PDF de programación - Comunicaciones Móviles

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Comunicaciones Móviles

Area de Ingeniería Telemática

http://www.tlm.unavarra.es

Area de Teoría de la Señal y Comunicaciones

http://csm.unavarra.es

Grado en Ingeniería en Tecnologías de Telecomunicación, 3º



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Objetivos de esta Sección

• Enumerar los sistemas y servicios ofrecidos por

• Comprender

sistemas de comunicaciones móviles
de

las
funcionalidades (especialmente en capa física) que
los caracterizan

arquitectura

red

la

y

• Analizar

en

datos

los
(A, Gb,

interfaces
optimización de red en base a KPIs
Performance Indicators)

correspondientes
Iub), como mecanismo de
(Key

las



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Visión General de Sistemas Móviles

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Generaciones de sistemas de telefonía móvil

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•

•

•

•

•

•

1G: Sistemas analógicos

– Servicios de voz y mensajería unidireccional
– NMT, TACS, AMPS

2G: Sistemas digitales

– Servicios de voz y datos a baja velocidad en modo circuito
– GSM, DECT, IS-95

2,5G: Sistemas digitales con comunicaciones en modo paquete

– Servicios de datos de velocidad media en modo paquete
– GPRS, EDGE, 1xRTT

3G: Sistemas digitales de banda ancha
– Servicios de voz y datos de alta velocidad
– UMTS, cdma2000
3.5G-3.9G: Incremento de BW
– HSPA: HSDPA (R5), EUL-HSUPA (R6)
– HSPA+

4G: Sistemas de alta velocidad y baja latencia

– LTE
– LTE Advanced



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Consideraciones Operación

• En todos los sistemas de comunicaciones móviles, existe
parámetros

necesidad

controlar

diversos

la
vinculados a:

de

Datos de Usuario

Datos de Control

• Debido a las necesidades de alta movilidad y la
hostilidad de canal
se requiere la
implementación de nuevas funcionalidades, tanto a
nivel de capa física como en niveles superiores.

radioeléctrico,

• La interpretación y análisis de dichos parámetros, en
las

diferentes niveles de red ayuda a mejorar
prestaciones de dichos sistemas móviles

• Para ello, es necesario conocer la arquitectura de la red
y las funcionalidades propias de cada uno de los
elementos de la misma (nodos e interfaces).



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RAN (Radio Acces Network)

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GSM (2G)

Um

Abis

BTS

GPRS (2,5G)

BSC

(PCU)

Gb

GPRS
Datos

Movilidad: Red

de Acceso

Radio

A

MSC

E

Otras
MSCs

SGSN

DNS

Gn

Gi

GGSN

Internet

Gp

BG

Gn

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network)

SGSN

Ga

Iups

HLR

CG

Uu

Iub

Iucs

Nb

Nodo B

RNC

MGW

MGW

Iur

Mc

RNC

MSC
Server

Nc

Mc

MSC
Server

UMTS

(3G, 3.5G)

Hdspa
Hsupa

GGSN
SGSN

Red ATM

Red Novatel- DXX

Red IP

Red Ethernet



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RAN (Radio Acces Network)

GSM (2G)

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Um

Abis

BTS

GPRS (2,5G)

A

MSC

E

Otras
MSCs

BSC

(PCU)

Gb

GPRS
Datos

SGSN

- Estación Base Radio:

BTS (2G) y nodo B (3G)

-Controladores Radio:

BSC (2G) y RNC (3G)

- Centrales de conmutacion:

MSC (2G) y MGW (2G/3G)

- Nodos de tráfico datos:

SGSN y GGSN.

Gi

GGSN

Internet

Gn

Gp

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network)

Gn

BG

SGSN

Ga

Iups

CG

Uu

Iub

Iucs

Nb

Nodo B

RNC

MGW

MGW

Iur

Mc

RNC

MSC
Server

Nc

Mc

MSC
Server

UMTS

(3G, 3.5G)

Hdspa
Hsupa

GGSN
SGSN

Llamada voz

Llamada datos



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GSM

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• GSM: Global System For Mobile Communications
• Sistema Digital Extremo a Extremo
• Capa Física:

– Canalización espectral en bandas de 900MHz/1800 MHz

(sistema DCS)

– Modulación GMSK, de fase mínima
– Canalización espectral de 200 KHz
– Multiplexación FDMA/TDMA, con 8 usuarios por trama, con

una duración de tramas de 4.625ms

– Sistema Celular, con capacidad para estructura jerárquica de

células

• Se ofrecen servicios de voz, SMS y datos de baja

velocidad (9.6Kbps)



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• MS: Terminal Móvil + SIM (asignado a los usuarios)
• BTS: Base Transceiver Station

– Establece canales radioeléctricos
– Contiene TRX/Sistemas Radiantes/Sistemas de Transmisión
– Se subdividen en función de su radio de cobertura y de su

localización

• BSC: Base Station Controller

– Gestiona la movilidad de los enlaces de conmutación de

circuitos

– Gestiona los recursos radioeléctricos
– Alarmas y Operación

• MSC: Mobile Switching Center

– Elemento de conmutación



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• Existen funcionalidades para poder dotar de movilidad

al sistema.

• Esto implica el empleo de recursos de señalización
embebidos en la comunicación (SS7), que pueden ir
desde capa física hasta nivel de usuario

• Por ejemplo:

– Modo Idle (proceso de selección y re-selección celular)
– Handover
– Control de Potencia
– Control de Acceso/Admisión
– Salto en Frecuencia

• El funcionamiento de dichas funcionalidades queda
intercambio de mensajes de

descrito mediante el
señalización en las diferentes interfaces (A/A-bis)



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PDCH: Packet Data Channel
PDCP: Packet Data Convergence
Protocol
PBCCH: Packet BCCH
FACCH: Fast Associated Control
CHannel
SACCH: Slow Associated Control
Channel
SDCCH:
Control CHannel

Stand-alone Dedicated

RRC: Radio Resource Control (plano de control, capa 3)
RLC: Radio Link Control (nexo entre BSS y capa MAC)

RRC PDCP PDCP MAC PDCP PHY control RLC RLC RLC RLC RLC RLC Logical channels control SACCH MAC FACCH PBCCH SDCCH PCCCH TCH PACCH PDTCH

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GSM: Funcionalidades

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• Con el fin de poder llevar a cabo las diferentes
operativas del sistema, es necesario contar con una
serie de funcionalidades

• Las funcionalidades se implementan en uno o varios
nodos de la red, apoyándose en diversos interfaces
entre ellos.

• Es necesario conocer la parametrización de dichas
funcionalidades y el servicio que prestan en cada
nodo, con el fin de optimizar el funcionamiento del
sistema.

• Veamos ahora una serie de funcionalidades…..



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GSM: Re-Selección Celular

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• El móvil supervisa todos los canales del sistema GSM
(124 canales), y ordena estos canales de acuerdo con
la intensidad de señal recibida

• Después intenta identificar por orden una portadora
BCCH. Cuando lo consigue,
intenta sincronizarse y
leer los datos de información del sistema. Si puede
utilizar
y permanece
sistema,
supervisando el canal

registra

se

el

• Cuando la intensidad de señal

recibida no es
suficiente, se inicia un procedimiento de reselección.
Para ello el móvil debe seleccionar una de las seis
mejores portadoras BCCH que reciba.



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GSM: Proceso de HO

• La movilidad se obtiene mediante traspaso entre diferentes sectores

de cobertura

• Mediante el análisis de condiciones de señal recibida, calidad o

congestión, se dirige el tráfico

• La decisión la toma la BSC

Measurement Reports (1 cada 480 ms)

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1. HO command

BSC

Proceso de

decisión

SS serv

SS vec

HO



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GSM: Proceso de HO

• El sistema GSM tiene una arquitectura celular, de carácter variable:

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• Células de distinto tamaño
• Configuraciones de estaciones con sectores variables

• El sistema sectorial es necesario por varios motivos:

• Re-uso frecuencial
• Contención por cuestiones de capacidad:

• Canales de tráfico
• Canales de paging (modo idle)

•

La célula que sirve al terminal móvil en un instante determinado se denomina
célula servidora y a las demás, detectables por el terminal, se denominan
vecinas.

• El sistema se configura para que en cada instante de tiempo, el terminal esté
conectado a la red a la mejor célula servidora, en términos de nivel de señal
recibida o de nivel de calidad (relación C/I).

• Al producirse el proceso de movilidad, la mejor servidora va cambiando, por
lo que es necesario quitar enlaces radioeléctricos de menor calidad de
servidoras antiguas para establecer una nueva servidora.

• Esto se denomina traspaso celular o Hand Over (HO).



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GSM: Proceso de HO

histéresis

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capas

• Problemática compleja

• Rapidez en ejecución,
pero amplia casuística

Importancia de la

•
definición de colindancias

• Handovers

• intra-cell
• intra-BSC
• inter-BSC
• inter-MSC

interferencias

En GSM/DCS en todos los casos, se produce
una ruptura transitoria del enlace y un nuevo
enlace radioeléctrico. Esto se denomina Hard
Handover

• Handover margin (o histéresis)

• Umbrales de handovers imperativos (nivel,

calidad)

• Algoritmos de gestión de capas/bandas

(macro/micro, GSM/DCS)...

• Filtros de promediado



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c0

c1

c2

f0

f1

f2

f3

GSM: Frequency Hopping

Sin hopping

Con hopping

f0

f1

f2

c0

c1

c2

Si f0 interferida...

BANDA BASE

Se distribuye la interferencia

SINTETIZADO

B

f0

B

f1...fn

• Nº frecs. Salto = Nº TRX’s
• Útil con 4 ó más portadoras

• Nº frecs. Salto > 2 * Nº TRX’s
• TRX BCCH no hace hopping



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GPRS

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• El sistema GSM ofrece una capacidad de transmisión

de datos reducida, sobre una red CS

• GPRS: Generalized Packet Radio Service
• Es una red PS, que se implementa sobre canales CS en

la capa física de GSM

• La tasa binaria efectiva viene determinada por:

– # Timeslots disponibles en zona GPRS
– Esquema de codificación empleado

• GPRS se ha implementado sobre la señalización de
GSM, por lo que es necesario analizar en capa física los
bloques de información de sistema transportados por
GSM



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GPRS-Protocolo