Redes Digitales de Servicios Integrados(IT526M)

Facultad de Ingeniería Eléctrica y ElectrónicaIngeniería de Telecomunicaciones

Sesión: 12Redes Móviles 3G

Prof. Ing. José C. Benítez P.

Sesión. Redes Móviles 3G y 4G

1. Introducción.2. Tercera generación

(3G).3. UMTS..

1. IntroducciónOrganismos de estandarización

• ETSI (European Telecommunications Standards Institute) Creado por la CEPT (Conferencia Europea de Administraciones de

Correos y Telecomunicaciones) en 1988, tiene su sede en Francia.

Estandarización inicial de GSM, GPRS y UMTS.

www.etsi.org

• 3GPP (Third Generation Partnership Project) Creado en 1998.

Acuerdo de colaboración entre ETSI y otros organismos de

estandarización oficiales (Japón, China, Corea, USA)

Actualmente se ocupa de la estandarización de GSM, UMTS y LTE

(incluyendo sus evoluciones)

Formado por fabricantes, operadores y otros (afiliados a un organismo

de estandarización: ETSI u otros)

www.3gpp.org

• 3GPP2 (Third Generation Partnership Project 2) Creado en 2000.

Similar a 3GPP pero para sistemas americanos (cdma2000).

www.3gpp2.org

1. Introducción3GPP

1. Introducción

Generaciones de comunicaciones móviles

1. Introducción

Generaciones de comunicaciones móviles

1. Introducción

Generaciones de comunicaciones móviles

1. Introducción

Origen y Evolución de GSM• 1982: Creación del Groupe Spéciale Mobile (GSM) en la CEPT.

Reserva de frecuencias en Europa para el futuro sistema.

• 1987: Selección de características generales: tecnología digital, acceso

múltiple TDMA.

• 1989: La estandarización del GSM pasa a depender del ETSI.

• 1990: Termina la especificación de la fase 1: voz, SMS, datos en modo

circuito, roaming internacional, servicios suplementarios (desvío,

restricción de llamadas).

• 1992: Comienzo de operación en algunos países.

• 1996: Fase 2. Mejoras; DCS-1800 (luego GSM-1800).

• 1998: Fase 2+ (varias releases). Mejoras: mayor velocidad de datos;

HSCSD; GPRS.

• 1998: La estandarización pasa realizarse en el 3GPP, en el cual se

integra el ETSI.

• 2004: 1000 millones de usuarios de GSM.

• 2006: 2000 millones de usuarios de GSM.

1. Introducción

Arquitectura GSM (CR)

PLMN: Public Land Mobile Network (GSM)

MS: Mobile Station

SIM: Subscriber Identity Module

ME: Mobile equipment

BSS: Base Station Subsystem

BSC: Base Station Controller

BTS: Base Transceiver Station

NSS: Network and Switching Subsystem

GMSC: Gateway MSC

EIR: Equipment Identity Register

HLR: Home Location Register

AuC: Authentication Center

MSC: Mobile Switching Center

VLR: Visitors Location Register

OSS: Operation and Supervision Subsystem

NMC: Network Management Center

OMC: Operation and Maintenance Center

SMSC Short Message Service Center

PSTN: Public Switched Telephone Network

1. Introducción

Arquitectura GSM (CR)

1. IntroducciónOrigen de GPRS

• General Packet Radio Service (GPRS) o servicio general de paquetes

vía radio.

• Creado en la década de los 80, es una extensión del Sistema Global

para Comunicaciones Móviles (Global System for Mobile

Communications o GSM) para la transmisión de datos mediante

conmutación de paquetes.

• Definido por ETSI/3GPP como parte de la fase 2+ de especificaciones

GSM.

• Generación “2,5”.

• Existe un servicio similar para los teléfonos móviles, el sistema IS-136.

Permite velocidades de transferencia de 56 a 114 kbps.

• Con GPRS se pueden utilizar servicios como Wireless Application

Protocol (WAP), servicio de mensajes cortos (SMS), servicio de

mensajería multimedia (MMS), Internet y servicios de comunicación,

como el correo electrónico y la World Wide Web (WWW).

1. IntroducciónRed de GPRS

• Una conexión GPRS está establecida por la referencia a su APN (nombre del

punto de acceso).

• Para fijar una conexión de GPRS para una MS, un usuario debe especificar

un APN, opcionalmente un nombre y contraseña de usuario, y muy raramente

una dirección IP, todo proporcionado por el operador de red.

• La transferencia de datos de GPRS se cobra por volumen de información

transmitida (en kilo o megabytes), mientras que la comunicación de datos a

través de conmutación de circuitos tradicionales se factura por minuto de

tiempo de conexión, independientemente de si el usuario utiliza toda la

capacidad del canal o está en un estado de inactividad.

• Por este motivo, se considera más adecuada la conexión conmutada para

servicios como la voz que requieren un ancho de banda constante durante la

transmisión, mientras que los servicios de paquetes como GPRS se orientan

al tráfico de datos.

• La tecnología GPRS como bien lo indica su nombre es un servicio (Service)

orientado a radio enlaces (Radio) que da mejor rendimiento a la conmutación

de paquetes (Packet) en dichos radio enlaces.

1. IntroducciónCSD vs GSM vs GPRS

• Para comparar GPRS con GSM se utiliza normalmente la velocidad de

transmisión de SMS.

• Sobre una red GPRS se pueden enviar aproximadamente 30 SMS por minuto,

frente a los 6 a 10 SMS que permite GSM.

1. Introducción

Características de GPRS

• Red de conmutación de paquetes.

• Se aprovecha gran parte de la estructura de red GSM.

• Reserva flexible de canales radio.

• Adecuado para tráfico a ráfagas.

• Requiere cambios en la red:

– Terminal móvil: compatible con GPRS (todos

actualmente).

– Red fija: no requiere cambios de hardware en las

BTS; sí en los BSC y en el núcleo de red.

• Velocidad de hasta 21,4 kbps por intervalo.

1. Introducción

Arquitectura de GPRS (CR)

Elementos nuevos en GPRS:

• PCU: Packet Control Unit. Forma parte del BSC. Gestiona las funciones

relacionadas con la transmisión de paquetes en la interfaz radio.

• SGSN: Serving GPRS Support Node. Nodo de conmutación de paquetes.

• GGSN: Gateway GPRS Support Node. Nodo de conmutación de paquetes

con funciones de interconexión con otras redes de datos.

• BG: Border Gateway. Interconexión con otras PLMN’s.

• MS: debe ser compatible con GPRS.

2. Tercera generación (3G)Características:

• Las tecnologías de la 3G se categorizan dentro del IMT-2000

(International Mobile Telecommunications-2000) de la ITU, que

define el estándar para que todas las redes 3G sean compatibles.

• Gran capacidad.

• Variedad de servicios:

‒ Velocidad binaria elevada: hasta

▫ 144 kb/s en entornos rurales.

▫ 384 kb/s en entornos suburbanos.

▫ 2 Mb/s en entornos urbanos.

‒ Velocidad binaria variable dinámicamente.

‒ Conmutación de circuitos y de paquetes.

• Estructura modular y arquitectura abierta para la introducción de

nuevas aplicaciones.

• UMTS permite introducir muchos más usuarios a la red global del

sistema, y además permite incrementar la velocidad a 2 Mbps por

usuario móvil.

3. UMTS

Características de UMTS:

• UMTS es una de las tecnologías usadas por los móviles de 3G,

sucesora de GSM, debido a que la tecnología GSM propiamente

dicha no podía seguir un camino evolutivo para llegar a brindar

servicios considerados de 3G.

• Aunque inicialmente esté pensada para su uso en teléfonos móviles,

la red UMTS no está limitada a estos dispositivos, pudiendo ser

utilizada por otros.

• Sus grandes características son:

• Las capacidades multimedia,

• Velocidad de acceso a Internet elevada, la cual también le

permite transmitir audio y video en tiempo real; y

• una transmisión de voz con calidad equiparable a las redes fijas.

• Además, dispone de una variedad de servicios muy extensa,

roaming internacional e interoperatividad.

3. UMTS

Origen de UMTS:

• “Universal Mobile Telecommunication System”.

• 1995: Proyecto europeo FRAMES para selección de método de

acceso múltiple: propuesta con dos modos TDMA y CDMA.

• 1997: Proceso de selección de tecnologías para UMTS por parte

de ETSI: propuesta con cinco categorías.

• 1998: Selección de dos tecnologías por parte de ETSI: WCDMA

(FDD) y TD-CDMA (TDD).

• 1999: Creación de 3GPP y 3GPP2. Armonización de propuestas

para IMT-2000.

• 2000: Definición de IMT-2000: cinco modos (posteriormente seis)

• 2001: Pruebas no comerciales de UMTS.

• 2003: Primeros terminales UMTS/GSM. Explotación comercial.

• 2006: Comienzo de explotación comercial de HSDPA (3.5G).

• 2007: Comienzo de explotación comercial de HSUPA (3.75G).

• 2009: Comienzo del despliegue comercial de HSDPA+.

3. UMTS

• Release 99: Especificación básica.

• Release 4: Mejoras en Release 99.

• Release 5: HSDPA. Otras mejoras.

• Release 6: HSUPA. Mejoras en HSDPA.

• Release 7: Evolución de HSPA (HSPA+)

• Release 8: LTE

• Release 9: Estudio inicial para LTE-Advanced. Otras mejoras.

• Release 10: LTE-Advanced

Evolución 3GPP:

3. UMTSEvolución 3GPP:

• Release 6: HSUPA. Mejoras en HSDPA.

• Release 7: Evolución de HSPA (HSPA+)

• Release 8: LTE

3. UMTSEvolución 3GPP:

3. UMTSEvolución 3GPP:

3. UMTSEvolución 3GPP:

3. UMTSEvolución 3GPP:

3. UMTSEvolución 3GPP:

3. UMTSEvolución 3GPP:

3. UMTSEvolución 3GPP:

3. UMTSEvolución 3GPP:

3. UMTSEvolución 3GPP:

3. UMTSEvolución 3GPP:

3. UMTSEvolución 3GPP:

3. UMTSArquitectura general:

3. UMTSArquitectura de la red de acceso (UTRAN):

• RNS: Radio Network Subsystem

• RNC: Radio Network Controller. Se encarga del

control de la red de acceso radio.

• Nodo B (Node B): Estación base

• El interfaz Iur es necesario para gestionar el traspaso

con continuidad entre bases de RNC diferentes.

3. UMTSArquitectura básica del núcleo de red (CN):

Hay dos núcleos de red diferenciados:

• CS (Circuit Switched): similar al

núcleo de red de GSM (MSC).

• PS (Packet Switched): similar al

núcleo de red de GPRS (SGSN).

3. UMTS

Zonas e identidades:

• MCC, MNC, IMSI, TMSI, P-TMSI, IMEI: como en GSM/GPRS

• Áreas de localización:

– LA (LAC): como en GSM.

– RA (RAC): como en GPRS.

– URA (UTRAN Registration Area): concepto nuevo en UMTS. Una

célula puede pertenecer a varias URA. Se consigue así una

histéresis, similar a la utilizada en los cambios de LA o de RA.

• Célula (CI): como en GSM/GPRS.

• En UMTS existen varios estados de conexión. En función del estado,

el móvil tiene que enviar a la red actualizaciones (normales y

periódicas) de alguna de estas áreas:

– LA y RA (LA Update, RA Update); o bien

– URA (URA Update); o bien

– Célula (Cell Update; normales y periódicas).

3. UMTSInterfaz radio: Características generales:

• UMTS: componente terrestre / por satélite. Actualmente sólo

terrestre: UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access).

• UTRA: FDMA/DS-CDMA (“WCDMA”) con FDD / TDD. Actualmente

sólo el modo FDD está en funcionamiento.

• Separación entre portadoras: 5 MHz

• Velocidad de chip: 3.84 Mc/s

• Ensanchamiento espectral:

– Códigos de canalización: códigos ortogonales con factor de

ensanchamiento variable (OVSF) en potencias de 2.

– Códigos de aleatorización: varios tipos de códigos PN.

• Modulación: BPSK / QPSK

• Estructura de trama temporal (no TDMA)

• Potencia máxima del terminal móvil: 21 ó 24 dBm habitualmente.

• Conmutación de circuitos y de paquetes.

• Velocidad binaria variable de forma estática y dinámica.

• Traspaso con continuidad (soft) y entre portadoras o hacia otros

sistemas (hard).

3. UMTS

Bandas de frecuencia:

• Modo FDD: bandas “emparejadas”: 12 portadoras para

cada sentido de transmisión

– UL: 1920–1980 MHz

– DL: 2110–2170 MHz.

Hay otras bandas, aunque se utilizan menos.

• Modo TDD: bandas “no emparejadas”: 7 portadoras

para ambos sentidos de transmisión

– 1900–1920 MHz

– 2010–2025 MHz.

• UARFCN (UTRA ARFCN): f = 0,2n (MHz).

3. UMTS

Canales lógicos, de transporte y físicos:

• Canales lógicos: definen el tipo de información

enviada: De control / de tráfico.

Un canal lógico se puede usar para enviar información de

control de las capas superiores (signalling radio bearer,

SRB) o de tráfico (radio bearer, RB).

• Canales de transporte: definen el formato de envío:

Comunes / dedicados.

• Canales físicos: definen los recursos físicos utilizados:

frecuencia, secuencias de código. Además pueden

distinguirse por división temporal (en DL) o por fase I/Q

(en UL).

Comunes / dedicados

Asociados a canales de transporte / no.

3. UMTS

Canales lógicos:

• De control

‒ BCCH (Broadcast Control Channel, DL): información

general de configuración de la red.

‒ PCCH (Paging Control Channel, DL): avisos a móviles.

‒ CCCH (Common Control Channel, DL y UL): otros tipos

de señalización común.

‒ DCCH (Dedicated Control Channel, DL y UL):

señalización dedicada.

• De tráfico

‒ DTCH (Dedicated Traffic Channel, DL y UL): información

dedicada.

‒ CTCH (Common Traffic Channel, DL): información punto

multipunto.

3. UMTS

Canales de transporte:

• Comunes

– BCH (Broadcast Channel, DL): sustenta el BCCH.

– PCH (Paging Channel, DL): sustenta el PCCH.

– RACH (Random Access Channel, UL): se utiliza para

transacciones cortas cuando el móvil no tiene canal

dedicado.

– FACH (Forward Access Channel, DL): se utiliza para

transacciones cortas cuando el móvil no tiene canal

dedicado.

• Dedicado

– DCH (Dedicated Channel, DL y UL): se utiliza para

transferencias largas de información.

3. UMTSCanales físicos:

• Asociados a canales de transporte

‒ P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel):

transmite el BCH.

‒ S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel):

FACH y PCH.

‒ PRACH (Physical Random Access Channel): RACH.

‒ DPDCH (Dedicated Physical Data Channel): DCH, parte de

datos (información de capas superiores: tráfico o señalización).

‒ DPCCH (Dedicated Physical Control Channel): DCH, parte de

señalización (de nivel físico).

• No asociados a canales de transporte.

‒ CPICH (Common Pilot Channel): piloto.

‒ SCH (Synchronization Channel): primario (P-SCH) y

secundario (S-SCH): sincronización.

‒ PICH (Paging Indication Channel): se usa junto con PCH.

‒ AICH (Access Indication Channel): se usa junto con RACH.

3. UMTSCorrespondencias:

Bibliografía

• “Evolved Packet System (EPS): The LTE and the SAE Evolution of 3G UMTS”, P. Lescuyer, and T. Lucidarme, John Wiley & Sons Ltd.

• www.4gamericas.com. Última visita agosto 2014.

• “Long Term Evolution (LTE): A Technical Overview”, Motorola

S12. 3G

Blog del curso:http://unirdsi.blogspot.com