Sistemas de Telecomunicações III UMTS Universal Mobile Telecommunications System INTRODUÇÃO...

Sistemas de Telecomunicações III

UMTSUniversal Mobile Telecommunications

System

INTRODUÇÃO

Dezembro 1999

Sistemas de Telecomunicações IIISistemas de Telecomunicações III 2

ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTSUMTS

S-UMTS - Introdução

“In order to obtain fast availability of UMTS services on a global basis, the satellite segment of UMTS will play a pioneer role offering fast access to a basic set of UMTS services anywhere on the globe.”

"UMTS - enabling the global mass market for mobile multimedia"




UMTS - Previsões

Número de Subscritores Celulares por Região

Estima-se que no ano 2010 se atinja os 2 Biliões de utilizadores




UMTS - A Próxima Geração em Comunicações Móveis

A cobertura oferecida pela Terceira Geração irá ser a nível Global em casa dos utilizadores no trabalho na rua e áreas urbanas meios rurais e zonas remotas espalhadas pelo mundo

As licenças de utilização em alguns países já foram atribuídas, estando previsto o arranque comercial do sistema em 2002




UMTS - A Próxima Geração em Comunicações Móveis

Crescimento do Número de Subscritores de Vários Sistemas

O rápido crescimento das redes móveis irá ultrapassar a rede fixa dentro de poucos anos.




UMTS - Um mundo de Oportunidades

As vantagens da tecnologia UMTS são enormes: Vantagens para os utilizadores

Serviços úteis, terminais de fácil utilização Ligação de alta velocidade onde se paga apenas o tráfego (ligação

permanente) Gestão de tráfego (esquema de prioridades entre serviços)

Benefícios económicos Reaproveitamento da infra-estrutura existente Oportunidade de mercado anual representa cerca de 100 biliões de dólares

(serviços e venda de terminais)




UMTS - Um mundo de Oportunidades (cont.)

Novos e melhores serviços Desenvolvimentos da Internet e Intranets permitem a criação de imensos

serviços, onde a tecnologia móvel existente não dá resposta Serviços de Multimédia e outros de largura de banda elevada Comercio electrónico irá ser a nível global Tele-trabalho será uma realidade crescente Controlo de sistemas em casa remotamente Funciona como divertimento Vídeo nos dois sentidos (vídeo conferencia) Jogos de computador por rede





Exemplo de um Terminal UMTS

Os terminais irão ter muitas formas e funcionalidades especificas




D O C U M E N T T Y P E

T y p e U n i t O r D e p a r t m e n t H e r eT y p e Y o u r N a m e H e r e T y p e D a t e H e r e

Z o n e 4 :G l o b a l

S a t e l l i t eZ o n e 3 :S u b u r b a n

Z o n e 2 :U r b a n Z o n e 1 :

I n b u i l d i n g

M a c r o c e l lP i c o c e l l

M i c r o c e l lW o r l d c e l l

2 G s : S a t e l l i t en e t w o r k s

p u b l i c m o b i l e &f i x e d n e t w o r k s

p r i v a t r e s i d e n t i a l &f i x e d n e t w o r k s


A Cobertura é Universal => Total Mobilidade Os utilizadores poderão migrar entre as várias redes terrestres e

por satélite com a mínima interrupção.





Inovação Ilimitada Ao contrário da Segunda Geração onde os serviços têm uma

especificação precisa, o UMTS tem uma visão de criação de uma plataforma onde se introduzem serviços inovadores

“ O potencial do UMTS no futuro é apenas limitado pela imaginação” No UMTS Forum participam:

Fabricantes, operadores, institutos de I&D e entidades governamentais

As especificações técnicas estão a ser desenvolvidas por 3GPP (3rd Generation Partnership Project) cooperação entre as 6 maiores organizações de standards




UMTS - Espectro (Recomendações)

O espectro identificado para UMTS/IMT-2000 para os serviços Terrestres e de Satélite tem que estar disponível até ao ano 2002 de acordo com o mercado

Para a rede terrestre foi calculado 582 MHz de largura de banda Para ambientes urbanos é necessário mais 187 MHz pelo ano 2010

Para o serviço por satélite: Até ao ano 2005 - 2*123 MHz e no ano 2010 - 2*145 MHz estando previsto ainda

outros bandas de frequência




UMTS para o utilizador...

O UMTS está a ser concebido para funcionar a nível global, compreendendo redes terrestres e redes por satélite.

Terminais multi-modo, multi-banda podem até usar as redes de 2ª geração para serviços “básicos”. Possibilidade de usar todos o tipo de rede:

redes privadas (redes fixas) pico células; micro células; redes públicas macro células (rede de 2ª geração) rede via satélite




UMTS - Na EuropaTask name 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 2001 2002 2003 2004 2005

UMTS revised vision

Co-operative research: ACTS

UMTS Forum report no 1

ERC spectrum decision

EU UMTS decision

National licence conditions

National license decision

ITU Framework standards

Basic standards studies

Detailed freezing UMTS standards

UMTS System development

Pre-operational trials

UMTS Planning, deployment

UMTS: Commercial operation




UMTS - Espectro “reservado” nas várias regiões do Globo1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 MHz

1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 MHz

NorthAmerica

MSS Reserve

Europe UMTSGSM 1800 DECT MSS

1880

1980

JapanKorea (w/o PHS)

MSSIMT 2000PHS MSSIMT 2000

2160

1893 1919

ITU Allocations

1885

IMT 2000

2010 2110 2170

China MSSIMT 2000IMT 2000

IMT 2000

MSSUMTS

MSS

1990

A D B E F A B CMSS

MDS

WLL WLL

2025 22001900

MSS MSS

GSM1800

D FEB B

PCS

C

MDS =Multipoint Service/

Mobile Data Service

MSS =Mobile Satellite

Services




UMTS - Previsões para a Europa ...

Previsões para o ano 2005:

Para o Mercado móvel:Utilizadores : 200 milhõesRendimento pelo Serviço: 104 biliões ECU por anoTráfego: 6320 milhões Mbyte/mês

32 Mbyte/uti/mêsPenetração: 52 %

Para o segmento móvel de multimédia:Utilizadores : 32 milhões Rendimento pelo Serviço: 24 biliões ECU + 10 biliões de pelos terminais.Tráfego: 3800 milhões Mbyte/mês 119 Mbyte/uti./mêsPenetração: 8 %




UMTS - Mercado para os Satélites

Estima-se que menos de 20 %da área Mundial esteja coberta pelas redes terrestres.

Serão os satélites a assegurar a cobertura mundial As diferenças de preços entre redes terrestres e via satélite

pensa-se que se irão manter




UMTS - Calculo de Espectro Necessário

O calculo do espectro necessário é baseado em: Previsões de mercado e penetração Potencial tráfego gerado por utilizador Características de Serviço e Tráfego Características da infra-estrutura

1º achar o número de utilizadores por km2 por cada classe de serviço (Centro de negócios; Urbano; Suburbano; Rural; etc) Multiplicar pela taxa de penetração

Cada serviço em ambientes diferentes gera relações particulares de (chamadas / hora) sendo a duração dessas mesmas chamadas e do débito binário também diferentes. Obtendo-se a relação (kbit/hora/km2), sendo necessário aumentar esta

relação devido ao overhead da sinalização (retries de pacotes)




UMTS - Calculo de Espectro Necessário (cont.)Population density EU

Penetration rates per service/years 2005, 2010

Service types speech fax/data multimedia

Offered bit quantity / environments

Typical cell typesPico, Micro, Macro

Potential user / km² per land area urban suburban rural

Indoor / Outdoor

+ + + + + Overhead

Spectral efficiencyfactor kbps/cell/MHz

Required spectrumyears 2005, 2010




UMTS - Calculo de Espectro Necessário (cont.)

2

22 .

)../(

)./(

///

//

km

MHzcell

Hzcellhourkbit

kmbusyhourkbit

MHzcellhourkbit

kmbusyhourkbit

fficCarriedTra

QuantityOfferedBit

- CarriedTraffic é um parâmetro que deriva das características do GSM.

A relação OfferedBitQuantity/CarriedTraffic dá uma ideia geral da utilização celular:

MHzcell

km

fficCarriedTra

QuantityOfferedBit

2

*

A necessidade de espectro é dado por:

Assim para cada ambiente é possível calcular o espectro necessário.

Não esquecendo das bandas de guarda assim como bandas de separação

O factor (km2/cell) é previamente estabelecido numa tabela onde se indica a área celular para cada tipo de ambiente.




UMTS - Características do tráfego

A tabela abaixo dá a relação entre o número total de chamadas efectuadas e o número total de subscritores BHCA (Busy Hour Call Attempt)

2005 2010Services CBD in

buildingUrbanpedestrian

Urbanvehicular

CBD inbuilding

Urbanpedestrian

Urbanvehicular

High interactive MM 0.12 0.06 0.004 0.24 0.12 0.008High MM 0.12 0.06 0.004 0.12 0.06 0.004Medium MM 0.12 0.06 0.004 0.12 0.06 0.004Switched data 0.06 0.03 0.002 0.06 0.03 0.002Simple messaging 0.06 0.03 0.002 0.06 0.03 0.002Speech 1 0.6 0.6 1 0.85 0.85




UMTS - Dimensão das Células

O raio das células nos centros de negócios pode rondar os

75 metros de 2005 a 2010

Em ambientes urbanos o raio médio das células ronda os

700 pelo ano 2005 e os 600 m no ano 2010

Neste tipo de ambiente o raio da célula pode variar dos 300 m a 1

km




UMTS - Totais para as redes terrestres

Services Year 2005 Year 2010

High interactive MM 35 MHz 85 MHz

Medium & high MM 102 MHz 227 MHz

Switched data 14 MHz 10 MHz

Simple messaging 2 MHz 2 MHz

Speech 214 MHz 230 MHz

Total 366 MHz 1 554 MHz 1

Total(allowing for spectrum division)2 403 MHz 582 MHz

Nota 1: Inclui o espectro de 2ª Geração

Nota 2: Bandas de guarda e acessos a múltiplos operadores são contemplados

No futuro após o ano 2010 os índices de penetração não irão estabilizar, contudo a necessidade de largura de banda irá aumentar devido a novos serviços.




UMTS - Previsões de ocupação de espectro

High interactive MM

Medium & high MM

Switched data

Simple messaging

Speech

0

100

200

300

400

500

600

2005 Year

CoreBand

AdditionalFutureBands

2ndGenerationBands

Total MHz

2010

582 MHz

403 MHz




UMTS para Satélites (Necessidades de Espectro)

Analogamente às redes Terrestres o cálculo de tráfego é feito em função dos ambientes geográficos e dos serviços

O procedimento para se estimar o espectro é o seguinte:

3600.365

10.8. 6By

b

fCR

Onde:

Cy - total de tráfego em Milhões de Mbytes

fB - parte do tráfego ocorrido na hora de ponta

Rb - Tráfego na hora de ponta em Mbit/s

Aplicando um factor de correcção fBO que relaciona o débito binário a cada serviço e ambiente, corrigindo assim Rb.

BObb fRR .'





CDc

bc ffR

Rn

..

1000.'

Onde:

Rc - débito binário em Kbit/s (144 kbps) por portadora

fD - é a redução em capacidade que pode ser tolerada devido a atraso

fC - é o número de feixes de satélites a cobrir a área

O número de portadoras necessárias para transportar todo o tráfego é o seguinte:

1000

. cc BnB

A largura de banda das portadoras é a seguinte:

Onde: Bc - é a largura de banda da portadora em KHz

i

iBBO somatório de todos os serviços e ambientes dá o total de espectro necessário








UMTS para Satélites - Largura de banda

EU15 Global Hot Spot

Year 2005 Year 2010 Year 2005 Year 2010

Non-IMT-2000 MSS 2x93 MHz 2x79 MHz 2x93 MHz 2x79 MHz

IMT-2000 MSS 2x19 MHz 2x44 MHz 2x30 MHz 2x66 MHz

Total 2x112 MHz 2x123 MHz 2x123 MHz 2x145 MHz

A tabela seguinte faz o comparativo das larguras de banda entre sistemas móveis não UMTS com sistemas móveis UMTS e entre dois sistemas que compreendem zonas geográficas em particular.




UMTS para Satélites - Espectro (Global Hot Spot)

0

50

100

150

200

250

300

2005 2010

Year

Globalsatellitespectrumdemand(MHz)

Interactive MM

Medium MM (asym)

Low speed data

Speech

1525-1559/1626.5-1660.5MHz (66 MHz)

1610-1626.5/2483.5-2500

MHz (16.5 MHz)

1980-2010/2170-2200 MHz"IMT-2000 bands" (60 MHz)

2500-2520/2670-2690 MHz

(40 MHz)

2520-2535/2655-2670 MHz(30 MHz)

Future band requirement

(17 MHz by 2005,61 MHz by 2010)




UMTS para Satélites - Espectro (Europe EU15)

0

50

100

150

200

250

2005 2010

Year

EU15satellitespectrumdemand(MHz)

Interactive MM

Medium MM (asym)

Low speed data

Speech

1525-1559/1626.5-1660.5

MHz (66 MHz)

1610-1626.5/2483.5-2500

MHz (16.5 MHz)

1980-2010/2170-2200 MHz

"IMT-2000 bands" (60 MHz)

2500-2520/2670-2690 MHz

(40 MHz)

Future band requirement

(25 MHz by 2005,

47 MHz by 2010)




UMTS - Utilização do Espectro

Country 1

Country 2

Country 3

Operator licence specific

Operator 1

Operator 2

Operator 3

Refarm bandX MHz

Refarm bandY MHz

Refarm bandZ MHz

CoreBand

Extension band 2XX MHz

Extension band 2YY MHz

Extension band 2ZZ MHz

ExtensionBand 1

WorldWorld Country or regionspecific

A figura seguinte mostra a “visão” da utilização do espectro em países com características especificas.




UMTS - Utilização do Espectro

D O C U M E N T T Y P E

T y p e U n i t O r D e p a r t m e n t H e r eT y p e Y o u r N a m e H e r e T y p e D a t e H e r e

1 8 5 0 1 9 0 0 1 9 5 0 2 0 0 0 2 0 5 0 2 1 0 0 2 1 5 0 2 2 0 0 2 2 5 0

U M T S

C o r e B a n d

I M T - 2 0 0 0

S p e c t r u m

S a tS a t

S a tS a t

T e r r e s t r i a l T e r r e s t r i a l

T e r r e s t r i a lT e r r e s t r i a l

A figura seguinte mostra as bandas onde a tecnologia irá operar.




UMTS - Calculo de Espectro para MSS

Assume-se que os sistemas que actualmente operam irão continuar a operar em simultâneo, mas como o tráfego gerado por estes sistemas é relativamente baixo ele é ignorado.

As previsões de tráfego foram baseados em dados fornecidos pela Inmarsat e por outros estudos sendo separadas em dois tipos de terminais: terminais multimédia com vários serviços terminais apenas para voz e dados de baixo ritmo

Projecções indicam que 6% do tráfego de MM e 12% de tráfego não MM será gerado pelos 15 países da UE.





Foram identificados 12 ambientes de tráfego diferentes Terminais em meios rurais transportados

a pé; em veículos (camiões, comboios, autocarros e automóveis); fixos

Remotos a pé; em veículos; fixos

Marítimo Off-shore (todo o tipo de barcos que operam junto da costa) Marítimo Deep sea (todo o tipo de barcos que operam longe da costa Aeronáutica (privada ou não) Aeronáutica (passageiros) Estações base que possuem links com satélites Zonas cobertas por redes terrestres UMTS/IMT-2000





Worldwide EU2005 2010 2005 2010

MSS (Million MB's)Non-Multimedia 1,000 1,500 109 158Multimedia 2,506 5,468 150 328

Total MSS 3,506 6,968 259 486

UMTS (Million MB's)Non-Multimedia 67 242 7 26Multimedia 2,506 5,468 150 328

Total UMTS 2,573 5,710 158 354

A tabela seguinte mostra as projecções de tráfego




UMTS - Plataforma da Tecnologia (Sistema Aberto)

CustomerService

PSTN

STP

MessageCenter

VoiceMail

VoiceActivated

Dialing

Support Systems

Other Cellular & PCSSystems and Networks

BillingSystem

MSC

Local,Regional & National

Operations CentersOTAServ.Prov.

Data Networks

FraudMgmt

Data/FaxStore &

Forward

Standard Air Interfaces

DataIWF

Standard Data Interfaces

Open Systems Innovations

Base Station Interfaces

Intelligent Network

Standard Network Interfaces




UMTS - Wideband Direct-Sequence CDMA (WCDMA)

Este sistema oferece: Alta diversidade de frequência e elevados débitos binários Uma camada física flexível para implementação dos serviços

UMTS, suportando uma elevada gama de débitos binários Compatibilidade com GSM (handovers) Suporta facilidades de adaptação a antenas adaptativas e a

detecção de multi-utilizador no futuro




UMTS - WCDMA

Vantagens de WCDMA: Melhor cobertura e capacidade devido a melhorias nos “link’s”

Reutilização “single-cell” Único recurso partilhado => Potência (se um “link” dum utilizador melhora

então podemos baixar a potência, beneficiando todos os outros utilizadores

Diversidade da antena em downlink Pode ser usada nos terminais móveis melhorando o sinal em 3 dB, não sendo

no entanto fundamental




UMTS - WCDMA (cont.)

Diversidade no transmissor Transmissões ortogonais, onde se transmite os mesmos dados em antenas

diferentes, usado em downlink onde se consegue ganhos de qualidade e capacidade sem aumentar a complexidade do terminal móvel

Antenas adaptativas Substanciais melhorias na cobertura e capacidade do sistema estando já

previsto nas tramas (camada física) os “pilot bits” em downlik e uplink

Suporta ODMA (Opportunity Driven Multiple Access) ODMA é um protocolo inteligente de encaminhamento das ligações por

outros móveis




UMTS - Descrição do Sistema WCDMA

Estrutura do canal físico: Dedicated Physical Data Channel (DPDCH)

Usado para transportar dados da camada 2 e superiores (canais lógicos)

Dedicated Physical Control Channel (DPCCH) Usado para transportar informação de controlo da camada 1

• estimação de canal, comandos de controlo de potência, e informação relativa ao débito binário (dependendo do serviço e como estão multiplexados)

Duração da trama 10 ms dividida em 16 slots de 0.625 ms correspondendo a um período de controlo de potência









Codificação do canal (3 classes): Serviços standard com códigos convolucionais BER=10-3

Serviços de alta qualidade (Reed-Solomon BER=10-6) Serviços específicos (reservado para outros códigos)

Funções do recurso rádio Uma estação base pode receber até 80 acessos em simultâneo

no burst de acesso aleatório Suporte para handover inter-frequência (operar com outras

hierarquias de células) e handover entre sistemas de 2ª geração




UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access

Capacidades: Ambiente rural

Garante-se 144 kbit/s sendo o objectivo 384 kbit/s a uma velocidade máxima de 500 km/h

Suburbano Garante-se 384 kbit/s sendo o objectivo 512 kbit/s a uma velocidade máxima

de 120 km/h

Edificios Pelo menos 2 Mbit/s a uma velocidade máxima de 10 km/h

É possível débitos binários dos 100 bps a 2048 kbps com uma granularidade de 100 bps





Handover: Transparência ao utilizador entre células do mesmo operador

o mesmo não se passa entre operadores ou acesso a redes Existem 2 tipos de handover

handover entre células usando a mesma frequência (intra-RF HO) handover entre células ou sistemas (inter-RF HO)

Handover entre sistemas (UMTS - GSM) Depende do tipo de implementação dos terminais multi-mode

• Se possuir receptor duplo é “fácil” se não então estamos perante um “hard handover” (partilha de receptor)





Planeamento: Em sistemas como GSM apenas se definiu um critério de

qualidade para a relação C/I no serviço de voz UMTS suporta uma variedade de serviços que por si só

exigem critérios de qualidade diferentes Os serviços são caracterizados por: débito binário, atraso e pela probabilidade

de erro de bit

Uma nova “dimensão” no planeamento rádio surge para suportar cobertura aos utilizadores dos vários serviços com características diferentes podemos dizer que temos várias formas de cobertura?




UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access Utilização eficiente do espectro:

Eficiência espectral para o serviço de voz a eficiência é superior à do GSM para serviços com débitos binários elevados temos também eficiências

espectrais elevadas Assimetria variável (uplink / downlink)

pode ser em frequência, tempo ou no domínio dos códigos Utilização do espectro

O espectro poderá ser mesmo partilhado por vários operadores (em estudo) Capacidade / Cobertura

Facilidade em colocar novas células de forma a aumentar a capacidade





Complexidade / Custo: Terminal Móvel

Existiram vários tipos de terminais que irão ser dedicados a vários serviços com variadas capacidades e custos, satisfazendo vários utilizadores

Rede É possível reutilizar os “sites” do GSM-1800 uma vez que o planeamento feito

não é muito diferente para UMTS, dado que a banda é aproximadamente a mesma

Pode-se usar muitos sectores para aumentar a capacidade, sendo isto possível porque é utilizado um padrão de reutilização de frequência de 1




WCDMA Estrutura dos Canais lógicos Canais de Controlo (Commom Control Channels)

BCCH (Broadcast Control Channel) DL Ponto para multiponto (informação do sistema ou da célula)

FACH (Forward Access Channel) DL É usado com informação de controlo para o terminal móvel quando se conhece a

localização do móvel (pode ser usado para enviar mensagens curtas ao utilizador) PCH (Paging Channel) DL

É usado com informação de controlo para o terminal móvel quando não se conhece a localização do móvel

RACH (Random Access Channel) UL É usado com informação de controlo do terminal móvel para a estação base




WCDMA Estrutura dos Canais Físicos Canais Dedicados (Dedicated Channels)

DCCH (Dedicated Control Channel) DL e UL Troca de informação de controlo entre o móvel e a estação base

DTCH (Dedicated Traffic Channel) DL e ou UL É usado para trocar dados entre o terminal móvel e a estação base




WCDMA Funções do Canal Rádio - Acesso aleatório

Estrutura do burst de acesso aleatório consiste em 2 partes Células vizinhas usam códigos de preâmbulos diferentes, sendo

esta informação transmitida em BCCH Preamble (16 símbolos) Data

(16 bit) Identificação da estação móvel (ID aleatório (MS) por cada acesso) (3 bit) Informa a estação base que tipo de serviço é pretendido (pacotes,

comutado, etc) (variável) Opcionalmente existe um campo de dados (envio de mensagens) (8 bit) CRC para detecção de erros




WCDMA Funções do Canal Rádio - Procedimento Acesso aleatório A estação móvel antes de executar o procedimento de acesso faz o

seguinte: Adquire sincronização da estação base pretendida Obtém informação acerca do preâmbulo de acesso aleatório a partir de

BCCH Estima a atenuação em uplink com base no nível de potência recebido,

de forma a decidir o nível de potência a transmitir o burst (as condições de recepção na E.B. são também difundidas no BCCH)

Transmite o burst de acesso aleatório com um offset temporal de n*2 ms (n=0..4) relativamente ao limite da frame recebida (n é escolhido aleatoriamente em cada tentativa de acesso)




WCDMA Funções do Canal Rádio - Procedimento Acesso aleatório A estação base após a recepção do burst de acesso aleatório

responde com a mensagem de Access Grant no canal FACH, caso o pedido seja para obtenção de um canal dedicado segue na mensagem informação relativa ao(s) canal(s) físico(s) livre(s).

Logo após a passagem da estação móvel para o canal indicado anteriormente, imediatamente se inicia as funções de controlo de potência da ligação




WCDMA Funções do Canal Rádio - Controlo de Potência Controlo de potência em Uplink

Tem como objectivo manter SIR (Signal-to-Interference Ratio) dentro de um dado limite

A estação base deve calcular a potência recebida e o nível de interferência, com base nestes parâmetros define os seguintes comandos TPC: SIRest > SIRtarget,DL ->TPC command = “down” SIRest < SIRtarget,DL ->TPC command = “up”

A estação móvel ao receber estes comandos ajusta a sua potência em saltos de TPC dB sendo este um parâmetro diferente entre células (no caso de handover o salto é dilatado)




WCDMA Funções do Canal Rádio - Controlo de Potência Controlo de potência em Downlink

Tem como objectivo manter SIR (Signal-to-Interference Ratio) dentro de um dado limite

A estação móvel deve calcular a potência recebida e o nível de interferência, com base nestes parâmetros define os seguintes comandos TPC: SIRest > SIRtarget,DL ->TPC command = “down” SIRest < SIRtarget,DL ->TPC command = “up”

A estação base ao receber estes comandos ajusta a sua potência em saltos de TPC dB sendo este um parâmetro diferente entre células




WCDMA Funções do Canal Rádio - Busca de célula No inicio o móvel procura a célula que oferece melhor sinal Após o passo anterior, determina o “scrambling code” e sincroniza-

se com a frame da estação base seleccionada Este processo usa o canal de sincronização SCH




WCDMA Comutação de Pacotes

Devido às características do tráfego de pacotes (dimensão dos pacotes e sua intensidade variável) usa-se dual-mode packet-transmission Canal comum (débito fixo)

Usado para envio de pequenos pacotes que são colocados directamente no burst de acesso aleatório evitando overhead’s e o protocolo necessário a estabelecer um canal dedicado

Canal dedicado Neste modo, um pedido (via canal de acesso aleatório) de canal dedicado é feito É realizado controlo de potência em circuito fechado Podendo ser usado para transmitir apenas um pacote ou uma sequência de pacotes





Transmissão de apenas um pacote É usado para transmissão de pacotes grandes e pouco frequentes No acesso inicial (Random Access) está contida a informação da

dimensão do pacote a transmitir A rede pode responder de 2 formas:

Um curto ACK na altura em que o móvel pode transmitir, sendo enviada informação relativa ao formato e débito

Com um ACK imediato onde se informa quando se pode transmitir





Transmissão de multi-pacote É pedido um canal dedicado

Neste canal são enviados pacotes de dimensão reduzida sem qualquer “sincronização temporal”

Para os pacotes de dimensão elevada deve ser feito um pedido à rede, sendo o processo em tudo idêntico ao de transmissão de um pacote apenas




WCDMA Camada 2 -Data Link Control (DLC)

A camada 2 é constituída por 2 sub-camadas LLC (Logical Link Control)

Várias instancias de software executam os vários protocolos (LLCi)

MAC (Medium Access Control) A principal responsabilidade desta sub-

camada é multiplexar os vários canais lógicos na camada física

Fornece diferentes débitos binários com QoS apropriados no mesmo canal físico




WCDMA Suporte de TDD (Time Division Duplex) No modo TDD tanto a recepção e a transmissão são partilhadas pela mesma

frequência, tenta-se que TDD e FDD sejam semelhantes de forma a simplificar os terminais dual-mode TDD/FDD




WCDMA - TDD - Estrutura da Trama No modo TDD a estrutura da trama é baseada no modo FDD visto

anteriormente Em TDD cada slot de 0.625 ms é usado alternadamente para Rx e Tx




WCDMA - TDD - Estrutura da Trama No modo TDD também existe outra forma de funcionamento:

Consiste em dois blocos, de transmissão e de recepção Esta configuração adapta-se bem a serviços assimétricos




WCDMA - TDD - Vantagens Devido à alta correlação entre a transmissão e recepção o modo TDD

oferece várias formas de melhorar o sistema e simplificar o terminal Open loop power control Base Station transmit antenna selection Pre-RAKE combining diversity Adaptive Antennas




WCDMA/ODMA (Opportunity Driven Multiple Access)

A plataforma WCDMA para alem de ser desenhada para

suportar vários tipos de serviços também suporta ODMA

O que é ODMA? É um protocolo inteligente que permite estender a cobertura

encaminhado a informação por outros móveis

Para além de potencialmente aumentar a cobertura e a flexibilidade

do sistema, vai baixar a interferência celular devido a necessidades

de potência inferiores




WCDMA/ODMA - Conceito

O principio: ODMA é um mecanismo que maximiza o potencial de uma

comunicação. Isto é conseguido distribuindo inteligência pelos nós

de comunicação fornecendo vários caminhos entre eles. Os nós

inteligentes analisam as suas opções de comunicações e exploram

a oportunidade óptima.

A prática:

ODMA é um protocolo que assenta num sub-sistema rádio

que suporta encaminhamento. O protocolo resolve

dificuldades rádio numa sequência de tentativas, que lhe

permite obter um link de baixa potência.




WCDMA/ODMA - Introdução




WCDMA/ODMA - Vantagens

Extensão de cobertura com débitos binários de 144 a 384 kbps Redução da potência de transmissão “Desaparecimento de zonas mortas” Ligação a sistemas via satélite Encaminhamento por veículos Ligações directas a terminais (sistemas privados) ODMA tem que salvaguardar as seguintes premissas:

A qualidade de serviço QoS não se pode degradar numa célula UMTS Não pode aumentar significativamente o custo do terminal Possibilidade de ser controlado pelo operador




WCDMA/ODMA Exemplo de WCDMA+ODMA




WCDMA/ODMA Encaminhamento v Transmissão directa As principais dificuldades em

telecomunicações são a distancia e o débito binário, não sendo conveniente aumentar a potência devido a interferência causada e dificuldades inerentes nos terminais

A técnica ODMA de encaminhamento tem um potencial beneficio Considere-se LOSS(dB)=127 +

37.6 log(D) d - km

Com o aumento dos nós de relay a atenuação baixa significativamente

NOTA: Exemplo para 1 km




WCDMA/ODMA Exemplo de ODMA

Apenas com dois nós pelo caminho chega-se a melhorar a atenuação em 30 dB!




WCDMA/ODMA - Probabilidade de Falha V Número de nós

Probabilidade de falha para vários caminhos e melhorias de atenuação




WCDMA/ODMA - Reutilização de Recursos Rádio

A interferência tem apenas um efeito localizado




WCDMA/ODMA - Ganho de Capacidade

Que problemas podem existir junto da BTS?




WCDMA/ODMA - Canais Lógicos em ODMA

CCH - usado para transferir informação do sistema (ritmos, e banda de freq.)

DCH - usado para transportar dados estando associado a um CCH




WCDMA/ODMA Como funciona? Como se detecta uma rede ODMA?

Quando um terminal se liga pela 1ª vez e não conhece os terminais que o rodeiam, “agarra-se” a um predefinido canal CCH (de ritmo mais elevado) em modo idle que é usado por todos os terminais onde se transmite (broadcast) e recebe informação do sistema ODMA

Um terminal sem informação de sistema inicia uma sessão onde periodicamente transmite um pacote “probe”, este inclui a lista corrente dos terminais vizinhos, que inicialmente é vazia

A estação móvel que recebe um pacote “probe” com uma lista vazia regista o móvel de origem e envia em resposta um pacote semelhante agora com uma lista de um ou mais elemento A transmissão é enviada aleatoriamente para evitar congestão Para além da informação dos terminais esta lista associa os terminais à sua potência,

de forma a reunir informação necessária à decisão de encaminhamento




WCDMA/ODMA Como funciona?

O mecanismo de difusão permite criar uma lista de 5 terminais vizinhos no mínimo

Se o numero mínimo de vizinhos não é conseguido dentro de um determinado tempo a potencia é aumentada repetindo o procedimento anterior, isto repete-se até se atingir o objectivo de 5

Se se atingir a potencia máxima, muda-se para um canal CCH de ritmo mais baixo…

Caso se tenha obtido uma lista com muitos terminais, então sobe-se o ritmo do CCH, podendo mesmo baixar o nível da potencia de forma a obter realmente uma lista dos melhores vizinhos




WCDMA/ODMA Como funciona? A migração de terminais entre os vários ritmos, resulta numa baixa

conectividade, para ultrapassar este problema o terminal em modo idle periodicamente “vare” todos CCH (vários ritmos) de forma a responder e a actualizar as listas dos vizinhos




WCDMA/ODMA Como funciona? A transmissão de dados pode ser feita através de um canal dedicado

DCH ou até mesmo em CCH, dependendo do volume de informação a transmitir

Transmissão de dados em CCH Usa-se os pacotes “probe” para transmitir pequenas mensagens de

dados, estes dados não têm confirmação de recepção Transmissão de dados em DCH

Cada CCH tem associado uma série de canais DCH que são usados para transmitir largos volumes de dados entre nós ODMA, seguindo informação adicional no canal DCH para controlar este mesmo canal




WCDMA/ODMA Encaminhamento de Pacotes

Estrutura de um pacote ODMA que dá suporte ao protocolo





Os vários tipos de pacotes ODMA





Ligação local, permite a um nó seleccionar o nó seguinte baseado na qualidade da ligação

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Sistemas de Telecomunicações III UMTS Universal Mobile Telecommunications System INTRODUÇÃO...

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