(Gsm,umts)

Servicios Públicos de Datos

Tema 9 - Redes de telefonía celular
(GSM, UMTS)

Luis Sánchez González
sanchezgl@unican.es

Redes de telefonía celular - 1


Contenidos
Introducción a las comunicaciones móviles
2ª Generación: GSM
Evolución de GSM: GPRS
3ª Generación: UMTS



Contenidos



¿Qué son las comunicaciones móviles?
Comunicaciones entre estaciones que se mueven libremente, en entornos…
− Terrestre
− Marítimo
− Aeronáutico

Desarrollo en paralelo a las comunicaciones cableadas
− Necesidades complementarias [Ser capaces de comunicarse en movimiento]
− A día de hoy es mayor el número de usuarios de telefonía móvil que el de
telefonía fija

Inicialmente privadas (emergencia, policía, etc), sin conexión con la red
pública
Servicios
− Busca personas
− Telefonía móvil
− Transmisión de datos, imágenes, etc



Historia de las comunicaciones móviles
Comunicaciones
Marítimas
[MORSE]

[1897] [1928] [1940] [1947]
Invención radio Mejora de receptores Primer sistema Bell origina el
Marconi 1er sistema FM concepto de red
comunicaciones móviles Connecticut celular

[1921] [1933] [1946]
Sistema de difusión Primer sistema 1er Servicio
Policía de Detroit bidireccional telefonía/radio
New Jersey nivel comercial
St. Louis

Extensión comunicaciones
móviles (departamentos policía)




PTT (Push To Talk)
Encaminamiento manual

[1954] [1978] [1982]
Banda se desplaza Primeras pruebas Se empieza a
a 450 Mhz AMPS en Chicago y trabajar en el
(sobrecarga) ARTS en Washington DC sistema GSM

[1964] [1969] [1981]
Encaminamiento Sistema MK Sistema NMT
automático (Bell) @450 Mhz (1er sistema que
Sistema MJ @150 Mhz se expande por más
de un país)
Sistema IMTS




Crecimiento y consolidación sistema GSM

[1983] [1991] [2000] [2001]
Despliegues iniciales Despliegue primera Primeras redes Primeras red
AMPS red GSM GPRS comercial UMTS

[1994] [1997] [2002]
IS-54 (D-AMPS) Comienza el Interoperabilidad
Comienza a operar desarrollo de GSM/UMTS
en USA UMTS

Telefonía Analógica
Telefonía Digital



En la actualidad existen…(1)
− > 4·109 usuarios GSM (penetración aproximada del 60%)
− > 750 operadores (en 219 países)

Nuevos mercados, países en expansión…[datos de abril’08] (1)
− China, con 509·106 usuarios GSM, creciendo a un ritmo de 7·106 usuarios por mes
− India, con 193·106 usuarios GSM, creciendo a un ritmo de 6·106 usuarios por mes
− Rusia (178·106) y Brasil (93·106)

2009
− En China: +600·106 usuarios
− En India: 325·106 usuarios en nov’09 [crecimiento 9.5·106 conexiones mes]

En 2009 se han superado las 450 Millones de conexiones UMTS(2)
− De ellas >175 Millones son HSPA
− Se crece a un ritmo de 9 Millones de conexiones HSPA al mes frente a los 5.5 M en 2008

Se espera que las conexiones de banda ancha móvil (LTE) serán más de 400
Millones en 2015(2)
(1) Notas de prensa en GSM World (www.gsmworld.com)

(2) Notas de prensa en UMTS Forum (www.umts-forum.org)



Redes móviles analógicas (1ª generación)
AMPS (Advanced Mobile Phone System)
− USA en 1983-2008 y Australia en 1987-2000
− Banda de 800 Mhz

NMT (Nordisk MobilTelefoni, Nordic Mobile Telephony)
− Se inició en los países nórdicos (Dinamarca, Noruega, Suecia y Finlandia)
− Se ha empleado en otros países europeos (Holanda, Suiza, Polonia, Hungría,
Chequia,…)
− NMT450 (@450 Mhz) y NMT900 (@900 Mhz)
− Prácticamente desaparecido en la actualidad (GSM)

TACS (Total Access Communication System)
− Versión de AMPS empleada en Reino Unido, España, Italia, etc…
− Banda de 900 Mhz
− No se emplea en la actualidad
− En Japón se denominó JTACS



Redes móviles digitales (2ª generación)
GSM (Global Systems for Mobile Communications)
− Tecnología con cobertura prácticamente global
− Frecuencias de 900 Mhz y 1800 Mhz

IS-54 (Interim Standard)
− Versión digital de AMPS (D-AMPS)
− Usado en Estados Unidos
− TDMA

IS-95
− USA
− Basado en AMPS
− Usa CDMA (Code Division Multiple Access)
Evolución hacia la conmutación de paquetes
− GPRS (General Packet Radio Service)



Futuro de las comunicaciones móviles
Expansión de la 3G o UMTS (Universal Mobile Telephone System)
− Sistema de banda ancha con cobertura global
− Completamente basado en conmutación de paquetes e IP
− Basado en CDMA

El 3GPP (3rd Generation Partnership Project) se encarga de las
especificaciones de los sistemas de comunicaciones móviles actuales y
futuros
− Recientemente se ha finalizado la Release-8

HSPA (High Speed Packet Access)
− Aparece en tráfico de bajada (downlink) en Release-5
− Comercialmente disponible en 2005
− En 2008 >50 M usuarios HSPA
Se comienza a trabajar en LTE (Long Term Evolution)
− Primeras especificaciones en Release-8



Contenidos
− Introducción
− Arquitectura
− Capa física GSM
− Señalización interfaz radio
− Señalización red
− Traspasos y seguridad en GSM




¿Qué es GSM?
GSM (Global System for Mobile communications) es una tecnología celular,
digital y abierta empleada para dar servicios de voz y datos en movilidad
Ofrece
− Servicios de voz
− Servicios de datos (hasta 9.6 kbps)
− SMS

Bandas de trabajo
− Europa: 900MHz y 1800MHz
− Estados Unidos: 850MHz y 1900MHz
− Sudamérica, Canadá, Australia: 850MHz

Cobertura prácticamente global
− Servicio disponible en más de 218 países – Roaming con el mismo número
− Las redes terrestres GSM cubren aproximadamente el 80% de la población
mundial



Historia de GSM
Global System for Mobile Communications (con anterioridad Groupe Spéciale Mobile).
1982: CEPT (Conférence Europée des Postes et Télécommunications)
− La CEPT es la predecesora de la ETSI

Tarea: especificar un nuevo sistema celular en 900 MHz
− 1ª Decisión: digital
− 2ª Decisión: verificación de diferentes sistemas de radio celular en países europeos

1986: en París se debatieron 9 propuestas
1991: Primera llamada GSM en Finlandia
1992: Se envía el primer SMS. Operación comercial en algunos países
1998: Mejoras en la transmisión de datos: GPRS
2000: Se envían 5·109 SMS en un mes
2004: 1·109 usuarios GSM
2005: Se envían >1·1012 SMS en todo el año
2006: 2·109 usuarios GSM
2008: >3·109 conexiones GSM (suponen más de 80% de las actuales)



Arquitectura GSM
OSS

MS Interfaz Um
ADC NMC
Interfaz Abis Interfaz A
SIM

OMC OMC
TE TA MT BTS

BSC MSC VLR NSS

BTS

GMSC VLR HLR

BTS BSC AUC EIR

BSS
IWF



Arquitectura GSM
MS: Mobile Station
− MT: Mobile Termination – TE: Terminal Equipment
− TA: Terminal Adaptor – SIM: Subscriber Identity Module

BSS: Base Station Subsystem
− BTS: Base Transceiver Station – BSC: Base Station Controller

NSS: Network and Switching Subsystem
− MSC: Mobile Switching Center – GMSC: Gateway Mobile Switching Center
− HLR: Home Location Register – VLR: Visitors Location Register
− EIR: Equipment Identity Register – AUC: Authentication Center

OSS: Operation Support Subsystem
− ADC: Administration Center – OMC: Operation and Maintenance Center
− NMC: Network Mamagement Center

IWF: InterWorking Function
SM-SC Short Message Service Center


Jerarquía de zonas en redes GSM
Área de PLMN (Public Land Mobile Network) GSM
− Se identifica mediante
⋅ MCC (Mobile Country Code) (3 cifras)
⋅ MNC (Mobile Network Code) (2 cifras)

Área de conmutación: asociada a una MSC de la PLMN
Área de localización, LA (Location Area)
− Subconjunto de células pertenecientes a una misma MSC
− Se identifica:
⋅ Dentro de la red: LAC (LA code) (16 bits)
⋅ Globalmente: LAI (LA Identification) = (MCC, MNC, LAC)

Área de estación base (célula o sector)
− Se identifica:
⋅ Dentro de la LA: CI (Cell Identity) (16 bits)
⋅ Globalmente: CGI (Cell Global Identification) = (MCC, MNC, LAC, CI)



Identificación GSM
MSISDN (Mobile Station ISDN Number)
− Número de teléfono del usuario, dentro del plan de numeración de la red
telefónica pública
IMSI (International Mobile Subscriber Identity) (≤ 15 cifras decimales)
− Identidad del usuario, única en el mundo
− IMSI = (MCC, MNC, MSIN)
⋅ MCC: Mobile Country Code – España: 214
⋅ MNC: Mobile Network Code – Movistar – 07; Orange – 03; Vodafone – 01
⋅ MSIN: Mobile Subscriber Identification Number

TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) (32 bits)
− Identidad temporal del usuario, válida dentro de una LA
IMEI (International Mobile Equipment Identity) (15 cifras decimales)
− Identidad del móvil, única en el mundo (~Número de serie)
− “Type Approval Code”
− Fabricante
− País de producción



Mobile Station (1)
Es el único equipo que ‘ve’ el usuario final
Funciones básicas
− Proporciona una interfaz entre el usuario y el sistema GSM
− Teclado, pantalla, micrófono, altavoz
− Cabezal de RF, antena
− Procesador de señales

SIM (Módulo de Identificación de Abonado)
− Proporciona Identidad (Distinción abonado y terminal)
− Identidad de abonado: IMSI (International Mobile Subscriber Identifier)
− Sin él la MS no es operacional (sólo llamadas de emergencia)
− Contiene Información de Seguridad
⋅ Clave secreta
⋅ Algoritmos
− Datos abonado: Sistema (Relacionado con el abonado)
− Personales (Usados por el abonado)



Mobile Station (2)
Datos adicionales de la SIM
− Nº serie de la tarjeta
− Estado de la tarjeta
− Código de servicio
− Datos personalización
− Parámetros algoritmo autentificación, clave autentificación
− Clave de cifrado
− Información de localización temporal (LAI)
− Estado de función de roaming
− Estado de validación
− Estado función de activación/desactivación PIN
− Estado del PIN – PIN (Personal Identification Number)
− Contador errores PIN – PUK (PIN Unblocking Key)
− Lista de redes prohibidas – Mensajes cortos recibidos
− Nº directorio autorizados – Estado llamadas salientes



Mobile Station (3)
La SIM es realmente un chip (micro-computador), con el siguiente esquema
de alto nivel

Interfaz

Bus de datos
ROM
Memoria de
Microprocesador almacenamiento
CPU de datos
permanentes
(EPROM)
RAM



Base Station Subsystem (1)
Agrupa infraestructura específica de los equipos de radio celular
Su misión es conectar la estación móvil con la red
Incluye los equipos para la transmisión y recepción en el camino radio
Se relaciona con la red de acceso de GSM
Componentes
− Una o más BTS
− Una BSC BSS

BTS BTS

BTS
BSC
Interfaz Abis



Base Transceiver Station (BTS)
− Equipos
⋅ Transceptores (uno por portadora): “TRX” (entre 1 y 16, aunque habitualmente no
superan los 4)
⋅ Antena
⋅ Elementos de conexión con la antena: cable, combinadores, multiacopladores
− Conexión con BSC mediante radioenlace
− La BTS debe ser lo más simple posible, y fiable (suele estar en lugares de difícil
acceso)
⋅ Habitualmente en el centro de la celda
− Funciones
⋅ Formación de la trama TDMA GSM
⋅ Realiza medidas de la señal radio proveniente del móvil
⋅ Establece el enlace radio con el usuario móvil (modulación, demodulación, igualación,
codificación, etc...)
⋅ Gestión del Time Advance (Sincronización)
⋅ Control de potencia
⋅ Operación y mantenimiento



Base Station Controller (BSC)
− Controla la interfaz radio por comandos remotos de BTS y MS
− Conexión con las BTS que controla y con la red (MSC)
− Primer nivel de concentración de tráfico
− Funciones principales
⋅ Asignación y liberación de canales radio
⋅ Control de las BTS bajo su control
⋅ Gestión del handover (traspaso) entre los BTS bajo su gestión
⋅ Cifrado
⋅ Detección de silencios
⋅ Control de potencia
⋅ Reenviar mensajes entre el móvil y el NSS (MSC, VLR, HLR)



TRAU (Transcoder and Rate Adaptation Unit)
− Puede aparecer en diferentes ubicaciones
⋅ En el BSS (junto a la interfaz Abis)
⋅ En el BSS (junto a la interfaz A)
⋅ En el NSS (junto a la interfaz A)
− Actua de multiplexor de canales de 16 kbps en canales de 64 kbps
− Permite un ahorro en medios de transmisión



Network and Switching Subsystem (1)
Funciones
− Conmutación
− Gestión de las Bases de Datos

Papel principal: control de la comunicaciones
Elementos del sistema que realizan las funciones básicas

NSS

MSC GMSC Función de Conmutación

HLR VLR Gestión de Bases de Datos



Mobile Switching Center (MSC): Centro de conmutación de servicios
móviles
− Se puede relacionar con una central telefónica, con las funciones adicionales
derivadas de la movilidad de los usuarios
− Coordinar establecimiento de llamadas con usuarios GSM
− Interfaz con otros elementos: BSS y redes externas
− Introduce el IWF (InterWorking Function)

MSC
RED
GSM RED
IWF NO GSM

− Redes con las que se puede conectar
⋅ PSPDN, CSPDN, PSTN, ISDN
− Soporta Señalización SS7



El MSC es una central de conmutación ISDN responsable del control de
llamada
− Establecimiento, mantenimiento y liberación de una comunicación

GMSC: interfaz de la red fija con la móvil
− Puede haber varias GMSC

Funciones
− Encaminamiento de las llamadas hacia/desde el exterior (PSTN, ISDN)
desde/hacia un móvil
− Facturación
− Controla varias BSC y puede conectarse con diversas redes
− Responsable de la gestión de movilidad (localización y autentificación), junto con
HLR y VLR
− Handover entre distintas BSC



HLR: Registro de Posiciones Base (o local de abonado)
VLR: Registro de Posiciones Visitante
Tareas muy similares, pero complementarias
Aunque el móvil esté en su GMSC sigue utilizando los dos registros, por simplicidad
HLR
− Almacena identidad y datos de usuarios del GMSC/VLR relacionado
− Proporciona datos (activación, registro de servicios, gestión de autentificación y cifrado, etc)
− Número de identificación de abonado

VLR
− Contiene los datos de los móviles localizados en el MSC en cada momento
− Datos permanentes iguales que los de HLR
− Los datos temporales varían ligeramente
− Incluye el TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)
− Da soporte al MSC en el establecimiento de la llamada y en la autentificación



Authentication Center (AuC)
− Forma parte del HLR
− Se encarga de proporcionar las claves para realizar la autenticación
− El HLR las recibe y reenvía al VLR que se encarga de autenticar el usuario y cifrar
las comunicaciones

Equipment Identity Register (EIR)
− Contiene todos los números de serie del equipo
− Incluye el IMEI (International Mobile Equipment Identity)
− Distribución periódica de la lista
− Lista blanca: terminales permitidos
− Lista negra: no permitidos (por ejemplo, por robo)
− Lista gris: en observación (por ejemplo, por fallos o por falta de pago)



Llamada dirigida a un móvil
Se encamina al GMSC más próximo para averiguar el paradero del móvil
destino
La central MSC no tiene esa funcionalidad

HLR

GMSC

VLR
MSC



Llamada entre dos móviles
La petición del abonado llamante alcanza un (G)MSC
Se inicia un procedimiento de búsqueda y localización del abonado llamado
(señalización)
La llamada se encamina hacia el MSC correspondiente

HLR

(5)

(2) (3)
(4)

VLR
MSC VLR
(6) MSC

BSC
BSC

CELL (1)
BS

BS “MT” LLAMANTE
“MT” LLAMADO



Capa física GSM: Características generales
Sistema FDMA/TDMA con FDD
− Trama básica de 8 slots por trama

Separación de radiocanales: 200 kHz
Bandas de frecuencias: 900 / 1800 / 1900 MHz
Separación dúplex: 45 / 95 / 80 MHz
Modulación: GMSK a 270.833 kb/s
Voz: RPE-LPC (Regular Pulse Excited - Linear Predictive Codec) @ 13
Kpbs
Errores en la transmisión
− Codificación concatenada para el canal: Bloque y convolucional
− Entrelazado para combatir errores a ráfagas.
− Ecualización de Viterbi: retardos de hasta 16 ms

Posibilidad de salto lento de frecuencia (SFH 217 h/s).



Capa física GSM: Características generales
Potencia máxima de terminal móvil
− 900 MHz: 8 W–0,8 W (típico 2 W)
− 1800 MHz: 1 W–0,25W (típico 0,25 W)

Potencia máxima de base
− 900 MHz: 320 W–2,5 W
− 1800 MHz: 20 W–2,5 W

Relación de protección: cocanal 9 dB, canal adyacente -9 dB
Distancia de cobertura máxima: 35 km (puede ampliarse)
Dispersión Doppler máxima: hasta 200 km/h
Dispersión temporal máxima: hasta 16 us



Bandas de frecuencias
GSM 900 (124 radiocanales) (Europa)
− UL: 890-915 MHz
− DL: 935-960 MHz

E-GSM 900 (49 radiocanales) (Europa)
− UL: 880-890 MHz
− DL: 925-935 MHz

GSM 1800 (374 radiocanales) (Europa)
− UL: 1710-1785 MHz
− DL: 1805-1880 MHz

GSM 1900 (300 radiocanales) (USA)
− UL: 1850-1910 MHz
− DL: 1930-1990 MHz



Canales GSM
ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number)
GSM 900: 1–124
− fUL= 890 + 0.2n (MHz)
− fDL= fUL+ 45 (MHz)

E-GSM 900: 975–1023
− fUL= 890 + 0.2(n-1024) (MHz)

GSM 1800: 512–885
− fUL= 1710.20 + 0.2(n-512) (MHz)

GSM 1900: 512-810
− fUL = 1850.2 + 0.2*(n-512) (MHz)



Canales GSM
Radiocanal
− Frecuencia (portadora) utilizada
− Habitualmente, pareja de portadoras (UL y DL) comunicación bidireccional
simultánea

Canal físico
− Se corresponde con una ranura en la trama TDMA de un radiocanal

Canal lógico
− Tipo de información enviada por el canal físico
− Multiplexación temporal

Una de las portadoras es la portadora baliza
− Contiene la señalización común
− Se transmite con potencia constante
− Los móviles la utilizan para hacer medidas de nivel recibido



Trama TDMA
Duración de una ranura: 0.577 ms Duración trama ~4.625 ms
Hay una separación en las tramas UL y DL de 3 ranuras
− Evita usar un duplexor en el terminal móvil

Es posible modificar la frecuencia en cada trama: salto en frecuencia lento
− Se combate posibles interferencias

Frecuencia
DL
6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1

Frecuencia
UL
6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1

3 Slots



Jerarquía TDMA
1 Hipertrama = 2048 Supertramas

0 1 2 3 4 5 2044 2045 20462047

51 Multitrama de 26 Tramas
1 Supertrama =
26 Multitrama de 51 Tramas

0 1 2 3 4 5 47 48 49 50
0 1 2 24 25

1 Multitrama de 26 Tramas 1 Multitrama de 51 Tramas

0 1 2 3 22 23 24 25 MF26 0 1 2 3 47 48 49 50 MF51

1 Trama

0 1 2 3 4 5 6 7



Ráfagas
Una ráfaga es la secuencia de bits enviada en un periodo de tiempo (en
GSM el periodo se corresponde con una ranura TDMA)
Una ranura de la trama TDMA tiene 156.25 periodos de bit
Ráfaga normal
Bits Secuencia Bits Periodo
Información S Información S
Cola Entrenamiento Cola Guarda
(57) (1) (57) (1)
(3) (26) (3) (8.25)

− Es la más usada
− Se utiliza para transportar información o canales de control
⋅ El bit ‘S’ indica si se está transportando datos de usuario o de señalización

Ráfaga de relleno
Bits Bits Periodo
Bits de relleno
Cola Cola Guarda
(142)
(3) (3) (8.25)

− Se envia cuando no hay información a ser transmitida



Ráfagas
Ráfaga de acceso

Bits Secuencia Bits Periodo
Información
Cola Sincronismo Cola Guarda
(36)
(8) (41) (3) (68.25)

− Es más corta que el resto de ráfagas
− Se emplean por el móvil cuando accede al sistema (sólo en enlace UL)
− Secuencia de entrenamiento y secuencia de cola inicial más largas

Ráfaga de corrección de frecuencia

Bits Bits Periodo
Secuencia Bits Fija – todo 0’s
Cola Cola Guarda
(142)
(3) (3) (8.25)

− Se emplea sólo en enlance DL para que el móvil ajuste su frecuencia



Ráfagas
Ráfaga de sincronización

Bits Información Secuencia Bits Periodo
Información
Cola (39) Entrenamiento Cola Guarda
(36)
(8) (64) (3) (8.25)

− Se utiliza en enlace DL
− Permite que el móvil se sincronice con la estación base
− Necesario antes de poder recibir información



Canales lógicos
Canales comunes – transmiten información de señalización global
− Broadcast Control CHannel (BCCH)
⋅ Transporta información necesaria para que los móviles puedan operar
⋅ Se transmite en la portadora “baliza”
− Frequency Correction CHannel (FCCH) y Synchronization CHannel (SCH)
⋅ Canales de adquisición de frecuencia y sincronización temporal
⋅ Permite que el móvil adquiera la trama que le corresponde
⋅ Utilizan la MF51: transmisión de FCCH/SCH consecutivamente cada 10 tramas
− Common Control CHannel (CCCH) - Denominación común para 4 canales
⋅ Paging Channel (PCH)
+ Localiza móviles con llamadas entrantes
⋅ Access Grant CHannel (AGCH)
+ Concede acceso a los móviles que quieran establecer una comunicación
⋅ Notification CHannel (NCH)
+ Comunica la llegada de llamadas de difusión de voz
⋅ Random Access CHannel (RACH)
+ Se emplea por los móviles cuando necesitan acceder a la red
+ Se transmite en el UL – es común porque se comparte el mismo canal físico
(Aloha ranurado)



Canales lógicos
Canales dedicados para el envío de tráfico de señalización
− Stand alone Dedicated Control CHannel (SDCCH)
⋅ Señalización para establecimiento de llamada
⋅ Encendido/Apagado móvil
⋅ Actualización de posición
⋅ Envío/recepción de SMS
− Slow Associated Control CHannel / Traffic channel [Full rate-Half rate]
(SACCH / [TF-TH])
⋅ Canal de señalización lento asociado al canal de tráfico
⋅ Información para gestión de movilidad y recursos radio
+ Medidas de calidad
+ Nivel de potencia de células vecinas

− Fast Associated Control CHannel / Traffic channel [Full rate-Half rate]
(FACCH / [TF-TH])
⋅ Transporta información que no puede esperar al SACCH correspondiente
⋅ Se ‘roban’ bits de las tramas de tráfico



Canales lógicos
Canales dedicados para el envío de tráfico de voz/datos
− Traffic CHannel / [Full rate-Half rate] (TCH / [F-H])
⋅ Son canales bidireccionales, que utilizan la misma ranura en UL y DL
⋅ Usa las MF26
⋅ Los TCH/F ocupan una ranura por trama ~22.8 kbps
⋅ Los TCH/H ocupan, aproximadamente, una ranura cada dos tramas ~11.4 kbps



Combinaciones de canales
En cada canal físico, los canales lógicos se multiplexan en el tiempo
mediante multitramas (MF)
− MF26, para tráfico y canales de señalización asociados
− MF51, para el resto de señalización

Se definen cinco tipos de correspondencia
− Tráfico (MF26)
⋅ 1 TCH/F con sus SACCH y FACCH: MF26 (Tráfico a velocidad completa)
⋅ 2 TCH/H con sus SACCH y FACCH: MF26 (Tráfico a velocidad mitad)
− Señalización (MF51)
⋅ Difusión y CCCH: MF51 (Señalización descombinada: canales comunes)
⋅ 8 SDCCH: MF51 (Señalización descombinada: canales dedicados)
⋅ 4 SDCCH; difusión y CCCH: MF51 (Señalización combinada)



Combinaciones canales - Señalización
Señalización descombinada
− En la ranura 0 de la portadora BCCH se transmiten canales FCCH, SCH, BCCH y
PCH/AGCH (de gran capacidad) en el enlace DL

F S B C F S C C F S C C F S C C F S C C -

− En el enlance UL sólo se trasmite un canal RACCH (en todas las tramas de la
MF51)

Señalización combinada
− Con celdas que no requieran mucha capacidad
− En la ranura 0 de la portadora BCCH se transmiten (enlace DL) FCCH, SCH,
BCCH, PCH/ACGH (de poca capacidad) y SDCCH
− El período completo dura dos MF51 Señalización de D0

F S B C F S C C F S D0 D1 F S D2 D3 F S A0 A1 -

F S B C F S C C F S D0 D1 F S D2 D3 F S A2 A3 -



Señalización combinada (cont.)
− Distribución diferente en el enlace UL: se transmiten canales RACCH

D3 R A2 A3 R D0 D1 R D2

D3 R A0 A1 R D0 D1 R D2

Señalización de gran capacidad
− DL: En la ranura 0, coincide con la de la configuración descombinada

F S B C F S C C F S C C F S C C F S C C -

− DL: En las ranuras 2, 4 y 6 no se trasnmiten los canales FCH ni SCH, quedando
libres

- - B C - - C C - - C C - - C C - - C C -

− En UL se transmiten canales RACCH en todas las tramas



Canales de señalización dedicados
− Se multiplexan canales SDCCH/8 y sus SACCH corespondientes
− Se puede realizar en cualquier ranura de cualquier portadora, menos en la 0 de la
BCCH
− En el enlace DL:
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 A3 -

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A4 A5 A6 A7 -

− En el enlace UL:
A5 A6 A7 - D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0

A1 A2 A3 - D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A4



Combinaciones canales – Tráfico
Multitrama para un TCH/F
− Se usa la misma combinación en DL y UL
− Se emplean 24 tramas para el canal TCH (información), 1 trama para la
señalización correspondiente (SACCH), quedando una libre

T S T -

Multitrama para canales TCH/H
− La combinación es igual en UL y en DL
T T T TT T T T T T T T S T T T TT T T T T T T T S
0 1 0 10 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 10 1 0 1 0 1 0 1 1



Señalización en la interfaz radio
Se emplean en la interfaz Um (entre el MS y el BTS)
Protocolo de capa 2: LAPDm (Link Access Protocol on the Dm channel)
Protocolos de capa 3
− Gestión de recursos radio (Radio Resource, RR)
− Gestión de movilidad (Mobility Management, MM)
− Gestión de llamadas (Call Management, CM)



Protocolo LAPDM
Funciones
− Proporcionar una o más conexiones nivel 2 sobre la interfaz Um
− Detectar y recuperar errores mediante esquema de retransmisiones
− Ordenación de tramas (mediante número de secuencia)
− Control de flujo
− Resolver colisiones de petición de acceso a través de RACCH
− Notificación a nivel 3 de errores no recuperables

El formato de la trama es el especificado por el protocolo HDLC
− Los protocolos de GSM son variaciones de HDLC

Se establecen dos modos de transferencia
− No confirmada, sin control de flujo ni errores
⋅ Los canales BCCH, PCH y AGCH sólo soportan este modo de operación
− Confirmada, con control de flujo y errores
⋅ Los canales de señalización dedicada (SDCCH, FACCH, SACCH) soportan ambos
modos de transferencia



Señalización RR
Gestión de los recursos de transmisión: canales físicos y de control
(conexiones de enlace de datos)
Se establecen, mantienen y liberan conexiones RR, que permiten
comunicaciones punto a punto terminal-red
Servicios
− Establecimiento/liberación del modo de transmisión confirmada
− Transferencia mensajes sobre conexión de capa 2
− Indicación de indisponibilidad temporal de transmisión
− Indicación pérdida conexión RR
− Reselección de celda y traspaso
− Establecimiento/cambio de modo de transmisión: tipo de canal, codificación,
cifrado, etc
− Asignación/liberación canal adicional en configuración TCH/H



Señalización RR
Estado reposo o desocupado (idle)
− No se mantiene ninguna conexión
− Monitorización entorno
− La BTS envía información del sistema
− Tareas del terminal móvil
⋅ Selección de red (automática/manual)
⋅ Selección de celda
⋅ Reselección de celda: cuando se encuentra otra alternativa más adecuada

Estado ocupado o dedicado: el móvil está cursando una llamada (tráfico o
señalización)
− Establecimiento de conexión RR
⋅ Iniciada por el móvil: asignación inmediata
⋅ De la red al móvil: búsqueda o paging (aviso)
− Transferencia de conexión RR: comprende varios procedimientos, incluyendo los
asociados al traspaso
− Liberación de conexión RR, que puede ser normal o tras un fallo en la red



Señalización MM
Posibilita la movilidad de los terminales
Requiere que haya una conexión RR establecida
Procedimientos MM comunes
− Reasignación TMSI: Favorece la confidencialidad del usuario (al no usar el IMSI)
− Autenticación: Validación identidad usuario y parámetros para la clave cifrado
− Identificación: Se pide al móvil parámetros identificación (IMSI, IMEI)
− Finalización: Abortar la conexión (o establecimiento de conexión) MM
− Apagado del móvil: Lo inicia el móvil al apagarse o al extraer la SIM

Procedimientos MM específicos
− Actualización normal de posición: Al detectar cambio en LAC (reselección celda)
− Actualización periódica de posición: Informa a la red de la disponibilidad del móvil
− Encendido del móvil: Se indica a la red que el móvil está disponible

Procedimientos gestión conexión MM
− Establecimiento, mantenimiento, liberación de conexión MM



Señalización CM
Se utiliza para la gestión de las llamadas: establecimiento, señalización
durante el estado activo, liberación y varios
Pueden ser originados en el móvil o en la red
Los mensajes correspondientes se envían entre entidades CC, que se
describen como máquinas de estados finitos
El establecimiento de llamada requiere una conexión MM previa



Señalización en la red
En la red (conexión BTS/BSC) también se hace uso de una variación del
protocolo HDLC en la capa de enlace: LAPD (Link Access Procedure on D-
channel)
− Se emplean enlaces de 2 Mbps, con un canal de 64 kbps para la señalización
− Las funciones del LAPD son las típicas de un protocolo de la capa de enlace

Los mensajes MM y CM entre el MSC y el terminal móvil se transportar
transparentemente con a través de las interfaces A y A-bis (protocolo
DTAP)
Los mensajes entre el MSC y el BSS se agrupan en los procedimientos
BSSMAP (BSS Management Messages)
La comunicación entre los nodos GSM de la red de conmutación se realiza
con el protocolo MAP (Mobile Application Part)



Procedimientos BSSMAP
Pueden utilizar servicios orientados o no a la conexión (para procedimientos
dedicados o globales, respectivamente)
Asignación Mensaje MS inicial
Bloqueo y desbloqueo Indicación de espera
Indicación recursos Indicación de carga
Reinicio Reselección de circuitos
Liberación recursos (radios y Traspaso externo
terrestres) − Petición de traspaso
Aviso (paging) − Asignación recursos traspaso
− Ejecución traspaso
Petición rastreo
Traspaso intracelular
Control flujo
Traspaso intercelular
Gestión marca de clase
Gestión modo cifrado



Protocolo MAP
Se emplea para que las entidades GSM de la red de conmutación se
comuniquen entre sí
Procedimientos relativos a la movilidad
− Procedimientos de gestión de posición
⋅ Actualización de posición
⋅ Cancelación de posición
⋅ Borrado de IMSI
⋅ Purga de MS
− Procedimientos de traspaso
− Procedimientos de recuperación de errores
⋅ En el VLR
⋅ En el HLR



Protocolo MAP
Procedimientos para la gestión de llamadas
− Para obtener información de encaminamiento
− Llamadas terminadas en el móvil
− Llamadas originadas en el móvil
Procedimientos servicios suplementarios
− Registro
− Borrado
− Activación
− Desactivación
− Interrogación
− Invocación
− Registro de password
Procedimientos de operación y mantenimiento
− Rastreo
− Gestión de datos de usuario
− Identidad de usuario



Traspasos en GSM
Tipos de traspaso
− Intra BSC: las dos celdas pertenecen al mismo BSC
− Intra MSC: las dos celdas pertenecen al mismo MSC, pero a distinto BSC
− Inter MSC: las dos celdas pertenecen a diferentes MSC

La petición de traspaso siempre la realiza el BSC
Únicamente en los traspasos Inter MSC involucran procedimientos MAP
Procedimiento básico de traspaso intra MSC
− El MS toma medidas y detecta que la señal se debilita
− Envía una petición al BSC, que lo reenvía al MSC
− El MSC reserva rutas y recursos con el nuevo BSC
− El BSC confirma su disponibilidad y notifica al anterior BSC
− El BSC antiguo le indica al móvil que realice el traspaso
− El móvil (una vez completado el traspaso) se lo indica al MSC, que libera los
recursos en el anterior BSC



Seguridad en GSM: Autenticación
Evita que personas no autorizadas usen la red GSM
Permite calcular al móvil la nueva clave de cifrado
Se comprueba que el SRES sea el mismo
− SRES se obtiene con el algoritmo A3

Se obtiene la clave de cifrado (KC) con el algoritmo A8 Número
aleatorio que
− Notar que no se transmite por el interfaz radio genera AuC

MS RAND RAND Red
Ki Ki
Clave de
autenticación
usuario (SIM)
A3 A8 A3 A8

SRES Kc SRES Kc



Seguridad en GSM: Cifrado
No es extremo a extremo, únicamente protege la información entre el móvil
y la BSS (interfaz radio)
Se cifra (bit a bit) usando el algoritmo A5
− Se emplea la clave KC calculada durante el proceso de autenticación
− También se usa el número de trama dentro de la hipertrama

MS Red
# trama KC # trama KC

Algoritmo Algoritmo
A5 A5

S2 S1 S2 S1

cifrado descifrado

descifrado cifrado


Seguridad en GSM: IMEI
Se comprueba que el teléfono está autorizado para acceder a la red
− Terminales defectuosos
− Terminales robados

Se lleva a cabo por el EIR, que cataloga los IMEI en tres grupos
− Lista blanca: Terminales autorizados
− Lista negra: Terminales robados o que crean problemas en la red
− Lista gris: Terminales que causan problemas, aunque se permite su utilización

No es obligatorio comprobar el IMEI (potestad del operador)



Seguridad en GSM
Se mantiene la confidencialidad del usuario a través del TMSI
− No se emplea el IMSI

El algoritmo A5 tiene que ser el mismo para todas las redes GSM
Los algoritmos A3 y A8 pueden ser propietarios de cada red
− Únicamente se especifican los formatos de entrada/salida



Contenidos



Motivación
GSM no es una tecnología apropiada para la transmisión de datos
− Conmutación de circuitos: poca eficiencia
− Recursos simétricos
− Velocidad de 9.6 kbps
− Facturación por tiempo de conexión
− Tiempo de establecimiento elevado

El General Packet Radio Service (GPRS) permite ofrecer servicios de
transmisión de datos
− Se basa en conmutación de paquetes
− Se pueden asignar diferentes niveles de calidad de servicio
− Sólo se transmite cuando hay tráfico y disponibilidad de recursos
− Tarificación basada en volumen de información
− Establecimiento de conexión más rápido



Arquitectura de red
GPRS aprovecha parte de la red de GSM: comparte la red de acceso
− Los MT (a partir de 2002, terminales duales) y el BSS

Se introducen dos nuevos elementos en el núcleo de red
− SGSN (Serving GPRS Support Node): se encarga de entregar los paquetes al
terminal móvil
− GGSN (Gateway GPRS Support Node): interfaz lógica hacia redes de datos
externas

Es necesario llevar a cabo ligeras modificaciones en otros elementos de la
arquitectura GSM
− Actualizaciones software en MSC, VLR y HLR
− Cambios hardware en BTS
− Cambios hardware y actualizaciones software en BSC

Definición de nuevas interfaces



Arquitectura de red
Abis
A SMS-GMSC ISDN
Um
BTS BSC PSTN
MSC/VLR

MS
Gb Gd Gs EIR

Gf

Gr HLR AUC
SGSN

Gn Gc
Gi Internet
BG
GGSN
Gp Gi
Otras redes
GSM/GPRS Red
Corporativa



Nodos soporte GPRS
Serving GPRS Support Node (SGSN)
− Se encarga de la conmutación de paquetes en la red GPRS
− Se conecta al BSC (interfaz Gb) Punto de acceso al servicio
− Retransmisión de datos entre terminal y GGSN
− Gestión movilidad y registro terminales
− Paging: aviso al terminal para que pase de estado REPOSO a ACTIVO
− Recogida de datos para la facturación
− Gestión protocolo IP
Gateway GPRS Support Node (GGSN)
− Conexión terminal a redes externas (IP)
⋅ El GGSN es visto como un router por el exterior
− Recibe datos externos y los encamina hacia el SGSN correspondiente
− Recibe los paquetes de un terminal, elimina las cabeceras del túnel y lo encamina
al exterior
− Asignación direcciones IP (estáticas o dinámicas)
− Servicios básicos para acceder al ISP
− Privacidad y seguridad (gateway entre redes externas y red GPRS)


Entidades adicionales GPRS
Border Gateway (BG)
− Puerta de conexión con otras PLMN
− Intercambio de datos seguros entre redes GPRS de manera directa

Charging Gateway (CG)
− Recoge los Registros de Detalle de Llamadas (CDR) para pasarlos al sistema de
facturación

Domain Name System (DNS)
− Traducción nombres lógicos nodos a direcciones físicas
Servidor DHCP
− Si se emplea direccionamiento dinámico

Servidor RADIUS
− Para las funciones de autenticación, autorización y contabilidad

Cortafuegos
− Seguridad con redes externas



Tipos de terminal
Clase A
− Uso simultáneo de GSM y GPRS
− 1 ranura para GSM y 1 o más ranuras para GPRS
− No hay degradación de ninguno de los dos servicios

Clase B
− Soporta GPRS y GSM pero no simultáneamente
− Uno de los dos está en suspenso mientras el otro está activo
− Prioridad para GSM
− Sólo GPRS debe sufrir degradación de QoS
− La señalización sí puede ser simultánea

Clase C
− Elección manual de GPRS o GSM
− Ningún uso simultáneo
− Si está activado GPRS no se pueden recibir llamadas GSM



Interfaz radio GPRS
Se permite transmitir/recibir en varias ranuras dentro de la misma trama
TDMA
Asignación no-simétrica de capacidad
Bloques radio
− 4 ráfagas transmitidas en 4 tramas consecutivas
− Se utiliza la ráfaga normal de GSM
El canal físico sobre el que se proyectan los canales lógicos se denomina
PDCH (Packet Data CHannel)
− Multitramas de 52 tramas (2 MF26 de GSM)
⋅ 48 para ráfagas de información y 4 para funciones auxiliares

Asignación de recursos GSM para tráfico GPRS
− Dedicada – se asignan uno o más intervalos de forma fija
− Conmutada – asignación dinámica en función de la carga de tráfico, la prioridad,
etc
⋅ En este caso se pueden usar los canales de señalización GSM hasta que los canales
GPRS estén asignados



Estructura multitrama
Sucesión intervalos de tiempo en una estructura MF52
Bloque radio
− 4 intervalos de tiempo consecutivos en la MF52

Capacidad PDCH: 12 bloques radio

B0 B1 B2 T B3 B4 B5 X B6 B7 B8 T B9 B10 B11 X

− Formato bloque radio para transferencia datos
Cabecera Cabecera Datos
BCS
MAC RLC RLC
− Formato bloque radio transferencia mensajes control

Cabecera Mensaje control
BCS
MAC RLC/MAC



Canales lógicos GPRS
Canales de control común – PCCCH (Packet Common Control Channel)
− Packet Random Access Channel (PRACH)
⋅ Lo usa el MT para transmitir datos o información de señalización
⋅ Utiliza ráfaga de acceso
− Packet Paging Channel (PPCH)
⋅ Para avisar al móvil antes de comenzar una transferencia en sentido descendente
− Packet Access Grant Channel (PAGCH)
⋅ Establecimiento de la transferencia
⋅ Otorga capacidad al móvil (asignación de recursos)
− Packet Notification Channel (PNCH)
⋅ Para enviar una notificación a un grupo (punto-multipunto)

Packet Broadcast Control Channel (PBCCH)
− Envía información de control para todos los usuarios
− Si no estuviera activo se podría utilizar el BCCH de GSM
Packet Data Traffic Channel (PDTCH)
− Transferencia de datos



Canales lógicos GPRS
Canales de control dedicado de paquetes – PDCCH (Packet Dedicated
Control Channels)
− Packet Associated Control Channel (PACCH)
⋅ Información de señalización
⋅ Mensajes asignación recursos
⋅ Comparte los recursos de PDTCH
− Packet Timing advance Control Channel/Uplink (PTCCH/U)
⋅ Ráfagas de acceso aleatorio para estimar el avance de temporización
⋅ Utiliza ráfaga de acceso
− Packet Timing advance Control Channel/Downlink (PTCCH/D)
⋅ Actualizaciones de información de avance temporal para varios móviles
⋅ Un PTCCH/D se corresponde con varios PTCCH/Us



Asignación de recursos
Se lleva a cabo tanto en el enlace ascendente como en el descendente
La red puede hacerlo de manera estática o dinámica (más habitual)
Se puede asignar más de una ranura para una transferencia
− El máximo se sitúa en 8 ranuras
− Habitualmente se asignan más ranuras al tráfico descendente



Codificación
En GPRS se utilizan varios esquemas de codificación, que dan lugar a
diferentes tasas binarias
La diferencia radica en la redundancia de cada uno de los esquemas

Bits en bloque radio Tasa TS (kbps) Tasa en
Modelo 8TS
Útiles Totales Útiles Totales (kbps)
CS1 160 181 8 9.05 72.4
CS2 241 268 12 13.4 107.2
CS3 293 312 14 15.6 124.8
CS4 401 428 20 21.4 171.2



Calidad de servicio en GPRS
Calidad/capacidad para diferentes aplicaciones
− Cada suscripción GPRS tiene asociada un perfil QoS almacenado en el HLR
− Durante el establecimiento de la transferencia se negociará el QoS
⋅ Perfil por defecto del HLR
⋅ Perfil requerido por el MS
⋅ Disponibilidad de recursos

El perfil QoS se define mediante la combinación de varios parámetros
− Prioridad del servicio
− Retardo
− Fiabilidad – se refiere a la probabilidad de pérdida
− Tasa máxima de transferencia
− Tasa media de transferencia



QoS en GPRS
Se definen cuatro clases de tráfico
− Clase conversacional: sensible a los retardos y a su variación
− Clase “streaming”: muy sensible a la variación de retardo
− Clase interactiva: fiabilidad (interesa el contenido)
− Clase “background”: no afecta el retardo, interesa garantizar la recepción del
contenido



Contenidos



Evolución UMTS
El trabajo en UMTS (WCDMA) comenzó en varios proyectos de
investigación en la Unión Europea
La ETSI decide en 1998 que WCDMA sea la interfaz para los sistemas 3G
− El trabajo de especificación se ha llevado a cabo en el 3GPP
En 1999 aparece la primera especifación completa (Release99)
− Primera red comercial Japón 2001
− En Europa las primeras pruebas se realizaron en 2002 y en 2003 se comenzó con
el despliegue comercial

Evoluciones relevantes
− HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) 2005
− HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) 2007
− LTE (Long Term Evolution) – a partir del Release8 (2008) y en evolución

En 2008 se superaron las 200 Millones de conexiones UMTS



Evolución UMTS
s
0 Mbp
E): 16 Mbps
DL(LT A): 42
P s
s DL(HS E): 50 Mbp
8 Mbp UL(L T
DL: 2 Mbps
1
áxima s UL: 1
aria m 4 Mbp
tasa b
in DL: 1 Mbps
Evolución Mbps UL: 5
.7
DL: 14 bps
.4 M
0.4 Mbps UL: 0
DL: ps
.4 Mb
UL: 0

[1999] [2002] [2004] [2007] [2008]
3GPP 3GPP 3GPP 3GPP 3GPP
R99 R5 R6 R7 R8
Especificación

Despliegue Comercial
[2002] [2006] [2007] [2008] [2010]
3GPP 3GPP 3GPP 3GPP 3GPP
R99 R5 R6 R7 R8



Estandarización UMTS
Se pretendía conseguir una tecnología global
− Existían iniciativas diferentes, trabajando en paralelo

Se decide crear el 3GPP (www.3gpp.org) para aunar esfuerzos

• Radio Layer 1
• Radio Layer 2/3
ETSI • Architecture and
(Europa) Radio Access interfaces
Network • Radio performance and
ARIB/TTC RF parameters
• Terminal conformance
(Japón)
testing
Core Network
TTA
Corea
Service & System
CWTS Aspects
(China)

T1P1/ATIS Terminals
(USA)



Estandarización UMTS
Visión desde el ámbito ITU

ITU
IMT - 2000

TDMA CDMA

Single Multi Direct Multi
TDD
Carrier Carrier Spread Carrier

WCDMA CDMA2000
UTRA-TDD
EDGE DECT UTRA-FDD (sucesor
(UMTS)
(UMTS) IS-95)



Arquitectura UMTS
Se distinguen tres elementos principales
− UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)
− Core Network (CN)
− User Equipment (UE)

UTRAN y UE aportan diseños completamente novedosos – en función de
las necesidades concretas de WCDMA
El CN se apoya/adapta en el sistema GSM



Arquitectura UMTS

Uu Iu
NodeB PLMN,
MSC PSTN,
RNC GMSC
VLR ISDN
USIM NodeB

Iub HLR
Cu Iur

ME NodeB
RNC SGSN GGSN Internet
NodeB
Redes
UE UTRAN CN Externas



User Equipment (UE)
Mobile Equipment (ME)
− Terminal radio que se emplea para las comunicaciones
− Interfaz con el NodeB a través de Uu

UMTS Subscriber Identity Module (USIM)
− Tarjeta inteligente con datos de usuario (identificación…)
− Algoritmos cifrado y autenticación
− Claves de seguridad
− Información de subscripción a servicios
− Similar a la empleada en GSM



UMTS Terrestrial Radio Acces Network (UTRAN)
Está formada por uno o varios Radio Network Subsystems (RNS)
− Los RNS podrían estar conectados entre sí

RNS
− Un Radio Network Controller (RNC)
− Uno o varios Node Bs

Requerimientos para la UTRAN
− Soporte de ‘soft handover’, que implica que un terminal tenga simultáneamente 2
ó más conexiones con la red (a través de varias celdas)
− Aspectos específicos de WCDMA (algoritmos de gestión de recursos radio)
− Integración en la gestión de conexiones de conmutación de paquetes/circuitos
− Maximizar los puntos en común con GSM
− Uso de ATM como mecanismo de transporte principal
− Incorporación de IP a partir de la R5



Radio Network Controller (RNC)
Se corresponde con los BSC de GSM
− Se conecta con el CN (MSC y SGSN)
− Protocolos RRC (Control Recursos Radio)
− Encargado de los procedimientos RRM (Radio Resource Management)
⋅ Control de la carga y congestión de sus celdas
⋅ Control de admisión y de la asignación de códigos a las nuevas comunicaciones
⋅ Traspasos

Cuando un UE está conectado a dos celdas pertenecientes a sendos RNS
se distinguen (para el ‘soft handover’)
− Serving RNC – el que controla la comunicación en un momento determinado
− Drift RNC – únicamente gestiona la pertenencia del móvil a la celda



Nodo B
Se encarga del procesado (capa 1) radio, proporcionando la interfaz entre el
UE y la red
Se puede asociar con la BTS de GSM
Funciones
− Realiza funciones de control de potencia en el lazo interno
⋅ Mide la SIR, la compara con el valor objetivo y ajusta la potencia de transmisión
− Reporte de medidas al RNC
− Microdiversidad
⋅ Combina las señales de los diferentes sectores a los que se conecta el UE antes de
mandar la señal al RNC



Core Network
La evolución en la CN es más gradual
En el R99 se manejan dos dominios: conmutación de circuitos y
conmutación de paquetes
− Los elementos de conmutación de circuitos se tienen que modificar
− Los elementos de conmutación de paquetes son similares a los introducidos por
GPRS

En el R4
− El transporte de los protocolos se basa en IP
− El MSC tradicional se divide en dos entidades
⋅ Aparece el CS-MGW (Circuit Switched Media Gateway), que se encarga de la
transferencia en modo conmutación de circuitos
⋅ El MSC Server controla varios CS-MGW

En el R5
− Aparece el IMS (IP Multimedia Subsystem) marco de señalización y control
para aplicaciones IP, independiente de la tecnología de red



Diferencias WCDMA y GSM
La siguiente tabla resume alguna de las diferencias más importantes entre
WCDMA y GSM

Aspecto WCDMA GSM
Separación portadoras 5 Mhz CDMA 200 Khz TDMA
Factor reuso 1 4-18
Diversidad Receptor RAKE Salto en frecuencia y
ecualización
Protocolos conmutación Comunes en la red radio Diferentes
circuitos/paquetes
Traspasos Soft/softer (comunicación Hard (liberación canal antes
simultánea con varias BS) de conexión nueva)



Espectro 3G
Asignación de frecuencias en torno a 2 Ghz

IMT IMT
GSM1800 GSM1800 2000 IMT-2000 2000 IMT-2000
UL DL TDD UL TDD DL
Europa
Asia
1700 1700 IMT-2000 IMT-2000
UL DL UL DL
Japón

AWS PCS PCS AWS
UL UL DL DL

USA

1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150



WCDMA
Espectro ensanchado por secuencia directa
− Chip rate: 3.84 Mchips/seg

Ancho de banda de 5 Mhz
Ventajas
− Acceso múltiple y robustez frente a la interferencia multitrayecto
− Seguridad: por el código de ensanchamiento
− No se requiere una sincronización “estricta” entre los usuarios
− No hay una capacidad “concreta” de usuarios
⋅ Degradación progresiva

Dificultades
− Cálculo de capacidad complejo
− Interferencia mutua entre terminales limita la capacidad
− Necesidad control potencia estricto Efecto “cerca-lejos”
⋅ Sin control de potencia, los móviles más cercanos serían una interferencia notable para
los más alejados



Procedimientos capa física
Control de potencia
− En lazo cerrado – rápido
− Lazo abierto

Traspasos
− Intra-modo: soft, softer o hard handover
− Inter-mode: e.g. de WCDMA a UTRA TDD
− Inter-system: de UMTS a GSM, por ejemplo

Medidas
Paging
RACH
Búsqueda de celda
Diversidad en transmisión



Arquitectura de protocolos interfaz radio
PLANO CONTROL PLANO USUARIO

Capa 3
RRC

Portadoras radio Portadoras radio plano usuario
Control

señalización
PDCP
BMC

Capa 2
RLC

Canales lógicos

MAC

Canales transporte

Capa 1
PHY



Canales de transporte
Dedicated Transport Channel (DCH)
− Lleva información de las capas superiores [datos para el servicio e información de
control]

Common Transport Channels
− Broadcast Channel (BCH) – Información UTRA para una célula
⋅ Códigos de acceso, ranuras de acceso, etc
⋅ Elevada potencia (todos los móviles tienen que decodificarlo)
− Forward Access Channel (FACH) – Información de control para los terminales
activos
− Paging Channel (PCH) – Canal de aviso
− Random Access Channel (RACH) – Información enviada por el móvil (petición
acceso)
− Uplink Common Packet Channel (CPCH) – Extensión para el RACH
⋅ Se dejó de emplear a partir de la R5
− Downlink Shared Channel (DSCH) – Similar al FACH
⋅ No se emplea en HSDPA, por lo que se eliminó a partir de la R5



Canales físicos
Los canales de transporte se mapean en canales físicos
En muchos casos el mapeo es directo
Sin embargo, también aparecen canales físicos que no son visibles para las
capas superiores
− Llevan a cabo procedimientos específicos de la capa física
− Sincronización, canal piloto, canal de indicación de adquisición



MAC
Mapeo entre los canales lógicos y de transporte
Selección del formato de transporte
Gestión de la prioridad entre los flujos de un UE
Gestión de la prioridad entre diferentes UEs
Identificación de los UEs en canales de transporte comunes
Multiplexación/demultiplexación de PDUs en/de bloques de la capa física
Monitorización del volumen de tráfico
Conmutación dinámica entre canales de transporte
Cifrado
Selección de la clase de servicio para transmisiones RACH



Canales lógicos
Canales lógicos
− BCCH – Información de control de sistema
− PCCH – Paging
− DCCH – Información de control dedicado entre la BS y el UE
− CCCH – Canal para llevar información de control desde la BS a todos los UEs
− DTCH – Canal de tráfico para un UE
− CTCH – Canal para transferencia de información de difusión

Mapeo canales lógicos/transporte
DCCH DCCH
CCCH DTCH PCCH BCCH CCCH CTCH DTCH
Canales
lógicos

RACH CPCH DCH Canales PCH BCH FACH DSCH DCH
transporte



Radio Link Control
Segmentación y reensamblado
Concatenación
Padding – relleno
Transferencia de datos de usuario
Corrección de errores
Entrega ordenada de PDUs
Detección de PDUs duplicadas
Control de flujo
Integridad
Detección y recuperación de errores en el protocolo
Cifrado
Suspender/reanudar funcionalidad de transferencia de datos



Packet Data Convergence Protocol
Servicios PS (Packet Switching)
Funciones
− Compresión información redundante [cabeceras TCP, UDP, IP]
− Transferencia de datos de usuario



Broadcast/Multicast Control Protocol
Servicios difusión [multicast]
Funciones
− Mantenimiento de mensajes de difusión en la celda
− Monitorización volumen tráfico y petición recursos radio
− Planificación mensajes BNC
− Transmisión de mensajes BMC al UE
− Entrega mensajes de difusión a las capas superiores



Radio Resource Control
Difusión de información del sistema
Aviso – Paging
Selección inicial de celda – reselección
Establecimiento, mantenimiento y liberación conexión RRC
Control de las portadoras radio, canales de transporte y físicos
Control de las funciones de seguridad
Integridad de la señalización
Control e informe de las medidas en el UE
Funciones de movilidad – traspasos
Control de potencia en lazo abierto
Aspectos de posicionamiento


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