Estudio de la migración de una red GSM a una red de tecnología UMTS

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(1)FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA. TRABAJO DE DIPLOMA Estudio de la migración de una red GSM a una red de tecnologı́a UMTS. Autora: Mariela Veitia Ares Tutores: Ing. Abdel Chao Roselló Ms.C. Carlos Rodrı́guez López Santa Clara Julio 2007.

(2) A mis padres A mi esposo.

(3) “... el sentimiento es también un elemento de la ciencia” José Martı́. OC, 4, p-250.

(4) Agradecimientos A todos aquellos que por su colaboración son partı́cipes de este trabajo. A mis padres y mi hermana que fueron el motor impulsor de esta empresa. A mi esposo por su infinita dedicación. A mi tutor y amigo Abdel, por su apoyo incondicional. A mi también tutor Carlos Rodrı́guez por su inestimable asesorı́a. A David por ayudarme cuando daba los primeros pasos en esta Tesis. A José Marı́a por su valiosa y pronta contribución. A mi compañero de trabajo Gustavo Montesino por encaminarme es este largo camino. Al resto del equipo VOLTUS por su perseverancia y no rendirse jamás en la escalada. A aquellos profesores que se mostraron verdaderos maestros..

(5) Resumen Con este trabajo se ha realizado una detallada revisión bibliográfica de las principales caracterı́sticas de los sistemas de comunicaciones móviles de Segunda y Tercera Generación. En el primer y segundo capı́tulo se identificaron y estudiaron los principales elementos de ambas redes, con lo que se realizó un estudio comparativo de ambas redes que permitió identificar las especificaciones comunes de ambas tecnologı́as. Partiendo de los elementos anteriores y teniendo en cuenta la metodologı́a de dimensionamiento desarrollada en el último capı́tulo para la red de acceso de radio se realiza la propuesta de dimensionamiento de una red de Tercera Generación UMTS sobre la base de una red GSM en nuestro paı́s..

(6) Índice general Introducción. 1. 1. Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 3 1.1. Servicios de telecomunicación en GSM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1. Servicios portadores. 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3. 1.1.2. Teleservicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. 1.1.3. Servicio suplementarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. 1.2. Requerimientos de calidad de servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5. 1.3. Caracterı́sticas de la capa fı́sica de la red GSM . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. 1.3.1. Bandas de frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. 1.3.2. Modulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7. 1.3.3. Potencia de los transmisores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. 1.3.4. Multiacceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 1.4. Arquitectura de la red GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4.1. Sistema y elementos de la red GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4.1.1. Estructura de un sistema de conmutación de red . . . . . 11 1.4.1.2. Controladores de estaciones base, estaciones base y móviles 13 1.4.1.2.1.. Estructura de una estación base . . . . . . . . . . 14. 1.4.1.3. Estructura de la estación móvil (MS) . . . . . . . . . . . . 14 1.4.1.3.1.. Módulo de Identidad de Abonado (SIM) . . . . . 15. 1.4.1.3.2.. Identidad de Equipo Móvil Internacional (IMEI). 1.4.1.3.3.. IMSI/TMSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15. 15. 1.5. Evolución de redes actuales hacia redes de 3G . . . . . . . . . . . . . . . . 16 I.

(7) ÍNDICE GENERAL. II. 1.5.1. Capacidades tecnológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.5.2. GPRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.5.3. EDGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.5.4. UMTS/WCDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.5.5. HSDPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2. Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación.. 20. 2.1. Principales servicios brindados en UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2. Arquitectura del sistema UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2.1. Núcleo de Red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2.1.1. Tecnologı́as del Núcleo de Red. . . . . . . . . . . . . . . . 24. 2.2.1.2. Evolución del Núcleo de Red . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.3. Red de Acceso Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.3.1. Interfaces de la UTRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.3.1.1. Interfaz de Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.3.1.1.1.. Fundamentos de la Técnica de Acceso DS-CDMA 28. 2.3.1.1.2.. Bandas de Funcionamiento y Ancho de banda de RF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31. 2.3.1.1.3.. Organización de las transmisiones y tasa de chip . 31. 2.3.1.1.4.. Modo FDD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32. 2.3.1.1.5.. Modo TDD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34. 2.3.1.2. Interfaces Ix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.3.1.2.1.. Interfaz Iu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38. 2.3.1.2.2.. Interfaz Iur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38. 2.3.1.2.3.. Interfaz Iub . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39. 2.4. Terminales Móviles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3. Dimensionamiento e implementación de una red UMTS.. 42. 3.1. Planificación de Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.2. Capacidad de las células . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.2.1. Estimación del número de procesadores de canal . . . . . . . . . . . 45 3.3. Cobertura celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46.

(8) ÍNDICE GENERAL. III. 3.3.1. Cálculo de cobertura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.3.2. Balances de enlaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.4. Estructuras Celulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.4.1. RNC y red de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.5. Datos de partida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.5.1. Información demográfica y geopolı́tica de la zona . . . . . . . . . . 52 3.6. Datos del dimensionado radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.6.1. Demanda de tráfico y número de usuario . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.6.2. Tráfico de voz y datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.7. Influencia de los protocolos especı́ficos de UMTS . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.7.1. Cabecera del protocolo de la interfaz Iub . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.7.2. Soft-Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.7.3. Cabecera del protocolo en la interfaz Iu . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.8. Capacidades de los nodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.9. Dimensionamiento de RNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.10. Diseño de la red de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.10.1. Parámetros de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.10.2. Red de acceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.10.2.1. Interfaz Iub (enlace Nodo B-RNC). . . . . . . . . . . . . . 57. 3.10.2.1.1. Datos de partida . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.10.2.1.2. Dimensionamiento de tráfico . . . . . . . . . . . . 57 3.10.2.1.3. Cálculo de Nodos ATM y enlaces . . . . . . . . . 58 3.10.2.1.4. Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.10.2.2. Interfaz Iur (enlace RNC-RNC) . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.10.2.2.1. Datos de partida . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.10.2.2.2. Dimensionamiento de los enlaces y topologı́a . . . 59 3.10.2.3. Interfaz Iu (enlace entre RNC y U-MSC) . . . . . . . . . . 59 3.10.2.3.1. Datos de partida . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.10.2.3.2. Dimensionamiento del tráfico . . . . . . . . . . . 60 3.10.2.3.3. Topologı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.10.2.3.4. Cálculo de enlaces . . . . . . . . . . . . . . . . . 60.

(9) ÍNDICE GENERAL. IV 3.10.2.3.5. Cálculo del número de nodos ATM . . . . . . . . 62 3.10.2.3.6. Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62. 3.11. Ejemplo de dimencionamiento de RAN para nuestro paı́s . . . . . . . . . . 62 3.11.1. Dimencionamiento RNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.11.1.1. Número de RNC de acuerdo al número de celdas . . . . . 67 3.11.1.2. Número de RNC de acuerdo al número de Estaciones Base 68 3.11.1.3. Número de RNC de acuerdo al tráfico soportado por el RNC en la Interfaz Iub . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.11.1.4. Red de Transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3.11.1.4.1. Nodos ATM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3.11.1.4.2. Interfaz Iu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3.11.1.4.3. Región Occidental . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 3.11.1.4.4. Otras Regiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Conclusiones. 72. Recomendaciones. 73. Referencias Bibliográficas. 74. Bibliografı́a. 76. Glosario de términos. 77.

(10) Índice de figuras 1.1. Conformado FDMA/TDMA de la información del sistema GSM. . . . . . .. 7. 1.2. Extensión de la banda GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7. 1.3. Transmisión a ráfagas en GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 1.4. Arquitectura de red GSM en relación con la planificación celular . . . . . . 11 1.5. Protocolos asociados al sistema GSM en los diferentes elementos de red . . 12 1.6. Red UMTS Multi-Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.1. Arquitectura general de un sistema UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2. División en dos niveles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3. Concepto de la Técnica DS-CDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.4. Proceso de generación de la señal de espectro ensanchado . . . . . . . . . . 29 2.5. Estructura común de las transmisiones UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.6. Potenciales situaciones de interferencia en TDD . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.7. Modelo de la estructura de protocolos de las interfaces de la red UTRAN . 37 3.1. Estructura celular jerárquica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.2. Multiplexación interfaces Iur e Iu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.3. Enlaces metropolitanos directos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.4. Topologı́a de la interfaz Iu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.5. Estructura de la red para la zona Occidente . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.6. Estructura de la red para la zona Centro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.7. Estructura de la red para la zona Oriente 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.8. Estructura de la red para la zona Oriente 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66. V.

(11) Índice de Tablas 1.1. Potencia en la estación móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. 1.2. Potencia en la estación base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. 1.3. Responsabilidad de los elementos de los controladores de las estaciones bases(BSC) y estaciones bases(BTS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4. Resumen de las capacidades de datos desde GSM a UMTS . . . . . . . . . 18 2.1. Bandas IMT-2000 adicionales identificadas en la WRC 2000 . . . . . . . . 32 2.2. Velocidades de los principales canales fı́sicos en FDD . . . . . . . . . . . . 33 2.3. Velocidades de los principales canales TDD. . . . . . . . . . . . . . . . . . 36. 3.1. Sensibilidad del terminal móvil (FDD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.2. Sensibilidad de la estación base (FDD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.3. Balance de enlaces para UMTS. Servicio de voz . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.4. Resumen de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.5. Ejemplo de la capacidad del RNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.6. Explicación de los parámetros usados en la ecuación 3.7 . . . . . . . . . . . 56 3.7. Parámetros de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.8. Cantidad de nodos B por Provincia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.9. Datos iniciales para el dimensionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.10. Nodos ATM y enlaces E1 por Provincias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70. VI.

(12) Introducción Al introducirse de forma efectiva en el mercado el sistema GSM, a principio de los 90, supuso una revolución respecto de los sistemas analógicos al introducir las técnicas digitales, las que permitieron reducir los costos de producción y mejorar notablemente el número de comunicaciones que podı́an cursarse en un ancho de banda dado. Sin embargo los niveles de utilización del sistema GSM han experimentado en los últimos años crecimientos muy elevados. Para lidiar con este problema se han introducido varias soluciones a corto plazo que si bien no pueden introducir nuevos servicios si logran únicamente administrar mejor los servicios existentes. Hay dos innovaciones de GSM que exploran caminos diferentes y que constituyen el primer paso para la evolución hacia 3G: GPRS y EDGE. La primera logra mejorar la capacidad del GSM y al mismo tiempo aumenta la gama de servicios al introducir la conmutación por paquetes. Por otro lado el nuevo estándar EDGE para GSM permite con técnicas de modulación adaptativas mejorar la capacidad del GSM, especialmente en zonas de alto tráfico. El rendimiento espectral no es la única razón para la introducción de un nuevo estándar, la necesidad del cliente final de servicios de nuevo tipo que requieren velocidades de hasta 2Mbit/s en ciertos entornos constituye otra razón, por lo que un buen rendimiento espectral no será suficiente si el sistema no permite la transmisión, para cada usuario, de los volúmenes deseados. El Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) será un sistema de comunicaciones móviles que pueda ofrecer significativos beneficios a los usuarios, incluyendo una alta calidad y servicios inalámbricos multimedia sobre una red convergente con componentes fijos, celulares y por satélite. Suministrará información directamente a los usuarios y les proporcionará acceso a nuevos y novedosos servicios y aplicaciones. Ofrecerá comunicaciones personales multimedia al mercado de masas, con independencia de la localización geográfica y del terminal empleado (movilidad del terminal, personal y de servicios). Por lo expresado anteriormente, el presente trabajo se propuso el siguiente objetivo: Realizar un estudio de los elementos a tener en cuenta para la migración de una red GSM hacia una red móvil de 3G con tecnologı́a UMTS, con el que se pretende contribuir al progreso de las telecomunicaciones en nuestro paı́s, a través de la vı́a obtenida para el desarrollo de una red UMTS sobre una tipo GSM. 1.

(13) Introducción. 2. Este trabajo está estructurado en tres capı́tulos, el primero es de carácter introductorio donde se aborda la arquitectura de la red GSM y se hace una descripción de la evolución de las redes actuales hacia las redes de 3G. En el segundo se realiza un estudio de la tecnologı́a UMTS para redes 3G donde se presenta la arquitectura de este sistema además de los principales servicios brindados. En el tercer capı́tulo se comete un análisis de los principios y elementos a tener en cuenta para el dimensionamiento e implementación de una red UMTS..

(14) Capı́tulo 1 Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. El estándar GSM ha supuesto la transición de los sistemas analógicos de primera generación a los digitales de segunda generación, combinando el concepto de telefonı́a móvil, hasta convertirla en una telefonı́a pública más.. 1.1.. Servicios de telecomunicación en GSM.. En la redacción de las especificaciones y estándares de GSM, los conceptos de la red RDSI jugaron un papel fundamental. Por ello, los servicios ofrecidos por GSM se asemejan mucho a los de la RDSI y se clasifican en:. 1.1.1.. Servicios portadores. Los servicios portadores se define como aquellos establecidos de extremo a extremo, con capacidad de transporte de información con independencia del contenido de la misma. Entre ellos se cuentan: ◦ Transmisión de datos sincrónicos y ası́ncronos con conmutación de circuitos. ◦ Acceso a funciones de empaquetado y desempaquetado para datos ası́ncronos. ◦ Acceso a redes públicas de paquetes X.25 para datos sı́ncronos a 2.400-9.600 bps. ◦ Conmutación de voz y datos en el curso de una llamada. 3.

(15) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 4. ◦ Sustentación de técnicas de retransmisión automática ARQ (Automatic RepeatreQuest), para la tasa de errores en modo no transparente.. 1.1.2.. Teleservicios. Los teleservicios son aquellos que proporcionan al usuario la capacidad de comunicaciones, incluidas las funciones de terminal. El estándar GSM ofrece los siguientes teleservicios: ◦ Telefonı́a con voz digitalizada a 13 kbps o 6.5 kbps (Códecs de velocidad mitad, GSM Fase 2). ◦ Las llamadas de emergencia. ◦ Los envı́os de mensajes cortos (SMS), de hasta 160 caracteres (140 bytes), a través de un centro de control: - comunicación punto a punto - comunicación punto a multipunto. ◦ Almacenamiento y tratamiento de mensaje, por medio del buzón de voz ◦ Comunicaciones facsı́mil, donde es posible la conexión de aparatos de fax del grupo 3.. 1.1.3.. Servicio suplementarios. Los servicios suplementarios son servicios que complementan un servicio básico de tal modo que el usuario pueda de alguna manera escoger su forma de prestación. El estándar GSM tiene una gran variedad de servicios suplementarios: ◦ Restricción de llamadas: - BAOC (Restricción de llamadas salientes ) - BOIC (Restricción de todas las llamadas internacionales) - BOIC exHC (Restricción de todas las llamadas internacionales excepto paises con PLMN) - BAIC (Restricción de todas las llamadas entrantes) - BAIC-roam (Restricción de llamadas entrantes cuando el desplazamiento es fuera de PLMN).

(16) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 5. ◦ Tratamiento de llamadas entrantes: - CFU (reenvı́o incondicional de llamadas) - CFNRy (reenvı́o de llamadas sin respuesta) - CFNRc (reenvı́o de llamadas inalcanzables) - CFB (reenvı́o de llamadas en MS ocupadas) - CW (llamada en espera) - HOLD (llamada holding) ◦ Identificación de números: - CLIP (presentación de identificación de lı́neas de llamadas) ◦ Multillamadas: - MPTY (partes múltiples) - CUG (grupo de usuarios cercanos) ◦ Tarificación - AOC (aviso de carga) - REVC (cargo revertido). 1.2.. Requerimientos de calidad de servicio. El estándar GSM surge con vocación de referente europeo de los sistemas móviles de segunda generación. Al mismo tiempo, el estándar supera a los sistemas de primera generación en el sentido que se diseña con compromisos de calidad que aquellos no contemplaban. Este hecho se marca como el paso definitivo dentro de los sistemas PMT (Public Mobile Telephony) para separarse de los PMR (Private Mobile Radio). Los objetivos que a continuación se incluyen tienen que ver con la rapidez en el tránsito de la señalización del sistema, ası́ como en los tiempos de procesamiento y número de entidades del sistema máximos en los caminos de señalización. En la búsqueda de este ambicioso objetivo, el estándar se impone a sı́ mismo a los siguientes objetivos de calidad: Consideraciones de tiempos en las operaciones del sistema: Tiempo entre encendido de la estación móvil y disponibilidad del servicio (4 seg en la propia PLMN del usuario y 10 seg en otra PLMN a la que el usuario no pertenece pero que la atiende). Tiempo de conexión/liberación de la llamada con la red destinataria (4 seg/2 seg). Tiempo de aviso a una estación móvil de una llamada entrante (4 seg en primer intento y 15 seg en segundo intento). Interrupción máxima en el traspaso (100 mseg si se trata de la misma estación base y 150 mseg si se trata de estaciones bases diferentes)..

(17) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 6. Retardo unidireccional máximo: 90 mseg (la distancia equivalente de propagación es de 27.000 km). Intelegibilidad de la voz: 90 por 100 (como consecuencia de la introducción de la tecnologı́a digital y las técnicas de procesamiento de la señal que comprimen la misma para optimización espectral [1]).. 1.3.. Caracterı́sticas de la capa fı́sica de la red GSM. 1.3.1.. Bandas de frecuencia. El estándar GSM utiliza unos canales fı́sicos, configurados por medio de un acceso múltiple mixto FDM/TDMA. El ancho de banda de estos canales es de 200 kHz [2]. Las bandas frecuenciales asignadas a GSM son: ◦ Bandas reservadas en Europa para el estándar(banda primaria) - 890-915 MHz para el canal ascendente - 935-960 MHz para el canal descendente ◦ Frecuencias centrales - fB (n) = 890 + 0,2 n(M Hz) - fA (n) = fB (n) + 45(M Hz) - n = 1 a 124, incluidos Se han previsto dos intervalos de guarda en los extremos de la canalización completa, y por ello la primera y la última portadora asignables son las de frecuencia central 890.2 MHz y 914.8 MHz. Esta banda primaria se encuentra ya saturada en algunos paı́ses, y se presisan más canales para atender a los crecientes usuarios del sistema. A estos efectos se ha habilitado una banda adicional denominada banda de ampliación (E-GSM 900), 880-890 MHz para el canal ascendente, 925-935 MHz para el canal descendente y frecuencias centrales: - fB (n) = 890 + 0,2 (n − 1,024)(MHz) - fA (n) = fB (n) + 45(MHz) - n = 975 a 1,023, incluidos.

(18) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 7. Figura 1.1: Conformado FDMA/TDMA de la información del sistema GSM.. Figura 1.2: Extensión de la banda GSM. 1.3.2.. Modulación. En el sistema GSM se utiliza modulación GSMK, que es una particularización de la modulación FSK, que viene acompañada del filtrado gaussiano en banda base (con parámetro Bb T = 0.3, donde T es el perı́odo de bit). Esta modulación es de envolvente constante, lo que permite utilizar amplificadores no lineales de radiofrecuencia, y con ello abaratar costos principalmente en las estaciones móviles. El ancho de banda de transmisión ocupado por cada portadora de radiofrecuencia es nominalmente de 200 kHz, esto conduce a una eficiencia o rendimiento espectral de 1.35 bit/Hz [3]..

(19) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 1.3.3.. 8. Potencia de los transmisores. En las recomendaciones que recogen la definición del estándar GSM se especifican los lı́mites de potencia transmitida, definida en el conector de antena del equipo. Para equipo portátiles (que son los habituales) con una antena integrada se supondrá la ganancia de la antena de 0 dBi, es decir antena omnidireccional. Se define la potencia de salida como el valor medio de la potencia, promediado en la parte útil de la ráfaga de radiofrecuencia. Existen dos tablas definiendo estos valores asociados a las clases de los equipos, una para las estaciones móviles y otra para las estaciones base. La correspondiente a la estación móvil es: Tabla 1.1: Potencia en la estación móvil Estación Móvil Clase Potencia salida máxima Tolerancia 1 — ± 2 dB 2 8 w (39 dBm) ± 2 dB 3 5 w (37 dBm) ± 2 dB 4 2 w (33 dBm) ± 2 dB 5 0.8 w (29 dBm) ± 2 dB. El control de la potencia en la estación móvil se define en 19 escalones, entre los 5 dBm y los 39 dBm. La correspondiente a la estación base es: Tabla 1.2: Potencia en la estación base Estación Base Clase Potencia salida máxima Tolerancia 1 [320, 640] w ± 2 dB 2 [160, 320] w ± 2 dB 3 [80, 160] w ± 2 dB 4 [40, 80] w ± 2 dB 5 [20, 40] w ± 2 dB 6 [10, 20] w ± 2 dB 7 [5, 10] w ± 2 dB 8 [2.5, 5] w ± 2 dB El control de potencia en las estaciones base se define con 15 niveles con salto de 2 dB por.

(20) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 9. nivel. En cada clase se han definido seis pasos de 2dB para reducir la potencia máxima de una estación de cada clase a fin de posibilitar el ajuste fino de la cobertura. Si a estos valores les añadimos los efectos del sistema radiante, el GSM fija un lı́mite de 500 w por portadora PIRE [4].. 1.3.4.. Multiacceso. El acceso a los recursos de radio del sistema por parte de la estación móvil se lleva a cabo con una multiacceso mixto FDM/TDMA, esto es, que un canal fı́sico viene compuesto por una pareja de frecuencias (correspondientes a la transmisión y a la recepción) y una serie de intervalos de tiempo a compartir dentro de ellas. Los recursos de radio se asignan a las diferentes estaciones base y en concreto, se asigna a cada una de ellas una dotación de n radiocanales. El acceso por división en el tiempo (TDMA) contempla un conjunto de ocho canales o intervalos temporales por portadora, con lo que en cada estación base se encuentran disponibles 8 x n canales [3].. Figura 1.3: Transmisión a ráfagas en GSM En este ámbito, se denomina ráfaga a la señal digital transmitida o recibida en un intervalo temporal de los mencionados anteriormente. Estas ráfagas se insertan en su correspondiente intervalo dentro de la trama que agrupa los ocho intervalos en una pareja de portadoras (en cada caso en la frecuencia ascendente o descendente)..

(21) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 10. Por cada intervalo temporal se tiene 156.25 bits equivalentes, de una duración cada uno de 3.69 µseg. La velocidad fı́sica de la interfaz aire es de 1 bit/3.69 µseg = 270 833 kbps. No todos los 156.25 bits son bits de información, sino que por el contrario, parte se destinan a espacio de guarda para ascenso y descenso de potencia, y otra parte, ya dentro del ámbito de los canales lógicos, a señalización.. 1.4.. Arquitectura de la red GSM. 1.4.1.. Sistema y elementos de la red GSM. El sistema GSM se estructura en una serie de unidades funcionales e interfaces entre ellas y con el mundo exterior. Las primeras son entidades que tienen a su cargo la ejecución de un conjunto de funciones, mientras que las segundas son las fronteras que definen cómo las diferentes entidades del sistema y del exterior, en algunos casos se relacionan entre sı́ [2]. ◦ Subsistema de estaciones base (BSS o Base Station Subsystem). ◦ Subsistemas de conmutación de red (NSS o Network Switching Subsystem). ◦ Estaciones móviles (MS o Mobile Stations). Dentro de cada bloque se distinguen las siguientes entidades: ◦ Subsistema de estaciones base: - Controlador de estaciones base (BSC o Base Station Controller) - Transceptor de estaciones base (BTS o Base Station Transceiver ) ◦ Subsistema de conmutación de red: - Central de conmutación (MSC o Mobile Swiching Center), con sus registros de localización de visitantes (VLR o Visitor Location Register). - Central de conmutación de pasarela (GMSC o Gateway MSC), a través de la cual se efectúa la conexión con las redes públicas exteriores. - Registro de localización de origen (HLR o Home Location Register). - Registro de identificación de equipos (EIR, Equipment Identity Register) - Centro de autentificación (AUC, Authentication Center). ◦ Estaciones móviles - SIM.

(22) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 11. ◦ Gestión, operación y mantenimiento de la red: - Centro de operaciones y mantenimiento (OMC u Operation and Maintenanace). - Sistema de gestión de red (NMC o Network Management System).. Figura 1.4: Arquitectura de red GSM en relación con la planificación celular. 1.4.1.1.. Estructura de un sistema de conmutación de red. Mobile Services Switching Center (MSC) El MSC realiza las funciones de telefonı́a de conmutación para la red móvil. Controla llamadas hacia y desde otros sistemas de datos y de telefonı́a, como la PSTN (Red Telefónica Pública Conmutada), ISDN (Red Digital de Servicios Integrados), redes públicas de datos, redes privadas y otras redes móviles. Gateway MSC (GMSC) Un Gateway es un nodo utilizado para interconectar dos redes. El gateway es usualmente implementado en un MSC. Este tipo de configuración en un MSC es referido como un Gateway MSC. Todos los MSCs en la red son capaces de funcionar como gateway. Home Location Register (HLR) El HLR es una base de datos centralizada que almacena y gestiona todas las subscripciones móviles pertenecientes a un operador especı́fico. Actúa como un almacenamiento permanente de información de subscripción personal hasta que la subscripción sea cancelada..

(23) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 12. Visitor Location Register (VLR) La base de datos VLR contiene información sobre todos los abonados móviles actualmente localizados en un área de servicio MSC. De esta forma, existe un VLR para cada MSC en una red. El VLR almacena información de subscripción temporalmente de forma que el MSC pueda servir a todos los abonados que están actualmente visitando esa área de servicio del MSC. El VLR puede ser referido como un HLR distribuı́do ya que tiene una copia de la información HLR almacenada sobre el abonado. Cuando un abonado entra en una nueva área de servicio MSC, el VLR conectado a ese MSC solicita información sobre el abonado desde el HLR del abonado. El HLR envı́a una copia de la información al VLR y actualiza su propia información de localización. Cuando el abonado hace una llamada, el VLR tendrá la información requerida para el establecimiento de la llamada sin tener que consultar al HLR cada vez. Authentication Center (AUC) La AUC tiene como función principal autenticar las tentativas del abonado para usar la red. De esta manera, se usa para proteger a los operadores de red del fraude. El AUC es una base de datos conectada al HLR que le proporciona parámetros de autenticación y claves de cifrado que verifican la identidad del subscriptor móvil y asegura la confidencialidad de cada llamada. Equipment Identity Register (EIR) El EIR es una base de datos que contiene información de identidad de equipamiento móvil que ayuda a bloquear llamadas de MSs robados, no autorizados o defectuosos. Nótese que debido a la separación de abonadoequipamiento en GSM la deshabilitación del equipamiento MS no resulta en deshabilitación automática de un abonado. El AUC y EIR se implementan como nodos stand-alone o como nodos combinados AUC/EIR, aunque el EIR es un componente opcional de una red GSM y por esta razón no se utiliza con frecuencia.. Figura 1.5: Protocolos asociados al sistema GSM en los diferentes elementos de red Una muestra de todos los protocolos que intervienen en las diversas capas de cada una de.

(24) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 13. las interfaces es la que se presenta en la Figura 1.5 [5] como muestra de la complejidad del sistema y del conjunto de disciplinas involucradas en el correcto funcionamiento del mismo. Se definen las siguientes interfaces: ◦ Interfaz A, o interfaz de lı́nea, es la que proporciona dos tipos distintos de información, señalización y tráfico, entre el Centro de Conmutación de Servicios Móviles (MSC) y la Red de Acceso Radio (RAN). La conversación es transcodificada en el Controlador de Transcodificación (TRC) y la señalización SS7 (Sistema de Conmutación) es conectada transparentemente a través del TRC o en un enlace separado al Controlador de Estación Base (BSC). ◦ Interfaz Abis, generalmente es transparente al operador. Es la responsable de transmitir información de tráfico y señalización entre el BSC y la Estación Base Transceptora (BTS). El protocolo de transmisión usado para enviar la información de señalización en la interfaz Abis es Link Access Protocol on the D Channel (LAPD). ◦ Interfaz Um, o interfaz radio, la interfaz de aire usa la técnica de Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) para transmitir y recibir información de tráfico y señalización entre la RBS y la MS. 1.4.1.2.. Controladores de estaciones base, estaciones base y móviles. Un aspecto de importancia esencial en el análisis de la interfaz aire del sistema GSM es conocer bien la estructura y funciones de los controladores de estación base (BSC), estaciones base (BTS) en sı́ mismas y estaciones móviles (MS). En lo referente a las controladoras de estaciones base, el concepto que introducen es novedoso en los sistemas móviles de las segunda generación respecto de los de la primera. En este sentido, GSM decide definirlas como entidades aparte, más allá de si luego cada operador en su implementación concreta de red decide incluir las BSC en los mismos emplazamientos que las BTS o incluso en una asignación de uno a uno de BSC con BTS. El BSC es el centro de control del funcionamiento de las BTS. Nótese que un BSC puede controlar el funcionamiento de varias BTS. Debe destacarse el aspecto novedoso que este hecho supone, en tanto que en sistemas anteriores su presencia no era precisa, pues desde la central de conmutación se era capaz de controlar las estaciones base. Estos elementos permiten preparar al sistema para la atención de un número importante de estaciones base y usuarios y BTS es el elemento estación base, donde se efectúan las labores puramente de radio del sistema. De cualquiera manera, la Tabla 1.3 muestra las responsabilidades en que se implica cada uno de los elementos, bien sea de forma total o colaborando con otras entidades de la red..

(25) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 14. Tabla 1.3: Responsabilidad de los elementos de los controladores de las estaciones bases(BSC) y estaciones bases(BTS) Función Responsable Gestión de los canales de radio BSC Gestión de los canales de la red fija BSC Gestión de traspaso BSC Medidas de tráfico BSC Autentificación BSC Registro de localización y actualización de localización BSC Salto de frecuencia BSC/BTS Encriptación y desencriptado BSC/BTS Paging(búsqueda) BSC/BTS Codificación y decodificación de canal BTS Adaptación de velocidad BTS Medida de señal en enlace ascebdente BTS. 1.4.1.2.1. Estructura de una estación base La estructura más general de una estación base puede considerarse compuesta por una función de control y un conjunto de entre uno y dieciséis transceptores. La función de control es la encargada de administrar el software de control de los transceptores. Los transceptores, compuestos cada uno de ellos por dos frecuencias utilizadas en TDMA con ocho intervalos temporales cada una, son la esencia de la estación base. La BTS controla la interfaz de radio hacia el MS. La BTS comprende el equipamiento de radio como transceptores y antenas que son necesarios para servir cada celda en la red. Un grupo de BTSs son controladas por un BSC. 1.4.1.3.. Estructura de la estación móvil (MS). Una MS es usada por un abonado móvil para comunicarse con la red móvil. Existen varios tipos de MSs. Los fabricantes de MSs ofrecen una variedad de diseños y funciones para cumplir con las necesidades de los diferentes mercados. El rango de área de cobertura de una MS depende de la potencia de salida del MS. Diferentes tipos de MSs tienen diferentes capacidades de potencia de salida y consecuentemente diferentes rangos. Por ejemplo, las MSs manuales tienen una baja potencia de salida y rango más cortos que las MSs instalados en un carro con una antena montada en el techo. Las MSs GSM están formadas por:.

(26) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 15. ◦ Un terminal móvil ◦ Un módulo de idenditad de abonado (SIM). A diferencia de otros estándares, en GSM el abonado está separado del terminal móvil. Cada información de Abonado es almacenada en una SIM. La SIM puede ser introducida en cualquier terminal móvil GSM. Esto trae ventajas de portabilidad y seguridad para los abonados. Por ejemplo, el terminal móvil de abonado A puede haber sido robado, sin embargo la SIM del abonado A puede ser usada en el terminal móvil de otra persona y las llamadas son cargadas al abonado A. 1.4.1.3.1. Módulo de Identidad de Abonado (SIM) Una función clave del estándar GSM es la tarjeta de Módulo de identidad de Abonado (SIM). Una tarjeta SIM contiene información sobre el abonado y debe ser conectada al MS para habilitar al abonado a usar la red. Con la excepción de llamadas de emergencia, las MSs pueden ser operadas solamente si la SIM está presente. La SIM almacena tres tipos de información relativa al abonado: ◦ Datos fijos almacenados antes de que la subscripción sea vendida: ej. IMSI, clave de autenticación y algoritmos de seguridad. ◦ Datos temporales de red: ej. El área de localización de abonado y los PLMN prohibidos. ◦ Datos de servicio: ej. Preferencia de idioma, aviso de cobro. 1.4.1.3.2. Identidad de Equipo Móvil Internacional (IMEI) La Identidad del Equipo Móvil Internacional (IMEI) es usada únicamente para identificar el equipamiento MS hacia la red. La IMEI es usada para procedimientos de seguridad identificando el equipo robado y previniendo acceso no autorizado a la red. 1.4.1.3.3. IMSI/TMSI Cada estación móvil tiene un número identificado móvil único conocido como IMSI. Cuando se envı́a un page sobre el PCH para localizar un subscriptor móvil en particular se usa el número IMSI. Sin embargo puede utilizarse otro número llamado TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) para realizar el page. ◦ El TMSI adiciona seguridad al subscriptor como una alternativa a la transmisión del IMSI en la interfaz de aire. ◦ El TMSI cambia con cada transacción (llamada, actualización, attach, etc) ◦ TMSI solo es válido dentro del VLR ◦ El TMSI será usado siempre que no falle la actualización de localización o que la SIM no tenga un TMSI asignado..

(27) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 1.5.. 16. Evolución de redes actuales hacia redes de 3G. El éxito de los datos inalámbricos hasta el momento se ha visto limitado a áreas especı́ficas, no obstante, una cantidad de tendencias importantes harán que, eventualmente, los servicios de datos inalámbricos sean tan significativos como los de voz inalámbrica. En primer lugar, la computación está pasando a ser cada vez más móvil, y prevalecen las computadoras portátiles y los dispositivos PDA. Como consecuencia de la miniaturización de la electrónica, los teléfonos móviles están convirtiéndose en plataformas potentes para computación. En segundo lugar, los estilos de vida y de trabajo son cada vez más móviles, con un porcentaje creciente de la población que viaja por trabajo o placer. Tercero, la Internet está cada vez más entrelazada en la trama de la vida de las personas, proveyéndoles comunicaciones, información, mejoramientos de servicios a grupos de miembros y suscriptores, participación comunitaria, y comercio. Dentro de esta combinación, los datos inalámbricos son un potente catalizador para la creación de nuevos servicios y nuevas oportunidades de negocios tanto para operadores como para terceras empresas.. 1.5.1.. Capacidades tecnológicas. La migración GSM desde tecnologı́a de segunda generación a tecnologı́a de tercera generación incorpora optimizaciones constantes de capacidad y eficiencia. Este progreso posibilita un número cada vez mayor de aplicaciones, por motivos de performance ası́ como de menores costos de uso. El soporte para datos celulares de segunda generación se limita a aplicaciones de datos básicas, tales como mensajerı́a, e-mail basado en texto, y descarga de tonos de llamada, y carece de suficiente conectividad para un acceso eficiente a Internet. La añadidura de GPRS hace factible un nuevo mundo de aplicaciones, entre ellas aplicativos empresariales, navegación Web, aplicaciones para el consumidor, y ciertas aplicaciones multimediales. EDGE amplı́a la capacidad de GPRS, posibilitando una más rica navegación por Internet, aplicaciones de streaming (datos continuos con ancho de banda controlado y cierto retardo, como en música o video), un mayor rango de aplicaciones empresariales, y más aplicaciones multimediales. Con UMTS y HSDPA, los usuarios podrán acceder a teléfonos con video, música de alta fidelidad, aplicaciones para multimedia, y un acceso sumamente efectivo a sus organizaciones. El rango creciente de aplicaciones soportadas estimulará una mayor demanda y utilización por parte de los clientes, y por ende llevará a mayores ingresos para los operadores. Al evaluar las aplicaciones potenciales de los servicios celulares para datos, resulta útil considerar los requisitos aproximados de throughput (velocidad de transmisión de datos) para las distintas aplicaciones. Estos son: ◦ Micro-navegación (por ejemplo, WAP): 8 a 16 Kbit/s ◦ Mensajerı́a multimedial: 8 a 32 Kbit/s ◦ Video-telefonı́a: 64-384 Kbit/s.

(28) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 17. ◦ Navegación Web para fines generales: 32 Kbit/s a 384 Kbit/s ◦ Aplicaciones empresariales, incluyendo e-mail, acceso a bases de datos, trabajo en redes privadas virtuales: 32 Kbit/s a 384 Kbit/s ◦ Streaming de video y audio: 32-384 Kbit/s Al analizar estos requisitos, se observa que GPRS ya cumple con las exigencias de muchas de las aplicaciones. A medida que continúen mejorando las capacidades de datos y disminuya el costo de los servicios, no sólo que un número mayor de las aplicaciones existentes se tornará factible para trabajar en forma inalámbrica, sino que los desarrolladores ofrecerán más contenido móvil y nuevas aplicaciones móviles. En conjunto con otros desarrollos complementarios, tales como servicios basados en la ubicación, infraestructura para comercio móvil, y mensajerı́a multimedial, las aplicaciones de datos constituirán un flujo de ingresos creciente para los operadores. Se presenta un amplio rango de anchos de banda sugeridos en la lista que se muestra para diferentes aplicaciones. Los servicios de datos de la evolución GSM a UMTS proveen exactamente esta capacidad, como se resume a continuación.. 1.5.2.. GPRS. GPRS es una solución de conectividad IP basada en paquetes, que da soporte a un amplio rango de aplicaciones para empresas y consumidores. Las redes GPRS operan como extensiones inalámbricas de Internet, y dan a los usuarios acceso a Internet ası́ como acceso a sus organizaciones desde cualquier lugar. Si se utilizan dispositivos de cuatro ranuras de tiempo, las velocidades de throughput alcanzadas son de hasta 48 Kbit/s (80 Kbit/s con GPRS CS3-4), y los usuarios tienen la misma velocidad efectiva de acceso que con un módem, pero con la comodidad de poder conectarse desde cualquier lugar [6].. 1.5.3.. EDGE. EDGE - Mayores Velocidades de Datos para la Evolución GSM (o su nombre alternativo: Mayores Velocidades de Datos para la Evolución Global) es una tecnologı́a celular oficial de 3G que puede desplegarse en las bandas de espectro de 450, 850, 900, 1800 y 1900 MHz. EDGE es una potente optimización a las redes GSM/GPRS e incrementa las velocidades de datos en un factor de tres sobre GPRS, y duplica la capacidad de datos. Lo hace optimizando la interfase de radio al tiempo que permite que todos los demás elementos de la red, incluyendo el BSC, el SGSN, el GGSN, y el HLR permanezcan igual. De hecho, en los nuevos despliegues GSM/GPRS, EDGE es una actualización del software de la red únicamente. Una red GPRS que utilice la interfase de radio EDGE técnicamente se denomina red GPRS Optimizada (Enhanced GPRS - EGPRS), y la combinación de redes de acceso de radio GSM y EDGE se conoce como GERAN. EDGE es totalmente.

(29) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 18. Tabla 1.4: Resumen de las capacidades de datos desde GSM a UMTS Tecnologı́a Beneficios GPRS con esquemas de El servicio de datos por paquetes IP codificación 1 a 2 entrega throughputs efectivos de hasta 40 Kbit/s. GPRS con esquemas de Incluye una opción para que los operadores codificación 1 a 4 incrementen las velocidades del servicio GPRS en 33 EDGE La tecnologı́a de tercera generación triplica las velocidades de datos de GPRS de manera efectiva y duplica su eficiencia espectral. UMTS El radio-enlace WCDMA da soporte a servicios integrados de voz y datos flexibles, con velocidades pico de 2 Mbit/s. HSDPA Una optimización a WCDMA y totalmente compatible en sentido inverso, HSDPA ofrecerá velocidades de datos pico de 10 Mbit/s, mayores que las de cualquier otro servicio celular de datos. Calidad de servicio Disponible tanto para EDGE como para WCDMA, los mecanismos QoS (calidad de servicio) dan soporte a múltiples clases de aplicaciones. Soporte multimedial Un marco multimedial abarcativo posibilita aplicaciones de voz sobre IP y video. Integración con WLAN Redes futuras integrarán a las redes celulares con hot spots WLAN.. compatible en sentido inverso con GPRS y cualquier aplicación desarrollada para GPRS funciona también en EDGE [7].. 1.5.4.. UMTS/WCDMA. UMTS ha reunido la abrumadora mayorı́a de las licencias nuevas de espectro de 3G, con más de 100 carriers en todo el mundo con planes de despliegues de redes UMTS. UMTS emplea una tecnologı́a de radio-acceso CDMA de banda ancha. Los beneficios primarios de UMTS incluyen alta eficiencia espectral, altas densidades de usuarios, y soporte para aplicaciones de datos de elevado ancho de banda. Además, los operadores pueden utilizar una red central común que dé soporte a múltiples redes de radio-acceso, entre ellas GSM, GPRS, EDGE, y WCDMA. Esta red central común utiliza los mismos elementos de red que GPRS, incluyendo el SGSN, el GGSN, el MSC, y el HLR. Esto se denomina la red UMTS Multi-radio, y brinda un máximo de flexibilidad a.

(30) Arquitectura de la Red GSM. Evolución de las redes actuales hacia redes de 3G. 19. Figura 1.6: Red UMTS Multi-Radio los operadores para la provisión de distintos servicios en sus áreas de cobertura. La red de radio-acceso UMTS consiste en radio-estaciones base (correspondiendo a sistemas de transceptores base en GSM) que se conectan con controladores de red de radio (correspondiendo a controladores de estaciones base en GSM). Los controladores de red de radio (RNC) se conectan a la red central al igual que los controladores de estaciones base (BSC). En redes con acceso disponible tanto a GSM como a WCDMA, la red puede conmutar usuarios entre estas redes. Esto resulta importante para la administración de la capacidad, ası́ como para áreas donde el operador tiene cobertura GSM continua, pero ha desplegado WCDMA sólo en algunas ubicaciones. Además, la red puede seleccionar la red de radio-acceso más adecuada para el usuario, dependiendo de las preferencias del usuario y la carga que tenga la red en ese momento. En el próximo capı́tulo se hará una descripción del sistema UMTS [8].. 1.5.5.. HSDPA. Acceso a Paquetes de Alta Velocidad en Downlink es una optimización de WCDMA que entrega una capacidad para datos celulares de alto rendimiento, con velocidades pico de aproximadamente 10 Mbit/s. HSDPA es totalmente compatible en sentido inverso con WCDMA, y cualquier aplicación desarrollada para WCDMA funciona también en HSDPA. HSDPA es una funcionalidad de las especificaciones de la versión 5 del 3GPP [8]..

(31) Capı́tulo 2 Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación. Este capı́tulo se centra en la descripción del sistema UMTS abarcando las principales caracterı́sticas del sistema. El sistema UMTS contempla la posibilidad de incorporar una componente por satélite, que tal vez se incluya en el futuro. Sin embargo en este trabajo se describirán únicamente los aspectos relacionados con la componente terrestre.. 2.1.. Principales servicios brindados en UMTS. Por lo que al campo de los servicios se refiere, el enfoque del UMTS ha sido el de evitar un defecto en el que se incurrió en 2G: la excesiva especificación, que ha tenido como consecuencia una mayor dificultad a la hora de conseguir que los operadores puedan diferenciarse entre si en algo más que el precio de los servicios. Un posible catálogo de servicios 3G puede ser: ◦ Vı́deo y Audio: La combinación de voz vı́deo y audio es la esencia de multimedia, por tanto, es importante contar desde el principio con los siguientes servicios: - Videotelefonı́a - Videoconferencia - Vı́deo Bajo Demanda - Audio Bajo Demanda ◦ Descarga de imágenes ◦ Difusión de radio y televisión ◦ Juegos 20.

(32) Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación. 21. ◦ Mensajerı́a Multimedia: La mensajerı́a multimedia permitirá al usuario final disfrutar de un servicio de almacenamiento y entrega de mensajes con formato diverso (texto, audio, imágenes y vı́deo) todo ello en una misma aplicación ◦ Acceso a Internet ◦ Navegación mediante voz ◦ Chat ◦ Servicios de información: Estos servicios supondrán una verdadera revolución, ya que, asociados a un servidor de localización, un usuario podrá acceder / recibir todo tipo de información relacionada con su entorno o sus preferencias ◦ Tele-enseñanza ◦ Transacciones electrónicas ◦ Banca móvil ◦ Medios de pago ◦ Servicios de entorno personal: Se ofrece a los usuarios la opción de personalizar el menú de acceso de sus terminales ◦ Servicios orientados a empresas: Red privada virtual: Integración de los terminales móviles como extensiones dentro del plan de numeración privado de la empresa, con la posibilidad de obtener facturas detalladas en formato electrónico y gran flexibilidad en las opciones de tarificación. ◦ Servicio de telemando, tele-medida y telecontrol: - Telemando: La integración del Bluetooth con UMTS permitirá el desarrollo de la domótica, utilizando el terminal para las aplicaciones residentes en el hogar, como el aire acondicionado, electrodomésticos, etc. - Telemedida: Transmisión periódica de medidas sobre estado de las maquinas y equipos. Se puede emplear para gestión de trafico, contadores de gas y agua, etc. - Telecontrol: Se podrá emplear por ejemplo para riego de campos y jardines ◦ Control de flotas: Se podrá llevar a cabo tanto para la localización del vehı́culo como la gestión del estado de los equipos incorporados dentro del mismo, desde un concesionario, pudiendo avisar al usuario del cambio de una pieza de forma personalizada..

(33) Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación. 2.2.. 22. Arquitectura del sistema UMTS. La estructura de las redes UMTS se compone en dos grandes sub-redes: la red de telecomunicaciones y la red de gestión. Dentro de este capı́tulo se analizará la primera de las dos su-redes, la de telecomunicaciones, que es la encargada de sustentar el trasvase de información entre los extremos de una conexión. Se empleará en adelante la denominación genérica de (red UMTS) para la red de telecomunicaciones de dicho sistema. Una red UMTS se compone de los siguientes elementos: ◦ Núcleo de red ( Core Network ) ◦ Red de acceso radio ( UTRAN ) ◦ Terminales móviles. Las especificaciones UMTS emplean el vocablo User Equipment (UE). Sin embargo, y por sencillez, se empleará el término Terminal Móvil a lo largo del capı́tulo. La Figura 2.1 [9] ilustra dicha estructura, ası́ como los subsiguientes bloques en los que cabe descomponer algunos de estos elementos que se analizan.. Figura 2.1: Arquitectura general de un sistema UMTS Además de esta división, el sistema UMTS se estructura también en dos grandes niveles: el ligado y el no ligado al acceso. El primero comprende todos los protocolos que requieren de la intervención de acceso de radio. El segundo abarca a los que conciernen al núcleo.

(34) Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación. 23. de red y al Terminal móvil, sin intervención de la red de acceso. La Figura 2.2 [10] ilustra esta edición. La frontera entre uno y otro nivel se produce a través de tres puntos de acceso al servicio SAP (Service Access Points), ellos son: ◦ Control general GC (General Control): permite el acceso al servicio de radiodifusión de información a todos los terminales móviles presente en un área geográfica determinada. ◦ Notificación (NT): permite el acceso al servicio de terminales móviles y de notificación de estos (difusión en una zona de información dirigida a unos terminales especı́ficamente). ◦ Control dedicado DC (Dedicate Control): permite el acceso a servicios de establecimiento o de liberación de una conexión de radio, ası́ como la transferencia de información mediante dicha conexión.. Figura 2.2: División en dos niveles. 2.2.1.. Núcleo de Red. El núcleo de red incorpora funciones de transporte y de inteligencia. Las primeras soportan el transporte de la información de tráfico y señalización, incluida la conmutación. El encaminamiento reside en las funciones de inteligencia, que comprenden prestaciones como la lógica y el control de ciertos servicios ofrecidos a través de una serie de interfases bien definidas; también incluye la gestión de la movilidad. A través del núcleo de red, la red UMTS se conecta con otras redes de telecomunicaciones de forma que resulte posible la comunicación no solo entre usuarios móviles UMTS, sino también con los que se encuentran conectados a otras redes..

(35) Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación 2.2.1.1.. 24. Tecnologı́as del Núcleo de Red. Por lo que respecta al núcleo de red, el sistema UMTS ha sido diseñado de manera que, en sus primeras fases, se basa en las tecnologı́as del Núcleo de Red actuales, lo que facilita la migración desde las redes de 2G. El núcleo de red de esta primera fase del UMTS, se configura en dos dominios: de conmutación de circuitos CS (Circuit Switch) y de paquetes PS (Packet Switch). A través del modo CS se encaminarı́an los tráficos de voz y datos en modo circuito, mientras que el PS harı́a lo propio con el de dato en modo paquete. Ası́ mismo el Núcleo de Red se compone de unos elementos funcionales similares en su mayorı́a, a los de las redes 2G, que posibiliten la construcción de las primeras redes UMTS a partir de evoluciones de los nodos de paquetes y centrales de conmutación de segunda generación. En concreto, los elementos funcionales comunes a ambos dominios son los siguientes: ◦ HLR (Home Location Register) ◦ VLR (Visitor Location Register) ◦ AuC (Authentication Center) ◦ EIR (Equipment Identity Register) ◦ SMS-GMSC (Short Messages Services Gateway MSC) ◦ SMS Interworking MSC (Short Messages Services Interworking MSC Los elementos propios del servicio CS son los siguientes: ◦ U-MSC (Mobile-Services Switching Center). Constituye la interfaz entre el sistema móvil y las redes fijas. Realiza todas las funciones necesarias para manejar los servicios de conmutación de circuitos desde y hacia los terminales móviles. Las U-MSC realizan todas las funciones de señalización y conmutación relativas a los móviles situados en un área geográfica destinada como área de MSC. La principal diferencia entre un U-MSC y una central de conmutación clásica de una red telefónica fija es que la U-MSC debe tener en cuenta el impacto de la asignación de recursos de radio y la naturaleza móvil de los terminales. Ello supone que ha de realizar, por ello, los procedimientos de localización y handover. ◦ U-GMSC (Gateway MSC). Cuando una red, al entregar una llamada a la PLMN (Public Land Mobile Network), no puede interrogar al HLR, la encamina hacia una U-GMSC, que es la que se encarga de interrogar al HLR correspondiente y de dirigir, posteriormente, dicha llamada a la MSC de la que depende el móvil en cuestión..

(36) Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación. 25. ◦ IWF (InterWorking Funtion). Es una entidad funcional asociada a la U-MSC. El IWF proporciona la funcionalidad necesaria para permitir el interfuncionamiento entre una red UMTS y otras redes fijas ( ISDN, PSTN y PDNs). Sus funciones dependen de los servicios y el tipo de la red fija, incluso puede llegar a no tener función alguna cuando ambas redes sean compatibles. A continuación se detallan los elementos funcionales especı́ficos del dominio PS [11]: ◦ U-SGSN(UMTS Serving GPRS Support Node). Es el nodo servidor de las comunicaciones en modo paquete. Almacena dos tipos de datos del terminal, necesario para mantener las llamadas de datos, originadas y terminadas en el móvil: información del terminal (IMSI, identidades temporales y direcciones PDP) e información de localización. Esta última puede constar de la información de células o del área de encaminamiento (Routing Area), dependiendo del modo de operación del terminal móvil. También incluye el numero del VLR asociado -si está implementada la interfaz con él- y la dirección U-GGSN de cada nodo U-GGSN para los que existan contextos PDP activos (esto es, sesiones activas de transferencia de datos mediante PDP). ◦ U-GGSN (UMTS Gateway GPRS Support Node). Es el nodo frontera de las comunicaciones en modo paquete. Almacena dos tipos de información que se necesitan para manejar las llamadas de datos originadas y terminadas en el Terminal identidad de este (IMSI y cero o más direcciones PDP) e información de localización (la dirección del nodo U-SGSN en el que el Terminal está registrado). ◦ BG (Border Gateway). Es una pasarela entre una PLMN que soporta GPRS y una red de conexión entre PLMNS, utilizada para interconectar con otras PLMN que también soportan GPRS. El papel de la BG es aportar el nivel de seguridad apropiado para proteger a la PLMN y a sus terminales. 2.2.1.2.. Evolución del Núcleo de Red. La estrategia adoptada para la especificación de la primera fase del núcleo de red UMTS tiene la ventaja de que facilita al máximo la migración hacia redes 3G a partir de las 2G. Sin embargo, constituye a la vez un freno para el soporte de servicios más avanzados. Por ello, ya desde los comienzos del sistema se planteó la necesidad de evolucionar hacia conceptos más modernos y versátiles. Una futura configuración de los núcleos de red, es que parece haber un consenso general en que estos se basaran en el modo paquete y en el protocolo TSP/IP. El concepto no solo se solaparı́a al núcleo de red, sino también a la red de acceso incluida la interfaz de radio, conformando lo que se conoce como opción entre Todo IP. Ello supondrı́a la desaparición del dominio en modo circuito, para absolver todo el tráfico - voz incluida - en un único dominio en modo paquete [12]..

(37) Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación. 2.3.. 26. Red de Acceso Radio. La Red de Acceso de Radio proporciona la conexión entre los terminales móviles y el Núcleo de Red. En el caso de UMTS, recibe el nombre de UTRAN, y se compone de una serie de sistemas de red de radio o RNS (Radio Network System), constituidos, a su vez, por un controlador de red de radio RNC (Radio Nework Controller) y una serie de nodos B dependientes de él. El RNC es la entidad encargada de controlar a uno o más nodos B bajo su cargo. RNC Con el Controlador de la Red de Radio UMTS cuenta con un administrador de recursos autónomo para descentralizar el tráfico, éste se encarga del handover suave. Adicionalmente en el RNC se encuentran el Administrador de recursos de radio y el control de UTRAN. El administrador de recursos se encuentra a cargo de la estabilidad de la conexión y es responsable de dar el QoS requerido. Las principales funciones del administrador de recursos son las siguientes: ◦ Control de handover para movilidad del usuario ◦ Control de potencia para minimizar la interferencia ◦ Control de acceso ◦ Manejo de códigos de spreading en el enlace descendente En el caso del control de UTRAN las principales funciones son las siguientes: ◦ Difusión de información del sistema para notificar acerca de las condiciones individuales de las células. ◦ Control de acceso aleatorio para evitar congestiones ◦ Funciones de seguridad de UTRAN ◦ Administración de la movilidad en modo conectado ◦ Manejo de bases de datos para la unidad móvil e información especı́fica de células Nodo B El Nodo B se conecta al usuario por medio de la interfaz aérea Uu (W-CDMA). El proceso interno de este elemento incluye la transferencia de información de los canales de transporte en la interfaz Iub a los canales fı́sicos de la interfaz Uu. Además incluye corrección de errores, la modulación por medio de QPSK, el ensanchamiento (spreading) y estrechamiento (despreading) de W-CDMA, ası́ como el ajuste de la tasa de transmisión..

(38) Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación. 27. Mide la calidad y fuerza de la señal y manda ésta información al RNC para el proceso de handover y la combinación de macro diversidad. Tiene funciones para estimación de tráfico en la célula y control de acceso de ser requerido por el RNC. El Nodo B también participa con el control de potencia, al hacer que la unidad móvil ajuste su potencia por las indicaciones que llegan por el enlace descendente, a causa de las medidas enviadas por el enlace ascendente de control de potencia de transmisión. Otra función del nodo B es la sincronización de tiempo y de frecuencia. Algo importante que añadir es que la relación entre RNC y el nodo B es de una forma maestro - esclavo [13]. Estos son los elementos de la red que se corresponden con las estaciones base. Un nodo B debe depender de un solo RNC.. 2.3.1.. Interfaces de la UTRAN. Los elementos funcionales definidos en la red de acceso de radio se comunican entre sı́ por una serie de interfases: ◦ Interfaz núcleo de red- RNC (Iu ) ◦ Interfaz RNC - RNC (Iur ) ◦ Interfaz RNC - nodo B (Iub ) ◦ Interfaz radio (UU ) Seguidamente se hace una exposición general de todas ellas con especial énfasis en la interfaz radio. 2.3.1.1.. Interfaz de Radio. En lo referente al núcleo de red puede decirse que el UMTS ofrece un enfoque evolutivo, que cuida de ser posible la construcción de dichas redes sobre lo ya existente en la 2G, la situación en el tramo radio eléctrico, es diametralmente opuesto. En este caso viéndolo desde una perspectiva europea, se ha optado por una ruptura prácticamente total con lo anterior. Y ello es ası́, porque se recurre a una técnica de acceso múltiple como es la de DS-CDMA (Diret Sequence- Code División Múltiple Access), diferente de la TDMA (Time División Múltiple Access), empleada en la mayorı́a de los sistemas 2G. En esta sección se describirá someramente la interfaz de radio. Para ello, se comenzará por exponer brevemente los fundamentos de la técnica DS-CDMA, para continuar con los aspectos comunes de dicha interfaz, finalizado con una descripción de cada una de sus dos componente FDD y TDD..

(39) Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación. 28. 2.3.1.1.1. Fundamentos de la Técnica de Acceso DS-CDMA Una técnica de acceso de radio es básicamente una manera de conseguir que varias transmisiones compartan el espacio radioeléctrico, de forma que cada una de ellas haga posible la comunicación entre los extremos, entre los que se produce, sin impedir que las demás hagan lo propio. La técnica más antigua es la denominada FDMA (Frequency Division Multiple Access). Con el fin de evitar las limitaciones del FDMA, se introdujo posteriormente especialmente en las redes de 2G- la técnica TDMA. Una tercera opción, la más moderna en lo que a su aplicación a las telecomunicaciones móviles terrestres comerciales se refiere, es la DS-CDMA, proveniente del entorno militar. Esa técnica no se basa en el uso de frecuencias o de tiempos de transmisión diferentes, sino de secuencias. Se trata de una solución perteneciente a un grupo más externo de técnicas, conocidas como de espectro ensanchado. Todas ellas generan a partir de la señal en banda base, utilizando un código de expansión espectral que permite la separación entre diferentes comunicaciones que comparten una misma portadora. Esta operación proporciona una importante ventaja como es la mejora de la inmunidad frente a desvanecimientos selectivos en frecuencia: al ser el ancho de banda de coherencia del desvanecimiento mucho menor que el ancho de banda de la señal, el porcentaje de energı́a de la señal transmitida que se ve afectado por el desvanecimiento es pequeño y tanto menor como mayor es el ensanchamiento. Por tanto, cuanto mayor sea este último, mayor inmunidad. Esta ventaja se da también frente a interferencias debidas a señales de banda estrecha [14].. Figura 2.3: Concepto de la Técnica DS-CDMA ¿Cómo tiene lugar el acceso múltiple? La respuesta está en la secuencia empleada. En efecto estos disponen de unas propiedades especialmente buenas en lo que a correlación se refiere. Esto significa que el producto de una secuencia consigo misma produce un valor mucho mayor que el producto de esa misma secuencia con una respectiva de sı́ misma desplazada en el tiempo en uno o más chip (un chip denota un estado de la señal digital moduladora que resulta de multiplicar.

(40) Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación. 29. la señal digital en banda base por la secuencia con la que se aumenta su velocidad) o con otra secuencia diferente [15].. Figura 2.4: Proceso de generación de la señal de espectro ensanchado Esta diferencia en los productos resulta determinante en recepción, donde, merced a ella, la señal resultante de multiplicar por la secuencia de recepción una señal interferente afectada por una secuencia ajena - se ve disminuida frente a la señal útil, por un factor relativo, proporcionar al cociente entre los productos de correlación. Es este efecto el que permite desacoplar unas transmisiones de otras. Las secuencias empleadas son básicamente de dos tipos: pseudoaleatorias y octogonales. Las primeras intentan imitar secuencias aleatorias. Como secuencias generables que son, carecen, a diferencia de las aleatorias, de un perı́odo infinitivo de repetición, de manera que se repiten al cabo de un tiempo determinado. Ası́ mismo, aunque puedan exhibir buenas propiedades de correlación, el producto entre dos secuencias diferentes no es exactamente cero. Las secuencias ortogonales sı́ cumplen este requisito, de forma que del producto de dos de ellas que sean diferentes entre sı́ es cero. Esta propiedad subsiste solo mientras las secuencias mantengan una sincronización mutua, de manera que se deteriora sustancialmente - y en ocasiones se pierde- cuando tienen lugar deslizamientos temporales entre ellas. Este efecto se ha de tener en cuenta especialmente en la transformación radio, donde, por efecto del multitrayecto, puede recibirse una señal junto con versiones de la misma afectadas de diferentes retardos y factores de atenuación. Las propiedades de correlación están ligada al número de chip que se multiplican normalmente, este producto tiene lugar únicamente entre todos los que entran en un sı́mbolo de la señal de banda base, de manera que cada sı́mbolo supone una decisión separada de los demás [9]..

(41) Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación. 30. Una caracterı́stica importante de la técnica CDMA, que la diferencia de las otras dos técnicas de acceso múltiple, es que el desacoplo entre comunicaciones no es perfectamente ortogonal, de manera que persiste un residuo de interferencia procedente de las comunicaciones ajenas que coexisten simultáneamente el espacio radioeléctrico. Cada una de las transmisiones presentes en un momento dado aporta pues una contribución de interferencia, muy similar al ruido blanco, tal y como se ilustra en la Figura 2.3. Esto hace que la relación entre las potencias de portadora y señal interferente descienda a medida que aumenta el número de transmisiones simultáneas. Una de las consecuencias de este efecto es lo que se conoce como respiración celular, expresión que denota el fenómeno de la reducción/aumento de cobertura de una célula DS-CDMA a medida que aumenta/disminuye su carga de tráfico. Otra es la extrema importancia que tiene el control de potencia en esta técnica. En efecto si cada transmisión ajena aporta un nivel de interferencia proporcional a su identidad, será necesario cuidar de que ésta sea la menor posible. De no ser ası́ por las señales más débiles, se alcanzará el nivel máximo permitido de interferencia con un menor número de transmisiones. Dicho de otra manera, los errores de control de potencia repercuten directamente sobre la capacidad del sistema. Finalmente resulta interesante mencionar que la propia filosofı́a de la técnica DS- CDMA permite aplicar un tratamiento completamente diferente al empleado en FD-MA o TDMA a dos situaciones tı́picas de los entornos celulares: el multitrayecto y el handover. En presencia de multitrayecto, se reciben diferentes réplicas de una misma señal, afectadas por atenuaciones y retardos distintos. Por otro lado la recuperación de la señal en banda base se realiza multiplicando la señal digital remodulada por la secuencia empleada en la transmisión, una vez alineada en tiempo con la señal recibida. Cada trayecto puede verse entonces como una transmisión basada en la misma secuencia pero desplazada en el tiempo con respecto a las de los otros trayectos. Bastarı́a con correlar la señal recibida con respecto a las versiones desplazadas de dicha secuencia que correspondan a los diferentes trayectos, para obtener la parte de la señal transportada por estos. Posteriormente, una vez recuperada cada parte y alineadas todas ellas entre sı́ se sumarı́an. Con ello se conseguirı́a recuperar la porción de energı́a de señal contenida en multitrayecto y sumarla constructivamente. Nótese la diferencia con el tratamiento del multitrayecto en GSM, por ejemplo, donde lo que se hace es ecualizar la respuesta impulsiva del canal, para intentar neutralizar el efecto en ella del multitrayecto. De manera similar, en el caso del handover se aprovecha el hecho de que en DS-CDMA es posible trasmitir desde células diferentes la misma señal hacia un terminal móvil, recuperando la señal de ambos trayectos. En este caso, se aplica el concepto del receptor RAKE [16, 17] pero correlando cada trayecto con la secuencia empleada por la célula correspondiente (ya que cada célula emplea la suya propia). Una vez hecho esto, de nuevo se consigue sumar las contribuciones en banda base de cada trayecto. En el caso del handover, esto presenta la ventaja de que el móvil recibe la combinación de las trasmisiones procedentes de diversas células (pueden ser más de dos), de forma que, a medida que el terminal se desplaza de una célula a otra, aumenta la señal de una y disminuye la de otra. Como el usuario recibe la combinación de las señales de todas las células, no percibe.

(42) Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación. 31. la desaparición de aquellas cuyo nivel se sitúa por debajo de la sensibilidad. De ahı́ la denominación de esta técnica como soft handover (traspaso con continuidad y selección), cuando las células pertenecen a estaciones base diferentes, y softer handover (traspasos con continuidad y combinación), cuando corresponden a diferentes sectores de un mismo emplazamiento de radio. Otra denominación es la de macrodiversidad. El inconveniente que plantea esta técnica es la necesidad de destinar recursos de trasmisión de varias células para una misma señal, lo que incrementa el consumo de dichos recursos. También supone una mayor cantidad de transmisiones de radio en el aire, con el impacto que ello puede suponer en la capacidad del sistema, aunque por otro lado, en el enlace ascendente, permite que los terminales móviles radien menos potencia que si tuviesen que retener la conexión con su célula de origen antes de cambiar a otra durante la situación de traspaso con continuidad (el móvil ajusta su potencia conforme a la mejor señal recibida). 2.3.1.1.2. Bandas de Funcionamiento y Ancho de banda de RF Las bandas de frecuencia utilizadas actualmente por el UMTS se especificaron en la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones de 1992, en la que se decidió la atribución de espectro para los sistemas IMT-2000, a los que pertenece el UMTS. Posteriormente, en el seno del ETSI, el denominado acuerdo de Paris estableció que dicho sistema se estructuraba en dos componentes, FDD (dúplex por división de frecuencia) y TDD (dúplex por división de tiempo), con el siguiente reparto en el uso de las bandas IMT-2000: ◦ La componente FDD se utiliza en las porciones emparejadas de la Banda IMT-2000 (en las que utiliza una mitad para un sentido del enlace y la otra para el opuesto). Esto es, 1920-1980 MHz para el enlace ascendente y 2110-2170 MHz para el enlace descendente ◦ La componente TDD se utiliza en las porciones no emparejadas de la banda (aquellas no repartidas a partes iguales entre los dos sentidos del enlace). Concretamente, de 2010-2025 Mhz y de 1900-1920 Mhz Esta distribución supone la disponibilidad de 60+60 Mhz para el componente FDD (60 Mhz para un sentido del enlace y otros 60 Mhz para el contrario), y de 15+20=35 Mhz para la TDD. Teniendo en cuenta que el ancho de banda de los canales RF en cualquiera de las dos componentes es de 5 Mhz, esto se traduce en 12 portadoras FDD y 7 TDD. A estas bandas se han añadido otras, establecidas en la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones del año 2000 (WRC 2000). Dichas bandas se identifican sobre la base del reconocimiento de que, en muchos paı́ses, se utilizan actualmente para el soporte de redes en servicio. Por ello, la UIT deja a criterio de las administraciones la desición sobre el momento y la forma de destinar dichas bandas de Tercera Generación. Son las que figuran en la Tabla 2.1 [18]. 2.3.1.1.3. Organización de las transmisiones y tasa de chip Las dos componentes, FDD y TDD, de la interfaz de radio UMTS tienen un rasgo en común: la forma.

(43) Tecnologı́a UMTS para redes de Tercera Generación. 32. Tabla 2.1: Bandas IMT-2000 adicionales identificadas en la WRC 2000 Región 1 Región 2 Región 3 862-890 MHz 806-890 MHz 806-890 MHz 890-942 MHz 890-902 MHz 890-942 MHz 942-960 MHz 928-942 MHz 942-960 MHz 942-960 MHz 1710-1885 MHz 2500- 2690 MHz. en que se organizan sus transmisiones. Tanto en una como en la otra, éstas se estructuran en tramas de 10 ms de duración, compuestas por 15 intervalos (timeslots) de transmisión. A su vez, las tramas se agrupan en supertramas de 72 tramas (o lo que es lo mismo, de 720 ms de duración). Un intervalo de transmisión contiene 2560 chips, lo que se traduce en una tasa de chip de 3.84 Mchip/s. La Figura 2.5 ilustra esta organización. En cualquier caso, aunque la organización sea la misma, no ocurre lo mismo con el significado de esta, que es muy diferente a cada caso, como se verá al describir cada componente.. Figura 2.5: Estructura común de las transmisiones UMTS. 2.3.1.1.4. Modo FDD El modo FDD recibe también la denominación de WCDMA. Su filosofı́a general responde a la de un sistema DS-CDMA, donde cada transmisión se sustenta sobre una o más secuencias, que las separa de las demás. En este modo, cada transmisión se identifica por la portadora en la que tiene lugar y por la secuencia multiplicadora. En el caso del enlace ascendente hay que añadir la fase de modulación, como se verá más adelante..