MSC
Antes
Durante
Después
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
144
Movilidad Radio
• Fases del Handoff
– Tipo de Handoff: Soft Handoff
2004
MSC
MSC
MSC
Antes
Durante
Después
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
145
Movilidad Radio
Tipos de Handoff
Red 2
Red 1
MSC
BSC
1
2004
2
BSC
3
MSC
MSC
BSC
BSC
4
5
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
1: Intracelular
2: Intra BSC
3: Intra MSC
4: Inter MSC
5: Inter Red o Intersistema
146
Movilidad Red
• Selección de célula, Localización y
Roaming
– Dos procesos, cuando el móvil está inactivo:
• Selección de célula
MS recibe informaciones de la red para ubicarse sobre una
célula determinada, que usará para el acceso
• Localización o Roaming
Permite a la red conocer en todo momento la posición del
móvil con mayor o menor precisión
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
147
Movilidad Red
• Localización y Búsqueda
– Localización: la red conoce la ubicación del
móvil, porque el móvil la actualiza
periódicamente.
– Búsqueda (paging): la red busca al móvil
• Roaming
– Es la posibilidad de usar el terminal en un
punto cualquiera de la red propia o ajena. No
solo para redes móviles.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
148
Movilidad Red
• Métodos de Localización
– Nivel cero - Sin localización, búsqueda en toda la red.
Solo para redes pequeñas. Muy simple. Riesgo de
saturación (Flooding algorithm)
– Nivel uno - Localización manual, el abonado debe
localizarse en la red para poder recibir llamadas.
– Nivel dos - Localización automática con zonas de
localización. Una zona tiene varias células. La red
busca por zona.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
149
Movilidad Red
• Localización Automática
– a) Al encendido del terminal
– b) Localización periódica: envío de la identidad del
móvil en forma periódica. Gran consumo de recursos,
sobre todo si el móvil no se mueve durante horas.
– c) Localización por cambio de zona: el móvil envía su
identidad cuando detecta que ha cambiado de zona.
En GSM se usa Localización híbrida, combinando los
métodos b) y c).
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
150
Movilidad Red
• Bases de datos para la gestión de la movilidad
– Base de datos local (nominal) HLR
Hay una por red. Almacena las informaciones de los abonados de la red: nombre,
número, datos de seguridad, localización actual, etc
– Base de datos visitante VLR.
Puede haber varias en una red. Almacena los datos de los abonados registrados en
las zonas de localización que dependen de esta base de datos. Es una copia parcial
de los datos del HLR.
HLR MSC
VLR
MSC
VLR
VLR
2004
MSC
VLR
MSC
MSC
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
151
Sistemas de segunda generación
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
152
Sistemas de 2G
2004
S is te m a s
D AM P S
IS -1 3 6
IS -9 5
GSM
PDC
A cc e s o m ú ltip le
TDMA/
FDMA
CDMA/
FDMA
TDMA/
FDMA
TDMA/
FDMA
B a n d a d e F rec
8 0 0 /1 9 0 0
8 0 0 /1 9 0 0
850/
9 0 0 /1 8 0 0 /
1900
8 0 0 /1 4 0 0
E s p ac iam d e
c a n a le s (k H z)
30
1250
200
25
M o d u la c ió n
P i/4
DQPSK
BPSK/
QPSK
GMSK
QPSK
V e lo c id a d vo z
(k b p s )
7 ,9 5
8 va ria b le
13
9 ,6
D u p le x
FDD
FDD
FDD
FDD
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
153
Sistemas de 2G
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
154
Sistemas de 2G
• GSM
– Desarrollado por ETSI en el marco europeo, se
transformó en una norma mundial. GSM 900,
DCS 1800 o PCS 1900
– Comienzo desarrollo fin de los 80, fue
implantada en principios de los 90, y fue
evolucionando permanentemente.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
155
Sistemas de 2G
• GSM
– Interface radio
• En la banda 890-915 y 935-960 MHz hay 124
portadoras bidireccionales.
• La velocidad en aire es de 270 kbps.
• Utiliza una modulación a envolvente constante
denominada GMSK (Gaussian Minimum Shift
Keying)
• Cada portadora tiene 8 Time Slots que son los
canales físicos.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
156
Sistemas de 2G
• GSM
– Interface radio
• Tipos de canales lógicos:
– Tráfico
– Señalización
– Control común
– Control dedicado
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
157
Sistemas de 2G
• GSM
– Interface radio
• Canales de Tráfico TCH (Voz o Datos)
– Velocidad completa (TCH/F)
– Velocidad mitad (TCH/H)
– Octavo de Velocidad (TCH/8)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
158
Sistemas de 2G
• GSM
– Interface radio
• Canales de Señalización
– Canal de difusión (BCCH) Informaciones
generales difundidas
– Sub-canal de sincronización (SCH)
Sincronización de la MS
– Sub-canal de control de frecuencia (FCH)
Control de frecuencia de la MS
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
159
Sistemas de 2G
• GSM
– Interface radio
• Canales de Control Común
– Canal de Asignación (AGCH) Asignación de
recursos
– Canal de Paging (PCH) Búsqueda de MS
– Canal de Acceso Aleatorio (RACH). Pedido de
recursos
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
160
Sistemas de 2G
• GSM
– Interface radio
• Canales de Señalización Dedicados (DCCH)
– Canal no asociado (SDCCH) Puesta al día de
localización o establecimiento de llamada
– Canal asociado (ACCH)
» Canal lento (SACCH) Transmisión de
mediciones radio
» Canal rápido (FACCH) Para HO, obtenido
por robo del TCH
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
161
Sistemas de 2G
• GSM
– Interface radio
• Trama TDMA
– Comprende 8 TS de 577 microseg c/u o sea
4,616 ms. Las tramas son reagrupadas en
multitramas (multitramas a 26 tramas para el
tráfico y multitramas a 51 para la señalización),
luego supertramas y finalmente hipertramas
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
162
Sistemas de 2G
• GSM
– Interface radio
• Trama TDMA. Se llama burst a un TS o
Intervalo de Tiempo
4,616 ms
0
1
2
3
4
5
6
7
1 burst = 148 bits = 0,577 ms
3
2004
57
1 26 1
Datos
Aprendizaje
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
57
3
Datos
163
Sistemas de 2G
• GSM
– Interface radio
• Trama TDMA.
– Tipo de Burst
» Burst normales (2 blocks de 57 bits de información,
separados por una secuencia de aprendizaje y por los bits de
encabezamiento y de los tiempos de guarda)
» Burst de corrección de frecuencia (142 bits en 1 o sea una
frecuencia pura utilizada para ajustar los sintetizadores de
los receptores)
» Burst de sincronización (secuencia de sincronización de
64 bits, informaciones sobre la identidad de la BS e
informaciones sobre los TS utilizados en la trama)
» Burst de acceso (emitido por un móvil para acceder a la
red)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
164
Sistemas de 2G
• GSM
– Arquitectura
•
•
•
•
•
Central (MSC)
Bases de Datos (HLR y VLR)
Controladores de Estaciones Base (BSC)
Estación Base Transceptora (BTS)
Centros de Operación y Mantenimiento Radio y Red
(OMC-R y OMC-N)
• Estaciones Móviles (MS)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
165
Sistemas de 2G
• GSM
– Arquitectura
• MS
– Estaciones móviles embarcadas (Clase 1) de 20W
– Estaciones portables (Clase 2) de 8W
– Estaciones portátiles (Clases 3 a 5) de 5W, 2W y 0,8W.
• BTS
– Cada BTS cubre una célula o celda
– Transmisión/recepción de radio
(modulación/demodulación, ecualización, entrelazado)
– Capa física (emisión en TDMA, salto de frecuencia,
codificación, encriptado)
– Capa enlace (LAPDm)
– Medición de calidad de señales recibidas
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
166
Sistemas de 2G
• GSM
– Arquitectura
• BSC
– Supervisan varias BTS
– Gestiona los recursos radio (asignación de canales,
mediciones en las BTS, control de potencia de BTS y MS
y el Handoff)
– Interface entre el MSC y las BTS
– Pueden gestionar hasta varias centenas de BTS
• MSC
–
–
–
–
2004
Supervisa varias BSC
Gestiona las llamadas hacia y desde MS
Conectado al PSTN
Un MSC puede tener función Gateway G-MSC
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
167
Sistemas de 2G
• GSM
– Arquitectura
• HLR
– Base de datos nominal con las características de los
abonos de los móviles
– Tiene las informaciones de los abonos, del IMSI,
MSISDN, restricciones de los abonos, servicios
suplementarios, la información de localización (identidad
del VLR donde está registrado el MS)
• VLR
– Base de datos de los visitantes
– Datos necesarios para la gestión de los roamers
– Tiene información sobre el tipo de abono, IMSI, MSISDN,
TMSI, tipo de abono y zona de localización.
– Asigna el MSRN (Mobile Station Roaming Number)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
168
Sistemas de 2G
• D-AMPS
– Digital AMPS o NADC (North American
Digital Cellular o IS-136 o ANSI-136
• Para reemplazar al AMPS analógico
• Combina técnicas FDMA y TDMA como el
GSM
• Las frecuencias son las mismas del AMPS, lo
que permite la transferencia de canales
analógicos hacia digitales en función de la
demanda permitiendo incrementar
progresivamente la capacidad de la red
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
169
Sistemas de 2G
• D-AMPS
– Estructura Interface Radio
TRAMA DE 40 MS (1944 BITS)
Slot 1
Slot 2
CANAL
ASCEND
G
6
R
6
DATOS
16
CANAL
DESC
SINCRO
28
SACCH
12
Slot 3
Slot 4
SINCRO
28
DATOS
130
DATOS
122
DVCC
12
DATOS
130
Slot 5
SACCH
12
Slot 6
DVCC
12
DATOS
122
RSDV
12
RSVD: Reservado. G: Guard Time. R: Ramp Time. DVCC: Digital Verification Color Code
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
170
Sistemas de 2G
• D-AMPS
– Arquitectura del sistema
• Es similar a la arquitectura GSM
• Tiene MSC, HLR, VLR, BS, MS. No utiliza
BSC
• Las únicas interfaces normalizadas son la
interface radio ANSI-136 y la interface MSCMSC-HLR-VLR (IS-41)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
171
Sistemas de 2G
• CDMA Sistema IS-95
– Interface Radio:
• Banda 824-849 y 869-894 MHz
• Ancho de Banda: 1,2288 MHz (aprox 41
canales AMPS)
• Separación Duplex de 45 MHz
• Control de Potencia muy crítico.
• Utiliza Código Corrector de Errores,
entrelazamiento, detección de actividad vocal,
codificación de voz a velocidad variable,
técnicas de recepción RAKE.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
172
Sistemas de 2G
• CDMA Sistema IS-95
– Interface Radio:
• Datos transmitidos a 9,6 kbps con codificador
de voz a 8,55 kbps
• Flujo de datos segmentado en bloques de 20
ms entrelazados y codificados con códigos
convolucionales 1/2 y 1/3.
• Flujo resultante ascendente 19,2 kbps y
descendente de 28,8 kbps
• Se agrega Código de Walsh ortogonal de
dimension 64, pasando a 1,2288 Mbps.
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
173
Sistemas de 2G
• CDMA Sistema IS-95
– Cadena de Transmisión
BLOQUES DE 20 ms A 9,6 kbps
DATOS
COD VOZ
COD LARGO
19,2 kbps
COD
VELOC 1/2
COD WALSH
19,2 kbps
x
ENTRELAZ
19,2 kbps
1,2288 Mbps
x
COD CORTO I
1,2288 Mbps
I
x
FILTRO
MODULADOR
QPSK
1,2288 Mbps
COD CORTO I
1,2288 Mbps
Q
2004
FILTRO
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x
174
Sistemas de 2G
• CDMA Sistema IS-95
– Principio de base
• A cada estación se atribuye una secuencia
aleatoria. Estas secuencias deben ser
diferentes y ortogonales o sea
descorrelacionadas. Estas secuencias hacen
que al combinarla con la señal útil, se
transforme en quasi-aleatoria y con el espectro
muy expandido
2004
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175
Sistemas 2,5G
• HSCSD (High Speed Circuit Switched
Data)
– No lo vemos, poco éxito.
• GPRS (General Packet Radio Service)
– Conmutación de paquetes y aumento de
velocidad
• EDGE (Enhanced Data rates for Global
Evolution)
– Mayor aumento de velocidad
– También se lo considera un sistema 3G
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
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176
GPRS
• GPRS es una mejora de GSM y define una
arquitectura de red con:
–
–
–
–
2004
Conmutación de paquetes
Gestión de la movilidad
Acceso radio
Conexión a otras redes de datos fijas con IP o
X.25 (Redes PDP: Packet Data Protocol) y
otras redes móviles GPRS para ofrecer roaming
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GPRS, EDGE - Roberto Murguet
177
GPRS
• GPRS retoma la arquitectura BSS de GSM, pero
tiene arquitectura fija diferente de NSS.
• Utiliza los conceptos de IP móvil y de CDPD
(Cellular Digital Packet Data) de USA
RED GPRS
RED LOCAL
INTERNET
137.194.201.20
137.194
2004
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210.17.114.4
178
GPRS
• Usa multiplexado estadístico en BSS para
transmitir los paquetes sobre la radio
• Puede utilizar más de una ranura de tiempo
por trama TDMA, lo que permitiría
velocidades de hasta 171,2 kbps (máximo
teórico inalcanzable)
• En la práctica, se usan como máximo 4
ranuras a 12 kbps c/u o sea 48 kbps.
2004
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179
GPRS
• Tipos de servicio
– Las velocidades previstas permiten:
•
•
•
•
Consulta de la Web (HTTP)
Transferencia de archivos (FTP)
Transmisión de video comprimido
Servicios Punto a Punto y Punto a Multipunto (para
una segunda fase)
• Los servicios PTP pueden ser orientado a conexión
(X.25) o sin conexión (IP)
• También tiene un servicio de mensajes cortos
2004
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180
GPRS
• Criterios de Calidad de servicio
–
–
–
–
2004
Prioridad
Confiabilidad
Retardo
Velocidad
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
181
GPRS
• Clases de Calidad de Servicio
C la se
P ro ba b ilida d de
p e rd id a
P ro ba b ilida d de
d up lica ción
1
P ro ba b ilida d de fu e ra
d e se cuen cia
10
P ro ba b ilida d de
e rro r re sidu a l
-9
2
10
-4
10
-5
10
-6
3
10
-2
10
-5
10
-2
4
C la se
B e st effo rt (n o e sp e cifica do )
S D U de 12 8 o cte to s
S D U de 10 24 o cte to s
R e ta rdo m e d io
R e ta rdo a 9 5 %
R e ta rdo m e d io
R e ta rdo a 9 5 %
1
< 0 ,5 s
< 1 ,5 s
<2 s
<7 s
2
<5 s
<25 s
<15 s
<75 s
3
<50 s
< 2 50 s
<75 s
< 3 75 s
4
2004
N o e sp e cifica do (B e st effo rt)
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182
GPRS
• Funciones de seguridad
– Autenticación del abonado
– Confidencialidad de la identidad del utilizador
– Confidencialidad de las informaciones
transmitidas
– Tarjeta SIM
2004
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183
GPRS
• Clase de los móviles
– Clase A: comunicación GPRS y clásica
simultánea
– Clase B: puede tener ambos servicios, pero no
simultáneos. En stand-by escruta ambas redes.
– Clase C: sólo puede estar en stand-by en un tipo
de servicio
2004
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184
GPRS
• Técnicas para aumentar la velocidad
– Desarrollo de terminales que pueden transmitir
y recibir en varios TS por trama TDMA
(terminales multislot)
– Reducción de la protección de los datos
– Utilización de modulaciones más eficientes
(EDGE)
2004
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185
GPRS
• Terminales multislot:
– En recepción no hay problema, pero en
transmisión aumenta el consumo de energía y
se reduce la autonomía de batería y hay más
calentamiento.
– Si es para consulta de web, no habría problema
2004
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186
GPRS
• Reducción de la protección de datos y
modulaciones sofisticadas
– Requiere mayor relación C/I
– Esto hará que la velocidad de datos varíe con la
distancia al centro de la estación base
C/I bajo 32 kbps
C/I alto 48 kbps
2004
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187
GPRS
• Arquitectura de red
•SGSN: Serving GPRS Support Node
•GGSN: Gateway GPRS Support Node)
BSC
MSC
VLR
G-MSC
HLR
SGSN
GGSN
Red datos
X.25, IP
SGSN
BSC
EIR
RED GPRS
GGSN
Otra red GPRS
2004
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188
GPRS
• Encaminamiento de datos
•SGSN: Serving GPRS Support Node
•GGSN: Gateway GPRS Support Node)
BSC
SGSN
Tunel GPRS
GGSN
GTP (GPRS Tunnel Prot)
Red datos
X.25, IP
RED GPRS
2004
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189
GPRS
• Principio de encaminamiento de datos
2004
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190
GPRS
• Uso de WAP con GPRS o con Conmutación de circuitos
2004
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191
GPRS
• Acceso a red corporativa
2004
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192
GPRS
• Roaming de terminal GPRS
2004
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193
GPRS
• Protocolo de red GPRS
2004
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194
GPRS
• Gestión de la movilidad
– Estados de un móvil
• En GSM tiene dos estados: Inactivo o activo
• En GPRS hay tres estados: Inactivo, activo y stand-by
Inactivo
(Idle)
Logon
Logoff
No se puede acceder
al móvil
Logoff
Stand-by
Transmisión o recepción de datos
Activo
(Ready)
Sin datos a transmitir o recibir
Se puede acceder
al móvil
2004
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195
GPRS
•
Gestión de la movilidad
– Los datos se transmiten a un móvil, sólo cuando está
activo.
– En el estado activo, el SGSN conoce la celda donde está
localizado el móvil.
– En standby, se conoce la ubicación a nivel de Area de
Enrutamiento (similar a Area de Localización en GSM)
– Para enviar paquetes a un móvil en standby, primero hay
que hacer paging, para localizarlo, y pasar al estado
activo para recibir los datos
– Para enviar paquetes a un móvil activo, se le avisa que
hay paquetes y luego se le transmiten
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
GPRS, EDGE - Roberto Murguet
La razón del
estado standby es
para reducir la carga
sobre la red para conocer
la celda donde está
localizado el móvil
y para ahorrar batería
En el estado inactivo
el móvil no tiene
dirección asignada
196
GPRS >EDGE
• Con GPRS, el sistema GSM permite acceso
a Internet a velocidades de cerca de 50 kbps
• Para superar ese límite, se propuso en ETSI
(1997) utilizar una modulación con mejor
eficiencia espectral que GMSK (1 bit/Hertz)
• Así aparece el concepto EDGE con 8PSK (3
bit/Hertz). (Enhanced Data rates for the
Global Evolution)
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
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197
GPRS >EDGE
• Al mismo tiempo, el IS-136 enfrentaba fuertes limitación
de velocidad, por el poco espacio entre portadoras (30
kHz)
• El consorcio UWCC-136 (Universal Wireless
Communications Consortium) adoptó EDGE en 1998,
como solución para aumentar las velocidades.
• EDGE fue reconocido por UIT como un sistema IMT-2000
• EDGE permitiría alcanzar:
– 384 kbps para terminales <100 km/h y
– 144 kbps para terminales <250 km/h
2004
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198
EDGE
• Modificaciones de la capa física
– Modulación 8PSK
Q
010
000
011
001
111
I
110
101
100
2004
Comunicaciones Móviles, GSM,
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199
EDGE
• Estructura del burst
– Se conserva la estructura del burst de GSM
• Secuencia central de entrenamiento de 26 símbolos
• Dos secuencias de datos de 58 símbolos c/u
• Dos zonas de relleno para subida de potencia y
retorno en recepción
• Un símbolo = 3 bits
– Hay 2 x 3 x 58 = 348 bits de datos en cada burst
2004
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200
EDGE
• Estructura del burst
1 burst = 148 símbolos = 444 bits = 0,577 ms
3s
58 símbolos
Datos
2004
26 s
Aprendizaje
58 símbolos
3s
8,25 s
Datos
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201
EDGE
• Dos tipos de servicios
– ECSD (Enhanced Circuit Switched Data)
• Un solo canal físico permite hasta 43,2 kbps
(14,4 x 3)
• Canales en modo Transparente o No Transparente
– EGPRS (Enhanced General Packet Data
Service)
• Un solo canal físico permite hasta 59,2 kbps y con
ocho canales tendremos 473,6 kbps
2004
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202
EDGE Compacto
• Para operadores IS-136 que deben hacer
una transición hacia EDGE
• Se reduce el ancho de banda necesario para
el despliegue, modificando la interface
radio GSM
• Se requiere 2 x 0,6 MHz de espectro
mínimo
2004
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203
EDGE Fase 2
• Debe soportar servicios en tiempo real y
reposa sobre arquitectura de red todo IP
• Permite convergencia hacia UMTS
• Permitirá llevar las redes móviles en la
misma dirección que las fijas, con
integración sobre IP
2004
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204
EDGE Fase 2
• Clase de servicio
– Conversacional con fuertes requisitos de retardo (voz,
videofonía, juegos video)
– Streaming debe restituir el ritmo de generación de datos
pero puede tolerar retardos usando buffers
– Interactivo exige baja tasa de error y puede tolerar
cierto retardo (consulta interactiva de servidores)
– Backgroung que exige integridad pero tolera retardos
grandes (e-mail)
2004
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205
EDGE Fase 2
• Una red EDGE fase 1 sólo permite las dos últimas
clases de servicio
– Interactivo
– Background o tráfico en tarea de fondo.
• La red EDGE fase 2 será indispensable para las
dos primeras clases de servicio:
– Aparece el concepto GERAN (GSM/EDGE Radio
Access Network)
– Permite conexión a red GSM o UMTS, en modo
paquete o circuito
– Ofrecerá servicios en tiempo real en modo paquete,
basada sobre IP
2004
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206
EDGE Fase 2
GERAN
SGSN UMTS
SGSN GPRS
BSS
MSC UMTS
MSC GSM
2004
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207
Comunicaciones Móviles
Fin Módulo 1
[email protected]
2004
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208
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Comunicaciones Moviles GSM, GPRS, EDGE