gprs edge umts

LARA GARCIA

ENSENADA,

GARCIA HECTOR

ENSENADA, BAJA

UNIVERSIDAD

FACULTAD

“

HECTOR MANUEL

MYDCI

COMUNICACIONES

BAJA CALIFORNIA

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA

FACULTAD DE INGENIERÍA

POSGRADO

TAREA

“SURVEY DE

VILLALPANDO

MYDCI - POSGRADO

COMUNICACIONES MOVILES

DR. JUAN IVAN

CALIFORNIA

AUTÓNOMA DE BAJA

INGENIERÍA ENSENADA

POSGRADO EN TELEMATICA

TAREA # 1

EDGE, GPRS

VILLALPANDO PÉREZ MONICA

POSGRADO EN TELEMATICA

MOVILES Y SUS

IVAN NIETO HIPOLITO

BAJA CALIFORNIA

ENSENADA

TELEMATICA

Y UMTS”

MONICA

TELEMATICA

SUS APLICACIONES

HIPOLITO

27

CALIFORNIA

MUÑOZ ORTIZ

APLICACIONES

DE FEBRERO

ORTIZ JOSE RAFAEL

FEBRERO DEL 2007

RAFAEL

Survey de GPRS, EDGE y UMTS

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INTRODUCCIÓN.

En 1991, el típico usuario de red de datos usaba alrededor de un megabyte por mes. En 1999 eso se

incrementó dramáticamente a 200 megabytes por mes. Las redes inalámbricas están empezando a

crecer a ese mismo ritmo con altas tasas de velocidad, bajo costo y la ubicuidad que ofrecen los

dispositivos móviles.

UMTS viene a solucionar las demandas de crecimiento de las redes inalámbricas, dando la oportunidad

de tener acceso a servicios de datos de alta velocidad (hasta 2mb/s) a mas de 75 millones de usuarios en

el 2006.

Los Sistemas 3G tienen la intención de proveer movilidad global con un amplio rango de servicios en los

cuales se incluye telefonía, mensajes, internet y datos de banda ancha. La Union Internacional de

Telecomunicaciones (International Telecommunication Union, ITU) empezó el proceso de definir el

estándar de los sistemas de tercera generación, nombrados como International Mobile

Telecommunications 2000 (IMT-2000). En Europa, la ETSI (European Telecommunications Standars

Institute) fue el responsible del proceso de estandarización de UMTS. En 1998 la 3GPP (Third Generation

Partnership Project) fue formada para continuar con el trabajo de especificación técnica.

El objetivo de UMTS es el de unificar tecnologías, proveyendo al usuario movilidad y acceso a los

servicios de varios proveedores de manera transparente sin que esto afecte a la calidad del servicio

esperada.

Figura 1. Unificación de los servicios en UMTS


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SERVICIOS DE LA RED UMTS

Estos se pueden clasificar de acuerdo a la calidad de servicio que deben proporcionar para un tipo de

tráfico específico.

Tipo de trafico Conversacional Real Time

Streaming Real Time

Interactivo Mejor Esfuerzo

De Fondo Mejor Esfuerzo

Características

Fundamentales

- Preservar la

relación del tiempo

(variación) del flujo

entre las entidades

de información-

-Patrones

conversacionales

(riguroso y de bajo

retardo)

- Preservar la

relación del

tiempo (variación)

del flujo entre las

entidades de

información

- Patrón de petición

de respuesta

-Preservar el

contenido de la

carga útil

-El destino no

espera el dato en

un cierto tiempo

- Preservar el

contenido de la

carga útil

Ejemplo Voz Streaming video Navegación web Emails, telemetría

Tabla 1. Lista de servicios de la red UMTS de acuerdo al tipo de trafico

ARQUITECTURA UMTS

Consiste en tres dominios: Core Network (CN) o núcleo de la red, UMTS Terrestrial Radio Acess Network

(UTRAN) o Red terrestre de acceso de radio UMTS y User Equipment (UE) o Equipo de Usuario.


ARQUITECTURA UMTS



• La función principal del CN es proveer de conmutación, ruteo y transito del trafico del

usuario. CN contiene también las bases de datos y las funciones de gestión de red.

• La arquitectura básica de UMTS está basada en la red GSM y la GPRS. Todos lo

tienen que ser modificados para la operación y servicios de UMTS.

• UTRAN provee la interfaz del método de acceso por aire del equipo del UE. La estación

base y el equipo de control para este nodo es llamado Radio Network Controller (RNC) o

Control

• UMTS no restringe la funcionalidad del UE, por lo que el equipo del usuario podrá ser

funcional en todo momento.


ARQUITECTURA UMTS



La función principal del CN es proveer de conmutación, ruteo y transito del trafico del


La arquitectura básica de UMTS está basada en la red GSM y la GPRS. Todos lo


UTRAN provee la interfaz del método de acceso por aire del equipo del UE. La estación


Controlador de la Red de Radio.

UMTS no restringe la funcionalidad del UE, por lo que el equipo del usuario podrá ser





Figura 2. Arquitectura







ador de la Red de Radio.






Figura 2. Arquitectura de UMT







ador de la Red de Radio.




de UMT

















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La arquitectura básica de UMTS está basada en la red GSM y la GPRS. Todos los equipos




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s equipos





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UMTS ha crecido significativamente desde su salida al mercado (ver Figura siguiente), desde sus

primeras versiones (releases) empezando a mediados de 1999 (Rel-99) más las mejoras implementadas

en el 2002 (Rel-5, HSDPA) y una mejor definición en el 2006 (Rel-6). Esto ha generado que usuarios de

tecnología móvil se vean beneficiados por la gama de servicios ofrecidos por distintos proveedores que

han ido creciendo debido a la demanda de servicios por parte de los usuarios.

Figura 3. Línea del tiempo de 3GPP UMTS

HISTORIA DE LAS VERSIONES (RELEASES) DE UMTS

Release 99: Completada. La primera versión implementada de UMTS. Mejoras a datos GSM (EDGE). La

mayoría de las nuevas implementaciones están basadas en esta versión. Provee soporte para

GSM/EDGE/GPRS/WCDMA.

Release 4: Completada. Soporte para mensajes multimedia. Interconexión eficiente a la infraestructura

del núcleo de la red sobre troncales de red IP.

Release 5: Completada. HSDPA (High Speed Data Packet Access) y la primer fase de IMS (IP Multimedia

Subsystem). Más de la tercera parte de UMTS ya incluye HSDPA

Release 6: Completada. Incluye HSUPA, mejoras en el soporte de multimedia a través de servicios

broadcast/multicast (MBMS), especificaciones de desempeño para receptores avanzados, opción de

integración WLAN, y la segunda fase de IMS.

Release 7: En desarrollo. Provee mejoras en la funcionalidad de datos GSM. También incluye una más

fina afinación y mejoras incrementadas sobre características de versiones anteriores. El resultado será

en mejoras de desempeño, mejora en la eficiencia del espectro, incremento de la capacidad, y mejor

resistencia a la interferencia. Provee optimizaciones de VoIP sobre HSPA


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ASPECTOS TECNICOS DE UMTS

Estándar:

• Wideband Code Division Multiple Access (W-CDMA)

• Time Division Code Division Multiple Access (TDCDMA)

Voz (speech):

• High quality speech using low bit rates

Taza de transferencia de datos:

• Macro cell - 144 kbps in rural with max. speed of 500 km/h

• Micro cell - 384 kbps in suburban with max. speed of 120 km/h

• Pico cell - 2Mbps with max. speed of 10 km/h

Codificación

• Forward error correction coding

• Convolutional coding (rate 1/2 or 1/3) with block interleaving

• Optional outer Reed-Solomon Coding (rate 4/5)

• Service specific coding - Turbo coding

Modulación

• Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) with

• Root-raised cosine pulse shaping filters (roll off = 0.22)

Acceso múltiple

• Direct Sequence CDMA

• Orthogonal Variable Rate Spreading Factor Codes (OVSF)

• Spreading factors from 4 - 256 to match different user bit rates

Banda de frecuencias

Uplink

Downlink

Carrier spacing

Chip rate

Information bandwidth

1920 - 1980 MHz

2110 - 2170 MHz

4.4 - 5.2 MHz

3.84 Mchips/s

8 kbps - 2 Mbps

Duplex - FDD/TDD

Intervalo de tramas 10 ms

Espacios de tiempo por trama 16


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CONMUTACION DE CIRCUITOS

Este tipo de conmutación se encarga de establecer una comunicación creando un canal dedicado (o

circuito) durante la duración de una sesión o llamada en cuestiones de telefonía. Después de que es

terminada la sesión o llamada se libera el canal y se pone en espera a que otra comunicación ocupe el

canal.

Como se menciono anteriormente, el ejemplo más típico de este tipo de redes, es el sistema telefónico

(Que actualmente funciona con la conmutación de circuitos) la cual enlaza segmentos de cable para

crear una trayectoria única durante la llamada telefónica. Los sistemas de conmutación de circuitos son

ideales para comunicaciones que requieren que los datos o información sean transmitidos en tiempo

real.

Las técnicas de acceso al medio existentes para este tipo de conmutación son TDMA (Time Division

Multiple Access) y FDMA (Frequency Division Multiple Access)

FDMA divide un canal de transmisión base en varios grupos (2, 4, 8, etc.) los cuales siempre van a estar

disponibles para que los usuarios transmitan (Figura 1) a gran desventaja de este método es que si el

número de usuarios que está utilizando el radio es menor que la cantidad de canales existe un gran

desperdicio del ancho de banda.

Figura 1, Fuente http://www.owlnet.rice.edu

Con lo que respecta a TDMA, en esta se le asigna un determinado tiempo para transmitir a un usuario

(Figura 2), si hay más de un usuario, primero transmite uno por un determinado tiempo, y después los

siguientes usuarios. Esta técnica permite que los usuarios utilicen todo el ancho de banda del canal.


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CONMUTACION DE PAQUETES

En estos tipos de acceso al medio, la información o datos a ser transmitidos, se ensambla en pequeños

paquetes antes de ser enviada. Cada paquete que se ensamblo es enviado por la red en diferentes rutas

hasta llegar a su destino. Una vez que los paquetes llegan a su destino, los paquetes son otra vez re-

ensamblados.

Una de las técnicas de acceso al medio utilizadas para este tipo de sistema es CDMA (Code Division

Multiple Access).

CDMA tiene la filosofía de todos transmiten a la vez (Figura 3), con el mismo ancho de banda, y esto lo

logran por medio de codificación, es decir, cada elemento de la red tiene su propia dirección la cual le

indica si el dato va dirigido hacia él.



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GPRS

La tercera generación de telefonía móvil (3G) con el sistema IMT-2000 promete grandes ventajas en lo

que es la telefonía móvil. Pero IMT-2000 tardará en llegar a México.

Actualmente, en México, como en gran parte de América, se encuentran en la generación 2.5 con la

tecnología GPRS (General Packet Radio Services), la cual es una mejora de la tecnología GSM y que tiene

el fin de brincar más fácilmente a la tercera generación de telefonía celular con UMTS/IMT-2000. GPRS

proporciona altas velocidades de transferencia de datos (especialmente útil para conectar a Internet) y

se utiliza en las redes GSM.

Lo que realizo esta tecnología (para cambiar de GSM a GPRS) es sólo la modificación de la forma de

transmitir datos en una red GSM, pasando de la conmutación de circuitos de GSM (donde el circuito está

permanentemente reservado mientras dure la comunicación aunque no se envíe información en un

momento dado) a la conmutación de paquetes.

Esto beneficia a las telefonías celulares en la forma de que es más sencillo migrar de la tecnología GPRS

a la tercera generación de telefonía celular que hacerlo directamente de GSM a una tercera generación,

ya que las antenas (la parte más cara de una red de Telecomunicaciones móviles) sufren sólo ligeros

cambios y los elementos nuevos de red necesarios para GPRS son compatibles con la red UMTS/IMT-

2000.

El principal problema que tiene GSM, y que motivo al surgimiento de una nueva tecnología, es que para

acceder a servicios de Internet se debe realizar antes una llamada al proveedor de Internet para que

abra una conexión. Es decir, se ocupa un enlace o canal exclusivo para la comunicación, y en

consecuencia se cobra una llamada. Además la velocidad máxima de conexión que se consigue es de 9'6

Kb/s.

GPRS, por su parte, permite la conexión permanente a Internet, sin necesidad de efectuar una llamada

al proveedor telefónico. Simplemente se abre y en ese momento se conecta. Ofrece una transmisión de

datos más rápida que GSM (de 9,6 Kbits a 115 Kbits) por medio de esta red. Este estándar, opera en las

frecuencias que está entre los 900 y 1800 MHz

VENTAJAS DE GPRS

Uno de los beneficios principales de GPRS es que reserva los recursos de radio sólo cuando existen datos

para enviar y reduce la dependencia en los elementos de red activados por circuitos tradicionales

(CDMA).


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Otras ventajas de GPRS son las siguientes:

• Tiene la misma funcionalidad en voz que GSM

• Permite comunicaciones de voz y datos simultáneos

• El despliegue de GPRS puede servir en parte para actualizar después la red a UMTS

Anchos de banda de las tecnologías celulares:

ANCHO DE BANDA

Generación Tecnología Velocidad

Teórica

Velocidad Actual

2G GSM 14.4 kbps 7 - 9.6 kbps

HSCSD 36.6 kbps 20 kbps

PHS & PDC 64 kbps 10 - 20 kbps

CDMA 64 kbps 10 - 20 kbps

2.5G GPRS 115 kbps 25 kbps

2.75G EDGE 384 kbps 36 kbps

3G UMTS 2 Mbps 40 kbps

4G OFDM 20 – 54 Mbps No disponible

ASPECTOS TECNICOS DE GPRS Taza de datos:

• Máximo de 171.2 kbps Codificación de Canal:

• Codificación fuera de bloque

• Codificación Convolutional Interna

• Interpolación del esquema para las explosiones de error

Modulación:

• GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)


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Acceso Múltiple:

• Una combinación de TDMA & FDMA

Bandas de Transmisión de Frecuencias:

Mobile station

Base station

Uplink

Downlink

Reverse ch. 890 - 915 MHz

Forward ch. 935 - 960 MHz

Separación Dúplex 45 MHz

Espaciamiento del portador del RF 200 kHz

Numero total canals duplex de RF 124

Numero de Slots en cada portador TDMA 8

Asignación de canal 1 to 8 time slots per TDMA

Un intervalo de Tiempo (Physical channel) 0.577 ms

Intervalo del Frame 4.615 ms

Tráfico asimétrico de los datos diversos intervalos de tiempo para

Uplink y el downlink

Frecuencia Esperada 217 hops/s (slow)

Ecualizador 16 µs time dispersión

Conectividad Red de conmutación de paquetes de

datos como IP y X.25

Nodos Extras

• Gateway GPRS Support Node (GGSN) and

• Serving GPRS Support Node (SGSN)


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EDGE

EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) por sus siglas en ingles, Es una mejora y evolución del

GSM, EDGE provee hasta 3 veces la capacidad del GPRS como se muestra en la Figura 1, usándolo los

operadores pueden soportar tres veces mas suscriptores que con GPRS. Con lo cual se triplica la taza de

datos por suscriptor o agrega extra capacidad a su comunicación de voz.

Figura 1

EDGE usa la misma estructura TDMA (Time Division Multiple Access), un canal lógico y 200kHz de ancho

de banda de la portadora, como se utiliza actualmente en las redes GSM, lo que permite ser montada

sobre las redes existentes GSM. Para muchas redes GSM/GPRS existentes, EDGE no es más que una

actualización de software. EDGE es clasificada como una tecnología 2.75G y se considera como

evolución del GPRS

EDGE es un método para incrementar las tazas de datos en el enlace de radio para el GSM. Básicamente,

EDGE introduce solamente una nueva técnica de la modulación y una nueva codificación del canal que

se puedan utilizar para transmitir ambos conmutación de paquetes y con conmutación de circuitos y

servicios de voz y datos. EDGE es por lo tanto una agregación a GPRS y no puede trabajar solamente.

EDGE permite la entrega de servicios avanzados móviles tales como: la descarga de video, video clips

musicales y mensajes multimedia, acceso rápido a internet y e-mail.

El costo de su implementación sobre las redes GSM es relativamente bajo, nos deja ver que las futuras

versiones de GSM tendrán soporte para EDGE, y que este solo es un paso para llegar a la

implementación del UMTS.


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EDGE provee servicios de datos de Alta-Capacidad en miras de avanzar hacia UMTS

• EDGE proporciona las capacidades medias de los datos para el “sweet spot”, de

aproximadamente 100kbps, habilitando varias aplicaciones orientadas a comunicación.

• EDGE se ha probado en el campo como solución rentable y ahora es una tecnología madura

• EDGE es muy eficiente espectralmente, le permite a los operadores dar mas soporte de voz y

datos a los usuarios con el espectro existente.

• Los operadores pueden mantener sus redes de EDGE como un servicio complementario que

ofrecen, incluso si ellos despliegan UMTS/HSPA

• EDGE proporciona un servicio rentable de banda amplia que ofrece continuidad y que sea

complementario con una red de UMTS/HSDPA desplegada en altas áreas de tráfico

El rendimiento habilitado por EDGE percibido por el usuario final es suficientemente bueno para hacer

atractivo cualquier servicio disponible hoy en día Tabla 1. Esto incluye correo electrónico, navegación

web, descarga de música y TV móvil.

Aplicaciones Beneficio con EDGE

Navegación Web Navegación significativamente rápida para todos

los datos de usuarios.

Mensajes Interacción más rápida, un buen ambiente para el

chat.

Correos Electrónicos Sincronización de cuentas de correo

significativamente rápido.

Push-to-Talk Implementación mejorada de calidad y alta

capacidad para el usuario final.

Juegos Están habilitados los juegos en tiempo real.

Televisión Móvil Esta habilitada buena calidad de TV

Descarga de Música Tiene buena experiencia con EDGE y descarga

progresiva.

Tabla 1

OBJETIVO DE EDGE

La evolución de EDGE mejorará el rendimiento del servicio y habilitara más eficientemente las

portadoras de radio. Diferentes servicios pueden tener diferentes requerimientos de rendimiento en

diferentes aéreas, pero con la evolución de EDGE se espera que mejore el rendimiento de la experiencia

del usuario atreves de todos los servicios:

• Reduciendo la latencia para mejorar la experiencia del usuario al interactuar con servicios y

también realce el soporte para los servicios conversacionales como la telefonía multimedia.


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• Incrementando el pico y el promedio de la taza de bit, para mejorar servicios del mejor esfuerzo

como la navegación web y la descarga de música.

• Mejorando la eficacia del espectro, el cual beneficia particularmente a los operadores en áreas

urbanas donde las frecuencias de espectro existentes son usadas a su grado máximo- Trafico.

• El volumen puede ser incrementado sin comprometer el rendimiento de los servicios o

degradando la calidad percibida por el usuario.

• Incrementando la cobertura de servicio, por ejemplo reducción de la interferencia o servicios

mas robustos. Incrementa la sensibilidad del mejoramiento de la cobertura de la terminal en el

escenario del límite de ruido.

ASPECTOS TECNICOS DE EDGE

Taza de datos:

• 384 kbps o mas

Codificación de Canal:

• Codificación fuera de bloque

• Codificación Convolutional Interna

• Interpolación del esquema para las explosiones de error

Modulación:

• GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)

• 8-PSK (Phase Shift Keying)

Acceso Múltiple:

• Una combinación de TDMA & FDMA

Bandas de Transmisión de Frecuencias:

Mobile station Base station

Uplink Downlink

Reverse ch. 890 - 915 MHz Forward ch. 935 - 960 MHz

Separación Dúplex 45 MHz

Espaciamiento del portador del RF 200 kHz

Numero de Slots en cada portador TDMA 8

Asignación de canal 1 to 8 time slots per TDMA

Un intervalo de Tiempo (Physical channel) 0.577 ms

Intervalo del Frame 4.615 ms


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Frecuencia Esperada 217 hops/s (slow)

Ecualizador 16 µs time dispersion

Conectividad Red de conmutación de paquetes de

datos como IP y X.25



Modulación

• Gateway GPRS Support Node (GGSN) and

• Serving GPRS Support Node (SGSN)

Esquemas de codificación del canal CS-1 through CS-4, MCS1-MCS9


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REFERENCIAS

GSM WORLD (http://www.gsmworld.com/technology/edge/index.shtml)

3 GENERATION THE WIRELESS NEXT WAVE (http://www.3g-generation.com/index.htm)

3GPP A GLOBAL INICIATIVE (http://www.3gpp.org/)

GSA - The Global mobile Suppliers Association (http://www.gsacom.com/)

NUNTIUS (http://www.nuntius.com/solutions24.html )

UMTS World (http://www.umtsworld.com)

INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION, ITU (http://www.itu.int)

UMTS FORUM (http://www.umtsforum.net)

3GPP, A GLOBAL INITIATIVE (http://www.3gpp.org)

3GNEWSROOM (http://www.3gnewsroom.com)

WEBMOVILGSM (http://www.webmovilgsm.com)

3G-GENERATION (http://www.3g-generation.com)

3G AMERICAS (http://www.3gamericas.org/Spanish/)

“Pricing Differentiated Services in the GPRS Environment”, Sergios Soursos, Costas Courcoubetis,

George Polyzos, Wireless Networks, Volumen 9 , Julio 2003, Paginas: 331 - 339

“Redes Digitales”, (http://www.sonyericsson.com), 2006

“FDMA vs. TDMA vs. CDMA: What's the difference?”, Kyle Bryson, Alison Chen, and Allen Wan,

(http://www.owlnet.rice.edu), 2001

“REDES de Conmutación de circuitos y conmutación de paquetes”, Evelio Martínez,

(http://www.eveliux.com/telecom/cpswitching.html), 2003

“GSM Operators, Coverage Maps and Roaming Information”,

(http://www.gsmworld.com/roaming/gsminfo/index.shtml), 2007