cap 2 introdução ao sistema wcdma
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Introdução ao sistema WCDMA
Prof. MSc. Daniel Andrade Nunes
ICC – Inatel Competence CenterEducação Continuada
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Sistema celular GSM
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PCU
Rede GPRS/EDGE
BSC
MSC/VLR
ISDN
SGSN
MTTE
MS
Abis
GGSN
IP
Internet
IP
LAN corporati
va
X-25
Outras PLMN’s
EIRHLR/AUC
Backbone IP
(corporatica)
A
GbGf
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.
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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
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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 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
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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 theyear 2000 (IMT-2000)”
IMT-2000 é a sigla para International Mobile Telecommunications - year 2000. MT-2000 é a concepção elaborada pela ITU - International TelecommunicationUnion - 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.
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•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
MundoMacro cell Micro cell Pico cell
Zona 1:dentro deprédios
Zona 2:urbana
Zona 3:suburbana
Zona 4:global
-U
TR
A -
2Gs:redes desatélites
rede fixa emóvel públicas
rede fixa eresidencial 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.
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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 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.
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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);
• 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.
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•• 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
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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
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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
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Serviços e Capacidades de rede
• Suporte a serviços comutados por circuitos e por pacotes, a 384 384 KbpsKbps para ambientes de rádio pedestrespedestres;
• Suporte a serviços comutados por circuitos e por pacotes até 2048 2048 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;
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IS 95-A(CDMA)
IS 95-B
IS.136
GSM GSM GPRS
cdma20001X RTT
1xEV-DO(Fase 1)� Voz
� 64 Kbps - Pacotes
�153 kbps - Pacotes
� 2.4 Mbps - Pacotes
cdma20003X 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
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Business Case
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Releases
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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 GERAN 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 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).
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Estados RRC do UE
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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
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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 slots/quadro;
• Spreading Factor FDD: 4 a 512 DL & 4 a 256 UL;
• Spreading Factor TDD: 1 a 16 DL & UL
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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 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.
•• Dados Dados de aplicações ou controlecontrole.
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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
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.
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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
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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. Éum 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.
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• 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 àpartir 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.
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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.
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• 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.
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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 (dedicatedphysical 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.
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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
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.
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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);
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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
orData 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
SpreadingScrambling
SpreadingScrambling
SpreadingScrambling
TrCH-i+1
data1 data2 TPC TFCI pilotdata1 data2 TPC TFCI pilotdata1 data2
Multiplex dos canais de transporteMultiplex dos 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 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)
C ch,4,0 =(1,1,1,1)
C ch,4,1 = (1,1,-1,-1)
C ch,4,2 = (1,-1,1,-1)
C ch,4,3 = (1,-1,-1,1)
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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
Conjunto 1
…
Conjunto 511
Primaryscrambling code
0
……
Secondaryscrambling code 1
Secondaryscrambling code 15
Primaryscrambling code
511××××16
……
Secondaryscrambling code
511××××16＋＋＋＋15
8192 scramblingcodes
512 sets
……
Um código de scrambling primário e 15 códigos de scrambling
secundários são incluídos em um set.
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Grupo de códigos de scrambling primários
Códigos de scramblingprimários
para canais físicos de downlink
Grupo 0
…
Primaryscrambling code
0
……
Primaryscramblingcode 8*63
……
Primaryscrambling
code 63*8＋＋＋＋7
512 códigos de scrambling primários
……
Grupo 1
Grupo 63
Primaryscrambling code
1
Primaryscrambling code 7
64 grupos de códigos de scrambling
Cada grupo consiste de 8 códigos de scramblingprimários
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
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.
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52
Modulação de Uplink
• Taxa de Chip = 3,84 Mcps
Sequências das
operações de
Espalhamento
complexos
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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 éprimeiramente 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
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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 UEMedidas 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.
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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 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.
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Controle de Potência
0 200 400 600 800-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Time (ms)
Rela
tive p
ow
er
(dB
)
Channel
Transmitted power
Received power
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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
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• 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
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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
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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.
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• 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 émais 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
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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
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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 loopCom 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 controlCom 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.
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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 multiplopercurso. 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.
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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 código de espalhamento diferente, enquanto que as compontens de multipath são versões atrasadas do mesmo sinal.
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UE move-se
BS alvoBS servidora
tempo
Dados recebidos/enviados 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.
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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/enviados do/pelo
UE
Nenhum “GAP”
de comunicação
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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.
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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
Realocação
SRNCSRNCDRNCDRNC
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 éexecutadas 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.
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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 oshandovers intersystem e iterfrequency possível. Entretanto, o compressed mode resulta em uma performance mais pobre, pois menor volume de dados serão transmitidos na interface ar.
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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.
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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.
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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.
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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 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
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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_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 éconseguido 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.
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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 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.
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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 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).
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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 éem 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 Uplinknessa rede, a Ericsson prevê que essa latência será reduzida para menos de 50 ms.
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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.
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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
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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 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.
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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.
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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.
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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.
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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 softhandover (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).
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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.
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Novos canais físicos
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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 osmecanismos 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.
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94
Categorias de terminais HSDPA
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95
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, 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
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Técnicas aplicáveis - OFDM
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98
Técnicas aplicáveis - OFDM
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99
Técnicas aplicáveis – SC FDMA
100
100
Técnicas aplicáveis – MIMO
101
101
OBRIGADO!