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Comunicaciones Inalámbricas

Iván Bernal, Ph.D.imbernal@mailfie.epn.edu.ec

CDMA (IS-95)

Quito – Ecuador

Copyright @2007, I. Bernal

AgendaAgenda• Generalidades

• Aspectos generales de DSSS

• Ventajas y desventajas• Ventajas y desventajas

• Canales en el enlace forward

• Canales en el enlace reverso

• Aspectos sobre capacidad

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• A. Miceli, “Wireless Technician’s Handbook”, 2nd Edition, Artech House,

2003.

• W. Stallings, "Wireless Communications and Networks", 2nd Edition,

BibliografíaBibliografíaBibliografíaBibliografía

Prentice Hall, 2005.

• Transparencias de David Goodman, November, 2002"Wireless Personal Communications Systems," D. J. Goodman, Addison Wesley, 1997

• J. Lee, L. Miller, “CDMA Systems Engineering Handbook”, Artech

House 1998

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House, 1998

• T. S. Rappaport, “Wireless Communications: Principles & Practice”,Prentice Hall.• First Edition: 1995.• Second Edition: 2001.

IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción• Sistemas basados en CDMA

CDMA es una técnica basada en spread spectrum que provee una alternativa a TDMA para redes celulares de segunda generación.

CDMA se desarrolló en los años 40 para aplicaciones militaresCDMA se desarrolló en los años 40 para aplicaciones militares.

En lugar de separar a los usuarios con canales de diferente frecuencia, se ubica a todos los usuarios en la misma frecuencia y al mismo tiempo, y se los separa mediante códigos.

Los formatos principales de 3G usan una forma de CDMA.

• En 1990, Qualcomm Inc. propuso un sistema celular digital basado

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en CDMA, que fue adoptado en julio de 1993.Qualcomm trabajó en su sistema desde la mitad de los 80s.

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IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción• Spread Spectrum (Frequency Hopping)

• Hedy Lamarr (estrella de Hollywood

en los 1930s y 1940s).Sistema para evitar la intercepción de las p pcomunicaciones entre submarinos.

Su esposo era un importante fabricante de armamento.

La oficina de patentes otorgó la patente en 1942 pero impidió su publicación.

• George Antheil ayudóPianista

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IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción• Muchos inventores tienen un lugar en la evolución de la

tecnología spread spectrum:Edwin Armstrong, mas famoso por su trabajo en FM (Frequency Modulation).

Claude Shannon (Teoría de la Información)Aportó con el fundamento teórico en los 40s

Estableció que era posible transmitir una determinada información con un nivel de señal muy próximo al de ruido, e incluso menor que éste, si se utilizaba un ancho de banda lo suficientemente elevado.

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La primera aplicación de esta tecnología se produjo en las comunicaciones militares, ya que era un medio eficaz para evitar las interferencias de banda estrecha.

( )SNR1log2 += BC

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IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción• cdmaOne: denota la familia de tecnologías CDMA IS-95

La tecnología CDMA de Qualcomm fue renombrada a cdmaOne en 1997.Antes de esto, se hacía referencia a la tecnología como ‘IS-95’Describe un sistema inalámbrico completo basado en el estándar CDMA TIA/EIA IS-95.

La primera red comercial cdmaOne fue lanzada por Hutchison en Hong Kong en Septiembre deLa primera red comercial cdmaOne fue lanzada por Hutchison en Hong Kong en Septiembre de 1995

Incluye IS-95A e IS-95B.

• EvoluciónIS95 (Interim Standard )IS95A

También existe una versión PCS de IS-95 para uso internacional en la banda 1800-2000 MHz (ANSI J STD 008) publicada en 1995

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J-STD-008) publicada en 1995.

Technical Services Bulletin 74 (TSB-74) //agregó hard handoffTSB-74 describe la interacción entre sistemas IS-95A y CDMA PCS.

IS-95B Phase I y IS-95B Phase II

IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción• IS-95A:

TIA/EIA IS-95 (Telecommunications Industry Association / Electronic Industries Association Interim Standard - 95) fue publicado en Julio de 1993.Describe la estructura de los canales CDMA de 1.25 MHz, control de potencia, procesamiento de la llamada, handoffs, y técnicas de registro para la operación del sistema. Se puede proveer conexiones tipo circuitos conmutados a 14 4 kbpsSe puede proveer conexiones tipo circuitos conmutados a 14.4 kbps.

• IS-95B: 2.5GTIA/EIA-95 combina en un solo documento:

IS-95AANSI-J-STD-008 TSB-74

Se puede proveer 64 kbps usando conmutación de paquetes.Desplegado por primera vez en Septiembre de 1999 en Corea del sur.

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Desplegado por primera vez en Septiembre de 1999 en Corea del sur.

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IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción

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IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción• IS-95

El esquema CDMA de segunda generación mas usado, instalado principalmente en Norteamérica.La transmisión es en la forma de DSSS (Direct-Sequence Spread Spectrum).

Usa un código de “chipping” para incrementar la tasa de transmisión, lo que resulta en un incremento en el ancho de banda.S li i l l id d d l ifi ió d f i (N 1)Se elimina completamente la necesidad de planificación de frecuencias (N=1).

En algunos casos se considera el reuso de frecuencias en celdas contiguas (f1/f2)

Pero se requiere planificación para la asignación de secuencias PN.

Diseñado para ser compatible con la banda de frecuencia del sistema existente AMPS, permitiendo producir BTSs y MSs que operen en modo dual.

De manera similar al IS-136.Qualcomm produjo los primeros teléfonos CDMA/AMPS en 1994.

Para el 2001, se estimaban 80 millones de abonados a nivel mundial.Para facilitar una fácil transición de AMPS a CDMA, cada canal IS-95 ocupa 1.25 MHz del espectro en cada

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enlace (41 canales AMPS), en cada dirección.Reverso: 824-849 MHz y forward: 869-894 MHz.

1.25 MHz es el 10 % del espectro celular disponible.En USA, se reservan 25 MHz en cada dirección, y se reparte entre dos operadores, cada uno recibe 12.5 MHz.

En la práctica, los operadores de AMPS deben proveer una banda de guarda de 270 KHz a cada lado del espectro dedicado a IS-95.

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IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción• IS-95

Se tienen facilidades de encripción/autenticación.La tasa de datos de los usuarios (vocoders) cambian en tiempo real dependiendo de la actividad de voz y requerimientos de la red.

La tasa de chipping no cambia.Se utilizan técnicas de modulación y esparcimiento (spreading) diferentes para los enlaces forward y reverso.y p ( p g) p f y

La BTS transmite simultáneamente los datos de usuario para todos los móviles en la celda, utilizando diferentes secuencias de spreading para cada MS.En el sentido forward, todos los canales de código (que se transmiten simultáneamente) siguen el mismo camino al móvil, por lo que todos se desvanecen de igual forma.

Las BTSs requieren trabajar bajo una misma referencia de tiempo ya que se usa para su identificación y para el proceso de spreading y “offsets de tiempo”.

Se emplea GPS .Tasas de transmisión de datos: (ver tablas)

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Hasta 9600 bpsHasta 14400 bps (en una revisión del estándar posterior)

Qualcomm fue la primera compañía en proponer un sistema CDMA y demostrarlo.Las proyecciones teóricas de Qualcomm sugerían un incremento en capacidad de 20:1 respecto a AMPS.En condiciones normales se consiguen incrementos entre 5:1 y 10:1

Parámetros de ISParámetros de IS--9595Parámetros de ISParámetros de IS--9595

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IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción

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IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción• IS-95

Dado el ancho de banda relativamente grande del canal CDMA, sus frecuencias centrales ,sus frecuencias centrales están restringidas a aquellos canales indicados dentro de los rectángulos indicados en la figura.

Por ejemplo, la frecuencia central mas baja es 824.700 MHz (canal 1013), que es aproximadamente separado la mitad del ancho de banda del canal CDMA del extremo inferior de la banda A”.

Esta restricción permite disponer de hasta:Cinco canales CDMA simultáneos en diferentes frecuencias centrales para el operador A.Seis canales para el operador B

Dependiendo del tamaño de la banda de guarda usada para separar en frecuencia los canales de CDMA.

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IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción• IS-95

Una de las funciones críticas de una MTSO (Mobile Telephone Switching Office) en un sistema CDMA es el mantenimiento de referencias de tiempo y frecuencia.

También se conoce como una BSC.

Cada MTSO tiene funcionalidades de coordinación de frecuencia y tiempo, además de las funciones normales de una MTSO.

Basado en señales de referencia difundidas por el sistema GPS (Global Positioning System):

Referencia de frecuencia

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Hora del día

Referencia de sincronización

Reloj del sistema

GeneralidadesGeneralidadesGeneralidadesGeneralidades• Modulación

QPSKNo usa una envolvente constante, con cambios de amplitud al cambiar la fase para pasar de un estado a otro.

• Acceso múltipleTodos los usuarios pueden transmitir al mismo tiempo.

Los usuarios se identifican en base a un código.Se asignan códigos ortogonales (Walsh) a los usuarios, de tal forma que el receptor pueda recuperar la transmisión destinada a una unidad individual a partir de múltiples transmisiones.

Los usuarios pueden transmitir y recibir en cualquier momento.N i t d i i l ti ( l i i ió ) i t l d l ló i

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No existe un dominio en el tiempo (solo para sincronización) y existe el uso de canales lógicos.

Dado que la reutilización de frecuencias no constituye problema alguno, añadir celdas a la red es substancialmente mas fácil.

Esto hace fácil llenar huecos en la cobertura.

Es fácil añadir celdas para cubrir eventos especiales.

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Spread SpectrumSpread Spectrum (DSSS)(DSSS)Spread SpectrumSpread Spectrum (DSSS)(DSSS)

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DSSS Using BPSKDSSS Using BPSKDSSS Using BPSKDSSS Using BPSK• Multiply BPSK signal

sd(t) = A d(t) cos(2π fct)

by c(t) [takes values +1, -1] to gets(t) = A d(t)c(t) cos(2π f t)s(t) A d(t)c(t) cos(2π fct)

A = amplitude of signal

fc = carrier frequency

d(t) = discrete function [+1, -1]

• At receiver, incoming signal

multiplied by c(t)Since c(t) x c(t) = 1 incoming signal is

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Since, c(t) x c(t) = 1, incoming signal is recovered

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CodeCode--Division Multiple Access (CDMA)Division Multiple Access (CDMA)CodeCode--Division Multiple Access (CDMA)Division Multiple Access (CDMA)• Basic Principles of CDMA

D = rate of data signal

Break each bit into k chipsChips are a user-specific fixed pattern

Chip data rate of new channel = kDChip data rate of new channel = kD

• If k=6 and code is a sequence of 1s and -1sFor a ‘1’ bit, A sends code as chip pattern

<c1, c2, c3, c4, c5, c6>

For a ‘0’ bit, A sends complement of code<-c1, -c2, -c3, -c4, -c5, -c6>

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• Receiver knows sender’s code and performs electronic decode function

<d1, d2, d3, d4, d5, d6> = received chip pattern

<c1, c2, c3, c4, c5, c6> = sender’s code

( ) 665544332211 cdcdcdcdcdcddSu ×+×+×+×+×+×=

CDMACDMACDMACDMA• User A code = <1, –1, –1, 1, –1, 1>

To send a 1 bit = <1, –1, –1, 1, –1, 1>To send a 0 bit = <–1, 1, 1, –1, 1, –1>

• User B code = <1, 1, –1, – 1, 1, 1>To send a 1 bit = <1, 1, –1, –1, 1, 1>

• Receiver receiving with A’s code(A’s code) x (received chip pattern)

User A ‘1’ bit: 6 -> 1User A ‘0’ bit: -6 -> 0User B ‘1’ bit: 0 -> unwanted signal ignored

• What can be gained from apparent waste of spectrum?I it f i ki d f i d lti th di t ti

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Immunity from various kinds of noise and multipath distortion

Can be used for hiding and encrypting signals

Several users can independently use the same higher bandwidth with very little interference

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CDMACDMACDMACDMA• Importancia de la alineación de tiempo.

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CDMACDMACDMACDMA• Fuerte interferencia para desplazamientos de 2 y 6.

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CDMACDMACDMACDMA

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DefinitionsDefinitionsDefinitionsDefinitions• Correlation

The concept of determining how much similarity one set of data has with anotherRange between –1 and 1

1 The second sequence matches the first sequencee seco d seque ce c es e s seque ce0 There is no relation at all between the two sequences

Exactly what is needed for separation of usersThey are orthogonal to each other

-1 The two sequences are mirror images

• Cross correlation The comparison between two sequences from different sources rather than

hift d f ith it lf

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a shifted copy of a sequence with itself

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Categories of Spreading SequencesCategories of Spreading SequencesCategories of Spreading SequencesCategories of Spreading Sequences• Spreading Sequence Categories

PN sequencesOrthogonal codes

For FHSS systemsPN sequences most common

For DSSS systems not employing CDMAPN sequences most common

For DSSS CDMA systemsPN sequencesOrthogonal codes

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 2525

Categories of Spreading SequencesCategories of Spreading SequencesCategories of Spreading SequencesCategories of Spreading Sequences• Important PN (pseudorandom numbers or pseudonoise sequences)Properties

Randomness Uniform distribution

Balance propertyIn a long sequence the fraction of binary ones should approach 1/2In a long sequence, the fraction of binary ones should approach 1/2

Same number of 0s and 1s

Run propertyA run is a sequence of all 1s or a sequence of all 0s.

One half of the runs of each type should be of length 1, one fourth of length 2, one eighth of length 3 and so on.

Independence

No one value in the sequence can be inferred from the others.

Correlation property

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Correlation property

Important in Spread Spectrum

If a period of the sequence is compared term by term with any cycle shift of itself, the number of terms that are the same differs from those that are different by at most 1.

Unpredictability

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Orthogonal codesOrthogonal codesOrthogonal codesOrthogonal codes

• Orthogonal codes All pairwise cross correlations are zero

Fixed- and variable-length codes used in CDMA systems

F CDMA li ti h bil i th t diFor CDMA application, each mobile user uses one sequence in the set as a spreading code

Provides zero cross correlation among all users

TypesWalsh codes

Variable-Length Orthogonal codes

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Ventajas de CDMAVentajas de CDMAVentajas de CDMAVentajas de CDMA• Diversidad de frecuencia

Dado que la transmisión es esparcida a lo largo de un ancho de banda mas grande, impedimentos de transmisión, dependientes de la frecuencia, tienen menor efecto sobre la señal.

Ráfagas de ruidoDesvanecimiento selectivo

DSSS tiene la habilidad de superar desvanecimiento multipath.p p

• Resistencia al multipathLos códigos (chipping codes) utilizados tienen la propiedad de tener baja correlación (cross correlation) y también baja auto-correlación.

Por lo tanto, una versión de la señal que se ha retardado mas de un intervalo de chipping no interfiere con la señal dominante en tanta proporción como en otros ambientes.

• PrivacidadComo se utilizan señales similares a ruido en spread spectrum, la privacidad es inherente.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 2828

Cada usuario tiene asignado un código único.

• Degradación gradualCon TDMA y FDMA un número fijo de usuarios puede acceder simultáneamente al sistema.El sistema se degrada gradualmente hasta el punto en el que todavía se tiene una tasa de error aceptable.

Con CDMA, mientras mas usuarios acceden al sistema simultáneamente, el nivel de ruido y la tasa de error se incrementa.

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Desventajas de CDMADesventajas de CDMADesventajas de CDMADesventajas de CDMA• Auto jamming

A menos que todos los usuarios móviles estén perfectamente sincronizados, las señales recibidas de distintos usuarios no estarán perfectamente alineados en lo referente a los límites de los chips.

Las secuencias o códigos PN de los diferentes usuarios no son ortogonales y existe cierto nivel de correlación (cross-correlation).

En TDMA y FDMA, se pueden dejar ciertas bandas de guarda, en tiempo o frecuencia.

• Problema near-farSeñales radiadas mas próximas al receptor son recibidas con menor atenuación.

Dada la falta de completa ortogonalidad, las transmisiones de los lugares mas alejados pueden

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ser mas difíciles de recuperar.

Técnicas para el control de potencia son muy importantes en un sistema CDMA.

• Soft handoffPara un handoff sin tropiezos de una celda a otra se requiere que la estación móvil adquiera la nueva celda antes de retornar la original.

Soft handoffSoft handoffSoft handoffSoft handoff• Hard handoff

En sistemas inalámbricos canalizados se asignan diferentes canales de radio durante el handoff.

El móvil se conecta solo con una estación base a la vez y existe una pequeña interrupción de la conversación durante la transición de enlace.

Se usa típicamente con sistemas que usan TDMA y FDMA.

• Soft handoffLos móviles comparten el mismo canal en todas las celdas.

El móvil recibe/transmite las mismas señales hacia/desde múltiples estaciones base simultáneamente.

Handoff no implica el cambio físico de canal asignado, sino que una estación base diferente maneja la tarea de comunicación de radio.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 3030

Evaluando simultáneamente las señales recibidas por un usuario en particular en varias estaciones base vecinas, el MSC puede decidir cual versión de la señal del usuario es la mejor a cada momento.

Soft handoff es la habilidad de seleccionar entre señales instantáneas recibidas en una variedad de estaciones base.

Se hace uso de diversidad espacial (macroscópica), por la diferente ubicación de las estaciones base.

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Soft handoffSoft handoffSoft handoffSoft handoff• Una estación móvil puede empezar asignada a una sola celda.

• Si la MS entra a una región en la cual las transmisiones de dos BTSs son

comparables (dentro de algún umbral), la MS entra en un estado de soft handoff

en el cual está conectada a las dos estaciones base.

• La MS permanece en este estado hasta que una de las BTSs predomina

claramente, momento en el cual la MS es asignada de forma exclusiva a una

celda.Durante este estado, las transmisiones recibidas de la MS en las dos BTSs se envían (ambas) al

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 3131

MSC.El MSC estima la calidad de las dos señales y selecciona una.

Durante este estado, el MSC envía datos o voz a ambas BTSs, para que éstas los transmitan a la MS.

La MS combina las dos señales recibidas para recuperar la información.

Códigos utilizadosCódigos utilizadosCódigos utilizadosCódigos utilizados

• Dos grandes categorías:

Canalización (con código ortogonal)Distinguir entre diferentes canales físicos en los caminos directo y reverso.

Proveen ortogonalidad mútua entre usuarios de la misma celda.

Scrambling (aleatorización con secuencias PN)Para discriminar entre diferentes estaciones base en el sentido directo y diferentes estaciones móviles en el sentido reverso, considerando usuarios en diferentes celdas.

Se usa un offset de fase (phase offset) de un código PN de gran longitud, y prove un grado de privacidad pero que no es usado para distiguir los canales.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 3232

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Secuencias usadas en CDMASecuencias usadas en CDMASecuencias usadas en CDMASecuencias usadas en CDMA• En la dirección forward, se separan a los usuarios con 64 códigos ortogonales.

Cada código de 64 bits de longitud.

Los códigos se denominan “Walsh Functions”Para derivar estos códigos

“Walsh code 0” es aquel con todos ceros.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 3333

A cada usuario (canal en realidad) se le asigna uno de estos códigos, y el código separa a todos los usuarios y a los canales de control.

Se tienen 64 secuencias ortogonales para una longitud de 64 bits.Esto se cumple en general: hay tantas secuencias como la longitud del código.

A la matriz se le conoce también como “Hadamard Matrix”

Secuencias usadas en CDMASecuencias usadas en CDMASecuencias usadas en CDMASecuencias usadas en CDMA

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 3434

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Secuencias usadas en CDMASecuencias usadas en CDMASecuencias usadas en CDMASecuencias usadas en CDMA• Códigos PN

También usados ampliamente en CDMA.

Secuencias binarias que poseen las propiedades de aleatoridad (explicadas anteriormente)anteriormente).

Si se desplaza en tiempo una versión de un código PN, se obtienen dos códigos casiortogonales.

Se puede usar una misma secuencia y desplazar en tiempo el inicio de la secuencia y obtener secuencias casi ortogonales.

Las secuencias obtenidas están todas sincronizadas a “triggers” específicos, derivados de un sistema GPS.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 3535

Secuencias usadas en CDMASecuencias usadas en CDMASecuencias usadas en CDMASecuencias usadas en CDMA• Códigos PN

Se usan tres códigos PN2 “short codes” (I y Q)

1 “long code”

Short PN sequenceShort PN sequence32768 (215) bits con offsets de 64 bits.

512 offsetsoffsets únicos en la secuencia.

Se transmite a la tasa CDMA de los datos: 1.2288 Mbps.

Los 32768 bits se repiten en 26.67 ms, sin importar el offset.

Long sequenceLongitud de 242 -1

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 3636

• Códigos de Walsh son 64 códigos ortogonales de 64 bits.

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VocodersVocoders CDMACDMAVocodersVocoders CDMACDMA

• Se usan 3 vocoders.Vocoder 8K

Se planeaba que sería el vocoder principal (QCELP).D t t ti id d d d l t d t i d d il iDetecta actividad de voz y reduce la tasa durante periodos de silencio.Los operadores concluyeron que la degradación en calidad de voz no justificaba el incremento en la capacidad del sistema.Muchos operadores utilizaron inicialmente el vocoder 13K.

EVRC (Enhanced Variable-Rate Vocoder)Es un vocoder de 8K mejorado.

Mejor calidad de voz

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 3737

Mejor calidad de voz.

Vocoder 13KTenía calidad de voz excelente (QCELP13).Reducía el performance de la red de forma significativa en términos de la capacidad del sistema.

VocodersVocoders CDMACDMAVocodersVocoders CDMACDMA

• CDMA utiliza un vocoder variable.Considerando:

En una conversación normal, una persona habla mientras la otra escucha.

Además, mientras una persona habla existen pausas entre palabras.

Vocoders variables utilizan estas observaciones y varían la tasa de datos.Las tasas altas se usan solo cuando son necesarias (periodos en los cuales existe voz).

Las tasas son total (full), mitad (half), un cuarto o un octavo.

Cada 20 ms el sistema determina que tasa de datos utilizar.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 3838

q

Esta determinación también está ligada a la emisión de potencia.Cuando se disminuye la tasas de datos, la potencia de salida también es disminuida, disminuyendo el ruido total del sistema.

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Enlace Enlace forwardforwardEnlace Enlace forwardforward

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 3939

Enlace Enlace reversereverseEnlace Enlace reversereverse

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 4040

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Hay 64 canales de código en cada canal

CDMA de 1.2288 MHz.Overhead channels

De estos 64 canales, al menos 3 deben ser:

C l il tCanal pilotoSiempre usa “Walsh Code 0 ”

Canales de PagingSiempre usa “Walsh Code 1 ”

Puede usar hasta el “Walsh Code 7 ”, dependiendo de los requerimientos del sistema.

Canal SyncSiempre usa “Walsh Code 32 ”

Canales de tráfico

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 4141

Canales de tráficoLuego de que una llamada es configurada, a cada usuario se le asigna un canal de tráfico “forward”.

Estos canales son los que corresponden a los códigos restantes.

Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Etapa final del enlace forward.

• Datos que ya han sido esparcidos (spread) son enviados a dos canales: I y Q.enviados a dos canales: I y Q.

Estos canales esparcen los datos otra vez, pero usando códigos PN cortos (short).

Sobre los códigos PNPeriodo de 26.67 ms (80/3) ó 75 veces cada 2 s.Los códigos tienen offsetsentre si, dependiendo del

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entre si, dependiendo del sector desde el cual son transmitidos.

Este nivel de esparcimiento actúa como un identificador.

A cada sector/BTS se le asigna su propio offset.

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoUnlike conventional QPSK, which assigns alternate baseband symbols to the I- and Q-quadratures, the IS95 system assigns the same data to each quadrature channel.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 4343

Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• El canal piloto

Sirve como un beacon de temporización.Todos los móviles lo usan como una referencia de fase para la demodulación.Como un medio de identificar cada celda/sector.

Necesita además un ID (un número) radiado en el canal synch para conocer exactamente la BTS.

Para medidas de comparación para el handoff y estimación de las condiciones del canal.

No lleva información.Los datos son todos 0.

Siempre usa “Walsh Code 0”.El resultado del esparcimiento es todo 0s.

Por lo tanto los datos q e se transmiten por el

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 4444

Por lo tanto, los datos que se transmiten por el canal piloto son simplemente los códigos PN cortos (short), con el offset específico.

Se repite cada 26.67 ms y es disparado por referencias de GPS.Los móviles se sincronizan fácilmente pues se conoce la secuencia PN corta, pero no se conoce el offset.

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código

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The figures show how a "mask" vector can be used to select a shift of the sequence that is different for each base station.

Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• El canal piloto

Debido a que todas las BTSs usan los mismos códigos PN en sus señales piloto, excepto con diferentes offsets, una MS solo tiene que hacer una única búsqueda por todas las fases de código posibles para encontrar la BTS con la señal mas fuerte.El piloto contiene cerca del 20 % de la potencia radiada.

El piloto se envía simultáneamente con los canales de tráfico.El piloto se transmite con mayor potencia que los canales de tráfico.

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• El canal sync

Usado para sincronizarse con el sistema (1200 bps).Usa el “Walsh Code 32” (32 ceros seguidos de 32 unos, sencillo)Se compone de supertramas de 80 ms, dividida en tres tramas de 26.667 ms (80/3).

Continuamente transmite un solo mensaje (Sync Channel Message).Las tramas corresponden a la duración de la secuencia pilotoLas tramas corresponden a la duración de la secuencia piloto.El mensaje se transmite usando 32 bits/trama (32/26.66ms = 1200bps), que se repiten una vez y codificados en 128 símbolos.

96 bits cada 80ms=1200 bpsUsa los mismos disparadores GPS.El límite de su trama está alineada al piloto.

Una vez que el móvil adquiere el piloto de una BTS particular, el móvil automáticamente conoce la estructura de temporización básica del canal sync y por lo tanto su inicio, y conoce el inicio de la secuencia PN.

Información transmitidaNúmero de identificación de la BTS

Con los offsets PN cortos la MS se “ajusta” (locks) a una BTS casi seguro la mas cercana pero no sabe cuál

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 4848

Con los offsets PN cortos la MS se ajusta (locks) a una BTS, casi seguro la mas cercana, pero no sabe cuál BTS.

Offset del Código PN de la Base Station, como un múltiplo de N = 64 chips (offset index)ID del sistema (SID) y el ID de la red (NID)Initial loading of the LONG PNLONG PNHora del sistema y hora local (offset of local time)Versiones del protocoloTasa de datos del canal de paging (full o half)

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• El canal sync

De los tres canales de overhead (piloto, paging y sync), el sync tiene asociada la menorcantidad de potencia.

Conociendo que la secuencia piloto dura exactamente 26 667 ms y que son iniciadasConociendo que la secuencia piloto dura exactamente 26.667 ms, y que son iniciadas por la misma referencia GPS, el móvil hace lo siguiente:

Primero adquiere el canal piloto.

Calcula el inicio y el fin de la secuencia piloto.Cuando un móvil está “buscando", está intentando encontrar señales piloto, sintonizando a frecuencia particulares, y realizando un barrido de autocorrelación por todas las posibles fases PN.

Un resultado alto de autocorrelación indica la proximidad de una BTS

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 4949

Un resultado alto de autocorrelación indica la proximidad de una BTS.

Cambia a “Walsh code 32” para decodificar la información del canal sync.

El canal synch utiliza el mismo offset que el piloto (PN short).

Así los móviles obtienen la información de temporización absoluta necesaria para: Iniciar la demodulación coherente de los canales de paging y tráfico en el enlace forward.

Establecer la temporización para sus propias transmisiones.

Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• El canal paging

Es el DCCH del enlace forward (como en GSM).Se usan los Walsh Codes de 1 a 7Se envía con tasas full o half

4800 bit/s or 9600 bit/s, ambas tasas se codifican a 19200 símbolos/s

Sirve paraEl page de los móvilesTransmitir información de overheadAsignar los móviles a canales de tráficoAsignar los móviles a canales de tráfico

Está dividido en 2048 ranuras de 80 ms cada uno.Un ciclo total de 163.84 segundos.

Sleep modeSimilar a NA-TDMA.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 5050

Cuando el móvil está monitoreando el canal de paging.La red ubica un mensaje destinado a un móvil particular en una ranura de tiempo específica en el canal de paging.El móvil se despierta en ranuras específicas.

Qué ranuras monitorear se calculan mediante una función matemática basada en el MIN y ESN.

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• El canal paging

BroadcastMensajes de parámetros del sistema

Información de configuración, como los diferentes tipos de registro que están en efecto.

Lista de vecinosLista de vecinos

Contiene los offsets PN de sectores vecinos.

Mensajes de parámetros de acceso

Configura los protocolos de acceso, y que canales de acceso utilizar.

Mensaje de lista de canales CDMA

Indica a las estaciones móviles si hay otros carriers CDMA en el sistema.

Administración de llamadasGeneralmente, cada canal de paging puede manejar hasta 32 canales de tráfico.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 5151

Administración de movilidad/AutenticaciónRegistro

Autenticación

Asignación de canales

Actualización de SSD

Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• El canal paging

Antes de que se esparza la señal con el código Walsh, la señal se esparce con el “long code”, con una máscara de offsetde offset.

La máscara de offset incluye:El número de canal de paging (PCN).Offset PN del sector del cual se está transmitiendo (Pilot_PN).

Este nivel de seguridad extra se

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 5252

usa también de manera similar en los canales de tráfico.La sincronización del long code es conocida luego de que el móvil lee los datos del canal synch.

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Canales de tráfico

Sirve para transmitir tráfico de datos (voz) e información de señalización durante una conversación.

55 canales con tramas de 20 ms de duración.La especificación original soportaba una tasa de hasta 9600 bps.Una revisión subsecuente añadió un segundo conjunto de tasas de hasta 14.400 bps.

Mensajes de señalización en canales de tráfico.CDMA interrumpe los datos de voz durante una llamada para insertar mensajes de señalización.Existen varias maneras para enviar los mensajes de señalización.

Blank and burst

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 5353

Substituye toda la señal de voz con información de señalización.Se usa el modo full rate para esta tarea.

Dim and burstPara información menos importante.Solo parte de la información de usuario es sobrescrita.Se usa el modo full rate para esta tarea.

Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Canales de tráfico (considerar

duración de 20 ms)

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Canales de tráfico

Mensajes de señalización en canales de tráfico.Tipos de mensajes

Similares a los de NA-TDMAAutenticación (procesos son similares en CDMA que en NA-TDMA)

Mensajes de alerta (fin de llamada)

NuevosPara soportar el complejo proceso de handoff

Medidas de seguridad añadidas (se permiten transiciones del “long code” para incrementar seguridad)

Para las llamadas “Opciones de Servicio” (diferentes configuraciones usando los dos vocoders)

Subcanal de control de potenciaEstablecido dentro de los canales de tráfico en sentido forward.

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Se usa 1 bit por cada 1.25 ms (800 veces por segundo).

Se inserta en los datos luego del proceso de interleaving y codificación para que la estación lo reciba lo mas rápido posible.

El móvil responde al bit de control de potencia, incrementando o decrementando su potencia transmitida en 1 dB.

Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Canales de tráfico

Se usa el “long code generator” con una máscara específica para el usuario, para identificar a cada usuario de forma individual.

El Código Walsh puede ser cualquiera de los restantes (hasta 55).

Una vez que el canal de tráfico es asignado a un

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 5656

usuario en una celda omnidireccional o sector, no puede ser asignado a otro usuario durante la duración de la llamada.

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Los canales de sync, paging y tráfico no siempre transmiten

usando el modo full rate; sin embargo, la tasa de transmisión de

los datos de salida es siempre 1.2288 Mcps.Se consigue con un proceso denominado de repetición.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 5757

Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Pasos de procesamiento usando el conjunto da tasas 1.

Un vocoder de tasa variable se usa para generar una señal de voz digital a tasas que varían entre 0.8 y 8.6 kbps en una trama de tráfico de 20ms.

Dependiendo de la tasa de datos, a la trama se le agrega un CRC (frame quality indicator, parity check) para permitirle al receptor determinar si se ha recibido una trama con errores.

Una cola (tail) de 8-bits se le agrega a la trama para garantizar que el codificador convolucional (que viene luego), es reseteado al estado de todo cero al final de la trama.

Estas operaciones resultan en tasas de 9600 bps, 4800 bps, etc.

[(9.2 kbps*20ms) + 8bits]/20ms=9600 bps

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Pasos de procesamiento usando el conjunto da tasas 1.

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Pasos de procesamiento usando el conjunto da tasas 1.

La capacidad total del canal no se usa cuando el usuario no está hablando.

Durante periodos de silencio la tasa es disminuida a un valor tan bajo como 1200 bps.

La tasa de 2400 bps para transmitir transientes en el ruido de fondo.

La tasa de 4800 bps se usa para mezclar voz digitalizada y datos de señalización.

La voz se transmite en bloques de 20 ms con FEC usando un código convolucional con una tasa ½, lo que duplica la tasa efectiva a un máximo de 19.2 kbps.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 6060

p

Para tasas mas bajas, los bits de salida del codificador convolucional son replicados para obtener una tasa de 19.2 kbps.

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Pasos de procesamiento usando el conjunto de

tasas 1.Luego, los datos se someten a interleaving por bloques, para reducir los efectos de los errores, dispersándolos.Scrambling

PropósitosServir como una máscara de privacidad.

A cada usuario se le asigna un offset temporal único

Prevenir el envío de patrones repetitivos.Generador del “long code”

Se genera como un número pseudo-aleatorio a partir de un registro de 42 bits.

Es casi imposible descubrir el offset ciegamente.

La salida es a una tasa de 1.2288 Mbps que es 64 l d 19 2 kb

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veces la tasa de 19.2 kbps. Hay dos tipos de máscara para conseguir el offset.

Pública para el ESN y Privada para el MINLas llamadas se originan con la pública y la transición a la privada ocurre luego de autenticación.

El “decimador” toma 1 bit de cada 64.El resultado es XORed con la salida del interleaver.

Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Pasos de procesamiento usando el

conjunto da tasas 1.Luego se inserta información de control de potencia.

La información es multiplexada en los 19.2 kbps reemplazando algunos de los bits.

A continuación se esparce la señal con funciones de Walsh.

Se tienen 64 secuencias binarias de 64 bits cada una, ortogonales entre si.Se provee canalización ortogonal para los usuarios.A un usuario que es esparcido con la Función Walsh

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 6262

n, se le asigna el canal n.La secuencia de Walsh se repite cada 52.083 micro segundos (1/19200).Cada símbolo de datos es esparcido con 64 chips.

Los pasos restantes han sido ya explicados.

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Receptor Rake de canales forward

La estación móvil encuentra el canal piloto y se sincroniza al código PN, decodifica la información de sincronización del canal sync y se sincroniza totalmente al sistema.

La MS monitorea el canal de paging y obtiene parámetros del sistema y parámetrosLa MS monitorea el canal de paging y obtiene parámetros del sistema y parámetros de acceso.

Si llega una llamada para la MS, se activa un canal de tráfico y la MS se cambia a decodificar el canal Walsh apropiado.

La señal es primero downconverted, y se obtiene la señal de banda base digital.

Finalmente se usa un receptor Rake.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 6363

Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Receptor Rake/Diversidad temporal

En un ambiente multipath como el celular, si las múltiples versiones de una señal llegan con separaciones mayores a un chip, el receptor puede recuperarla señal realizando la correlación entre la secuencia de chipping con la señal recibida dominante.

Un mejor resultado se obtiene si el receptor intenta recuperar las señales de múltiples caminos y luego combinarlas, considerando retardos adecuados.

Este principio se usa en un receptor RAKE.

En la figura:

Los diferentes retardos se representan con τ1, τ2, τ3

Los diferentes factores de atenuación son a1, a2, a3

La señal combinada es demodulada.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 6464

El flujo demodulado de chips es alimentado a múltiples correlacionadores, cada uno con un retardo diferente.

Las señales resultantes son combinadas usando diferentes factores de peso, estimados a partir del canal (a’1, a’2, a’3).

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Enlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de códigoEnlace Enlace forwardforward: Canales de código: Canales de código• Receptor Rake

Combina las señales multipath para crear una señal de banda base digital mas robusta.El receptor Rake permite buscar señales multipath fuertes así como otras estaciones base para el handoff.

L í d l i ó il i 3 l ( fi ) i l í dLa mayoría de las estaciones móviles tiene 3 elementos receptores (o fingers), mientras la mayoría de BTSs tienen 4.

Luego la señal es descrambled, de-interleaved y decodificada (Viterbi).

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 6565

Enlace Enlace forwardforwardEnlace Enlace forwardforward

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 6666

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Canales y secuenciasCanales y secuenciasCanales y secuenciasCanales y secuencias• Enlace forward

BTSs son identificadas por offsets únicos de los “códigos short PN” en los canales I y Q.

Los usuarios son separados (canalización) por Códigos Walsh.El uso de códigos perfectamente ortogonales hace mas fácil recuperar los datos.

• Enlace reversoLas estaciones móviles se separan o identifican por offsets únicos de los “códigos long”.

Aquí los códigos de Walsh se usan para modulación ortogonal.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 6767

Canales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace Reverso• En el sentido reverso las MSs responden de

manera asincrónica.

• De manera ideal, las MSs tienen un nivel de

señal constante gracias al control de potencia g p

realizado por las estaciones base.

• Como no hay piloto, la demodulación es no

coherente.

• 94 canales32 de acceso

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 6868

62 de tráfico

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Canales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace Reverso• Tipos:

Canales de acceso

Canales de tráfico

• Etapa final del proceso de los canalesEtapa final del proceso de los canales

reversosLas estaciones móviles se separan por offsetsúnicos de los “códigos long”.

Se utiliza un offset de cero para los “códigos short PN” de los canales I y Q (ID a BTS).

Se utiliza un retardo de medio chip (half chip) en el canal Q.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 6969

Facilita el diseño del amplificador ya que garantiza que no haya transiciones por el origen durante los cambios de fase.

Por esto a la modulación del canal reverso se la llama “offset QPSK”.

Analogía: Si se viaja de un lugar a otro en un plano XY, se lo puede hacer cambiando simultáneamente X y Y; la alternativas es primero mover X y luego Y, de tal forma que el movimiento no es una línea directa.

Canales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace Reverso• El canal reverso es significativamente diferente que el canal forward.

La modulación ortogonal utilizada permite detección no coherente y no está relacionada a la separación de usuarios.

Los usuarios están separados utilizando una máscara, basada en el ESN de la estación móvil, aplicada al código “long”.

Esto esparce la tasa de datos a 1.2288 Mcps.

El “long code” añade un nivel extra de seguridad, a parte de separar a los usuarios.

Durante periodos de tasas de datos bajos, para mantener la tasa de transmisión constante, se usa repetición.

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Canales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace Reverso• Los pasos iniciales son similares a los del

canal forward.El codificador convolucional tiene una tasa de 1/3, triplicando la tasa efectiva a un máximo de 28.8 kbps.

• Luego del interleaver se esparcen los datos usando la matriz de Walsh.

Los datos del interleaver se agrupan en unidades de 6 bits.

Los 6 bits sirven como un índice a una de las 64 filas de la matriz de Walsh de 64x64.La tasa es expandida en un factor de 64/6, resultando un valor de 307.2 kbps.

Mejora la recepción en la BTS.Los 64 códigos son ortogonales lo que

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Los 64 códigos son ortogonales lo que facilita el algoritmo de decisión y es un proceso computacionalmente eficiente.

El proceso se ve como información digital modulando una portadora digital.

Canales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace Reverso• Data burst randomizer

Para reducir interferencia de otros MSs.Involucra usar la máscara de “long code” .

• El siguiente paso es la función DS-SS.El “long code”, único a cada MS (usuario), es XORed con la salida del randomizer.

En base a ESN y otros bits fijos.Los MSs siempre transmiten en su canal.

Se obtiene una tasa de 1.2288 Mbps.

• Luego se modula usando QPSK.Explicado anteriormente.

• La razón para la diferencia en los moduladores es que:

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En el caso forward, los códigos para esparcimiento son ortogonales, todos vienen de una matriz Walsh.En el caso reverso, la ortogonalidad de los códigos de esparcimiento no es garantizada.

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Canales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace Reverso• Transmisión con tasa de datos variable

La repetición de símbolos de código introduce redundancia cuando la tasa de datos es menor a 9600 bps (usando el set 1 de tasa de datos).

El data randomizer se usa para transmitir ciertos bits mientras se apaga el transmisor para otros.

Cuando la tasa de datos es:

9600 bps, se transmiten todas las salidas del interleaver.

4800 bps, se transmiten la mitad de las salidas del interleaver y la mitad del tiempo la estación móvil no transmite.

Así sucesivamente.

Asegura que cada símbolo de código repetido se transmite una sola vez.

Cuando no se transmite la MS reduce su PIRE al menos 20 dB respecto a la última vez que se

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Cuando no se transmite, la MS reduce su PIRE al menos 20 dB respecto a la última vez que se transmitió, o reduce el PIRE al piso de ruido del transmisor.

Todo esto reduce la interferencia a otras MSs operando en el mismo canal reverso.

Los datos en tramas de 20 ms se dividen en 16 PCGs (Power Control Groups).Cada grupo es de 1.25 ms.

Algunos PCGs se transmiten y otros no.

Canales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace Reverso• Transmisión con tasa de datos variable

El data randomizer genera un patrón de enmascaramiento que aleatoriamente enmascara los datos redundantes generados por el código de repetición.

Un bloque de 14 bits del “código long” determina el patrón de enmascaramiento.Los últimos 14 bits del “código long” usado para el “spreading” de la trama anterior se usan para determinar la máscara aleatoria (se denotan como b0b1…..b13 ).

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Canales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace Reverso• Transmisión con tasa de datos variable

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Canales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace Reverso• Sobre los canales de acceso

Ejemplo de tareasPara originar llamadas

Para registro

Responder o dar acuses de recibo a mensajes del canal de pagingResponder o dar acuses de recibo a mensajes del canal de paging

Se diferencian con una máscara única aplicada al “código long”.Se diferencian de igual manera que en los canales de tráfico.

La máscara incluye un número de canal específico asignado a la estación móvil por la BTS.

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Canales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace Reverso• Sobre los canales de acceso

Transmisiones por el canal de acceso de un móvil particular están permitidos durante intervalos asignados denominados “ranuras del canal de acceso”, que son de longitud igual a un número entero de las tramas de 20 ms.

Cada transmisión en una ranura empieza se inicia con un retardo aleatorio de corta duraciónCada transmisión en una ranura empieza se inicia con un retardo aleatorio de corta duración para que no todo móvil inicie la transmisión al mismo tiempo, a pesar que los otros estarán usando la misma ranura en diferentes canales.

La primera vez que el móvil usa un canal de acceso, sus transmisiones se limitan a mensajes de "probe“.

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 7777

Canales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace Reverso• Sobre los canales de acceso

La estación móvil envía a la BTS un mensaje por el canal de acceso, llamado un “access probe” y espera por un ACK en el canal de paging.

Si no recibe el ACK, espera un tiempo aleatorio, incrementa su potencia e intenta nuevamente.

El número de “probes” para intentar en cada secuencia, el número de secuencias para intentar en cada intento, y la cantidad de potencia que se incrementa luego de cada “probe” fallido, son configurados por la red usando el mensaje de “ACCESS PARAMETERS”.

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Canales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace ReversoCanales del Enlace Reverso• Sobre el control de potencia

La diferencia entre señales recibidas en la BTS de móviles ubicados cerca y lejos puede ser hasta de 80 dB.Cada móvil tendrá un camino diferente, diferentes pérdidas, y diferente desvanecimiento.Open loop

Provee al móvil un punto inicial para empezar la transmisión para que luego en closed loop el ajuste se haga mas rápido.

Se encuentra la diferencia entre:Las pérdidas promedio (-73 dB para las bandas celulares y -76 dB para las bandas PCS), yPotencia promedio recibida.

Se consideran variantes dadas por la BTS y se estima un punto inicial con una exactitud de +/-6dB.

Closed loopInvolucra el uso de bits en el canal de tráfico forward.Dado que en los canales de tráficos reversos se usan los PCGs (Power Control Groups) de 1.25 ms, el objetivo es ajustar la potencia de cada PCG.

S id i ibid lí i d i i bi b j l i l d i

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 7979

Se mide potencia recibida, se compara con un límite y se determina si subir, o bajar los niveles de potencia.La BTS debe reaccionar muy rápido: 800 veces/segundo.La BTS no es capaz de hacer el control considerando el FER (Frame Error Rate), el verdadero determinante de la calidad de una llamada.

Outer loopTrabaja en conjunto con close loop.Monitorea el verdadero FER y ajustar los límites para el closed loop.

Registrarse en CDMARegistrarse en CDMARegistrarse en CDMARegistrarse en CDMA• Mediante el registro una MS informa al sistema de su ubicación.

Sin el registro, un móvil debería ser buscado (paged) en todo el sistema.

Por otro lado, si el móvil se registra cada vez que cruza a un nuevo sector, sobrecargaría los canales de acceso y pagingsobrecargaría los canales de acceso y paging.

• CDMA ofrece una variedad de métodos de registro que los

operadores pueden configurar.

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Registrarse en CDMARegistrarse en CDMARegistrarse en CDMARegistrarse en CDMA

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PilotosPilotosPilotosPilotos• La estación móvil almacena información de los pilotos en una base

de datos especial.

• Los pilotos se agrupan en los siguientes conjuntos:• Los pilotos se agrupan en los siguientes conjuntos:Active Set

Incluye los pilotos asociados con el canal forward, asignados actualmente a la estación móvil.

Candidate SetIncluye los pilotos cuya potencia recibida excede un umbral pero que no han sido asignados.

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s g dos.

Neighbor SetIncluye los pilotos transmitiéndose en la vecindad. Indicadas por el BSC a la estación móvil.

RemainingTodos los pilotos posibles en el sistema actual.

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CapacidadCapacidadCapacidadCapacidad• Capacidad

W= ancho de banda

Tasa de transmisión R

Eb/I l ió í d bit/ d id d d idEb/Io= relación energía de bit/ densidad de ruido

Ko= usuarios (radio channel capacity de una sola celda CDMA)

• La relación W/R (Hz/bit/s) se define como el factor de spreading o

ganancia de procesamiento.

Valores típicos

Iván Bernal, Ph.D.Iván Bernal, Ph.D.Rev. Julio Rev. Julio 20072007 8383

• Valores típicosPara W/R, valores típicos varían entre 100 (20 dB) y un millón (60 dB).

Para Eb/Io depende del tipo de codificación para corrección de errores, tipo de ruido, probabilidades de error.

CapacidadCapacidadCapacidadCapacidad• Considerando dos características adicionales:

Monitoreo de la actividad del usuarioSe “apaga” el transmisor o se reduce su potencia cuando no hay actividad.

En una conversación de dos vías la actividad de los participantes esEn una conversación de dos vías, la actividad de los participantes es

Con lo que puede disminuirse el ruido de interferencia en la fórmula en una factor

se denomina “ganancia por actividad de voz”

Usando sectorizaciónSe reduce el ruido de interferencia en (ganancia de la antena).

Para tres sectores, la ganancia es menor que 3 y se estima en 2.4

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Si el factor de reutilización de frecuencias N=1, se ha estimado que la interferencia total de usuarios en las otras celdas es 0.6 de la causada por los usuarios en la celda en análisis.

Other-cell relative interference factor f=0.6

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CapacidadCapacidadCapacidadCapacidad

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CapacidadCapacidadCapacidadCapacidad

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CDMA450CDMA450CDMA450CDMA450• Durante mucho tiempo también se ha atribuido espectro de la banda de

450 MHz a servicios inalámbricos en varios países, incluidos algunos en desarrollo de Europa central y oriental, África, sudeste asiático y América Latina.

• La banda estaba atribuida a la tecnología analógica (NMT) y en general se utiliza por debajo de sus posibilidades y además de manera poco eficaz.

• En el cuarto trimestre de 2000 se llevó a cabo una prueba con objeto de mostrar la utilización de CDMA en la banda de 450 MHz.

Esa técnica se denomina cdma450.

• La utilización de frecuencias de la banda de 400 MHz en vez de la de 850 MHz o 1900 MHz, permite una cobertura más amplía desde cada estación base.

L d 450 b l i i CDMA

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• La cdma450 abarca, en concreto, la misma zona que un sistema CDMA a 850 MHz utilizando aproximadamente la mitad del número de localizaciones de células.

• En aplicaciones en las que es necesaria una cobertura muy amplia, un ajuste de soporte lógico en los parámetros de temporización permite alcanzar hasta 180 km en condiciones favorables.

GSM 400GSM 400GSM 400GSM 400• ETSI estableció una norma

regional para la aplicación GSM

en la banda de 400 MHz.

• La utilización de frecuencias en la

banda 400 MHz, en lugar de las

bandas 900/1800 MHz, permite

que cada estación base cubra una

zona más amplia.

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• La cobertura de una zona amplia

se adapta mejor a la baja densidad de las poblaciones ruralespoblaciones rurales,

dispersas en una extensa zona.

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GSM 400GSM 400GSM 400GSM 400• Según la información presentada por Ericsson a la

UIT, el GSM 400 cubre la misma zona que el GSM 900, utilizando aproximadamente la mitad del número de sitios celulares. Una célula típica en la banda de 400 MHz tiene un radio de 40 km cuando se utilizan unidades de teléfonos móviles decuando se utilizan unidades de teléfonos móviles de 2 vatios.

• Si se utilizan antenas direccionales o con ganancia superior, o teléfonos móviles con un tipo de energía superior, se puede obtener un alcance superior, según las condiciones geográficas y de propagación.

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• El GSM 400 ocupa bandas de frecuencias, indicadas en el cuadro, que antiguamente estaban atribuidas también en Europa y en muchos sitios a los sistemas telefónicos móviles nórdicos (NMT) convencionales.