3 G

Um Novo Milénio, Novos Serviços,Nova Tecnologia

João Mourão n. 22554 ESI

Mark Guerreiro n. 21441 ESI

Ricardo Bentes n. 17500 ESI

O que é o 3G?

Uma nova geração de telecomunicações que pretende oferecer uma mobilidade global (roaming global) com uma alta gama de serviços, desde o simples serviço de voz, a comunicações mais exigentes como televisão em directo.

Para ser 3G:– Quem decide 3G -> ITU– Taxas de transmissão outdoor acima dos 144kb/s– Taxas de transmissão indoor acima dos 2Mb/s.

Introdução

Porquê o 3G?

Uma maior largura de banda traz a possibilidade de criação de novos inúmeros serviços!

Para o cliente:• Passagem de Filmes, Televisão em directo• Chamadas por vídeo, Notícias, Musica, Desporto• Jogos, Chat, Serviços de informação

Para o negócio:• Grande velocidade em tele-trabalho• Vídeo conferência• Informação em tempo real (Por exemplo: Bolsa)

Introdução

Outros Objectivos do 3G

Coberturas através de pico, micro e macro células sem perda de sinal, suportando várias densidades de utilizadores.

Grande capacidade para operações multi-operadora (para roaming).

Grande eficiência de uso do espectro, para aumentar a capacidade.

Flexibilidade na qualidade de serviço (aplicações diferentes têm taxas atraso de transmissão e de erros diferentes).

Alta segurança na comunicação

Introdução

Segurança 3G

Problemas de segurança no GSM sugerem novas formas de protecção.

Problemas como:– Fracos algoritmos de encriptação e autenticação.– Pequeno comprimento paras as chaves (32 bits).– Não existência de autenticação de rede ( Uma falsa base

station pode provocar um ataque) – Insegurança na transmissão da chave ( o código da chave

e os parâmetros de autenticação são transmitidos de forma visível entre e dentro das redes)

Introdução

Caracterização da segurança 3G– Autenticação mutua– Integridade nos dados– Segurança rede a rede– Aumento do campo de segurança– Usa segurança IMSI (International Mobile

Subscriber Identity)

Segurança 3G [2]

Introdução

Arquitectura

Inicialmente a 3G tinha como objectivo servir de unificação e desta maneira criar um modelo standard de telecomunicações. Entretanto, este objectivo foi fracassado, assim, e neste momento, o 3G divide-se, essencialmente, em três categorias:

– UMTS (W-CDMA)– CDMA2000– TD-SCDMA

Introdução

UMTS (W-CDMA)

UMTS (Universal Mobile Telephone System), baseado na tecnologia W-CDMA, é geralmente a solução preferida pelos países que usam GSM, centro da Europa. UMTS está ao cargo da organização 3GPP, também responsável pelo GSM, GPRS e EDGE.

FOMA criada pela companhia japonesa NTT DoCoMo, é reconhecida por ser a primeira solução comercial para o serviço 3G. Apesar de baseada na tecnologia W-CDMA não é compatível com o UMTS, entretanto estão se a dar passos para remediar esta situação.

Introdução

CDMA2000

Outro significativo standard 3G é o CDMA2000, que é um tipo de upgrade do CDMA da 2G. Os principais locais de utilização serão América, Japão e Coreia.

O CDMA2000 é da responsabilidade do 3GPP2 uma agência independente da 3GPP.

Introdução

TD-SCDMA

Uma menos conhecida tecnologia de 3G é o TD-SCDMA desenvolvido na China pelas companhias Datang e Siemens. É previsto uma versão operacional para 2005.

Introdução

Evolução das Comunicações Móveis

Focus for today

GSMGSM GSM WCDMA

HSCSD

GPRS

EDGE

CDMAIS-95ACDMACDMA

IS-95B

1xRTT 1xEV-DO 1xEV-DV CDMA20003xRTT

2G 2.5G 3G

Multiple phases

Introdução

EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution)

Considerada uma tecnologia de 2.75G É um serviço 3G utilzando tecnologia 2.5G Compatível com redes TDMA e GSM Introduz modulação 8PSK, produzindo uma taxa de

transmissão trêz vezes superior GSM. Introduz uma nova tecnologia não existente no

GPRS, Incremental Redundancy. Pode ter taxas de transmissão acima dos 384kb/s

Tecnologia EDGE

Comparativo das Taxas de Transmissão

Tecnologia EDGE

Estrutura do Burst

A portadora tem um largura de 200kHz, e a estrutura da frame GSM TDMA não é alterada.

Um burst inclui uma sequência de 26 simbolos no meio, 3 símbolos na cauda e outros 3 no fim e 8.25 símbolos de guarda numa das pontas.

Cada burst contem 2 x 58 símbolos, cada comprimido em 3 bits.

Tecnologia EDGE

EDGE Protocolos

EDGE usa os protocolos do GSM/GPRS sempre que possível, minimizando a necessidade de implementação de um novo protocolo.

Em todo o caso alguns protocolos são modificados para optimizar a preformance.

A EDGE inclui um modo packet-switched e um modo circuit-switched, EGPRS e ECSD, respectivamente.

Tecnologia EDGE

Pilha de Protocolos EDGE

Tecnologia EDGE

Modulação GSMK vs. 8PSK

Tecnologia EDGE

EDGE em Sistemas GSM

Tecnologia EDGE

UMTS

Na Europa a standardização está a cargo da ETSI – European Telecommunications Standards Institute

Em 1998 foi formada a 3GPP – Third Generation Partnership Project para continuar o trabalho de especificação técnica

UMTS

UMTS – Serviços

Oferece tele-serviços como chamadas de voz e sms

Serviços de provedor que permitem a troca de informação entre access points

São oferecidos serviços orientados à ligação e sem ligação para comunicação ponto-a-ponto e ponto-a-multiponto

UMTS

UMTS – QoS

Os serviços de provedor têm como parâmetros de QoS:

– Máximo atraso na transferência

– Variação do atraso (jitter)

– Taxa de erro de bit

Taxas de transferência alvo:

– 144 kbit/s – satélite e exterior rural

– 384 kbit/s – exterior urbano

– 2048 kbit/s – interior e exterior a curta distância

UMTS

UMTS – QoS

UMTS

UMTS – Arquitectura

UMTS

UMTS – Arquitectura [2]

Core Network– Providencia switching, routing e transit para o

tráfego do utilizador– Baseado da rede GSM com GPRS

UTRAN – UMTS Terrestrial Radio Access Network – Providencia interface ao método de acesso aéreo

ao User Equipment

UMTS

UMTS – Core Network

Comutação por circuitos

– Mobile services Switching Centre (MSC)

– Visitor Location Register (VLR)

– Gateway MSC

Comutação por pacotes– Serving GPRS Support

Node (SGSN)– Gateway GPRS Support

Node (GGSN)

Elementos partilhados por ambosEIR; HLR; VLR; AUC.

UMTS

UMTS – Core Network [2]

A transmissão no núcleo UMTS utiliza o protocolo Asynchronous Transfer Mode (ATM)– ATM Adaptation Layer type 2 para comutação de

circuitos– ATM Adaptation Layer type 5 para comutação de

pacotes

UMTS

UMTS – UTRAN

É utilizado Wide band CDMA (W-CDMA) como modo de acesso ao meio

W-CDMA é mais que um standard de multiplexagem, é um conjunto de especificações que define:– Como o telemóvel comunica com a antena– Como os sinais são modulados– A estrutura dos datagramas, etc.

UMTS

UMTS – UTRAN [2] Node B tem como funções

– Interface aéreo para transmissão e recepção– Modulação e desmodulação– Codificação CDMA– Manipulação de erros

RNC – Radio Network Controler tem como funções– Controlo dos recursos rádio– Controlo de admissão– Alocação de canal– Power control Settings– Controlo de Handover– Encriptação– Segmentação e reassemblamento– Sinalização de Broadcast

UMTS

UMTS – User Equipment

O UMTS não faz qualquer tipo de restrições quanto ao equipamento, tanto pode ser um telemóvel como um laptop com um cartão USIM

O UE precisa apenas de ter um interface para comunicar com o Node B

UMTS

UMTS – Autenticação e Key Agreement

Tem como objectivo autenticar um utilizador na rede e vice-versa tendo como base uma chave secreta K pré-partilhada

A chave está guardada no Authentication Centre – AuC e no USIM

UMTS

UMTS – Autenticação e Key Agreement

UMTS

UMTS – Autenticação e Key Agreement

1. Authentication Data Request2. Authentication Data Response3. User Authentication Request4. User Authentication Response5. XRES retirado do AV é comparado com

RES

UMTS

UMTS – Autenticação e Key Agreement

UMTS

UMTS – Gama de Frequêcias

UMTS

CDMA 2000 (Code Division Multiple Access)

Desenvolvido por 3GPP2 (Uma parceria entre 5 entidades de telecomunicações: ARIB e TTC no Japão, CWTS na China, TTA na Coreia e TIA na América do Norte).

Evolução do CDMA2000– CDMA2000 1X-EV– CDMA2000 1X-EV-DO– CDMA2000 1X-EV-DV– CDMA2000 3X

O CMDA2000 é compatível com todas as versões anteriores (CDMA)

CDMA 2000

CDMA Revisão

Tipos de acesso

Codificação– O emissor codifica os sinais – O receptor utiliza um

correlador para descodificar cada código

CDMA 2000

CDMA Revisão [2]

Códigos– 0s códigos não devem

correlacionar-se com outros códigos ou com uma shiftagem no tempo de eles próprios.

– Spreading codes são como códigos pseudo - aleatórios.

Exemplo de codificação OVSF usando codificação do canal

CDMA 2000

CDMA2000 evolução até 3G

CDMA 2000

CDMA2000 1X -EV 1ª fase do CDMA2000

– Suporta voz e dados sobre um canal CDMA– Duplica a capacidade do CDMA (continuando a crescer os

serviços de voz e os serviços wireless de Internet)– Data rates superiores a 140 kbps (e superiores a 307 kbps no

futuro)– Sem sacrificar os serviços de voz em prol dos dados– Espectro da portadora 1.25 MHz– Telefones com maior tempo em standby

CDMA 2000

CDMA2000 1X EV-DO

3ª fase de desenvolvimento do CDMA2000– Também conhecido por High Rate Packet Data Air Interface – Oferece uma maior velocidade ou maior capacidade de

serviços de dados (peak rates maiores que 2Mbps e um throughput maior que 700 kbps )

– Suporta aplicações como streaming video e download de grandes ficheiros

– Acesso a ligações de dados do tipo "always-on" Acesso wireless mais simples, rápido e útil

CDMA 2000

CDMA2000 1X EV-DV (ou 1X-EV FASE 2)

4ª fase de desenvolvimento do cdma2000

– Integra voz e dados na mesma banda de frequência

– Transmissão de dados na ordem dos 3Mbps ate 5Mbps

CDMA 2000

CDMA2000 3X

Aprovado pelo ITU, IMT-2000 (3G) standard. Utiliza um espectro de 5 MHz (3x 1.25 MHz

canais) Velocidades na ordem dos 2-4 Mbps.

CDMA 2000

Características Comuns aos CDMA 3G

Handover – Assegurar-se que a passagem por diferenters células não interrompe a

ligação. Na 3G um utilizador pode estar ligado a várias células ao mesmo tempo, podendo receber dados de todas elas.

Controlo de Admissão– Controlo na admissão à rede dos utilizadores feito ao nível da prioridade.

A prioridade de um é definida no contrato de subscrição do serviço. Alocação de códigos

– Os códigos são escolhidos por forma a evitar a interferência entre as várias células.

Controlo de Potência– Os algoritmos de controlo de potência asseguram que um utilizador envia

ou recebe informação com suficiente potência e todos os utilizadores são incutidos a enviar com uma potência para que todos os sinais enviados cheguem à mesma magnitude. Se um utilizador falar com um megafone todos os outros não se conseguem ouvir.

CDMA 2000

Diagrama de rede CDMA2000

CDMA 2000

Simbologia da Rede

Home Agent (HA). Autentica o Mobile IP de MS’s. O HA pode também opcionalmente atribuir comunicações seguras ao PDSN. O HA também recebe informação do AAA para os utilizadores.

Packet Data Serving Node (PDSN). Estabelece, mantem e termina sessões PPP com

a MS. Quando é usadado o simple IP, o PDSN atribui um IP ao utlizador. O PDSN também inicia as sessões de segurança providênciadas pela AAA.

Authentication, Authorization, and Accounting (AAA) server. A AAA é responsavel pela maioria dos serviços de seguança na core network do cdma2000. O AAA pode autorizar utilizadores, atrbuir prefis e dar informação sobre a QoS para nós que o requisitem. Pode também opcionalmente atribuir endereços IP.

Há dois tipos básicos de configuração da core network do cdma2000– Simple IP (resticted mobility). Simple IP refere-se ao método de acesso em que o utilizador

está usando um IP dinâmico. O utilizador mantém o IP, se mantiver-se dentro de uma área correspondendo à rede. Se sair dessa área o utilizador perde o IP.

– Mobile IP. No Mobile IP o utilizador pode utilizar um IP estático ou dinâmico pertencendo à sua rede IP. Este IP mantém-se qualquer que seja o movimento do utilizador, ou seja, o utilizador pode passar por várias redes que não perde o IP.

CDMA 2000

Como Funciona?

MS requisita um serviço Estabelece uma sessão de protocolo ponto-a-ponto (PPP) com

o PDSN. PDSN pode autenticar a MS ao comunicar com o servidor

AAA, que verifica se é um subscritor válido Quando a MS está autenticada, pode usar o IP Control

Protocol (IPCP) para requisitar um endereço IP. Para redes IP simples o MS pode receber o seu endereço

através do servidor AAA, e para mobile IP o home agent atribui-lhe um IP durante o processo de registo do mobile IP

Quando a MS está autenticada, pode comunicar com qualquer ip autorizado e passar por qualquer rede ip autorizada.

CDMA 2000

Upgrade na Rede para CDMA2000

CDMA 2000

Migração do CDMA para CDMA2000

A migração do CDMA para o CDMA2000 requer mínimos upgrades na rede e um pequeno investimento de capital.

Requer upgrades ao nível do software das base stations.

Possível upgrade de algum hardware nas base stations mais antigas.

Benefícios óbvios para as operadoras que podem beneficiar de um serviço 3G fazendo poucos gastos.

CDMA 2000

Migração do TDMA para o CDMA2000

O TDMA chegou ao seu limite. Uma possível solução para as operadoras TDMA pode ser o CDMA2000. O CDMA2000 oferece imensas vantagens:

– Oferece um caminho directo para a 3G em apenas um passo, enquanto que as opções alternativas levariam dois ou três.

– Requer um pequenpo aumento de espectro (1.25MHz) para serviços avancados preservando a capacidade de serviços existente.

– Vasta gama de produtos existente a preços competitivos.

CDMA 2000

Migração do GPRS para o CDMA2000

A migração do GPRS para o CDMA2000 não e muito útil pelo facto de existir o serviço UMTS, serviço este que se adequa mais às redes do tipo GSM.

CDMA 2000

Vantagens do CDMA2000

Aumento da qualidade de serviço de voz Maior taxa de transmissão de dados Flexibilidade da banda de frequências (450, 800

1700, 1900 MHz e outras) Aumenta tempo de utilização da bateria Sincronização Soft Hand-off Diversidade de Transmissão Canais de voz e dados

CDMA 2000

W-CDMA vs. CDMA2000Parameter W-CDMA cdma2000 Carrier spacing 5 MHz 3.75 MHz Chip rate 4.096 MHz 3.6864 MHz Data modulation BPSK FW – QPSK; RV - BPSK Spreading Complex (OQPSK) Complex (OQPSK) Power control frequency 1500 Hz 800 Hz Variable data rate implement. Variable SF; multicode Repet., puncturing, multicode Frame duration 10 ms 20 ms (also 5, 30, 40) Coding Turbo and convolutional Turbo and convolutional Base stations synchronized? Asynchronous Synchronous Base station acquisition/detect 3 step; slot, frame, code Time shifted PN correlation Forward link pilot TDM dedicated pilot CDM common pilot Antenna beam forming TDM dedicated pilot Auxiliary pilot

CDMA 2000