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REDES UMTS (3G) - LTE(Universal Mobile Telecommunication Services)(Long Term Evolution)

REDES GSM-UMTS -LTE

IMPLEMENTACION

PERFORMANCE (QoS)

Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones

HSxPA = HSDPA and HSUPA High Speed Downlink/Uplink Packet Access

3GSM

3G2.5G2G

TDMATDMA

IS-95IS-95

GSMGSM GPRSGPRS

1xRTT1xRTT

EDGE

1xEV-DO1xEV-DO

1xEV-DV1xEV-DV

W-CDMA

TD-SCDMAPDCPDC

W-CDMAHSxPA

TD-SCDMAHSxPA

1G

Analog

AMPSN-AMPSTACSetc

Analog

AMPSN-AMPSTACSetc

3GSM = W-CDMA & TD-SCDMA & HSDPA & HSUPA

Evolución de las Redes Celulares: GSM-UMTS


OBJETIVOS GSMPRIVACIDADROAMING ENTRE PAISESDATOSMEJORAR LA EFICIENCIA ESPECTRAL

OBJETIVOS INICIALES UMTS (3G)INTEGRACION DE REDES FIJAS Y MOVILESROAMING GLOBALMAYOR VELOCIDAD DE DATOS (hasta 2Mbps)AUMENTO DE LA EFICIENCIA ESPECTRAL NUEVOS SERVICIOS



3G es la abreviación de tercera generación de transmisión de voz y datos a través de telefonía móvil mediante UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): Estándar europeo miembro de la familia global ITM-2000 (International Mobile Telecommunications-2000), perteneciente a la ITU (International Telecommunication Union)

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) es una tecnología móvil inalámbrica de 3G que aumenta las tasas de transmisión de datos de los sistemas GSM utilizando la interfaz aérea CDMA en lugar de TDMA y por ello ofrece velocidades de datos mucho más altas en dispositivos inalámbricos móviles y portátiles que las ofrecidas hasta el momento.

El estándar de WCDMA fue desarrollado como el proyecto de la sociedad de la tercera generación (3GPP) que apunta a asegurar interoperabilidad entre diversas redes 3G. (3GPP - 3rd Generation Partnership Project)



REQUISITOS DE UN OPERADOR UMTSUMTS tendrá que reutilizar la infraestructura de red de GSMLa primera fase UMTS deberá tener un impacto mínimo en los nodos de GSMDeberá ser posible aumentar la cobertura gradualmente según vaya creciendo la demandaLos terminales tendrán que ser multinorma 2G&3GDisponibilidad de traspasos (handoff ) entre sistemas 2G y 3GTendrá que ser posible la reutilización de los sitios 2G

REQUISITOS DE EVOLUCION DE LA TECNOLOGIAUso más eficiente de los recursos radioFlexibilidad para integrar servicios de distinta naturalezaMayor relación de las TI (Tecnologías de la Información), orientadas a paquetes, en las tecnologías de las telecomunicacionesIntegración paulatina de las redes de acceso vía radio en una plataforma troncal de transporte basada en transmisión y conmutación de paquetes (IP, ATM)La gestión de recursos radio (scheduling) pasa a tener un papel fundamental



HSxPA = HSDPA and HSUPA High Speed Downlink/Uplink Packet Access

3GSM

3G2.5G2G

TDMATDMA

IS-95IS-95

GSMGSM GPRSGPRS

1xRTT1xRTT

EDGE

1xEV-DO1xEV-DO

1xEV-DV1xEV-DV

W-CDMA

TD-SCDMAPDCPDC

W-CDMAHSxPA

TD-SCDMAHSxPA

1G

Analog

AMPSN-AMPSTACSetc

Analog

AMPSN-AMPSTACSetc

3GSM = W-CDMA & TD-SCDMA & HSDPA & HSUPA



Punto de Partida: GSM-GPRS-EDGE Network

GSM Global System for Mobile communications GPRS: General Packet Radio ServiceEDGE: Exchanged Data Rates for Global/GSM Evolution o EGPRS

UE: User EquipmentMS :Mobile Station ( ME+SIM)GERAN: GSM EDGE Radio Access NetworkBSS: Base Station SubsystemBSC: Base Station ControllerBTS: Base Transceiver StationPCU (Packet Control Unit)



CN: Core Network ( CS + PS)MSC: Mobile service Switching CenterGMSC: Gateway MSCVLR: Visitor Location RegisterHLR: Home Location RegisterEIR: Equipment Identity RegisterAUC: Authentication CenterSMS: Short Message Service CentreSGSN: Serving GPRS Support Node GGSN: Gateway GPRS Support NodeISDN: Integrated Services Digital Network PSTN: Public Switched Telephone NetworkPDN: Public Data Network



GSM-UMTS Network

WCDMA

UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems)WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network


Radio Network Controller (RNC) ATM link connection with Node B (Iub) / CN (Iu) Termination of control signal from Node B, CN Call connection control with mobile station Traffic data collection/statistics Radio Resource Management Node B concentration

IubNodeB

RNC

Iu

NodeB

NodeB

CoreNetwork

NodeB

NodeB

IubNode B ATM link connection with RNC (Iub) Termination of control signal with RNC Termination of radio interface Call connection with Mobile Station Softer handover control (between sectors) Traffic data collection/statistics

UTRAN NetworkThe major characteristics of UTRAN are: Capacity on demand due to variable spreading factors Support of CS and PS bearer services Open interfaces and standardized network architecture to

allow multi-vendor operation Seamless handover between 2G and 3G networks Channel bandwidth: 5 MHz High data rates up to 384 kbps (FDD) and beyond 2 Mbps

with HSDPA.


GSM Bands - Argentina

25MHz

60MHz


CANALES

TS

FDMA TDMA

Métodos de Accesos en GSM: FDMA/TDMA

GSM Air Interface: Canales de Radio


TS 1

TS 0

TS 2TS 3

TS 4TS 5

TS 6TS 7

TDMA FRAME n

TDMA

FRAME n+1

4,615 ms 0,577 ms

FDMA

11 22 33 123 123 124 124

200 kHz Channel

200 kHz Channel

25 MHz 25 MHz

824 Uplink 849 MHz 869 Downlink 894 MHz

FDMA

TRX



0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 56 7

6 7

MS

TXRX

RXTX

BTS

Trama TDMA = 4,615 msegTS = 577µsegCanal Físico GSM


Ts=0,577 msVtx= 156,25 bits / 0,577 ms= 270,833 KbpsTframe=0,577 x 8=4,615 msBits de datos=114 bitsVcanal=114 bits/4,615 ms=24,7 KbpsRendimiento= 114/148=77%


Canales lógicos

FrequencyCorrection

Burst

AccessBurst

DummyBurstNormal BurstSynchronization

Burst

FCCH FACCHSACCHSDCCHRACHAGCHPCHBCCHSCH CBCH

Control Channels Traffic Channels

BCCH DCCH ACCHCCCH

HalfRate

FullRate



UTRAN Air Interface


UTRAN Air Interface

CEIng. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones

Broadcast Control Channel (BCCH)Paging Control Channel (PCCH)Common Control Channel (CCCH)Dedicated Control Channel (DCCH)Canales de tráfico:Dedicated Traffic Channel (DTCH)Common Traffic Channel (CTCH)

Dedicated Channel (DCHBroadcast Channel (BCH)Forward Access Channel (FACH)Paging Channel (PCH)Random Access Channel (RACH)Uplink Common Packet Channel(CPCH)Downlink Shared Channel (DSCH)

Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH)Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)Physical Random Access Channel (PRACH)Dedicated Physical Data Channel ( DPDCH)Dedicated Physical Control Channel ( DPCCH)Physical Downlink Shared Channel ( PDSCH)Physical Common Packet Channel ( PCPCH)

Canales Lógicos, Físicos y Transporte WCDMA-UTRANUTRAN Air Interface


GSM-UMTS Bands - Argentina

25MHz

60MHz


TRXs

CE

TRXs TRXs

UTRAN Air InterfaceLocalización de las bandas GSM-WCDMA


IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTSObjetivo del operador:Maximizar el número de usuarios para un número fijo de infraestructuras (sitios)Objetivo del usuario:Maximizar la calidad de servicio por la mínima cantidad de dinero.Diseño de la red móvil:Ubicación de las estaciones base para maximizar la cobertura/capacidad con el mínimo número de estaciones base requeridas para garantizar una QoS fija.Gestión de recursos radio:Dadas unas estaciones base, ¿cómo se deben asignar la potencia, las frecuencias y los slots para cumplir los requisitos de QoS del máximo número de usuarios cuando se desplazan a través del sistema?.


SITIO:NODO BHARDWARESOFTWARE

INFRAESTRUCTURAESTRUCTURAPANELES CELULARES

PA PA

FO

PA

IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS


NODO B•HARDWARECPU1TX/2RXTRAMA (E1, SDH, FO)

•SOFTWARESDR Software Defined Radio

SITIO:INDOOR, OUTDOORALIMENTACION:+24cc,-48cc, 220ca, 380caTRAMA:E1, SDH, FO



PANELES CELULARES SECTORIALESDUALPOLE

850

DUALBAND 850/1900

DUALPOLE 1900



DUALBAND

OCTOPOLE

IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTSPANELES CELULARES SECTORIALES


1900 850

GSM

UTN1 UTN4

UTN2 UTN5

UTN3 UTN6

UMTS

UTNM UTNA

UTNN UTNB

UTNO UTNC

UTN4UTN6

UTN5

SITIO con 3 SECTORESGSM: 3 SECTORES 850 4/4/4 UTN1UTN3

UTN2

UTNMUTNO

UTNN

UTNAUTNC

UTNB

GSM: 3 SECTORES 19004/4/4UMTS: 3 SECTORES 8501/1/1UMTS: 3 SECTORES 19001/1/1



1900 850

GSM

UTN1 UTN4

UTN2 UTN5

UTN3 UTN6

UMTS

UTNM UTNA

UTNN UTNB

UTNO UTNC

1900 850

GSM

UTN1 UTN4

UTN2 UTN5

UTN3 UTN6

UMTS

UTNM/P UTNA/D

UTNN/Q UTNB/E

UTNO/R UTNC/F

A

B

C

A

B

C D

E

F

DUALBEAMQUAD POLE


6 SECTORES !!



GSM: 850GSM:1900

UMTS 850 6 Sectores

UMTS 1900 6 Sectores


ESTRUCTURAS

TAS MASTIL MONOPOSTE LUMINARIA



ESTRUCTURAS

FAST SITE

PEDESTALES

PINO CAMUFLADO



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 LTERelease 9 Estudio inicial para LTE-Advanced. Otras mejorasRelease 10 LTE-Advanced

EVOLUCION DE REDES UMTS


Incluye mejoras a la red CORE y en particular la noción de que sea independiente del “servicio”Se incluyo el concepto de “All IP Networks”, redes basadas en Soft Switch (MSC fue reemplazado por MSC Server y el MGW, Media Gateway)

Release 4EVOLUCION DE REDES UMTS


HSDPA se incluye en la R5 con el objetivo de incrementar la tasa de transmisión del DOWNLINKRealiza mejoras sobre los 5MHz de ancho de banda del canal de DL usando una técnica diferente de modulación y codificación: 16QAM y AMC (Adaptive Modulation and Coding)Implementa un nuevo canal llamado HS-DSCH (High Speed Downlink SharedChannel), este canal es compartido entre todos los usuarios brindando altas velocidades de bajada (14.4 Mbps) y soporta tasas de throughput promedio cercanas a 1 Mbps. mejorando así también el uso del espectro.También implementa el Fast Packet Sheduling y HARQ (Hybrid Automatic Repeat-Request).

Release 5 HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) EVOLUCION DE REDES UMTS

Es la evolución de la tercerageneración (3G) detecnología móvil, llamada 3.5G, y se considera el pasoprevio antes de la cuarta generación (4G), la futura integración de redes.


HSUPA se incluye en la R6 con el objetivo de incrementar la tasa de transmisión del UPLINKFlexible Coding, cambio dinámico de la codificación, mejora la eficienciaFast Power Scheduling, ajuste de potencia de móviles mas veloz.Utiliza Fast Hybrid Automatic Repeat Request (FHARQ) similar a HSDPA.Se realiza Scheduling de paquetes en el nodo B, al igual que HSDPA.

Release 6 HSUPA (High Speed Up Packet Access) EVOLUCION DE REDES UMTS

El acceso ascendente de paquetes a alta velocidad es un protocolo de acceso de datos para redes de telefonía móvil con alta tasa de transferencia de subida (hasta 5.8 Mbps). Calificado como generación 3.75 (3.75G), es una evolución de HSDPA .


HSPA+ se especifican diversas mejoras sobre HSDPA/HSUPA, que dan lugar a lo que se conoce como HSPA Evolution o HSPA+.Modulación 16-QAM para HSUPA (11,76 Mbps) y 64-QAM para HSDPA (21,6 Mbps)MIMO (Mltiple Input Multiple Output) en el DL para la modulación 16-QAM (2 TX + 2RX) que permiten duplicar la tasa de transmisión de HSDPA, alcanzando los 28 Mbps. MIMO con 64-QAM no se incluye en R7, pero en teoría podría permitir velocidades superiores a los 40Mbps. Power Enhancements, mejoras como DTX, DRXLess Overhead, mejora en la capa MAC del DL, menos encabezados.

Release 7 HSPA+ (HSDPA+HSUPA)EVOLUCION DE REDES 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 LTERelease 9 Estudio inicial para LTE-Advanced. Otras mejorasRelease 10 LTE-Advanced

EVOLUCION DE REDES UMTS - LTE



Para HSPA+64 QAM + MIMO para DL, indicando una tasa teorica de 42Mbps.Dual Cell Operation (DC-HSDPA), permite operar 2 portadoras UMTS de 5MHz.Less Uplink Overhead, para reducir mas los encabezados para aumentar la eficiencia.

Release 8: HSPA+ y LTE

Para LTEEnhanced Techniques

OFDMA en DL, robusto frente a las múltiples interferencias y de alta afinidad a las técnicas avanzadas como MIMO.DFTS-OFDMA (single-Carrier FDMA) en UL

Flexible Bandwidth, ancho de banda adaptativo (1.4, 3, 5, 10 y 20MHz)Flexible Spectrum Options, puede trabajar en muchas frecuencias diferentes.High Data Rates, ejemplo: 326.50MHz (4x4 antenas)Very Fast SchedulingImproved Latency, muy baja latencia con valores de 100 ms para el Control-Plane y 10 ms para el User-Plane. Mas de 200 usuarios por celdas.


EVOLUCION DE REDES UMTS - LTERelease 8: HSPA+ y LTE


Spectrum Overlapping of multiple OFDM carriers

LTE Air Interface: OFDMA


PRB (Physical Resource Block), mínimo elemento de información que puede ser asignado por el eNB a un terminal móvil. Un PRB ocupa 180 KHz de banda equivalente a 12 subportadoras equi-espaciadas 15 KHz entre ellas y en él se transmiten 6 o 7 símbolos OFDMA, dependiendo de la longitud del prefijo cíclico. La duración de un PRB es de 0,5 ms, es decir la duración de un slot o ranura de tiempo



LTE Air Interface: SC-FDMASimilar a la señal OFDM, pero…OFDMA, cada sub‐carrier solo lleva informacion relativa a un simbolo especifico.SC‐FDMA, cada sub‐carrier contiene información of TODOS los simbolos transmitidos.


Canales Lógicos, Físicos y Transporte E-UTRANEVOLUCION DE REDES UMTS - LTE


GSM-UMTS Bands - Argentina

25MHz

60MHz


LTE Bands - Argentina

45MHz

Banda 4 (AWS 1700 / 2100 MHz.)

UP LINK DOWN LINK ANCHO (MHz) OPERADORA

1710 1720 2110 2120 10 Telefónica

1720 1730 2120 2130 10 Claro

1730 1745 2130 2145 15 Personal

1745 1755 2145 2155 10

Banda 28 (ATP 700)

UP LINK DOWN LINK ANCHO (MHz) OPERADORA

703 748 758 803 45 sin licitar


IMPLEMENTACION DE REDES:GSM-UMTS-LTE

GSM: 850GSM:1900

UMTS 850 6 Sectores


LTE 2100MHZ


IMPLEMENTACION DE REDES:GSM-UMTS-LTE


1900 850

GSMUTN1 UTN4UTN2 UTN5UTN3 UTN6

UMTSUTNM/P UTNA/DUTNN/Q UTNB/EUTNO/R UTNC/F

GSM: 850GSM:1900

UMTS 850 6 Sectores


LTE 2100MHZ

PERFORMANCE (QoS)Se definen distintas características de QoS sobre la base de la:Tecnología.

Percepción del usuario.

Gestión estática de los recursos.

Gestión dinámica de los recursos

QoS basada en la Tecnología Trafico de Voz

Trafico de Datos

Ancho de Banda

Indisponibilidad %

Tasa de errores


PERFORMANCE (QoS)

UTN1 UTN2 UTN3 UTN4 UTN5 UTN6

UTN1

QoS basada en la Tecnología Trafico de Voz:

CANT. LLAMADAS


PERFORMANCE (QoS) QoS basada en la Tecnología Trafico de Voz:

CANT. LLAMADAS vs

INTENTOS

UTN1


QoS basada en la Tecnología Trafico de DATOS:

Cant. De USUARIOS

PERFORMANCE (QoS)

UTNM UTNN UTNO UTNP UTNQ UTNR


QoS basada en la Tecnología Trafico de DATOS:

Cant. De USUARIOS vs

Disponibilidad

PERFORMANCE (QoS)


PERFORMANCE (QoS)

UTNA UTNB UTNC UTND UTNE UTNF

UTNA UTNB UTNC UTND UTNE UTNF

QoS basada en la Tecnología Indisponibilidad %

HDSPA - HSUPA


PERFORMANCE (QoS) QoS basada en la Tecnología Ancho de Banda (ATM)

Ancho de Banda vs Trafico

Total


PERFORMANCE (QoS) QoS basada en la Tecnología Ancho de Banda (ATM/IP)

Ancho de Banda vs Trafico

Total


MUCHAS GRACIAS !!


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