SAPPI - Instituto Politécnico Nacional

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA-ZACATENCO
SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN
MAESTRÍA EN CIENCIAS EN INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES
Rendimiento de aplicaciones de banda ancha
sobre sistemas móviles de tercera generación
(WCDMA-HSDPA)
Director: M. en C. Sergio Vidal Beltrán
20070303
Resumen.La evolución de mercado de comunicaciones móviles esta causando un incremento en la demanda
de tráfico de datos. Esto puedo provocar en una degradación de las condiciones del servicio que
puede contribuir a un pobre rendimiento en la transmisión de datos. Este proyecto pretende ofrecer
un análisis teorico experimental del comportamiento del servico móvil en redes de tercera
generación, cuando éstos son sometidos a altas tasas de transmisión de datos; asimismo ofrecera
modificaciones en los protocolos existentes para mejorar el desempeño.
Comparado con los sistemas de segunda generación, uno de los aspectos más importantes es la
mejora en el acceso de paquetes de datos. La versión 99 de WCDMA provee tasas de transmisión
de 384Kbps para coberturas amplias y hasta 2Mbps en áreas reducidas; tales velocidades son
suficientes para las aplicaciones actuales. Sin embargo a medida que mas aplicaciones sean
introducidas se requerirá de una mayor capacidad. La versión 5 de WCDMA establece un nuevo
canal de transporte de bajada el cual permite aplicaciones de streaming. Asimismo reduce el
retardo (delay) y provee tasas de transmisión pico de hasta 14Mbps. A esta mejora se le conoce
comúnmente como HSDPA, la cual es el primer paso en la evolución de WCDMA para lograr un
mejor rendimiento.
Introducción.En 1988 la Unión internacional de telecomunicaciones (ITU) inició actividades para crear un
sistema celular de tercera generación. Esta idea fue apoyada por varios países, pero se requería
establecer un estándar de tercera generación para proveer acceso inalámbrico a la infraestructura
global de telecomunicaciones a través de sistemas vía satélite y vía terrestre, IMT-2000
La ETSI propone Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) para la tercera generación
de telefonía celular, que es la propuesta europea para promover la utilización de UTRA (UMTS
Terrestrial Radio Access) en el IMT-2000.
Para desarrollar la tecnología UMTS existe un foro que está formado por organismos de diferentes
países, el cual se encarga de elaborar las especificaciones técnicas, este foro es el Third
Generation Partnership Project (3GPP).
Unidad Profesional Adolfo López Mateos.
Av. Instituto Politécnico Nacional s/n. Edificio Z-4, 3er. Piso. Colonia Lindavista, CP 07738. México DF
Tel: +52 55 57296000 Ext. 54755, 54756, 54757
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UMTS es el sucesor de GSM, y usa como técnica de acceso Frequency Division/Wide Code
Division Multiple Access (FDD/WCDMA)
o Time Division/Code Division Multiple Access
(TDD/CDMA)
OBJETIVOS DE UMTS
•
•
•
•
•
•
•
•
Convergencia de redes fijas y móviles: igual calidad de servicio.
Servicios multimedia simétricos y asimétricos.
Roaming global.
Asignación dinámica de ancho de banda hasta un máximo inicial de 2Mbps.
Acceso personalizado. Concepto de Virtual Home Enviroment (VHE) para definir un perfil de
servicio constante y homogéneo independiente de la red que sirve al abonado.
Tecnología de paquetes y protocolos IP.
Soporte para una amplia gama de terminales.
Capacidad para una alta densidad de usuarios.
WIDE-BAND CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS ( W-CDMA)
WCDMA es una técnica de acceso múltiple basada en CDMA (Code Division Multiple Access).
Consiste en la asignación a cada usuario de un código digital diferente. Estos códigos son
compartidos por el emisor y receptor. La diferencia entre WCDMA y CDMA es que en WDCMA
utiliza códigos con una velocidad mucho mayor que la señal a transmitir.
Existen dos modos de funcionamiento para WCDMA en UMTS, uno es el FDD (Frequency Division
Duplex) y el TDD (Time Division Duplex).
Las características de cada uno de ellos son:
Modo FDD–– Cada transmisión se identifica por la portadora y por el código pseudoaleatorio
WCDMA. Se utiliza una portadora diferente para cada enlace, el ascendente y el descendente,
dentro de una banda “apareada”.
Modo TDD–– Cada transmisión se identifica por la frecuencia de la portadora, el código WCDMA
y uno de los 15 intervalos de tiempo de la trama TDMA (Time Division Multiple Access). Se utiliza
una misma portadora para ambos enlaces, tanto ascendente como descendente, dentro de la
banda “desapareada”. Los intervalos de tiempo pueden ser repartidos de forma dinámica entre el
enlace descendente y el ascendente. Este modo es idóneo para aplicaciones de tráfico asimétrico
como puede ser el acceso a Internet.
Códigos usados en W-CDMA
Scrambling –– Son los códigos de aleatorización a veces llamados código gold, o código largo,
éstos códigos son asignados a cada usuario para que pueda transmitir su información.
Spreading–– Son los códigos de ensanchado del espectro, aquí encontramos los códigos pseudo
noise (PN).
Canalización–– Son códigos ortogonales que en ambiente ideal no interfieren unos con otros, éstos
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son usados para dar diferente uso a los canales de transmisión, se encuentran los códigos
convolucionales, turbo códigos, codificación de bloque, No FEC at all, que son esquemas de
corrección de errores.
Tabla 1: Tipos de canales usados en W-CDMA
CÓDIGO
Aleatorización
Canalización
Ensanchado
UPLINK
Separación de
usuarios
Canales de control
de datos de la
misma Terminal.
DOWNLINK
Separación de
celdas
Usuarios en una
celda
(Código de
canalización*Código)
(Código de
canalización
*Código
aleatorización)
BANDAS DE FRECUENCIAS USADAS EN W-CDMA
Tabla 2: Bandas de frecuencias asignadas para W-CDMA
Banda
Frecuencias UL
FrecuenciasDL
Número
UE TX, Nodo B
RX
UE RX, Nodo
B TX
I
1920 – 1980
MHz
1850 -1910
MHz
2110 -2170
MHz
1930 -1990
MHz
190 MHz
1710-1785
MHz
1710-1755
MHz
1805-1880
MHz
2110-2155
MHz
95 MHz
V
824 - 849 MHz
869-894 MHz
45 MHz
VI
830-840 MHz
875-885 MHz
45 MHz
VII
2500-2570
MHz
880 – 915 MHz
2620-2690
MHz
925 – 960 MHz
120 MHz
1749.9-1784.9
MHz
1844.9-1879.9
MHz
95 MHz
II
III
IV
VIII
IX
TX-RX
Frecuencia
separación
80 MHz
400 MHz
45 MHz
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Resultados.Derivado de este proyecto se lograron resultados muy importantes los cuales se concretaron en 2
artículos en revistas internacionales, 3 artículos de divulgación en una revista nacional, 7
ponencias en Congresos nacionales y una tesis de Licenciatura. Se logró la formación de tres
estudiantes PIFI. Uno de ellos se incorporará al Posgrado en Telecomunicaciones y otro de ellos
presentará su examen de Maestría en este semestre. Se sentaron las bases para que un alumno
PIFI obtenga su grado de Maestría en el presente año cumpliendo así con lo requerido por
CONACYT respecto al tiempo para obtención de grado. Dos artículos más se enviaron para su
publicación en revistas y están en proceso de refereo.
Para el análisis teórico del rendimiento de las tecnologías HSDPA/UMTS se hizo uso del Software
Modeler de la compañía OPNET. Y para la experimentación práctica se utilizó un Analizador de
Espectro el cual pertenece a este Posgrado. Esta combinación Teórico-Práctica nos permirió hacer
comparaciones de los modelos y pruebas de rendimiento para cada tecnología.
Impacto.
Este proyecto es de suma importancia ya que hace una investigación profunda tanto practica como
analítica de una tecnología que aun esta en desarrollo y que en los años venideros tendrá gran
impacto en el ámbito de las Telecomunicaciones. Los servicios de comunicaciones celulares se
ven beneficiados con estudios como éste. Este Proyecto establece una base teórica-practica solida
para seguir investigando en esta tecnología, asimismo crea la necesidad de analizar otras
tecnologías emergentes, como lo es WiMax.
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