Redes de datos móviles en Tercera Generación.

1. Redes de datos móviles en Tercera Generación. Autor: Francisco Varela Departamento de Comunicaciones Universidad Central de Venezuela SEMINARIO WIRELESS.

2. Hacia la tercera generación en Redes de datos

3. Hacia la tercera generación en Redes de datos

4. da ra Migración 2 a 3 Generación 2G PDC GSM IS - 136 IS - 95 - A HSCSD GPRS IS - 95 - B 2.5G EDGE EDGE IS - 2000 1xRTT W - CDMA 3G EDGE 1xEV - DO TD - SCDMA (UMTS) 3GPP 3GPP2 Hacia la tercera generación en Redes de datos

5. Hacia la tercera generación en Redes de datos

6. Definición de términos • CDMA Forward Channel o Downlink (Estación Base - Estación Móvil) • CDMA Reverse Channel o Uplink (Estación Movil - Estación Base) • Separación de Los canales • En 800 MHz (tecnología Celular) 45 Mhz • En 1900 MHz (tecnología PCS) 80 Mhz • Canales en Forward link: Pilot, Sync, Paging y canal de Tráfico Forward • Canales en el reverse Link: Canales de Tráfico: Acceso y reverso.

7. Asignación del espectro en Tercera Generación.

8. CDMA CDMA Tiempo 1.25 MHz Frecuencia 45 /80Mhz

9. Otros Esquemas de Acceso. Primera y Segunada Generación

10. Frecuency Hopping: Saltos de Frecuencia. F1 F2 F3 F4 Time

11. Voice Privacy BTS Code CDMA Carrier External Interference BPF Encoding & Interleaving Background Noise Walsh Code Other User Noise Voice Privacy Vocoder BPF Decoding & DeInterleaving Digital Filter Voice 10 KHz Other Cell Interference Walsh Code BTS Code 20 ms Frames DIAGRAMA EN BLOQUES DE CDMA Vocoder 9.6 Kbps 1.2288 Mbps 19.2 Kbps Voice 10 KHz 1.23 MHz 20 ms Frames Decorrelated Signal Correlator 9.6 Kbps 19.2 Kbps 1.23 MHz 1.2288 Mbps Composite Signal

12. El Concepto CDMA CDMA comienza con una señal de banda estrecha, mostrada aquí como la velocidad completa de datos de conversación de 9600 bps. esta señal se dispersa con el uso de códigos especializados a un ancho de banda de 1.23 MHz. La relación de la velocidad de los datos dispersos a la velocidad inicial de los datos se denomina ganancia de procesamiento. Cuando se recibe la señal el correlacionador recupera la señal deseada del ruido.

13. PROCESO DE EXPANSIÓN ESPECTRAL Ganancia de Proceso (Processing Gain): = 20 dB Relación de la velocidad de los datos dispersos a la velocidad inicialPN: Codigo Pseudo ruido

14. PROCESO DE EXPANSIÓN ESPECTRAL Ganancia de Proceso (Processing Gain): = 20 dB Relación de la velocidad de los datos dispersos a la velocidad inicial

15. Relaciones de densidad de energía de bit a ruido

16. Secuencias De Ensanchamiento (SPREAD SPECTRUM) A B C C B A CDMA Combina tres diferentes secuencias de ensanchamiento para crear canales únicos y robustos

17. Una estación movil recibe canal CDMA Forward desde un Sector de una Estación Base Pilot Sync Estación Móvil Estación Base Algunos de estos canales son canales de tráfico mientras otros de encabezamiento : UN conjunto de 64 códigos matemáticos son necesarios para diferenciar los 64 Forward Code Chanel Posibles . Estos códigos son llamadaos Walsh Codes

18. 64 Canales Códigos Discriminación de Estaciones Bases 64 Canales Códigos Estación Base 1 Estación Base 2 Una estación movil debe ser capaz de discriminar entre diferentes estaciones bases . Cada estación base está transmitiendo un canal de tráfico que contiene 64 códigos diferentes de canales forward.. Dos secuencias de dígitos binarios llamadas las secuencias de códicos cortos PN I y Q, los cuales son definidos con el propósito de identificar sectores de diferentes estaciones bases.

19. Discriminación de los canales códigos Reversos El sistema CDMA debe ser capaz de identificar cada estación movil que desea intentar comunicarse con una estación base. Un gran número de estaciones moviles estarán en el mercado. Una secuencia de binaria llamada la secuencia larga PN istá definida para identificar cada canal reverso diferentes estaciones bases.

20. Total de canales CDMA Walsh Code: Usuario Individual PN SHORT CODE: Sector Estación Base PN LONG CODES: Cada teléfono Los tres códigos SPREAD SPECTRUM son usados de diferentes maneras para crear y asegurar la existencia de los enlaces entrantes y salientes.

21. Códigos CDMA PN SHORT y LONG CDMA usa tres códigos de secuencias PN: dos cortos y uno largo Los dos códigos cortos PN ( lllamados I y Q) están espandidos en cuadratura para diferenciar particiones (sectores/celdas) en la dirección entrante.Se crean mediante generadores de códigos PN de 15 bits. La cantidad de combinaciones generadas son 2^15 - 1 más una cadena de ceros en la de mayor ceros generados . Su período es de 26.66666 ms

22. Codigos CDMA PN SHORT y LONG El código largo es creado por un generador de 42 bits y es usado para ensanchar el espectro de la data con cierta aleatoriedad. La cantidad de cadenas generadas está alrededor de 4.4 trillones de combinaciones y su ciclo periódico es de aproximadamente 41 dias, 10 horas, 12 minutos y 19.4 segundos. Los tres códigos son sincronizados al comienzo de la puesta del sistema Los dos códigos cortos PN ( lllamados I y Q) están espandidos en cuadratura para diferenciar particiones (sectores/celdas) en la dirección entrante.Se crean mediante generadores de códigos PN de 15 bits. La cantidad de combinaciones generadas son 2^15 - 1 más una cadena de ceros en la de mayor ceros generados . Su período es de 26.66666 ms

23. 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 Generación del código Walsh

24. Generación del código Walsh

25. Canales Códigos en la dirección Forward • Pilot: Código Walsh 0 • Sync´: Código Walsh 32 • Paging: Código Walsh 1 al 7 • Traffic: el resto de los códigos Walsh

26. Walsh 0 Walsh 1 Walsh 32 Walsh 23 Walsh 27 PN SHORT BSC MTSO  VOCODER Walsh 44 Diagrama de bloques en la dirección Forward BTS 1 sector

27. Gen Código Largo Elemento de canal Sector Rx Canales de Códigos en la dirección Reversa BSC MTSO VOCODER BTS 1 Sector Código largo

28. TIPOS DE CANALES • Canales de tráfico - transportan la llamada telefónica real • Canales accesoriosCanal piloto- utilizado para obtener el sincronismo inicial del sistema y para identificar las instalaciones celulares. Canal de sincronismo- provee la identificación de la instalación celular, controla la potencia de transmisión del canal piloto, e indica la posición de la señal de cada instalación celular en la red de paquetes.

29. El Concepto CDMA2000 y WCDMA

30. Ensanchamiento de simbolos a chips • Las tramas de tráfico de bits de 20 ms pueden incluir información de voz desde el vocoder e informacion de señalización • La Secuencia de conversion • Bits - Simbolos -Chips.

31. Proceso de descompresión • En la dirección Forward las estaciones moviles correlacionan la señaL recibida con el patron walsh code (integrando la potencia sobre los 64 chips) • En la direccion reversa La BTS compara la señal recibida con cada posible walsh code y selecciona el patron que produce el mayor grado de correlacion como la representacion de los seis simbolos que fueron enviados . Cuando todos los simbolos para una trama han sido recuperados y con la ayuda del codigo de detección de errores se determina si se elimina o no

32. Términos en CDMA 2000 CC: Configuración de canal: define un grupo de velocidades de datos derivados de su velocidad fundamental. Son asociados con velocidades de ensanchamiento específicas. Actualmente existen 12 configuaciones de canal definidas en el sistema CDMA 2000. Todas las CC se derivan de las configuraciones de canal ya sea de a) 9600 bps. b) 14400 bps. Por ejemplo CC7 y CC10 se basan en el canal a) y soportan velocidades de datos de hasta 614400 bps pero con diferentes codificadores.

33. Términos en CDMA 2000 Bit: Unidad de Información fundamental. (datos de entrada) Símbolo : Grupos de datos de bits basados en modulación. Ocurre después de la codificación. Chip : bit al final del ensanchamiento de la velocidad. SR : Velocidad de ensanchamiento: Define la velocidad de ensanchamiento en términos de 1.2288 Mbps. El sistema SR3 = 3*1,2288 o 3,6864 Mbps.

34. CDMA Forward Channels (SR3) Bit: Unidad de Información fundamental. (datos de entrada) Símbolo : Grupos de datos de bits basados en modulación. Ocurre después de la codificación. Chip : bit al final del ensanchamiento de la velocidad. SR : Velocidad de ensanchamiento: Define la velocidad de ensanchamiento en términos de 1.2288 Mbps. El sistema SR3 = 3*1,2288 o 3,6864 Mbps.

35. Adquisicion del canal piloto. Walsh Code 0 • Las estaciones moviles inicializan generando internamente las secuencias cortas PN I y Q correlacionandolas con la señal compuesta recibida. En menos de 15 segundos pueden chequear todas las posibilidades (37268). • En la mejor Ec/Io la estacion la va almacenando en memoria se detiene en el mejor piloto e identifica el patron definiendo un 1 seguido de 15 ceros consecutivos. • En estos momentos la estacion movil esta lista para extraer el sincronismo del canal del codigo walsh 32. La estacion movil obtiene su generador de codigo largo, junto con su reloj interno y con los valores contenidos y leidos en el canal de sincronismo

36. Tecnologías CDMA2000 y WCDMA

37. Walsh Code en CDMA2000 y WCDMA Los operadores GSM que están ahora considerando a W-CDMA como su tecnología 3G podrían beneficiarse con este diagrama descriptivo de cdma. En lugar de emplear una canalización de frecuencia como la utilizada en las redes GSM, W-CDMA y cdma2000 utilizan acceso múltiple por dominio de código (CDMA). Ambos sistemas permiten que varios usuarios compartan el mismo espectro de frecuencia dado que los canales son ortogonales entre sí. Lo anterior es cierto solamente para el enlace de descenso, o enlace de avance. En ambos casos, el enlace de ascenso, o enlace inverso, no es ortogonal. En cdma2000, se emplea la codificación Walsh para la canalización del enlace de avance. W-CDMA emplea una técnica idéntica llamada codificación OVSF (factor de dispersión variable ortogonal). La señal de voz o datos de la banda base se codifica y entrelaza antes de la dispersión Walsh u OVSF. Entonces, la señal es transmitida por la estación base al móvil. El móvil revierte entonces el proceso al condensar y desentrelazar la señal codificada para producir la señal original de voz o datos de la banda base.

38. Códigos de ensanchamientos Variables en CDMA 2000. Existen hasta 256 códigos ortogonales generados y usados para mezclar los datos. Esto permite un máximo de hasta 256 canales de código. Para manejar el amplio rango de velocidades de datos disponibles, se emplea la dispersión de código Walsh de extensión variable. Entre mayor sea la velocidad de datos más corta es la extensión del código Walsh. Por ejemplo, para una velocidad de símbolo de 28.8 Kbps la extensión del código sería de 128 bits (factor de dispersión SF = 128)

39. Efectos de usar Códigos Variables. SF = 2 SF = 4 SF = 8 11111111 1111 1111-1-1-1-1 1 1 11-1-1 11-1-111-1-1 11-1-1-1-111 1 1-11-1 1-11-11-11-1 1-11-1-11-11 1-1 1-1-11 1-1-111-1-11 1-1-11-111-1

40. Dominio del Código

41. Dominio del código CDMA 2000

42. Codificadores de la voz. • codificadores de la forma de onda: •codificadores en el dominio del tiempo •codificadores en el dominio de la frecuencia • vocoders • codificadores híbridos

43. Métodos para adaptar cuantificadores y predictoresfeedforward y feedbackwar En la adaptación feedforward los niveles de reconstrucción y los coeficientes de predicción se calculan en el emisor, usando un bloque de voz. Después son cuantificados y transmitidos al receptor como información lateral. Tanto el emisor como el receptor usan estos valores cuantificados para hacer las predicciones y cuantificar el residuo. En la adaptación feedbackward los niveles de reconstrucción y los coeficientes de predicción se calculan a partir de la señal codificada. Puesto que la señal es conocida tanto por el emisor como por el receptor, no hay necesidad de transmitir información lateral, así el predictor y el cuantificador pueden actualizarse para cada muestra.

44. Codificación en frecuencia. • Codificación en subbandas

45. VOCODERS Los codificadores de la forma de la onda no tienen en cuenta la naturaleza de la señal a codificar. Sin embargo, si codificamos una señal de voz, podemos aprovechar sus características intrínsecas para que la codificación se realice de forma más eficiente.

46. VOCODERS Los vocoders intentan producir una señal que suene como la voz original, independientemente de si la forma de onda se parece o no. En el transmisor se analiza la voz y se extraen los parámetros del modelo y la excitación. Esta información se envía al receptor donde se sintetiza la voz. El resultado es que se produce voz inteligible a muy bajo bit-rate, pero tiene el problema de que no suena natural.

47. VOCODER por prediccion lineal Es el tipo de vocoder más utilizado. Este vocoder utiliza el mismo modelo de producción que otros vocoders pero difiere en la determinación del modelo del tracto vocal. Supone que el tracto vocal se puede describir por un filtro todo polos de respuesta impulsiva infinita (filtro IIR),H(z). A este filtro se le conoce también como filtro LPC(Lineal Predictive Coding).

48. VOCODER por prediccion lineal • Se supone que cada muestra es una combinación lineal de las muestras anteriores. Los coeficientes del filtro se calculan para minimizar el error entre la muestra actual y su predicción.En este vocoder, se trabaja sobre bloques de 20 ms de voz. Se trabaja sobre lo que se conoce como modelo corto, las características de la voz se suponen que no varían con el tiempo en intervalos pequeños.

49. LPC-10 (FS-1015) • Emisor: se divide en dos bloques, que tienen las siguientes funciones: • •fase de análisis •codificación de parámetros • La fase de análisis es la encargada de la extracción del "pitch" y del tipo de sonido (sonoro o sordo), así como de la extracción de los coeficientes de reflexión y la energía de la señal para cada una de las tramas en que dicha señal es dividida

50. Codificadores híbridos • En la codificación híbrida se combinan las técnicas de los codificadores de la forma de la onda con las de los vocoders con el propósito de obtener una alta calidad de voz a bajos bit-rates (inferiores a 8 Kb/s).En estos codificadores, las muestras de la señal de entrada se dividen en bloques de muestras (vectores) que son procesados como si fueran uno solo