celular es

UPC Grupo de Comunicaciones Radio 1

• Sistemas celulares– Reuso de Frecuencias– Cálculo CIR. Relación con el factor de reuso– Sectorización y Eficiencia– Nuevas Estructuras

• Técnicas de Acceso Múltiple– FDMA– TDMA: Evaluación de la capacidad– CDMA: Aspectos básicos. Tasa de Error. Cálculo de la capacidad

• Técnicas de Duplexado– Duplex por división de frecuencia, FDD– Duplex por división en tiempo, TDD

• Estructura de la Red Móvil– Funciones básicas– Estructura de Protocolos de una red de acceso radio

Comunicaciones móviles celulares


• Protocolos de Acceso MAC– Slotted Aloha-CDMA– Protocolo ISMA– Protocolo DQRAP-CDMA

• Protocolos de Control de Enlace (RLC)– Técnicas de retransmisión (ARQ): Stop & Wait, Go-Back-N, ARQ selectivo– Técnicas de control de Flujo: Protocolo de Ventana Deslizante

Comunicaciones móviles celulares (cont.)


A

BG

F

E

DC

A

F

E

seven cell cluster

cells with like letters use the same set of frequencies

mean re-use distance

u Sistemas basados en la reutilización de frecuenciasu Cobertura dividida en células (baja potencia)

u Hexágonos (permiten teselación con área similar al círculo)– Tamaño de la célula depende del tráfico– Estaciones base interconectadas– Agrupacion de células en clusters

SISTEMAS CELULARES


u En un cluster se utilizan todos los radiocanales.u Usuarios de distintos clusters usan simultáneamente el mismo

radiocanal (aumenta eficiencia )

u La estructura se diseña para reducir la interferencia cocanal.

)2m.Hz/.ch(KCN

.TB

1.KCN

.SN

TB1.

CS/NN/K

C ηη======ηη

u HANDOVER (traspaso de canal al cambiar de célula)

– Automatico, sin intervencion del usuario Incremento señalización

– Consume tiempo

REUSO DE FRECUENCIAS

K K es el es el factor de factor de reuso reuso ((numnum. . células por células por cluster)cluster)


CALCULO CIR

RRD: D: distancia distancia de de reusoreuso

Punto Punto con con las peoreslas peorescondicionescondiciones de CIR de CIR

αα

αα

αα

−−==

−−ββ

ββ==== 1

RD

)RD(1

R1

PP

CIRI

u

αα

−−==== 1

RD

61

PP

CIRI

u

αα factor de factor de atenuaciatenuacióónncon la con la distancia distancia (2-5)(2-5)


u No todos los valores de K son implementables (existen valorespara los que la distancia de reutilización no se mantiene, CIRvariable).

u Debe cumplirse: con u1 y v1 enteros

RELACION ENTRE K Y CIR

1121

21 vuvuK ++++==

11 11

11 11

11 22

11 22

11

11

11 22

33 11

33

22

11 22

33 11

33

22

K=1K=1

K= 4, 7,...K= 4, 7,...sisiK= 5, 6 noK= 5, 6 no

K=2, noK=2, noK=3, K=3, sisi


RELACION ENTRE K Y CIR

1121

21 vuvuK ++++==

PP

OO

αααα

RRdd

23

R30cosRd ====

DRK3DK)sinDv()cosDvDu(OP 12

112

1111 ======αα++αα++==

R3d2D1 ====

DD11 distancia entre centros distancia entre centros de dos de dos células vecinascélulas vecinas

(( ))αααα

−−==

−−== 1K3

61

1RD

61

CIR (( ))2/1)CIR6(131

K αα++==


uSECTORIZACIÓN (antenas direccionales 120 º):

n = núm. células interferentes { Antenas omnidireccionales n = 6

Antenas sectoriales (120º) n = 2– Cambio de sector handover

– Se utiliza solo en zonas de tráfico elevado

SECTORIZACION Y EFICIENCIA

(( ))2/1)nCIR(131

K αα++==

)2m.Hz/.ch(K1

RB1

2R

1

TB1.

CS/NN/K

C ππ====ηη

uEFICIENCIA– disminución del tamaño de la célula (aumenta el handover)

– disminución del ancho de banda del radiocanal

– disminución de K: - sectorización (aumenta el handover)

- disminuir CIR (modulaciones digitales)


u MICROCELULAS (metropolitanas)– Cobertura: centenares de metros (baja pot.)

– usualmente en LOS

– Base por debajo de la altura de los edificios.

– Propagación guiada

u PICOCELULAS (indoor)– fuerte obstaculización

– estaciones base en cada planta

– cobertura del unos 100 m (baja pot.)

base stationmobil unit

LOS

mobil unitNLOS

thik wall thin wall

base

NUEVAS ESTRUCTURAS


u CELULA MULTICAPA

2+ Mb/s

In building

pico-cell

0.01 - 0.1 km

1 - 2 Mb/s

Metropolitan

micro-cell

0.1 - 0.5 km

300 kb/s

City-Urban-Ruralmacro-cell

0.5 - 100 km

Global cell by Mobile Satellite

Macrocell

Microcell

Picocell

u MACRO-CÉLULAS

u MICRO-CÉLULAS

u PICO-CÉLULAS

CLASIFICACIÓN TIPOS DE CÉLULAS


Técnicas de Acceso Múltiple:

• Acceso múltiple por División de Frecuencia - FDMA• Acceso múltiple por División en el Tiempo - TDMA• Acceso múltiple por Decisión en el Código - CDMA


* FDMAFrecuencia

TiempoUsuario 1

Usuario 2

Usuario 3Usuario 4

f1

f2

f3

f4

t10 t2 t3 t4

SE BASA EN LA SEGMENTACIÓN EN RADIOCANALES DE LA BANDADISPONIBLE.

A cada usuario se leasigna un radiocanal

Se divide el ancho de banda total asignado BT en M canales. Cada usuariotransmite durante todo el tiempo ocupando su canal.

1 2 3 M4

BT

f

BgBc Filtro separador

ACCESO MULTIPLE FDMA (I)


CARACTERÍSTICAS

4 Compatibilidad con modulaciones y señales analógicas y digitales.4 Sencillez de implementación. Tecnología muy experimentada.4 No hace falta igualador (un usuario ocupa una banda reducida)4 Complejidad estaciones multicanal: un TRx/radiocanal más combinadores y

un amplificador lineal de banda ancha (intermodulación)4 Dificultad de inserción de canales de señalización de modo simple4 Rigidez en la gestión de recursos (no apta para flujo de tráfico variable)4 Poco adecuada a conmutación de paquetes (pensada para c.circuitos)4 Duplex FDD requiere duplexor de antena Sobrevive como técnica mixta FDMA/TDMA

Ancho de Banda Total Ocupado : cgcTFDMA MB)BB(MBB >>++≅≅==

Bg.puede suponer un 10% del totalBc depende de la modulación: FM banda estrecha 25 kHz (TACS) Mod. Digitales QPSK, MSK,..

M

R

TMTB b

bsc

22 loglog

11=

⋅=≅

ACCESO MULTIPLE FDMA (II)


t10 t2 t3 t4

* TDMA Frecuencia

Tiempo

Usua-rio 4

Usua-rio 3

Usua-rio 2

Usua-rio 1

f1

f2

f3

f4A cada usuario se le asignaun intérvalo temporal

Los usuarios comparten la misma frecuencia en breves instantes de tiempoque se repiten periódicamente.

Tx Rx

Memoria

Memoria

Memoria

User 1

User 2

User M

N bits

Rb bit/s (codificados)

Memoria

Memoria

Memoria

User 1’

User 2’

User M’Rc bit/s

Sincronismo

ACCESO MULTIPLE TDMA (I)


ESTRUCTURA DE UNA RAFAGA

1 2 MBurst o ráfaga

Slot o ranura

Trama TT

Tiempos de guarda entre ráfagas

Sec.sincronismo bity estimación h(t)

Canales lógicos de control,señalización c.potencia, etc.

Datos codificados

Tu

4 Cada cierto tiempo la BS transmite una ráfaga de control.

T

u

T

TTDMA T

TMT

)T(util.t ⋅⋅≅≅==ηη Tc

TDMATb TM

RTRN η==

FDMAbcTDMA BMRRB ≅≅≥≥≅≅

ACCESO MULTIPLE TDMA (II)


CARACTERÍSTICAS

4 Se utiliza con modulaciones digitales. Requiere digitalizar la información.4 Sencillez de implementación. Tecnología muy experimentada.4 Simplicidad de las estaciones base multicanales. Un sólo equipo transceptor.4 Muy versátiles. Permiten acomodar flujos de tráfico variables asignando

varias ráfagas a un usuario.4 Adecuada a conmutación de paquetes4 Inserta canales de señalización modo simple.4 Posibilidad de transmisión dúplex utilizando un único radiocanal (TDD

elimina la necesidad del duplexor de antena)4 Requiere una estricta sincronización temporal para evitar colisiones entre

ráfagas de distintos usuarios (s. de trama y de bit)4 Normalmente requiere de igualadores para compensar distorsión del canal4 Requiere control de potencia y Time Advance

ACCESO MULTIPLE TDMA


TRAFICO Y CAPACIDAD EN SISTEMAS TDMA

)célula/.ch(KCB

TBm==uEFICIENCIA del sistema en unidades de tráfico

u Grado de Servicio (GoS) o probabilidad de bloqueo

u Se despeja el tráfico m1=f(m,PB) en Erlangs/célula

(normalmente en tablas para un GoS determinado)

u

u

u

u

Ts (seg) duración media de una llamada, Q n.llamadas/usuario en la hora cargada

∑∑==

==

m

0k

k1

m1

B!k/m

!m/)m(P

mm11

mm

ChCh//célula célula o o chch/sector /sector si si hay hay sectorizaciónsectorización

2212 km/erlangs)R/(mm ππ==

2s23 km/hora/llamadasT/3600mm ==

234 km/usuariosQ/mm ==

célula/usuariosRmm 245 ππ==


Los usuarios comparten la misma frecuencia y tiempo. Se distinguen entreellos asignándoles un código digital ortogonal..

A cada usuario se le asignaun código distinto

CARACTERÍSTICAS

4 La información a transmitir debe estar digitalizada. Se utiliza asociada amodulaciones digitales.

4 Realiza una expansión del espectro.4 Requiere una estricta sincronización temporal y control de potencia4 Mejor comportamiento frente interferencias cocanal y distorsión debida a

la propagación radioeléctrica.

t10 t2 t3 t4

* CDMAFrecuencia

Tiempo

Usuario 4Usuario 3

Usuario 2Usuario 1

f1

f2

fn

CÓDIGO ORTOGONAL 1

ACCESO MULTIPLE CDMA


•• CDMA por saltos en frecuencia (FFH-CDMA,SFH-CDMA)

• CDMA por secuencia directa (DS-CDMA)

{{ }}

{{ }}

∑∑ ωω==ωω−−⋅⋅==

∑∑ ±±∈∈−−⋅⋅==

±±∈∈∑∑ −−⋅⋅==

kccccTk

kkccTk

nn

bbTn

tcos)t(Actcos)kTt(rectcA)t(s

1b)kTt(rectb)t(p

1a)nTt(recta)t(m

m(t)

p(t) Gen.sec.PN

Gen.portadora

x xm(t) c(t) s(t)

p(t)

TRANSMISOR CDMA


Señal deinformación

Señal moduladaen direct sequence

2c

c2

cc

2b

b2

bm

)fT()fT(sin

T)f(S

)fT()fT(sin

T)f(S

ππππ==

ππππ==

c

bp T

Tlog10G ==

Ganancia de procesado

ESPECTRO CDMA


)t(Am)t(p)t(Am)t(K

)t(Ac)t(p)t(Am)t(f

tcos2tcos)t(p)t(Am)t(r

2

cc

====

====

ωω⋅⋅ωω==

Gen.sec.PN

x

O.L.

xr(t)

Filtro adaptadoL.P.F.

f(t)

p(t)

K(t)

Secuencia local perfectamente alineada con la secuenciarecibida

RECEPTOR CDMA


♦ SecuenciasSecuencias de ensanchamiento (sec.m, sec.Gold)• Las secuencias deben cumplir las siguientes características:

− Tener naturaleza pseudoaleatoria.− Presentar buen comportamiento en términos de autocorrelación.− Fácilmente distinguible de otra secuencia de la misma familia.− Ser fácil de generar.

♦ SincronismoSincronismo• Tres etapas:

− Adquisición (sec.alineadas con desplazamiento< que Tc/2)− Seguimiento (mediante DLL o filtro de Kalman).− Verificación (control del sincronismo).

♦ Control deControl de potenciapotencia (fenómeno “Near-Far”)• La potencia recibida en la estación base debe ser idéntica para todos losmóviles.

ASPECTOS BASICOS EN UN SISTEMA CDMA


♦ El CDMA es una forma de acceso múltiple más distribuidadistribuida enrelación al TDMA

♦♦ Inmunidad y diversidadInmunidad y diversidad inherentes frente a las interferencias.

♦♦ Plan de Plan de reusoreuso de frecuencias más sencillo y flexible. Soporta unreuso universal (cluster de tamaño 1)

♦♦ ConvivenciaConvivencia con otros sistemas de banda estrecha.

♦♦ Mayor flexibilidadMayor flexibilidad para acomodar servicios de naturalezaestadística distinta

VENTAJAS CDMA


[[ ]]

dbkd

1x

x

ccycx

nTAar

)t(n)t(Am)t(p)t(n)t(Am)t(d

)t(n)t(p)t(Am)t(f

tcos2tsin)t(ntcos)t(n)t(s)t(r

++==

++==++==++==

ωω⋅⋅ωω−−ωω++==

n(t) ruido gaussiano con densidad espectral No

xxr(t)

L.P.F.

f(t)

p(t)OL

d(t)s(t)+n(t)∫∫

++ bT)1k(bkT dt(.)

rd

kTb

Si Gp es grande, nd es una v.a. Gaussiana de media cero y varianza NoTb

{{ }} {{ }}

==

σσ

==>>++−−<<==o

b

n

bbdbdb N

Eerfc

21

2AT

erfc21

ATnprob21

ATnprob21

P

PROBABILIDAD DE ERROR CDMA

CASO a) : 1 USUARIO + RUIDO BLANCO


Acceso múltiple (dos usuarios: útil (i) y s1(t))

YnTAadtcos)t(p)t(paAnTAar dbki

bT)1k(

bkTi1i11kdbkid ++++∫∫ ==ϕϕ++++==

++

xxr(t)

L.P.F.f(t)

p(t)OL

d(t)s1(t)+s2(t)+..+sN(t)+n(t)∫∫

++ bT)1k(bkT dt(.) rd

kTb

• Y es una v.a. Gaussiana de media cero y varianza (suponiendo p1 y pi local sincronizadas y aleatorias)

•Si tenemos M usuarios habrá M-1 interferencias.

2/1

pb

o

cb

2

bo

2b

2

b G)1M(

EN

erfc21

)1M(TT2

ATN2

TAerfc

21

P

−−

−−++==

−−++

==

cb

2TT

2A

CASO b) : M USUARIOS + RUIDO BLANCO


XYnTAadt)tcos()t(pIYnTAar dbki

bT)1k(

bkTIidbkid ++++++∫∫ ==ϕϕ++ωω∆∆++++++==

++

Interferencias

• X es una v.a. Gaussiana de media cero y varianza

2/1

p

22

pb

o

cb

2

cb

2

bo

bbb

GA/I

G)1M(

EN

erfc21

TT2

I)1M(TT

2A

TN

TEerfc

21

P

−−

++−−++==

==

++−−++==

cb

2TT

2I

s1(t)+s2(t)+..+sN(t)+i(t)+n(t)

cIc T/1)ttcos(I)t(i <<ωω∆∆ϕϕ++ωω∆∆++ωω==

CASO c) : M USUARIOS + RUIDO BLANCO + INTERFERENCIA DEBANDA ESTRECHA


CASO d) : M USUARIOS + RUIDO BLANCO + INTERFERENCIA DEBANDA ESTRECHA EN UN ENTORNO MULTICELULAR

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

Caso TDMA: Cluster paraevitar interferencia cocanal

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

Caso CDMA: soporta reusocompleto de frecuencias


Ahora hay que considerar dos componentes de interferencia multiusuario:

A)A) Interferencia intracelular Interferencia intracelular (célula propia)

MOVIL1

MOVIL2

A1 A2

PT1=A1 PR1=1 (normalizada)

PT2=A2 PR2=1 (normalizada)

Con control de potencia ideal:

MOVIL1

A1MOVIL2

A2 A3

BASE1

BASE2

A4PT2=A2 PR2,2=1 (normalizada)

PT1=A1 PR2,1= A1 / A3 (normalizada)

PR1,1= 1 (normalizada)

PR1,2= A2 / A4 (normalizada)

PRi,j : potencia recibida en la base i-ésima del usuario j-ésimo

B)B) Interferencia intercelular Interferencia intercelular (células vecinas)


En el enlace ascendente, y bajo condiciones de control de potencia ideal, lainterferencia INTRACELULAR depende de la estadística de tráfico (número deusuarios simultáneos), mientras que la interferencia INTERCELULAR dependetanto de la estadística de tráfico como de la estadística del canal.

Habitualmente la interferencia INTERCELULAR se representa como un cierto %de la interferencia INTRACELULAR:

2/122 /

)1()1(

2

1−

++

−+=

ppb

ob G

AIf

G

M

E

NerfcP

Con un modelo de propagación con constantede atenuación con la distancia µµ=4 y shadowinglognormal σσ (dB) se encuentra que:

σσ (dB) f

0 0.44 2 0.43 4 0.45 6 0.49 8 0.55 10 0.66 12 0.91


CÁLCULO DE CAPACIDAD EN CDMA

• CDMA ofrece la propiedad de “SOFT CAPACITY” de manera que nohay bloqueo en el sentido de no encontrar canales disponibles(suponiendo que el número de secuencias código no es restrictivo) comoen el caso de TDMA. Es decir, puede aceptarse la entrada de un nuevousuario a costa de degradar la calidad de TODOS los demás.

• Debe distinguirse entre: Usuario registrado Usuario activo Usuario simultáneo

• Para un cierto nivel de calidad en términos de tasa de error, puededefinirse un umbral para la probabilidad de sufrir degradación decalidad como criterio para fijar la capacidad de un sistema CDMA


CÁLCULO DE CAPACIDAD EN CDMA

• Un requerimiento de calidad en términos de tasa de error supone:

mino

bp

o

b

N

E

fM

G

N

E

≥

+−=

)1)(1(

( )

+

+>=

<

+−=

min

b

P

mino

bpdegr

NEf

GMob

N

E

fM

GobP

01

1Pr)1)(1(

Pr

• Definimos la probabilidad de que se degraden las prestaciones:

• Para una población que genera llamadas con una tasa λλ, de duración media (1/µµ)y con factor de actividad vocal αα se tiene:

{ } ( ))/exp(

!

/µαλ

µαλ−==

aaMP

a

Nu ×= λλ

( )µλ / son Erlangs/sector, tasa de llegadas por usuario y nùmero de usuarios regitradosuλ N


mino

b

p

N

Ef

GA

+

+=)1(

1• Llamando:

resulta:

( )∑=

−−=A

a

a

degr aP

0

)/exp(!

/1 µαλ

µαλ


3 Permiten la comunicación Duplex (transmisión y recepción simultanea) del sistema.3 Técnicas utilizadas:

• FDD: Duplexado por División de Frecuencia.• TDD: Duplexado por División en Tiempo.

TECNICAS DE DUPLEXADO

kTécnica FDD• El enlace ascendente y el enlace descendente operan en bandas de frecuencia distintas

• Para simplificar la separación de ambas bandas por filtrado se fija una mínima diferencia de frecuenciaentre ambas bandas. Por ejemplo: 45 MHz para sistema GSM, 90 MHZ para el sistema DSC1800.

• Si la técnica de acceso múltiple es TDMA, aun disponiendo de una única antena, no es necesario incluirel Filtro de Duplexado. Basta con desplazar algunos slots el origen de la trama de enlace ascendente conrespecto a la trama descendente . ⇒ Instantes de tiempo de transmisión y recepción separados..

Guarda deDuplexado

FrecuenciaEnlace Ascendente Enlace Descendente

T=0

Enlace Descendente

Enlace Ascendente


TECNICAS DE DUPLEXADO (Cont.)

kTécnica TDD• El enlace ascendente y el enlace descendente operan en la misma bandas de frecuencia, utilizando

diferentes slots

• Permite signar recursos de forma asimétrica, haciendo un uso más eficaz del espectro disponible.Por ejemplo en aplicaciones tipo INTERNET (WEB,FTP, etc...)

• Esta técnica se puede utilizar en tecnologías de acceso basadas en TDMA y CDMA.

• Puesto que el enlace ascendente y descendente comparten el mismo canal físico, el control del Sistemapuede establecerse en lazo abierto. Permite implementar en el emisor de la Estación Base técnicas dePredistorsión de la señal que compensen los efectos degradantes del canal móvil, disminuyendo lacomplejidad del terminal móvil y abaratando su coste

Enlace DescendenteEnlace

Ascendente

Trama

Permite la configuraciónvariable del número de slotsasignados a cada enlace


ESTRUCTURA DE LA RED MOVIL

Base Datos

Abonados

Base Datos

Abonados

CentroAutentif.

Base Datos

Visitada

Conmutador ControladorBTS

Estación Base

(BTS)

Centro Mensajería

REDFIJA

Estación Base

(BTS)


EstaciónEstación Base (BTS) : Base (BTS) : Transmisión-recepción y procesado de la señal recibida(Formar el multiplex TDMA, control de potencia, TA y sincronización)

ControladorControlador EstaciónEstación Base (BSC) Base (BSC) (Gestión y control de BTS, asignación decanales móvil-red, contenido de canales de Radiodifusión,Handover entre BTS´s bajo sucontrol)

Centro de Centro de conmutaciónconmutación (MSC). (MSC). Central ISDN responsable del control de llamada.Interface de la red fija con la móvil. (enrutado llamadas, facturación, gestión de movilidadcon HLR y VLR, handover entre distintas BSC.

Base de Base de DatosDatos AbonadosAbonados Base de datos con los usuarios abonados,independientemente de la localización real de los mismos.

Base deBase de Datos Visitantes Datos Visitantes Base de datos local: contiene información de los MT que enun momento determinado están en el área de localización controlada por el MSC.

Centro Centro Sevicio Sevicio de de MensajeríaMensajería Permite el envio Permite el envio dede mensajes cortos mensajes cortos, email, etc, email, etc

Centro de Centro de AutentificaciónAutentificación Garantiza que los móviles que acceden a la red pertenecena la misma.


Elección de estación base– Nivel de potencia

Difusión de información– Identidad de sistema

– Configuración sistema

FUNCIONES EN UN SISTEMA MÓVIL

4Enganche


Acceso a la estación base– Móvil Ù Base

Método de acceso aleatorio– Recurso compartido

Confirmación de acceso– Base Ù Móvil

Colisión y reintento

4Acceso


• Elección del canal– Asignación del canal (función tipo acceso)

• Información inicial– Potencia

– Frecuencia

– Patrón temporal

– Capacidades del sistema

– Seguridad

4Establecimiento de la llamada


4Monitorización

Estación base

Móvil

Parámetros– Potencia

– S/I

– Tasa de error

– Distancia

– Potencia de otras estaciones base

Objetivo: Garantizar que la calidad del enlace es la adecuada. En casocontrario se iniciará un proceso de traspaso de llamada


• El mecanismo de HANDOVER permite a los sistemas celulares garantizar lacomunicación cuando un móvil se desplaza a lo largo de su zona de cobertura.

• Cuando la calidad del enlace con la base de la célula en cursose hace insuficiente,se transfiere la comunicación del móvil a la base de una nueva célula (intercell-Handover) o a otrocanal de la misma base (intracell Handover)

• Calidad del enlace:RSSI (C+I:Radio Signal Strength Indicator)BERRelación Señal-Interferencia (C/I)DistanciaTráfico

4Traspaso de llamada (Handover)


Medidas

– Medidas móvil• Tasa de error

• Nivel de potencia recibido

• Nivel de potencia de las estacionesbase colindantes

– Medidas estación base• Tasa de error

• Nivel de potencia recibido

• Avance de tiempo

Motivación– Mala calidad

– Distribución de tráfico

Control– Decidido por la red

– Asistido por el móvil

– Controlado por el móvil

Tipo– Hard handover

– Soft handover

4Traspaso


BS1 BS2

Distancia

Señal recibida de BS1 Señal recibida de BS2

Fading lento (lognormal)Fading Rápido (Rayleigh)

Path loss (Nivel teórico)

4Handover basado en RSSI


Antes

Durante

Después

4Soft y Hard Handover


Objetivos– Limitar interferencia

– Ahorro de baterías

Criterios– Nivel de señal

– Relación S/I

4Control de Potencia

En caso de control por (S/I) Problemas de estabilidad por efectoceldas vecinas


ΤΤΤΤ ΤΤΤΤ

τ1τ1τ1τ1τ2τ2τ2τ2

Transmite en Transmite en ττττ11Transmite en (Transmite en (ττττ2+T)2+T)

Objetivo:Objetivo:

Situación real:Situación real:

Resultado:Resultado:2∗τ12∗τ12∗τ12∗τ1

(2∗τ2+Τ)(2∗τ2+Τ)(2∗τ2+Τ)(2∗τ2+Τ) Colisión !!Colisión !!

SYNC

4Avance Temporal (I)


τ1τ1τ1τ1τ2τ2τ2τ2

Transmite 2*Transmite 2*ττττ1 antes1 antes Transmite en 2*Transmite en 2*ττττ2 antes2 antes

Solución:Solución:

Precaución: primer acceso ráfaga más cortaPrecaución: primer acceso ráfaga más corta

4Avance Temporal (II)


Llamada entrante

Llamada entrante

Base de datos

Area de localización Attach/detachUpdate

4Búsqueda


ESTRUCTURA DE PROTOCOLO PARA UNARED DE ACCESO RADIO

MAC

Capa Física

Con

trol

Con

trol

Con

trol

Med

idas

MAC

Capa Física

Con

trol

Con

trol

Con

trol

Med

idas

Med

idas

Medidas

RLC retransmisión control

RLC RLC

Control Plane Control PlaneUser Plane User Plane

Asignación de Recursos Radio

RED DE ACCESO RADIO TERMINAL USUARIO

Canales Lógicos

Canales de Transporte

L3

L2

L1

RRC

MM

CM

RRC

MM

CMM

edid

as

MedidasControl de Movilidad

Control de Conexión


4FuncionalidadesCapa Física

• Procesado de las señales de RF• Modulación/ Demodulación, Multiplexado/Demultiplexado.• Sincronización temporal(bit slot, trama) y frecuencial• Macrodiversidad y soft/hard handover• Control de potencia

Sub-Capa de Acceso al Medio (MAC)• Canal de acceso RACH. Resolución de la contención del acceso• Multiplexado de diferentes canales lógicos (TCH, SACH, FACH, BCCH, etc..).

Mapeado entre canales lògicos y canales de transporte.• Gestión de los flujos de datos de usuario. Algoritmos de asignación de recursos

(Scheduling).

Sub-Capa de Control de enlace (RLC)• Segmentación y ensamblado de los paquetes de datos de usuarios.• Corrección de errores mediante procesos de retransmisión .• Control de flujo: Detección de la integridad de la secuencia de datos. Detección

de duplicidades.


Sub-Capa de Gestión de Recursos Radio• Control General de los servicios ofertados por la Red de Acceso Radio.• Gestión de los recursos radio (Control Handover, Control de admisión, etc...)• Establecimiento,mantenimiento y liberación del canal radio.• Control de la Calidad de Servicio (QoS).

Capa de Gestión de la Movilidad (MM)• Soporte de la movilidad del usuario no relacionados con las funcionalidades del

canal radio: Registro y Gestión de los datos de movilidad.• Verificación de la identidad del terminal y la del usuario. Procedimientos de

autentificación.

Capa de Gestión de la Conexión (CM)• Establecimiento, Control y Finalización de la llamada.• Gestión del encaminamiento de la llamada.• Procedimientos de adaptación de la llamada a las características de las redes a las

que accede (normalmente redes fijas).


• Slotted ALOHA-CDMA

• Protocolo ISMA

• Protocolo DQRAP-CDMA

Los sistemas de tercera generación están basados en un acceso CDMA:

• No requiere planificación frecuencial• Rebustez frente a interferencias• Multiplexado natural de distintas fuentes de tráfico• Flexibilidad

La naturaleza “bursty “ de la información de datos beneficia las estrategias de accesoque permiten la asignación de recursos en función de los datos a transmitir que estánalmacenados en los buffers de entrada.

PROTOCOLOS DE ACCESO MAC


Protocolo S-ALOHA/ CDMA. Definición

• Se define una estructura de trama basada en ráfagas (slots)

• Cuando un usuario tiene información transmite sin preocuparse por el estado delcanal.

• Si dos o más usuarios transmiten al mismo tiempo puede producirse una colisión . Latécnica de acceso CDMA permite discriminar entre dos usuarios si éstos utilizancódigos CDMA diferentes.

• En caso de colisión, se retransmite el paquete en slots sucesivos con probabilidad pr .

• Adaptatividad de la velocidad de transmisión ofertada al usuario.

/ Para cargas bajas no es necesario utilizar una ganancia de procesado elevadapuesto que hay poca interferencia. Ù Para cargas bajas puede aumentarse lavelocidad de transmisión.

constanteRGTT

T

TBW bP

CC

b

C

=⋅=⋅==11


Resultados

Sistema Unicelular Sistema Multicelular

• S-ALOHA DS-CDMA proporciona mayorrendimiento que S-ALOHA de bandaestrecha, incluso aunque pudiera aceptarseun cluster de únicamente 3 células.

• Aplicando el grado de codificación adecuado,el sistema S-ALOHA DS-CDMA puedeproporcionar mayor throughput que el sistemaS-ALOHA convencional.


Protocolo ISMA. Definición

® Se dispone de un conjunto de K códigos a compartir por un conjunto de usuariosregistrados. La estación base difunde los códigos ocupados.

Trama UTRA: 10 ms

Paquete 1 Paquete 2 Paquete 3A

Código Ci (uplink)

ACK Paquete 1 ACK Paquete 2R

Código Ci (downlink)

ACK Paquete 3

A: Paquete de acceso. Duración: 1 slot UTRA (1/16 trama)

R: Respuesta de la base. Duración: 1 slot UTRA (1/16 trama)

Broadcast (downlink)

0 01

C1 Ci CK

0 01

C1 CiCK

0 01

C1 Ci CK

0 00

C1 Ci CK


® Optimización de prestaciones en ISMA:– El número de códigos libres da información sobre la carga del sistema:

• Probabilidades de acceso de nuevos usuarios y de reintento para usuariosque han sufrido colisiones variables según los códigos libres

• Probabilidades de acceso diferentes según la QoS

– Formación de grupos de códigos:• Códigos para usuarios best effort para servicios con bajos requerimientos

de QoS (ej. Tráfico WWW, …)

• Códigos dedicados a usuarios que requieren una QoS garantizada (voz,vídeo). Pueden utilizar ISMA como vía para notificar peticiones quedespués la estación base deberá confirmar.

– Utilización de la información sobre la ubicación de los móviles

– Técnicas de adaptación de velocidades


Protocolo DQRAP/CDMA

– Cada móvil transmite en modo ranurado con tres mini-slots

– Un mini-slot activo (seq PN) indica petición de acceso

– La Base notifica : ausencia, éxito o colisión en la transmisión de cada unode los minislots

– Cada terminal mantiene dos colas: Peticiones y Transmisión para cadauno de los usuarios contendientes

– Menos códigos (seq. PN) que usuarios

– Capacidad para gestionar mensajes en lugar de paquetes.22

DATOSTime Slot (Ts)

Mini-slots


Ejemplo

DTi = i-th Data Terminal

End of Slot:Execution of

algorithm rules

DT 1

TQ=0RQ=0pTQ=0pRQ=0

DT 2

TQ=0RQ=0pTQ=0pRQ=0

DT 4

TQ=0RQ=0pTQ=0pRQ=0

DT 3

TQ=0RQ=0pTQ=0pRQ=0

p2p4

DT 1

TQ=1RQ=1pTQ=0pRQ=1

DT 2

TQ=1RQ=1pTQ=1pRQ=0

DT 4

TQ=1RQ=1pTQ=0pRQ=0

DT 3

TQ=1RQ=1pTQ=0pRQ=1

DT 1

TQ=2RQ=0pTQ=1pRQ=0

DT 2

TQ=2RQ=0pTQ=0pRQ=0

DT 4

TQ=2RQ=0pTQ=0pRQ=0

DT 3

TQ=2RQ=0pTQ=2pRQ=0

DT 1

TQ=0RQ=1pTQ=0pRQ=0

DT 2

TQ=0RQ=1pTQ=0pRQ=1

DT 4

TQ=0RQ=1pTQ=0pRQ=1

DT 3

TQ=0RQ=1pTQ=0pRQ=0

DT 1

TQ=0RQ=2pTQ=0pRQ=2

DT 2

TQ=0RQ=2pTQ=0pRQ=1

DT 4

TQ=0RQ=2pTQ=0pRQ=1

DT 3

TQ=0RQ=2pTQ=0pRQ=2

DT 1

TQ=4RQ=0pTQ=3pRQ=0

DT 2

TQ=4RQ=0pTQ=2pRQ=0

DT 4

TQ=4RQ=0pTQ=1pRQ=0

DT 3

TQ=4RQ=0pTQ=4pRQ=0

p4 p4 p3 p1p3

p1 p3

p1p3 p2

p1p2p3

p1 p3 p2p2p4 p1

p2p4

p1p3 p4 p2

SpreadingCodes

K1

K2

K3

Packetarrivals

timep =packet of data terminal i i

p1 p2 p3

minislots data

p4 p2 p3 p1p4 p2 p4

n=1n=0 n=2 n=3 n=4 n=5


Resultados

kkComparación prestaciones protocolos ISMA y DQRAP/CDMAComparación prestaciones protocolos ISMA y DQRAP/CDMA

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 200 400 600 800 1000

Carga ofrecida (Kbps)

reta

rdo

men

saje

s (m

s)

S-ALOHA/CDMA ISMA/CDMA DQRAP/CDMA

K=16

0

200

400

600

800

1000

0 200 400 600 800 1000

Carga ofrecida (Kbps)re

tard

o m

ensa

jes

(ms)

ISMA/CDMA DQRAP/CDMA S-ALOHA

K=32

♦16 Códigos acceso ♦32 Códigos acceso


PROTOCOLOS DE REPETICIÓN

• En cualquier esquema de modulación o codificación existe una probabilidad deerror residual imposible de eliminar.

• En ciertas aplicaciones (p.e. transmisión de mensajes vocales) existeredundancia en la información transmitida, por lo que esos errores pueden sertolerados o ignorados.

• En otro tipo de aplicaciones (p.e. Transmisión de datos entre terminales ) esoserrores son intolerables.

• La técnica de control más ampliamente utilizada para mejorar la fiabiolidad deestos sistemas se basa en la detección de errores y en la petición de

retransmisión.Ü Automatic Repeat Request (ARQ)


4Conceptos Fundamentales• Las técnicas de ARQ se utilizan cuando se requiere una integridad de la

información muy elevada . Sus prestaciones son satisfactorias incluso en canalescon tasa de error elevadas

• Para mejorar la calidad de una transmisión, resulta básico realizar la detección delos paquetes erróneos y la petición de retransmisión de éstos.

• La detección de errores tiene un doble propósito: proporcionar información acercade la recepción de paquetes erróneos y monitorizar la calidad del enlace.

Fuente Datos TerminalTransmisor

Codificador

Control derepetición

Enlace Bidireccional

DestinoTerminalreceptor

Decodificador

Control derepetición

Ack/Nack Ack/Nack


4ARQ Stop & Wait (Parada y Espera)

• Es el esquema más sencillo y más ampliamente utilizado en ciertos sistemas.

• En el ARQ con parada y espera, los bloques son transmitidos de uno a uno.Después de la transmisión de un bloque, se espera la recepción del reconocimientodel receptor antes de enviar el siguiente.

• Si el reconocimiento es positivo (ACK), se transmite el siguiente bloque guardando unacopia en el buffer.

• Si el reconocimiento es negativo (NACK), se vuelve a transmitir de nuevo el mismobloque

• Únicamente se procede al borrado de la copia de un bloque después de haber recibido elcorrespondiente ACK. El tamaño del buffer debe ser, por tanto, igual a la longitud delbloque más largo a enviar.

• Sistema con pobre eficiencia.


• Asumiendo los mensajes de reconocimiento están libre de errores.

/ El throughput del sistema viene dado por:( )

TRn

PkN

TRn

k

S

B

S ∆+−

≡∆+

=1

η

donde:– N es el nº medio de bloques entregados por transmisión.– K es el nº de bits de información del bloque.– n es la longitud del bloque en símbolos.– RS es la velocidad de señalización del canal.– ∆T es el retardo total de una vuelta completa en la transmisión– PB=1-(1-p)n≅1-e-np si np <<1; Probabilidad error del bloque

/ La longitud del bloque que maximiza η es :

∆++−

∆=

TpR

TRn

S

Sopt

411

2

/ El valor máximo del throughput del sistema viene dado por:

( )códigodeltasalarconr

TRn

enr

TRn

Pkopt

Sopt

pn

S

Bopt

;1

εη ⋅=∆+

⋅≡

∆+−

≡−


4ARQ Continuo o “Go back N”

• Un procedimiento para reducir el tiempo muerto entre bloques transmitidosconsiste en enviar bloques continuamente al canal sin esperar a las señales dereconocimiento que llegan por el canal de retorno.

• Siempre que un NACK es recibido en el terminal emisor, el transmisor recupera elbloque erróneo y los posteriores, y vuelve a enviar todos ne nuevo con el fin depreservar su orden natural. Este procedimiento se denomina “Go Back N”, donde Ndenota el número de bloques repetidos.

• Con este tipo de esquemas, el tamaño del buffer en el terminal emisor depende de lavelocidad de transmisión y del retardo total de una vuelta completa en transmisión.

• En el terminal receptor el tamaño del buffer es menor puesto que únicamente se debenalmacenar aquellos bloques que están libres de error.

CDEFG CDE AB

“Go Back 3” ARQ

Bloques retransmitidos Bloque erróneo


•• VentajasVentajas

El ARQ continuo presenta una eficiencia elevada cuando las condiciones depropagación son buenas y se detectan pocos bloques erróneos.

El sistema ofrece importantes mejoras cuando el retardo de bucle en transmisiónes grande.

•• InconvenientesInconvenientes

La necesidad de “buffering”.


• Asumiendo los mensajes de reconocimiento están libre de errores.

/ El throughput del sistema viene dado por:( )

BS

B

BS TPRn

PkN

TPRn

k

∆+−

≡∆+

=1

η

donde:– N es el nº medio de bloques entregados por transmisión.– k es el nº de bits de información del bloque.– n es la longitud del bloque en símbolos.– RS es la velocidad de señalización del canal.– ∆T es el retardo total de una vuelta completa en la transmisión– PB=1-(1-p)n≅1-e-np si np <<1; Probabilidad error del bloque

/ La longitud del bloque que maximiza η es :!¡1 optimoserpuedenopaquetedelrealTamañonopt =

/ Ello significa que el throughput máximo está superiormente acotado:

optSS

opt rpTR

r

pTR

pkεη ⋅=

⋅∆⋅+≡

⋅∆⋅+−⋅

≡11

)1(


4ARQ con repetición selectiva

• Este esquema es una variación de los sistemas con ARQ continuo. La diferencia

básicamente es que únicamente es retransmitido el bloque recibidoúnicamente es retransmitido el bloque recibidoerróneamente.erróneamente.

• Ventajas• El número de bloques retransmitido es menor que en caso del ARQ “Go Back N”.• Mejora de las prestaciones con tasas de error elevadas.

• Inconvenientes• Aumento de complejidad, ya que se requiere una lógica de gestión más compleja y un

tamaño de buffers mayor (no existe garantía de que los bloques se reciban siempre demanera ordenada.

• Puesto que la eficiencia de retransmisión del canal puede expresarse como: ε=1-PB,el throughput del sistema viene dado por :

( )BPr −⋅= 1η


PROTOCOLOS FEC/ARQ HIBRIDOS

• Los protocolos ARQ sufren una drástica disminución del throughput cuando elcanal se degrada y/o cuando la señalización aumenta. La introducción decodificación correctora de errores (FEC) permite mejoras en las prestaciones delsistema, dando lugar a los sistemas FEC/ARQ híbridos.

/ El sistema FEC se encarga de reducir el número de retransmisiones a través de sufunción correctora.

/ El sistema ARQ proporciona la calidad esperada con tasas de no detección de erroresmuy bajas.

• Si los esquemas FEC y ARQ trabajan de forma separada Ü ARQ híbrido Tipo I

Canal FECFEC

CanalRetorno

ARQ ARQ

Canal Binario


• Si los esquemas FEC y ARQ trabajan de forma conjunta Ü ARQ híbrido Tipo II

Canal FEC/ARQFEC/ARQ

CanalRetorno

celular es

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