Interferencia

Interferencia cocanal: Producida por las emisiones de las células que utilizan un mismo conjunto de frecuencias.

Interferencia de los canales adyacentes: Producida por emisiones fuera de banda de las células vecinas e incluso de la propia. Debido a filtros imperfectos en recepción que permiten que las frecuencias cercanas entren en el receptor. Near-Far effect. Filtros cuidadosos y una asignación inteligente de frecuencias.

Interferencias externas: Producida por otros sistemas y no se pueden controlar. Incluso intencionadas (jamming).

Control de Potencia

Que el móvil transmita el nivel de señal justo para llegar a la estación base con calidad suficiente. Depende de ello:

  • Que se pueda controlar la interferencia de los canales adyacentes.
  • Que se estabilice el nivel de interferencia global en CDMA.
  • Que se minimice el consumo de potencia de los terminales.

Asignación de Canal

Fijo o dinámico.

Handover

Depende de la potencia de la señal en recepción, la potencia de la señal piloto en otras estaciones base en recepción, del BER, relación señal/interferencia, distancia, velocidad del móvil, tipo de célula… Handover controlado por el sistema (analógicos) o asistido por móvil, intracélula, intercélula, inter MSC, otros niveles. Hard y soft.

Incrementar Capacidad Celular

  • Disminuir tamaño células.
  • Mejorar receptores/transmisores para hacerlos menos sensibles a interferencias (reduce cluster).
  • Aumentar frecuencia reutilización canales con sectorización (y beamforming).
  • Integrar células de diferentes medidas unas dentro de otras en las llamadas estructuras multicapa (baja tasa mucha velocidad grandes, alta tasa poca velocidad pequeñas, picocélulas, micro, macro, células paraguas).
  • Femtocélulas y repetidores.

Power Delay Profile

Promedio de los perfiles de potencia instantáneos detectados en el receptor cuando se emite un impulso de potencia.

Modulación

Codificar la señal de la fuente de información de una manera conveniente para la transmisión: digital: mejor inmunidad frente a ruido y efectos de canal, mayor facilidad de multiplexación de los diferentes tipos de información, posibilidad de utilizar todo un conjunto de herramientas con el objetivo de mejorar la calidad global de la comunicación, posibilidad de implementar estas herramientas mediante software con lo que supone en cuanto a flexibilidad y adaptabilidad.

Eficiencia Potencia

Describe la capacidad de una modulación de extraer el símbolo correcto con Eb/N0 de entrada muy baja. Eb/N0 mínima requerida por el receptor para tener una determinada probabilidad de error en la salida del demodulador.

Eficiencia Espectral

Nivel de aprovechamiento del ancho de banda.

Técnicas Procesado Señal

Igualador: Comportarse como filtro inverso del canal, amplifica componentes frecuenciales más atenuados del canal y viceversa, y corrige los cambios de fase. Entrenamiento (se transmite una secuencia conocida de manera que el igualador pueda determinar la función de transferencia del canal utilizando un algoritmo basado en la minimización de una función de coste, cuando el algoritmo converge los parámetros del igualador se dejan fijos hasta que llega una nueva secuencia de entrenamiento o la calidad del enlace baja por debajo de cierto nivel. Seguimiento (se transmiten los datos). Lineales y no lineales (mejores). Se usan en TDMA.

Diversidad

Reducen la profundidad y duración de desvanecimientos.

  • Microscópica: Pequeña escala, recibiendo de dos antenas separadas a la vez. No introduce carga señalización.
  • Macroscópica: Gran escala, CDMA.
  • Frecuencial: La información se transmite en más de un canal de frecuencia a la vez. Microondas de visión directa.
  • Temporal: La información se transmite rápidamente en intervalos de tiempo separados por una duración superior al tiempo de coherencia del canal, y múltiples repeticiones de la señal se recibirán con diferentes desvanecimientos.

Técnicas de Combinación

  • Selección: Se selecciona la señal de entrada al receptor que tenga mejor SNR instantánea.
  • Conmutación: Se investigan todas las ramas hasta que una tiene una SNR superior a cierto límite.
  • Combinación de máxima ganancia: Las señales de las m ramas son trasladadas a la misma fase, ponderados de acuerdo a su SNR y sumados. Mejor en reducción de desvanecimientos.
  • Combinación igual ganancia: Igual anterior pero no se aplica ningún coeficiente de ponderación.

MIMO

El transmisor envía múltiples corrientes de datos por múltiples antenas transmisoras. La multiplexación espacial requiere una configuración de antena MIMO. Una señal de alta velocidad se divide en múltiples señales de baja velocidad y cada corriente se transmite por una antena diferente en el mismo canal frecuencial. Si llegan con suficiente diferencia temporal, el receptor puede separar las corrientes en canales paralelos. Aumenta la capacidad de SNR. El número máximo de corrientes espaciales se limita por el número de antenas de transmisión o receptor. La codificación espacio-tiempo se usa cuando no hay un canal conocido por el transmisor. La misma corriente de datos se transmite por todas las antenas obteniendo una ganancia de diversidad e incrementando la robustez.

Entrelazado

Se entremezclan los bits correlativos para separarlos a una distancia mayor que el tiempo de coherencia del canal. El concepto de entrelazado es muy simple: los bits de la secuencia de fuente llenan una matriz n x m por columnas y se leen por filas. En el receptor se hace la operación inversa y se recupera el orden inicial.

Ganancia de Codificación

Para conseguir el mismo Pe con los códigos de errores cuanto debería subir la potencia. Reducción de potencia necesaria para conseguir un BER gracias a la utilización de códigos correctores.

MAC

Selecciona los canales, establece, mantiene y libera la conexión. Acceso aleatorio, dedicado y con reserva (el sistema decide qué usuario tiene máxima prioridad para transmitir y asigna los recursos en consecuencia).

TDMA/TDD

50% intervalos transmitir y recibir.

TDMA/FDD

Tramas paralelas en diferentes secuencias, una para recibir y otra para transmitir.

CDMA

Se combina la secuencia de bits con una secuencia de tasa más elevada conocida como secuencia de chips que para obtener una nueva secuencia de tasa igual a la tasa de chip, es decir el transmisor mapea cada bit de datos en un conjunto de gp chips. Esta señal se modula y transmite, en el receptor la señal de demodula, se recombina con la misma secuencia de chips y así se recupera la secuencia original.

OFDMA

La popularidad de OFDM deriva de su capacidad para transformar un canal selectivo en frecuencia de banda ancha a un conjunto de canales de banda estrecha de desvanecimiento plano paralelas, que observar sustancialmente simplifica el problema de ecualización de canal. Modula directamente la secuencia de símbolos de entrada en las subportadoras sin formación de impulsos. Robustez a través de retardo multitrayecto propagación. Mejor BER que con FDM. Combinando OFDM con TDM obtenemos OFDMA esquema en el que se le asigna un conjunto de subportadoras a cada usuario por un período de tiempo.

Esquema General

Codificador fuente (compresor voz, video) – codificador canal (control errores FEC, ARQ, HARQ) – entrelazado – modulador – Tx – canal – diversidad Rx – igualador (solo banda ancha) – demodulador – desentrelazado – decodificador canal – decodificador de fuente.

Generaciones de Comunicaciones Móviles

1G

  • Diseño: 1970, Implementación: 1984.
  • Servicios: Voz analógica.
  • Estándares: NMT, AMPS, Hicap; CDPD, TACS, ETACS.
  • Ancho de banda: 1,9 kbps.
  • Multiplexación: FDMA.
  • Red de núcleo: PSTN.

2G

  • Diseño: 1980, Implementación: 1991.
  • Servicios: Voz digital.
  • Estándares: GSM, iDEN, D-MPS.
  • Ancho de banda: 14,4 kbps.
  • Multiplexación: TDMA, CDMA.
  • Red de núcleo: PSTN.

2.5G

  • Diseño: 1985, Implementación: 1999.
  • Servicios: Más capacidad, datos en paquetes.
  • Estándares: GPRS, EDGE.
  • Ancho de banda: 384 kbps.
  • Multiplexación: TDMA, CDMA.
  • Red de núcleo: Red de paquetes.

3G

  • Diseño: 1990, Implementación: 2002.
  • Servicios: Más capacidad.
  • Estándares: WCDMA, CDMA2000.
  • Ancho de banda: 2 Mbps.
  • Multiplexación: CDMA.
  • Red de núcleo: Red de paquetes.

4G

  • Diseño: 2000, Implementación: 2010.
  • Servicios: Basado en IP, velocidad aumenta a cientos de Mbps.
  • Estándares: Singular.
  • Ancho de banda: 200 Mbps.
  • Multiplexación: CDMA.
  • Red de núcleo: Internet.

Arquitectura GSM

Terminal Móvil

  • Combinador antena.
  • Receptor (filtro recepción y mezclador, mide el nivel de señal IF para determinar la potencia de llegada de la señal de la estación base y otras estaciones vecinas).
  • Igualador: compensa los efectos de la interferencia intersimbólica del canal debido a la multipropagación.
  • Demodulador: extrae la secuencia de bits a partir de la señal IF.
  • Demultiplexor: extrae la información recibida de los diferentes intervalos de tiempo y la asigna al canal lógico apropiado.
  • Codificador de canal: pasa al decodificador de voz o a la unidad de control y señalización.
  • Codificador de voz: reconstruye la señal de voz o transforma la voz en bloques de 260 bits que envía al decodificador de canal.
  • Unidad de control: realiza todas las funciones de control como control de potencia, avance de tiempo, selección de canal…
  • Empaquetador: coloca los bits a transmitir en el tipo de paquete apropiado.
  • Multiplexor: asigna cada paquete a un determinado intervalo de tiempo y número de trama.
  • Transmisor: contiene mezclador que transforma la señal IF, amplificador, sintetizador provee las referencias de tiempo necesarias para el reloj de bit y trama.

Estación Base

  • Codificador de voz: transforma los 13 kbps en los 104 kbps originales y los reduce a 64 otra vez para enviarlos red arriba, en el BSC se pueden transmitir 4 señales de voz diferentes y en el BTS se necesita un solo canal para cada señal de voz.
  • El codificador de canal es igual pero debe considerar las dos posibilidades.
  • La unidad de control realiza todas las tareas de control interno de la BTS como control de potencia y avance de tiempo.
  • La unidad de señalización es la interfaz lógica para los mensajes de control intercambiados entre la red y los móviles.

NSS

  • GMSC (entre móviles y red fija).
  • HLR.
  • VLR.
  • AC.
  • EIR.

HLR

Guarda IMSI, teléfono, clave autenticación, servicios contratados, dirección VLR… VLR mismo que HLR, TMSI (igual IMSI), el HLR provee al MSC con los datos del usuario cuando se trata de una llamada entrante y el móvil se conecta al VLR si realiza él la llamada.

Procedimiento de Llamada

  1. Demanda de llamada dirigida al GMSC.
  2. El GMSC interroga al HLR sobre las características del usuario y su localización.
  3. El HLR accede al VLR donde está el móvil y lo informa del área de localización.
  4. Las BSC afectadas hacen difundir a las BTS la LA del móvil avisando de la llamada.
  5. El móvil detecta el aviso y reconoce el número.

Roaming

El estado del móvil se guarda en HLR de la red propia donde se encuentran todos los datos desde su suscripción, el móvil marcha a un país extranjero, cuando se conecta busca una red GSM válida, cuando hace una llamada de conexión esta red hace un acceso a su VLR para verificar y autentificar el móvil pero no encuentra nada, por tanto el VLR pide una copia de la suscripción al HLR propia, este le devuelve los datos que necesita para utilizar el móvil.

Canales

Canal físico: Corresponde con los 148 bits que se pueden transmitir dentro de un slot de cada trama TDMA y que se ve repitiendo en cada nueva trama. Bits de cola, bits de datos, de discriminación, de entrenamiento (26 bits), tiempo de guarda.

Canales lógicos: De tránsito o de control, dentro de control están de señalización de difusión (FCCH, SCCH, BCCH), de señalización comunes (RACH, PCH, AGCH), canales de señalización dedicados (transferencias entre móvil concreto y red, ajuste de potencias, handover).

Encendido del Móvil

  1. Sintonización en frecuencia: Debe detectar la frecuencia en la cual el FCCH, SCH y BCCH se transmiten. Este canal nunca está vacío y por lo tanto en general la densidad de potencia de este canal es superior a la de los otros. Una vez detectado, el móvil busca el FCCH que gracias a su estructura particular corresponde a un pico de potencia.
  2. Sincronización en tiempo: El móvil utiliza el SCH para esta etapa, de este paquete extrae la secuencia de entrenamiento y los contadores de trama.
  3. Recuperación de los datos del sistema y la célula: El móvil ya no tiene problema en localizar el BCCH, donde se informa de las características de la célula, la localización, frecuencias…

GPRS

Arquitectura

  • Terminal móvil: nuevo terminal.
  • BTS: actualización software.
  • BSC: actualización software y requiere instalación PCU que dirige el tránsito de datos hacia la red GPRS.
  • Bases de datos: actualizaciones software.
  • Red corazón: introducción de SGSN y GGSN.

SGSN

Nodo que sirve para la entrega de paquetes desde y a las estaciones móviles dentro de su área de servicio. Routing de paquetes y transferencia, administración de movilidad, del link lógico, autenticación. Registro de localización.

GGSN

Actúa de interfaz entre la red troncal GPRS y las redes de paquetes de datos externos. Convierte los paquetes GPRS que vienen de SGSN en el paquete con el protocolo de formato adecuado y lo envía a la correspondiente red de paquetes.

EDGE

Cambio en modulación y codificación utilizadas en la interfaz de radio GSM+GPRS. Fase uno, permite conseguir 384 kbps en determinadas condiciones, EDGE fase dos contiene guías de cómo conseguir esta tasa para servicios de conmutación de circuitos.

WCDMA-UMTS

Todos los usuarios transmiten al mismo tiempo y en la misma frecuencia pero con códigos diferentes. Se basa en OVSF, que permite cambiar el factor de ampliación, manteniendo la ortogonalidad entre diferentes códigos de ampliación de diferentes longitudes. Primero se hace el ampliamiento con el código de canalización (downlink separa usuarios, uplink canales mismo terminal). Luego código de remezclado para separar a los usuarios (downlink separa sectores/célula, uplink separa usuarios). Nodo B y MS: receptor WCDMA, microdiversidad, control de potencia cuidadoso, RNC: control de admisiones de sus células, distribuciones de códigos de sus células, macrodiversidad, interfaz Iur: permite soft handover entre RNCs de diferentes fabricantes. Control de potencia de lazo abierto: ajuste de potencia en dirección UL. Se aplica a los primeros accesos de los móviles, primera estimación de las pérdidas. Control de potencia de lazo cerrado permite ajustar la potencia de transmisión cuando la conexión radio ya se ha establecido tanto en uplink como downlink, near-far effect, muy rápido en uplink.

Trama

  • Piloto: Se utiliza para la estimación del canal al receptor para una detección coherente.
  • TFCI: Indicador de formato de transporte utilizado en la transmisión.
  • FBI: Sirve para técnicas de transmisión downlink que requieren cierta información de realimentación del móvil en dirección uplink.
  • TPC: Comandas de control de potencia.

HSPA

Protocolo que permite un importante incremento de las tasas de transmisión de datos en las redes WCDMA utilizando la misma portadora o una nueva. Requiere nuevo software en los nodos, pequeños cambios del hardware de los nodos B y RNC y nuevas terminales, dos canales: HS-DSCH compartido entre todos los usuarios del nodo B con transmisiones de alta velocidad, E-DCH uno para cada terminal con una transmisión de subida de alta velocidad. 11,5/28,8 Mbps UL/DL.

HSDPA

La BTS estima la calidad del canal de datos de alta velocidad basándose en la información de feedback y adapta el tipo de modulación y codificación en consecuencia en vez de mejorar el canal con control de potencia, añade a la modulación QPSK 16QAM. Planificación de paquetes para canales dedicados HSDPA pasa del RNC a la BTS lo que permite una planificación rápida temporal y en cada momento transmite solo el usuario con la mejor calidad en el canal. Múltiples códigos pueden ser asignados a un usuario cada 2ms, se incorporan retransmisiones a nivel de capa física y se implementa en la BTS obteniendo la menor latencia, permite utilización de técnicas MIMO para obtener junto con 64QAM 28Mbps en DL.

LTE

Solo paquetes, proporciona conexión entre el equipo de usuario y la red de paquetes sin desorganización hasta los usuarios finales aplicaciones durante el movimiento. La capa física también utiliza las técnicas de modulación y codificación adaptativas y la planificación rápida de paquetes considerando el estado del canal, pero ahora la adaptación se puede hacer en frecuencia. Utiliza esquemas HARQ parecidos a HSDPA, utiliza múltiples antenas (MIMO). Se dividen en los que incrementan la calidad del enlace (diversidad MIMO) o la tasa de datos (multiplexación espacial MIMO). Ambas se usan en downlink LTE.