redes celulares

5/14/2018 Redes celulares - slidepdf.com

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Wireless Personal Area Network (WPAN)

Wireless Local Area Network (WLAN)

Wireless Metropolitan Area Network(WMAN)

Wireless Wide Area Network (WWAN)

Classificação das redes

3



Redes de Celulares …

O que iremos ver agora??

4



As redes de celulares estão espalhadaspelo mundo inteiro

Podemos pensar em tráfego de dados

(Internet) além de apenas voz O que ganharíamos?

› Mobilidade imperceptível e ininterrupta

Mas por que essas redes?

5



Arquitetura celular, redes de celulares,… › Por que esses nomes?

Uma visão geral …

6



Áreas de cobertura geográficasdenominadas de células

Cada célula é formada por › Estação base› Estações móveis


7



Cada célula opera em faixas defrequência específicas


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Uma estação base pode ser localizadano centro de uma célula ou em pontosde intersecção de três células (antenas

direcionais)


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Informação trafega em ondas de rádio› 10^5 ~ 10^8 Hz

Cada estação base está ligada a uma

infraestrutura cabeada denominadaCentral de Comutação de UnidadeMóvel (MSC)›

Gerencia estabelecimento e término dechamadas

› Gerencia cobrança


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MSC lida, por exemplo, com 100.000assinantes e 5.000 conversas emsimultâneas

O MSC está ligado a uma rede de longadistância› Rede telefônica pública comutada (PSTN)


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Em cada célula temos vários clientesrealizando diversas chamadas …

Como é feito o compartilhamento do

espectro entre os clientes?› TDM + FDM: F sub-bandas e T

compartimentos F x T chamadassimultâneas

› CDMA: Sequência de chipping permite quese recupere a transmissão do remetentedentre todas as transmissões

Acesso à interface

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Temos uma porção das ondas de rádiodisponíveis

Para cada estação base é atribuída

uma faixa desse total› Estações vizinhas recebem faixas diferentespara minimizar interferências

› Se para cada célula fôssemos atribuir

sempre faixas diferentes o que iriaacontecer? As faixas iriam acabar para cobrirmos uma

área pequena!

Distribuição de Frequências

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Antenas são configuradas para atingir uma certa área

O mesmo grupo de canais pode ser

utilizado em células diferentes à certadistância

O processo de seleção e alocação de

canais é denominado de planejamentode frequências


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A cobertura real é chamada defootprint e possui uma forma amorfa

Mas por que sempre mostramoshexágonos?› Precisamos de uma forma para projetar

e analisar o sistema

› Círculos? Muitos espaços em branco ousobreposições




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Mas por que sempre mostramoshexágonos?› Quadrado? Triângulo? Hexágono? Células devem atender dispositivos mais

fracos, tipicamente distantes, em sua área Avaliando a distância do centro e pontos

mais distantes no perímetro o hexágonofornece a maior área!

Consequência: Menor número de formas paracobrir uma região! Além disso, um hexágono se aproxima da área

circular de antenas omnidirecionais




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Pensando em áreas hexagonais ...› Estações base podem estar:

No centro Antenas omnidirecionais

Em três dos 6 vértices Antenasdirecionais



Reuso de frequências é interessantepara uso eficiente do espectro

Mas ainda podemos nos perguntar:› Como é feita a atribuição de canais entre

as células? Trunking

Muitos usuários, poucos canais

Canais são alocados sob demanda Se apoia em probabilidades de uso dos usuários

Canais são “devolvidos” após uso

Atribuição de canais

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› Dois tipos principais Atribuição fixa

Atribuição dinâmica


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Atribuição fixa: 1.0› Conjunto pré-determinado de canais para

cada célula

› Chamadas são atendidas pelo conjunto decanais não usados na célula

› Se todos os canais estiverem ocupados, achamada é bloqueada

Podemos ter uma fila …


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Atribuição fixa: 1.1 (Estratégia deempréstimo)› No caso de bloqueio, célula realiza

empréstimo de canais de células vizinhas› MSC supervisiona esse empréstimo


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Atribuição dinâmica› Sempre que uma chamada é iniciada, a

estação base consulta o MSC em busca de

canal disponível Tendência de bloqueio

Frequência de uso do canal

Distância de reuso

...


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Atribuição dinâmica› Vantagens Diminui chance de bloqueio: todos tem

acesso a todos os canais!› Desvantagem MSC necessita monitorar os canais

aumento de carga de armazenamento e

computação


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E como avaliar a qualidade?› Grade of service (GOS): medida que indica

chance de usuário ser atendido em horários

de pico (e.g., 4 pm, 6 pm, ...) Chance de chamada ser bloqueada

Chance de chamada ser atrasada (usuáriodeve esperar a demanda cair)

› Empresas definem o GOS e alocam canaisde acordo com GOS desejado


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Temos várias células, usuários semovendo na cidade, ...› É interessante que ao sair de célula e ir para

outro o usuário não tenha sua ligaçãointerrompida!

MSC transfere a ligação para novaestação base, aloca novos canais, ...

Algumas estratégias priorizam umhandoff a uma nova ligação

Handoff

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Deve ser realizada de modo imperceptívelaos usuários e com sucesso› Deve-se buscar um mínimo de transferências!

Nível mínimo do sinal para voz no terminal(Pmin): 90-100 dBm

Nível mínimo para handoff (Phand) = Pmin+ ∆ › Folga larga: muitos handoffs

› Folga curta: muitas perdas

Handoff

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Handoff

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Importante: estação monitora nível dosinal por certo tempo para “perceber” mobilidade

› Estação deve agir antes que chamada sejaperdida

› Variações muito bruscas podem indicar estação cliente em alta velocidade e

handoff precisa ser imediato› Tempo de permanência na célula: dwell

time

Handoff

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Estações clientes monitoram sinal daestação base (mobile assisted handoff )› MSC faz apenas transferências e alocações

internas, sem medições!› Terminal informa à estação base os níveis

captados› MSC pode necessitar mudar de sistemas:

chamada local chamada à distância( roaming)

› E quando existe linha de visada entre asestações e o sinal cai muito pouco? Muito cuidado ao definir ∆, tempos, ...

Handoff

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Algumas estratégias› Handoff e novas chamadas podem ter a

mesma chance de acessar um canal

› Guard Channel: parte dos canais éreservado para handoff

Redução de tráfego com novas chamadas

› Enfileiramento: requisição de handoff é

enfileirado em busca de novos canaisenquanto o sinal ainda não leva ao fim dachamada

Handoff - Priorização

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Um outro problema:› E usuários que se movimentam muito

rapidamente?

Uso dos recursos durante curto intervalo Umbrella: grandes áreas x áreas menores

Handoff

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Primeiros padrões: 10 s para um handoff GSM: 1 – 2 s para um handoff

Handoff

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Mesmo com tudo que vimos, ademanda vem aumentando …

Como ampliar o número de canais por

área coberta?› Cell splitting

› Sectoring

›

Zone Cell

Ampliando a cobertura

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Cell splitting › Células são subdividas

› Mais antenas menores, menor potência,

mais reuso, ...


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Sectoring

› Antenas direcionais

› Canais redivididos em cada setor: 3 a 6

› Redução dos clusters Maior reuso defrequências


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Sectoring

› Muitos handoffs! Estações base modernaspermitem handoff na mesma célula sem uso

do MSC


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Zone cell › Várias zonas conectadas a mesma estação

base por fibra ótica, coaxial, ...

›

Cliente servido pela zona de melhor sinal› Mudanças de zona não precisam de

handoff e mesmo canal é mantido


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Zone cell


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Primeira Geração (1G)› Início dos anos 80

› A novidade: realizar ligações longe de

casa, em um aparelho sem fio› Celulares analógicos

› Utilizava FDMA

› Comunicação por voz

› Diversos padrões em vários países Não se sabia se a novidade iria conquistar os

clientes!

Padrões ao longo da história

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Primeira Geração (1G): Padrão AMPS› Estabelecimento de circuitos para

conversação: conexão até o final da

chamada› Opera na faixa dos 800 MHz

› Cada canal com 30 KHz

› 25 MHz para enlace direto

› 25 MHz para enlace reverso› 25 MHz / 30 kHz ~ 833 canais


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Segunda Geração (2G)› Objetivos: aumentar capacidade de

tráfego, melhorar qualidade do sinal

›

Celulares digitais› Comunicação por voz


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Segunda Geração (2G)› Alguns padrões e tecnologias TDMA IS-I36: FDM + TDM América do Norte

800 MHz e 1900 MHz GSM: FDM/TDM Europa (busca por

uniformização) Em 2004 74,9% dos celulares eram GSM

800 – 900 MHz ; 1710 – 1880 MHz

CDMA IS-95: divisão de código América doNorte e Coréia 800 MHz


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Transição para terceira geração (2,5G)› Percebeu-se a importância do tráfego de

dados

›

GSM suportava taxas de dados a 9,6 kbps


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Transição para terceira geração (2,5G)› Foram desenvolvidos protocolos e padrões

provisórios para transmissão de dados sobrea infraestrutura 2G GPRS: 40-60 kbps

EDGE: 384 kbps

CDMA 2000: 144,4 kbps


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Terceira geração (3G)› Finalmente foi finalizada a geração para

tráfego de dados e voz

144 kbps em trânsito 384 kbps para quem “anda a pé”

2 Mbps em ambiente interno


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Terceira geração (3G)› Dois padrões importantes UMTS: Utiliza CDMA Europa

CDMA 2000: Utiliza CDMA Ámérica do Nortee partes da Ásia


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Quarta geração (4G)› Celulares bem mais inteligentes … Seleção automática de acessos a Internet

mais rápidos Comutação automática entre tecnologias(e.g., de 802.11 para 3G)

Voz e vídeo em tempo real sobre IP

Velocidades bem superiores as demaisgerações

…


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Cada país na Europa tinha um sistemacelular diferenciado! Tentativa depadronização

1989: primeiros testes 1994: 1,4 milhões de assinantes

› GSM 900, 1800, ...

GSM – 2G

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Três fases de desenvolvimento› Fase I: Voz, Roaming Internacional, Serviços

básicos de dados, bloqueio de chamada,encaminhamento de chamadas e Short

Message (SMS)› Fase II: Aviso de cobrança, chamada retida,

identificador de chamadas, chamada emespera, conferência, grupos fechados deusuários e comunicação de dados adicional

(GPRS)› Fase III: Perfil de Multi Serviços e Plano de

números privados e serviços de fax

GSM

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MSISDN: Mobile Service ISDN Number Número discado associado ao assinante

fornecido pela operadora›

Gravado no SIM card.› CC = Country Code (código do país);

› NDC = National Destination Code (códigonacional);

› SN = Subscriber Number (número de assinante).› MSISDN = 55(CC) + 11(NDC) + 97912222(SN), ou

55 11 97912222

GSM – Alguns conceitos

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IMSI - International Mobile Subscriber Identity: identificação única de assinante› Gravado no SIM card e no HLR (base de dados)

da operadora

› MCC = Mobile Country Code (código do paísdo celular);MNC = Mobile Network Code (código da rede

celular);MSIN = Mobile Station Identification Number

(número de identificação do celular)› IMSI = 311(MCC) + 030(MNC) + 000002359(MSIN),

ou 311030000002359


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IMEI - International Mobile EquipmentIdentity

› Número de série único alocado no

hardware do móvel› Registrado pela operadora e

opcionalmente gravado na AUC (Centralde Autenticação da Rede) para propósito

de validação


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GT – Global Title› Identificação única internacional ~

endereço IP

›

Qualquer operadora GSM no mundoidentifica o equipamento

› Comunicação entre equipamentos dentroda rede e comunicação com outras

operadoras também


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Células = antena transmissora + estaçãobase (BTS)› Omnidirecional: possui este nome porque a

área de cobertura desta célula édirecionada a um raio de 360º em relaçãoao ponto inicial de propagação.

› Setorizada: concentra sua cobertura em um

único setor (60º), o que possibilita acobertura de não somente uma célula e simtrês

GSM – Organização básica

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LA (Location Area): conjunto de célulasem um determinado setor dentro darede›

Operadora possui n LAs› LAC (Location Area Code)

Controladas por um MSC


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PLMN (Public Land Mobile Network) éum conjunto de LA’s, ou seja, é a áreatotal de cobertura da operadora.›

Rede GSM ~ conjunto de PLMNs


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Rede GSM é dividida em duas camadas› Switching System (SS): núcleo da rede

› Base Station System (BSS): rede de acesso

GSM – Arquitetura

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Base Station System (BSS)› Conexão do usuário a rede

› Base Transceiver Station (BTS): estação base

que fornece acesso ao usuário› Base Station Controller (BSC): alocar canais,

monitorar qualidade das chamadas,handoffs

GSM – Arquitetura

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Switching System (SS)› Comutação de chamadas,

encaminhamento de mensagens, ...

›

Mobile Switching System (MSC): comutaçãoe conexão entre BSCs e PSTN. Centro darede Comutar chamadas

Informação de tarifação Handoff

GSM – Arquitetura

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Switching System (SS)› Home Location Register (HLR): base de

dados de assinantes (números, planos,serviços, ...).

› Visitor Location Register (VLR): base dedados de usuários visitantes

GSM – Arquitetura

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Switching System (SS)› Authentication Center (AUC): autentica

usuários a partir do IMSI criptografado. Proteção contra clonagem

› Equipment Identity Register (EIR): armazenaIMEI (atrelado ao IMSI). Proteção contraladrões!!! Qualquer outro SIM que não seja o do IMSI

não é aceito!› Gateway Mobile Switching Center (GMSC):

comunicação com PLMNs e PSTNs.

GSM – Arquitetura

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Paging: utilizando quando sistema quer descobrir onde o celular se encontra ...› Recebimento de chamada

GSM – Alguns procedimentos …

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Registro› MSC recebe aviso de que celular foi

desligado e não pode receber chamadas

›

Ao ser ligado, avisa a MSC sua localizaçãoatual e passa a requisitar serviços

› VLR é atualizado

GSM – Alguns procedimentos …

66

GSM Estabelecendo uma



GSM – Estabelecendo umachamada

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Utiliza FDMA + TDMA› Canais de 200 KHz

› 8 períodos por quadro TDMA

› 148 bits por slot: dados, voz, ...

GSM – Divisões entre usuários

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Transmitindo dados por cada slot reservado nos lembra muito comutaçãopor circuitos›

Circuit Switched Data (CSD): 9.6 kbits/s Como podemos melhorar isso?

› High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)

› GPRS

GSM – Transmissão de dados

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High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)› GSM tradicional usa muitos bits com códigos

de correção de erros› HSCSD utiliza códigos de acordo com

qualidade do canal 50% de melhora

9.6 kbits/s 14.4 kbits/s


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High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)› Além disso, utiliza múltiplos slots que ficam

reservados › Utilizando um máximo de 4 slots: 4 × 14.4 kbit/s 57.6 kbit/s (melhor caso)

4 × 9.6 kbit/s 38.4 kbit/s

› Máximo de 8 slots 115 kbit/s


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High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)› Transmissão de voz tem precedência nem

sempre consegue-se alocar todos os slots› Cobrança é mais cara que chamada por

voz (e.g., por número de slots utilizados)

› Alternativa é utilizar GPRS ...


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Ainda temos a noção de slots

... mas agora são alocados conforme ademanda de envio e recebimento!

› Sem reserva! Taxas de 26 a 40 kbit/s, podendo chegar

na teoria a 171,2kbit/s

Cobrança por utilização Poucas modificações na infraestrutura

GSM

GPRS – 2,5G

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GPRS

74



GPRS

75

Atualização geral de software ...

MS: novas estações móveis

BTS: possível aumento de capacidade pela

ativação de mais canais para suportar umaumento do tráfego na célula

BSC: introdução de um novo hardware o

Packet Control Unit (PCU) responsável por separar o tráfego comutado a circuitoproveniente da estação móvel do tráfegode dados comutado a pacotes do GPRS.



GPRS

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Serving GPRS Support Node (SGSN): handoff dedados, atribuição de IP (armazenado no HLR),roteamento

Gateway GPRS Support Node (GGSN) que a

permite a conexão com a Internet e outras redesde dados



GPRS

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Backbone GPRS do qual fazem parte outros SGSNse GGSNs e um gateway para o Sistema deCobrança



Após o GGSN temos nossa rede comum … Antes dele temos algumas adaptações

GPRS - Protocolos

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G S l



SNDCP: mapeamento de características anível da rede em características dascamadas inferiores da rede

LLC: link lógico altamente confiável ecriptografado entre MS e SGSN

GPRS - Protocolos

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GPRS P t l



BSSGP: roteamento e informação relativa aQoS entre o BSS e o SGSN

NS: transporta pacotes de dados do BSSGP.Baseada em Frame Relay.

GPRS - Protocolos

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GPRS P t l



RLC: enlace confiável entre a MS e o BSS MAC: aloca canais físicos, multiplexação

de blocos, …

GTP: tunelamento de dados no backbone GPRS

GPRS - Protocolos

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GPRS Fl Bá i



› Pacote de dados TCP/IP que é mapeado nacamada LLC (serviço confiável no enlace entrea estação móvel e o SGCN) pelo SNDCP

› Para chegar ao SGCN este pacote utilizada

camadas de protocolo específicas dasinterfaces Um (RLC/MAC e interface rádio) e Gb(BSSGP e NS baseado em Frame Relay)

GPRS – Fluxo Básico

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GPRS Fl Bá i



› No SGSN os pacotes são chaveados para obackbone GPRS (interface GN) onde sãotransportados através de um protocolo detunelamento de dados (GTP) em uma rede IP

utilizando TCP ou UDP como camada detransporte

› No Gateway o pacote de dados é roteadoatravés de uma rede IP externa até o servidor de aplicação

GPRS – Fluxo Básico

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GPRS C t d t i l



Ao ser ligado um terminal éreconhecido pela rede de formasimilar ao GSM

Além disso, a operadora fornece umendereço IP ao dispositivo› Fica registrado no HLR

GPRS – Conectando um terminal

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GPRS C t d t i l



Duas formas principais de alocaçãode IP› Fixo: não é muito utilizada devido aos

problemas com IPv4 … › Dinâmico: alocação sob demanda dos

endereços


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GPRS C t d t i l



Diagrama de estados do dispositivo› IDLE: MS é desconhecida da rede. A

partir do GPRS attach o dispositivo passa

a pertencer a rede e poder trocar dados


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GPRS C t d t i l



Diagrama de estados do dispositivo› Em READY a cada mudança para uma

nova célula, a MS envia uma mensagem

de atualização de localização contendoo identificador da célula na qual estáresidindo no momento


87

GPRS C t d t i l



Diagrama de estados do dispositivo› STANDBY: SGSN conhece apenas a área

de cada MS. Paging descobre

localização exata


88

GPRS Ti d T i i



Três classes› Classe A: Terminais que podem tratar voz

e dados ao mesmo tempo

› Classe B: Terminais que podem tratar voze dados, mas não ao mesmo tempo

› Classe C: Terminais que podem tratar apenas dados, como cartões GPRS

PCM/CIA para computadores portáteis.

GPRS – Tipos de Terminais

89

GPRS ti d t i i



De acordo com a forma comogerenciam os slots …

GPRS – tipos de terminais

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Classe de MultislotNúmero máximo de slots

Rx Tx Soma

1 1 1 2

2 2 1 3

3 2 2 3

4 3 1 4

5 2 2 4

6 3 2 4

7 3 3 4

8 4 1 5

9 3 2 5

10 4 2 5

11 4 3 5

12 4 4 5

GPRS ta a de dados



GPRS – taxa de dados

91

Detecção e correção de erros 4 tipos de codificação

CS1 CS4: menor redundância

Terminais suportam todos

Codificação

Taxamáxima dedados(kbit/s)

(CamadaLLC)

Taxamáxima dedados(kbit/s)

Canaisfísicos

C/I (dB)

CS-1 8 9,05 -6

CS-2 12 13,4 -9

CS-3 14 15,6 -12

CS-4 20 21,4 -17

GPRS taxa de dados



GPRS – taxa de dados

92

Configuração comum CS2 + 2-3 slots

Slots CS1 CS2 CS3 CS41 9,05 13,4 15,6 21,4

2 18,1 26,8 31,2 42,8

3 27,15 40,2 46,8 64,2

4 36,2 53,6 62,4 85,6

5 45,25 67,0 78,0 107,0

6 54,3 80,4 93,6 128,4

7 63,35 93,8 109,2 149,8

8 72,4 107,2 124,8 171,2

GPRS Um po co sobre mod lação



GSM + GPRS› MSK: modulação em frequência, simples

› GMSK: bits na entrada do modulador passampor filtro com pulsos retangular gaussianos.Saída do filtro modula em MSK as portadoras,com transições mais suaves.

GPRS – Um pouco sobre modulação

93

EDGE 2 5 G



As taxas ainda estavam baixas comGPRS …

Alterações mínimas na rede

› Modulação, codificação e decodificação,redundância de informação

Também chamado de GSM EDGE ouEGPRS

EDGE – 2,5 G

94

EDGE 2 5 G



EDGE – 2,5 G

95

EDGE 2 5 G



Objetivo: aumento da capacidade detransmissão da interface aérea nocorrente padrão GSM

Alterações realizadas› Atualização do software das BTS para

suporte de GMSK e 8PSK

› PCU EPCU

EDGE = EGPRS + ECSD.

EDGE – 2,5 G

96

EDGE



Alteração na modulação

EDGE

97

EDGE



Alteração na modulação› Problema? Dados mais condensados,

mais difícil para receptor discernir informação

EDGE

98

EDGE EGPRS



Diferentes codificações

EDGE - EGPRS

99

Codificação Família Taxa de dados por"timeslot" (Kbps)

Modulação

Taxa máxima 8 x "timeslots"

(Kbps)

MCS-9 A 59.2

8 PSK

473.6

MCS-8 A 54.4 435.2

MCS-7 B 44.8 358.4

MCS-6 A 29.6 / 27.2 236.8 / 217.6

MCS-5 B 22.4 179.2

MCS-4 C 17.6

GMSK

140.8

MCS-3 A 14.8 / 13.6 118.4 / 108.8

MCS-2 B 11.2 89.6

MCS-1 C 8.8 70.4

EDGE EGPRS



Cada codificação implica em pacotesde diferentes tamanhos, nível deredundância diferenciado …

Por que famílias?› Dados são transmitidos com uma

codificação› Avalia-se a qualidade do meio› Pode-se transmitir em outro nível na mesma

família MCS-9MCS-6...

EDGE - EGPRS

100

EDGE EGPRS



EDGE - EGPRS

101

EDGE



Novas taxas para ECSD

EDGE

102

Tipo do

canal

Taxa de dados por

"timeslot" (Kb/s)

Taxa máxima dedados

2 x "timeslots"(Kb/s)

E-TCH / F43.2 43.286.4

(não utilizado)

E-TCH / F32.0 32.0 64.0

E-TCH / F28.8 28.8 57.6

EDGE Terminais



Terminais são compatíveis com redeGPRS já existente …

BTS precisam suportar GMSK e 8PSK

Duas classes de terminais› Classe A

› Classe B

EDGE - Terminais

103

EDGE Terminais



Classe A› GMSK + 8PSK no downlink

› GMSK no uplink

›

Altas taxas no downlink› Alterações importantes na recepção

EDGE - Terminais

104

EDGE Terminais



Classe B› GMSK + 8PSK no downlink e no uplink

› Altas taxas nas duas direções

›

Alterações na transmissão e recepção

EDGE - Terminais

105

EDGE - Terminais



Mas como decidir entre as modulações?› Mais dados, precisa-se de maior taxa 8PSK

› Poucos dados, é melhor economizar energia! GMSK

EDGE - Terminais

106

EDGE - Protocolos



Algumas alterações em relação aomodelo GPRS

EDGE - Protocolos

107



108

E-EDGE



Uma melhoria na EDGE para permitir taxas similares ao 3G, com menosinvestimento

Taxas em torno de 1 Mbps foramantecipadas

Novas modulações› 16QAM: 4 bits/símbolo

› 32QAM: 5 bits/símbolo

E EDGE

109

E-EDGE



Dois receptores para aumentar chancede sucesso na captura de sinal

Melhoria em transmissores e receptores

para permitir transmissão e recepçãosimultâneas

E EDGE

110

E-EDGE



Porém … › O mercado se movimentou para 3G:

disponibilidade de aparelhos, …

› Outros mecanismos com taxas detransmissão ainda maiores

E EDGE

111

3G



Um conceito vem dominando o mundo… › Banda larga!

›

Jogos interativos, download de vídeos,grande número de notebooks, …

3G

112

3G



No intuito de ampliar cada vez mais otráfego de dados surgiu o projeto IMT-2000da União Internacional deTelecomunicações (UIT) cujos requisitospara a 3ᵃ Geração eram:› 144 kbit/s em todos os ambientes e 2 Mbit/s emambientes "indoor " e de baixa mobilidade› Serviços baseados em comutação de circuitos

e comutação de pacotes› Qualidade de voz comparável à da telefonia

fixa› Arquitetura aberta para a rápida introdução de

novos serviços e tecnologias› …

3G

113

3G



Investimentos vultosos para migraçãopara 3G

Padrões que facilitassem evolução dos

padrões 2G› UMTS

› CDMA 2000: padrão de sistemas celularesbaseados no IS-95

3G

114

3G



UMTS› Evolução do GSM› Utiliza como interface de rádio o WCDMA

ou EDGE

› Até 2000 o GSM foi conduzido pelaEuropean Telecomunications StandardsInstitute (ETSI). A partir daí ficou a cargo da3rd Generation Partnership Project (3GPP),

que é um esforço de várias organizaçõespara definir um sistema celular global de 3ºGeração UMTS (Universal MobileTelecommunications System)

3G

115

3G



UMTS› Utilizado pela Claro a partir do final de 2007

› Agrupa tráfego em: Conversational class (voz, vídeo conferência, jogos com vídeos)

Streaming class (multimedia, vídeosobdemanda, webcast)

Interactive class (web browsing, jogos emrede, acesso a bancos de dados)

Background class (email, SMS, downloading)

3G

116

UMTS



Arquitetura› UE: É o terminal móvel e seu módulo de

identidade de serviços do usuário (USIM)equivalente ao SIM card dos terminais GSM

› UTRAN: rede terrestre de acesso. Rádio doUMTS baseada no WCDMA

› CN: núcleo da rede que suporta serviçosbaseados em comutação de circuitos ecomutação de pacotes

UMTS

117

UMTS



Detalhando ...› RNC: Controlador

(lembra-se do BSC?)

› BS: Estações base

(lembra-se do BTS?)› RNS: subsistema de

rádio

› Iur, Uu, Iu: Interface

entre componentes

UMTS

118

UMTS



UMTS

119

UMTS



Protocolos buscammanter compatibilidadecom GSM

UMTS

120

UMTS



Interface de rádio utiliza três tipos decanais› Lógicos: mapeados nos canais de transporte

› Transporte: RNC lida com canais de transporte

utilizados para transportar diferentes fluxos deinformação

UMTS

121

UMTS



Interface de rádio utiliza três tipos decanais› Físicos: interface Uu. Diferentes tipos de

banda podem ser alocadas para diferentes

finalidades

UMTS

122

UMTS – W-CDMA



Uu (ligação com terminais) baseado nopadrão de interface de rádio W-CDMA

W-CDMA possui dois modos de

operação› FDD: enlaces de subida e descida utilizam

canais de 5 MHz diferentes

› TDD: link de subida e descida compartilham

a mesma banda de 5 MHz Ainda sem uma especificação clara!

UMTS W CDMA

123

UMTS – W-CDMA



Geralmente atua na faixa de 2100 MHz› 900 MHz e 1850MHz também são usados

E como os usuários acessam o meio em

cada um dos modos?› CDMA-DS: terminais compartilham uma

mesma faixa de frequência, porém comdiferentes códigos

U S C

124

UMTS



As versões mais atuais do UMTS jábuscaram aumentar ainda mais as taxas

HSDPA›

Foco em assimetria como o ADSL› Downlink de até 11 Mbps

125

UMTS - HSDPA



Upgrade de hardware e software nasBSs (ou nó B) e RNCs

Novo canal›

Canal compartilhado de enlace de descidade alta velocidade (HS-DSCH)

› Frame de 10 ms dividido em sub-frames de 2ms

› Cada sub-frame é composto de 3 slots de0,67 ms

› 15 códigos por canal

126

UMTS - HSDPA



BS, e não mais o RNC, é quem decidequal o terminal que receberá os recursos

Aloca taxas de dados mais altas para

canais melhores (link adaptation)› Modulação: QPSK ou 16QAM

127

UMTS - HSDPA



Melhora o tempo de retransmissão emcaso de erro› Terminais requisitam retransmissão antes de

decodificar mensagem

Reduz tempo de ida e volta dos dados

128

UMTS - HSPA



HSDPA + melhoria no uplink Modulação 16QAM

Novo canal:

› Enhanced Dedicated Channel – E-DCH› Atualizações nos terminais, BSs e RNCs

› Dedicado a cada usuário (até 4 códigos)

› Tempo de transmissão reduzido para 10 msou 2 ms

129

UMTS - HSPA



› BS pode pedir retransmissão de dadosrapidamente (similar ao HSDPA)

› Potência de transmissão do terminal égerenciado e alocado junto as BSs

130

UMTS - HSPA



131

CategoriaUE

Códigos xSpreading

TTI10 ou 2 ms

Pico de taxa

dedados -

Camada 1(TTI = 10 ms)

Pico de taxa

dedados -

Camada 1(TTI = 2 ms)

Categoria 1 1 x SF4 10 ms 0,73 Mbit/s -

Categoria 2 2 x SF4 Ambos 1,46 Mbit/s 1,46 Mbit/s


Categoria 4 2 x SF2 Ambos 2,0 Mbit/s 2,92 Mbit/s


Categoria 62 x SF2 +2 x SF4

Ambos 2,0 Mbit/s 5,76 Mbit/s

UMTS – HSPA+



Evolução buscando novo aumento develocidades tanto no uplink como nodownlink

132

UMTS – HSPA+



Duas antenas de transmissão nas BSs eduas antenas de recepção nos terminais› Processamento adicional de sinais

› Sem uso adicional de largura de banda oupotência

133

Taxas de Pico HSPA+MIMO

(MIMO 2X2 DL)Sem MIMO

Downlink 28 Mbit/s (16-QAM) 14 Mbit/s (16-QAM)21 Mbit/s (64-QAM)

Uplink 5,76 Mbit/s (QPSK)

11 Mbit/s (16-QAM)5,76 Mbit/s (QPSK)

11 Mbit/s (16-QAM)

UMTS – HSPA+



64 QAM no downlink e 16 QAM no uplink Terminais com bom sinal são atendidos

rapidamente›

BSs possuem mais tempo para estaçõescom sinais ruins

134

UMTS – HSPA+



Transmissão descontínua (DTX) eRecepção descontínua (RTX) permitemque transmissores e receptores sejamdesligados› Economia de bateria

› Redução de interferência nas BSs

135

UMTS – HSPA+



Cria-se uma convergência paratransmissão de pacotes› Melhoria no serviço VoIP

› Menores preços

136

UMTS – HSPA+



Pelo que vimos, parece que estamoschegando num serviço similar à bandalarga residencial ...

137

UMTS – Migração



Alguns probleminhas … › Upgrade de hardware, …

› Assume que operadoras deveriam adquirir novas faixas de frequênciaWCDMA

› IMT-2000 alocou frequências possibilitando aimplantação de novos sistemas, bem comoalinhamento global de frequências

138

UMTS – Migração



139

UMTS – Migração



Operadoras passaram a adotar UMTSgradualmente› Coexistência entre UMTS e sistemas já

existentes!

› Serviços para os vários grupos de terminais› Mas como seria isso?

140

UMTS – Migração



Rede centralGSM/UMTS emcontato com:› GSM/EDGE através

da GSM EDGE Radio

Access Network (GERAN) Interface A entre BSC e

MSC para os serviçosde comutação a

circuito. Gb entre o BSC e nós

de suporte para osserviços comutados apacote do GPRS e

EDGE141

UMTS – Migração



Rede central GSMem contato com:› WCDMA através da

UMTS Terrestrial

Radio AccessNetwork (UTRAN)

142

A evolução ...



Velocidades acima de 200 Mbps Novas aplicações

› TV interativa

›

Jogos avançados› …

Abrangência para computadores,dispositivos eletrônicos, …

143

A evolução ...



Mas por que tudo isso no mercadomóvel?

144

A evolução ...



O que o HSPA já fez ...

145

A evolução ...



Long Term Evolution – LTE › Utiliza OFDM

› Arquitetura da rede baseada em IP – esforço SAE Evolução do núcleo das redes GSM/W-CDMA

146

A evolução ...



Menores custos, otimização dedesempenho

147

LTE - OFDM



Portadoras podem ter larguras deabaixo de 5MHz a 20 MHz

148

LTE - OFDM



Múltiplas antenas estilo o MIMO podemser utilizadas

149

Bandas FDD

Banda Freqüências UL/DL (MHz)

I 1920 – 1980 / 2110 – 2170

II 1850 – 1910 / 1930 – 1990

III 1710 – 1785 /1805 – 1880

IV 1710 – 1755 / 2110 – 2155

V 824 – 849 / 869 – 894VI 830 – 840 /875 – 885

VII 2500 – 2570 / 2620 – 2690

VIII 880 – 915 / 925 – 960

IX 1749.9 – 1784.9 / 1844.9 – 1879.9

X 1710 – 1770 / 2110 – 2170

Bandas TDD

Banda FreqüênciasUL/DL (MHz)

a1900 – 19202010 – 2025

b

1850 – 1910

1930 – 1990c 1910 – 1930

d 2570 – 2620

LTE - Terminais



Qual o alvo da tecnologia?

150

Mas e o 4G?



151

Mas e o 4G?



O que se espera?› Acesso ubíquo: casa, escritório, carro, ...› Seleção automática de acesso com maior

velocidade

802.11b de 11 Mbps x 3G de 384 Kbps› Comutação entre tecnologias 802.11, 3G, WiMaX, ...

› Manutenção de conexões TCP enquanto

nos movemos!› Voz e vídeo real sobre IP!› Baixo custo!

152

Referências



Redes de computadores e a Internet:Uma abordagem top-down. James F.Kurose, Keith W. Ross.

Redes de Computadores II – RedesMóveis. Augusto César P. da S.Montalvão . FATERN

Wireless Communications: Principles and

Practice. Theodore Rappaport. 2ᵃ Edição

redes celulares

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