Descripción de la componente terrestre del sistema UMTS

sistema UMTS

Enesteapartadosepresentaunadescripcióngeneraldelacomponenteterrestre

delsistemaUMTS,centradaenlainterfazradio. Elobjetivodeestadescripción

esmostrarcómosematerializanlasideasexpresadasen Ÿ2.2enunsistemareal,

ypresentar lascaracterísticasprincipalesdel sistemaen elque seva abasar el

estudiode capacidad.

2.4.1 Estructura general

Unsistemade comunicacionesUMTSsecomponedereddetelecomunicaciones

y red de gestión. Laprimera constade lassiguientes partes:

•

Núcleo de red, CN.

•

Red de acceso radio, UTRAN.

•

Terminalesmóviles,UE (User Equipment).

Estas entidades aparecen representadas en la gura2.9[3G01g], junto con las

interfaces denidas entre ellas.

Lared de accesoUTRAN está constituidaporsistemasde red radio (RNS,

RNS

RNC

RNS

RNC

Núcleo de red

Nodo B

Nodo B

Nodo B

Nodo B

Iu

Iu

Iur

Iub

Iub

Iub

Iub

Figura2.10: Estructura generalde UTRAN

radio(RNC,RadioNetworkController),yunconjuntodenodosB,oestaciones

base,dependientesdeél. Lagura2.10[3G01g]muestralaestructuradelared

de acceso radio ylas correspondientes interfacesentre los elementosindicados.

Loselementosfuncionalesde lared secomunicanutilizandouna estructura

jerárquica de protocolos a través de las interfaces. La existencia de interfaces

estandarizadas permite la interconexión de equipos de diferentes fabricantes.

Los protocolos se clasican en dos grandes niveles o estratos, denominados

nivel ligado alacceso y nivel no ligado al acceso. Elprimero comprende todos

los protocolos que requieren la intervención de la red de acceso radio, y el

segundo los que afectan al núcleo de red y al terminal móvil sin intervención

de la red de acceso [Her01a, parte 1, cap. 3]. La frontera entre ambos niveles

se realizamediantepuntosde accesoal servicio (SAP, Service Access Point).

2.4.2 Red de acceso radio

El funcionamiento de la red de acceso radio se basa en una estructura de tres

capas de protocolos, correspondientes a los niveles físico, de enlace de datos

y de red del modelo OSI (Open Systems Interconnection) [Tan96, apart. 1.4].

Se distinguen, además, dos planos denominados de control (C) y de usuario

(U).Elprimeroabarcatodos losaspectosrelacionadoscon laseñalización,yel

segundo los relativosalatransmisión de informaciónde tráco entre usuarios.

Lascapas de enlaceyde red sedividen en subcapas diferentes enlosplanosde

controly de usuario.

La capa física se basa en la utilización del método de acceso WCDMA. A

continuación seresumen lascaracterísticasprincipales de lainterfaz radio:

•

Se utiliza una técnica de acceso DS-CDMA de banda ancha, con una velocidad de chip de

3,84

Mchip/s y separación entre portadoras de

5

MHz.

•

Lainterfaz tienedosmodos: FDDy TDD.Elprimeroutilizalabandade frecuencias

19201980

MHz para el enlace ascendente y

21102170

MHz paraeldescendente. Elsegundoutilizalasbandas

19001920

y

20102025

MHz para ambosenlaces.

•

La modulación de la señal ensanchada es QPSK con ltrado en coseno alzado.

•

Se utiliza demodulacióncoherente en ambos sentidos (ascendente y des- cendente), graciasa lautilizaciónde un canalpiloto en elenlace descen-

dente y ala inserciónde símbolospiloto en el ascendente.

•

La velocidadde trácoes variablede formaestática(al iniciarlasesión) y dinámica(durantela misma).

•

Se utiliza una estructura de trama temporal de

10

ms dividida en

15

intervalos.

•

No se requiere sincronizaciónentre estaciones base.

Deberesaltarsequelaestructuradetramanoseutilizaparaelaccesodediferen-

tesusuarios,comoocurreensistemasTDMA,sino parafacilitarlatransmisión

periódica de ciertos parámetros, como las órdenes de control de potencia. En

losucesivose considerará únicamenteelmodoFDD.

Ensanchamiento y modulación Elensanchamientose llevaacabo en dos

etapas,locualpermite,comosehaexplicadoenŸ2.2.1,ortogonalizarloscanales

transmitidospor una misma estaciónbase (enlace descendente) o móvil(enla-

ce ascendente), manteniendo el comportamientopseudoaleatorio entre señales

transmitidaspor estaciones diferentes.

Como códigos de canalización se utilizan secuencias ortogonales de factor

de ensanchamiento variable (OVSF) entre

4

y

256

en el enlace ascendente, y entre

4

y

512

en el descendente. Estas secuencias, descritas en [Ada97], permiten utilizar canales con velocidades binarias diferentes manteniendo la

ortogonalidadentre ellos. El número máximo de secuencias ortogonales no es

jo,sino que depende delconjuntode factores de ensanchamiento utilizados.

En lasegunda etapa se aplica una misma secuencia de aleatorización a los

canalestransmitidosporlamismaestación, siendolassecuenciasdistintaspara

bases o móviles diferentes. En el enlace descendente, los códigos de aleatori-

zaciónson secuencias pseudoaleatorias de periodo

38400

,correspondientea

10

ms. Lassecuencias se dividen en varios grupos para facilitarla sincronización

y búsqueda de célula en el terminal móvil. En el enlace ascendente pueden

utilizarsecomosecuencias de aleatorizacióncódigoslargos,similaresalosdel

descendente, ocódigos cortos, de periodo

256

, más adecuados para eluso de detección multiusuario en laestación base [Dah98a] [Dah98b].

El proceso de ensanchamiento y modulación combina QPSK y BPSK en

la forma que se indica a continuación. En el enlace descendente se utiliza la

variante3descritaenŸ2.1.3 paralaetapade canalización,yla4bparalaalea-

torización. El enlace ascendente utiliza la opción 1 para la canalización, con

canales diferentes en las ramas en fase y en cuadratura, y 4b para la aleato-

rización. Como consecuencia, los códigos de aleatorización en los dos enlaces

son secuencias complejas, mientras que los de canalización son reales. La se-

ñal nal ensanchada se modula en QPSK con conformación espectral de tipo

coseno alzado.

Canales físicos, de transporte y lógicos La transmisiónse estructuraen

canalesfísicos. EnelmodoFDD,un canalfísicoseidenticamedianteunafre-

cuenciaportadoray una secuencia código,y en el casoascendentees necesario

especicar ademásla ramaen fase oen cuadratura. Loscanales de transporte

especicanelformatoconquesetransmitelainformación. Loscanaleslógicos,

que pertenecena lacapade enlace,denen eltipode informaciónqueseenvía

[Her01a, parte 2, cap. 2]. Los canales de transporte se dividen en comunes y

dedicados, mientras que los canales lógicos se dividen en canales de control y

de tráco. Existe una correspondencia entre canales de transporte y canales

físicos, de modoque un canal de transporte utiliza uno o varios canales físicos

para su transmisión.

Loscanales de transporte dedicados (DCH, Dedicated Channel) se utilizan

para transmitirinformaciónen modocircuito, y secorrespondencon un canal

físicodecontrol(DPCCH, DedicatedPhysicalControlChannel),yunoovarios

canalesfísicos de datos(DPDCH, Dedicated PhysicalData Channel). Hayseis

tipos de canales comunes: de difusión (BCH, Broadcast Channel), de acceso

descendente (FACH, Forward Access Channel), de aviso (PCH, Paging Chan-

nel),de accesoaleatorioascendente(RACH,BroadcastChannel),canalcomún

depaquetesascendente(CPCH,CommonPacket Channel)ycanalcompartido

descendente (DSCH, Downlink Shared Channel). Los dos últimos se utilizan

para la transmisión de paquetes. En general, la transmisión en modo paque-

te puede realizarse utilizando utilizarsecanales de transporte dedicados, DCH

(para grandes volúmenes de información continua); canales comunes, CPCH

(para pequeñas cantidades de información); o canales comunes compartidos

por varios móviles, DSCH(para grandes volúmenes aráfagas).

Control de potencia El sistema utiliza los mecanismos en bucle abierto,

cerrado y externo descritos en Ÿ2.2.2. En canales dedicados se utiliza normal-

menteel controlen buclecerrado, con periodode actualización

0,667

ms, esto es, unavez porintervalotemporal, y pasode

12

dB en elenlace ascendente y de

0,52

dBeneldescendente. Elbuclecerradofuncionaconjuntamenteconel bucle externo. El amplio margen dinámicodel bucle cerrado hace innecesario

cuandonoesposibleemplearelbuclecerrado,comosucedeenelcanaldeacce-

soaleatorio,o en elcomienzo de latransmisión en un canaldedicado [Her01a,

parte2, cap.2]. El3GPP propone ademáslautilizaciónde un bucle de ajuste

en el enlace descendente para evitar la derivade potencia durante el traspaso

[3G00a, apart. 9.3].

Traspaso El sistema UMTS permite traspasos con continuidad en una mis-

maportadora, así como traspasos sincontinuidad entre portadoras delmismo

modo,entre portadoras de diferentemodo(FDDo TDD)oentre sistemas. En

todosloscasos, ladecisiónde traspasosebasa enmedidasrealizadas porlaes-

taciónbasey enmedidasrealizadasporelmóvilyenviadasalared. Aunque el

3GPPdescribeun algoritmotípicode traspaso, como sehaindicadoen Ÿ2.2.3,

elestándar noexigesuutilización,porloquecadafabricantepuededesarrollar

un algoritmodiferente.

Para posibilitar la realización de medidas en el traspaso con continuidad,

sehaprevisto latransmisiónen modocomprimido,queconsisteen quelabase

o el móvil dejan de transmitir en ciertos intervalos de tiempo, para que el

móvil pueda realizar medidas o transmitir en otras frecuencias. Ello requiere

lacompresión temporalde laseñal, quepuedelograrsereduciendolavelocidad

binaria, el factor de ensanchamiento o utilizandoeliminación selectiva de bits

(puncturing) [Her01a, parte2, cap. 2].

Diversidad de transmisión El sistema UMTS permite varios métodos de

diversidad de transmisión en el enlace descendente. Uno de ellos es el modo

deselección de base entransmisión (SSDT)descritoen Ÿ2.2.3,que funcionaen

combinación con el traspaso con continuidad. La utilización de diversidad de

transmisión permite una mejora de prestaciones en el enlace descendente sin

necesidad de diversidad de recepción en el terminalmóvil.

Detecciónmultiusuarioyantenasadaptativas Enlanormasehaprevis-

tola utilización, en el futuro, de detección multiusuario (mediantelos códigos

cortos de aleatorización) y antenas adaptativas (transmisión y recepción me-

diantehaces dirigidosalterminalmóvil,minimizandoasílainterferencia sobre

losdemás).

Generación de la forma de onda Los bits de información son sometidos

a un proceso de codicación de canal, adaptación de velocidad, entrelazado y

multiplexaciónpara obtener la señalcorrespondienteque setransmite en cada

canalfísico.

Enelcasode voz, losbitsde informaciónsonproducidosporun codicador

de vozde tasa variable(AMR, Adaptive Multi Rate)entre

4,75

y

12,2

kbit/s. Para servicios multimediase utilizancodicadores estandarizados por laUIT.

Elsistemapermiteelmantenimientodevariasconexionessimultáneasporparte

del terminalmóvil.

In document Capacidad en sistemas celulares W-CDMA (página 77-82)