Lucrarea de Curs

Coala

.UTM FRT TLC 102 927

Mod Coala N. docum Semn. Data

INTRODUCERE

UMTS-ul, care se mai cheama si 3G sau WCDMA (pentru ca este bazat pe tehnologie CDMA, ca Zapp-ul), emite în 2100 Mhz. In aceasta frecventa, acoperirea este foarte mica (ca sa vedeti un exemplu, în 1800 Mhz poti ajunge pâna pe la 30 Km, însa în UMTS mai mult de 10 Km nu depasesti în teren deschis). Din aceasta cauza, nu este prea important faptul ca în WCDMA nu mai exista limita TA-ului (care impune în GSM o distanta maxima de 35 km între mobil si BTS, dupa aia semnalul fiind inexploatabil), pentru ca oricum semnalul nu bate asa de departe. UMTS, care reprezintă sistemul de telecomunicaţii mobile al viitorului apropiat pentru Europa, a fost dezvoltat la nivelul ţărilor din Comunitatea Europeană, în strânsă legătură tehnică cu sistemele dezvoltate de industriaşii japonezi. Împreună cu celelalte sisteme din 3G, poate asigura legături de comunicaţii la nivel mondial şi o gamă largă de servicii, operaţional cu începere din 2002 şi cu o mare dezvoltare în perioada anilor 2005 . 2010. Condiţia necesară şi suficientă este ca grupurile de lucru GPP şi GPP2 să stabilească o bază comună pentru interfeţele necesare şi pentru softurile ce trebuie să realizeze roamingul, în special între sistemele UMTS şi ARIB cu cele din grupul cdma2000. UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) este un sistem de telefonie mobilă 3G (Third Generation) şi face parte din familia IMT-2000 (International Mobile Telecommunication 2000) a standardelor de comunicaţii UMTS a fost iniţial dezvoltat de ETSI, iar apoi a fost preluat de 3GPP (Third Generation Partnership Project). Sistemul UMTS reprezintă o evoluţie în servicii şi în viteza de transfer de la a doua generaţie la a treia generaţie (3G) şi consituie o cale reală pentru dezvoltarea produselor şi serviciilor multimedia. Sistemul UMTS a fost prevăzut ca successor al sistemului GSM şi se adresează unei creşteri a cererii aplicaţiilor mobile şi Internet. Generaţia 3 (3G) oferă viteze de transmisie sporită, de până la 2 Mbit/s (în unele variante până la 8 Mbit/s) şi prezintă posibilităţi multiple pentru servicii multimedia de calitate şi pentru operare în medii diferite. Sunt sisteme cu prelucrarea digitală a semnalului, ce funcţionează în banda de 2 GHz. Exemple de asemenea sisteme sunt WCDMA şi TD/CDMA, ambele în varianta europeană pentru interfaţa UTRA, WCDMA în varianta japoneză, CDMA2000 (S.U.A) etc. La nivel mondial, 3G este desemnat şi ca IMT-2000. iar varianta dezvoltată în Europa este denumită UMTS. Introducerea în exploatarea a primelor sisteme 3G a fost realizata în 2001-2002, fiind deci la începutul evoluţiei. La baza dezvoltării 3G se află sistemele 2G. Astfel, GSM în variantele 2 şi 2+ vor fi treptat integrate în 3G, dezvoltarea UTRA

3

Coala



fiind realizată tocmai pornind de la interfaţa GSM. Între diferitele sisteme 3G se încearcă, în prezent, realizarea unei compatibilităţi cât mai bune.

Fig.1 Evoluţia sistemelor de comunicaţii mobile

În prezent, pe lângă preocupările pentru introducerea sistemelor 3G în funcţiune, au început lucrări experimentale pentru o nouă generaţie de sisteme de comunicaţii mobile digitale, 4G, pentru care se prevede realizarea unor viteze de transmisie de utilizator de până la 100 Mbit/s. Caracteristica principală a 4G va fi reprezentată de controlul exercitat de utilizator asupra serviciilor, pe care le va gestiona în funcţie de pachetul de servicii la care s-a abonat. Deci utilizatorul va avea libertatea de a selecta serviciul dorit, cu un indice de calitate dorit, la un preţ acceptabil, oriunde şi oricând.

4

Coala



1. Sisteme de radiocomunicaţii mobile 3G

Dezvoltarea sistemelor 3G este susţinută de trei principale motivaţii: o Realizarea de transmisii multimedia pe suport radio;

o Obţinerea unor capacităţi sporite pentru utilizator, în raport cu cele oferite

2G; o Realizarea unui standard sau a unor grupuri de standarde cu aplicaţie la

nivel global. Vitezele în 2G (de aproximativ 9,6 kbit/s) sunt prea mici pentru a permite realizarea de transmisii cu un conţinut îmbogăţit, cum ar fi imagini însoţite de text etc. 2+ rezolvă în bună măsură această problemă, dar lasă încă loc pentru soluţii mai performante. Vitezele de transmisie trebuie să fie mai elastice, în raport cu conţinutul serviciului realizat, cu valori de la câţiva kbit/s până la câţiva Mbit/s. Noile sisteme 3G, trebuie să facă faţă unei creşteri rapide a necesarului de comunicaţii mobile precum şi cu mobilitatea din ce în ce mai mare a utilizatorilor, ceea ce justifică trecerea de la standardele naţionale şi regionale la cele globale. În următorii câţiva ani, reţelele mobile din generaţia a treia, 3G, vor oferi servicii mobile multimedia complete. Conectarea la Internet oriunde şi în orice moment, este una dintre ofertele importante ale 3G. Dar reţelele din generaţia 3G vor oferi mult mai mult decât mobilitate pentru Internet. Dezvoltarea majoră a acestora se bazează pe posibilităţile unice ale echipamentelor mobile de a oferi mesaje de grup, servicii definite pe zone, informaţii personalizate, amuzament etc. Astfel, 3G oferă capacităţi certe pentru aplicaţii şi servicii avansate, bazate pe interactivitate, mobilitate, bandă largă şi poziţionare. Obiectivele fundamentale ale sistemelor din categoria 3G sunt:

asigurarea mobilităţii universale a terminalelor; oferirea unor pachete ample de servicii, din care utilizatorul poate selecta

serviciile dorite, în forma în care acestea îi sunt familiare, astfel încât: să fie posibilă alegerea şi flexibilitatea serviciilor; alocarea serviciilor să fie realizată la cerere; accesul la servicii să fie simplu şi .prietenos.; serviciile oferite să fie interactive şi inovative.

Tipurile de servicii oferite de sistemele 3G se diversifică faţă de oferta realizată de 2G sau de sistemele de generaţia 1, sistemele 3G fiind capabile să ofere:

multimedia înalt interactiv (videoconferinţe, lucru în colectiv şi teleprezenţă);

multimedia de viteză mare (acces rapid LAN şi Internet/Intranet, videoclipuri la cerere, cumpărături în direct etc.);

5

Coala



multimedia de viteză medie (acces LAN şi Internet/Intranet, jocuri interactive, mesaje radiodifuzate şi informaţii publice complexe, jocuri interactive etc.);

date comutate (acces LAN de viteză redusă, acces Internet/Intranet, fax etc.) mesagerie simplă (serviciu de mesaje scurte, e . mail, radiodifuzare şi

mesagerie de informaţii publice, comenzi / plăţi pentru comerţul electronic simplu etc.);

transmisii vocale (comunicare bilaterală, conferinţe, poştă vocală etc). Pentru a permite o cât mai bună convergenţă a sistemelor 3G, ITU-R a creat cadrul numit IMT-2000, în care au fost exprimate o serie de cerinţe considerate ca minimale pentru noile sisteme (Recomandările ITU-R M 816-1, M 1035 şi M 1225). Principalele obiective impuse de IMT . 2000 la interfaţa radio sunt (fig 2):

acoperire şi mobilitate completă pentru viteza de transmisie de 144 kbit/s, dar de preferat pentru 384 kbit/s şi BER = 10-6;

acoperire şi mobilitate limitată pentru viteza de transmisie de 2 Mbit/s şi BER = 10-6;

eficienţă ridicată de folosire a spectrului în comparaţie cu sistemele existente;

flexibilitate înaltă în introducerea noilor servicii.fig. 2 Evoluţia sistemelor 2G şi trecerea la 3G, la nivel mondial. Vitezele de transmisieposibile sunt indicate cu aproximaţie

Pentru IMT-2000 au fost elaborate şi testate mai multe soluţii care, după o perioadă de dezvoltare în laboratoare şi de analize la nivelul grupurilor de lucru, pe baza cerinţelor ITU-R, spre analiză la ITU-R (fig. 3)

6

Coala



fig.3 Evoluţia propunerilor pentru sisteme IMT-2000 (3G)

Arhitectura unei reţele 3G este relativ simplă (fig. 4), dat fiind că este necesară integrarea facilă a acesteia cu alte reţele de comunicaţii. Din punctul de vedere al relaţiei dintre utilizator şi 3G (de ex.UMTS) se poate defini o reţea de bază şi o reţea de acces. Reţeaua de bază este o reţea fixă de comunicaţii, care poate fi, de exemplu, partea fixă a unei reţele GSM, o reţea B-ISDN sau N-ISDN, o reţea de transmisii de date, PDN, o conexiune prin sisteme de sateliţi etc. Reţeaua de acces este compusă dintr- un controlor de reţea radio, care are rolul de a gestiona resursele radio atribuite reţelei de acces şi de a organiza şi de a fig. 4 Arhitectura unei reţele 3G

supraveghea aceasta şi din noduri radio, care reprezintă echipamente de emisie recepţie structurate în conformitate cu tehnica de modulaţie şi de multiplexare adoptate. Arhitectura reţelelor 3G este structurată în straturi, ceea ce permite o livrare eficientă a informaţiilor vocale şi a serviciilor de date.

Tabelul 1 Evolutia tehnica de la 1G la 3GGeneraţia 1 Generaţia 2 Generaţia 2+ Generaţia 3

Transport analog Transport digital Transport digital Transport digital

În principal voce În principal voce În principal voce Voce şi video

Date în banda vocală

Date transmise digital

Mai multe date transmise digital

În principal date transmise digital

Transmisie pe circuite comutate

Transmisie pe circuite comutate

Realizează şi transmisii pachet

În principal pachete comutate

Tehnologii precum:NMT, AMPS, TACS

Tehnologii precum:TDMA, GSM, CDMA

Tehnologia GPRS Tehnologii UMTS, CDMA2000, EDGE,HPSA (G3+)

Viteza transmisie:14,4 Kbps

9,6 kbps/ 14,4 kbps 172 kbps 2MbpsPrin HPSA:14,4 Mbps

7

Coala



Roaming în sistem local sau regional

Roaming regional şi global



2.Arhitectura sistemuluiElementele de reţea ale sistemului UMTS sunt împărţite în două grupe. Prima grupă corespunde reţelei de acces radio, RAN (Radio Access Network), care suportă toate funcţionalităţile radio. În cazul sistemelor UMTS, cu acces radio detip WCDMA (Wide CDMA), se utilizează denumirea de UTRAN (UMTS Terrestrial RAN) sau UTRA. Cea de-a doua grupă corespunde reţelei centrale, CN (Core Network), care este responsabilă de comutaţia şi de rutarea comunicaţiilor spre reţelele externe. Pentru a completa sistemul, se defineşte, de asemenea, terminalul utilizator UE (User Equipement). UTRAN este format din unul sau mai multe RNS-uri (Radio Network Subsystems), care la rândul lor sunt formate din staţii de bază (Node Bs) şi RNCuri (Radio Network Controllers). Node B este o staţie de bază, ce comunică cu UE prin interfaţa WCDMA. RNC controlează resursele radio. Reţeaua de acces radio UTRAN îndeplineşte mai multe categorii de funcţii:- funcţii privind controlul accesului în sistem;- funcţii de criptare şi de decriptare a informaţiilor pe canalul radio;- funcţii lagate de controlul şi managementul resurselor radio;- funcţii legate de serviciile difuzate. Reţeaua Centrală (CN) este partea sistemului UMTS, ce conectează UTRANla reţelele externe, cum ar fi PTSN (Public Switched Telephone Network) şiInternet. Echipamentul de utilizator (UE) este format din USIM (UMTS SubscriberIdentification Module) şi echipamentul mobil, ME (Mobile Equipment). Interfaţa radio Uu reprezintă punctul de legătură dintre terminalul mobil (UE) şi reţeaua UMTS. Arhitectura protocoalelor pe interfaţa radio, structurată petrei nivele, este prezentată în figura 5.

8

Coala



fig. 5. Arhitectura protocoalelor pe interfaţa radio

2.1 Nivelul fizic Nivelul 1 (sau L1) se bazeză pe tehnologia WCDMA. El interfaţează subnivelul de control al accesului la mediu MAC (Medium Access Control) din nivelul 2 şi nivelul de control al resurselor radio RRC (Radio Resource Control) din nivelul 3. De asemenea, oferă pentru MAC diferite canale de transport, iar MAC oferă diferite canale logice pentru RRC. Nivelul fizic este controlat de RRC.

2.2 Nivelul legătura de date Nivelul 2 (sau L2) asigură servicii şi funcţionalităţi ca MAC, RLC, protocolul de convergenţă a datelor în pachete PDCP (Packet Data Convergence Protocol) şi

9

Coala



controlul modurilor broadcast/multicast BMC (broadcast/multicast control). De observat că PDCP şi BMC există numai în planul informaţiilor de utilizator (U-plane information).

2.3 Nivelul reţea În planul de control, nivelul 3 este partiţionat în mai multe subnivele, din care subnivelul cel mai de jos este RRC. Aceasta asigură interfaţa cu nivelul 2 şi se termină în UTRAN. Nivelul 3 (reţea sau L3) asigură funcţii pentru:

managementul resurselor radio RRM (Radio Resource Management), controlul resurselor radio RRC, managementul mobilităţii MM (Mobility Management), managementul conexiunilor CM (Connection Management) controlul legăturii logice LLC (Logical Link Control).

3. Caracteristicile sistemului UMTS Interfaţa radio UMTS este cunoscută sub numele de UTRA şi realizează legătura între echipamentul mobil şi staţia de bază.

În comparaţie cu GSM, această interfaţă, utilizează o nouă metodă de transmisie, şi anume, CDMA (Code Division Multiple Access). Accesul multiplu pe interfaţa radio se poate face în două moduri:

DS-CDMA de bandă largă cu duplex frecvenţial, WCDMA (FDD); DS-CDMA de bandă largă cu duplex temporal, WCDMA (TDD).

Sistemul european UMTS, în varianta pentru reţele terestre, utilizează pentruinterfaţa radio WCDMA, în modul FDD (duplex frecvenţial cu FD = 190 MHz),următoarele subbenzi de frecvenţă:

1920-1980 MHz (lărgimea benzii de 60 MHz) pentru legătura ascendentă; 2110-2170 MHz (lărgimea benzii de 60 MHz) pentru legătura descendentă.

Pentru interfaţa radio WCDMA în modul TDD (duplex temporal) s-au alocaturmătoarele domenii de frecvenţă:

1900-1920 MHz (lărgimea benzii de 20 MHz) 2170-2200 MHz (lărgimea benzii de 15 MHz).

În tabelul 1. sunt prezentate principalele caracteristici tehnice, care definesc interfaţa radio Uu, pentru cele două moduri de lucru.

Tabelul 2 Parametrii pentru FDD si TDD

10

Coala



Sistemul WCDMA presupune utilizarea unei transmisii de bandă largă. Împrăştierea spectrală realizată cu o rata de 3,84Mcps conduce la ocuparea unei benzi de 5 MHz pe purtătoare modulată. Pentru prevenirea interferenţei dintre canalele adiacente, distanţa dintre două purtătoare consecutive poate fi de f = 4,2÷ 5 MHz (cu un rastru de 200 kHz) în funcţie de nivelul de protecţie dorit. Între canalele aparţinând unor operatori diferiţi, distanţa dintre două purtătoare consecutive se lasă mai mare, .f = 5 ÷ 5,4 MHz, pentru a preveni interferenţa

11

Coala



interoperator.

fig. 6. Structura temporală pe interfaţa radio

Transmisia datelor presupune organizarea unor canale de transport, care să includă datele de utilizator şi informaţiile de control codate, întreţesute şi multiplexate. Canalele de transport sunt expandate spectral cu coduri de canalizare (sau spreading) şi marcate cu coduri de scrambling pentru a permite identificarea UE sau BS.

3.1 Expandarea spectrală Modalitatea de expandare spectrală (spreading) utilizată pe interfaţa radio UTRAN (nivelul fizic), în modul WCDMA (FDD), este prezentată în figura 7.

fig. 7 Modul de obţinere a împrăştierii spectrale în banda de bază

12

Coala



Expandarea spectrală se realizează în două faze: În primă fază, codul de canalizare (channelization code) transformă fiecare

simbol (bit) de date într-un număr de chip-uri, crescând astfel banda semnalului.Semnalul de bandă îngustă este transpus într-unul de bandă largă, rezultând o rată de chip egală cu 3,84 Mcps. Deoarece sistemul permite transmisii de date cu diferite debite, factorul de împrăştiere spectrală, SF (Spread Factor), este direct legat de codul de canalizare. El trebuie ales în mod adecvat pentru ca în final să rezulte aceeaşi rată de chip indiferent de rata de bit de la intrare. În timpul transmisiei, rata de bit şi implicit factorul de împrăştiere aferent se pot modifica de la un cadru temporal la altul, în fincţie de necesităţi.

În a doua fază, are loc o combinare de tip chip cu chip între semnalul rezultat din prima fază şi o secvenţă de cod de scrambling. Această operaţie de codare suplimenteră nu afectează nici banda semnalului, nici rata de chip. Codul de scrambling este specific unei anumite celule pe legătura descendentă DL (Down Link), şi respectiv unui anumit terminal pe legătura ascendentă UL (Up Link). Utilizarea diferenţiată a codurilor la staţia de bază şi la terminalul mobil este prezentată în figura 8.

fig. 8 Utilizarea codurilor de canalizare şi bruiaj

3.2 Codurile de canalizare Codurile de canalizare (channelization codes) sunt coduri ortogonale cu factor de împrăştiere variabil, OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor), care prin ortogonalitate permit o separare între diferite canale fizice. Pe legătura ascendentă (UL), ele permit separarea între diferite canale fizice provenite de la acelaşi terminal. Pe legătura descendentă (DL), ele fac posibilă separarea canalelor fizice destinate utilizatorilor din interiorul aceleiaşi celule. Pe interfaţa radio UTRA se folosesc aceleaşi tipuri de coduri de canalizare

13

Coala



sau împrăştiere spectrală (spreading codes) atât pe legătura ascendentă UL, cât şipe cea descendentă DL. Codurile OVSF au lungimea de 4÷256 chips pe UL şi de4÷512 chips pe DL. Transmisia datelor pe legătura ascendentă (UL) se face cu ajutorul a două purtătoare în cuadratură. Pe calea I se transmite un canal de date DPDCH, iar pecalea Q un canal de control DPCCH, pe ambele căi fiind folosită modulaţia BPSK.

fig. 9. Utilizarea codurilor de canalizare pe UL

Se folosesc coduri de canalizare Cd, i diferite pentru fiecare canal de date în parte, respectiv codul Cc pentru canalul de control. Fiecare cod are factorul deîmprăştiere SF corelat cu rata de transmisie de pe canalul respectiv.

14

Coala



Semnalele rezultate sunt ponderate cu factori de câştig ßd (reprezentaţi pe trei biţi), care sunt identici pentru canalele DPDCH, dar diferă de cel folosit pentru canalul DPCCH. După transformarea semnalului real în semnal complex, are loc multiplicarea cu o secvenţă de cod Sdpch, n de valoare complexă pentru operaţia de bruiaj. Pe UL se pot transmite de la unul până la şase canale de date DPDCH, împreună cu un canal de control DPCCH. Dacă sunt mai multe, canalele de date DPDCH se distribuie alternativ pe căile I şi Q. Pe DL, unde se foloseşte modulaţia QPSK, procedura de expandare spectrală presupune iniţial o conversie serie-paralel a datelor de intrare. Aceste date suntdestinate unui utilizator şi conţin un canal DPDCH şi un canal DPCCH multiplexate. Fiecare pereche de simboluri consecutive este distribuită pe căile I(simbolurile pare) şi respectiv Q (simbolurile impare) prin conversie serie-paralel. Se poate observa că, spre deosebire de cazul anterior, în DL debitele pe căile I şi Q sunt egale. Cele două căi sunt apoi multiplicate cu acelaşi cod de canalizare Cch, SF, m şi convertite într-o secvenţă de chip-uri complexă. Datele pentru alţi utilizatori sunt expandate spectral cu alte coduri de canalizare. Urmează operaţia de codare cu secvenţa de cod de bruiaj, prin multiplicare cu Sdl, n, care este o secvenţă de cod complexă, specifică unei anumite celule sau unui anumit sector de celulă, aşa cum se arată în figura 10

fig. 10 Utilizarea codurilor de canalizare pe DL

3.3 Codurile de bruiaj Codurile de bruiaj (scrambling) folosite pe interfaţa radio UTRA diferă în funcţie de utilizarea pe legătura ascendentă (UL) sau pe cea descendentă (DL). Ele sunt obţinute, în general, prin truncherea unor secvenţe de cod mai lungi. Pentru UL se folosesc două tipuri de coduri de scrambling:

15

Coala



coduri lungi (în lung. de 38400 chips). Există 224 coduri distincte, care se obţin prin trunchierea unor secvenţe Gold, având lungimea iniţială de 241.

Coduri scurte (în lung. de 256 chips). Există 224 coduri distincte, care se obţin prin trunchierea unor secvenţe S(2) extinse. Pentru DL se folosesc numai coduri lungi, obţinute prin trunchierea unor secvenţe Gold, având lungimea iniţială de 218. Teoretic, sunt 262141 (218 - 1) coduri posibile, dar numai 8192 de coduri sunt utilizate. Aceste secvenţe sunt împărţite în 512 seturi. Un set este compus dintr-un cod primar şi 15 coduri secundare, ca în fig. 11

fig. 11 Organizarea codurilor de bruiaj pe DL

Cele 512 seturi sunt divizate în 64 de grupe a câte 8 coduri primare fiecare.Astfel se simplifică alocarea codurilor pentru DL, iar un termina mobil trebuie sărecunoască un cod din numai 512 coduri primare posibile. Recunoaşterea coduluide bruiaj al unei celule se realizează de fapt în două etape. În prima etapă se identifică una din cele 64 de grupe, iar în cea de-a doua etapă se identifică un cod din cele 8 coduri primare.

4. Evolutia de la 3G la 3G+4.1 Clasificarea tehnologiilor de generate a 3-a

Fig. 12 Clasificarea tehnologiilor de generate a 3-a

4.2 Tehnologia HSDPA

High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) este un pachet de servicii bazate pe tehnologia W-CDMA cu transmisie de date de pana la 8-14 Mbps

16

Coala



(şi 20 Mbpspentru sistemele MIMO) pe o lărgime de bandă 5MHz în downlink WCDMA. Implementari HSDPA include Adaptive Modulation and Coding (AMC), Multiple-Input Multiple-Output (MIMO), Hybrid Automatic Request (HARQ), căutarea repida de celule, si design avansat a receptorilor.

În prezent, există 100 de reţele HSDPA-capabil de funcţionare în 54 de ţări din întreaga lume. Un număr mare de aceste reţele oferă 3,6 Mbps viteze de downlink. Cu toate acestea, mai multe reţele au început să treacă mai repede la viteze de 7.2 Mbps. Doar un număr de reţele oferă în prezent viteza de 14.4 Mbps.HSDPA concureaza cu un format rival, Evolution Data Optimized (EVDO), prevăzute de Codul Division Multiple Access (CDMA) furnizorii de celulare.

În afară de a avea o companie care oferă acces HSDPA, singura cerinţă pentru autentificarea în reţea HSDPA este un dispozitiv capabil să utilizeze tehnologia data. În prezent există în total 171 de modele de telefoane şi alte dispozitive mobile ce pot accesa o reţea HSDPA. Unele intre aceste dispozitive HSDPA sunt celulare de brand, cum ar fi Nokia N95, Palm Treo 750, dar şi Motorola RAZR precum şi multe dintre versiunile sale diverse.

Pentru HSDPA, un nou strat de canal de transport, High-Speed Downlink Shared Channel (HS-DSCH), a fost adăugat pentru a elibera UMTS 5 şi specificaţiile suplimentare. Acesta este implementat prin introducerea trei noi canale de nivel fizic: HS-SCCH, HS-DPCCH şi HS-PDSCH. High Speed Shared Control Channel(HS-SCCH) informează utilizatorul că datele vor fi trimise pe HS-DSCH, 2 sloturi înainte. Speed Uplink-Dedicat Physical Control Channel (HS-DPCCH) transport informaţii actuale şi indicatorul calităţii canalului (CQI) al utilizatorului. Această valoare este apoi utilizată de către staţia de bază pentru a calcula cât de multe date să trimită la utilizatorul final la următoarea transmitere.

Prin canalul downlink HS-DSCH fiecare dispozitiv utilizator transmite continuu o indicaţie a calităţii semnalului downlink, de 500 de ori pe secundă. Folosind această informaţie de la toate dispozitivele, staţia de bază decide carui utilizatorii vor fi trimise datele de pe următorul cadru de 2 ms şi cât de multe date ar trebui să fie trimise pentru fiecare utilizator. Mai multe date pot fi trimise la utilizatori la care calitatea semnalului downlink este mai mare.

Schema de modulare şi codificare sunt schimbate pe o bază per-utilizator, in functie decalitatea semnalului şi de utilizare de celule. Schema iniţială este Quadrature keying phase-shift (QPSK), dar în condiţii radio bune 16QAM şi 64QAM pot creşte în mod semnificativ ratele de transfer de date. Cu alocarea 5 Codul , de obicei QPSK oferă până la 1.8 Mbit / s rata de virf, în timp ce 16QAM oferă până la 3,6. Codurile suplimentare (de exemplu, 10, 15) poate fi, de asemenea, utilizate pentru a îmbunătăţi aceasta rata de date sau de a extinde în mod semnificativ capacitatea reţelei de transfer.

17

Coala



În Moldova tehnologia data a fost implimentarea de Moldcell (www.moldcell.md) pe 1 October 2008 cu viteza download şi upload de 7.2 Mbit/s , şi de Orange (www.orange.md) pe 1 November 2008 cu viteza download de 14.4 Mbit/s şi upload 7.2 Mbit/s.

4.3 Tehnologia EV-DOEVDO este un acronim pentru "Evolution Data Only " sau "Evolution Data

Optimized", care este un standard pentru reţele wireless de mare viteza folosite pentru conecxiunea pe banda larga la servicii Internet. EVDO permite utilizatorilor accesarea la internet de mare viteză, fără ajutorul unui hotspot. Doar prin introducerea unui card EV-DO în computer, utilizatorii primesc conectare la Internet în câteva secunde şi să aibă acces la Net la viteze de DSL. În timp ce reţelele tradiţionale fără fir atribui o cale dedicat între sursă şi de destinaţie pentru întreaga durată a apelului foarte asemănătoare cu reţelele de telefonie fixă,EVDO transmite datele mai multor utilizatori, prin intermediul unui singur canal folosind codul Division Multiple Access (CDMA), precum şi Time Division Multiple Access(TDMA) pentru a obţine de transfer superioare şi o mai bună utilizare de banda de reţea.

Standardul a suferit mai multe revizuiri notate ca Rev 0, Rev A, B şi aşa mai departe. Rev 0 permite transmiterea la o viteză de legătură până la 2.4 Mbit / s în timp ce RevA poate merge până la 3,1 Mbit / s. EVDO face parte din familia astandardelor CDMA2000 şi a fost adoptată de către furnizorii de servicii care oferă mai multe conexiuni în bandă largă de mare viteză pentru utilizatorii de telefoane mobile prin intermediul reţelelor CDMA. Acesta a fost dezvoltat de Qualcomm la sfârşitul anilor 90. Având în vedere că standardul a fost o evoluţie direct din standard 1xRTT, a fost numit initial Evolution Data Only. Ulterior, deoarece cuvântul "Only" părea că adăugă o conotaţie negativă la numele, numele a fost trecut la Evolution Data Optimized.

Proiectarea iniţială a EV-DO a fost dezvoltat de Qualcomm în 1999 pentru a satisface cerinţele de IMT-2000 pentru o viteză mai mare decat 2Mbit / s la download pentru comunicaţii fixe, spre deosebire de comunicaţii mobile, cum ar fi un telefon celular în mişcare. Iniţial,a fost numit High Data Rate (HDR), dar a fost redenumit 1xEV-DO dupa ce a fost ratificat de Uniunea Internaţională a Telecomunicaţiilor (UIT), a fost dat denumirea numerică TIA-856.

Revision A a EV-DO face mai multe completări la Protocolul în timp ce-pastrează compatibilitatea cu Revizia 0. Aceste modificari au inclus si introducerea a citorva rate de transmisie noi pentru linkuri bidirectionale , ce a sporit capacitatea maxima de la 2.45 Mbit/s la 3.1 Mbit/s. De asemenea, au fost incluse protocoale, care ar scădea stabilirea timpului de conectare (numita canal de acces îmbunătăţit MAC), capacitatea de mai mult de telefonie mobilă de a împărti şi aceleaşi timeslot (pachete de multi-user), precum şi introducerea de steaguri QoS unul.

18

http://en.wikipedia.org/wiki/Orange_Moldova

http://en.wikipedia.org/wiki/Moldcell

Coala



Toate acestea au fost puse în aplicare pentru a permite latenţă scăzută, de comunicaţiiscăzută rată de biţi, cum ar fi VoIP.

EV-DO Rev B este o evoluţie multi-operator de transport a specificaţiei Rev A . Aceasta susţine capacităţile de EV-DO Rev A, şi oferă următoarele îmbunătăţiri:

Rate mai mari pe transport (de până la 4.9 Mbit / s pe downlink ) Latenţă redusă prin utilizarea de multiplexare statistică în canalele A redus interferenţe din sectoarele adiacente în special pentru utilizatori

la margineasemnalului celular care îmbunătăţeşte ratele care pot fi oferite, prin utilizarea Hybrid frequency re-use.

Sprijin eficiente pentru serviciile care cer download şi upload asimetric (de exemplu, rate diferite de date necesare în fiecare direcţie), cum ar fi transferuri de fişiere, navigarea pe web şi multimedia în bandă largă de livrare de conţinut.

EVDO utilizează frecvenţele actuale de difuzare a reţelelor existente CDMA, deaceea este un avantaj major în comparaţie cu tehnologii concurente care necesită adesea modificări costisitoare hardware şi software sau upgrade-uri la reţea. Verizon şiSprint sunt doi furnizori mari de servicii EVDO în SUA . Verizon a implementat Rev A în întreaga reţea .

Tabelul 3 Comparaţia dintre HSDPA şi 1xEV-DO

5. Tehnologii de generaţia a 4-a

19

Coala



4G este un succesor pentru familii de standard 3G si 2G . Cerinţele de viteză pentru serviciul 4G au fost setate la viteza de download de vârf la 100 Mbit / s pentru comunicare cu mobilitate mare (cum ar fi de la trenuri si autoturisme) şi 1 Gbit / s pentru comunicare cu mobilitate redusă (cum ar fi pietonii şi utilizatorii staţionare). Un sistem 4G trebuie să ofere o soluţie pentru toate dispozitivele IP mobile bazate pe bandă largă ca modemurile wireless , laptop, smartphone-uri, şi alte dispozitive mobile. Facilităţi, cum ar fi accesul la internet ultra-bandă largă, telefonie IP,servicii de jocuri de noroc.

5.1. Definirea conceptului LTE

LTE(Long Term Evolution) este o tehnologie de comunicaţii mobile de ultimă generaţie care permite transferul rapid, eficient şi accesibil al unei cantităţi imense de date prin optimizarea utilizării spectrului de frecvenţe. Datorită vitezei sporite şi a reducerii timpilor de aşteptare, utilizatorii se pot bucura de o gamă largă de aplicaţii (navigare web în timp real, jocuri în reţea, social media şi videoconferinţe), chiar şi atunci când se află în mişcare. Datorită caracteristicilor sale tehnice, LTE va putea răspunde cerinţelor tot mai complexe de aplicaţii pentru internet mobil.

Ca evolutie a standardului UMTS, LTE face trecerea la reţea de comunicaţii IP, care permite toturor reţelelor de telefonie mobilă să se contopească într-o singură reţea mult mai vastă, unificată prin toate elemetele sale deopotrivă (telefoane, servere, calculatoare...). În acest scop, LTE se bazează pe protocoalele TCP/IP, acestea fiind coloana vertebrala a Internetului. LTE este implicată în creşterea capacităţii reţelelor de telefonie mobilă şi deschide noi perspective în măsura în care acestea vor oferi viteze mai mari decât ceea ce este posibil pentru Internet prin cablu cu DSL.

Long Term Evolution aduce importante îmbunătăţiri tehnologiilor 3G, remarcîndu-se în special prin debitele net superioare : 100 Mbps viteza de transmisie de la staţia de bază la staţia mobilă, şi 50 Mbps viteză de la utilizator la staţia de bază, cu posibilitatea de prelungire la 300Mbps cu o întarziere în acest caz de mai puţin de 5ms. Pentru a obţine aceste rezultate, mai multe tehnologii sunt integrate în interfaţa radio numită EUTRAN ( Evolved UMTS Radio Access Network ). Prima dintre acestea este modulatia OFDMA care are un rol special în ceea ce priveste eficienţa spectrală, iar a doua este tehnologia antenelor inteligente MIMO, folosită pentru creşterea debitului.

OFDM este o tehnică de transmisie multipurtătoare care a fost recent recunoscută ca o excelentă metodă pentru comunicaţii wireless bi-direcţionale de mare viteză. Apariţia conceptului datează dinainte de 1960, însă a fost introdus pe o scară largă doar în ultimii ani, datorită necesităţii unor circuite care realizează operaţii

20

Coala



digitale cu viteză sporită. OFDM adună efectiv mai multe purtătoare modulate, strâns legate între ele, reducând banda necesară, dar păstrând semnalele modulate ortogonal, astfel că acestea nu interferă unele cu altele. Conceptul principal în OFDM este ortogonalitatea subpurtătoarelor. Acest lucru asigurând suprapunerea spectrului fiecărui canal peste celălalt fără ca acestea să interfere.

Utilizarea mai multor antene atât la emisie cât şi la recepţie permite crearea mai multor canale independente în spaţiu reprezintă unul dintre cele mai interesante şi promiţătoare domenii din cadrul comunicaţiilor wireless. În plus faţă de crearea diversităţii spaţiale, şirurile de antene pot fi utilizate pentru a direcţiona energia pe coordonatele dorite (tehnici de formare a lobului la recepţie) sau pentru a crea canale paralele multiple pentru transmiterea de fluxuri de date unice (multiplexarea spaţială la emisie). În cazul în care se folosesc mai multe antene atât la emisie cât şi la recepţie sistemul de comunicaţie se denumeşte sistem MIMO (Multiple Input Multiple Output).

Sistemele de comunicatie de tip MIMO sunt folosite pentru: A creşte performanţele sistemului (scazînd rata de

eroare a biţilor/pachetelor); A creşte rata de transfer pe canal şi, deci,

capacitatea sistemului; A creşte aria de acoperire; A micşora puterea de emisie.Cu toate acestea, cele 4 deziderate menţionate mai sus nu pot fi indeplinite

simultan. De exemplu, o creştere a ratei de transfer conduce de cele mai multe ori la creşterea puterii de emisie. Modul în care se construiesc sistemele MIMO depinde, astfel, de valoarea atribuită de proiectant fiecaruia dintre aceste atribute, precum şi în urma analizelor de cost şi de spaţiu. Deşi fiecare antenă adiţionala dintr-un sistem aduce un cost suplimentar, cîştigul obtinut prin folosirea de şiruri de antene este atît de mare încît nu există nici o îndoială ca sistemele MIMO vor juca un rol important în comunicaţiile wireless viitoare. Principal, într-un sitem de comunicaţii MIMO un flux de date incident de volum mare este divizat în N fluxuri independente. Presupunînd că fluxurile de date pot fi decodate, eficienţa spectrală nominală creşte de N ori. Acest lucru înseamnă că adăugarea de antene suplimentare poate creşte foarte mult viabilitatea unui trafic de date de volum foarte mare, necesar, de exemplu, pentru accesul wireless la reţeaua Internet de bandă largă.

Cînd se utilizează OFDM într-un sistem MIMO, este necesara cunoaşterea informaţiilor despre starea canalului (CSI) la recepţie pentru detecţia coerentă a semnalelor recepţionate şi pentru combinarea cu diversitate sau suprimarea interferenţei spaţiale. De asemenea, cunoaşterea CSI la emisie este importantă în cazul transmisiei MIMO în buclă închisă. Estimarea canalului se poate face în două

21

Coala



moduri: prin antrenare şi “în orb”. În cazul estimării prin antrenare, se transmit simboluri cunoscute pentru a facilita estimarea parametrilor canalului pe baza unor algoritmi la recepţie. În cazul tehnicilor “în orb”, receptorul trebuie sa determine CSI fără ajutorul unor simboluri cunoscute. Deşi se obţine o eficienţă mai mare de banda în cazul tehnicilor “în orb”- deoarece nu este necesara alocarea de laţime de bandă simbolurilor de antrenare – viteza de convergenţă şi acurateţea sunt semnificativ mai

mici. Din acest motiv, tehnicile de antrenare sunt mai fiabile şi mai des întîlnite.Avantajele utilizării tehnicilor OFDM şi MIMO: Diversitatea spaţială oferă o creştere

remarcabilă a fiabilităţii, comparabilă cu creşterea puterii de emisie de 10-100 de ori; Caştigurile de diversitate se pot obţine

folosind şiruri de antene la emisie, la recepţie sau în ambele locaţii; Spre deosebire de diversitate şi de tehnicile

de formare a lobului, multiplexarea spaţiala permite transmiterea simultană a mai multor fluxuri de date utilizînd procesare de semnal.

Deoarece tehnicile cu antene multiple necesită cunoaşterea CSI, canalul MIMO-OFDM poate fi estimat la recepţie, iar această informaţie poate fi transmisă înapoi la emisie pentru a creşte şi mai mult performanţele.

C o n c l u z i e:

În urma efectuării acestei lucrări de laborator am facut cunoştinţă cu tehnologiile wireless de generaţia a 3-ea (3G) pînă la generaţia urmatoare. Ne-am familiarizat cu tehnologiile acestei generatii de telecomunicatii cum sînt tehnologia HSDPA(High Speed Downlink Packet Access ) , EV-DO("Evolution Data Only " sau "Evolution Data Optimized") şi UMTS care este cunoscut sub numele de UTRA . Am observat diferenţele între aceste 2 tehnologii şi putem constata că tehnologia HSDPA în prezent ofera o viteză de downlink şi uplink mai sporită în comparaţie cu EV-DO. În comparaţie cu generaţiile de telecomunicaţii precedente cum ar fi GSM acestea se bazează pe o tehnică relativ nouă de transmisie şi anume WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), am studiat evoluţia acestei tehnici, ce tip de modulaţie a semnalului foloseşte această tehnică, ne-am familiarizat cu interfeţele şi protocoalele folosite în WCDMA şi caracteristicile de bază a ei. Tehnologia EV-DO a fost de multe ori revizuită şi îmbunătăţită , a sufeit multe schimbări dar nu a pierdut compatibilitatea cu versiunile precedente. HSDPA se dezvoltă şi se implimentează in multe ţări, tehnologia dată a evoluat pîna la HSPA+

22

http://en.wikipedia.org/wiki/Code_Division_Multiple_Access

Coala



(Evolved High-Speed Packet Access) care permite transmisia de date cu viteza de 56 Mbit/s spre utilizator şi 22 Mbit/s de la utilizator.

Deasemeni am studiat tehnologiile de viitor de generaţia a 4-a şi anume LTE(Long Term Evolution) şi am observant ca LTE oferă o gamă largă de servicii si o viteză de transmisie sporită în comparţie cu generaţiile precedente.

B i b l i o g r a f i e:

E. Marza, “Radiocomunicaţii mobile”, EOU, Timişoara, 2001 S.Halunga-Fratu, O. Fratu, D. N. Vizireanu, “Sisteme de comunicaţie cu

acces multiplu cu diviziune în cod (CDMA)”, ETF, Bucuresti, 2000 www.umtsworld.com/technology/UMTSChannels.html E. Marza, C. Simu, “Comunicatii mobile”, Editura de Vest, Timişoara,

2003 M. Naforniţă, C. Munteanu, “Comunicaţii de Date”, Editura Gh.Asachi,

Iaşi, 1996 www.mobitel.ro/istoric/istoric.htm http://en.wikipedia.org/wiki/High-Speed_Downlink_Packet_Access http://www.tech-faq.com/evdo.html http://www.umtsworld.com/technology/hsdpa.htm Holma, H., and A. Toskala (eds.), WCDMA for UMTS, Chichester,

England: John Wiley & Sons, Ltd., 2000. http://mercur.utcluj.ro/mobile/cursuri_scmb/Curs_9.pdf http://www.umtsworld.com/technology/hsdpa.htm

23

http://www.umtsworld.com/technology/hsdpa.htm

http://mercur.utcluj.ro/mobile/cursuri_scmb/Curs_9.pdf

http://www.umtsworld.com/technology/hsdpa.htm

http://www.tech-faq.com/evdo.html

http://en.wikipedia.org/wiki/High-Speed_Downlink_Packet_Access

http://www.mobitel.ro/istoric/istoric.htm

Documents

Lucrarea de Curs