Redes de datos m viles en tercera generaci n
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Redes de datos móviles en Tercera Generación. Autor: Francisco Varela Departamento de Comunicaciones Universidad Central de Venezuela SEMINARIO WIRELESS. Hacia la tercera generación en Redes de datos. Hacia la tercera generación en Redes de datos. d a. ra. Migración 2 a 3 Generación.

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Presentation Transcript
Redes de datos m viles en tercera generaci n

Redes de datos móviles en Tercera Generación.

Autor: Francisco Varela

Departamento de Comunicaciones

Universidad Central de Venezuela

SEMINARIO WIRELESS.




Hacia la tercera generaci n en redes de datos2

da

ra

Migración 2 a 3 Generación

2G

PDC

GSM

IS

-

136

IS

-

95

-

A

HSCSD

GPRS

IS

-

95

-

B

2.5G

EDGE

EDGE

IS

-

2000

1xRTT

W

-

CDMA

3G

EDGE

1xEV

-

DO

TD

-

SCDMA

(UMTS)

3GPP

3GPP2

Hacia la tercera generación en Redes de datos



Definici n de t rminos
Definición de términos

  • CDMA Forward Channel o Downlink (Estación Base - Estación Móvil)

  • CDMA Reverse Channel o Uplink (Estación Movil - Estación Base)

  • Separación de Los canales

    • En 800 MHz (tecnología Celular) 45 Mhz

    • En 1900 MHz (tecnología PCS) 80 Mhz

  • Canales en Forward link: Pilot, Sync, Paging y canal de Tráfico Forward

  • Canales en el reverse Link: Canales de Tráfico: Acceso y reverso.



CDMA

CDMA

Tiempo

1.25 MHz

Frecuencia

45 /80Mhz




Diagrama en bloques de cdma

Voice

Privacy

BTS

Code

CDMA Carrier

External

Interference

BPF

Encoding &

Interleaving

Background

Noise

Walsh

Code

Other User Noise

Voice

Privacy

Vocoder

BPF

Decoding &

DeInterleaving

Digital Filter

Voice

10 KHz

Other Cell

Interference

Walsh

Code

BTS

Code

20 ms Frames

DIAGRAMA EN BLOQUES DE CDMA

Vocoder

9.6

Kbps

1.2288

Mbps

19.2

Kbps

Voice

10 KHz

1.23 MHz

20 ms Frames

Decorrelated Signal

Correlator

9.6

Kbps

19.2

Kbps

1.23 MHz

1.2288

Mbps

Composite Signal


El Concepto CDMA

CDMA comienza con una señal de banda estrecha, mostrada aquí como la velocidad completa de datos de conversación de 9600 bps. esta señal se dispersa con el uso de códigos especializados a un ancho de banda de 1.23 MHz. La relación de la velocidad de los datos dispersos a la velocidad inicial de los datos se denomina ganancia de procesamiento. Cuando se recibe la señal el correlacionador recupera la señal deseada del ruido.


Proceso de expansi n espectral
PROCESO DE EXPANSIÓN ESPECTRAL

Ganancia de Proceso (Processing Gain):

= 20 dB

Relación de la velocidad de los datos dispersos a la velocidad inicialPN: Codigo Pseudo ruido


Proceso de expansi n espectral1
PROCESO DE EXPANSIÓN ESPECTRAL

Ganancia de Proceso (Processing Gain):

= 20 dB

Relación de la velocidad de los datos dispersos a la velocidad inicial



Secuencias de ensanchamiento spread spectrum
Secuencias De Ensanchamiento (SPREAD SPECTRUM)

A

B

C

C

B

A

CDMA Combina tres diferentes secuencias de ensanchamiento para crear canales

únicos y robustos


Una estaci n movil recibe canal cdma forward desde un sector de una estaci n base
Una estación movil recibe canal CDMA Forward desde un Sector de una Estación Base

Pilot

Sync

Estación Móvil

Estación Base

Algunos de estos canales son canales de tráfico mientras otros de encabezamiento : UN conjunto de 64 códigos matemáticos son necesarios para diferenciar los 64 Forward Code Chanel Posibles . Estos códigos son llamadaos Walsh Codes


Discriminaci n de estaciones bases

64 Canales Códigos Sector de una Estación Base

Discriminación de Estaciones Bases

64 Canales Códigos

Estación Base 1

Estación Base 2

Una estación movil debe ser capaz de discriminar entre diferentes estaciones bases . Cada estación base está transmitiendo un canal de tráfico que contiene 64 códigos diferentes de canales forward.. Dos secuencias de dígitos binarios llamadas las secuencias de códicos cortos PN I y Q, los cuales son definidos con el propósito de identificar sectores de diferentes estaciones bases.


Discriminaci n de los canales c digos reversos
Discriminación de los canales códigos Sector de una Estación Base Reversos

El sistema CDMA debe ser capaz de identificar cada estación movil que desea intentar comunicarse con una estación base. Un gran número de estaciones moviles estarán en el mercado. Una secuencia de binaria llamada la secuencia larga PN istá definida para identificar cada canal reverso diferentes estaciones bases.


Total de canales cdma
Total de canales CDMA Sector de una Estación Base

Walsh Code: Usuario Individual

PN SHORT CODE: Sector Estación Base

PN LONG CODES: Cada teléfono

Los tres códigos SPREAD SPECTRUM son usados de diferentes maneras para crear y asegurar la existencia de los enlaces entrantes y salientes.


C digos cdma pn short y long
Códigos CDMA PN SHORT y LONG Sector de una Estación Base

CDMA usa tres códigos de secuencias PN: dos cortos y uno largo

Los dos códigos cortos PN ( lllamados I y Q) están espandidos en cuadratura para diferenciar particiones (sectores/celdas) en la dirección entrante.Se crean mediante generadores de códigos PN de 15 bits. La cantidad de combinaciones generadas son 2^15 - 1 más una cadena de ceros en la de mayor ceros generados . Su período es de 26.66666 ms


Codigos cdma pn short y long
Codigos CDMA PN SHORT y LONG Sector de una Estación Base

El código largo es creado por un generador de 42 bits y es usado para ensanchar el espectro de la data con cierta aleatoriedad. La cantidad de cadenas generadas está alrededor de 4.4 trillones de combinaciones y su ciclo periódico es de aproximadamente 41 dias, 10 horas, 12 minutos y 19.4 segundos. Los tres códigos son sincronizados al comienzo de la puesta del sistema Los dos códigos cortos PN ( lllamados I y Q) están espandidos en cuadratura para diferenciar particiones (sectores/celdas) en la dirección entrante.Se crean mediante generadores de códigos PN de 15 bits. La cantidad de combinaciones generadas son 2^15 - 1 más una cadena de ceros en la de mayor ceros generados . Su período es de 26.66666 ms


Generaci n del c digo walsh

0 Sector de una Estación Base

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

Generación del código Walsh


Generaci n del c digo walsh1
Generación del código Walsh Sector de una Estación Base


Canales c digos en la direcci n forward
Canales Códigos en la dirección Forward Sector de una Estación Base

  • Pilot: Código Walsh 0

  • Sync´: Código Walsh 32

  • Paging: Código Walsh 1 al 7

  • Traffic: el resto de los códigos Walsh


Diagrama de bloques en la direcci n forward

Walsh 0 Sector de una Estación Base

Walsh 1

Walsh 32

Walsh 23

Walsh 27

PN SHORT

BSC

MTSO

VOCODER

Walsh 44

Diagrama de bloques en la dirección Forward

BTS 1 sector


Canales de c digos en la direcci n reversa

Gen Código Largo Sector de una Estación Base

Elemento de canal

Sector Rx

Canales de Códigos en la dirección Reversa

BSC

MTSO

VOCODER

BTS 1 Sector

Código largo


Tipos de canales
TIPOS DE CANALES Sector de una Estación Base

  • Canales de tráfico - transportan la llamada telefónica real

  • Canales accesoriosCanal piloto- utilizado para obtener el sincronismo inicial del sistema y para identificar las instalaciones celulares.

    Canal de sincronismo- provee la identificación de la instalación celular, controla la potencia de transmisión del canal piloto, e indica la posición de la señal de cada instalación celular en la red de paquetes.


El Concepto CDMA2000 y WCDMA Sector de una Estación Base


Ensanchamiento de simbolos a chips
Ensanchamiento de simbolos a chips Sector de una Estación Base

  • Las tramas de tráfico de bits de 20 ms pueden incluir información de voz desde el vocoder e informacion de señalización

  • La Secuencia de conversion

  • Bits - Simbolos -Chips.


Proceso de descompresi n
Proceso de descompresión Sector de una Estación Base

  • En la dirección Forward las estaciones moviles correlacionan la señaL recibida con el patron walsh code (integrando la potencia sobre los 64 chips)

  • En la direccion reversa La BTS compara la señal recibida con cada posible walsh code y selecciona el patron que produce el mayor grado de correlacion como la representacion de los seis simbolos que fueron enviados . Cuando todos los simbolos para una trama han sido recuperados y con la ayuda del codigo de detección de errores se determina si se elimina o no


T rminos en cdma 2000
Términos en CDMA 2000 Sector de una Estación Base

CC: Configuración de canal: define un grupo de velocidades de datos derivados de su velocidad fundamental. Son asociados con velocidades de ensanchamiento específicas.

Actualmente existen 12 configuaciones de canal definidas en el sistema CDMA 2000. Todas las CC se derivan de las configuraciones de canal ya sea de

a) 9600 bps.

b) 14400 bps.

Por ejemplo CC7 y CC10 se basan en el canal a) y soportan velocidades de datos de hasta 614400 bps pero con diferentes codificadores.


T rminos en cdma 20001
Términos en CDMA 2000 Sector de una Estación Base

Bit: Unidad de Información fundamental. (datos de entrada)

Símbolo : Grupos de datos de bits basados en modulación. Ocurre después de la codificación.

Chip : bit al final del ensanchamiento de la velocidad.

SR : Velocidad de ensanchamiento:

Define la velocidad de ensanchamiento en términos de 1.2288 Mbps. El sistema SR3 = 3*1,2288 o 3,6864 Mbps.


Cdma forward channels sr3
CDMA Forward Channels (SR3) Sector de una Estación Base

Bit: Unidad de Información fundamental. (datos de entrada)

Símbolo : Grupos de datos de bits basados en modulación. Ocurre después de la codificación.

Chip : bit al final del ensanchamiento de la velocidad.

SR : Velocidad de ensanchamiento:

Define la velocidad de ensanchamiento en términos de 1.2288 Mbps. El sistema SR3 = 3*1,2288 o 3,6864 Mbps.


Adquisicion del canal piloto walsh code 0
Adquisicion del canal piloto. Walsh Code 0 Sector de una Estación Base

  • Las estaciones moviles inicializan generando internamente las secuencias cortas PN I y Q correlacionandolas con la señal compuesta recibida. En menos de 15 segundos pueden chequear todas las posibilidades (37268).

    • En la mejor Ec/Io la estacion la va almacenando en memoria se detiene en el mejor piloto e identifica el patron definiendo un 1 seguido de 15 ceros consecutivos.

    • En estos momentos la estacion movil esta lista para extraer el sincronismo del canal del codigo walsh 32. La estacion movil obtiene su generador de codigo largo, junto con su reloj interno y con los valores contenidos y leidos en el canal de sincronismo


Tecnolog as cdma2000 y wcdma
Tecnologías CDMA2000 y WCDMA Sector de una Estación Base


Walsh code en cdma2000 y wcdma
Walsh Code en CDMA2000 y WCDMA Sector de una Estación Base

Los operadores GSM que están ahora considerando a W-CDMA como su tecnología 3G podrían beneficiarse con este diagrama descriptivo de cdma. En lugar de emplear una canalización de frecuencia como la utilizada en las redes GSM, W-CDMA y cdma2000 utilizan acceso múltiple por dominio de código (CDMA). Ambos sistemas permiten que varios usuarios compartan el mismo espectro de frecuencia dado que los canales son ortogonales entre sí. Lo anterior es cierto solamente para el enlace de descenso, o enlace de avance. En ambos casos, el enlace de ascenso, o enlace inverso, no es ortogonal.

En cdma2000, se emplea la codificación Walsh para la canalización del enlace de avance. W-CDMA emplea una técnica idéntica llamada codificación OVSF (factor de dispersión variable ortogonal). La señal de voz o datos de la banda base se codifica y entrelaza antes de la dispersión Walsh u OVSF. Entonces, la señal es transmitida por la estación base al móvil. El móvil revierte entonces el proceso al condensar y desentrelazar la señal codificada para producir la señal original de voz o datos de la banda base.


C digos de ensanchamientos variables en cdma 2000
Códigos de ensanchamientos Variables en CDMA 2000. Sector de una Estación Base

Existen hasta 256 códigos ortogonales generados y usados para mezclar los datos. Esto permite un máximo de hasta 256 canales de código. Para manejar el amplio rango de velocidades de datos disponibles, se emplea la dispersión de código Walsh de extensión variable. Entre mayor sea la velocidad de datos más corta es la extensión del código Walsh. Por ejemplo, para una velocidad de símbolo de 28.8 Kbps la extensión del código sería de 128 bits (factor de dispersión SF = 128)


Efectos de usar c digos variables
Efectos de usar Códigos Variables. Sector de una Estación Base

SF = 2

SF = 4

SF = 8

11111111

1111

1111-1-1-1-1

1 1

11-1-1

11-1-111-1-1

11-1-1-1-111

1

1-11-1

1-11-11-11-1

1-11-1-11-11

1-1

1-1-11

1-1-111-1-11

1-1-11-111-1


Dominio del c digo
Dominio del Código Sector de una Estación Base


Dominio del c digo cdma 2000
Dominio del código CDMA 2000 Sector de una Estación Base


Codificadores de la voz
Codificadores de la voz. Sector de una Estación Base

• codificadores de la forma de onda: •codificadores en el dominio del tiempo •codificadores en el dominio de la frecuencia

• vocoders

• codificadores híbridos


M todos para adaptar cuantificadores y predictores feedforward y feedbackwar
Métodos para adaptar cuantificadores y predictores Sector de una Estación Base feedforward y feedbackwar

En la adaptación feedforward los niveles de reconstrucción y los coeficientes de predicción se calculan en el emisor, usando un bloque de voz. Después son cuantificados y transmitidos al receptor como información lateral. Tanto el emisor como el receptor usan estos valores cuantificados para hacer las predicciones y cuantificar el residuo. En la adaptación feedbackward los niveles de reconstrucción y los coeficientes de predicción se calculan a partir de la señal codificada. Puesto que la señal es conocida tanto por el emisor como por el receptor, no hay necesidad de transmitir información lateral, así el predictor y el cuantificador pueden actualizarse para cada muestra.


Codificaci n en frecuencia
Codificaci Sector de una Estación Base ón en frecuencia.

  • Codificación en subbandas


Vocoders
VOCODERS Sector de una Estación Base

Los codificadores de la forma de la onda no tienen en cuenta la naturaleza de la señal a codificar. Sin embargo, si codificamos una señal de voz, podemos aprovechar sus características intrínsecas para que la codificación se realice de forma más eficiente.


Vocoders1
VOCODERS Sector de una Estación Base

Los vocoders intentan producir una señal que suene como la voz original, independientemente de si la forma de onda se parece o no. En el transmisor se analiza la voz y se extraen los parámetros del modelo y la excitación. Esta información se envía al receptor donde se sintetiza la voz. El resultado es que se produce voz inteligible a muy bajo bit-rate, pero tiene el problema de que no suena natural.


Vocoder por prediccion lineal
VOCODER por prediccion lineal Sector de una Estación Base

Es el tipo de vocoder más utilizado. Este vocoder utiliza el mismo modelo de producción que otros vocoders pero difiere en la determinación del modelo del tracto vocal. Supone que el tracto vocal se puede describir por un filtro todo polos de respuesta impulsiva infinita (filtro IIR),H(z).

A este filtro se le conoce también como filtro LPC(Lineal Predictive Coding).


Vocoder por prediccion lineal1
VOCODER por prediccion lineal Sector de una Estación Base

  • Se supone que cada muestra es una combinación lineal de las muestras anteriores. Los coeficientes del filtro se calculan para minimizar el error entre la muestra actual y su predicción.En este vocoder, se trabaja sobre bloques de 20 ms de voz. Se trabaja sobre lo que se conoce como modelo corto, las características de la voz se suponen que no varían con el tiempo en intervalos pequeños.


Lpc 10 fs 1015
LPC-10 (FS-1015) Sector de una Estación Base

  • Emisor: se divide en dos bloques, que tienen las siguientes funciones:

  • •fase de análisis •codificación de parámetros

  • La fase de análisis es la encargada de la extracción del "pitch" y del tipo de sonido (sonoro o sordo), así como de la extracción de los coeficientes de reflexión y la energía de la señal para cada una de las tramas en que dicha señal es dividida


Codificadores h bridos
Codificadores híbridos Sector de una Estación Base

  • En la codificación híbrida se combinan las técnicas de los codificadores de la forma de la onda con las de los vocoders con el propósito de obtener una alta calidad de voz a bajos bit-rates (inferiores a 8 Kb/s).En estos codificadores, las muestras de la señal de entrada se dividen en bloques de muestras (vectores) que son procesados como si fueran uno solo


Celp fs 1016
CELP (FS-1016) Sector de una Estación Base

  • CELP se basa en procedimientos de búsqueda de análisis-por-síntesis, cuantización de vectores con pesos (VQ) y predicción lineal (LP).


Codificaci n vselp
Codificación VSELP Sector de una Estación Base

  • El codificador VSELP es el estándar en las comunicaciones celulares digitales en Estados Unidos. Permite el procesamiento de voz a un bit-rate de 7950 bps e incluso de 4.8 Kbps. Este algoritmo es una variación del CELP.


Detecci n de se ales en t rminos geom tricos
Detección de señales en términos geométricos Sector de una Estación Base

  • Provee una estructura general que hace fácil el análisis de muchos métodos de transmisión digital de datos.

  • Proporciona una idea relacionado con los problemas de transmisión digital de datos.

  • Provee una vía para generar esquemas stándares de modulación.


Modulaci n m ary psk m ario
Modulación M- ary PSK. M -ario Sector de una Estación Base

M -ario es un termino derivado de la palabra binario.

La M es solo un digito que representa el numero de condiciones posibles.

Una M= 4 indica que con 2 bits son posibles cuatro condiciones de salida diferentes


Transmisi n por desplazamiento de fase cuaternaria qpsk
Transmisión por desplazamiento de fase cuaternaria. (QPSK) Sector de una Estación Base

Es una técnica de codificación M -ario co M= 4. Debido a que hay cuatro fases de salidas diferentes, tiene que haber cuatro condiciones de entrada diferentes por lo que se utilizan grupos de 2 bits (dibits).


Transmisor qpsk

Datos de entrada Sector de una Estación Base

I

SenWct

+

BPF

Q

90`

Reloj de bits

Transmisor QPSK

1 = 1volt

0 = -1volt


Diagrama fasorial qpsk
Diagrama fasorial QPSK Sector de una Estación Base

11

Tabla de Verdad

Entrada binaria

00 Fase BPSK -135`

01 Fase BPSK -45`

10 Fase BPSK 135`

11 Fase BPSK 45`

10

01

00


Conclusiones preguntas
Conclusiones. Sector de una Estación Base Preguntas


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