Capitulo 6

26/11/2010
DESEMPEÑO DE
NIVEL FISICO
Claudia Milena Hernández Bonilla
FIET
6. DESEMPEÑO DE NIVEL FISICO
6.1. Introducción
6.2 Cobertura celular
6.3 Capacidad de celda en enlace de bajada
6.4 Ensayos de capacidad
6.5 Requerimientos de desempeño 3gpp
6.6 Mejoramientos de desempeño
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6.1 Introducción
Análisis de cobertura y capacidad en función de:
- Ambiente de propagación radio.
- Soluciones estación B avanzadas.
- Parámetros de capa física WCDMA.
6.2 Cobertura Celular
Es importante cuando el tráfico ofrecido a una
celda es insuficiente para utilizar completamente
el espectro disponible del operador:
- Áreas urbanas con un despliegue inicial de la red.
- Áreas rurales con baja densidad de tráfico.
Cobertura macro celular  Enlace de subida por
la limitada Ptx de UE
PTX 21dBm (125mW)
Nodo B  40 a 46 dBm ( 10 a 40w) por
sector
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6.2 Cobertura Celular
Se analiza cómo una mejora en el presupuesto del
enlace impacta el área de cobertura de la celda:
- Técnicas avanzadas de antenas.
- Amplificador .
- Mejora en la sensitividad de B.
Considerando un modelo Okumura Hata
6.2 Cobertura Celular
L: Mejora en el presupuesto del enlace
R: Rango de la celda por defecto
R: Incremento relativo en el rango de la celda
R: Variación en el área de la celda
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6.2 Cobertura Celular
La red de acceso radio mayor inversión del
sistema, y la mayoria de los costos dependen de
los costos de la Estación Base.
6.2 Cobertura Celular: Uplink
Factores que afectan la
cobertura del enlace de
subida
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6.2 Cobertura celular: Uplink
Parámetros de capa física y la estación Base:
- Velocidad de transferencia de datos
- Adaptive Multirate (AMR) speech codec
- Diversidad por multitrayecto
- Soft Handover
- Diversidad de la antena de recepción BS
6.2 Cobertura C: Uplink - BR
Velocidad de transferencia de datos.
Cobertura de la celda  inversa a la velocidad de
transferencia de datos. A mayor velocidad, menor
cobertura.
-Igual PTx.
-Probabilidad de
cobertura 95%
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6.2 Cobertura C: Uplink - BR
No requieren garantizar
mínima
velocidad
de
transferencia de datos.
Mayor BR  no disminuir
tamaño de la celda
6.2 Cobertura C: Uplink - AMR
Con un Codec de voz de multitasa adaptativa AMR es
posible conmutar a BR menor  incrementar la ganancia
de procesamiento .
Cuando el presupuesto del enlace es insuficiente para:
Cumplir una BLER objetivo debido a una cobertura pobre.
La ganancia se puede emplear para:
-Garantizar mejor calidad de voz.
-Realizar medidas en el modo comprimido.
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6.2 Cobertura C: Uplink - AMR
12.2Kbps a 7.95 Kbps  1.1 dB
12.2Kbps a 4.75 Kbps  2.3 dB
6.2 Cobertura C: Uplink – Diversidad
Multitrayecto
Reduce la probabilidad de desvanecimiento rápido de la
señal y disminuye el margen de desvanecimiento.
Se obtiene: Receptor Rake o diversidad de antena
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6.2 Cobertura C: Uplink – Diversidad
Multitrayecto
Ganancia por diversidad multitrayecto: reducción
de la PTx del móvil promedio, cuando se tiene
diversidad multitrayecto.
Diversidad: en la Estación Base
6.2 Cobertura
Handover
C:
Uplink
–
Soft
Durante SH la transmisión Uplink es recibida por
dos o más EB.
La probabilidad de detectar correctamente la señal
se incrementa  Ganancia de Handover
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6.2 Cobertura
Handover
C:
Uplink
–
Soft
6.2 Cobertura
Handover
C:
Uplink
–
Soft
Soft Handover  selección por combinación en
RNC.
Softer Handover  la transmision del enlace de
subida desde el movil, es recibida por dos sectores
de un nodo B, estas se combinan por máxima
relación en el Receptor Rake de banda base de la
EB.
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6.2 Cobertura C: Uplink – Diversidad B
Idealmente 3 dB de ganancia en la cobertura, por
diversidad en RX en Nodo B.
A expensas de: incrementar HW en B.
Diversidad de antena  G contra desvanecimiento
rápido para trayectos no correlacionados o de baja
correlación
Baja correlación: diversidad de espacio o polarización
6.2 Cobertura C: Uplink – Diversidad
EB
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6.2 Cobertura celular: Downlink
PTx de B : 20w (43 dBm)
PTx de móvil : 125mw (21 dBm)
Mejor cobertura  Servicios de alta velocidad.
La cobertura  Potencia máxima de enlace, cantidad de
interferencia inter celda.
6.3 Capacidad de celda en Downlink
Capacidad de interfaz de aire en enlace de bajada
es menor que en el enlace de subida 
Mejores técnicas de recepción se pueden usar en B:
Diversidad de antena, detección multiusuario.
Técnicas:
- Códigos ortogonales.
- Diversidad en transmisión.
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6.3 Capacidad Downlink: Códigos ortogonales –
Ganancia por Diversidad de multitrayecto
Se emplean códigos ortogonales de canalización cortos para usuarios
separados.
En un canal multitrayecto dispersivo en el tiempo la ortogonalidad se
pierde parcialmente y los usuarios que comparten un código de
scrambling se interfieren entre si en la propia celda.
Canal ITU Pedestrian  Preserva la ortogonalidad pero no provee
diversidad multitrayecto.
Canal ITU Vehicular  Brinda diversidad multitrayecto pero se pierde
parcialmente la ortogonalidad.
6.3 Capacidad Downlink: Códigos ortogonales –
Ganancia por Diversidad de multitrayecto
Menor valor eje vertical  mejor
desempeño.
• Ic/ Ior = -20dB 
de la Ior
Solo se usa el 1% de la Ptx de B
Factor Geométrico G Ior/ Ioc
Alto G cuando el móvil está cerca del
nodo B y un bajo valor -3dB en el borde
de la celda.
Borde
de
la
celda:
diversidad
multitrayecto en canal vehicular brinda
mejor desempeño, porque interferencia
de otras celdas domina sobre la propia
interferencia.
Cerca EB: mejor desempeño canal
peatonal porque la propag. Multi. en el
canal vehicular reduce la ortogonalidad.
Ior Ptx total EB
Ic  Potencia por conexión
Ioc  Interferencia recibida
otras celdas
Ic/ Ior = -20dB  de la Ior
de
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6.3 Capacidad Downlink: Códigos ortogonales –
Ganancia por Diversidad de multitrayecto
Propagación multitrayecto no es un beneficio:
Ganancia por diversidad en el borde de la celda 
reduce ortogonalidad cerca de la celda.
Perdida de la ortogonalidad  receptores
canceladores de interferencia o equalizadores en el
móvil.
6.3 Capacidad Downlink: Códigos ortogonales –
Números de códigos ortogonales
Con un SF  maximo número de códigos ortogonales es SF
 limita la capacidad del enlace de bajada.
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6.3 Capacidad Downlink: Códigos ortogonales –
Números de códigos ortogonales
6.3 Capacidad Downlink: Diversidad en
transmisión
Capacidad Downlink se mejora  diversidad de
antena en el móvil.
Para equipos pequeños y económicos no es una
característica factible.
Nodo B emplea diversidad de transmisión.
-Ganancia de combinación coherente.
-Ganancia de diversidad contra desvanecimiento
rápido.
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6.3 Capacidad Downlink: Diversidad en
transmisión
Ganancia de combinación coherente: la señal se combina
coherentemente mientras la interferencia se combina en
forma no coherente, G = 3dB.
Ganancia de diversidad: Fuentes de diversidad: diversidad
por multitrayecto y diversidad de transmisión.
D Multitrayecto  reduce la ortogonalidad de los códigos.
D Transmisión  mantiene los códigos ortogonales en un
canal con desvanecimiento plano.
6.3 Capacidad Downlink: Diversidad en
transmisión
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6.3 Capacidad Downlink: capacidad de
voz
6.3 Capacidad Downlink: capacidad de
voz
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6.4 Ensayos de capacidad
Métodos de medidas y resultados de las pruebas de
capacidad.
Pruebas realizadas en:
-Un solo sector sin interferencia de sectores adyacentes.
-Ambiente sub urbano, localizaciones fijas y estacionarias.
-Los móviles no tienen línea de vista pero si buena
cobertura.
-EB puede ser configurada.
6.4 Ensayos de capacidad:
capacidad de voz AMR en uplink
12,2 Kbps Bler 0.8%
Prx = -102dBm
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6.4 Ensayos de capacidad:
capacidad de voz AMR en downlink
Potencia total transmitida de la EB y número de
terminales comunes
6.4 Ensayos de capacidad: capacidad
de video por cx de circuitos en uplink
64Kbps, 100% factor de actividad
Bler: 0.5%
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6.4 Ensayos de capacidad: capacidad de
video por cx de circuitos en downlink
6.4 Ensayos de capacidad: capacidad de
paquetes de datos en downlink
384 Kbps, Bler 1%, FTP download.
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6.5 Requerimientos de desempeño
3GPP
Relacionados con Eb/No y Figura de ruido
Eb/No: Describe el desempeño del Receptor en
Banda Base.
Figura de Ruido: pérdidas de potencia de la
señal en las partes de RF.
6.5 Requerimientos de desempeño
3GPP – Desempeño Eb/No
Eb/No del Uplink
• Tome el requisito de Eb/No para canales estáticos y con multitrayecto.
• Se incluye un canal de señalización de capas superiores con 100 bits por
40ms (se puede eliminar el overhead cuando no se use la señalización) el
overhead es:
• Se asume que el promedio de la EB se comporta 1.5dB mejor que el
requisito del 3GPP.
• Se asume que el control de potencia de malla externa causa perdidas de
0.3dB aproximadamente la mitad del tamaño del paso del control de
potencia típico de 0.5dB.
• Se asume que el control de potencia rápido degrada la señal 0.3dB
comparado al caso de control de potencia no ideal a 120Km.
• Se asume que el Eb/No requerido es 1dB menor a 3Km/h que a 120Km/h.
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6.5 Requerimientos de desempeño
3GPP – Desempeño Eb/No
6.5 Requerimientos de desempeño
3GPP – Desempeño Eb/No
En Downlink
• Tome el requisito de Ec/Ior e Ioc/Ior.
• Calcule Eb/No
Se asume ortogonalidad de 1.0 para un canal estático y de 0.5 para
un canal multitratrayecto.
• Se remueve el efecto del canal de señalización.
• Para voz se asume un formato de slot de 11, el overhead de capa
física puede se decrementado a 0.8 usando un formato de slot de
0.8
• Se asume que el promedio de la EB se comporta 1.5dB mejor que el
requisito del 3GPP.
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6.5 Requerimientos de desempeño
3GPP – Desempeño Eb/No
• Se asume que el control de potencia de malla externa causa perdidas
de 0.3dB aproximadamente la mitad del tamaño del paso del control
de potencia típico de 0.5dB.
• Se asume que el control de potencia rápido brinda el mismo
desempeño que el caso de no control de potencia ideal a 120Km.
• Se asume que el Eb/No requerido es 0.3 dB mayor a 3Km/h que a
120Km/h por el power rise.
6.5 Requerimientos de desempeño
3GPP – Eb/ No
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6.5 Requerimientos de desempeño
3GPP – Eb/ No
Para un ambiente móvil, Eb/No típicos:
Uplink voz: 4 – 5 dB
Datos: 1.5 – 2 dB
Downlink voz: 7 dB
Datos: 5 dB
6.5 Requerimientos de desempeño
3GPP – Eb/ No
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6.5 Requerimientos de desempeño 3GPP –
Figura de Ruido
Describe el desempeño del Receptor en RF
NF de EB: 4dB
NF de estación móvil: 7dB.
6.6 Mejoras de desempeño:
Antenas Inteligentes
Una antena inteligente es aquella
que en vez de disponer de un
patrón de radiación fijo, es capaz
de generar o seleccionar haces
muy directivos enfocados hacia el
usuario deseado y adaptarse a las
condiciones del canal.
Inicialmente se implementarán
en B.
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6.6 Mejoras de desempeño: Antenas
Inteligentes
Una antena inteligente es la combinación de un arreglo de antenas
(arrays) con una unidad de Procesamiento Digital de Señales (DSP) que
optimiza los diagramas de transmisión y recepción dinámicamente en
respuesta a una señal de interés en el entorno.
El principio básico de funcionamiento de las antenas inteligentes es que
cada antena recibe una señal separada y definida. Dependiendo de
cómo está configurado el sistema inalámbrico, el receptor puede usar
una señal para mejorar la calidad de otra señal, o podría combinar los
datos de señales múltiples para ampliar el ancho de banda.
6.6 Mejoras de desempeño: Antenas
Inteligentes
Modos de funcionamiento:
1) Modo omnidireccional  funciona exactamente igual que las
antenas convencionales es decir, emite señal con la misma
intensidad hacia todas direcciones.
2) Modo direccional  emite señal en una sola dirección y con un
cierto ángulo de apertura. La consecuencia de transmitir en este
modo se traduce en un mayor alcance hacia la dirección donde
emite la antena debido a que ésta concentra todo su espectro de
potencia en un rango de obertura mucho menor.
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6.6 Mejoras de desempeño: Antenas
Inteligentes
Tipos de antenas inteligentes:
1) Haz Conmutado. (Switched Beam)
2) Haz de Seguimiento. (Scaning)
3) Haz Adaptativo.
6.6 Mejoras de desempeño: Antenas
Inteligentes
Haz Conmutado
Es la configuración más simple de Antenas Inteligentes.
- El sistema genera varios haces a ángulos prefijados que se van conmutando
secuencialmente dando como resultando un barrido discreto de la zona de
cobertura en posiciones angulares fijas.
- En cada posición discreta del haz se activa el sistema de recepción para
detectar la posible existencia de señales.
- En caso de recibir señal, el sistema guarda información correspondiente a la
posición del haz (ángulo + identificación de usuario) y se establece la
comunicación con el usuario en un intervalo de tiempo.
- Después de este intervalo se conmuta al siguiente haz para detectar la
existencia de otros posibles usuarios hasta llegar al límite angular de la zona de
cobertura. Este proceso se repite permanentemente en el tiempo.
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6.6 Mejoras de desempeño: Antenas
Inteligentes
6.6 Mejoras de desempeño: Antenas
Inteligentes
Haz de seguimiento
- Conformado por un arreglo de antenas que permite modificar la
dirección del haz convenientemente y establecer comunicación con
el usuario respectivo.
- A diferencia del sistema de haz conmutado, el sistema haz de
seguimiento ejecuta algoritmos DoA (Direction of Arrival) para
identificar la dirección de arribo de las señales de los usuarios.
- Los cambios de fase en el sistema conmutado se realizan a ángulos
fijos, es decir corresponden a ángulos prefijado en el sistema y en el
sistema de Haz de seguimiento el posicionamiento del haz tiene
mayor resolución angular.
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6.6 Mejoras de desempeño: Antenas
Inteligentes
6.6 Mejoras de desempeño: Antenas
Inteligentes
Haz Adaptativo
Constituye el máximo nivel de inteligencia que se podría dar a un
sistema de antenas.
- Las salidas de cada elemento del arreglo de antenas se ponderan con
un factor de peso  valor se asigna dinámicamente para conformar un
diagrama de radiación que presente el haz principal hacia la posición
del usuario deseado y los haces o lóbulos secundarios hacia las
direcciones de las componentes de multitrayecto de la señal deseada y
mínimos o nulos de radiación en las direcciones de las fuentes de
interferencia.
- Esta técnica requiere el uso de algoritmos (DoA) tanto para la
detección de las señales de arribo e interferentes como para la
optimización de los pesos que conforman el haz.
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6.6 Mejoras de desempeño: Antenas
Inteligentes
6.6 Mejoras de desempeño: Antenas
Inteligentes
Haz Adaptativo
Principio: multiplicar las señales en las diferentes ramas con factores
de peso complejos antes de ser transmitidos o antes de ser sumadas en
recepción.
Cada usuario posee un vector de pesos complejos.
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26/11/2010
6.6 Mejoras de desempeño: Antenas
Inteligentes
6.6 Mejoras de desempeño: Antenas
Inteligentes - Desafíos
Mayor complejidad de los transceptores
Los sistemas de antenas inteligentes son más complejos y difíciles de diseñar
 uso de potentes procesadores para ejecutar los algoritmos de optimización.
Mayor complejidad de los procedimientos de gestión
Un haz de radiación enfocado hacia cada usuario  las funciones de red
deben revisarse, en particular, las que afectan a la gestión de recursos radio
(RRC) y a la gestión de movilidad (MM).
Cambios en los métodos de planificación
La introducción de un sistema de antenas inteligentes  características en la
planificación de la red celular. En particular, el aumento de alcance, la
eliminación de fuentes de interferencia, el seguimiento angular de los
usuarios, entre otros puntos claves
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6.6 Mejoras de desempeño: Detección
Multiusuario MUD
Mejora en el desempeño Uplink
Los sistemas CDMA son limitados por la interferencia desde el punto
de vista de:
• Desempeño del receptor: si el No de usuarios es grande 
incremento en S/N no brinda mejoras en BER.
• Capacidad del sistema: entre mayor sea la S/ (I +N) requerida para
la calidad del servicio, menos usuarios pueden acomodarse en el
canal de comunicación.
Naturaleza limitada por la interferencia de CDMA  Diseño de
receptor  Núcleo del receptor: Spreading code matched filter o
correlacionador.
Dado que los códigos no son completamente ortogonales 
Interferencia de acceso múltiple es generada en el Rx.
6.6 Mejoramientos de desempeño:
Detección Multiusuario MUD
CDMA permite mitigar tanto la IES como la IAM mediante un diseño
adecuado del receptor, manteniendo la sencillez del transmisor y sin
desaprovechar la capacidad del canal.
Los actuales sistemas celulares basados en CDMA emplean el receptor
convencional basado en un filtro adaptado a la forma de onda del código del
usuario deseado, aunque este receptor sólo es óptimo cuando las signaturas
recibidas son perfectamente ortogonales entre sí.
En la práctica esto no sucede y el rendimiento, especialmente cuando se
producen efectos near-far, es bastante pobre. Verdú demostró que esta
situación puede solucionarse mediante un esquema de demodulación
adecuado que extraiga conjuntamente las secuencias de información de todos
los usuarios.
Bajo la denominación general de detección multiusuario se encuentra un
amplio conjunto de receptores, de diferente complejidad y prestaciones
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6.6 Mejoramientos de desempeño:
Detección Multiusuario MUD
El detector monousuario tradicional emplea un banco de
filtros adaptados a los códigos de cada usuario. El esquema
es sencillo pero su capacidad está limitada tanto por la
presencia de Interferencia de Acceso Múltiple debida a la
interferencia cocanal, como por el efecto near-far.
El detector multiusuario óptimo calcula la función de
verosimilitud logarítmica extendida a todas las posibles
secuencias de información y su complejidad aumenta
exponencialmente con el número de usuarios presentes en
el sistema.
6.6 Mejoramientos de desempeño:
Detección Multiusuario MUD
En MUD se demodulan varios usuarios concurrentemente.
El sistema pretende efectuar la reducción de interferencias
utilizando la información detectada de los usuarios no
deseados y así retirar de la señal recibida la interferencia
producida por estos usuarios.
En general el proceso que realiza el detector de grupo es el
de determinar cuál es la cadena de símbolos de usuarios
recibida que produce el mayor valor en la función de
máxima verosimilitud y de esta forma escoger la cadena de
símbolos más probable que se transmitió.
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Preguntas??
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