TEMA 10. Wireless Wide Band

Tecnología de Comunicaciones Inalámbrica ((TCI
TCI))
2012--2013
2012
TEMA 10. Wireless Wide Band
Juan Carlos Crespo
[email protected]
1
1. REDES WIRELESS
WIRELESS.. INTRODUCCIÓN
E á d
Estándares
d
de comunicación
i ió iinalámbrica
lá b i
•
•
En la actualidad hay diversas tecnologías que permiten comunicaciones
inalámbricas en distintos ámbitos y bajo distintos requisitos:
– Cobertura, volumen de datos y velocidades de transmisión, volumen de
usuarios, disponibilidad, interoperabilidad, seguridad en las comunicaciones,
etc…
etc
La comunidad internacional (IEEE) ofrece los siguientes estándares:
LTE
UMTS
2
INTRODUCCIÓN
En este capítulo expondremos los conceptos básicos de las tecnologías empleadas y
prometedoras para la transmisión wireless de banda ancha entre dispositivos
•
•
Wifi versus WiMax
UMTS versus LTE – 4G como evolución de los estándares móviles
3
INDICE
9.1.
9
1
9.2.
93
9.3.
9.4.
95
9.5.
Estándares inalámbricos
WiFI versus WiMAX
UMTS
LTE
Ejemplos de MATLAB
Ejemplos de MATLAB
4
3. Redes wireless
WIFI (IEEE802.11)
• WIFI, es la marca comercial del estándar IEEE802.11, acuñada
por la WIFI Alliance, como certificadora de la interoperabilidad
entre equipos
i
• Es una tecnología que ofrece comunicación fija inalámbrica de
b d ancha
banda
h en ell entorno
t
de
d las
l redes
d LAN
• Está dirigida a usuarios finales en entornos acotados
5
3. Redes wireless
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS WIFI
•
En la actualidad coexiten distintas implementaciones tecnológicas de este
estándar basadas en las distintas revisiones del mismo:
Estándar
Frecu
encia
Bit rate
max
Alcance
Pire
BW canal /
FFT Size
Técnica radio,
Modulación
MAC
Duplex
802.11b
(1999)
2.4
GHz
11
Mbps
100m
max. 100
mW
25 MHz
Single Carrier (SC)+
BPSK, QPSK
CSMA/CA
TDD
100m
5159-5350
MHz: max.
200 mW
5470-5725
MHz: max.
1000 mW
20 MHz / 64
OFDM (52 canales) +
BPSK, QPSK, 16QAM
o 64QAM
CSMA/CA
TDD
20 MHz /64
SC ó OFDM (64
canales) + BPSK,
QPSK, 16QAM o
64QAM
CSMA/CA
TDD
20 MHz o 40
/64 o 128
OFDM (200 canales) +
BPSK, QPSK, 16QAM
o 64QAM
MIMO
CSMA/CA
802.11a
(1999)
802.11g
(2003)
802.11n
•
5
GHz
2.4
GHz
2.4 y
5
GHz
54
Mbps
54
Mbps
>100
Mbps
(300
Mbps)
100m
max. 100
mW
max. 100
mW
>200m
TDD
Otras revisiones incorporan mejoras y funcionalidades nuevas (802.11e:
2005, define QoS, 802.11i: 2004, especificaciones de seguridad, etc)
6
3. Redes wireless
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS WIFI
•
Dos tipos de Modulaciones:
- Single Carrier
Se transmite en una única portadora en frecuencia un stream de bits:
ƒ Bit a bit, es decir transmito el primer y después el siguiente, e.g. ASK
ƒ Agrupo
A
bits
bit y los
l envío
í (símbolos),
( í b l ) y transmito
t
it símbolo
í b l a símbolo,
í b l e.g. QPSK (2 bits
bit para 1
QPSK, o 4 bits para 16 QAM, …
-
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
Se ttransmite
S
it empleando
l d múltiples
últi l portadoras
t d
en frecuencia
f
i (e.g.
(
64) llo que permite
it lla ttransmisión
i ió
de un gran número de símbolos al mismo tiempo. Ventajas:
ƒ Resistencia frente a multitrayecto (el mal intrínseco a las comunicaciones inalámbricas)
C d portadora
Cada
t d
opera a una velocidad
l id d de
d transmisión
t
i ió baja,
b j lo
l que permite
it duraciones
d
i
de
d
envío de símbolo largas
ƒ Inmunidad frente a ruido en alguna frecuencia (si el Bit Error Rate, BER, se reduce la
velocidad de envio de símbolos en esas frecuencias
ƒ Reparto, flexible, entre las portadoras para el upstream y downstream (permite
7
velocidades simétricas o asimétricas en cualquier sentido)
3. Redes wireless
WiFI
•
Conceptos básicos de Modulación, e.g WiFI 802.11b, Single Carrier con e.g. QPSK
(QPSK SimDemo m) SNR = 14 dB
(QPSK_SimDemo.m)
AWGN
(
(transmisión
i ió con
pérdidas)
8
3. Redes wireless
WiFI
•
Conceptos básicos de Modulación, e.g WiFI 802.11b, Single Carrier con e.g. QPSK
(QPSK SimDemo m) SNR = 9 dB (comienzan los errores de símbolo)
(QPSK_SimDemo.m)
AWGN
(transmisión con
pérdidas)
9
3. Redes wireless
WiFI
•
Conceptos básicos de Modulación, e.g. 802.11 g, OFDM, 16 QAM
3. Redes wireless
WiFI
C
Conceptos
t básicos
bá i
de
d Modulación,
M d l ió e.g. 802.11
802 11 g, OFDM,
OFDM x QAM
3. Redes wireless
WiFI
Ef t del
Efectos
d l Multitrayecto
M ltit
t en OFDM
Los
retrasos
diferenciales
producen
dos
tipos
de
Interferencias entre símbolos:
- Self-symbol Interference
- Inter-symbol
Interference
(ISI)
En OFDM los SSI, contribuyen
a mejorar la ganancia enRx
Los ISI se evitan introduciendo
itervalo de guarda,
guarda e.g
e g G=1/4
de la duración del símobolo
(depende del multitrayecto
esperado)
3. Redes wireless
13
3. Redes wireless
SEGURIDAD EN WIFI
Mecanismos
M
i
de Seguridad:
WEP64
WEP128
Autentificación
WPA
Tramas
–
–
–
–
–
802.11a, año 1999
802.11b, año 1999
802 11g año 2003
802.11g,
802.11e, año 2005
802.11i, año 2004, y
vigente
WPA2
Mecanism
o
Cifrado tramas
datos
Autentificació
n
Confianza
WEP
WEP(64 ó
128 bits)
PSK
Nula
WPA
TKIP
PSK ó
802.1x
Media
(relativa)
WPA2
AES
PSK ó
802.1x
Alta
14
3. Redes wireless
WIMAX (IEEE802
(IEEE802.16)
16)
• WIMAX es una tecnología inalámbrica de banda ancha para
entornos MAN
• “Es el interfaz aire para sistemas fijos de acceso inalámbrico de
banda ancha” y “alternativa a la última milla de cobre”
• Dirigida a empresas portadoras de servicios y grandes empresas
• Proporciona conexiones tanto interiores como exteriores de largo
alcance
• Abarca usuarios móviles (802.16e)
15
3. Redes wireless
Principales características WIMAX
•
En la actualidad conviven tecnológicas pre-WIMAX basadas en la revisión
a del mismo (evolución a 2004) con nuevas instalaciones en e
Estándar
Frecuencia
802.16
Con
licencia y
sin
licencia;
10-66 GHz
802.16 2004
Con
licencia y
sin
licencia;
2-11 GHz
(habitualm
ente 2.5,
3.5 y 5
GHz)
802.16e/
m
Con
licencia y
sin
licencia;
< 6 GHz
Bit rate
max
32 a
138
Mbps
<70 o
100
Mbps
De 25
5a
1000
Mbps
Alcance
radio celda: 11
3 millas típico
hasta 30
millas;
radio celda: 35 millas típico
Configuración
LOS; fija; punto
a multipunto o
punto a punto
NLOS, fija
BW canal / FFT
Size
Modulación / MIMO
MAC
Duplex
1 25 MHz a 28
1.25
MHZ / 256
OFDM (200
carrieres), BPSK,
QPSK, 16 QAM, 64
QAM
/ MIMO (SI)
Protocolo de
Solicitud/confirmación
FDD o
TDD
Protocolo de
Solicitud/confirmación
FDD o
TDD
Protocolo de
Solicitud/confirmación
FDD o
TDD
1.25 MHz a 28
MHz / 2048
1.25 MHz a 28
MHz / 2048,
1024, 512, 128
radio celda: 13 millas típico
NLOS, <120
KM/h
OFDM (1680
carriers)
carriers),
OFDM-A (2048
canales)+(QPSK, 16
QAM, 64 QAM
/ MIMO (SI)
OFDM (definible
carriers),
OFDM-A (2048
canales)+(QPSK, 16
QAM, 64 QAM
/ MIMO (SI)
16
3. Redes wireless
WiMax
Ef t del
Efectos
d l desplazamiento
d l
i t Doppler
D
l
Si el Rx t Tx están en movimiento relativo, se producirá un desplazamiento en frecuencia de cada portadora de
OFDM , según ~ -V/λ. i.e., cada portadora fi sufrirá un desplazamiento -V. fi / c
E.g. para un vehículo a 120
Km/h y una frecuencia de
transmisión de 6 GHz, se
tendría un desplazamiento
Doppler 670Hz
Por tanto la separación
mínima e las frecuencias en
OFDM si se quiere que sea
robusta hasta velocidades de
120 Km/h, se toma como
6,7 kHz (10 veces mayor al
d l
desplazamiento
i
máximo
i
esperado).
3. Redes wireless
WiMax
MIMO: Multiple Input Multiple Output
Forma parte esencial para alcanzar la velocidad de transmisión y eficiencia espectral. MIMO emplea múltiples
antenas en recepción y transmisión, 2x2 es la configuración básica
Cada antena en Tx envía un parte del flujo de datos o combinaciones de los mismos.
mismos Las antenas en Rx recibe
todos.
3. Redes wireless
WiMax
MIMO Multiple
MIMO:
M lti l Input
I
t Multiple
M lti l Output
O t t
Mejora del BER, por el uso de MIMO, asegurando QoS
El sistema comúnmente elegido es diversidad en Tx, puesto que es más fácil de soportar que dos antenas en
recepción.
Nota: Eb/N0 (relación energía por bit / densidad espectral de potencia de ruido), es una medida de la SNR (relación señal a ruido)
normalizada,
li d y también
t bié se conoce como "SNR por bit“.
bit“
La Eb/N0 es igual a la SNR dividida por la eficiencia espectral de enlace. Esta eficiencia espectral es la tasa binaria "bruta" dividida por
el ancho de banda y se mide en (bits/s)/Hz. La tasa binaria "bruta" hace referencia a la cantidad de bits transmitidos, incluyendo la
redundancia para la correción de errores (FEC) y las cabeceras de los protocolos.
3. Redes wireless
20
3. Redes wireless
Seguridad en WiMax
• Básicamente, las tramas de datos irán cifradas con
CCMP (del IEEE 802.11i) que utiliza AES para
transmisión y control de integridad. Este es el mismo
protocolo usado en WPA2.
• La autentificación se realiza mediante PKM-EAP
(802.1x), que utiliza el estándar TLS de infraestructura de
clave pública. Autentica mutuamente al cliente y al
servidor. Cada tarjeta WIMAX tiene de fábrica un
certificado digital único, que contiene su clave pública y
su MAC.
21
3. Redes wireless
¿Por qué usar Wimax en ámbitos donde WIFI lo
podría suplir?
• WIFI y WIMAX son dos tecnologías de distinto ámbito y
complementarias, aunque en muchos una pueda invadir el
terreno de la otra
– WIFI es una tecnología más barata y ampliamente
extendida en el mercado
– WIMAX está es mas costosa pero más robusta de
desarrollo
• Ambas en constante evolución y mejora, pero WIMAX pero
sale de partida con una arquitectura y base tecnológica más
moderna,
d
l cuall le
lo
l permitirá
i i á llegara
ll
mayores cotas de
d
rendimiento que WIFI
• Ambas
A b ti
tienen apoyo por la
l industria
i d t i (WIFI Alli
Alliance y
22
WIMAX Forum)
3. Redes wireless :WIFI vs WIMAX
Característica / Tecnología
WIFI
WIMAX
Frecuencia
2.4 GHz, 5 GHz
LOSÆ 10-66 GHz; NLOSÆ 211GHz ↑ f ⇒ ↑ BW disponible
BW
BW fijo
BW ajustable Æ eficiencia espectral
↑ BW disponible ⇒ ↑ Rb y/o
usuarios
Duplex
Duplex TDD
TDD / FDD
Seguridad
Baja inicialmente, alta con 802.11i
(WPA2)
Alta (WPA2)
Acceso Radio
SC, OFDM
OFDM
Acceso MAC
CSMA/CA
Protocolo Solicitud / Confirmación
Cobertura (alcance)
Reducida ~100m; mejora con 802.11n
(>200 m)
hasta 30 millas;
radio celda: 3-5 millas típ.
Movilidad (vehicular)
No (solo movilidad reducida)
Si (802.16e)
Capacidad de datos
11 Mbps, 4 Mbps; Mejora con
802.11n Æhasta 300Mbps
Mayor de partida 100 Mbps
Capacidad de usuarios
Menor
Mayor
Redes malladas (mesh)
Tecnologías propietarias
Si de origen
QoS
No de origen, sí con 802.11e
Si de origen, MIMO
Entorno de operación
LAN
MAN
Estado actual
Ampliamente adoptado, en evolución y
mejora
En evolución y mejora
23
4. Evolución de los Estándares de Móviles
- 1G (1985); es una adaptación del sistema AMPS (Advanced Mobile Phone System) siendo
denominado TACS (Total Access Communications System). TACS engloba a todas aquellas
tecnologías de comunicaciones móviles analógicas. Puede transmitir voz pero no datos. Obsoleta
y ya casi inexistente
- 2G; sistema GSM (Global System for Mobile Communications). Capacidad de transmitir datos
además
d á de
d voz, a una velocidad
l id d de
d 9,6
9 6 kbit/s
kbit/ (nace
(
ell sms).
) Voz
V digital
di it l cifrada.
if d
- 2.5; G (2001); La tecnología más notoria de esta generación es el GPRS (General Packet Radio
System) capaz de coexistir con GSM
System),
GSM, pero ofreciendo servicio portador más eficiente para el
acceso a redes IP como Internet. La velocidad máxima de GPRS es 171,2 kbit/s aunque en la
práctica no suele pasar de 40 kbit/s de bajada y de 9,6 kbit/s de subida.
- 3G; UMTS Permite servicios de acceso a Internet, servicios de banda ancha, roaming
internacional e interoperatividad. Pero fundamentalmente, estos sistemas permiten el desarrollo
de entornos multimedia para la transmisión de vídeo e imágenes en tiempo real, fomentando la
aparición
i ió de
d nuevas aplicaciones
li i
y servicios
i i tales
t l como videoconferencia
id
f
i o comercio
i electrónico
l tó i
con una velocidad máxima de 2 Mbit/s (bajada) en condiciones óptimas.
- 4G; LTE permite velocidades de bajada mayores de 100 Mbit/s en movimiento y 1 Gbit/s en
reposo, manteniendo una calidad de servicio (QoS). Basada en IP.
24
4. Evolución de los Estándares de Móviles
3G
2.75G
Intermediate
Multimedia
2.5G
Multimedia
Packet Data
2G
Digital Voice
1G
Analog Voice
GPRS
GSM
EDGE
W-CDMA
(UMTS)
384 Kbps
Up to 2 Mbps
115 Kbps
NMT
9.6 Kbps
GSM/
GPRS
TD SCDMA
TD-SCDMA
(Overlay)
115 Kbps
2 Mbps?
TDMA
TACS
9.6 Kbps
iDEN
9.6 Kbps
iDEN
PDC
(Overlay)
9.6 Kbps
AMPS
CDMA 1xRTT
CDMA
14.4 Kbps
/ 64 Kbps
PHS
1984 - 1996+
1992 - 2000+
cdma2000
1X-EV-DV
PHS
(IP-Based)
144 Kbps
64 Kbps
2001+
2003+
Over 2.4 Mbps
2003 - 2004+
Source: U
U.S.
S Bancorp Piper Jaffray
25
4. Evolución de los Estándares de Móviles
De GSM a UMTS
GSM
Está
E
tá basado
b d en TDMA / FDMA , donde
d d cada
d canall de
d frecuencia
f
i se divide
di id en un número
ú
de
d
espacios en el tiempo (hasta 8 usuarios pueden hacer uso, multiplexado, de una misma portadora –
hasta 124 carriers).
26
4. Evolución de los Estándares de Móviles
GSM: Distribución de canales
GSM
TDMA/FDMA: ejemplo con 8 intervalos TDMA y 4 portadoras)
- Eje temporal: 8 intervalos / trama (en ocasiones 6)
- Uplink (típico): 890 a 915 MHz, Downlink: 935 a
960 MHz
- Celdas separadas por frecuencias distintas
(planificación)
One timeslot = 0.577 ms
One TDMA frame = 8 timeslots
200 KHz
Frequenccy
200 KHz
200 KHz
200 KHz
27
Time
4. Evolución de los Estándares de Móviles
GSM: Distribución de canales (2)
Distribución de frecuencias del uplink y downlink típicos
La asignación de frecuencias
se hace durante la planificación de las
celdas (fija)
(fija), la asignación de canales a
usuarios se hace de forma dinámica
Máximo 25 MHz
Máximo 25 MHz
28
4. Evolución de los Estándares de Móviles
GSM: Modulaciones: GMSK: Gaussian Minimum Shift Keying
Es tipo particular de modulación de fase continua y frecuencia variable “la variación de la
frecuencia se fuerza en el paso por cero
cero”,, esto equivale a que el índice de modulación sea
siempre 0,5 (es decir la frecuencia es dolbe para la representación de un 0 que para un 1 o
viceversa.
Ventajas:
-Todas las modulaciones de fase son inmunes a variaciones de amplitud, se pueden emplear
amplificadores
lifi d
“baratos”
“b
” No-Lineales
N Li l (especialmente
(
i l
útiles
ú il en los
l móviles)
ó il )
- GMSK; además tienen una eficiencia espectral mayor: inexistencia de saltos de fase y
acotado en banda mediante un filtro gaussiano.
29
4. Evolución de los Estándares de Móviles
GSM: Planificación – asignación de frecuencias / capacidad
“Celdas separadas deben tener frecuencias asignadas diferentes”:
Por simplicidad se dibujan como hexágonos …
- El número de usuarios concurrentes depende de las portadoras asignadas
- Cuanto mayor es el tamaño “área de la celda” más cobertura, pero menos densidad de
usuarios puede tener
Compromiso entre:
- El tamaño de la celda debe ser el mayor (siempre que la BTS pueda cubrir con una potencia
y SNR mínimas)
- El tamaño debe ser el menor posible para poder reutilizar frecuencias y maximizar el
número de usuarios a servir
Nota: cada móvil debe ser recibido por más de una BTS (al menos en los bordes de cobertura
de la celda para asegurar el handover).
30
4. Evolución de los Estándares de Móviles
GSM: Planificación – Ejemplo de Asignación
En caso de tamaño de celda uniforme, la
k, expresa cómo se reutiliza las
frecuencias.
frecuencias
K = n; se dividen las portadoras
disponibles entre n conjuntos,
normalmente dividiendo entre 4.
31
4. Evolución de los Estándares de Móviles
GSM: Planificación – Aumento de la capacidad
- Cell Sectoring: se crean sectores de cobertura dentro de cada celda, mediante antenas
direccionales
- Cell Splitting: se reduce la potencia, disminuyendo aritificialmente el radio/área de
cobertura
Ejemplo de “sectoring”: BTS tri-sector
Ejemplo de splitting para acomodar
zonas rurales y urbanas
32
4. Evolución de los Estándares de Móviles
GSM: Planificación – Ejemplo práctico
-Operador
p
con una atribución de
frecuencias:
* 36 canales de 200 KHz (7,2 MHz)
* TDMA = 8 canales
* k = 12
Calcule el número de canales de tráfico
(usuarios concurrentes)
1)) Sólo con una celda
2) Con 72 celdas
3) Con 246 celdas
33
4. Evolución de los Estándares de Móviles
GSM: Estructura física de la red
OSS
MSC/VLR
BSC
- MSC: Mobile Switching
Services Centre, une
distintas redes GSM
- VLR: Visitors Location
Register exporta cierta
Register,
información del HLR para
otros operadores
E
BIE
Um
BTS
A
Abi
s
PSTN
ISDN
PSPDN
MSC/VLR
BSS
MS
(SIM)
C
HLR/
AUC
- Base Station Subsistem (BSS): una BSC
F
H
EIR
SC/VM
- SMS handling
controla n BTS.
BTS
MSS
- Mobile Service Swithching Center (MSS):
* HLR, Home Location Register – registra dónde está el MS (AuC: Authentification Center –
contiene la PKI para el cifrado de la comunicación - fijas)
* EIR,
EIR Equipment Identify Register (chequea el IMEI: International Mobile Equipment Identity)
-SIM, Subscriber Identity Module (identifica el “pagador y dueño MS” – IMSI (International
Subscriber Identity)
- OSS: Operation ans Support Subsystem
34
4. Evolución de los Estándares de Móviles
UMTS (3G)
Universal Mobile Telecommunications System
y
o UMTS,, surge
g como evolución de la redes ppara soportar
p
multimedia.
La principal ventaja es la capacidad de soportar altas velocidades de transmisión de datos:
- de hasta 144 kbit/s sobre vehículos a gran velocidad
- 384 kbit/s en espacios abiertos de extrarradios
- y hasta 7.2 Mbit/s con baja movilidad (interior de edificios)[ 2 Mbit/s típico]
Esta capacidad sumada al soporte inherente del protocolo de Internet (IP), se combinan poderosamente para
prestar servicios multimedia interactivos y nuevas aplicaciones de banda ancha, tales como servicios de
video telefonía y video conferencia y transmisión de audio y video en tiempo real.
35
4. Evolución de los Estándares de Móviles
UMTS (3G)
¿Cómo se consigue la alta velocidad de transmisión?
-Se emplea una modulación de espectro ensanchando más robusta y eficiente: Wideband Code Division
Multiple Access (WCDMA)
-Técnica de acceso múltiple por separación de código (CDMA), todos los usuarios transmiten
simultáneamente
i lá
(no
( existe
i separación
ió en ell tiempo)
i
) y en ell mismo
i
ancho
h de
d banda
b d (tampoco
(
existe
i
separación en frecuencia), pudiendo ser discriminados en el medio radio porque se les asigna un código a
cada uno de ellos que los identifica de forma univoca.
TDD: Las transmisiones del enlace ascendente y del descendente son transportadas en la misma banda de frecuencia usando
TDD
intervalos de tiempo (slots de trama) de forma síncrona. Así las ranuras de tiempo en un canal físico se asignan para los flujos
de datos de transmisión y de recepción.
FDD: Los enlaces de las transmisiones de subida (uplink) y de bajada (downlink) emplean dos bandas de frecuencia
separadas.
p
Un par
p de bandas de frecuencia
f
con una separación
p
especificada
p f
se asigna
g para
p
cada enlace.
CARACTERÍSTICAS:
- Velocidad de chip: 3,84 Mc/s
- Separación entre portadoras 5MHz
- Modulaciones BPSK y QPSK
- PS para los códigos de usuarios
- Códigos ortogonales para los códigos de sincronimos
36
4. Evolución de los Estándares de Móviles
UMTS (3G): WCDMA
Dentro de las diferentes técnicas CDMA, WCDMA se emplea lo que se denomina un acceso por secuencia
directa (DS
(DS-CDMA):
CDMA):
-La separación en el medio radio se consigue porque antes de ser transmitida la señal se multiplica bit a bit
por el código que la va a identificar de forma univoca. Este código se caracteriza por tener una tasa binaria
muy elevada, concretamente 3,84 Mchip por segundo (el concepto de "chip" se usa en contraposición al de
"bit"
bit para indicar que son transiciones de código y no de señal de información)
información).
A este código también se le denomina código de ensanchamiento porque provoca que el ancho de la señal a
transmitir se ensanche, independientemente de su tasa binaria, a un ancho de banda de 5 Mhz.
- La forma de recuperar una información concreta de entre todas las que se están transmitiendo
simultáneamente en el canal WCDMA de 5 Mhz es volver a multiplicar la señal ensanchada por el mismo
código que empleo el transmisor. Esta operación hace que la señal original se desensanche recuperando así
el flujo binario original. El resto de señales que han sido transmitidas con otros códigos distintos al que se
quiere recuperar permanecen ensanchadas y se comportan como ruido.
ruido
Nota: Aumentando el
ancho de banda se puede
conseguir una tasa de
error de bit
arbitrariamente pequeña
37
4. Evolución de los Estándares de Móviles
UMTS (3G): WCDMA
¿Cómo Funciona?
38
4. Evolución de los Estándares de Móviles
UMTS (3G): WCDMA transmisión
39
4. Evolución de los Estándares de Móviles
UMTS (3G): WCDMA recepción
40
4. Evolución de los Estándares de Móviles
UMTS (3G): WCDMA recepción (2)
41
4. Evolución de los Estándares de Móviles
UMTS (3G): WCDMA control de potencia
Para mejor la fiabilidad del servicio, reducir la potencia consumida y reducir el tamaño de la celda, se
emplea un control dinámico de la potencia transmitida por el terminal y BTS:
- Bucle abierto (permite compensar desvanecimientos lentos = 20 ms)
Se basa en estimar la atenuación de un enlace midiendo el nivel de señal recibido y suponer que dicha
estimación es aplicable al enlace opuesto.
opuesto
- Bucle cerrado (permite compensar desvanecimientos rápidos = 1 ms)
Se basa en una técnica de realimentación negativa: el receptor mide un cierto parámetro y compara con el
valor objetivo o de referencia para dicho parámetro,
parámetro y ordenar o reducir la potencia al transmisor,
transmisor
normalmente con paso fijo de entre 0,5 a 2 dB
- Bucle externo (ajusta según la relación EB/N0 objetivo)
A pesar del bucle cerrado la EB/N0 sufre variaciones debido a retardos
retardos, multitrayecto
multitrayecto, …, esto es de espacial
importancia en móviles (en movimiento relativo elevado)
Se basa en controlar la EB/N0 media del enlace (se controla a una frecuencia de entre 10 y 100 Hz)
42
4. Evolución de los Estándares de Móviles
UMTS: Planificación – asignación de frecuencias / capacidad
- El tamaño de la celda en CDMA queda definida por la potencia máxima que un
móvil (enlace ascendente) o base (enlace descendente) puede radiar siendo recibido
por el otro.
- Si hay muchos usuarios activos aumenta la interferencia y se solicita más potencia,
con lo que la cobertura se reduce. Lo contrario ocurre si hay pocos. A este efecto se le
denomina cell breathing
- Compartición automática de capacidad:
• Si la célula está poco cargada, hay mejor interferencia con las vecinas (al bajarse la
potencia), lo que da mayor capacidad a las vecinas
• Así inherentemente se tiende a compartir la capacidad, logrando un uso más eficiente
de los recursos (no se requiere asignación fija o dinámica de frecuencias)
43
4. Evolución de los Estándares de Móviles
LTE: Long Term Evolution
- La 4G está basada completamente en el protocolo IP, siendo un sistema de sistemas y una red de
redes
d que se alcanza
l
gracias
i a la
l convergencia
i entre las
l redes
d de
d cables
bl e inalámbricas:
i lá b i
ell core de
d la
l redd
maneja MPLS nativo.
-Esta tecnología podrá ser usada por módems inalámbricos, móviles inteligentes y otros dispositivos
móviles.
- La principal diferencia con las generaciones predecesoras será la capacidad para proveer velocidades
de acceso mayores del orden de 100 Mbit/s en movimiento y 1 Gbit/s en reposo (descendente).
- Se garantiza la calidad de servicio (QoS) extremo a extremo, alta seguridad que permitirá ofrecer
servicios de cualquier clase en cualquier momento
momento, en cualquier lugar
lugar, con el mínimo coste posible.
posible
- El Cifrado emplea PKI’s dinámicas (hoy sin romper)
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4. Evolución de los Estándares de Móviles
LTE: Long Term Evolution
- Requerimientos / parámetros principales: data rate y eficiencia espectral
- Las
L tasas de
d pico
i máximas
á i
previstas
i
son de
d 100 Mbit/s
Mbi / en enlace
l
descendente
d
d
y 50 Mbit/s
Mbi / en
enlace ascendente (con un ancho de banda en ambos sentidos de 20MHz).
45
4. Evolución de los Estándares de Móviles
LTE: Long Term Evolution
-Emplea para el enlace descendente: MIMO y OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing)
p
g) – como en Wifi 802.11n y WiMax
20 MHz
- Emplea para el enlace ascendente: MIMO y SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division
Multiple Acces). Mantiene en un precio razonable los móviles y reduce el consumo
- Se emplea un nuevo concepto para la implementación de la parte radio: SDR (Software Defined
Radios))
- Los nodos principales dentro de esta implementación son el ‘Evolved Node B’ (BTS
evolucionada), y el 'System Access Gateway', que actuará también como interfaz a internet,
conectado directamente al Evolved Node B.
B
46
4. Evolución de los Estándares de Móviles
LTE: Long Term Evolution
- El despliegue está siendo lento.
- Existen
E i
modelos
d l de
d móviles
ó il distintos
di i
según
ú las
l zonas geográficas
áfi
(e.g.
(
Iphone
I h
5)
47
Tecnología de Comunicaciones Inalámbrica ((TCI
TCI))
2012--2013
2012
TEMA 10. Wireless Wide Band
Juan Carlos Crespo
[email protected]
48