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Introdução ao sistema WCDMA
Prof. MSc. Daniel Andrade Nunes
danielnunes@inatel.br
ICC – Inatel Competence Center
Educa...
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Sistema celular GSM
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PCU
Rede GPRS/EDGE
BSC
MSC/VLR
ISDN
SGSN
MTTE
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Abis
GGSN
IP
Internet
IP
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corporati
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X-25
Outras
PLMN’s
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Utiliza dois esquemas de modulação, o GMSK e o 8PSK.
I
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1 baud (Símbolo) = 3 bits
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TSdados dadosflags flag...
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CDMA one
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CDMA 2000
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Resumo dos sistemas celulares 2G/2,5G
Voz ou dadosvozVoz e dadosdadosvozUso principal
CDMACMDATDMATDMATDMATécnica de a...
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IMT 2000
Sistemas de Comunicações Móveis de Terceira
Geração
• Até 1997: FPLMTS - Future Public Land Mobile
Telecommun...
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•Espectro de frequências mundialmente comum (1,8 a 2,2 GHz);
•Multiplos ambientes de rádio (celular, cordless, satelli...
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Evolução dos sistemas móveis rumo à 3G
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Espectro de Rádio para o IMT 2000
Atividades no IMT 2000 iniciaram pelo ITU baseados em um forte desejo dos
membros ...
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Espectro de Rádio para o WCDMA
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Espectro de Rádio para o WCDMA
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Radio Transmission Technologies
RTT – necessidades gerais
• Velocidade de locomoção (de baixa a alta mobilidade);
• ...
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•• Eficiência espectral;Eficiência espectral;
• Complexidade da tecnologia;
• Qualidade de serviço;
• Flexibilidade;...
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RTTs empregadas pelo IMT- 2000
Digital Enhanced Cordless TelecommunicationsETSIDECT
Universal Wirelss Communications...
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Parâmetros de três propostas WCDMA
Curto/longoCurto/longoCurto/longoCódigos de
espalhamento
CLPC – 0,8 Ks/s
OLPC
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Serviços e Capacidades de rede
• Suporte a serviços comutados por circuitos e por pacotes, a 384384
KbpsKbps para am...
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IS 95-A
(CDMA)
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Business Case
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Características do sistema W-CDMA
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Arquitetura UMTS
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Arquitetura UTRAN
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Arquitetura da Rede de Acesso
A figura acima mostra a arquitetura de protocolos da interface de rádio. De uma
forma ...
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Estados RRC do UE
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Identidades UTRAN
• PLMN Identity
• CN Domain Identifier
• RNC Identifier
• Service Area Identifier
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Modos UTRAN
FDD e TDD
• Pequenas diferenças para a camada 1:
• Chip rate = 3,84 Mcps
• Quadro com 10 ms;
• 15 time s...
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Estrutura de quadro WCDMA
38400 chips
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Conceitos de Canais UTRAN
• Canais Físicos = freqüência + código de espalhamento
– Modo TDD = também se define um sl...
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Interface de rádio WCDMA – tipos de canais
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Canais Lógicos
Existem na interface entre a pilha de protocolos MAC & RLC
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tráfego
controle
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Transfere informações dos usuários.
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DSCHHS-DSCH
USCH
Canais de Transporte
DCH
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(FDD)
(TDD)
• Broadcast channel (BCH...
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• High-speed downlink shared channel (HS-DSCH)
Canal de downlink compartilhado por várias Ues, otimizado para a transfe...
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Canais Físicos
Synchronization channel (SCH)
Common pilot channel (CPICH)
Primary common control physical channel (P...
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• Primary common control physical channel (P-CCPCH)
taxa Fixa de 30 Kbps. Transporta BCH, não sendo transmitido durante...
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Canais Físicos
Uplink
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Downlink & Uplink
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Estrutura dos canais dedicados de UL
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Estrutura dos canais dedicados de DL
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Mapeamento de canais físicos
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BCCH BCH P-CCPCH
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Funções da camada Física
• 01. CodificaCodificaçção/decodificaão/decodificaççãoão FEC para canais de transporte;
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Utilização dos códigos
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Códigos de canalização
• Códigos OVSF são utilizados como códigos de canalização, mantendo
a ortogonalidade entre os...
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Taxa de bits versus spreading factor
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Código de scrambling primário
Códigos de
scrambling
para canais
físicos de
downlink
Conjunto 0
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Grupo de códigos de scrambling primários
Códigos de
scrambling
primários
para canais
físicos de
downlink
Grupo 0
…
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• Existem 512 códigos de scrambling primários divididos em 64
grupos com 8 códigos em cada
• Cada célula do sistema ...
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Modulação/Demodulação
Espalhamento/De-espalhamento
Data bit
OVSF
code
Scrambling
code
Chips after
spreading
Espalham...
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Modulação de Uplink
• Taxa de Chip = 3,84 Mcps
Sequências das
operações de
Espalhamento
complexos
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Modulação de Downlink
Canais físicos
de Downlink,
exceto SCH
Canais utilizando QPSK:
CPCH,CPICH, CSICH, PICH, PDSCH,...
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Medidas de Rádio e indicações a camadas
superiores
• Received signal code power
(RSCP);
• Received signal strength i...
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Controle de Potência
Sem o controle de Potência
Com o controle de potência:
Nível TX MS_a == Nível TX MS_b == Nível ...
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Controle de Potência
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Time (ms)
Relativepower(dB)
Channel
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• Características da transmissão Uplink
– Interferência mutua
– Capacidade limitada pela interferência
– Efeito Near...
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• Características da transmissão downlink
– Interferência entre diferentes assinantes com ortogonalidade prejudicada...
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Classificação do controle de potência
• Classificação do controle de potência:
– Controle de potência de loop aberto...
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Visão Geral do Controle de potência de loop
aberto
• Finalidade
– UE estima a perda de potência de sinais no trajeto...
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• A desvantagem do controle de potência de loop aberto
– Este método de controle de potência é vago
• Cenários de ap...
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Visão geral do controle de potência de loop
fechado
• As deficiências do controle de potência de loop aberto
– O val...
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Visão geral do controle de potência
Inner loopOuter loop
Control process:
BLERmea>BLERtar→SIRtar
BLERmea<BLERtar→SIR...
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Classificação do Handover
Hard handover
Soft handover
•Intra-frequency
hard handover
•Inter-frequency
hard handover
...
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Uma importante diferença entre uma componente de multipath e uma ramo do
SHO é que cada ramo no SHO é codificado com um...
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UE move-se
BS alvoBS servidora
tempo
Dados
recebidos/env
iados do/pelo
UE
“GAP” de comunicação
Hard handoverHard han...
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Soft Handover
• Características do soft handover
– Seamless handover: não há desconexão do radio access bearer.
– Pa...
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Softer Handover
• Para o soft handover, a combinação de múltiplos RL utiliza
maximum ratio combination (RAKE combina...
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Soft Handover
• Active set
– Inclui todas as células participantes em uma
conexão SHO de um terminal.
• Monitored Se...
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Realocação
SRNCSRNC
DRNCDRNC
SE uma UE estiver no estado de SHO e todos os Node Bs envolvidos pertencem
ao mesmo rad...
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Hard Handover
ou interfrequency HO
breakbreak--beforebefore--makemake handover;handover;
3GPP especificou o método c...
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Modo comprimido
O objetivo do modo comprimido e permitir que uma UE WCDMA possa
executar operações entre sistemas di...
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Posição dos intervalos de transmissão
Os intervalos de transmissão podem ser posicionados em qualquer ponto dentro
d...
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Estrutura do frame de DL comprimido
Existem duas estruturas de frame para DL no modo comprimido. A primeira
otimiza ...
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Estrutura do frame de UL comprimido
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Métodos para obtenção do TG
• Puncturing:
– A redução do número de bits transmitidos é obtida por
um processo de ext...
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IMT 2000 CDMA TDD
https://www.atis.org/atis/docstore/search.asp?committee=S24T1
http://pda.etsi.org/pda/home.asp?wki...
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WCDMA TDD
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Estrutura das Rajadas Tipo 1,2 e 3
Neste tipo de interface existem 3 tipos de rajadas com características e aplicaçõ...
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Posições dos bits de controle de DL/UL
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Evolução do Sistema WCDMA
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Fatores que influenciam a experiência do
usuário no WCDMA Release 99
Como qualquer tecnologia em telecomunicações, o...
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Ao contrário do que acontece durante a navegação na Internet, o mecanismo de
inicialização lento (slow start) do TCP te...
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Aumentando a capacidade do WCDMA
HSDPA
• Canal de transmissão compartilhado
• Enlace adaptativo (link adaptation)
• ...
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Canal de transmissão compartilhado e TTI
HSDPA é baseado na transmissão através de canais compartilhados, o que
sign...
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O WCDMA 3GPP Release 99 utiliza TTI de 10 ms, 20 ms ou 40ms no downlink.
Com o HSDPA, o TTI é reduzido para 2ms no down...
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Modulação de alta ordem
O WDCMA 3GPP Release 99 usa a modulação Quadrature Phase Shift Keying
(QPSK) para transmissã...
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Enlace adaptativo
As condições de propagação dos canais de rádio enlace encontradas em
diferentes comunicações de do...
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Despacho rápido
A funcionalidade de agendamento ou despacho rápido determina, num dado
instante, qual canal de trans...
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O objetivo desse mecanismo é transmitir os dados para os usuários nas condições
de propagação de canal mais favoráveis,...
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Retransmissão rápida e combinação suave
O equipamento de usuário (UE) pode rapidamente pedir a retransmissão de dado...
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Novos canais físicos
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Categorias de terminais HSDPA
O uso do HSDPA requer novos terminais ou equipamentos de usuário (UE). Um
UE compatíve...
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Categorias de terminais HSDPA
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Comparação entre HSDPA e HSUPA
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Além do HSDPA e HSUPA – LTE
Long Term Evolution
• Latência de 5ms com BW=5Mhz
• BW escalonada: 1.25Mhz, 2.5Mhz, 5Mhz...
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Técnicas aplicáveis - OFDM
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Técnicas aplicáveis - OFDM
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Técnicas aplicáveis – SC FDMA
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Cap 2 introdução ao sistema wcdma

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Cap 2 introdução ao sistema wcdma

  1. 1. 1 1 Introdução ao sistema WCDMA Prof. MSc. Daniel Andrade Nunes danielnunes@inatel.br ICC – Inatel Competence Center Educação Continuada
  2. 2. 2 2 Sistema celular GSM
  3. 3. 3 3 PCU Rede GPRS/EDGE BSC MSC/VLR ISDN SGSN MTTE MS Abis GGSN IP Internet IP LAN corporati va X-25 Outras PLMN’s EIR HLR/ AUC Backbone IP (corporatica) A Gb Gf Gs(MAP) Gn Gn Gr(MAP) Gc(MAP) Gi Gp (ip) Gb – interface entre SGSN e BSC (FR). Gi – ponto de referência entre GPRS e redes externas. Gs – interface entre SGSN e MSC. Gr – interface entre WGSN e HLR. Gc – interface entre GGSN e HLR. Gn – interface entre dois GSN’s dentro da mesma PLMN. Gp – interface entre dois GSN’s de PLMN’s diferentes. Gf – interface entre SGSN e EIR O GPRS é logicamente implementado em cima de uma estrutura GSM, através da adição de dois novos nós: o SGSN (Serving GPRS Support Node) e o GGSN (Gateway GPRS Support node). Inúmeras novas interfaces são necessárias para a interoperabilidade deste novo serviço. O Serving GPRS Support Node (SGSN) está no mesmo nível hierárquico que a MSC do ponto de vista das MS’s, mantendo dados relacionados às MS’s tais como: localizações individuais dos assinantes, funções de segurança e controle de acesso. O SGSN é conectado ao BSS via Frame Relay. O outro elemento necessário é o gateway GSN (GGSN) que disponibiliza interworking com redes comutadas por pacotes externas, sendo conectado ao SGSN via backbone GPRS, baseado em Ip (corporativo). O par SGSN e GGSN formam o GSN (GPRS Support Node), que possui todas as funcionalidades necessárias para suportar o GPRS. Estas funcionalidades podem estar implementadas em um mesmo nó físico, ou em nós diferentes distantes geograficamente. Tanto o SGSN quanto o GGSN possuem funções de roteamento IP, e assim são interconectados com roteadores IP. Quando o SGSN e o GGSN estiverem em PLMN’s diferentes, a interconexão entre eles é feita através da interface Gp , que possui as mesmas funções da interface Gn, somadas à funções de segurança necessárias para comunicação entre PLMN’s.
  4. 4. 4 4 Utiliza dois esquemas de modulação, o GMSK e o 8PSK. I Q 1 baud (Símbolo) = 3 bits 3 358 26 58 TSdados dadosflags flags Taxa Máxima por Time Slot Txmáx = 3*4*116 bauds / 20 ms Txmáx = 69,6 Kbps EDGE = Enhanced Data Rates for GSM Evolution EGPRS = Enhanced GPRS
  5. 5. 5 5 CDMA one
  6. 6. 6 6 CDMA 2000
  7. 7. 7 7 Resumo dos sistemas celulares 2G/2,5G Voz ou dadosvozVoz e dadosdadosvozUso principal CDMACMDATDMATDMATDMATécnica de acesso simnãosimsimsim simsimsimsimsim Controle de potência UL DL 1,2288 Mcps1,2288 Mcps270 ksps270 kbps270 kbpsTaxa de modulação QPSKBPSKGMSK/8PSKGMSKGMSKModulação 1250 MHz1250 MHz200 kHz200 kHz200 kHzCanalização FDDFDDFDDFDDFDDDuplexação PSCSCS/PSPSCSAlocação dos recursos cdma 2000cdma-oneEDGEGPRSGSMParâmetros do sistema
  8. 8. 8 8 IMT 2000 Sistemas de Comunicações Móveis de Terceira Geração • Até 1997: FPLMTS - Future Public Land Mobile Telecommunications Systems; • Aspectos das tecnologias de transmissões de rádio: ITU-R; • Aspectos de rede (sinalização, serviços, numerações e identidades, qualidade de serviço, segurança e operação e manutenção) ITU-T; “International Telecommunications Union-Radio Communication Sector (ITU-R) undertook the task of defining a set of recommendations for International Mobile Telecommunication in the year 2000 (IMT-2000)” IMT-2000 é a sigla para International Mobile Telecommunications - year 2000. MT-2000 é a concepção elaborada pela ITU - International Telecommunication Union - de um conjunto de soluções tecnológicas que permitirão a implementação e integração harmoniosa das comunicações sem fio de Terceira Geração (3G). Na imprensa a sigla IMT-2000 é usada tanto para referenciar esta concepção, como para designar o grupo de estudo que trata de sua implementação quanto para designar o padrão (conjunto de especificações) a ser seguido no estabelecimento concreto das comunicações da 3G.
  9. 9. 9 9 •Espectro de frequências mundialmente comum (1,8 a 2,2 GHz); •Multiplos ambientes de rádio (celular, cordless, satellite. LANs); •Vários serviços de telecomunicações (dados, voz, multimidia e internet); •Características de rádio flexíveis (aumento na eficiência espectral); •Taxas de dados de até 2 Mbps (fase 1 para ambientes indoor); •Roaming global transparente; •Segurança e performance melhoradas; •Integração entre sistemas satélites e celulares; Visão IMT-2000 Mundo Macro cell Micro cell Pico cell Zona 1: dentro de prédios Zona 2: urbana Zona 3: suburbana Zona 4: global -UTRA- 2Gs: redes de satélites rede fixa e móvel públicas rede fixa e residencial privada TDD FDD A visão do sistema IMT 200 e suas capacidades é resumida na figura do slide acima. Esta ilustra as capacidades disponibilizadas que significam significantes melhorias sobres os sistemas de comunicações móveis atuais, especialmente em termos de mobilidade irrestrita para os usuários e suporte a serviços com altas taxas de dados, multimídia e internet.
  10. 10. 10 10 Evolução dos sistemas móveis rumo à 3G
  11. 11. 11 11 Espectro de Rádio para o IMT 2000 Atividades no IMT 2000 iniciaram pelo ITU baseados em um forte desejo dos membros do ITU para o desenvolvimento de padrões mundiais para um sistema de telecomunicações móveis mundial. Para se alcançar este objetivo, a disponibilidade de um espectro de frequências mundialmente comum é essencial. Baseados em estudos no ITU-R, o Wolrd Administrative Radio Conference (WARC), o corpo responsável pela alocalçao e administração das frequências de rádio a um nível internacional, identificou 230 MHz de espectro total Para o IMT 2000 em sua conferência de 1992 (WARC-92). Esta alocação também incluiu espectro para a componente satélite. Sistemas atendendo grandes áreas terrestres, como sistemas celulares e aplicações via satélite necessitam de pares de bandas para transmissões por divisão em freqüência (FDD – Frequency Division Duplexing), mas sistemas de baixo alcance usado para aplicações indoor e de pedestres podem utilizar bandas assimétricas com transmissões com divisão no tempo (TDD). Para a prevenção de assimetria de trafego e a resultante perda na eficiência espectral , uma combinação de transmissões TDD e FDD pode ser utilizada. Para se maximizar a capacidade do sistema, enquanto mantém a flexibilidade, a divisão ótima para a alocação de bandas simétricas e assimétricas devem ser consideradas cuidadosamente.
  12. 12. 12 12 Espectro de Rádio para o WCDMA
  13. 13. 13 13 Espectro de Rádio para o WCDMA
  14. 14. 14 14 Radio Transmission Technologies RTT – necessidades gerais • Velocidade de locomoção (de baixa a alta mobilidade); • Densidade de usuários (centro de cidades a áreas remotas); • Ambiente físico (indoor, urbano, suburbano, rural, marítimo, e aeronáutico); • Cobertura (contínua, ou ilhas); • Modo de acesso (terrestre ou satélite); • Alta flexibilidade; • Custo efetivo baixo em todos os ambientes de operação; • Projeto mundialmente comum; • Operação dentro das bandas de frequências indicadas pelo IMT-2000. Necessidades gerais para o acesso de Radio IMT-2000: Contrário à segunda geração de sistemas celulares, que normalmente são otimizados para a comutação de circuitos, o IMT-2000 objetiva a implementação de diferentes tipos de acessos de rádio, para uma larga faixa de aplicações de serviços de telecomunicações, operando em diferentes tipos de ambientes. Diferentes fatores impactam na escolha das tecnologias candidatas para as técnicas de acesso de rádio, sendo que algumas destas são apresentadas no slide acima.
  15. 15. 15 15 •• Eficiência espectral;Eficiência espectral; • Complexidade da tecnologia; • Qualidade de serviço; • Flexibilidade; • Impacto nas interfaces de rede; • Impacto na performance e capacidade nos terminais transportáveis; • Eficiência de cobertura; • Eficiência de potência. Radio Transmission Technologies RTT – critérios para seleção
  16. 16. 16 16 RTTs empregadas pelo IMT- 2000 Digital Enhanced Cordless TelecommunicationsETSIDECT Universal Wirelss Communications, evolução do IS – 136TIA TR 45.3UWC-136 Time division synchronous CDMACATTTD-SCDMA Asynchronous DS-CDMATTACDMA II Multiband Synchronous DS-CDMATTACDMA I Wideband CDMA, alinhado com a proposta UTRATIP1-ATIS (USA)NA-WCDMA Wireless multimedia and messaging services wideband CDMA TIA TIA TR46.1WINS W-CDMA Wideband CDMA, evolução do IS-95TIA TR45.5cdma 2000 Similar à proposta do ETSIARIBW-CDMA Wideband CDMA. Acesso de radio terrestre UMTSETSIWCDMA-UTRA DescriçãoOrigemProposta
  17. 17. 17 17 Parâmetros de três propostas WCDMA Curto/longoCurto/longoCurto/longoCódigos de espalhamento CLPC – 0,8 Ks/s OLPC CLPC- 1,6 Ks/s OLPC CLPC – 1,6 Ks/s OLPC - Controle de potência DL/UL VSF + Múltiplos códigos VSF + Múltiplos códigos + múltiplos slots VSF + Múltiplos códigos + múltiplos slots Adaptação de taxas QPSK/BPSKQPSK/BPSK(FDD) QPSK (TDD) QPSK/BPSK(FDD) QPSK(TDD) Modulação DL/UL Síncrono ULAssíncrono/ SíncronoAssíncrono/ SíncronoSincronismo 20 ms10 ms (opcional 20 ms)10 msQuadro 1,024 * (1,3, 6, 12)960 * (1,4, 8, 16)960 * (1,4, 8, 16)Taxa de chips (Mcps) 1,25/5/10/20 MHz1,25/5/10/20 MHz1,25/5/10/20 MHzBW canal FDDFDD/TDDFDD/TDDMétodo duplex WBDS-CDMAWBDS-CDMAWBDS-CDMAAcesso Cdma 2000 (USA)W-CDMA (Japão)W-CDMA (Europa) Parâmetro
  18. 18. 18 18 Serviços e Capacidades de rede • Suporte a serviços comutados por circuitos e por pacotes, a 384384 KbpsKbps para ambientes de rádio pedestrespedestres; • Suporte a serviços comutados por circuitos e por pacotes até 20482048 KbpsKbps para ambientes de rádio indoorindoor; • Interoperabilidade e roaming entre os sistemas da família IMT- 2000; • Portabilidade de serviços e suporte a ambientes virtuais; • Terminais e serviços multimídia; • Separação dos canais de serviços e controle das conexões; • Chamadas em emergência; • Serviços de localização e posicionamento; • Autenticação e criptografia dos usuários;
  19. 19. 19 19 IS 95-A (CDMA) IS 95-B IS.136 GSM GSM GPRS cdma2000 1X RTT 1xEV-DO (Fase 1)Voz 64 Kbps - Pacotes 153 kbps - Pacotes 2.4 Mbps - Pacotes cdma2000 3X RTT 384+ kbps - Pacotes EDGE W-CDMA (UMTS) High Capacity Voice > 384 kbps – Pacotes New RF 1xEV-DV (Fase 2) W-CDMA (Japan) ……1995 1999 2000 2001 2001995 1999 2000 2001 2002 20032 2003 dados 171kbps - Pacotes Evolução dos Sistemas Celulares para 3G
  20. 20. 20 20 Business Case
  21. 21. 21 21 Releases
  22. 22. 22 22 Características do sistema W-CDMA
  23. 23. 23 23 Arquitetura UMTS
  24. 24. 24 24 Arquitetura UTRAN
  25. 25. 25 25 Arquitetura GERAN UTRAN
  26. 26. 26 26 Arquitetura da Rede de Acesso A figura acima mostra a arquitetura de protocolos da interface de rádio. De uma forma geral, a arquitetura do protocolo é similar à arquitetura utilizada pelo ITU- R. A camada 2 é dividida em duas subcamadas: RLC (Radio Link Control) e MAC (Medium Access Control). A camada 3 (L3) e o RLC são divididos nos planos de controle (C-plane) e plano do usuário (u-plane). No plano de controle, a L3 é parcionada em subcamadas onde a mais baixa subcamada, denotada RRC (Radio Resource Control), se comunica com a L2. As camadas mais altas tais como MM (Mobile Management) e CC (Call control) são assumidas como parte da rede núcleo (CN).
  27. 27. 27 27 Estados RRC do UE
  28. 28. 28 28 Identidades UTRAN • PLMN Identity • CN Domain Identifier • RNC Identifier • Service Area Identifier • Cell Identifier • UE Identifiers – Radio Network Temporary Identities (RNTI) 1) Serving RNC/BSS RNTI; 2) Drift RNC/BSS RNTI; 3) Cell RNTI RNTI; 4) UTRAN/GERAN RNTI; 5) DSCH RNTI; 6) HS-DSCH RNTI; 7) E-DCH RNTI
  29. 29. 29 29 Modos UTRAN FDD e TDD • Pequenas diferenças para a camada 1: • Chip rate = 3,84 Mcps • Quadro com 10 ms; • 15 time slots/quadro; • Spreading Factor FDD: 4 a 512 DL & 4 a 256 UL; • Spreading Factor TDD: 1 a 16 DL & UL
  30. 30. 30 30 Estrutura de quadro WCDMA 38400 chips
  31. 31. 31 31 Conceitos de Canais UTRAN • Canais Físicos = freqüência + código de espalhamento – Modo TDD = também se define um slot no tempo; • Canais de Transporte = utilizado na interface entre layer 1 e layer 2; – Define comocomo os dados são transmitidos na interface aérea; •• ComunsComuns ou dedicadosdedicados. • Canais Lógicos = utilizado dentro da layer 2; – Define os tipostipos de dados a serem transmitidos. •• DadosDados de aplicações ou controlecontrole.
  32. 32. 32 32 Interface de rádio WCDMA – tipos de canais
  33. 33. 33 33 Canais Lógicos Existem na interface entre a pilha de protocolos MAC & RLC DTCH CTCH tráfego controle BCCH PCCH DCCH SHCCHCCCH (TDD) • Broadcast control channel (BCCH) Canal comum de downlink; Broadcasts informações do sistema e específicas de célula • Paging control channel (PCCH) Canal de Downlink; Transfere informações de buscas e algumas outras notificações • Dedicated control channel (DCCH) Canal ponto a ponto Bidirecional; Transfere informações de controle dedicadas • Common control channel (CCCH) Canal ponto-multiponto bidirecional; Transfere informações de controle. • Shared channel control channel (SHCCH) Bidirecional; Transfere informações de controle para canais compartilhados no uplink e downlink; Somente válido para modo TDD.
  34. 34. 34 Dedicated traffic channel (DTCH) Canal ponto a ponto Bidirecional; Transfere informações dos usuários. • Common traffic channel (CTCH) Canal ponto – multiponto de downlink; Transfere informações dedicadas a um grupo de usuários
  35. 35. 35 35 DSCHHS-DSCH USCH Canais de Transporte DCH dedicadoscomuns BCH PCH RACHFACH CPCH (FDD) (TDD) • Broadcast channel (BCH) Canal de downlink para broadcast de informações do sistema e célula. • Paging channel (PCH) Canal de downlink usado para a transmissão de paging e notificações.Transmissão associada com a transmissão de indicadores de paging no canal físico PICH. • Random access channel (RACH) Canal de uplink baseado e contenções. Usado para o acesso inicial ou controle de dedicado ou tráfego non-real-time. O tamanho do campo de dados é limitado. • Common packet channel (CPCH) Canal baseado em contenções para a transmissão de tráfego de dados em rajadas. É um canal de uplink; somente válido para o modo FDD • Forward access channel (FACH) Canal de downlink comum. Pode transportar pequenos volumes de dados de usuários. • Downlink shared channel (DSCH) Canal de downlink compartilhado por várias UEs. Usado para dados de controle de tráfego dedicados. É associado com um DCH.
  36. 36. 36 • High-speed downlink shared channel (HS-DSCH) Canal de downlink compartilhado por várias Ues, otimizado para a transferência de dados a altas taxas de trransferência. Emprega um eficiente esquema de adaptação de enlace ( quadro HSDPA é 2 ms contra versus 10 ms de outros canais). Associado com um DCH, e até 4 HS-SCCHs. Somente disponível à partir da Release 5. • Uplink shared channel (USCH) Canal de uplink compartilhado por várias UEs. Transporta controle ou dados dedicados. Somente disponível no modo TDD. O único tipo de canal de transporte dedicado é: • Dedicated channel (DCH) Somente utilizado por uma única UE. Bidirecional.
  37. 37. 37 37 Canais Físicos Synchronization channel (SCH) Common pilot channel (CPICH) Primary common control physical channel (P-CCPCH)) Physical downlink shared channel (PDSCH) Paging indicator channel (PICH) Acquisition indicator channel (AICH) CPCH Access preamble acquisition indicator channel (AP-AICH) CPCH status indicator channel (CSICH) High-speed physical downlink shared channel (HS-PDSCH) Shared control channel for HS-DSCH (HS-SCCH) SCH HS-SCCH AP-AICH AICH PDSCH Downlink HS-SCCH CPICH HS-PDSCH P-CCPCH PICH (FDD) CSICH Existem duas formas de se utilizar o espectro alocado para o UTRAN. No modo FDD, os canais de uplink e downlink possuem bandas distintas, e assim cada direção possui uma freqüência de portadora dedicada. No modo TDD, existe somente um banda de freqüência, que é dinamicamente dividida no tempo para uplink e downlink. canais Físicos FDD Downlink • Synchronization channel (SCH) Utilizado para a busca de células. Dois sub-canais, primário e secundário SCH, são somente transmitidos nos primeiros 256 chips (um décimo) de cada time slot. • Common pilot channel (CPICH) Possui uma taxa fixa de 30 Kbps. Transporta uma seqüência de bits pré-definida, podendo ser de dois tipos: primário e secundário CPICH: Primary CPICH (P-CPICH) é a referência de fase para SCH, primary CCPCH, AICH, e PICH, e a referência padrão para outros canais físicos de downlink. Secondary CPICH (S-SPICH) pode ser a referência para o downlink DPCH, e para o PDSCH associado. A sua presença em uma célula é opcional.
  38. 38. 38 • Primary common control physical channel (P-CCPCH) taxa Fixa de 30 Kbps. Transporta BCH, não sendo transmitido durante os 256 chips de cada timeslot. • Secondary common control physical channel (S-CCPCH) Taxa variável. Transporta FACH e PCH, que podem ser mapeados no mesmo canal ou separadmamente. Transmitido somente quando existe dados disponíveis • Physical downlink shared channel (PDSCH) Transporta DSCH (downlink shared channel). É sempre associado com um DPCH de downlink, o qual transporta as suas informações de contreo • Paging indicator channel (PICH) Transporta indicadores de page, indicando a presença de uma mensagem de busca no PCH. • Acquisition indicator channel (AICH) Carrega indicadores de aquisição (= assinaturas para o procedimento de acesso aleatório). • CPCH Access preamble acquisition indicator channel (AP-AICH) Transporta indicadores de aquisição do CPCH associado. • CPCH status indicator channel (CSICH) Informações do estado do CPCH. • CPCH Collision-detection/channel-assignment indicator channel (CD/CA-ICH) indicadores de detecção de colisões (collision detection) se o CA (channel assignment) não estiver ativo ou ambos indicadores CD e CA aoi mesmo tempo se CA estiver ativo. Note que os três últimos canais são canais de controle para o uplink. • High-speed physical downlink shared channel (HS-PDSCH) Transporta HS-DSCH. Pode utilizar QPSK ou 16 QAM. Um quadro HS- PDSCH possui a dutação de 2 ms, consistindo de 3 time slots. Sempre utiliza o fator de espalhamento igual a 16. Uma UE pode utilizar´vários HS-PDSCH simultaneamente. • Shared control channel for HS-DSCH (HS-SCCH): carrega sinalização de downlink referente ao HS-DSCH. Indica quando uma UE tem dados a receber pelo HS-DSCH. Taxa de TX fixa de 60KBPS (SF=128). O UE pode monitorar ate 4 HS-SCCH.
  39. 39. 39 39 Canais Físicos Uplink PRACH PCPCH HS-DPCCH Downlink & Uplink DPCH DPCCH Dedicated physical data channel (DPDCH) Dedicated physical control channel (DPCCH) Physical random access channel (PRACH) Physical common packet channel (PCPCH) Uplink dedicated control channel for HS-DSCH (HS-DPCCH) Downlink and Uplink • Dedicated physical data channel (DPDCH) Transporta DCH (dedicated channel), carregando dados gerados na camada 2 e superiores. • Dedicated physical control channel (DPCCH) Transporta informações de controle na camada 1. Note que no uplink estes dois canais são multiplexados nos ramos I/Q, mas no downlink são multiplexados no tempo. Algumas vezes, o DPDCH e DPCCH juntos são uma entidade conhecida como canal físico dedicado (dedicated physical channel -DPCH). Uplink • Physical random access channel (PRACH) transporta RACH. Utiliza a técnica slotted ALOHA com indicadores de aquisição rápida • Physical common packet channel (PCPCH) transporta CPCH (common packet channel). Utiliza técnica DSMA-CD com indicador de aquisição rápida. • Uplink dedicated control channel for HS-DSCH (HS-DPCCH) Transporta informação de realimentação HSDPA(HARQ acknowledgements e inidcadores de qualidade de canal. É multiplexado com um DPCCH, utilizando SF=256.
  40. 40. 40 40 Estrutura dos canais dedicados de UL
  41. 41. 41 41 Estrutura dos canais dedicados de DL
  42. 42. 42 42 Mapeamento de canais físicos Logical channels Transport channels Physical channels BCCH BCH P-CCPCH FACH S-CCPCH PCCH PCH S-CCPCH CCCH RACH PRACH FACH S-CCPCH CTCH FACH S-CCPCH DCCH, DTCH DCH DPDCH HS-DSCH HS-PDSCH RACH, FACH PRACH, S-CCPCH O diagrama pertinente ao slide acima representando mapeamento dos tipos de canais entre si. Existem muitos canais físicos, especialmente no downlink FDD, que não são mapeados em nenhum canal de transporte. Isto se deve porque alguns tipos de canais que indicam alguma característica par o canal físico receptor em um esquema unidirecional. Esta informação não é pertinente a camadas mais altas, e assim não se torna necessário o mapeamento destes canais em qualquer tipo de canal de transporte.
  43. 43. 43 43 Funções da camada Física • 01. CodificaCodificaçção/decodificaão/decodificaççãoão FEC para canais de transporte; • 02.Medidas.Medidas de rádio e indicações para camadas superiores; • 03. Distribuição e combinação de mmacrodiversidadeacrodiversidade (s(soft handover); • 04. DetecDetecçção de erão de errosros nos canais de transporte; • 05. MultiplexagemMultiplexagem de canais de transporte e demultiplexagemdemultiplexagem de canais de transporte compostos; • 06. AdaptaAdaptaçção de taxasão de taxas; • 07. Mapeamento de canais lMapeamento de canais lóógicos em canais fgicos em canais fíísicossicos; • 08. ModulaModulaçção, espalhamento/demodulaão, espalhamento/demodulaçção e deão e de--espalhamentoespalhamento de canais físicos; • 09. Sincroniza. Sincronizaççãoão de tempo e freqüência; 10. Controle de potênciaControle de potência de Loop fechado; 11. Power weightingPower weighting e combinação de canais físicos; 12. Processamento de RF; 13. Alinhamento no tempoAlinhamento no tempo nos canais de uplink (TDD only);
  44. 44. 44 44 10、20、40 or 80ms data data data TrCH-i dataCRC dataCRC dataCRC dataCRCdataCRC dataCRCd a t aCBL CBL CBL 0、8、16 or 24bits Size Z= 512-Ktail ,Conventional code 5120-Ktail ,Turbo code CedBL CedBL CedBLCoded data Channel CodingRate matched data Rate matched data DTX or or Data before 1st interleavingData after 1st interleaved Radio frame Radio frame Radio frame Number of Rado frame:1、2、4 or 8 TrCH-1 TrCH-2 TrCH-ICCTrCHTrCH-1 TrCH-2 TrCH-I DTXCCTrCH Ph-1 Ph-2 Ph-P 10ms 10msPh-1 Ph-2 Ph-P TPC TFCI pilot Spreading Scrambling Spreading Scrambling Spreading Scrambling TrCH-i+1 data1 data2 TPC TFCI pilotdata1 data2 TPC TFCI pilotdata1 data2 Multiplex dos canais de transporteMultiplex dos canais de transporte
  45. 45. 45 45 Utilização dos códigos
  46. 46. 46 46 Códigos de canalização • Códigos OVSF são utilizados como códigos de canalização, mantendo a ortogonalidade entre os canais físicos • São descritos como Cch,SF,k Onde SF é o fator de espalhamento do código e k é o número do código, 0 ≤ k ≤ SF-1. SF = 1 SF = 2 SF = 4 Cch,1,0 = (1) Cch,2,0 = (1,1) Cch,2,1 = (1,-1) Cch,4,0 =(1,1,1,1) Cch,4,1 = (1,1,-1,-1) Cch,4,2 = (1,-1,1,-1) Cch,4,3 = (1,-1,-1,1)
  47. 47. 47 47 Taxa de bits versus spreading factor
  48. 48. 48 48 Código de scrambling primário Códigos de scrambling para canais físicos de downlink Conjunto 0 Conjunto 1 … Conjunto 511 Primary scrambling code 0 …… Secondary scrambling code 1 Secondary scrambling code 15 Primary scrambling code 511××××16 …… Secondary scrambling code 511××××16++++15 8192 scrambling codes 512 sets ……Um código de scrambling primário e 15 códigos de scrambling secundários são incluídos em um set.
  49. 49. 49 49 Grupo de códigos de scrambling primários Códigos de scrambling primários para canais físicos de downlink Grupo 0 … Primary scrambling code 0 …… Primary scrambling code 8*63 …… Primary scrambling code 63*8++++7 512 códigos de scrambling primários …… Grupo 1 Grupo 63 Primary scrambling code 1 Primary scrambling code 7 64 grupos de códigos de scrambling Cada grupo consiste de 8 códigos de scrambling primários
  50. 50. 50 50 • Existem 512 códigos de scrambling primários divididos em 64 grupos com 8 códigos em cada • Cada célula do sistema aloca somente um código de scrambling primário • O UE descobre o grupo de códigos de scrambling pelo SCH • O UE sabe, dentro do grupo indicado pelo SCH, qual é o código de scrambling específico da célula pelo canal CPICH Grupo de códigos de scrambling primários
  51. 51. 51 51 Modulação/Demodulação Espalhamento/De-espalhamento Data bit OVSF code Scrambling code Chips after spreading Espalhamento é uma importante e bem complexa tarefa. Existem duas famílias de códigos de espalhamento: códigos ortogonais e pseudo-aleatórios (também chamados de códigos PN). Estes possuem diferentes propriedades sendo que ambos os tipos de códigos são utilizados no sistema UTRAN. Espalhamento significa em aumento na largura de faixa do sinal além da largura de faixa normalmente necessária para acomodar a informação. O processo de espalhamento no UTRAN consiste de duas operações ou passos separados canalização e embaralhamento (scrambling). O uso dos códigos de espalhamento são ligeiramente diferentes no uplink e no downlink. A canalização transforma cada símbolo de dados em vários chips. A taxa (número de chips por símbolo) é conhecido como fator de espalhamento. Símbolos de dados nos ramos I e Q são multiplexados com um código de canalização. Estes códigos são códigos ortogonais, o que significa que em um ambiente ideal, estes códigos não interferem entre si. Entretanto, a ortogonalidade somente pode ser alcançada se os códigos estiverem sincronizados no tempo. Desta forma, estes códigos pode ser utilizados no downlink para a separação de diferentes usuários em uma célula, mas no up-link somente podem ser utilizados para a separação de canais de um único usuário. Estes não podem ser utilizados pela base para a distinção de usuários separados, pois todos os móveis não possuem sincronismo entre si, e desta forma, os códigos não podem ser ortogonais.
  52. 52. 52 52 Modulação de Uplink • Taxa de Chip = 3,84 Mcps Sequências das operações de Espalhamento complexos
  53. 53. 53 53 Modulação de Downlink Canais físicos de Downlink, exceto SCH Canais utilizando QPSK: CPCH,CPICH, CSICH, PICH, PDSCH, HS-SCCH e DPCH. A figura acima ilustra a operação de espalhamento para os canais físicos, exceto o SCH. O comportamento da modulação será diferente entre as modulações QPSK e 16 QAM. Para a modulação QPSK, cada par de dois símbolos consecutivos é primeiramente convertido serial para paralelo e mapeados nos ramos I e Q. Símbolos pares são mapeados no ramo I e símbolos pares são mapeados no ramo Q. Os ramos I e Q são ambos mapeados para a taxa de chips pelo código de canalização de valor real Cch,SF,m
  54. 54. 54 54 Medidas de Rádio e indicações a camadas superiores • Received signal code power (RSCP); • Received signal strength indicator (RSSI); • Ec/No; • Block error rate (BLER); • UE transmitted power; • UE Rx-Tx time difference; • Observed time difference to GSM cell; • UE GPS timing of cell frames for UE positioning; Medidas na UEMedidas na UE Medidas na UTRANMedidas na UTRAN • Received total wide band power; • SIR; • Transmitted carrier power; • Transmitted code power; • Bit error rate (BER); • Round-trip time (RTT); • UTRAN GPS par ao posicionamento das UE; • atraso na propagação PRACH/PCPCH; •Detecção de preâmbulos PCPCH de acesso; •reconhecimento de preâmbulos PCPCH de acesso; Os resultados das medidas são indicadas para as camadas superiores. Estas medidas são tipicamente controladas pela RRC na UE (User Equipment), que recebe as informações d e controle necessárias da UTRAN em mensagens de controle de medidas. Tanto nos modos livres, quanto nos modos conectados, estas mensagens são trocadas. O RRC também pode explicitamente solicitar que a camada física execute certas medidas, ou pode estabelecer certas condições para o processo de medidas.Algumas medidas são contínuas e são executadas periodicamente quando a camada física estiver em determinado estado. Algumas possíveis medidas são apresentadas no slide acima.
  55. 55. 55 55 Controle de Potência Sem o controle de Potência Com o controle de potência: Nível TX MS_a == Nível TX MS_b == Nível TX MS_c Nível RX MS_a << Nível RX MS_b << Nível RX MS_c Nível TX MS_a > Nível TX MS_b > Nível TX MS_c Nível RX MS_a = Nível RX MS_b = Nível RX MS_c Existem dois tipos básicos de controle de potência: open loop e closed loop. A técnica de controle de potência de loop aberto necessita que a entidade transmissora meça a interferência do canal e ajuste a sua potência de transmissão apropriadamente. Isto pode ser executado rapidamente, mas o problema é que a estimativa de interferência é executa no sinal recebido, e o sinal transmitido provavelmente utiliza uma portadora diferente. Como o desvanecimento rápido de uplink e downlink não são correlacionados , este método permite que o valor de exato de potência esteja próximo de um valor médio. No modo TDD, por utilizar a mesma portadora para uplink e donwlink, o controle de potência de loop aberto alcance uma precisão adequada. Na técnica de controle de potência de loop fechado, as medidas são executadas pelo outro lado da conexão na estação base, e o resultado sãop enviados de volta para a estação móvel, para que esta possa ajustar a sua potência de transmissão. Este método disponibiliza resultados muito melhores do que o método do loop aberto, mas não pode reagir a mudanças rápidas nas condições do canal. O exposto é o controle de potência de uplink, mas a mesma técnica pode ser empregada no donwlink.
  56. 56. 56 56 Controle de Potência 0 200 400 600 800 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 Time (ms) Relativepower(dB) Channel Transmitted power Received power
  57. 57. 57 57 • Características da transmissão Uplink – Interferência mutua – Capacidade limitada pela interferência – Efeito Near-far – Desvanecimento • Controle de potencia Uplink – Assegurar a qualidade de uplink com mínima transmissão de potencia – Diminuir a interferência para outra UE, e incrementar a capacidade – Solucionar o efeito Near-far – Economizar energia do UE Finalidade do Controle de potência de uplink
  58. 58. 58 58 • Características da transmissão downlink – Interferência entre diferentes assinantes com ortogonalidade prejudicada pelo meio de propagação. – Interferência proveniente de outras células adjacentes – Capacidade de dowlink é limitada pela potencia de transmissão do NodeB – Desvanecimento • Controle de potencia Downlink – Assegurar a qualidade do downlink com mínima transmissão de potencia – Diminuir a interferência entre UE, e incrementar a capacidade – Economizar energia do NodeB Finalidade do Controle de potência de downlink
  59. 59. 59 59 Classificação do controle de potência • Classificação do controle de potência: – Controle de potência de loop aberto – Controle de potência de loop fechado • Uplink inner power control • Downlink inner-power control • Uplink outer power control • Downlink outer power control
  60. 60. 60 60 Visão Geral do Controle de potência de loop aberto • Finalidade – UE estima a perda de potência de sinais no trajeto da propagação medindo os sinais de downlink, então calcula a potência de transmissão de canal de uplink • O principio do controle de potência de loop aberto – Desvanecimento rápido no canal de uplink/downlink – Desvanecimento de uplink/downlink são descorrelacionados.
  61. 61. 61 61 • A desvantagem do controle de potência de loop aberto – Este método de controle de potência é vago • Cenários de aplicação do controle de potência de loop aberto – Na região de uma célula onde o desvanecimento rápido é mais serio do que a perda de propagação – Controle de potência de loop aberto é admitido somente no inicio do setup da conexão, geralmente é definido um valor inicial de potência. Visão Geral do Controle de potência de loop aberto
  62. 62. 62 62 Visão geral do controle de potência de loop fechado • As deficiências do controle de potência de loop aberto – O valor de potência decidido pelo controle de potência de loop aberto pode ser impreciso – Para o sistema WCDMA-FDD, o desvanecimento de uplink é descorrelacionado do desvanecimento no downlink devido ao grande espaçamento de freqüência entre eles. – Portanto, a estimativa da perda de percurso e da interferência feita no downlink pode não refletir corretamente as características do uplink. O controle de potência de loop fechado pode solucionar este problema. • Vantagens do controle de potência de loop fechado – Ajusta os valores de potência de uplink e downlink muito rapidamente, diminuindo a interferência no sistema. – Mantêm elevada a qualidade do serviço
  63. 63. 63 63 Visão geral do controle de potência Inner loopOuter loop Control process: BLERmea>BLERtar→SIRtar BLERmea<BLERtar→SIRtar Until to BLERmea=BLERtar SIRtar Control process: SIRmea>SIRtar→TPC=0 SIRmea<SIRtar→ TPC=1 Until to SIRmea=SIRtar TPC Control process : TPC=0 Power TPC=1 Power Controle de potência Inner loop Com TPC no DPCCH, o SIR pode ser assegurado ao nível target de SIR. Controle de pôtencia inner loop pode ser feito 1500 vezes em um segundo Outer loop power control Com o ajuste do SIR target value, BLER pode ser assegurado à exigencia de Qos BLERtar Garantia de QoS com potência mínima O UTRAN FDD utiliza um controle de potência de loop fechado rápido tanto no uplink e downlink. Neste método a relação sinal ruído (SIR -signal-tointerference ratio) é medido sobre o período de 667 ms (1 TS), e baseado neste valor, uma decisão é tomada a respeito de ter que se aumentar ou diminuir a potência de transmissão do outro lado da conexão. Os bits de controle de potência de transmissão (TPC - transmit power control) são enviados em cada time slot de uplink e downlink. Não existe sinal neutro e todos os sinais de controle de potência contêm um comando para se aumentar ou diminuir.
  64. 64. 64 64 Classificação do Handover Hard handover Soft handover •Intra-frequency hard handover •Inter-frequency hard handover •Inter-system handover Softer handover As estações móveis podem manter a conexão com a rede celular, quando estiver em deslocamento par auma outra célula. O procedimento no qual comuta uma conexão de uma dada célula para outra é conhecido como handover (HO) ou handoff. É possível que um HO não envolva a mudança de células e sim uma mudança dos recursos de rádio. HOs no CDMA são fundamentalmente diferentes dos HOs em um sistema TDMA. Enquanto que o HO em um sistema TDMA é um procedimento relativamente curto, esta situação em um sistema CDMA pode durar um grande tempo no Soft Handover (SHO). No SHO, um UE fica conectado simultaneamente a mais de uma estação base. O UE recebe as transmissões de downlink de duas ou mais estações base. Para este propósito deve ser empregado um dos ramos do receptor RAKE para cada um dos sinais das estações base, podendo este sinal ser comparado a um multiplo percurso. Do ponto de vista do UE, não existe muita diferença entre estar conectado a uma ou várias estações base; mesmo no caso de uma estação base, um EU deve estar preparado para receber várias componentes de múltiplos percursos do mesmo sinal utilizando o seu receptor RAKE. Como todas as estações base utilizam a mesma portadora em um SHO, um UE pode considerar os sinais como simplesmente componentes de multipercursos adicionais.
  65. 65. 65 Uma importante diferença entre uma componente de multipath e uma ramo do SHO é que cada ramo no SHO é codificado com um código de espalhamento diferente, enquanto que as compontens de multipath são versões atrasadas do mesmo sinal.
  66. 66. 66 66 UE move-se BS alvoBS servidora tempo Dados recebidos/env iados do/pelo UE “GAP” de comunicação Hard handoverHard handover • Características do hard handover: – HHO causa uma desconexão temporária em serviços de tempo real (RT) e não provoca perdas em serviços que não são de tempo real. – O UE deve ser equipado com dois receptores ou suportar modo comprimido (compressed mode) para efetuar medidas entre sistemas.
  67. 67. 67 67 Soft Handover • Características do soft handover – Seamless handover: não há desconexão do radio access bearer. – Para permitir um nível de recepção suficiente para manter a comunicação, os sinais recebidos de múltiplas células devem ser combinados a nível de símbolo quando o UE mover-se em áreas de bordas entre células. – O ganho de macro diversidade alcançado pela combinação de sinais recebidos no NodeB (softer handover) ou no RNC (soft handover) melhora a qualidade de sinal de uplink , diminuindo a potência de transmissão do UE. UE move-se BS alvoBS servidora tempo Dados recebidos/env iados do/pelo UE Nenhum “GAP” de comunicação
  68. 68. 68 68 Softer Handover • Para o soft handover, a combinação de múltiplos RL utiliza maximum ratio combination (RAKE combination) no downlink e selection combination no uplink. • Quando duas células envolvidas no soft handover pertencentes a um mesmo NodeB, maximum ratio combination pode ser utilizado no uplink. Neste caso o handover é softer handover. • Softer handover possui alta prioridade nos esquemas de handover pois maximum ratio combination possui um maior ganho em relação selection combination.
  69. 69. 69 69 Soft Handover • Active set – Inclui todas as células participantes em uma conexão SHO de um terminal. • Monitored Set – Este conjunto inclui todas as células que são continuamente monitoradas/medidas pelo UE e que não estejam incluídas no active set. • Detected Set
  70. 70. 70 70 Realocação SRNCSRNC DRNCDRNC SE uma UE estiver no estado de SHO e todos os Node Bs envolvidos pertencem ao mesmo radio network controller (RNC), o sinal será combinado neste RNC e então enviado pára a mobile services switching center (MSC) servidora. Se o SHO existe entre setores do mesmo Node B (softer handover), esta combinação será efetuada na próprio Node B. Na direção de downlink a divisão dos sinais é executadas nos pontos correspondentes. Se UE move-se para uma posição onde se encontre em SHO com Node Bs pertencentes a diferentes RNCs, os sinais estarão relacionados ao RNC âncora (RNC1), o qual combina os sinais e os envia para a MSC. RNC1 é definido com serving RNC (SRNC). Sempre existe somente um SRNC para cada UE que possua uma conexão para o UTRAN. O SRNC é o encarregado da conexão RRC entre o UE e o UTRAN. O relaying RNC (RNC2) é chamado de drift RNC (DRNC). Este disponibiliza os recursos de rádio para o SRNC quando a conexão entre o UTRAN e a UE necessita utilizar células controladas pelo DRNC. Neste exemplo de combinação de sinais das células 3 e 4 será efetuada no DRNC por default, mas o SRNC pode sobrepor esta condição e requisitar que todos os sinais serem enviados a ele sem nenhuma combinação. Pode existir vários DRNCs para uma conexão da UE com a rede.
  71. 71. 71 71 Hard Handover ou interfrequency HO breakbreak--beforebefore--makemake handover;handover; 3GPP especificou o método comprimido: compressed mode Um caso especial de HHO no UTRAN é o intermode handover (HO entre os modos FDD e TDD) Um terminal UMTS/GSM capaz é chamado dual-system terminal. HHOs são difíceis em sistemas CDMA, pois a MS deve transmitir e receber continuamente, não havendo tempo para medidas de outras portadoras de rádio. O 3GPP especificou um método conhecido como compressed mode. Neste, nem todos os intervalos de tempo no DL são utilizados para a transmissão de dados. A rede define um padrão de time slots que não serão utilizados para a transferência de dados, informando isto para os UEs. O uso do compressed mode é mandatório para Ues que não possuam receptores duais. Isto torna as medidas para os handovers intersystem e iterfrequency possível. Entretanto, o compressed mode resulta em uma performance mais pobre, pois menor volume de dados serão transmitidos na interface ar.
  72. 72. 72 72 Modo comprimido O objetivo do modo comprimido e permitir que uma UE WCDMA possa executar operações entre sistemas diferentes como GSM/GPRS/EDGE. Tais operações podem ser handover entre sistemas e aquisição de celulas de outros sistemas. Para isso, o UE WCDMA necessita de um período de inatividade para que o mesmo posa executar medições em células de outros sistemas. Tais intervalos são chamados de Transmission Gaps.
  73. 73. 73 73 Posição dos intervalos de transmissão Os intervalos de transmissão podem ser posicionados em qualquer ponto dentro de um frame ou mesmo entre dois frames distintos.
  74. 74. 74 74 Estrutura do frame de DL comprimido Existem duas estruturas de frame para DL no modo comprimido. A primeira otimiza o comprimento do intervalo de transmissão (TGL). A segunda estrutura otimiza o controle de potência.
  75. 75. 75 75 Estrutura do frame de UL comprimido
  76. 76. 76 76 Métodos para obtenção do TG • Puncturing: – A redução do número de bits transmitidos é obtida por um processo de extração de determinados bits – • Redução do SF: – Neste processo o SF dos canais a serem transmitidos antes e depois do TG é reduzido pela metade • Camadas superiores – As camadas superiores irao permitir que somente os TFC apropriados sejam usados
  77. 77. 77 77 IMT 2000 CDMA TDD https://www.atis.org/atis/docstore/search.asp?committee=S24T1 http://pda.etsi.org/pda/home.asp?wki_id=15749etsi http://www.cwts.org/imt2000/TDD/V5/ TDD-25201.docCWTS UTRA (Universal terrestrial radio access) TDD Duas versões para a taxa de chips: UTRA TDD 5 MHz de BW e 3,84 Mcps; TD-SCDMA 1,6 MHz de BW e taxa de chip de 1,28 Mcps Mesma arquitetura de rede e protocolos da interface de rádio do WCDMA FDD Esta interface de rádio é conhecida UTRA (Universal terrestrial radio access) TDD (Time Division Duplex), sendo um múltiplo acesso definido por códigos e intervalos de tempo (TD-SCDMA). As especificações UTRA TDD foram desenvolvidas com o objetivo de harmonização com a componente FDD, alcançando máxima comodidade. Isto é conseguido pelo uso de parâmetros chaves da camada física e conjunto de protocolos comuns a ambos os sistemas. As especificações TD-SCDMA foram originalmente desenvolvidas na China e introduzidas pelo CWTS. Na especificação atual, capacidades são incluídas permitindo a introdução de propriedades do TD- SCDMA em um conceito comum. No desenvolvimento desta interface de rádio, as especificações da rede núcleo (CN- Core Network) são baseadas no protocolo GMS-MAP, incorporando capacidades necessárias para operação com redes fundamentadas nas especificações ANSI-41. Existem duas versões para a taxa de chips: UTRA TDD com informação espalhada em aproximadamente 5 MHz de BW e 3,84 Mcps; e TD-SCDMA com espalhamento da informação em aproximadamente 1,6 MHz de BW e taxa de chip de 1,28 Mcps. A interface de rádio é definida de forma a disponibilizar uma variada faixa de serviços, podendo ser tanto comutados por circuitos quanto comutados por pacotes simultaneamente multiplexados em uma portadora única.
  78. 78. 78 78 WCDMA TDD
  79. 79. 79 79 Estrutura das Rajadas Tipo 1,2 e 3 Neste tipo de interface existem 3 tipos de rajadas com características e aplicações diferentes. O midamble tem funções de seqüência de treinamento, ou seja, servem para estimação do canal. As rajadas tipo 2 tem mais espaço para envio de dados uteis, entretanto possuem um midamble menor e erros na estimativa do canal podem ocorrer. O tipo 3 e usado apenas no uplink. Isto é devido ao fato de possuir um período de guarda maior, possibilitando menos colisões durante o procedimento de acesso do UE.
  80. 80. 80 80 Posições dos bits de controle de DL/UL
  81. 81. 81 81 Evolução do Sistema WCDMA
  82. 82. 82 82 Fatores que influenciam a experiência do usuário no WCDMA Release 99 Como qualquer tecnologia em telecomunicações, o desempenho para o usuário com o uso do HSPA dependedo tipo de serviço ofertado e do comportamento dos demais protocolos envolvidos na aplicação em uso. Por exemplo, o TCP (Transmission Control Protocol), que é o protocolo mais utilizado para os serviços de transporte de dados, foi originalmente projetado para redes com fios e possui mecanismos de inicialização lentos (slow start) e de controle de congestionamento (congestion-avoidance) que influenciam fortemente no desempenho. Uma avaliação completa do desempenho total de um serviço deve incluir esses mecanismos. Para serviços de navegação na Internet (web browsing), por exemplo, as taxas de dados são frequentemente limitadas pelo protocolo TCP e não pelas interfaces da rede sem fio (rede celular). A transmissão TCP ocorre através de rajadas de dados repentinas (bursts) seguidas por períodos de inatividade relativamente longos. Desta forma, a capacidade de rede exigida por um usuário que está navegando na Internet é relativamentebaixa. Para o usuário, o principal benefício oferecido pelo HSPA é que, para aplicações que transportam pequenas quantidades de dados através do TCP, o tempo de ida e volta dos dados é reduzido, graças ao mecanismo híbrido de requisição e repetição automática (fast hybrid-ARQ - Automatic Repeat reQuest) e ao intervalo de tempo de transmissão reduzido (short TTI – Transmission Time Interval).
  83. 83. 83 Ao contrário do que acontece durante a navegação na Internet, o mecanismo de inicialização lento (slow start) do TCP tem pouco ou nenhum impacto no tempo de download de um arquivo grande. No entanto, o desempenho para o usuário é em grande parte determinado pela capacidade de transporte do rádio enlace, como ilustrado na figura anterior. Um único usuário fazendo download de um arquivo grande pode ocupar uma parte significativa da capacidade total da Base Station (BS). Conseqüentemente, o uso acentuado da capacidade de transporte do sistema tem um impacto substancial no desempenho percebido pelo usuário quando ele estiver fazendo o download de arquivos grandes. Simulações mostram que, em um sistema com uso moderado da capacidade de transporte de dados, o HSPA pode reduzir para 1/20 o tempo de download de arquivos grandes e para 1/10 o tempo de upload de arquivos grandes. A latência fim-a-fim, que é o tempo médio de ida e volta para um pacote IP pequeno que trafega de um equipamento do usuário (user equipment – UE) através do sistema HSDPA até um servidor na Internet, é um componente crítico que afeta a percepção do usuário para as aplicações baseadas no protocolo TCP/IP. A latência tem sido medida em várias redes HSDPA que se encontram em operação comercial. A latência fim-a-fim média em uma rede comercial implantada com equipamentos de rede e rádio enlaces da Ericsson, por exemplo, ficou abaixo de 70 ms. Com a introdução total da tecnologia Enhanced Uplink nessa rede, a Ericsson prevê que essa latência será reduzida para menos de 50 ms.
  84. 84. 84 84 Aumentando a capacidade do WCDMA HSDPA • Canal de transmissão compartilhado • Enlace adaptativo (link adaptation) • Despacho rápido (fast scheduling) • Retransmissão rápida e combinação suave (soft-combining) • Modulação 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Um benefício adicional do HSPA é o aumento da capacidade da rede (throughput). Para a operadora, isto significa a redução do custo do bit trafegado. O HSPA aumenta a capacidade da rede de várias formas: • Canal de transmissão compartilhado, o que resulta em um uso eficiente dos recursos de codificação e potência do WCDMA. • Intervalo de tempo de transmissão reduzido (short TTI – Transmission Time Interval), o que diminui o tempo total de ida e volta da informação e melhora o rastreamento de variações rápidas dos canais. • Enlace adaptativo (link adaptation), o que maximiza o uso do canal e permite que a Base Station (BS) opere próxima de sua potência máxima. • Despacho rápido (fast scheduling), o que prioriza usuários que tenham as condições de canal mais favoráveis. • Retransmissão rápida e combinação suave (soft-combining), o que aumenta a capacidade do sistema. • Modulação 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation), o que proporciona altas taxas de transmissão de dados. Dependendo da rede implantada, a capacidade final, comparada com o padrão WCDMA 3GPP Release 99, é 5 (cinco) vezes maior no downlink e 2 (duas) vezes maior no uplink.
  85. 85. 85 85 Canal de transmissão compartilhado e TTI HSDPA é baseado na transmissão através de canais compartilhados, o que significa que alguns códigos de canal e a potência de transmissão da célula são usados como recursos comuns que são dinamicamente compartilhados entre os usuários nos domínios de tempo e de códigos. A transmissão através de canais compartilhados tem como resultado o uso mais eficiente tanto dos códigos de canal como da potência disponível do WCDMA, se comparado com o uso de canais dedicados do WCDMA 3GPP Release 99. O conjunto de códigos compartilhados que pode ser usado para mapear o HS- DSCH é composto por até 15 códigos. O número de códigos usados vai depender do número de códigos suportados pelo terminal ou sistema de usuário, da configuração adotada pela operadora e da capacidade de sistema da rede. Pode ser configurado um valor fixo ou podem ser usados algoritmos de comportamento dinâmico para maximizar o uso de códigos de canal numa portadora compartilhada entre o Release 99 e o HSDPA
  86. 86. 86 O WCDMA 3GPP Release 99 utiliza TTI de 10 ms, 20 ms ou 40ms no downlink. Com o HSDPA, o TTI é reduzido para 2ms no downlink. Códigos de canal provenientes do recurso de códigos de canais compartilhados são dinamicamente alocados a cada 2ms, ou 500 vezes por segundo. Um TTI reduzido diminui o tempo de ida e volta dos dados (origem-destino) e aprimora o rastreamento de variações de canal, características essa que é utilizada pelo enlace adaptativo (link adaptation) e pelo despacho dependente dos canais. Embora o tempo seja a primeira forma de compartilhar o recurso de canais entre os usuários, também é possível compartilhar recursos no domínio de códigos usando diferentes subconjuntos do total disponível de códigos de canal do HS- DSCH.
  87. 87. 87 87 Modulação de alta ordem O WDCMA 3GPP Release 99 usa a modulação Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) para transmissão no downlink. Além do QPSK, o HSDPA também pode usar o 16 Quadrature Amplitude Modulation (16QAM) para fornecer taxa alta transmissão de dados. Como o 16QAM tem capacidade de pico de transmissão de dados 2 (duas) vezes maior que o QPSK, o seu uso da largura de banda é mais eficiente. O QPSK utiliza 2 (dois) bits por símbolo e 16QAM utiliza 4 (quatro) bits por símbolo.
  88. 88. 88 88 Enlace adaptativo As condições de propagação dos canais de rádio enlace encontradas em diferentes comunicações de downlink variam significantemente, tanto no tempo como entre posições diferentes na célula. Cada terminal de usuário que utiliza serviços com altas taxa de dados transmite informações regulares sobre a qualidade dos canais para a Base Station (BS). A funcionalidade de enlace adaptativo ajusta instantaneamente os parâmetros de transmissão de acordo com as informações enviadas pelo terminal de usuário e, quando as condições de propagação do canal permitem, habilita o uso de modulação de alta ordem.
  89. 89. 89 89 Despacho rápido A funcionalidade de agendamento ou despacho rápido determina, num dado instante, qual canal de transmissão compartilhado deve ser direcionado ao equipamento do usuário (UE). O objetivo é oferecer aos usuários as condições mais favoráveis de propagação do rádio enlace para maximizar a taxa de transmissão de dados. O mecanismo de despacho (scheduler) estima instantaneamente as condições de propagação do rádio enlace desde o canal de downlink até o terminal ou equipamento do usuário (UE). Cada terminal que usa serviços de dados com altas taxas transmite para a base station (BS) relatórios periódicos informando a qualidade do canal, e o mecanismo de despacho atua no sentido de fornecer o melhor desempenho total do HSDPA. Para cada TTI, o mecanismo de despacho decide quais usuários deverão usar os canais disponíveis do HSDSCH, e em conjunto com o mecanismo de enlace adaptativo determina qual a modulação e o número de códigos a serem utilizados. Esse conjunto de ações define a taxa de dados a ser alcançada. Ao invés de alocar sequencialmente os recursos de rádio entre os usuários (round-robin scheduling), a capacidade do sistema pode ser significativamente aumentada usando o agendamento ou despacho dependente do canal.
  90. 90. 90 O objetivo desse mecanismo é transmitir os dados para os usuários nas condições de propagação de canal mais favoráveis, o que permite obter uma vantagem conhecida como a diversidade multi-usuário. Os canais dedicados de uplink e downlink do Release 99 utilizam o procedimento de soft handover, que não é aplicável para o HS-DSCH. Implementar o soft handover (que pela definição implica em utilizar base stations múltiplas) para os canais de taxa alta de transmissão de dados não é praticável, já que o mecanismo de agendamento ou despacho rápido dependente do canal é sempre executado por uma única base station (BS).
  91. 91. 91 91 Retransmissão rápida e combinação suave O equipamento de usuário (UE) pode rapidamente pedir a retransmissão de dados perdidos e combinar a informação da transmissão original com informação retransmitida, antes de tentar decodificar a mensagem. Esta estratégia, denominada combinação suave (soft-combining), melhora o desempenho e deixa o sistema mais robusto. Uma resposta de mensagem não reconhecida (NACK) é enviada quando faltam dados nas mensagens recebidas. Uma resposta de mensagem reconhecida (ACK) é enviada quando os dados recebidos estão corretos. Anteriormente, as retransmissões eram manipuladas somente pelo controlador de rádio (Radio Node Controller – RNC), mas com a introdução do HSDPA uma parte desta funcionalidade foi transferida para a base station (BS). Isto faz com que a funcionalidade esteja mais perto da interface rádio, diminuindo assim a latência.
  92. 92. 92 92 Novos canais físicos
  93. 93. 93 93 Categorias de terminais HSDPA O uso do HSDPA requer novos terminais ou equipamentos de usuário (UE). Um UE compatível com o HSDPA deve ter capacidade suficiente para processar os mecanismos de repetição automática (fast hybrid ARQ), os diversos códigos e etc. Doze diferentes categorias de terminais foram definidas para acomodar desde os modelos mais simples até os mais sofisticados, como mostra a tabela acima. Os diferenciais entre as várias categorias de terminais incluem, por exemplo, o suporte aos esquemas de modulação QPSK e/ou 16QAM. As categorias 6 e 12 suportam 3,6 Mbit/s e 1,8 Mbit/s respectivamente, com cinco códigos para o HS- DSCH. Outro diferencial é o número de códigos suportados pelo terminal. Por exemplo, um terminal que suporte dez códigos pode alcançar taxas de até 7,2 Mbit/s, ao passo que um terminal com 15 códigos pode chegar até 14 Mbit/s. Os primeiros dispositivos HSDPA foram baseados na categoria 12 e alcançam uma taxa máxima na camada 1 de 1,8 Mbit/s. Já os novos cartões de dados para computadores e os dispositivos handheld (pdas, etc.) da Categoria 6 apresentados ao mercado aumentam a taxa máxima para 3,6 Mbit/s. Os dispositivos da Categoria 8, oferecidos a partir do primeiro trimestre de 2007, devem alcançar picos de taxas transmissão de dados de 7,2 Mbit/s.
  94. 94. 94 94 Categorias de terminais HSDPA
  95. 95. 95 95 Comparação entre HSDPA e HSUPA
  96. 96. 96 96 Além do HSDPA e HSUPA – LTE Long Term Evolution • Latência de 5ms com BW=5Mhz • BW escalonada: 1.25Mhz, 2.5Mhz, 5Mhz, 10Mhz, 15Mhz e 20Mhz • 100 Mbps no DL e 50 Mbps do UL • Aumento de 2 a 3 vezes na capacidade do sistema • Melhoria da taxa de transmissão na borda da célula • Suporte apenas para comutação de pacotes
  97. 97. 97 97 Técnicas aplicáveis - OFDM
  98. 98. 98 98 Técnicas aplicáveis - OFDM
  99. 99. 99 99 Técnicas aplicáveis – SC FDMA
  100. 100. 100 100 Técnicas aplicáveis – MIMO
  101. 101. 101 101 OBRIGADO!

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