Sistemas de Telecomunicações III
UMTSUniversal Mobile Telecommunications
System
INTRODUÇÃO
Dezembro 1999
Sistemas de Telecomunicações IIISistemas de Telecomunicações III 2
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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"
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UMTS - Previsões
Número de Subscritores Celulares por Região
Estima-se que no ano 2010 se atinja os 2 Biliões de utilizadores
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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
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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.
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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)
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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
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UMTS - Um mundo de Oportunidades (cont.)
Exemplo de um Terminal UMTS
Os terminais irão ter muitas formas e funcionalidades especificas
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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
UMTS - Um mundo de Oportunidades (cont.)
A Cobertura é Universal => Total Mobilidade Os utilizadores poderão migrar entre as várias redes terrestres e
por satélite com a mínima interrupção.
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UMTS - Um mundo de Oportunidades (cont.)
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
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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
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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
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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
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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
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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 %
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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
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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)
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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 .'
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UMTS para Satélites (Necessidades de Espectro)
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
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UMTS para Satélites (Necessidades de Espectro)
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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.
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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)
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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)
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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.
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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.
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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.
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UMTS - Calculo de Espectro para MSS
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
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UMTS - Calculo de Espectro para MSS
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
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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
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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
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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
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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
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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
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UMTS - Descrição do Sistema WCDMA
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UMTS - Descrição do Sistema WCDMA
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
Sistemas de Telecomunicações IIISistemas de Telecomunicações III 42
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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
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UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access
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)
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UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access
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?
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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
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UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access
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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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)
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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
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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
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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
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WCDMA Comutação 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
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WCDMA Comutação de Pacotes
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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WCDMA/ODMA - Introdução
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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
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WCDMA/ODMA Exemplo de WCDMA+ODMA
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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
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WCDMA/ODMA Exemplo de ODMA
Apenas com dois nós pelo caminho chega-se a melhorar a atenuação em 30 dB!
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WCDMA/ODMA - Probabilidade de Falha V Número de nós
Probabilidade de falha para vários caminhos e melhorias de atenuação
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WCDMA/ODMA - Reutilização de Recursos Rádio
A interferência tem apenas um efeito localizado
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WCDMA/ODMA - Ganho de Capacidade
Que problemas podem existir junto da BTS?
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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
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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
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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
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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
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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
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WCDMA/ODMA Encaminhamento de Pacotes
Estrutura de um pacote ODMA que dá suporte ao protocolo
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WCDMA/ODMA Encaminhamento de Pacotes
Os vários tipos de pacotes ODMA
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WCDMA/ODMA Encaminhamento de Pacotes
Ligação local, permite a um nó seleccionar o nó seguinte baseado na qualidade da ligação