Proiectarea Retelei 3G

2Mod.CoalaN.DocumentSemnatDataA elaborat.ControlatControl n. A aprobat CoalăCoalăColi26

Proiectarea retelei 3GUTM FRT TLC-022UTM FRT SOE-071

C u p r i n s:

Introducere...............................................................................3

1. Sisteme de radiocomunicaţii mobile 3G..............................6

2. Arhitectura sistemului........................................................11

2.1. Nivelul fizic.....................................................................12

2.2. Nivelul legătura de date...................................................................13

2.3. Nivelul reţea.....................................................................................13

3. Caracteristicile sistemului UMTS......................................14

3.1. Expandarea spectral.......................................................................16

3.2. Codurile de canalizare.........................................................18

3.3. Codurile de bruiaj..............................................................21

4. Evolutia de la 3G la 3G+...................................................22

4.1 Clasificarea tehnologiilor de generate a 3-a................................22

4.2 Tehnologia HSDPA.............................................................22

4.3 Tehnologia EV-DO.............................................................24

5. Tehnologii de generatia a 4-a (4G)....................................27

5.1 Tehnologia LTE.................................................................27

Concluzie...............................................................................31

Bibliografie.............................................................................32

I n t r o d u c e r e:

Mod Coala N. Document Semnat Data

UTM FRT SOE 071 021Coala

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

3



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 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

4



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.

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,

5



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.);

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

6



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 transmisie

posibile sunt indicate cu aproximaţie

7



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)

8



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 3G

Generaţia 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

9



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 2Mbps

Prin HPSA:

14,4 Mbps

Roaming în

sistem local sau

regional

Roaming

regional şi global

Roaming

regional şi global

Roaming regional şi

global

2.Arhitectura sistemului

Elementele 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 de

tip 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).

10



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

UTRAN

la reţelele externe, cum ar fi PTSN (Public Switched Telephone Network) şi

Internet.

Echipamentul de utilizator (UE) este format din USIM (UMTS Subscriber

Identification 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 pe

trei nivele, este prezentată în figura 5.

11



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 controlul modurilor broadcast/multicast BMC (broadcast/multicast

12



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 pentru

13



interfaţa 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 alocat

următoarele 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

14



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.

15



Între canalele aparţinând unor operatori diferiţi, distanţa dintre două

purtătoare consecutive se lasă mai mare, .f = 5 ÷ 5,4 MHz, pentru a preveni

interferenţa 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.

16



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

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.

17



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

sau împrăştiere spectrală (spreading codes) atât pe legătura ascendentă UL, cât şi

pe cea descendentă DL. Codurile OVSF au lungimea de 4÷256 chips pe UL şi de

4÷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 pe

calea Q un canal de control DPCCH, pe ambele căi fiind folosită modulaţia BPSK.

18



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 de

împrăştiere SF corelat cu rata de transmisie de pe canalul respectiv.

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.

19



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

20



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:

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.

21



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

(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

22



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.

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.

23

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

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



4.3 Tehnologia EV-DO

EVDO 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.

24



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. 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

25



5. Tehnologii de generaţia a 4-a

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

26



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

27



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 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.

28



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 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:

29



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:

30



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+

(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

31

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



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


32


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


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

Proiectarea Retelei 3G