1. Sistemas de ComunicacinTema 4: Redes MvilesTema 4: Redes Mviles 1

2. ndiceGlobal System for Mobile Communications (GSM).Principios generales.Canales lgicos.Planificacin de una clula basada en TDMA (Time Division Multiple Access).Universal Mobile Telecommunication System (UMTS).Principios generales.Canales lgicos.Planificacin de una clula basada en WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access).Tema 4: Redes Mviles 2 3. GSM-Principios Generales Por qu aparece GSM? Para resolver las limitaciones que establecan los sistemas analgicos de primera generacin, i.e Moviline (sistema TACS 900). FechaHito1982 Constitucin del GSM en el CEPT (Conferencia Europea de Administraciones de Correos y Telecomunicaciones)1985 GSM opta por construir un estndar digital1986 Adopcin de TDMA como tecnologa de acceso al medio1987 Firma del MoU (Memorando of Understanding) por 13 paises para acogerse a la norma GSM1989 El grupo GSM se convierte en Comisin del ETSI (European Telecommunications Standards Institute )1990 Conclusin de la fase 1 de especificacin, sistema pre-operacional1991 Primeras pruebas e inicio de la explotacinTema 4: Redes Mviles3 4. GSM-Principios Generales PLMN: Public Land Mobile Network. El concepto es muy general PLMN es una red de telefona digital celular, de servicios integrados, queincluye todas las caractersticas de las redes fijas, adems de funcionespropias como la movilidad. Servicios bsicosRDSI Movilidad Gestin de red y abonados Gestin de recursos radioRed MvilTema 4: Redes Mviles4 5. GSM-Principios Generales Bandas de frecuencia (MHz) para el interfaz radio: enlace ascendente(uplink) / enlace descendente (downlink).890-915GSM 900935-960 Comm. Tower1710-1785GSM 18001805-1880 Comm. Tower1850-1910GSM 19001930-1990Comm. TowerTema 4: Redes Mviles5 6. GSM-Principios Generales El mtodo de acceso al medio es TDMA (Time Division MultipleAccess). Trama bsica: Las tramas se agrupan en multitramas de sealizacin MF51 o detrfico MF26. stas se agrupan a su vez en supertramas (26 MF51 51 MF26), ystas, en hipertramas (2048), que es la unidad de mxima periodicidad.Tema 4: Redes Mviles6 7. GSM-Arquitectura de Referencia I El sistema GSM esta formadopor tres subsistemas: BSS (Base Station Subsystem) NSS (Network and SwitchingSubsystem) OSS (Operation and SupportSubsytem) -> el que nunca sepone en los esquemasTema 4: Redes Mviles 7 8. GSM-Arquitectura de Referencia II BSS (Base Station Subsystem): Estacin Mvil (MS): dividida en ME (Mobile Equipment) y SIM (Subscriber Identity Module) BTS (Base Transceiver Station): es el punto inicial de planificacin (transceptores y antenas) BSC (Base Station Controller): controla las BTS TRAU (Transcoder and Rate Adaptation Unit): Adapta las velocidades de los canales de 16 a 64 Kbps NSS (Network and Switching Subsystem): HLR (Home Location Register): registro global de usuarios de la PLMN VLR (Visitor Location Register): registro local de usuarios en una LA (Location Area) MSC (Mobile Switching Center), GMSC (Gateway Mobile Switching Center): sistemas de conmutacin (dentro de la red o con otras redes) Centro Servidor SMS (Short Message Service) Otros, SMS-IWMSC, EIR, AUCTema 4: Redes Mviles8 9. GSM-Canales lgicos I Se dividen en dos tipos: Trfico Sealizacin Canales de Trfico: TCH/F (Traffic Channel Full Rate): canal a velocidad total, datos a 9,6 Kbps, voz hasta 13 Kbps TCH/H (Traffic Channel Half Rate): canal a mitad de velocidad, datos a 4,8 Kbps y voz hasta 6,5 Kbps. Canales de Sealizacin: Hay 9 canales de sealizacin divididos en tres categoras: Canales de difusin Canal de correccin de frecuencia FCH (Frequency Channel): sincronizacinde frecuencia entre el terminal mvil y la BTS. Canal de sincronizacin temporal SCH (Synchronization Channel):sincronizacin del MS con la estacin base. Canal de difusin BCH (Broadcast Channel): difusin de informacinespecfica de la BTS.Tema 4: Redes Mviles 9 10. GSM-Canales lgicos II Canales de Sealizacin (continuacin): Canales de sealizacin comn Canal de aviso PCH (Paging Channel): localiza y avisa al mvil de llamadas entrantes Canal de acceso aleatorio RACH (Random Access Channel): canal de acceso a la red Canal de concesin de acceso AGCH (Access Grant Channel): para conceder el acceso del mvil a la red Canales de control dedicados Canal independiente dedicado de control SDCCH (Stand-Alone Dedicated Control Channel) para sealizar la conexin/desconexin Canal lento asociado de sealizacin SACCH (Slow Associated Control Channel), asociado a un TCH o SDCCH para informacin como el time in advance (usado para sincronismo, localizacin), etc. Canal rpido asociado de sealizacin FACCH (Fast Associated Control Channel): por medio del robo de bits enva informacin de sealizacion asociada a un TCH (para traspasos, por ejemplo)Tema 4: Redes Mviles 10 11. GSM-Planificacin de una clula En el diseo de una clula en GSM TDMAhay que considerar principalmente: Propagacin radio Trfico Balance de la clula (balance de potencia) Planificacin de frecuencias Es importante saber los tipos de BTS de los que se dispone Tema 4: Redes Mviles 11 12. GSM-Planificacin de Frecuencias Consideremos el siguiente esquema. Las clulas A y C tienen la misma frecuencia. La distancia entre los centros de dos clulasconsecutivas es:d = R 3 La distancia D entre dos clulas con lamisma frecuencia se obtiene segn laecuacin (D: distancia de reutilizacin): i,j: desplazamientos segn los ejes marcados, desde el origen()D2 = i2 + j2 + i j d 2 Por lo tanto obtenemos el siguiente valor: D R = (i 2)+ j2 + i j 3Tema 4: Redes Mviles12 13. GSM-Planificacin de Frecuencias nicamente consideramos distancias normalizadas, es decir, valores enteros de i, j. En la figura las estaciones A, B, C y D estn separadas la distancia D, y forman elllamado rombo cocanal. Las estaciones en su interior tienen que usar otra f. El rea de la agrupacin es igual a la del rombo:D2 3 Sa =2 El rea de la celda es: 3 R2 3Sc = 2 Si el rea de la agrupacin es S a = J S c (J es el tamao de la agrupacin): 21 DJ= J = i2 + j2 + i j3 R Tema 4: Redes Mviles 13 14. GSM-Planificacin de Frecuencias A la relacin calculada en la transparencia anterior se la denominarelacin geomtrica. SLO son posibles los tamaos de agrupacin dadospor esta expresin. En sistemas analgicos se utilizan valores de i, j (2,2) y (2,1) queconducen a agrupaciones de J=12 clulas y J=7 clulas. En GSM se utiliza habitualmente (2,0), J=4 (1,1) con lo que J=3. Si estamos considerando estaciones sectorizadas, el nmero de clulas semultiplica por S sectores, y se utiliza la notacin J / SJ. En el caso de S=3,muy tpico en GSM, estamos considerando 4/12 y 3/9. Las antenas sectorizadas permiten incrementar la capacidad frente a las omnidireccionales.Tema 4: Redes Mviles14 15. GSM-Balance del sistema Es importante limitar las radiaciones para no producir interferencias, ypara no gastar potencia en exceso. Esquema de transmisin / recepcin:Tema 4: Redes Mviles15 16. GSM-Balance del sistema Planteamiento de las ecuaciones de balance (unidades logartmicas):PRX _ MS = PTX _ BTS LC _ BTS + GTX _ BTS Lcell + G RX _ MS LS _ MSPRX _ BTS = PTX _ MS LS _ MS + GTX _ MS Lcell + G RX _ BTS LC _ BTS Restando ecuaciones:PRX _ MS PRX _ BTS = PTX _ BTS PTX _ MS Llevando las potencias recibidas al mnimo (lmite de cobertura):PTX _ BTS PTX _ MS = MS sens BTS sens Y finalmente: Es decir, la potencia de transmisin de la BTS esPTX _ BTS = (MS sens BTS sens ) + PTX _ MS superior a la del MS (+ diferencia de sensibilidades)Tema 4: Redes Mviles 16 17. GSM-Propagacin radio I Con la potencia calculada anteriormente se replantea la ecuacin del enlace descendente: MSsens = P _ BTS + GTX_ BTS LC _ BTS Lcell + GRX_ MS LS _ MS TX Se emplea la frmula emprica de OkumuraHata para el clculo del radio por propagacin. Este modelo es diferente para la banda de 900 MHz y para las bandas de 1800/1900 MHz. El modelo Okumura-Hata original es vlido hasta 1500 MHz. Para las frecuencias de 1800/1900 MHz, se utiliza la modificacin del modelo COST 231. Las prdidas por propagacin se calculan como:Lcell = F + B log(R ) E + GTema 4: Redes Mviles17 18. GSM-Propagacin radio II Los parmetros del modelo Okumura-Hata son los siguientes: F = 69,55 + 26,16 log( f c ) 13,82 log(hb ) B = 44,9 6,55 log(hb ) E = 3,2 (log(11,75 hm )) 4,972 Para ciudades grandes con f c 300 MHz E = 8,29 (log(1,54 hm )) 1,12 Para ciudades grandes con f c < 300 MHz E = (1,1 log( f c ) 0,7 ) hm (1,56 log( f c ) 0,8) Para ciudades pequeas o medianasG = 0 dB Donde: fc : frecuencia central (MHz) hb: altura de la antena de la estacin base (m) hm: altura del mvil (m) Finalmente el Radio de la clula por propagacin( Lcell + E ) (G + F )(Km) se calcula como R = 10 BTema 4: Redes Mviles18 19. GSM-Propagacin radio III Modificacin del modelo COST 231 para el rango superior de frecuencias(tambin se usa en UMTS): F = 46,3 + 33,9 log( f c ) 13,82 log(hb ) B = 44,9 6,55 log(hb ) E = 3,2 (log(11,75 hm )) 4,97 2 Ciudades grandes E = (1.1 log( f c ) 0.7 ) hm (1.56 log( f c ) 0.8) Ciudades pequeas G = 3 dB Urbano denso G = 0 dB Resto Modelo vlido para 1500 MHz < fc