3. generacion wcdma

7/21/2019 3. Generacion Wcdma

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Ing: Gerald Medina


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I. Evolucin de Redes Mviles


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Evolucin de las redes moviles

AMPS

TACS

NMT

Otros

1G 1980sAnaloga

GSM

CDMA

IS-95

TDMAIS-136

PDC

2G 1990sDigital

Desarrollo deTecnologias

3GIMT-2000

UMTSWCDMA

cdma

2000

Desarollo deServicios

TD-SCDMA


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Asignacin del espectro


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Evolucin de Transferencia de dato


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Qu nos puede ofrecerG.


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Nuevos servicios demanda altas velocidades

Non-real timebackground and

narrowbandstreaming

Interactive, mediumbit rate streaming,

business connectivity

Real timeconnections,

efficient businessconnectivity

HSPA1-14Mbps

WCDMA128-384

kbps

EDGE80-160

kbps

GPRS30-40kbps

GSM10-40kbps

Video sharingVideo

telephonyReal time IP

Real timegames

High speedmobile intranet

Fasterbusiness

connectivityFaster

streamingFaster content

downloadWeb browsingMobile intranet

accessVideo streaming

Video sharingVoiceSMS

MMSWAP

DownloadPresence

Audio streaming

Close to WLAN bitrates and high

efficiency


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Downlink peak rate

Network Latency

Uplink peak rate

Bandwidth

Standard

3G evolution - Rendimiento

Spectral efficiency, DL

Spectral efficiency, UL

WCDMA R99

3GPP

5.0 MHz100-200 ms

384 kbps

384 kbps

0.16 bps/Hz

0.16 bps/Hz

WCDMA HSPA

3GPP

5.0 MHz


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Crecimiento global de 3G y 3.5G


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Prediccin al 2013


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Prediccin de usuarios


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Organismos de estandarizacin

ETSI (European Telecommunications Standards Institute)o Estandarizacin inicial de GSM, GPRS y UMTS.o www.etsi.org

3GPP (Third Generation Partnership Project)o Creado en 1998.o Acuerdo de colaboracin entre ETSI y otros organismos de

estandarizacin oficiales (Japn, China, Corea, USA)o Actualmente se ocupa de la definicin de GSM, GPRS y UMTSo Formado por fabricantes, operadores y otros (afiliados a un

organismo de estandarizacin).o www.3gpp.org

3GPP2o Creado en 2000.o Similar a 3GPP para sistemas americanos (cdma2000).o www.3gpp2.org


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15

3rd Generation PartnershipProject (3GPP )

Versin Ao Contenido Release 99 2000 Primera red 3G. Incorpora la interfaz de

aire CDMA

Release 4 2001 Aade un ncleo de red All-IP

Release 5 2002 Incorpora IMS y HSDPA Release 6 2004 Aade HSUPA y otras mejoras Release 7 2007 Centrada en QoS sobre IP Release 8 2008 Primer Detalles del Estndar LTE.

Release 9 2009 Arquitectura SAE WiMAX y LTERelease 10 2011 LTE Advanced y 4G AvanzadoRelease 11 2012 Interconexin de Servicios IP AvanzadosRelease 12 Q2-2013 Contenido Abierto


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III. Caractersticas y tipos

de Servicios


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Gran capacidad Variedad de servicios: Velocidad binaria elevada: hasta

144 kbits/s en entornos rurales

384 kbits/s en entornos suburbanos 2 Mbits/s en entornos urbanos

Velocidad binaria variable dinmicamente Conmutacin de circuitos y de paquetes

Estructura modular y arquitectura abierta para laintroduccin de nuevas aplicaciones Seguridad de acceso y confidencialidad

Caractersticas de la Tercera Generaci


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Otras: Conmutacin de paquetes para datos: velocidades de

hasta 2Mbps Conmutacin de circuitos para voz: velocidades de

hasta 384 Kbps Utilizacin de lineas ATM sobre protocolos TCP-I Estaciones base asncronas. No es necesario

sincronizacin mediante GPS

UMTS permite la negociacin de las propiedades dela portadora radio, en cuanto a troughput, retardos ytasas de bits.

CARACTERSTICAS GENERALES


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Interfaz radio que permite:o Todos los usuarios utilicen la misma banda de

frecuencias simultaneamenteo Acceso a la red mediante cdigos ortogonales: Un

cdigo por cada usuario de la celdao Sistema limitado por interferencia en cdigo y no enfrecuencia

Diferencias entre WCDMA y interfaces aire desegunda generacin:

o WCDMA permite tasas de bits superiores a los 2Mbps(por ello 5MHz de BW)o Tasa de bits variable para ofrecer diferentes servicios



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o Multiplexacin de servicios con diferentesrequisitos de calidad en una misma conexin:voz, datos, video...

o Requerimientos de calidad con tasas de error debit desde 10% hasta 10E-6 en funcin del servicio

o Soporte de trfico asimtrico en el uplink y en eldownlink

o Alta eficiencia espectralo Coexistencia de los modos FDD y TDD



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Universal Mobile Telecommunications

System - UMTS

ACCESO

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access o CDMA de Banda Ancha interfaz radioelctrica y es llamado Universal Terrestral Radio Access Network

(UTRAN)

WCDMA WCDMA basada en DSSS, ocupa mayor cantidad de ancho

de banda que le permite usar mayor cantidad de canales.

VELOCIDADES

WCDMA al tener mayor velocidad de chips (3.84 Mcps versus 1.22 Mcps) El ancho de banda de 5MHz es suficiente para dar velocidades de datos de

144 kbps y 384 kbps . En buenas condiciones se llega hasta 2Mbps


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UMTS Y QoS

Conversacional Servicios de llamadas telefnicas

Streaming Servicios de usuario cuando est usando

servicios de video en tiempo real.

Interactivos:

Servicios que manejan el patrn peticin-respuesta

La Calidad del Servicio QoS haciendo diferenciacin en cuaniveles

Background:

Servicios en los que el receptor espera una respuestapor un tiempo indefinido como el correo electrnico.


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Legend Technologies Co. 24

QoS de Diferentes Servicios

Time delay

Quality (BER)

background

conversational

streaming

interactive


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QoS de Diferentes Servicios

Legend Technologies Co. 25


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V. Principios de CDMA


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Tecnologa de Multiple Acceso

Power

FDMA

Power

TDMA

Power

CDMA


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Tecnologa de Duplexacin

Time

Frequency

Power

TDD

USER 2

USER 1

DLUL

DLDL

UL

FDD

Time

Frequency

Power

UL DL

USER 2

USER 1


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Tecnologa WCDMA

5 MHz

3.84 MHz

f

5+5 MHz in FDD mode5 MHz in TDD mode

F r e q u e n c y

Time Direct Sequence (DS) CDMA

WCDMA

Carrier

WCDMA5 MHz, 1 carrier

TDMA (GSM)5 MHz, 25 carriers

Users share same time and frequency


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Tecnologa WCDMA


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UMTS & GSM Radio Network

PlanningGSM900/1800: 3G (WCDMA):


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Espectro ensanchado y CDMA


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d(t)

-1

c(t)

m(t)

Espectro ensanchado y CDMASecuencia directa (DS-SS)

Secuencia de datos (bits)

Secuencia cdigo (chips)

Secuencia ensanchada (chips)


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Frequency P o w e r

d e n s

i t y ( W a t

t s / H z )

Unspread narrowband signal Spread wideband signal

Bandwidth W (3.84 Mchip/sec)

User bitrateR

RW

dBG p Processing gain:

La operacin de ensanchado ayuda a que la seal resista a la interferencia.



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Seal de datos

Seal de cdigo

Modulador

Portadora

Seal ensanchada

DS-SS: diagramas de bloques

Seal recibida

Seal cdigo

Demodulador(filtro adaptado)

Pulso de bit

T B



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DS-SS: ventajas Reduccin de densidad espectral Privacidad Proteccin frente a interferencias

De banda estrecha De banda ancha

Resolucin temporal y proteccin frente a multitrayecto



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Proteccin frente a interferencias: banda estrecha

El proceso de des-ensanchamiento de la seal deseada ensancha lainterferencia

sta puede reducirse en un factor igual a la ganancia deprocesado, mediante un filtro adaptado a la seal deseada des-ensanchada.

interferencia

seal interferencia

sealdesensanchamiento



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El proceso de des-ensanchamiento de la seal deseada mantiene lainterferencia ensanchada

El grado de rechazo es del orden de la ganancia de procesado, y

depende de lacorrelacin cruzada entre secuencias cdigo.

Proteccin frente a interferencias: banda estrecha


interferencia

seal interferencia

sealdesensanchamiento


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Ensanchado / Des-ensanchado

Data xCode

Data

Code

Code(pseudonoise)

Data

+1

+1

+1

+1

+1

Symbol

-1

-1

-1

-1

-1

ChipChip

Symbol


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Codigos en WCDMAEn WCDMA 2 tipos de cdigos son usados en la operacin deensanchado.

Cdigos de CanalizacinCdigos de Scrambling

Cdigos de Canalizacin DL: los canales fisicos separan a los diferentes usuarios ylos canales comunes definen el bit rate del canal fisico encada usuario. UL: separa los canales fisicos de un usuario, definetambien el bit rate del canal fisico en cada usuario.

Scrambling code DL: diferencia a la celda en la misma frecuencia UL: Ayuda para la separacin de los usuarios.


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Ensanchamiento y Multiplexacin en DL

b l d Cdi d C li i


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rbol de Cdigos de Canalizacin

Son secuencias ortogonales (basadas en las de Hadamard). Proporcionan varios posibles factores de ensanchamiento, cada uno la mit

del anterior. Dos secuencias cualesquiera del rbol son ortogonales siempre que una no

descienda de la otra.


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Spreading

factor

Channel

symbolrate(ksps)

Channel

bit rate(kbps)

DPDCH

channel bitrate range(kbps)

Maximum user

data rate with -rate coding(approx.)

512 7.5 15 36 13 kbps256 15 30 1224 612 kbps128 30 60 4251 2024 kbps

64 60 120 90 45 kbps32 120 240 210 105 kbps16 240 480 432 215 kbps8 480 960 912 456 kbps4 960 1920 1872 936 kbps

4, with 3

parallelcodes

2880 5760 5616 2.3 Mbps

Half rate speecFull rate speec

64 kbps

Physical Layer Bit Rates (Downlink)

El numero de codigos de canalizacin = Spreading factor El maximo throughput por 1 scrambling code ~2.5 Mbps or ~100 full ratespeech users

128 kbps384 kbps

2 Mbps


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Nmero de codigos ortogonales en Downlin Parte de los codigos deben ser reservados para:

common channels soft handover overhead La maxima capacidad con un grupo de codigos ortogonales =

limitacion de la capacidad por 5Mhz Full rate speech (SF=128) : 98 channels Half rate speech 7.95 kbps (SF=256) : 196 channels Data : 2.5 Mbps; 10 Common Channels SF 128; 20% SHO

overhead Tipicamente, la interface de aire limita a la capacidad de codigos

antes. La limitacin de los codigos puede ser evitada con un segundo grupo

de codigos ( los cuales no son ortogonales) usando 2 scramblingcodes por sector

2do grupo de codigos es probablemente que necesite de antenasinteligentes para que pueda mejorar la interface de radio.


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DL Scrambling Codes Codigos Pseudo noise son utilizados para la diferenciacide las celdas Primary Scrambling Codes

UL Scrambling CodesExisten 2 tipos de codigos scrambling en UL : Long scrambling codes de longitud de 38 400 chips = 10

Short scrambling codes de longitud de 256 chips.

DL & UL Scrambling Codes

Ensanchado y Scrambling en DL - WCDMA


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Ensanchado y Scrambling en DL - WCDMA

User 1 Signal

X

Channlisation code 1

X

Channelisation Code 2

X

+

X

SCRAMBLINGCODE

RF

3.84 MHzRF carrier

3.84 MHz bandwidth

CHANNELISATION codes:

User 2 Signal

Channelisation Code 3

User 3 Signal

Node B


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Acceso multiusuario


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Propagacin

SealRecibida

SealTransmitida

Prdida de Transmisin:Path Loss + Multi-path Fading

Time

Amplitud

P g i d l l d R di


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Propagacin de la seal de RadioSeal al Transmisor

Seal al Receptor

-40-35-30-25-20-15-10

-5

d B

0

0 d B m

-20-15

-10-5

5101520

Fading


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Categorias de Fadingo

Slow Fadingo Fast Fading

P i i i d l t RAKE


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Principio del receptor RAKE

Receive set

Correlator 1

Correlator 2

Correlator 3

Searcher correlator Calculate thetime delay andsignal strength

CombinerThe combinedsignal

tt

s(t) s(t)

Scrambling Codes & CPICH


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Scrambling Codes & CPICH

El canal Common Pilot (CPICH) es enviado masivamente en cada celda

Contiene la informacion del Scrambling Code de la celda Las celdas en WCDMA son diferenciadas por su SC.

CPICH

Potencia Total Recibida Io


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Potencia Total Recibida - Io

El User Equipment (UE) recibe seales de diferentes celdas

I o* = Es la suma total de todas las seales (dBm)

I o

Potencia recibida por el CPICH : RSC


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Potencia recibida por el CPICH : RSC

RSCP

Usando las propiedades de los SCs el UE puede extraer el respectivo nivel de

CPICH de los sitios que va recibiendo.RSCP = Received Power of a Particular CPICH (dBm)Ec = Energy per Chip

RSCP 1 RSCP 2

Calidad CPICH (Ec/Io)


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Calidad CPICH (Ec/Io)

I oRSCP

De las dos medidas anteriores podemos obtener la calidad de potencia de este

canal recibido CPICH (SC).Ec/Io = (Energy per chip / Noise spectral density) = RSCP/RSSI

Tipos de Handover


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Tipos de Handover Intra-Frequency Handovers

Softer HandoverSoft HandoverHard Handover

Inter-Frequency Handovero Can be intra-BS, intra-RNC, inter-RNCo Decision algorithm located in RNC

Inter-RAT Handover o Handovers between GSM and WCDMA

Tipos de Handover


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Tipos de Handover

Soft Handover

Hard/Inter-Frequency Handover

Inter-System

Handover

Node B

Frequency f1

Frequency f1

Frequency f1

Frequency f2

UMTS GSM900/1800

Frequency f1

Frequency f1

RNC RNC Iur

Iub Iub

Node B

Node B Node B

Node B Node B

Softer Handover

Sector 1 f1

Sector 2 f1

Sector 3 f1

Sector 1

Sector 3

Node B

Node B BTS


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Control de Potencia


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IV. Arquitectura

E l i d l i d d


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Evolucin de las versiones de redWCDMA


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Arquitectura de Red WCDMA

RNS

RNC

RNS

RNC

Core Network

Node B Node B Node B Node B

Iu-CS Iu-PS

Iur

Iub IubIub Iub

CN

UTRAN

UEUu

CS PS

Iu-CSIu-PS

CSPS

Interfaces


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Interfaces CN

Circuitswitched

(cs)domain

packetswitched

(ps)domain

UTRAN

Radio Network Subsystem (RNS)

Radio Network Subsystem (RNS)

Iub

Iub

Iur

Iu-PS

Iu-CS

Uu

Uu

UE

UE

MSC/VLR

SGSN

RNC

RNC

R d WCDMA


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Red WCDMA

Modelo de Protocolo aplicable a


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Transport Frame and Physical Layer

SignallingBearer

SignallingBearer

DataBearer

ALCAP

ApplicationProtocols

DataStreams

Control

Plane

User

Plane

Transport NetworkControl Plane

TransportNetwork

Layer

Radio

NetworkLayer

Modelo de Protocolo aplicable alas interfaces UTRAN Iu, Iub and Iur.


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VI. Interfaz Radio

Interfaz radio: caractersticas generales


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Componente terrestre: UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access). Estprevista tambin una componente por satlite.

UTRA: FDMA/DS-CDM WCDM con FDD y TDD. El modoFDD est en funcionamiento, el TDD actualmente no.

Separacin entre portadoras: 5 MHz Velocidad de chip: 3.84 Mc/s Ensanchamiento espectral:

Cdigos de canalizacin: cdigos ortogonales con factor deensanchamiento variable (OVSF).

Cdigos de aleatorizacin: varios tipos de cdigos PN. Modulacin: BPSK / QPSK Estructura de trama temporal (no TDMA) Potencia mxima del terminal mvil: 21 dBm para voz. Conmutacin de circuitos y de paquetes. Velocidad binaria variable de forma esttica y dinmica. Traspaso con continuidad (soft) y entre portadoras (hard).

Interfaz radio: caractersticas generales

WCDMA RAN LAYERING MODEL


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PHYSICAL

M A C

RLC RLC

RRC

UE RAN

PHYSICAL

User

Data

Control

M A C

RLC RLC

RRC

UserData

Control

Physical Channel

Transport Channel

Logical Channel

Radio Bearer

Signaling RadioBearer

WCDMA RAN LAYERING MODEL

L1----

ATM

Node B

Air Interface Access Stratum


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Air Interface Access Stratum

l l d f


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Canal lgico: definen el tipo de informacin enviadaDe control / de trfico

Canal de transporte: definen el formato de envoComunes / dedicados

Canal fsico: frecuencia, secuencias cdigo. Adems puedendistinguirse por divisin temporal (en DL) o fase I/Q (en UL).

Comunes / dedicadosAsociados a canales de transporte / no.

Canales lgicos, de transporte y fsicos


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Canales en WCDMA

l l


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De control BCCH (Broadcast Control Channel, DL): informacin general

de configuracin de la red PCCH (Paging Channel, DL): aviso a mviles CCCH (Common Control Channel, DL y UL): otros tipos de

sealizacin comn DCCH (Dedicated Control Channel, DL y UL): sealizacin

dedicada De trfico

DTCH (Dedicated Traffic Channel, DL y UL): informacin

dedicada CTCH (Common Traffic Channel, DL): informacin punto-multipunto

Canales lgicos


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Control channel

Traffic channelDedicated traffic channel (DTCH)

Common traffic channel (CTCH)

Broadcast control channel (BCCH)

Paging control channel (PCCH)

Dedicate control channel (DCCH)

Common control channel (CCCH)

Canales lgicos

Canales Lgicos


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Canales Lgicos

C l d


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Comunes BCH (Broadcast Channel, DL) PCH (Paging Channel, DL) RACH (Random Access Channel, UL) FACH (Forward Access Channel, DL)

Dedicado DCH (Dedicated Channel, DL y UL)

Canales de transporte

C l d


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Dedicated Channel (DCH)

Broadcast channel (BCH)

Forward access channel(FACH)

Paging channel (PCH)

Random access channel (RACH)High-speed downlink shared channel

(HS-DSCH)

Common transportchannel

Dedicated transportchannel

Canales de transporte

Canales de Transporte


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Canales de Transporte

Canales fsicos


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Asociados a canales de transporte P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel):

transmite el BCH S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel):FACH y PCH

PRACH (Physical Random Access Channel): RACH PCPCH (Physical Common Packet Channel): CPCH

DPDCH (Dedicated Physical Data Channel): DCH, parte detrfico DPCCH (Dedicated Physical Control Channel): DCH, parte de

sealizacin (de nivel fsico). No asociados a canales de transporte

CPICH (Common Pilot Channel): piloto SCH (Synchronization Channel): primario (P-SCH) y

secundario (S-SCH): sincronizacin PICH (Paging Indication Channel): se usa junto con PCH AICH (Access Indication Channel): se usa junto con RACH

Canales fsicos

C l f i d di d


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Canales fsicos dedicados DL:

Factor de ensanchamiento: , 8, , , chips/smbolo DPDCH y DPCCH multiplexados en el tiempo Tasa variable en DPDCH a nivel de trama, mediante transmisin

discontinua. UL:

Factor de ensanchamiento: , 8, , , bits/smbolo DPDCH y DPCCH multiplexados en I/Q (para evitar interferencia

audible cuando no haya DPDCH)

Tasa variable en DPDCH a nivel de trama, modificando el factorde ensanchamiento y la potencia.

Canales Fsicos


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Canales Fsicos


81/84

Canales Fsicos en DL


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Canales Fsicos en UL

d


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CorrespondenciasBCCH

BCH

PCCH

PCH

DCCH CCCH

RACH

CTCH DTCH

DCHFACH

CanalesLgicos

Canales deTransporte

P-CCPCH S-CCPCH PRACH DPDCH DPCCHCanalesFsicosAICHPICH

CPICH SCH


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Gracias

3. generacion wcdma

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