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Sistemas de Telecomunicações III UMTS Universal Mobile Telecommunications System INTRODUÇÃO Dezembro 1999.

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Apresentação em tema: "Sistemas de Telecomunicações III UMTS Universal Mobile Telecommunications System INTRODUÇÃO Dezembro 1999."— Transcrição da apresentação:

1 Sistemas de Telecomunicações III UMTS Universal Mobile Telecommunications System INTRODUÇÃO Dezembro 1999

2 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 2 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"

3 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 3 UMTS - Previsões Número de Subscritores Celulares por Região Estima-se que no ano 2010 se atinja os 2 Biliões de utilizadores

4 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 4 UMTS - A Próxima Geração em Comunicações Móveis n A cobertura oferecida pela Terceira Geração irá ser a nível Global u em casa dos utilizadores u no trabalho u na rua e áreas urbanas u meios rurais e zonas remotas espalhadas pelo mundo n As licenças de utilização em alguns países já foram atribuídas, estando previsto o arranque comercial do sistema em 2002

5 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 5 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.

6 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 6 UMTS - Um mundo de Oportunidades n As vantagens da tecnologia UMTS são enormes: u Vantagens para os utilizadores F Serviços úteis, terminais de fácil utilização F Ligação de alta velocidade onde se paga apenas o tráfego (ligação permanente) F Gestão de tráfego (esquema de prioridades entre serviços) u Benefícios económicos F Reaproveitamento da infra-estrutura existente F Oportunidade de mercado anual representa cerca de 100 biliões de dólares (serviços e venda de terminais)

7 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 7 UMTS - Um mundo de Oportunidades (cont.) u Novos e melhores serviços F Desenvolvimentos da Internet e Intranets permitem a criação de imensos serviços, onde a tecnologia móvel existente não dá resposta F Serviços de Multimédia e outros de largura de banda elevada F Comercio electrónico irá ser a nível global F Tele-trabalho será uma realidade crescente F Controlo de sistemas em casa remotamente F Funciona como divertimento F Vídeo nos dois sentidos (vídeo conferencia) F Jogos de computador por rede

8 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 8 UMTS - Um mundo de Oportunidades (cont.) Exemplo de um Terminal UMTS Os terminais irão ter muitas formas e funcionalidades especificas

9 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 9 UMTS - Um mundo de Oportunidades (cont.) A Cobertura é Universal => Total MobilidadeOs utilizadores poderão migrar entre as várias redes terrestres e por satélite com a mínima interrupção.

10 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 10 UMTS - Um mundo de Oportunidades (cont.) n Inovação Ilimitada u 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 u “ O potencial do UMTS no futuro é apenas limitado pela imaginação” n No UMTS Forum participam: u Fabricantes, operadores, institutos de I&D e entidades governamentais u As especificações técnicas estão a ser desenvolvidas por 3GPP (3rd Generation Partnership Project) F cooperação entre as 6 maiores organizações de standards

11 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 11 UMTS - Espectro (Recomendações) n 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 n Para a rede terrestre foi calculado 582 MHz de largura de banda u Para ambientes urbanos é necessário mais 187 MHz pelo ano 2010 n Para o serviço por satélite: u Até ao ano *123 MHz e no ano *145 MHz estando previsto ainda outros bandas de frequência

12 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 12 UMTS para o utilizador... n O UMTS está a ser concebido para funcionar a nível global, compreendendo redes terrestres e redes por satélite. n Terminais multi-modo, multi-banda podem até usar as redes de 2ª geração para serviços “básicos”. u Possibilidade de usar todos o tipo de rede: F redes privadas (redes fixas) F pico células; micro células; F redes públicas F macro células (rede de 2ª geração) F rede via satélite

13 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 13 UMTS - Na Europa

14 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 14 UMTS - Espectro “reservado” nas várias regiões do Globo

15 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 15 UMTS - Previsões para a Europa... Previsões para o ano 2005: Para o Mercado móvel: Utilizadores :200 milhões Rendimento pelo Serviço:104 biliões ECU por ano Tráfego:6320 milhões Mbyte/mês 32 Mbyte/uti/mês Penetração: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./mês Penetração:8 %

16 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 16 UMTS - Mercado para os Satélites n Estima-se que menos de 20 %da área Mundial esteja coberta pelas redes terrestres. n Serão os satélites a assegurar a cobertura mundial n As diferenças de preços entre redes terrestres e via satélite pensa-se que se irão manter

17 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 17 UMTS - Calculo de Espectro Necessário n O calculo do espectro necessário é baseado em: u Previsões de mercado e penetração u Potencial tráfego gerado por utilizador u Características de Serviço e Tráfego u Características da infra-estrutura n 1º achar o número de utilizadores por km 2 por cada classe de serviço (Centro de negócios; Urbano; Suburbano; Rural; etc) u Multiplicar pela taxa de penetração n Cada serviço em ambientes diferentes gera relações particulares de (chamadas / hora) sendo a duração dessas mesmas chamadas e do débito binário também diferentes. u Obtendo-se a relação (kbit/hora/km 2 ), sendo necessário aumentar esta relação devido ao overhead da sinalização (retries de pacotes)

18 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 18 UMTS - Calculo de Espectro Necessário (cont.)

19 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 19 UMTS - Calculo de Espectro Necessário (cont.) - CarriedTraffic é um parâmetro que deriva das características do GSM. A relação OfferedBitQuantity/CarriedTraffic dá uma ideia geral da utilização celular: 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 (km 2 /cell) é previamente estabelecido numa tabela onde se indica a área celular para cada tipo de ambiente.

20 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 20 UMTS - Características do tráfego n A tabela abaixo dá a relação entre o número total de chamadas efectuadas e o número total de subscritores u BHCA (Busy Hour Call Attempt)

21 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 21 UMTS - Dimensão das Células n O raio das células nos centros de negócios pode rondar os 75 metros de 2005 a 2010 n Em ambientes urbanos o raio médio das células ronda os 700 pelo ano 2005 e os 600 m no ano 2010 u Neste tipo de ambiente o raio da célula pode variar dos 300 m a 1 km

22 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 22 UMTS - Totais para as redes terrestres 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.

23 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 23 UMTS - Previsões de ocupação de espectro

24 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 24 UMTS para Satélites (Necessidades de Espectro) n Analogamente às redes Terrestres o cálculo de tráfego é feito em função dos ambientes geográficos e dos serviços n O procedimento para se estimar o espectro é o seguinte: 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 f BO que relaciona o débito binário a cada serviço e ambiente, corrigindo assim Rb.

25 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 25 UMTS para Satélites (Necessidades de Espectro) Onde: R c - débito binário em Kbit/s (144 kbps) por portadora f D - é a redução em capacidade que pode ser tolerada devido a atraso f C - é o número de feixes de satélites a cobrir a área O número de portadoras necessárias para transportar todo o tráfego é o seguinte: A largura de banda das portadoras é a seguinte: Onde: B c - é a largura de banda da portadora em KHz O somatório de todos os serviços e ambientes dá o total de espectro necessário

26 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 26 UMTS para Satélites (Necessidades de Espectro)

27 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 27 UMTS para Satélites - Largura de banda 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.

28 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 28 UMTS para Satélites - Espectro ( Global Hot Spot )

29 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 29 UMTS para Satélites - Espectro ( Europe EU15 )

30 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 30 UMTS - Utilização do Espectro A figura seguinte mostra a “visão” da utilização do espectro em países com características especificas.

31 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 31 UMTS - Utilização do Espectro A figura seguinte mostra as bandas onde a tecnologia irá operar.

32 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 32 UMTS - Calculo de Espectro para MSS n 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. n As previsões de tráfego foram baseados em dados fornecidos pela Inmarsat e por outros estudos sendo separadas em dois tipos de terminais: u terminais multimédia com vários serviços u terminais apenas para voz e dados de baixo ritmo n Projecções indicam que 6% do tráfego de MM e 12% de tráfego não MM será gerado pelos 15 países da UE.

33 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 33 UMTS - Calculo de Espectro para MSS n Foram identificados 12 ambientes de tráfego diferentes u Terminais em meios rurais transportados F a pé; em veículos (camiões, comboios, autocarros e automóveis); fixos u Remotos F a pé; em veículos; fixos u Marítimo Off-shore (todo o tipo de barcos que operam junto da costa) u Marítimo Deep sea (todo o tipo de barcos que operam longe da costa u Aeronáutica (privada ou não) u Aeronáutica (passageiros) u Estações base que possuem links com satélites u Zonas cobertas por redes terrestres UMTS/IMT-2000

34 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 34 UMTS - Calculo de Espectro para MSS A tabela seguinte mostra as projecções de tráfego

35 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 35 UMTS - Plataforma da Tecnologia (Sistema Aberto) Customer Service PSTN STP Message Center Voice Mail Voice Activated Dialing Support Systems Other Cellular & PCS Systems and Networks Billing System MSC Local, Regional & National Operations Centers OTA Serv. Prov. Data Networks Fraud Mgmt Data/Fax Store & Forward Standard Air Interfaces Data IWF Standard Data Interfaces Open Systems Innovations Base Station Interfaces Intelligent Network Standard Network Interfaces

36 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 36 UMTS - Wideband Direct-Sequence CDMA (WCDMA) n Este sistema oferece: u Alta diversidade de frequência e elevados débitos binários u Uma camada física flexível para implementação dos serviços UMTS, suportando uma elevada gama de débitos binários u Compatibilidade com GSM (handovers) u Suporta facilidades de adaptação a antenas adaptativas e a detecção de multi-utilizador no futuro

37 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 37 UMTS - WCDMA n Vantagens de WCDMA: u Melhor cobertura e capacidade devido a melhorias nos “link’s” F Reutilização “single-cell” F Único recurso partilhado => Potência (se um “link” dum utilizador melhora então podemos baixar a potência, beneficiando todos os outros utilizadores u Diversidade da antena em downlink F Pode ser usada nos terminais móveis melhorando o sinal em 3 dB, não sendo no entanto fundamental

38 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 38 UMTS - WCDMA (cont.) u Diversidade no transmissor F 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 u Antenas adaptativas F Substanciais melhorias na cobertura e capacidade do sistema estando já previsto nas tramas (camada física) os “pilot bits” em downlik e uplink u Suporta ODMA (Opportunity Driven Multiple Access) F ODMA é um protocolo inteligente de encaminhamento das ligações por outros móveis

39 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 39 UMTS - Descrição do Sistema WCDMA n Estrutura do canal físico: u Dedicated Physical Data Channel (DPDCH) F Usado para transportar dados da camada 2 e superiores (canais lógicos) u Dedicated Physical Control Channel (DPCCH) F 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) u Duração da trama 10 ms dividida em 16 slots de ms correspondendo a um período de controlo de potência

40 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 40 UMTS - Descrição do Sistema WCDMA

41 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 41 UMTS - Descrição do Sistema WCDMA n Codificação do canal (3 classes): u Serviços standard com códigos convolucionais BER=10 -3 u Serviços de alta qualidade (Reed-Solomon BER=10 -6 ) u Serviços específicos (reservado para outros códigos) n Funções do recurso rádio u Uma estação base pode receber até 80 acessos em simultâneo no burst de acesso aleatório u Suporte para handover inter-frequência (operar com outras hierarquias de células) e handover entre sistemas de 2ª geração

42 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 42 UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access n Capacidades: u Ambiente rural F Garante-se 144 kbit/s sendo o objectivo 384 kbit/s a uma velocidade máxima de 500 km/h u Suburbano F Garante-se 384 kbit/s sendo o objectivo 512 kbit/s a uma velocidade máxima de 120 km/h u Edificios F Pelo menos 2 Mbit/s a uma velocidade máxima de 10 km/h u É possível débitos binários dos 100 bps a 2048 kbps com uma granularidade de 100 bps

43 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 43 UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access n Handover: u Transparência ao utilizador entre células do mesmo operador o mesmo não se passa entre operadores ou acesso a redes u Existem 2 tipos de handover F handover entre células usando a mesma frequência (intra-RF HO) F handover entre células ou sistemas (inter-RF HO) u Handover entre sistemas (UMTS - GSM) F 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)

44 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 44 UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access n Planeamento: u Em sistemas como GSM apenas se definiu um critério de qualidade para a relação C/I no serviço de voz u UMTS suporta uma variedade de serviços que por si só exigem critérios de qualidade diferentes F Os serviços são caracterizados por: débito binário, atraso e pela probabilidade de erro de bit u Uma nova “dimensão” no planeamento rádio surge para suportar cobertura aos utilizadores dos vários serviços com características diferentes F podemos dizer que temos várias formas de cobertura?

45 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 45 UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access n Utilização eficiente do espectro: u Eficiência espectral F para o serviço de voz a eficiência é superior à do GSM F para serviços com débitos binários elevados temos também eficiências espectrais elevadas u Assimetria variável (uplink / downlink) F pode ser em frequência, tempo ou no domínio dos códigos u Utilização do espectro F O espectro poderá ser mesmo partilhado por vários operadores (em estudo) u Capacidade / Cobertura F Facilidade em colocar novas células de forma a aumentar a capacidade

46 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 46 UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access n Complexidade / Custo: u Terminal Móvel F Existiram vários tipos de terminais que irão ser dedicados a vários serviços com variadas capacidades e custos, satisfazendo vários utilizadores u Rede F 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 F Pode-se usar muitos sectores para aumentar a capacidade, sendo isto possível porque é utilizado um padrão de reutilização de frequência de 1

47 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 47 WCDMA Estrutura dos Canais lógicos n Canais de Controlo (Commom Control Channels) u BCCH (Broadcast Control Channel) DL F Ponto para multiponto (informação do sistema ou da célula) u FACH (Forward Access Channel) DL F 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) u PCH (Paging Channel) DL F É usado com informação de controlo para o terminal móvel quando não se conhece a localização do móvel u RACH (Random Access Channel) UL F É usado com informação de controlo do terminal móvel para a estação base

48 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 48 WCDMA Estrutura dos Canais Físicos n Canais Dedicados (Dedicated Channels) u DCCH (Dedicated Control Channel) DL e UL F Troca de informação de controlo entre o móvel e a estação base u DTCH (Dedicated Traffic Channel) DL e ou UL F É usado para trocar dados entre o terminal móvel e a estação base

49 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 49 WCDMA Funções do Canal Rádio - Acesso aleatório n Estrutura do burst de acesso aleatório consiste em 2 partes u Células vizinhas usam códigos de preâmbulos diferentes, sendo esta informação transmitida em BCCH u Preamble (16 símbolos) u Data F (16 bit) Identificação da estação móvel (ID aleatório (MS) por cada acesso) F (3 bit) Informa a estação base que tipo de serviço é pretendido (pacotes, comutado, etc) F (variável) Opcionalmente existe um campo de dados (envio de mensagens) F (8 bit) CRC para detecção de erros

50 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 50 WCDMA Funções do Canal Rádio - Procedimento Acesso aleatório n A estação móvel antes de executar o procedimento de acesso faz o seguinte: u Adquire sincronização da estação base pretendida u Obtém informação acerca do preâmbulo de acesso aleatório a partir de BCCH u 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) n 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)

51 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 51 WCDMA Funções do Canal Rádio - Procedimento Acesso aleatório n 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). n Logo após a passagem da estação móvel para o canal indicado anteriormente, imediatamente se inicia as funções de controlo de potência da ligação

52 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 52 WCDMA Funções do Canal Rádio - Controlo de Potência n Controlo de potência em Uplink u Tem como objectivo manter SIR (Signal-to-Interference Ratio) dentro de um dado limite u 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 TPC command = “up” u 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)

53 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 53 WCDMA Funções do Canal Rádio - Controlo de Potência n Controlo de potência em Downlink u Tem como objectivo manter SIR (Signal-to-Interference Ratio) dentro de um dado limite u 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 TPC command = “up” u A estação base ao receber estes comandos ajusta a sua potência em saltos de  TPC dB sendo este um parâmetro diferente entre células

54 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 54 WCDMA Funções do Canal Rádio - Busca de célula n No inicio o móvel procura a célula que oferece melhor sinal n Após o passo anterior, determina o “scrambling code” e sincroniza- se com a frame da estação base seleccionada n Este processo usa o canal de sincronização SCH

55 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 55 WCDMA Comutação de Pacotes n Devido às características do tráfego de pacotes (dimensão dos pacotes e sua intensidade variável) usa-se dual-mode packet- transmission u Canal comum (débito fixo) F 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 u Canal dedicado F Neste modo, um pedido (via canal de acesso aleatório) de canal dedicado é feito F É realizado controlo de potência em circuito fechado F Podendo ser usado para transmitir apenas um pacote ou uma sequência de pacotes

56 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 56 WCDMA Comutação de Pacotes n Transmissão de apenas um pacote u É usado para transmissão de pacotes grandes e pouco frequentes u No acesso inicial (Random Access) está contida a informação da dimensão do pacote a transmitir u A rede pode responder de 2 formas: F Um curto ACK na altura em que o móvel pode transmitir, sendo enviada informação relativa ao formato e débito F Com um ACK imediato onde se informa quando se pode transmitir

57 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 57 WCDMA Comutação de Pacotes n Transmissão de multi-pacote u É pedido um canal dedicado F Neste canal são enviados pacotes de dimensão reduzida sem qualquer “sincronização temporal” F 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

58 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 58 WCDMA Camada 2 -Data Link Control (DLC) n A camada 2 é constituída por 2 sub- camadas u LLC (Logical Link Control) F Várias instancias de software executam os vários protocolos (LLCi) u MAC (Medium Access Control) F A principal responsabilidade desta sub- camada é multiplexar os vários canais lógicos na camada física F Fornece diferentes débitos binários com QoS apropriados no mesmo canal físico

59 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 59 WCDMA Suporte de TDD (Time Division Duplex) n 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

60 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 60 WCDMA - TDD - Estrutura da Trama n No modo TDD a estrutura da trama é baseada no modo FDD visto anteriormente n Em TDD cada slot de ms é usado alternadamente para Rx e Tx

61 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 61 WCDMA - TDD - Estrutura da Trama n No modo TDD também existe outra forma de funcionamento: u Consiste em dois blocos, de transmissão e de recepção u Esta configuração adapta-se bem a serviços assimétricos

62 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 62 WCDMA - TDD - Vantagens n Devido à alta correlação entre a transmissão e recepção o modo TDD oferece várias formas de melhorar o sistema e simplificar o terminal n Open loop power control n Base Station transmit antenna selection n Pre-RAKE combining diversity n Adaptive Antennas

63 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 63 WCDMA/ODMA ( Opportunity Driven Multiple Access ) n A plataforma WCDMA para alem de ser desenhada para suportar vários tipos de serviços também suporta ODMA n O que é ODMA? u É um protocolo inteligente que permite estender a cobertura encaminhado a informação por outros móveis u Para além de potencialmente aumentar a cobertura e a flexibilidade do sistema, vai baixar a interferência celular devido a necessidades de potência inferiores

64 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 64 WCDMA/ODMA - Conceito n O principio: u 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. n A prática: u 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.

65 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 65 WCDMA/ODMA - Introdução

66 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 66 WCDMA/ODMA - Vantagens n Extensão de cobertura com débitos binários de 144 a 384 kbps n Redução da potência de transmissão n “Desaparecimento de zonas mortas” n Ligação a sistemas via satélite n Encaminhamento por veículos n Ligações directas a terminais (sistemas privados) n ODMA tem que salvaguardar as seguintes premissas: u A qualidade de serviço QoS não se pode degradar numa célula UMTS u Não pode aumentar significativamente o custo do terminal u Possibilidade de ser controlado pelo operador

67 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 67 WCDMA/ODMA Exemplo de WCDMA+ODMA

68 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 68 WCDMA/ODMA Encaminhamento v Transmissão directa n 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 n A técnica ODMA de encaminhamento tem um potencial beneficio u Considere-se LOSS(dB)= log(D) d - km Com o aumento dos nós de relay a atenuação baixa significativamente NOTA: Exemplo para 1 km

69 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 69 WCDMA/ODMA Exemplo de ODMA Apenas com dois nós pelo caminho chega-se a melhorar a atenuação em 30 dB!

70 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 70 WCDMA/ODMA - Probabilidade de Falha V Número de nós Probabilidade de falha para vários caminhos e melhorias de atenuação

71 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 71 WCDMA/ODMA - Reutilização de Recursos Rádio A interferência tem apenas um efeito localizado

72 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 72 WCDMA/ODMA - Ganho de Capacidade Que problemas podem existir junto da BTS?

73 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 73 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

74 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 74 WCDMA/ODMA Como funciona? n Como se detecta uma rede ODMA? u 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 u 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 u 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 F A transmissão é enviada aleatoriamente para evitar congestão F Para além da informação dos terminais esta lista associa os terminais à sua potência, de forma a reunir informação necessária à decisão de encaminhamento

75 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 75 WCDMA/ODMA Como funciona? n O mecanismo de difusão permite criar uma lista de 5 terminais vizinhos no mínimo n 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 n Se se atingir a potencia máxima, muda-se para um canal CCH de ritmo mais baixo… n 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

76 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 76 WCDMA/ODMA Como funciona? n 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

77 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 77 WCDMA/ODMA Como funciona? n 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 n Transmissão de dados em CCH u Usa-se os pacotes “probe” para transmitir pequenas mensagens de dados, estes dados não têm confirmação de recepção n Transmissão de dados em DCH u 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

78 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 78 WCDMA/ODMA Encaminhamento de Pacotes Estrutura de um pacote ODMA que dá suporte ao protocolo

79 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 79 WCDMA/ODMA Encaminhamento de Pacotes Os vários tipos de pacotes ODMA

80 ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa DEEC - Departamento de Eng. Elet. e ComunicaçõesUMTS Sistemas de Telecomunicações III 80 WCDMA/ODMA Encaminhamento de Pacotes n Ligação local, permite a um nó seleccionar o nó seguinte baseado na qualidade da ligação


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