generalidades de wcdma umts y hsdpa en las nuevas redes móviles 3 5g

5/12/2018 Generalidades de WCDMA UMTS y HSDPA en las nuevas redes m viles 3 5G - slidepdf.com

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Fundación Universidad del Norte. Viñas, Garcia. Generalidades de WCDMA, UMTS y HSDPA en las nuevas redes de3.5G.

Resumen — En el artículo se realizará una introducción a lostemas claves en las redes 3.5G como: espectro ensanchado,CDMA, WCDMA, UMTS y HSDPA.Se realizará una introducción a la capa física de UMTSespecificando los canales lógicos, de transporte y físicos, asícomo la gestión de recursos de radio, la planificación de

paquetes y las limitantes en cuanto a capacidad de estas redes.

Índice de Términos—WCDMA, UMTS, HSDPA, Spread Spectrum.

I. ARQUITECTURA GENERAL DE LOSSISTEMAS UMTSE

n la Figura 1 se muestra la arquitectura general de los sistemasUMTS definida por el 3GPP [1]. Se trata de un modeloabstracto, aplicable a cualquier red UMTS, con independenciadel Release al que pertenezca.

Figura 1. Arquitectura general de un sistema UMTS [1].La arquitectura general de UMTS se define en términos de

dominios (agrupaciones de elementos funcionales) y puntos dereferencia (interfaces). En el nivel de abstracción superior, elsistema UMTS se descompone en el dominio de equipo deusuario, UE (User Equipment) y el dominio de infraestructura(los equipos de red), mediando entre ambos la interfaz radio otambién conocida como interfaz Uu.

En la Figura 2 se representa la arquitectura básica de una

red UMTS conforme al Release 99 [2], con sus tres parteesenciales: los equipos de usuario, la red de acceso UTRAN, el núcleo de red CN.

Figura 2. Arquitectura básica de una red UMTS [2].

La arquitectura de la red de acceso UTRAN está formad

por Nodos-B y controladores de red radio, RNC (Rad Network Controlers), equivalentes a las estaciones base BTS los controladores BSC de GSM. Por otro lado, la arquitecturdel núcleo de red es una réplica de la del subsistema dconmutación de GSM/GPRS. A pesar de las aparienciaobviamente existen algunas diferencias importantes, como sverá a continuación.

Los equipos de usuario se comunican con los Nodos-B través de la interfaz Uu basada en WCDMA. Los Nodos-B, su vez, se conectan a los RNC mediante la interfaz lubequivalente a la interfaz Abis de GSM. Sobre la Iub stransporta el tráfico de usuario (voz, datos, vídeo, etc.)

también la señalización móvil-red, intercambiada entre eequipo de usuario y el núcleo de red (MSC o SGSN, según ecaso).

Existe una nueva interfaz, Iur sin equivalente en GSM, qu permite la comunicación directa entre RNC. Esta interf permite el Soft-Handover entre estaciones base que pertenecea distintos RNC.

Generalidades de WCDMA, UMTS y HSDPA en lasnuevas redes móviles 3.5G

Viñas, Jesús., García, Javier.

{[email protected],[email protected]}Fundación Universidad del Norte




II. ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS UTRAN

A. Introducción

En la Figura 3 se muestra una visión global de laarquitectura de protocolos entre el móvil y el núcleo de red.En la parte superior aparece el estrato no ligado al acceso,donde se ubican los protocolos relativos a los flujos de

información a intercambiar entre el móvil y el núcleo de red(la MSC o el SGSN visitado, según el caso). Estos flujos demensajes incluyen tanto el tráfico de usuario (voz, datos,vídeo, etc), como la señalización de abonado (procedimientosde control de llamada y de sesiones, gestión de movilidad) [2].

Figura 3. Visión simplificada de protocolos UTRAN [1].

Para transportar los flujos de mensaje de usuario entre elmóvil y el núcleo de red es necesario pasar a través de losdistintos elementos e interfaces definidos entre ambos

extremos. Los protocolos del estrato de acceso son losresponsables de llevar a cabo esta tarea. Así, los protocolosradio son los encargados de transportar los flujos de mensajede usuario sobre la interfaz Uu. Parte de estos protocolosfinalizan en el Nodo-B, mientras que la mayoría lo hace en elRNC, apoyándose para ello en los protocolos de la interfazIub. El último salto se lleva a cabo gracias a los protocolos dela interfaz Iu, gracias a los cuales los flujos de usuarioalcanzan el núcleo de red [1].

Los protocolos radio incluyen los bloques RRC (RadioResource Control), RLC (Radio Link Control), MAC(Médium Access Control), PDCP (Packet Data ConvergenceProtocol) y PHY (nivel físico de la interfaz radio). Nótese queestos protocolos se desarrollan en su mayor parte entre elequipo de usuario y el RNC.

En la interfaz Iub se puede observar el empleo de ATM,sobre el medio físico que más convenga en cada caso (E1, E3,STM-1, etc.). Por encima de ATM se usan los protocolos deadaptación AAL2 (ATM Adaptation Layer 2) y SAAL(Signalling ATM Adaptation Layer). La capa AAL2 se emplea

para el transporte de las tramas radio, previamenteencapsuladas sobre el protocolo FP (Framing Protocol), entreel Nodo-B y el RNC. Por su parte, SAAL se usa para eltransporte de señalización NBAP (Node-B Application Part).

La interfaz Iu también usa ATM, pudiéndose observar eeste caso el empleo de tres protocolos de adaptaciódiferentes. En el caso de lu-CS, el protocolo AAL2 se usa parel transporte del tráfico de usuario (modo circuito

previamente encapsulado sobre el protocolo UP-CS (UsPlane Circuit Switched). En la interfaz lu-PS, se recurre aempleo de AAL5, sobre el que se usa la secuencia dencapsulado GTP/UDP/IP, la misma que en la interfaz Gn. Poúltimo, el protocolo SAAL se usa para el trasporte dseñalización RANAP (Radio Access Network ApplicatioPart), tanto en lu-CS como en lu-PS. La especificación dRANAP asume el empleo de SCCP (Signaling ConnectioControl Plan) del SS7, que a su vez se apoya en MTP3bvariante de MTP3 específicamente desarrollada para su ussobre ATM.

B. Estructura de Canales

La consideración de diferentes canales a diferentes nivele

dentro de UTRA facilita la identificación de diferentes puntode referencia dentro de la cadena de transmisión a la vez qu permite una definición estructurada de la interfaz radio y unmejor identificación de los distintos protocolos involucradoEn particular, la organización de canales en UTRA sestructura con base a los tres niveles que se identifican continuación.

1) Canales LógicosLos distintos tipos de información que deben circular

través de la red se estructuran en torno a distintos canalelógicos. Esto es, cada canal lógico viene definido por el tipde información que transfiere.

La Tabla 1 muestra los diferentes canales lógicos. Un primera diferenciación es entre información de tráficdenotada por DTCH (Dedicated Traffic CHannel) correspondiente a la información de usuario propiamendicha, e información de control (señalización). A su vez, locanales lógicos de control pueden diferenciarse entre el canaBCCH (Broadcast Control CHannel), para que la red difunda los terminales móviles, UE (User Equipment) informaciógeneral del sistema y de la celda, el canal PCCH (PaginControl CHannel), cuando la red tiene la necesidad ddirigirse a un UE determinado (por ejemplo, para avisarlo qutiene una llamada entrante), el canal DCCH (DedicateControl Channel), para enviar información de controconcerniente a una determinada conexión (por ejemplo, lseñalización para indicar al UE que debe realizar un handovery el canal CCCH (Common Control CHannel), cuando se tratde tareas que pueden ser comunes para diversos usuarios de lcelda (por ejemplo, la señalización de un UE para indicar ququiere iniciar la transmisión de información en el enlacascendente).




Tabla 1. Canales lógicos en UTRA.

2) Canales de TransporteUn canal de transporte se define por cómo y con qué

características la información se transfiere sobre la interfazradio. En la medida en que los distintos tipos de informaciónque circulan por la red (esto es, los distintos canales lógicos)

pueden tener diferentes necesidades en cuanto a grado defiabilidad en la transmisión, retardo tolerable en latransmisión, etc. es importante que el sistema ofrezca distintasformas de transmisión sobre el canal radio, lo que se asocia a

distintos tipos de canales de transporte.La flexibilidad ha sido uno de los principios básicos dediseño en la interfaz radio de UMTS. La disponibilidad dedistintas alternativas de transporte va en esta dirección, y por lo tanto la definición de los canales de transporte ha resultadoun aspecto primordial en la definición del acceso radio UMTS.Por ejemplo, la transmisión de voz debe realizarse en tiemporeal y tiene cierta tolerancia a errores; la transmisión de datos

presenta cierta tolerancia al retardo, al tiempo que requiereintegridad en la transmisión; la transmisión de mensajes decontrol sobre la red necesitará también en general garantizar lacorrecta recepción de los mismos en un bajo retardo, etc. Así,en los distintos casos podría resultar adecuado emplear

distintos esquemas de codificación de canal, distintas profundidades en el mecanismo de entrelazado, y, endefinitiva, distintos procedimientos de transporte de lainformación sobre la interfaz radio.

Las posibilidades en términos de canales de transporte quese definen en el Release 99 del 3GPP en cuanto al modo FDDse pueden clasificar como se muestra en la Tabla 2.

La diferenciación se puede llevar a cabo en primerainstancia entre canales de transportes dedicados y comunes.Entre los comunes, los canales BCH (Broadcast CHannel) yPCH (Paging CHannel) transportan la información de"broadcast" y "paging" respectivamente. El canal RACHRandom Access Channel) se trata de un canal compartidoentre todos los usuarios de la celda y no hay coordinaciónentre los diferentes usuarios en el uso del mismo. El canalCPCH Common Packet CHannel) se caracteriza por unmecanismo de acceso aleatorio con posterior reserva derecursos. Por su parte, el canal DSCH (Downlink SharedCHannel) se comparte entre varios UEs en sentidodescendente. En cuanto a los canales de transporte dedicadosse caracterizan por llevar el direccionamiento del UE demanera implícita. Para los canales DCH (Dedicated CHannel)y DSCH cabe la posibilidad de que se transmitan únicamentesobre una porción de la celda, haciendo uso de las técnicas de

conformación de haz de antenas "beam-forming", con lreducción de interferencia que ello supone.

Canales deTabla 2. Canales de Transporte en UTRA.

3) Canales FísicosLas señales que físicamente se transmiten por la antena d

la estación base en el caso del “downlink" y por la antena determinal móvil en el caso del "uplink" pueden tener diferenteformas según sea el tipo de información que se envía y e

formato de transporte considerado.Con el fin de especificar de manera clara y ordenada l

ocupación del canal radio se rectifican las diferentes formas dtransmisión de señales, asociándole a cada una de ellas lo quse conoce como canal físico. En particular, los canales físico

para UTRA-FDD se listan en la Tabla 3. Además, transmiten también las denominadas señales físicas, que ntransportan información propiamente dicha sino que soseñales que se transmiten como soporte a las funciones de locanales físicos.

III. GESTIÓN DE RECURSOS RADIO. A. Control de Potencia

El propósito de esta estrategia es optimizar los niveles d potencia transmitidos por los móviles (en el caso del "uplink"y por el Nodo B (en el caso del "downlink"), de manera qusean los mínimos posibles para conseguir en cada caso eobjetivo de (E b/No.) fijado [4].

Hay dos modos básicos de operación de control d potencia: control de potencia en lazo abierto y control d potencia en lazo cerrado. En UTRA-FDD el control d potencia en lazo cerrado se aplica a los canales dedicadoDCH ("uplink" y "downlink") y a los canales compartido

CPCH del "uplink" y DSCH del "downlink". Los canalecompartidos RACH ("uplink") y FACH ("downlink") operaen lazo abierto [10].

Los canales comunes del "downlink" como el CPCH o ecanal de sincronismo se transmiten con un nivel de potencifijo. Típicamente se suele dedicar al canal piloto el 5 - 10% dla potencia total disponible en el Nodo B. El objetivo dcalidad a conseguir con la adaptación de las potenciatransmitidas viene fijado por el denominado “ Outer loo

power control", de manera que el control de potencia en lazcerrado puede entenderse como la combinación de [4]:




Tabla 3. Canales y señales físicas en UTRA.

1) Outer loop power control Responsable de fijar el valor objetivo de E b/No para

conseguir una BLER o BER determinada. Los cambios deescenario (grado de propagación multi-trayecto, velocidad delmóvil, etc.) pueden provocar la necesidad de mayor o menor E b/N0 para obtener la misma BLER o BER. En todo caso, noopera en una escala temporal del orden de tramas sino a unmayor largo plazo.

2) Inner loop power control Responsable de conseguir en cada momento el valor de

E b/No que haya determinado el "Outer loop power control".Para ello dispone de 1500 comandos por segundo (1 comando

por "slot" UTRA-FDD), pudiendo indicar al otro extremo encada comando que se incremente o disminuya la potencia

transmitida en 1 ó 2 dB. B. Handover (Traspaso de llamadas)

El propósito del "handover" es optimizar la celda o conjuntode celdas a la que el terminal móvil se encuentra conectado encada momento. WCDMA permite que un terminal pueda estar conectado a más de una celda al mismo tiempo, lo que seconoce como "soft handover" (o "softer handover" si lasceldas a las que se conecta son en realidad sectores del mismo

Nodo B). Según la nomenclatura de UMTS. Se define el"Active Set" del terminal como el conjunto de Nodos B a los

que un UE está simultáneamente conectado.Los procesos de "handover" se componen de tres fase

principales: toma y filtrado de medidas, algoritmo de decisióy ejecución. La principal entrada al algoritmo de handover solas medidas que puede realizar el UE, tanto de la celda dservicio como de las celdas vecinas.

C. Control de admisiónEl control de admisión decide la aceptación o rechazo d

una petición de establecimiento o modificación de portadoraradio. Esta decisión debe tomarse teniendo en cuenta tanto lorequisitos de calidad del usuario que solicita el acceso, comlos compromisos de QoS con los usuarios aceptado

previamente en la red [4].La decisión de admisión estará íntimamente relacionada co

la estimación que se realice en cuanto a la disponibilidad dsuficientes recursos radio a lo largo de la duración de lconexión para poder proporcionar la QoS solicitada.

El control de admisión debe efectuarse tanto para el enlac

ascendente como descendente, y sólo en caso de que se superen ambos sentidos se podrá aceptar el establecimiento de l portadora radio [10].

Las decisiones de admisión deberán resolveadecuadamente el compromiso entre una admisióexcesivamente estricta, que garantiza en mayor medida lo

parámetros de QoS mediante la tendencia a la infrautilizacióde la capacidad de la red, y una admisión excesivamentgenerosa, que tendería a sobre utilizar la capacidad de la celdy a poner en riesgo la QoS ofrecida a los usuarios. El primecaso no resulta conveniente para el operador, ya que cursmenos tráfico del que podría, pero el segundo tampoco, ya qulos usuarios pueden sentirse insatisfechos con el servici

recibido [7].Un ejemplo ilustrativo, suponga que para que se cumpla

los requisitos de QoS en la red el nivel de interferencia ndebe superar un cierto umbral, Imax. Desde el punto de vista dcontrol de la interfaz radio, conocido el escenariocaracterizados los servicios y los usuarios, podría conocerse enivel de interferencia promedio Imedia que se observaría en lred. No obstante, la interferencia instantánea, I(t), presentarídesviaciones a causa de la evolución dinámica de la mismaUn control de admisión restrictivo fijaría Imedia suficientemen

baja como para que, aún en las peores realizaciones dinterferencia no se supere el umbral máximo, tal y comrefleja la figura 4. Por el contrario, un control de admisión má

permisivo tendería a situar una carga media próxima a lmáxima aceptable para garantizar una cierta QoS, de manerque se supera con cierta frecuencia el umbral figura 5.




Figura 4. Control de admisión restrictivo [1].

Figura 5. Control de admisión permisivo [1].

D. Ecuaciones de carga para el uplink [6].

En una celda W-CDMA todos los usuarios comparten lamisma banda de frecuencia, transmitiendo al mismo tiempomediante secuencias código diferente (códigos decanalización). Cada conexión incrementa el nivel deinterferencia en la interfaz radio, afectando la calidad de lasdemás transmisiones. El nivel de calidad deseado para cadausuario puede expresarse en términos de un ciertorequerimiento de E b /No. Así, cuando transmiten n usuarios al

mismo tiempo, se puede obtener la E b/No resultante y exigir que esté por encima del valor objetivo:

ni N

E

P P P

P

io

b

i R N

W

Ri ib

.. .1][

, =

≥

−+ Χ+

×(1)

∑=

=n

i

i RP P

1

(2)

donde Pi es la potencia recibida en la estación base delusuario i-ésimo, R b,i es la velocidad de transmisión instantáneadel usuario i-ésimo, W es el ancho de banda total ocupado trasel spreading de los datos, P N es la potencia de ruido térmico, ces la interferencia intercelda y (E b/No)i , representa el objetivode calidad del usuario i-ésimo. PR es la potencia total recibidaen la estación base proveniente de los usuarios conectados a lamisma.

La capacidad máxima se obtendrá cuando todos los usuariosobtengan la calidad deseada, por lo que la ecuación (1) seresuelve con la igualdad, resultando un sistema lineal de n

ecuaciones (una para cada usuario) y n incógnitas (la potencias a recibir en la estación base de cada uno de ellosPi). Despejando se obtiene:

ni

R N

E

W

P P

P

ib

io

b

R N

i ...11

)(

,=+

+ Χ+

= (3)

La ecuación (3) indica que la reacción natural de lousuarios en un sistema WCDMA ante incrementos dinterferencia es a incrementar la propia potencia recibida, coel fin de compensar la mayor interferencia y así mantener l(E b/No) requerida.

Realizando un procedimiento parecido a [Downlink polequation], finalmente se obtienen el factor de carga en upliny la potencia que debe transmitir cada terminal.

∑=

+

Χ

+=n

i

ib

io

b R

UL

R N

E

W

P 1

,

1

1

)1(η (4)

R N

E

W

P

d L

R N

E

W

P P

d L P

io

b

N

i P

ibio

b

R N

i P iT

1

1

)(1

)(

)(

,

,

−

=+

+ Χ+

=

η

(5)

PT,i es la potencia transmitida por el terminal i-ésimo LP(di) sus pérdidas de propagaron (incluyendo el "shadowing"cuando se encuentra a distancia di de la estación base. De laecuaciones 4 y 5 se deduce lo siguiente:

• A medida que se incrementa el número de usuarios en lcelda (aumenta la carga), los usuarios deben transmitir nivelede potencia más elevados para compensar el aumento dinterferencia y así conseguir mantener el objetivo de (E b/No).

• Aquéllos usuarios que se encuentren más alejados (en e

sentido radioeléctrico, esto es, teniendo en cuenta la distanciy el efecto de "shadowing" por edificios o "in-building"tendrán más dificultades para conseguir mantener el objetivde (E b/No), ya que de la potencia disponible del terminadeberán emplear mayor parte para compensar las pérdidas d

propagación.• Se manifiesta el acoplo que existe entre capacidad

cobertura. Si se permite aumentar la carga de la celda, el radiefectivo de la misma (el radio dentro del cual se puede conseguir el objetivo de calidad) se reduce. De manera similar, si s

pretende incrementar las velocidades de transmisión de lo




usuarios, se reduce el radio efectivo de la celda.

E. Ecuaciones de carga para el downlink [6, 9]

Para el enlace descendente, consideremos que el Nodo-B

debe transmitir la señal a n usuario cada uno de ellosrequiriendo recibir una cierta (E b/No.). El usuario i-ésimo

puede escribir su demanda como:

io

b

i p

TiT i N

ibi p

Ti

N

E

d L

P P P

R

W

d L

P

≥

−×+ Χ+

×

)(

)( ,

ρ

(6)

∑=+=

n

iTi pT P P P

1

(7)

PT es la potencia total transmitida por el Nodo-B, P TI, es la potencia que el Nodo-B dedica al usuario i-ésimo, Xi es lainterferencia intercelular observada por el usuario i-ésimo(nótese que en función de la ubicación de cada usuarioobservarán niveles de interferencia diferentes), L p(di) son lascorrespondientes pérdidas de propagación a la distancia d i eincluyendo el efecto de "shadowing", R b,i es la velocidad detransmisión del i-ésimo usuario, W el ancho de banda, P P la

potencia dedicada a los canales comunes, P N el ruido térmicoy r el factor de ortogonalidad con respecto a las demás señales

que transmite el Nodo-B. Un factor p=0 indica perfectaortogonalidad (interferencia intracelular nula). Despejando seobtiene:

io

b

ib

i p

T i N

i pTi

N

E

RW

d L

P P

d L P

+

×+ Χ+

≥,/

)()(

ρ

ρ

(8)

∑

∑

=

=

+

−

+

Χ++

=n

i

io

b

ib

i p

n

i

io

b

ib

i N p

T

N

E

RW

d L

N

E

RW

P P

P

1 ,

1 ,

/1

)(/

)(

ρ

ρ

ρ

(9)

A partir de las ecuaciones 8 y 9 se derivan las siguienteobservaciones:

• La interfaz radio W-CDMA tiene una capacidad limitadaSi se aumenta n en exceso se llega a la situación en que e

Nodo B no tendrá potencia suficiente para proporcionar a lon usuarios el objetivo de (E b/No). Véase en (16) el incrementsobre PT derivado del incremento de n.

• A medida que se incrementa el número de usuarios en lcélula (aumenta la carga), el Nodo B debe transmitir nivelede potencia más elevados para compensar el aumento dinterferencia y así conseguir mantener el objetivo de (E b/No).

• Aquéllos usuarios que se encuentren más alejados (en esentido radioeléctrico, esto es, teniendo en cuenta la distanciy el efecto de "shadowing" por edificios o "in-building"requerirán que el Nodo B les dedique mayor potencitransmtida para poder compensar las mayores pérdidas d

propagación.• Se manifiesta el acoplo que existe entre capacidad

cobertura, aunque en este caso y contrariamente a lo quocurría en el enlace ascendente no puede establecerse unrelación cerrada entre ambos aspectos.

Como síntesis de lo anterior, para conseguir el control de la prestaciones de los n usuarios en la célula, intervienen:

• El número de usuarios que el Nodo B debe servir.• Las pérdidas de propagación de cada usuario.• La velocidad de transmisión de cada usuario.• El objetivo de calidad de cada usuario.• La interferencia intercelular observada por cada usuario

IV. HSDPA

A. Motivaciones

En el Release 99 originalmente se definieron tres técnica para la transmisión de datos en el Downlink (DL). Ltransmisión de datos más común se realiza a través de locanales dedicados (Dedicated Channel DCH) o el FACH(Forward Access Channel). El DSCH (Downlink ShareChannel) también fue definido pero no ha sido muy adoptade incluso ha sido removido de las especificaciones [11].




Existen dos grandes motivaciones para desarrollar HSDPA,las dos asociadas con las limitaciones de los DCH y FACH

para aplicaciones de datos. La primera es la tasa de datos pico.Aunque el Release 99 permite tasas hasta de 2 Mbps,solamente se ha implementado en el Downlink hasta 384 Kbpscon limitaciones de cobertura y capacidad. Aunque la tasa de384 Kbps es adecuada para ciertas aplicaciones, el crecimientode las diferentes aplicaciones de datos las cuales necesitanaltas velocidades no va acorde con los 384 Kbps [12].

La segunda gran motivación es la capacidad de la celda, enRelease 99 los recursos son dedicados, mientras que conHSDPA los recursos son compartidos, lo cual va más acordecon el tráfico de datos en ráfagas [12].

B. Concepto de HSDPA

La idea principal del concepto de HSDPA es incrementar elrendimiento y la tasa de transferencia de datos con métodos yaconocidos de sistemas de 2G como GSM y EDGE, los cuales

incluyen adaptación de enlace (link adaptation) y combinaciónrápida de retransmisiones de capa física (Fast physical layer L1 retransmission combining) [11].

Una de las características de HSDPA es el uso de latransmisión de canal compartida (Shared-ChannelTransmission), ésta implica que cierta fracción del total derecursos radio disponibles en Downlink dentro de una celdacomo códigos de canalización y potencia de transmisión en elcaso de WCDMA, sea visto como un recurso común que escompartido dinámicamente entre los usuarios, principalmenteen el dominio del tiempo. El uso de esta técnica permite la

posibilidad de asignar rápidamente una gran fracción de losrecursos de Downlink para la transmisión de datos a un

usuario específico, lo anterior es deseable para aplicaciones dedatos las cuales típicamente tienen características de ráfagas yasí varían rápidamente sus requerimientos de recursos [13].

Varios canales nuevos han sido introducidos para laoperación de HSDPA adicionales a los canales comunes queya están definidos en Release 99. Para los datos de usuario seencuentra el HS-DSCH (High Speed Downlink-Shared-Channel) con su correspondiente canal físico, para laseñalización asociada se necesitan dos canales: el HS-SCCH(High Speed Shared-Control-Channel) para el Downlink y elHS-DPCCH (High Speed Dedicated Physical ControlChannel) en el Uplink. En la figura 4 se muestran los canalesnecesarios para la operación de HSDPA, los canales que faltanen esta figura son los canales de broadcast (BroadcastChannel) de Release 99, para la estimación de canal,información del sistema, búsqueda de la celda, paging y otroscomo ya se describió anteriormente [14].

Figura 4. Canales necesarios para la operación de HSDPA[3].

En la tabla 4 se muestran las principales diferencias entrHSDPA (Release 5) y WCDMA (Release 99).

Feature

Tabla 4. Diferencias entre HSDPA y WCDMA [3].

V. HSDPA: TASA DE DATOS, CAPACIDAD Y COBERTURA

A continuación se presentarán resultados del desempeñdesde la perspectiva del usuario y desde el punto de vista dcapacidad del sistema.

A. Factores de desempeño generales

El desempeño de HSDPA depende significativamente dedespliegue de la red, los parámetros de servicio y de cadescenario en particular. A continuación se describen algunode ellos [11]:

Algoritmos de red: planificador de paquetes (PackScheduller), adaptación de enlace de HS-DSCH, control d

potencia de HS-SCCH y la asignación de transmisión drecursos.

Escenario de despliegue: los niveles de interferencia en l




celda, pérdida de propagación, áreas de dominancia de radiofrecuencia, patrones de movilidad y propagaciónmultitrayecto.

Capacidades y desempeño del equipo terminal: tasa dedatos pico, número de códigos, algoritmos de banda base,número de antenas para transmitir y recibir.

Calidad de servicio y tráfico: mezcla de canales dedicadosde Release 99 y HSDPA, usuarios activos, requerimientos decalidad de servicio.

B. Métricas de desempeño general

Las características fundamentales de HSDPA son:codificación y modulación adaptativa (AMC), transmisiónmulticódigo (múltiples HS-PDSCHs) y un rápido HARQ(Hybrid Atutomatic Repeat Request) de capa física [3]. Conestas nuevas características la evaluación del desempeño deHSDPA no puede hacerse como en WCDMA. En Release 99se utiliza la relación Eb/No (relación de energía de bit recibida

a ruido), la cual corresponde únicamente a cierta tasa de error de bloque (BLER) para una tasa de datos dada, donde el único parámetro de adaptación es la ganancia de ensanchamiento.Sin embargo, la métrica del Eb/No no es una medida atractiva

para HSDPA debido a que la tasa de bit sobre el HS-DSCH esvariada en cada intervalo de transmisión (TTI) utilizandodiferentes esquemas de modulación, tasas efectivas decodificación y número de códigos HS-PDSCH. Debido a loanterior es conveniente definir la relación señal a interferenciacon ruido promedio (SINR) como la relación SINR de bandaangosta después de desensanchar el HS-PDSCH. En la figura5 se muestra un ejemplo para el cálculo de la SINR y en laecuación 1 se expresa el promedio de la SINR para un HS-

DSCH para una sola antena en un receptor Rake [3].

( ) noiseother own

DSCH HS

P P P

P SF SINR

++⋅−= −

α 116 (10)

Donde SF16 es el factor de ensanchamiento de 16, P HS-DSCH es la potencia recibida de HS-DSCH sumada sobretodos los códigos activos HS-PDSCH, Pown (Ior) es lainterferencia recibida de la propia celda, α es el factor deortogonalidad, Pother (Ioc) es la interferencia recibida de otrasceldas y Pnoise es la potencia recibida de ruido.

Figura 5. Factores de desempeño de HSDPA.

La SINR de HS-DSCH es independiente del número dcódigos, el esquema de modulación y la tasa efectiva dcódigo utilizada. Esta métrica es una medida importante parla planeación del presupuesto de enlace en HSDPA y e

dimensionamiento de la red. Otro parámetro muy utilizado ela relación de banda ancha de la interferencia de la propicelda con la interferencia de las otras celdas más el ruidmejor conocido como factor geométrico [3].

noiseother

own

P P

P G

+= (11)

VI. CONCLUSIONES

Las redes 3.5G presentan nuevos retos para los operadoreen ingenieros de telecomunicaciones debido a su fuert

complejidad en cuanto a la asignación de recursos, de iguaforma brindan tasas de datos mucho más altas que las redemóviles tradicionales. En definitiva la estrategia ddespliegue, operación y gestión de la red de acceso radio deOperador debe contener los aspectos de capacidad, calidadcobertura y eficiencia de la misma.

REFERENCIAS

[1] R. Agustí, M. Alvarez-Campana, Orio. Sallent, “Elementode Arquitectura y Gestión de recursos radio en UMTS”Fundación Vodafone España 2004.

[2] H. Holma, A. Toskala, “WCDMA for UMTS: HSPEvolution and LTE”, John Wiley&Sons 2007.

[3] H. Holma, A. Toskala, “HSDPA/HSUPA for UMTS” JohWiley&Sons 2006.[4] Laurence B. Milstein, “Wideband Code Division Multiple

Access” IEEE Journal on Selected Areas inCommunications, vol. 18 No 8, Agosto 2000.

[5] Klein S. Gilhousen,”On the capacity of a Cellular CDMASystem”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol40 No 2, Mayo 1991.

[6] Kari Sipila, Zhi-Chun Honkasalo, “Estimation of Capacity and Required Transmission Power of WCDMADownlink Based on a Downlink Pole Equation”, IEEE VTC2000.




[7] Simon Burley, “Downlink Capacity Estimation in aWCDMA Cellular Network” IEEE Transaction onCommunications, 2001.

[8] S. Shin, A. Ahmad, K. KIm, “Performance of packetdata transmission using the other-cell-interference factor inDS/CDMA downlink,” IEEE Proc Communication, vol. 150, No 2, 2003.

[9] Ashraf S. Mahmoud, Mohamed Aabed, “ApproximationTechniques For Analytical Characterization of Downlink traffic Power For Multi-Service CDMA Networks” IEEE ,2007.

[10] Floyd Simpson, Jack M. Holtzman, “Direct SequenceCDMA Power Control, Interleaving, and Coding” IEEE onselected areas in commnications, vol 11 No 7 Septimebre1993.

[11] T. E. Kolding, K. I. Pedersen, J. Wigard, F. Frederiksen, P.E. Mogensen, “High Speed Downlink Packet Access:WCDMA evolution”, IEEE Vehicular Technology Society,2003.

[12] F. Frederiksen, T. E. Kolding, “Performance and Modellingof WCD<A/HSDPA transmission H-ARQ schemes” IEEE

Proc vehicular Technology Conference, Septiembre 2002.[13] T. E. Kolding, “Link and System Performance aspects of

proportional fair packet scheduling in WCDMA/HSDPA” IEEE Proc Vehicular Technology Conference, Septiembre2003.

[14] K. I. Pedersen, T. F. Lootsma, M. Stottrup, F. Frederiksen, T.E. Kolding “Network Performance of mixed traffic on highspeed downlink packet access and dedicated channels inWCDMA”, IEEE Proc vehicular Conference.

generalidades de wcdma umts y hsdpa en las nuevas redes móviles 3 5g

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