MBA SERVIÇOS DE TELECOMUNICAÇÕES ESPECIALIZAÇÃO EM COMUNICAÇÕES MÓVEIS

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1 MBA SERVIÇOS DE TELECOMUNICAÇÕES ESPECIALIZAÇÃO EM COMUNICAÇÕES MÓVEIS Visão Geral das Tecnologias UMTS (HSDPA, HSUPA, HSPA+) e LTE Professor Alberto Boaventura amsb@ieee.org

2 Prof. Alberto Boaventura Engenheiro eletricista com ênfase em telecomunicações (UFF-86) e mestre (MSc) em engenharia elétrica (CETUC/PUC-RJ - 98) com tese em estimação de matrizes de sinais para comunicações móveis antenas inteligentes. Pós graduado em engenharia de software (UFRJ-94) e MBA em finanças corporativas (IBMEC-04). Recentemente, certificado PMP pelo PMI. Possui 23 anos de experiência em telecomunicações tendo trabalhado em diversas áreas: Gerência de Implantação e Projeto, Planejamento de Rede, Planejamento Estratégico, Planejamento de Mercado, Gerência de Negócios, Gerência de Produtos e Gerência de Tecnologia. A sua principal formação está relacionada com sistemas e arquitetura de redes de telecomunicações. Trabalhou na Embratel, Lucent Technologies, Telemar, Ericsson, Brasil Telecom, atualmente trabalha na área de tecnologia da Oi.

3 Avaliação Visão Geral das Tecnologias UMTS e LTE Testes: A exceção da primeira aula, serão realizados nos 30 min antes do termino de cada aula. O peso será 3. Trabalho: O trabalho poderá ser realizado em grupo de até 4 pessoas, os temas são livres porém deverão ser relacionados com Rede UMTS/HSPA e ou LTE. Nota Final: Nota= (3*Teste+ 2*Trabalho)/5

4 Breve Histórico

5 ESTABILIDADE Tecnológico (eletromecânico), Econômico (monoproduto), Institucional (monopólio). A Indústria se consolida com a tecnologia de transmissão sem fio, nasce o rádio. r Século Passado 20 Nasce a Indústria das Telecomunicações com o Télégrafo e a Telefonia A Indústria de Telecomunicações Aparecem o 1º 1 Computador, o Transistor e o PCM 30 A Indústria de main frames se consolida. Surgem os primeiros projetos de redes de computadores. Surge o serviço o Modernização dos sistemas de transmissão, aparecem o FM e a TV. Nasce o primeiro padrão moderno de comunicação celular, o AMPS. Quebra o Monopólio da AT&T A Indústria de semicondutores se consolida, surge o 1º 1 CI, e o 1º computador comercial o ENIAC. Rompimento da Bolha de Crescimento 00 Nasce a ARPANET. Iinventada a comunicação celular. 10 Convergência e Consolidações A Internet se torna comercial, e explode a Hipercommunications. REGIME DE INCERTEZAS? Tecnológico (digital), Econômico (orientado a serviço), Institucional (concorrência).

6 Digitalização Início: Anos 70; Convergência tecnológica, funcional e organizacional entre os setores de telecomunicações e da informática Mudança do paradigma Hardware para o Software Padronização Homogenização da Rede Processamento no Terminal Ganho de Escala Uma rede para cada serviço para uma rede de multiserviços Serviços customizaveis mais aderentes a realidade Mudança do paradigma regulado pela oferta para pela necessidade (mercado) Principais Agentes Transformadores da Indústria de Telecomunicações Competição Início: Anos 80; Mudança do paradigma de Serviço-Produto para Serviço orientado ao Mercado Demanda dada pelas premissas de mercado e não incitada pela oferta (technical push) Customização ao invés do mesmo formato; Rápido Ciclo de Vida; Pressão para redução de preços; Internet Início: Anos 90; Viabilizou as comunicações Globais; Responsável pela criação de novos serviços e mercados/indústrias; Principal agente de inovações tecnológicas, com produtos substitutos aos tradicionais; Responsável pela mudança (destruição) do valor dos serviços tradicionais por uma nova filosofia de modelo negócio; Responsável pela homogenização da rede; Responsável pela mudança de provimento de serviços verticais, pela oferta de serviços em camadas;

7 Cenário da Indústria de Telecomunicações 10,0% 8,0% 6,0% 4,0% 2,0% 0,0% -2,0% -4,0% -6,0% -8,0% Net margin Equipment Services Perda de Margem % 100% 80% 60% 40% 20% 0% Móvel/Fixa (%) Diminuição de Crescimento Revenue Subscribers Fonte ITU-T Beta Equipment Services 3 2,5 Aumento de Risco 2 1,5 1 0, (fonte Damodaran) $ $ $ $ 800 $ 600 $ 400 $ 200 $ 0 ARPU Móvel (ano) Maturidade Fonte ITU-T

8 Mudança de paradigma para transmissão sem fio Único transmissor de alta potência que cobre toda a área de serviço. O enlace reverso requer uma alta potência do transmissor => portabilidade limitada. Grande número de transmissores de baixa potência para criar muitas células. Pequenas células => Baixa potência no enlace reverso => Aumento de portabilidade & Aumento do número de assinantes => Pequenas células

9 Comunicação Celular Células Região Geográfica F1 F6 F1 F2 D R F6 F2 F0 F0 F5 F3 F5 F4 F3 F4 K=7 cluster K=3 K=4 D R Clusters D R O espectro é subdivido em conjunto de canais; Cada conjunto de canais é reutilizado e padrões. Se o número de conjunto de canais é um N, diz-se que o fator de reuso é 1/N. Quando um usuário viaja dentro de um sistema diz-se que está em handed-off ou handed-over de célula para célula.

10 Motivação para Redes Wireless Dificuldades e custo alto de instalação da rede fixa Rápido provisionamento Portabilidade e Mobilidade Novas técnicas de modulação permitindo taxas elevadas para serviços de vídeo e dados Novo direcionamento na indústria

11 Topologia e Componentes da Rede Móvel HLR AuC GGSN SGSN BSC SP1 STP Rede de Acesso BS BS MS SMSC SCP GMSC MSC BSC BS Rede Núcleo Network Inclui MSCs, SGSN, GGSN, HLRs, e outros elementos de rede Maior foco nos serviços básicos, conexões, e transporte De centros de comutação Impacto em investimentos: 10-15% do CAPEX total Rede de Acesso Inclui Base stations, Base station controllers, e facilidades de transmissão Foco no custo eficiente de transporte Redes típcas com 10 mil E1s Requer Investimentos (CAPEX), mas a grande parte dos recursos está no OPEX: 30% do OPEX total Rede de Rádio IInclui sites, antenas, transmissores, sistema de potência, etc. Maior foco na qualidade de cobertura da interface aérea Macro, Micro e Pico cells. Unidades Indoor & Outdoor units Dependendo da tecnologia, 10 mil sites Investimento significante (CAPEX): 50-60% do CAPEX total

12 Serviços Básicos de Voz e Elementos de Rede HLR Plano de Aplicação ou Sinalização S7 STP Plano da Rede de Acesso & Rede Núcleo BSC BSC MSC/VLR PSTN PLMN MSC/VLR BSC BSC

13 Serviços Básicos de Voz e Elementos de Rede BTS, BS, RBS Base Station: Do português estação rádio base, elemento de rede responsável pela conversão na interface aérea. BSC Base Station Controller: Elemento de rede responsável por agregar uma ou mais estações rádio base. HLR Home Location Register: Elemento de rede responsável pelo aprovisionamento, registro, qualificação, localização dos terminais móveis. Possui a base de dados permanente do usuário. VLR Visitor Location Register: Elemento de rede, normalmente colocado na MSC, responsável por armazenar temporariamente os dados do usuário oriundos do HLR. MSC Mobile Switch Center: Elemento de rede responsável pela interface do plano do usuário com os diversos elementos, comutação das chamadas de voz, participa na realização de serviços. É a central telefônica. Faz interface com a PSTN e PLMN. STP Signaling Transfer Point: Elemento de rede da sinalização número 7 (S7) responsável por rotear as mensagens de sinalização entre os diveros elementos da rede móvel.

14 Serviços Básico de Voz Os serviços básico de voz são suportados pela infraestrutura da rede fixa, possuindo as mesmas características: Chamada de voz ponto a ponto (chamada de voz telefônica) Mesmo endereçamento que a PSTN (Plano de numeração sinalização) Mesmo Acesso à PSTN (interfaces e serviços) Qualidade (acessibilidade, retenção, qualidade de voz e transmissão) Devido às características de mobilidade e acesso sem fio são introduzidos à rede: atributos (cobertura, roaming) funcionalidades (call delivery, autenticação) novos elementos de rede (HLR, VLR, MSC, BSC, BTS)

15 Serviços Básicos de Voz e Elementos de Rede SCP Service Control Point: Elemento de rede responsável por permitir uma interface entre a aplicação e a rede. É consultado pela MSC (SSP) para realização do serviço, onde a chamada básica é interrompida. FNR Flexible Numbering Register: Este elemento possui funcionalidade muito próxima ao HLR ou SCP. Ele é usado na portabilidade numérica.

16 Serviços de Valor Agregado - Switch Based Os seviços de valor agregado baseados em rede tem a sua origem histórica nas redes fixas e foram desenvolvidos através da digitalização da rede. Dentre eles pode-se citar: Baseados nos serviços POTS: Call Forwarding (Siga-me) Call Waiting (Chamada em Espera) Do not disturb (Não perturbe) Conference Call (Chamada em Conferência) Transferência de Chamadas Baseados nos serviços ISDN (ou baseados) CLIP (CNIP) (Identificador de chamada) CLIR (CNIR) (Restrição à identificação de chamada) CUG (Chamada abreviada) FA/MAH (Busca sequenciada) Serviços típicos móveis Autenticação Chamada cifrada Location Based Services Outros

17 Serviços de Valor Agregado - Rede Inteligente e Elementos de Rede SCP HLR FNR Plano de Aplicação ou Sinalização S7 STP Plano da Rede de Acesso & Rede Núcleo BSC BSC MSC/VLR PSTN PLMN MSC/VLR BSC BSC

18 Serviços de Valor Agregado - Rede Inteligente Os serviços de valor agregado baseados em rede inteligente e infraestrutura de sinalização número 7 seguiram a mesma tendência da rede fixa, com a introdução à rede: Elementos de rede (SSP, SCP, IP) Funcionalidades (SSF, SCF, SRF etc.) Os serviços implementados nas redes existentes estão em diversos estágios quando comparado à linha de evolução da rede fixa: ETSI GSM CAMEL (CAP)1&2: Suporta serviços baseados na Capability Set 1 (CS1) da INAP: Freephone VPN Calling Card O CAP 2 suporta serviço prepago ETSI GSM CAMEL CAP 3&4: Suporta serviços e operações da CS2 Merge legs e Split Legs ANSI IS.41, IS.771, IS.826 etc: Suporta serviços baseados na Capability Set 1 da INAP e os mesmos do CAP2

19 Serviço Prepago O Serviço Prepago é uma modalidade de pagamento de uso de serviço, aqui de telefonia (voz), sobre apenas a utilização dos mesmos de maneira antecipada. Ou seja, não há assinatura, e apenas os minutos consumidos são prepagos. Com isto o serviço prepago introduziu uma nova necessidade à rede para faturamento e controle em tempo real, inexistentes à rede tradicional. Esta necessidade pode ser suprida com as seguintes filosofias de implementação: Adjunct ou Hairpin (loop de ISUP) Baseados em Tarifação Baseados em Rede Inteligente (INAP CS1, CAP2, IS.826)

20 Short Message Service e Elementos de Rede HLR Short Message Peer to Peer Plano de Aplicação ou Sinalização S7 SMSC IP SMSC STP Plano da Rede de Acesso & Rede Núcleo BSC BSC MSC/VLR PSTN PLMN MSC/VLR BSC BSC

21 Enhanced Message Services Baseado na Infra-estrutura do serviço SMS: Sinalização Número 7 e Elementos de Rede Os atributos do payload permitem: Formatação de texto (alinhamento, tamanho da fonte, estilo, cor) Imagens (255x255 coloridas) or gráficos vetorias Animações Sons Ineteroperável com 2G SMS mobiles

22 Circuit Switched Data Serviço de dados de baixa velocidade com circuito comutado, semelhante ao Dial-up da rede fixa; Mantém o circuito tempo todo tomado enquanto a chamada está estabelecida, mesmo nas situações de nenhuma transferência de informação; Nesta categoria também estão incluídas as chamadas para fax; Dentre as suas modalidades estão: GSM Circuit Switched Data: 9,6 kbps GSM HSCSD: IS.95 A CSD: 9,6 e 14,4 kbps IS.95 B CSD 64 kbps Face a baixa velocidade, foi criada uma nova modalidade de acesso à Internet: WAP (Wireless Application Protocol). O WAP se baseia em linguagem Markup WML de baixo recurso, baixa necessidade de transferência de informação, que permite navegação usando filosofia de menus;

23 Circuit Switched Data (cont.) Um elemento de rede é introduzido para compatibilização do stream da interface aérea para modulação de fax ou modem: IWF (Interworking Function). Ele funciona como terminação dos dados na interface aérea e realiza uma chamada de fax ou modem dial-up. Outros elementos podem ser necessários como AAA (RADIUS ou DIAMETER) para autorização, autenticação e bilhetagem; Dentre os serviços de valor agredado está a VPN IP baseado procolo L2TP (double stack), onde o terminal estabele conexão ao provedor de acesso, e eventualmente pode acessar a Intranet, enviando e recebendo s, navegando como um modem residencial normal;

24 Redes GPRS e EDGE HLR SGSN Serving GPRS Support Node GGSN Gateway GPRS Support Node AAA Gc GGSN Intranet S7 Gr IP Gn Gi Plano de Aplicação ou Sinalização STP Gb Gs SGSN Rede Estatística Plano da Rede de Acesso & Rede Núcleo BSC BSC MSC/VLR PSTN PLMN MSC/VLR BSC BSC

25 Redes GPRS e EDGE Para ambas as redes são introduzidos novos elementos de rede: SGSN Serving GPRS Support Node Semelhante à MSC/VLR, mas para o caso de dados, resposável pelo agregação, controle e gerenciamento de conexões de dados, como também, pela bilhetagem da interface aérea e localização dos terminais móveis GPRS/EDGE. Interage com o HLR solicitando a qualificação e atualização de localização dos terminais GPRS/EDGE. GGSN Gateway GPRS Support Node É o reteador de borda para rede GPRS servindo como interface para Internet e terminação das sessões GTPs e PDP Context. Também responsável pela geração de bilhetagem.

26 Redes GPRS e EDGE (cont.) GPRS General packet radio service: Primeira introdução de tecnologia de pacote Agrega vários canais de rádio Suporta taxas de dados elevadas (115 kbps) Sujeito a disponibilidade do canal Compartilha os canais agregados com múltiplos usuários Baeado em rede IP Sem mudança na rede de voz Para serviços adicionais (como prepago) é necessário que o CAP (CAMEL) esteja na versão 3 em diante. EDGE Enhanced Data rates for Global Evolution Aumento de taxas com compatibilidade com o GSM/GPRS Ainda usa bandas de 200 KHz bands; ainda é TDMA A modulação muda para 8-PSK : 3 bits/symbol eleva a taxa em 3X data rate Suporta taxas de até 384 kbps Mais sensível a ruido e interferência

27 Primeiro Sistema Móvel

28 Motivações para o 3G

29 Grandes Motivadores para 3G Internet Desejo de aplicações sofisticadas e taxa maior Maior penetração Demanda por informações e serviços Aumento de expectativa do usuário 3G Acesso todo tempo em qq lugar Comportamento do consumidor e tendências Crescente aumento por produtividade Individualização Globalização e Mobilidade Crrescimento de aplicações sofisticadas Redução da distinção entre móvel e fixo

30 Visão para 3G Roaming Global Multimedia (voz, dados & video) Taxas de transmissão maiores 144 kbps ambiente veicular 384 kbps ambiente pedestre 2 Mbps ambiente indoor Incremento da capaidade devido à maior eficiência espectral Arquitetura IP Problemas: Inexistência de uma killer application para comunicações móveis Arquiteturas e posicionamento dependente do fabricante

31 IMT-2000 LAN, WAN e Serviços de Satélite Frame Work Criado em 1987 pelo ITU denominado originalmente de FLMPS (Future Public Land Mobile Telecommunication Systems) e em 1994, para IMT-2000; É um padrão Guarda-Chuva com um conjunto de recomendações no ITU-R R e ITU-T T para sistemas de 3 Geração; Estabelece critérios rios para as tecnologias postulantes a sistema de 3G baseados na recomendação ITU-R R M.1225; Satellite Global Suburban Urban In-Building Macrocell Microcell Picocell Basic Terminal PDA Terminal Audio/Visual Terminal

32 Evolução das Comunicações Móveis G Voz Analógica TACS AMPS NMT PHS iden 9.6 Kbps TDMA 9.6 Kbps CDMA 14.4 Kbps 64Kbps G Voz Digital GSM 9.6 Kbps PDC 2.5G Dados Pacotes GSM/ GPRS 115 Kbps PHS 64Kbps GPRS 115 Kbps 1xRTT 144 Kbps G Multimídia Intermediário EDGE 384 Kbps Source: U.S. Bancorp Piper Jaffray UMTS (WCDMA) 2 Mbps TD-SCDMA EVDO 2 Mbps 2 Mbps G Multimídia 3.XG bandalarga Intermediário HSPA 14 Mbps LTE 100 Mbps WiMax 70 Mbps UMB 280 Mbps G bandalarga

33 3G UMTS/WCDMAMSC Taxas de até 14 Mbps (experiência do usuário) com a necessidade de menos de estações para uma mesma cobertura de voz (redução de OPEX). BSC Domínio CS Rede de circuito comutado Rede Móvel GMSC Rede Fixa RNC SGSN HLR/HSS IMS GGSN Rede IP Internet Acesso 3G Acesso 2G (EDGE/GPRS/GSM) Domínio PS Rede de Pacote Terminais que suportam aplicações mais sofisticadas baseadas em multimedia Novos serviços e receita A rede 3G reutiliza a rede existente do sistema 2G (GSM/GPRS). Não requer grandes investimentos em adaptação. Com o IMS é possível aproveitar todo o potencial da rede 2G e 3G, permitindo uma rápida criação de serviços diferenciados com custos competitivos.

34 O que é 3G? UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Com origem em projetos na UE para sucessão GSM Utiliza a tecnologia CDMA em 5 MHz (ou WCDMA) O R99 (release 99) estabeleceu os serviços de voz CS (Circuit Switched), como AMR 12.2kbps, 64kbps e serviços de pacotes PS (Packet Switched) 128 kbps e 384 kbps; HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) e HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) Evolução do WCDMA, são tecnologias de acesso sem fio apenas para serviços dados em banda larga; Utiliza a mesma rede núcleo do EDGE/GPRS; O releases 5 e 6 do 3GPP padronizaram as tecnologias HSDPA e HSUPA respectivamente. Genericamente, fala-se em HSPA para designação das duas técnicas de DL e UL. LTE (Long Term Evolution) Tecnologia de acesso baseada em OFDMA semelhante ao WiMax que introduziu uma melhoria em relação à eficiência espectral permitindo até 5 bps/hz. Há a necessidade de uma nova cobertura e rede núcleo; Com o LTE, outra arquitetura de rede núcleo foi introduzida: EPS (Evolved Packet System)/SAE (System Architetcure Evolution);

35 Panorama 3G Cont. A evolução dos serviços de dados na direção do LTE consiste em 4 pilares: Mobilidade; Aumento da taxa; Diminuição da latência Redução de Custo por bits/s; O HSPA incrementa a capacidade de dados das redes 3G/UMTS por um fator de 5, oferecendo um custo reduzido para os serviços de dados. Considerando as taxas máximas, o custo do acesso por Mbyte em USD (fonte Analysis Research): GSM/GPRS: 0.07 EDGE: 0.04 UMTS/WCDMA: 0.02 UMTS/HSDPA: 0.01

36 100 Mbps 50 Mbps 10 Mbps 5 Mbps 1Mbps 500 kbps Taxas de Transmissão vs Disponibilização HSPA DL: 14,4 Mbps UL: 384 kbps (5 MHz) EDGE DL: 474 kbps UL: 474 kbps Enhanced EDGE DL: 1.3 Mbps UL: 653 kbps HSPA+ DL: 28,4 Mbps UL: 11,5 Mbps (5MHz) Crescimento Exponencial LTE DL: 100 Mbps UL: 50 Mbps (20 MHz) LTE >200Mbps (4 MIMO) 100 kbps WCDMA 384 kbps

37 Padronização

38 Padronização Internacional

39 O que o 3GPP? Significa: 3 rd Generation Partnership Project Formado por 6 órgãos de padronização regionais (SDOs) Japan USA Estes SDOs utilizam as epecificações do 3GPP e aplicam paras as padornizações regionais O ITU referencia as especificações regionais

40 Padronização no 3GPP Subject of specification series 3G/GSM R99 and later GSM only (Rel- 4 and later) GSM only (before Rel-4) General information (long defunct) 00 series Requirements 21 series 41 series 01 series Service aspects ("stage 1") 22 series 42 series 02 series Technical realization ("stage 2") 23 series 43 series 03 series Signalling protocols ("stage 3") - user equipment to network 24 series 44 series 04 series Radio aspects 25 series 45 series 05 series CODECs 26 series 46 series 06 series Data 27 series 47 series (none exists) 07 series Signalling protocols ("stage 3") -(RSS-CN) 28 series 48 series 08 series Signalling protocols ("stage 3") - intra-fixednetwork 29 series 49 series 09 series Programme management 30 series 50 series 10 series Subscriber Identity Module (SIM / USIM), IC Cards. Test specs. 31 series 51 series 11 series OAM&P and Charging 32 series 52 series 12 series Security aspects 33 series UE and (U)SIM test specifications 34 series 11 series Security algorithms (3) 35 series 55 series Evolved UTRA aspects 36 series -

41 Forums ITU IMT Mobile Partnership Projects 3GPP: 3GPP2: Mobile Technical Forums 3G All IP Forum: IPv6 Forum: Mobile Marketing Forums Mobile Wireless Internet Forum: UMTS Forum: GSM Forum: Universal Wireless Communication: Global Mobile Supplier:

42 Organizações de Padronização European Technical Standard Institute (Europe): Telecommunication Industry Association (USA): Standard Committee T1 (USA): China Wireless Telecommunication Standard (China): The Association of Radio Industries and Businesses (Japan): The Telecommunication Technology Committee (Japan): The Telecommunication Technology Association (Korea):

43 Organizações de Padronização LIF, Location Interoperability Forum Responsible for Mobile Location Protocol (MLP) Now part of Open Mobile Alliance (OMA) OMA, Open Mobile Alliance Consolidates Open Mobile Architecture, WAP Forum, LIF, SyncML, MMS Interoperability Group, Wireless Village Open GIS Consortium Focus on standards for spatial and location information WLIA, Wireless Location Industry Association

44 Evolução da Rede e Serviços & Convergência

45 Tendências do Mercado Telecom Aumento de Risco Competição Substituição de serviços tradicionais Amadurecimento da Indústria de Telecom Tendência de queda no ARPU Consolidação (M&A) Mercado de Telecomunicações Rápido Ciclo de Vida Serviços Customizados/ Personalizados Fixed Mobile Substitution FMS Gerência de Produtividade Group (Presença, Push to X, Multimedia Conferencing,Team Collaboration, Web Based Conferencing, IP Call Centers) Personal (Call Manager,Presence Based Call Forwarding, Click to Dial/Fax, etc.) Auto-Aprovisionamento Online Billing, Web subscriber programming, Profile Portability, Per Call QoS Selection Multi-mídia VoIP, Audio Streaming, Vídeo Streaming, Jogos Mobilidade Convergência, Serviço Ubíquo, Seamlessy

46 O Mercado e a Arquitetura de Rede Mercado Necessidades do Mercado Necessidades do Cliente Serviço Aplicação Infra-estrutura & Rede

47 Arquitetura Monolítica Evolução de Arquitetura de Rede Arquitetura de Rede Inteligente Arquitetura de NGN Aplicação Aplicação Aplicação SS7 SS7 Controle Controle Controle GCP Rede de telefonia: POTS Lenta adaptação Novos Serviços -> Grande impacto na rede Switch Based Services Rede Inteligente Adaptação mais facilitada Novos serviços -> Médio impacto na rede NGN baseado em comutação por pacote (VTOA/VoIP) Fácil e rápida adaptação Novos serviços -> Baixo impacto na rede Fase inicial Final dos anos 60 Final dos anos 90

48 Arquitetura Hoje: Redes Dedicadas SS7 HLR AS Internet AS Internet AS Internet SS7 SCP AS Internet Aplicação & Serviços SMSC AAA BRAS/AAA BRAS/AAA BRAS/AAA PLMN MSC BSC SGSN GGSN BSC Access Router Internet DSLAM Internet Modem xdsl LOCAL PSTN SSP CMTS Headend CM Acesso Rede Núcleo & Controle GSM GPRS WiFi xdsl POTS CMTS

49 Arquitetura Convergente IP Multimedia Subsystem Messaging Presence SMS MMS IP Centrex Conferência IM SSF SIP AS OSA PARLAY S-CSCF I-CSCF P-CSCF HSS OSS BGCF BGCF MGCF SBC MGCF SBC MGW/SGW SGSN/GGSN DSLAM LOCAL CMTS BSC BSC Access Router Modem xdsl CTP CM GSM GPRS WiFi xdsl POTS CMTS

50 O Que é o IMS? Novo domínio de arquitetura aberta, independente da tecnologia de acesso, que viabiliza um amplo espectro de serviços sobre a rede Packet Switched (Internet) IMS é o coração da NGN e Redes Convergentes Independente da tecnologia de acesso Abre um novo conjunto de novos serviços (como na Internet) Provê um ambiente com segurança, QoS e tarifação para serviços convergentes sobre a Internet Provê um pequeno conjunto de interfaces com protocolo comum (SIP) Definido pelos principais organismos mundiais de padronização: 3GPP, 3GPP2, TISPAN-ETSI, ITU-T NGN, IETF, OMA etc.

51 Tarifação Segurança QoS Mensagem e Serviço de Media Stream Arquitetura Convergente: IMS Business Applications VAS e IN Push- To-Talk Presença Rede Comum de Transporte IP Jogos IP Multimedia Subsystem Etc. Mobilidade Convergência Flexibilidade Comodidade Otimização Novos Serviços Etc.. MGW/SGW SGSN/GGSN SBC DSLAM MGCF LOCAL SBC CMTS BSC BSC Access Router Modem xdsl CTP CM Seamless Mobility GSM GPRS WiFi xdsl POTS CMTS

52 O que o IMS pode fazer? Arquitetura de Rede Agnóstica à tecnologia de acesso Maximiza a reutilização de plataformas, funcionalidades e recursos da rede Padrão de facto da indústria para controle de sessões multimídia e processos de telecomunicações Serviço Provê serviços convergentes através da integração de redes de controle fixo e móvel; Reutilização e baixo impacto na rede como um todo (apenas agregação de novas plataformas: Application Servers) Aplicação e Controle segregados -> Flexibilidade na Criação de Novos Serviços Ambiente comum de desenvolvimento e Facilitadores de Serviços QoS, rating e bilhetagem, presença, localização, group lists, diretórios, roteamento, preferências, segurança, compartilhamento de dados do usuário e do serviço, conteúdo Aspectos Financeiros Baixo impacto em investimento para criação de Novos Serviços Economia de Escopo Minimização de custos operacionais Proteção no investimento em função do direcionamento tecnológico (padrão da indústria) Potencializa novas estruturas de modelo de negócio através de acordos de partição de receita e hosting Habilidade de cobrança de serviços, resultando na capacidade para Manutenção do Valor na Rede e salvar investimentos feitos

53 O IMS permite ao operador oferecer serviços diferenciados e controlados pela rede, garantindo a proteção do valor do investimento feito Manutenção do Valor da Rede Criação de Serviços e Novos Serviços Auto Aprovisionamento Portal de Serviços Tarifação QoS IMS Controle Dados do Usuário Internet Controle de Sessão Controle de Acesso ao Serviço Internet Segurança e Privacidade Rede de Acesso Wi-Fi AP Multimedia Acesso Internet Rede de Transporte Rede de Acesso Wi-Fi AP Serviço de Transporte apenas!!! Rede de Acesso

54 IP Multimedia Subsystem Messaging Presence IM SSF BGCF SMS MMS I-CSCF IP Centrex SIP AS S-CSCF P-CSCF Conferência CSCF Call Session Control Function BGCF OSA PARLAY É o coração do IMS e é responsável por as seguintes OSS funções: HSS Proxy Interrogating Serving P-CSCF MGCF SBC MGCF SBC MGW/SGW SGSN/GGSN DSLAM LOCAL CMTS BSC BSC Access Router Wi-Fi AP Modem xdsl Access Point Bluetooth CTP CM GSM GPRS WiFi xdsl POTS CMTS

55 Call Session Control Function Rede Home/Visitada Rede Home P-CSCF I-CSCF S-CSCF Proxy-CSCF (P-CSCF) O primeiro elemento de contato dentro do IMS Interrogating-CSCF (I-CSCF) Na borda da rede IMS do operador Topology Hiding Inter-network Gateway (I-CSCF(THIG) Serving-CSCF (S-CSCF) Serviços de controle de Sessão para os UEs Registro

56 IP Multimedia Subsystem Messaging Presence SMS MMS IP Centrex Conferência IM SSF BGCF MGCF SIP AS MGCF Media Gateway Control Function I-CSCF S-CSCF É o elemento de controle da arquitetura IMS baseada no 3GPP que P-CSCF tem por objetivo servir de interface entre a rede legada baseada em circuito comutado RTPC e o SBC IMS. BGCF MGCF OSS OSA PARLAY HSS P-CSCF SBC MGW/SGW BSC SGSN/GGSN BSC Access Router Wi-Fi AP DSLAM IMS MGW Media Gateway Modem xdsl Access Point Bluetooth CTP LOCAL Provê o mapeamento da mídia e/ou funções de transcodificação entre um domínio de transporte IP e uma rede de comutação por circuito (troncos, loops, etc.). Ele pode também realizar conferências e enviar tons e anúncios. CMTS CM SGW ou SGF GSM GPRS WiFi xdsl POTS CMTS Signaling Gateway Provê a conversão de sinalização da rede legada para SIGTRAN

57 IP Multimedia Subsystem Messaging Presence SMS MMS IP Centrex Conferência IM SSF BGCF MGCF BGCF Breakout Gateway Control Function SIP AS É o elemento de rede da infra-estrutura IMS responsável por selecionar I-CSCFo MGCF (Media S-CSCFGateway Control Function) para interfuncionamento com o domínio PSTN/CS. BGCF interage primariamente com P-CSCF o S-CSCF, MGCF e peer BGCF (outras redes IMS) determinando o melhor roteamento de sessões saintes ao IMS para a PSTN. SBC BGCF MGCF OSS OSA PARLAY HSS P-CSCF SBC MGW/SGW SGSN/GGSN DSLAM LOCAL CMTS BSC BSC Access Router Wi-Fi AP Modem xdsl Access Point Bluetooth CTP CM GSM GPRS WiFi xdsl POTS CMTS

58 IP Multimedia Subsystem Messaging Presence SMS MMS IP Centrex Conferência IM SSF SIP AS OSA PARLAY OSS HSS I-CSCF S-CSCF BGCF P-CSCF BGCF P-CSCF MGCF SBC MGCF SBC MGW/SGW BSC SGSN/GGSN BSC Access Router Wi-Fi AP DSLAM HSS Home Subscriber Server Modem xdsl Access Point Bluetooth CTP LOCAL É o principal repositório de dados para todos os usuários do IMS. No TISPAN o HSS foi designado por outro nome, a saber, UPSF User Profile Server Function (ETSI TISPAN R1 TS ). Neste texto o USPF será sempre referenciado como HSS. GSM GPRS WiFi xdsl POTS CMTS CMTS CM

59 IP Multimedia Subsystem Messaging Presence SMS MMS IP Centrex Conferência IM SSF SIP AS OSA PARLAY OSS HSS I-CSCF S-CSCF BGCF MGCF MGW/SGW SGSN/GGSN P-CSCF OSA OCS Open Service Architecture Service Capability Server SBC BGCF MGCF Provê recursos padronizados e seguros para autenticação e autorização de aplicações de terceiros no domínio IMS. DSLAM LOCAL P-CSCF SBC CMTS BSC BSC Access Router Wi-Fi AP Modem xdsl Access Point Bluetooth CTP CM GSM GPRS WiFi xdsl POTS CMTS

60 IP Multimedia Subsystem Messaging Presence SMS MMS IP Centrex Conferência IM SSF SIP AS OSA PARLAY OSS HSS I-CSCF S-CSCF BGCF SIP AS SIP Application Server P-CSCF BGCF P-CSCF MGCF MGW/SGW SGSN/GGSN SBC MGCF Baseado no protocolo SIP responsável por oferecer serviços DSLAM multimídia de valor adicionado. LOCAL SBC CMTS BSC BSC Access Router Wi-Fi AP Modem xdsl Access Point Bluetooth CTP CM GSM GPRS WiFi xdsl POTS CMTS

61 IP Multimedia Subsystem Messaging Presence SMS MMS IP Centrex Conferência IM SSF SIP AS OSA PARLAY OSS HSS I-CSCF S-CSCF BGCF P-CSCF IM SSF BGCF P-CSCF MGCF MGW/SGW BSC SGSN/GGSN BSC Access Router Wi-Fi AP SBC É um servidor de aplicação especializado responsável por realizar a interface entre o domínio IMS e serviços tradicionais DSLAM de rede móvel baseados em plataformas SCP e arquitetura CAMEL. Modem xdsl MGCF Access Point Bluetooth CTP LOCAL SBC CMTS CM GSM GPRS WiFi xdsl POTS CMTS

62 Topologia para Rede 2G GSM Um BTS A-Bis BSC A MSC GMSC PLMN PSTN C/D C/D HLR/Auc

63 Topologia para Rede 2.5G GSM/GPRS Um BTS A-Bis BSC A MSC GMSC PLMN PSTN C/D C/D Gs/Gd HLR/Auc Gb Gr Gc Internet SGSN Gn GGSN Gi

64 Topologia para Rede 2G, 2.5G, 3G GERAN Um BTS BSC MSC Server GMSC Server A-Bis A IuCS C/D C/D Mc UTRAN Uu Gs/Gd Gb Gr HLR/Auc Gc MGW MGW NodeB Iub RNC IuPS SGSN Gn GGSN Gi Internet PLMN PSTN

65 Topologia para Rede 2G, 2.5G, 3G, 3.5G GERAN Um BTS BSC MSC Server GMSC Server A-Bis A IuCS C/D C/D Mc UTRAN/HSPA Uu Gs/Gd Gb Gr HSS Gc Cx MGW MGW NodeB Iub RNC IuPS SGSN Gn GGSN Gi Go Internet Mc MGW PLMN PSTN IMS

66 Topologia para Rede 2G, 2.5G, 3G, 3.5G, 4G GERAN Um BTS BSC MSC Server GMSC Server A-Bis A IuCS C/D C/D Mc UTRAN/HSPA Uu Gs/Gd Gb Gr HSS Gc Cx MGW MGW NodeB Iub RNC IuPS SGSN Gn S6/S7 GGSN Gi Go Internet Mc MGW PLMN PSTN LTE/EPS Gi Gq IMS ENodeB S1 AGW

67 Topologia para Rede 3.5G, 4G HSS HSPA Uu Gr Gc Cx Internet NodeB Iub RNC IuPS SGSN Gn GGSN Gi S6/S7 Go LTE/EPS Gi IMS Gq ENodeB S1 AGW

68 Evolução da Rede Fixa Acesso Local Trânsito Trânsito ELR N3 N2 N1 ER N3 N2 RTP C N3

69 Evolução da Rede Fixa Acesso Local Trânsito Trânsito ELR/ER N3 N2 N1 ER N3 N2 RTP C Modem N3 Banco de Modem Internet

70 Evolução da Rede Fixa Acesso Local Trânsito Trânsito ELR/ER N3 N2 N1 ER N3 N2 RTP C Modem DSLAM BRAS Internet

71 Evolução da Rede Fixa Acesso Local Trânsito Trânsito ELR/ER N3 N2 N1 N2 RTP C Voz MSAN AGCF HSS IMS MGCF Internet MGW Dados BRAS Modem

72 Evolução da Rede Fixa Metro Ethernet Metro Etherne t FTTx OLT Internet ONT BRAS HSS Par Metálico MSAN IMS Modem AGCF

73 IMS e a Rede Futura Habilitadores Preseça PTT LBS Outros Metro Ethernet WiMAX SOA Gateway ASNGW Access Point FTTx Metro Etherne t HS S IMS AS HSPA OLT Par Metálico ONT MSAN BRAS Internet SGSN/ GGSN RNC NodeB LTE/EPS Modem AGCF AGW ENodeB

74 Introdução ao UMTS

75 Visão Geral da Arquitetura do UMTS

76 Acesso Topologia para a Rede Móvel 2G e 3G CS Núcleo Serviço/Habilitadores OSS Um BTS A-Bis BSC A MSC Nc/Nb GMSC PLMN PSTN EIR Presença IuCS Mg E OMC C/D C/D SCP/FNR PTT Gs/Gd Cx/Dx HLR/AuC Gc Gr F IMS Go ISC AS ISC SMSC/MMS IM NMC Uu Node B RNC PS Gb Gd Internet Iub IuPS SGSN Gn GGSN Gi

77 Arquitetura do UMTS MSS (UE) UTRAN CN Uu NodeB RNC MSC GMSC PLMN PSTN Iub USIM Cu Iur IuCS Gs/Gd C/D C/D Mw HLR/Auc/HSS IMS ME IuPS Gr Gc Go Internet NodeB Iub RNC SGSN Gn GGSN Gi

78 Arquitetura do UMTS UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) Node B Semelhante à BTS é responsável pela transcepção do sinal na interface aérea para a rede núcleo RNC (Radio Network Controler ) Responsável por agregar os diversos Node-Bs na rede de acesso e servir de interface entre a rede de acesso e a rede núcleo Responsável pelo gerenciamento de recursos de rádio RRM CN (Core Network) Constituída pelos mesmos elementos do GSM/GPRS: MSC/GMSC SGSN/GGSN HLR/EIR/SMSC/SCP

79 User Equipment Mobile Station Subsystem (MSS) Mobile Equipment (ME): Terminal Equipment (TE) palm, fax ou mobile phone Terminal Adapter (TA) Interface entre o GSM s e o TE TE identities e Classmark: International Mobile Equipment ID (IMEI): Endereço do hardware com 48 bits definido pelo IEEE Revision level: Suporte ao GPRS: Classe do Terminal (A, B, C ou DTM) Suporte aos Bearer Services (Multi-RABs, RABs, HSDPA, HSUPA etc.) Suporte à Criptografia Suporte a múltiplas freqüências: dual-band, tri-band Suporte ao Short message Potência de RF

80 Mobile Station Subsystem (MSS) UMTS Subscriber Identity Module Subscriber e identificação do equipamento são elementos independentes, razão do grande sucesso do GSM, e agora UMTS, em relação aos sistemas americanos. International Mobile Subscriber ID(IMSI) Identificação única do usuário na rede GSM Definida na recomendação ITU-T E digit = 3 para Country Code, 3 para Mobile Network Code e 9 para Mobile ID. IMSI na BrT: 724 (Brasil) 16 (Brasil Telecom) e 9 dígitos adicionais Temporary Mobile Subscriber ID(TMSI) Identificação temporária por chamada para evitar o envio do IMSI na interface aérea Mobile Station ISDN number (MSISDN) Número real do usuário alcançado pela PSTN. Definido na recomendação ITU-T E.164

81 Rede Núcleo (Core Network CN) Executa funções de: Call setup, ativação de contexto pdp, paging, alocação de recursos, localização e registro, criptografia, interface com outras redes, Sessões de dados, SMS, controle de handoff, bilhetagem, sincronização, etc. É contituído pelos seguintes elementos de rede: MSC/ VLR, HLR/ AuC, EIR, SGSN, GGSN, SCP/FNR, SMSC HLR Home Location Register: Elemento de rede responsável pelo aprovisionamento, registro, qualificação, localização dos terminais móveis. Possui a base de dados permanente do usuário. Contém a lista de assinantes da rede pertencentes a uma ou mais MSC/SGSN Possui os dados permanentes do usuário como IMSI, MSISDN, restrição a roaming, serviços suplementares permitidos, e authentication key. Possui os dados temporário que consiste em MSRN, dados de criptografia, endereçco do VLR, endereço da MSC, endereço SGSN, restrição de roaming Na rede são poucos, e usualmente centralizados

82 Rede Núcleo (Core Network CN) VLR Visitor Location Register: Elemento de rede, normalmente co-locado na MSC, responsável por armazenar temporariamente os dados do usuário oriundos do HLR. AuC Authentication Center: Elemento de rede responsável pela autenticação do UE à rede GSM/GPRS, utiliza algoritmos baseados em troca de chave pública. Tipicamente é implementado no próprio HLR. A chave Ki é mantida no SIM e no AuC. Esta chave nunca é transmitida sobre o ar. EIR Equipment Identity Register Elemento de rede responsável por ser o repósito e verificação de terminais com fraude. Nele é mantido white list (terminais sem problemas), black list (terminais roubados), grey list (terminais com menores problemas). MSC Mobile Switch Center: Elemento de rede responsável pela interface do plano do usuário com os diversos elementos, comutação das chamadas de voz, participa na realização de serviços. É a central telefônica. Faz interface com a PSTN e PLMN.

83 Rede Núcleo (Core Network CN) SCP Service Control Point: Elemento de rede responsável por permitir uma interface entre a aplicação e a rede. É consultado pela MSC (SSP) para realização do serviço, onde a chamada básica é interrompida. FNR Flexible Numbering Register: Este elemento possui funcionalidade muito próxima ao HLR ou SCP. Ele é usado na portabilidade numérica. GMSC Gateway MSC Elemento de rede semelhante à MSC porém não possui usuários. Participa do processo de localização do usuário para chamadas de outra PLMN ou PTSN. SGSN Serving GPRS Support Node Semelhante à MSC/VLR, mas para o caso de dados, resposável pelo agregação, controle e gerenciamento de conexões de dados, como também, pela bilhetagem da interface aérea e localização dos terminais móveis GPRS/EDGE. Interage com o HLR solicitando a qualificação e atualização de localização dos terminais GPRS/EDGE. GGSN Gateway GPRS Support Node É o reteador de borda para rede GPRS servindo como interface para Internet e terminação das sessões GTPs e PDP Context. Também responsável pela geração de bilhetagem.

84 Operation and Support Subsystem (OSS) OSS consiste em duas entidades não totalmente especificadas no GSM: Operation and Maintenance Center (OMC) Network Management Center (NMC) Realizam o gerenciamento de: Alarmes, Falhas Performance Configuração Aquisição de dados de tráfego, Ativação e Desativação de funções Função única e centralizada para toda rede

85 Interfaces As interfaces e pontos de referência são primeiramente definidos na recomendação 3GPP TS Interface Um: É o ponto de referência entre o MS e a BTS. Baseado nas recomendações 3GPP TS Interface A: É o ponto de referência pela conexão do plano de controle (sinalização) entre o BSC e o a rede núcleo CS (MSC Server ou MSC) definido nas recomendações TS Interface Gb: É o ponto de referência pela conexão do plano de controle (sinalização) entre o BSC e o a rede núcleo PS (SGSN) definido nas recomendações TS Interface C/D: São os pontos de referência que suportam a comunicação entre o MSC/GMSC e o HLR. Baseado em MAP e CAMEL conforme 3GPP TS , Interface Gr: É o ponto de referência que suporta a comunicação entre o SGSN e o HLR. Baseado em MAP e CAMEL fase 2, 3 conforme 3GPP TS , Interface Gc: É o ponto de referência que suporta a comunicação entre o GGSN e o HLR. Baseado em MAP conforme 3GPP TS Interface gsmscp-msc Server: É o ponto de referência que suporta a comunicação entre o MSC/GMSC (gsmssp) e o gsmscp Interface Ge: É o ponto de referência que suporta a comunicação entre o SGSN e o gsmscf. Baseado em MAP e CAMEL fase 3 conforme 3GPP TS ,

86 Interfaces Interface Nc: É o ponto de referência que suporta a comunicação entre o MSC Server e outra (G) MSC Server para estabelecimento de chamada no domínio CS. Baseado em MAP conforme 3GPP TS e referências. Interface Nb: É o ponto de referência que suporta a comunicação entre MGWs. Interface E: É o ponto de referência que suporta a comunicação entre o MSC Server e outro MSC Server para processos de handover e SMS. Baseado em MAP conforme 3GPP TS e 3GPP TS Interfaces Gn (Gp): É o ponto de referência pela conexão do plano de controle (sinalização) entre o SGSN e GGSN de uma mesma PLMN e de outra PLMN definido em 3GPP TS ; Interfaces Gi: É o ponto de referência pela conexão do plano de controle e usuário entre o GGSN e a Internet. Interface F: É o ponto de referência entre o MSC e o EIR. Baseado em MAP 3GPP TS Interface Gf: É o ponto de referência pela conexão do plano de controle (sinalização) entre o EIR e o a rede núcleo PS (SGSN) definido em 3GPP TS Interface Gd: É o ponto de referência que suporta a comunicação entre o (SMS-) MSC Server e o SGSN para Short Message Services, definida em TS e TS Interface Gs: É o ponto de referência que suporta a comunicação entre o MSC Server e o SGSN para processos de page e localização do terminal móvel. Este ponto deverá ser baseado em MAP conforme 3GPP TS e referências.

87 Interfaces UMTS (3G) Interface Iub Interface entre o NodeB e o RNC, definida na recomendação 3GPP TS Plano do Usuário: ALCAP/FP Plano de Controle: NBAP Interface Iur Interface entre duas RNCs para prover o softhandover. Definida na recomendação 3GPP TS Plano de Controle: RSSAP Interface Iu Interface entre a rede de acesso UTRAN e a rede núcleo CN Duas interfaces distintas: Iu-CS Iu-PS Plano de Controle: RANAP Interface Uu Interface aérea do UMTS, definida nas recomendações 3GPP TS , entre outras.

88 Identificação do Usuário Mobile Station ISDN Number (MSISDN) É o número baseado na numeração da fixa que identfica o móvel para os processos de estabelecimento da chamada. Baseado na recomendação E.164, é composto pelo código do país, código de área e número do terminal. Mobile Subscriber Roaming Number (MSRN) É o número temporário devolvido à GMSC pelo HLR para as chamadas terminadas. Segue o mesmo esquema de endereçamento do MSISDN International Mobile Subscriber Identity (IMSI) É a identificação da rede da MS. É composto por três partes: Mobile Country Code (MCC), Mobile Network Code (MNC), e Mobile Subscriber Identification Number (MSIN). Este última parte é desegnado pela operadora. Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI) É um número temporário como alias do IMSI, e é usado sempre que possível para evitar a transição do IMSI na interface aérea. Local Mobile Station Identity (P-TMSI) Semelhante ao TMSI, porém usado na rede GPRS. International Mobile Equipment Indentity (IMEI) Número de 48 bits definido pelo IEEE

89 Serviço de Transporte de Informações no 3G

90 Comunicação Fim-a-Fim

91 Bearer Services Radio Access Bearer Service Provê serviço de transporte confiável de dados e sinalização entre o MT e CN com QoS adequado; Este serviço é baseado nas características da interface de rádio e mantido nas situações de mobilidade do MT; Dividido em Radio Bearer Services (RB Services) e Radio Access Bearer Services (RAB Services) Core Network Bearer Service Conecta o nó de borda do UMTS CN com o CN Gateway para uma rede externa; A regra deste serviço é controlar e utilizar o backbone para prover o serviço UMTS Bearer contratado; A rede PS poderá suportar diferentes bearer services para uma variedade de QoS.

92 Contexto dos Serviços de Transporte no UMTS Internet PLMN PSTN UE Uu Iu Protocolos UTRAN CN CN Non-Access Stratum Aplicações Connection Maganem. (CC, CS, SMS) Mobility Maganement (MM, GMM) CN GTW Access Stratum RRC (RBs, SRBs) RANAP Radio Access Bearer

93 Radio Access Bearer Um RAB é definido para existir entre o UE e o CN Poderão existir diversos tipos de RABs (dependendo do serviço requerido, QoS, etc.) É sempre o CN que controla o estabelecimento / modificação / desativação de um RAB A UTRAN pode vir a requisitar ao CN a desativação de um RAB (quando a interface aérea não mais poder suportar a manutenção do RAB) O CN designa um RAB Id para cada RAB estabelecido O mapeamento de RABs na interface Uu é uma função da UTRAN Os RABs possuem níveis de prioridade definidos pelo CN (função do serviço requerido, QoS, etc.)

94 Radio Access Bearer Dentro de um mesmo nível de prioridade, um RAB pode ter atendimento privilegiado (RAB classificado como "non pre-emptable") Dentro de um mesmo nível de prioridade, um RAB poderá ter que ceder seu lugar na fila ( RAB classificado como "pre-emptable") As funções de queuing e pre-emption são executadas pela UTRAN Quando a UTRAN recebe um pedido do CN para criar ou alterar um RAB, a situação do enlace rádio é analisada e o pedido poderá ser aceito ou não (Radio Resource Admission Control)

95 Domínios CS, PS e IMS Acesso Núcleo Serviço/Habilitadores OSS CS Um BTS A-Bis BSC A MSC Nc/Nb GMSC PLMN PSTN EIR Presença IuCS Mg E OMC C/D C/D SCP/FNR PTT Gs/Gd Cx/Dx HLR/AuC Gc Gr F IMS Go ISC AS ISC SMSC/MMS IM NMC Uu Node B RNC PS Gb Gd Internet Iub IuPS SGSN Gn GGSN Gi

96 Domínios CS, PS e IMS Domínio CS Circuit Switched Caracteriza-se pelos elementos, interfaces e funcionalidades de rede para prover os serviços de circuito comutado. Entre os serviços estão: Serviços comutados de voz (serviços suplementares, teleserviços) Serviços comutados de dados Serviços comutados e vídeo SMS Domínio PS Packet Switched Caracteriza-se pelos elementos, interfaces e funcionalidades de rede para prover os serviços comutados por pacote Entre os serviços estão: Serviços de transferência de dados MMS Compartilhamento de vídeo Presença Domínio IMS IP Multimedia Subsystem Caracteriza-se pelos elementos, interfaces e funcionalidades de rede para prover os serviços convergentes de voz, dados e multimídia Entre os serviços estão: Push-to-talk over Cellular Rich Communication Suite IP Centrex...

97 Domínio CS Plano de Controle Plano do Usuário

98 Domínio PS Plano de Controle Plano do Usuário

99 Interface Iu A interface Iu é aberta, caracterizando um ambiente multivendor As interfaces Iu de sinalização (Iu-CS e Iu-PS) devem utilizar o mesmo protocolo (RANAP - Radio Access Network Application Protocol) As interfaces Iu do Plano de Usuário (Iu-UP) devem ser independentes do CN (PS ou CS) A interface Iu deve suportar: Os procedimentos para o estabelecimento, manutenção e desativação de RABs (Radio Access Bearers) Os procedimentos para o serviço de Broadcast na célula A transferência de mensagens NAS entre o UE e o CN O acesso simultâneo do mesmo UE para múltiplos CNs

100 Interface Iu Iu-CS Iu-PS Radio Network Layer Control Plane RANAP User Plane Iu UP Protocol Layer Radio Network Layer Control Plane RANAP User Plane Iu UP Protocol Layer Transport Network Layer Transport User M3UA SCTP IP SCCP Network Plane MTP3b SSCF- NNI SSCOP AAL5 Transport Network Control Plane Q Q MTP3b SSCF- NNI SSCOP AAL5 FFS FFS**) IP Transport User AAL2 Network Plane RTP/ RTCP*) UDP/IP Transport Network Layer MTP3-B SSCF-NNI SSCOP Transport User AAL5 Network Plane SCCP M3UA SCTP IP M3UA SCTP IP Transport Network Control Plane Transport User GTP-U UDP IP AAL5 Network Plane GTP-U UDP IP Data Link ATM ATM Data Link ATM Data Link ATM Data Link ATM Data Link Physical Layer Physical Layer Physical Layer *) RTCP is optional **) depends on the interworking alternative selected (see [7])

101 Funções para o QoS no UMTS Service Manager Coordena as funções do plano de controle para estabelecimento, modificação e manutenção do serviço que é responsável. Provê as funções de gerência do plano do usuário com os atributos relevantes; Translation function Converte primitivas de serviços internos para o controle dos serviços UMTS Bearer e vários protocolos para interface com a rede externa; Admission/Capability control Mantém a informação sobre todos os recursos disponíveis de uma entidade de rede e os rcursos alocados no serviço UMTS Bearer. Determina para cada serviço UMTS bearer service a solicitação ou modificação dos recursos necessários; Subscription Control Verifica os direitos administrativos dos serviços UMTS Bearer para solicitar os atributos de QoS necessários;

102 Funções para o QoS no UMTS Application Function Rx Policy and Charging Rules Function Gx UE IP BS Manager Transl. Adm./Cap. Control UTRAN Adm./Cap. Control CN EDGE Adm./Cap. Control Subsc. r Control Gateway Adm./Cap. Control IP BS Manager Transl. Ext Netw. Ext Service Control UMTS BS Manager RAB Manager UMTS BS Manager UMTS BS Manager Radio BS Manager Radio Iu BS BS Manager Manager Iu BS Manager CN BS Manager CN BS Manager UTRA ph. BS M UTRA ph. BS M Iu NS Manager Iu NS Manager BB NS Manager BB NS Manager protocol interface service primitive interface

103 Arquitetura Simplificada para QoS na Rede UMTS UE Internet OCS/AF Gi Gy Rx RNC GTP-U IuPS-C GGSN Gn Gc Gx PCRF Sp Acesso 3G Acesso 2G (EDGE/GPRS) Gb BSC SGSN HLR/AuC/SPR Gr

104 Elementos e Funções do QoS Solução padrão (3GPP TS ), que define classes e priorização de serviços; Permite o controle por usuário e APN da prioridade e taxa; Com o QoS na RAN (Radio Access Network) é possível o uso mais eficiente e melhor remuneração dos recursos da rede QoS é definida como a habilidade da rede prover um serviço num nível assegurado de performance Perfil de QoS no HLR: Taxa Máxima, Mínicma, Prioridade Classe de Serviço etc, Perfil de QoS no HLR: Taxa Máxima, Mínicma, Prioridade Classe de Serviço etc, Uso efincielte do escalonador de serviço através de parâmetros da rede núcleo (STI, ARP, THP) Executa juntamente com a RAN as políticas do perfil do HLR Controle de roameiros HLR/AuC Gr PCRF Gx Execução políticas de QoS Tradução das Classes UMTS em IETF (DHCP) Aplicações NodeB Iub RNC IuPS Gn Gi SGSN GGSN Internet Radio Access Bearer CN Bearer UMTS Bearer (PDP Context & Perfil de QoS) External Bearer Aplicações e Serviços e IP Bearer

105 Classes de Tráfego no UMTS Conversational Class Usado para serviços isócronos de telefonia (voz) Preserva a relação temporal (variação) entre as entidades de informação do fluxo de dados; Padrão conversacional,: mantém baixo retardo; Streaming class Usado para serviços de distribuição de áudio e vídeo (streaming services) Preserva a relação temporal (variação) entre as entidades de informação do fluxo de dados; Interactive class Usado para serviços interativos entre máquinas, homem-máquina (web browsing); Garantia de padrão de resposta Prserva o conteúdo do payload; Background Para serviços do tipo datagrama, ou transações de arquivos onde requerem menor priorização ( s, SMSs); O tempo de entrega do conteúdo não é crítico; Prserva o conteúdo do payload;

106 Atributos do UMTS Bearer Services Traffic class 'conversational', 'streaming', 'interactive', 'background' Definição do tipo de aplicação no UMTS Bearer Service MBR (Maximum bitrate) Taxa máxima em kbps para o UMTS Bearer Service GBR (Guaranteed bitrate) Taxa mínima, ou garantida, em kbps para o UMTS Bearer Service Delivery order (y/n) Inica se o UMTS Bearer deve prover o SDU em sequencia ou não. Maximum SDU size (octets) Tamanho máximo do SDU. SDU format information (bits) Lista de tamanhos dos SDUs SDU error ratio Fração do SDU com erro. Residual bit error ratio Indica erros de bits não detetados nos SDUs. Delivery of erroneous SDUs (y/n/-) Indica se os SDUs detetados foram devem ser entregues ou descartados. Transfer delay (ms) Indica o retardo máixo de 95% da distribuição de retardo de todas as SDUs entregues Traffic handling priority Define a priorização de todas as SDUs pertentenctes a um dado UMTS Bearer em comparação com os demais.. Allocation/Retention Priority Especifica a importância de um dado UMTS Bearer para alocação e retenção em relação aos demais. Source statistics descriptor ( speech / unknown ) Especifica as característcas da fonte das SDUs submentidas. Signalling Indication (Yes/No) Indica a natureza de sinalização da SDU.

107 Parâmetro QoS Subscribed Quality of service IEI octet 1 Length of quality of service IE Octet Delay Reliability octet 3 spare class class Peak 0 Precedence octet 4 throughput spare class Mean octet 5 spare throughput Traffic Class Delivery order Delivery of erroneous Octet 6 SDU Maximum SDU size Octet 7 Maximum bit rate for uplink Octet 8 Maximum bit rate for downlink Octet 9 Residual BER SDU error ratio Octet 10 Transfer delay Traffic Handling Octet 11 priority Octet 12 Guaranteed bit rate for uplink Guaranteed bit rate for downlink Octet Signalling Source Statistics Descriptor Octet 14 spare Indication

108 Call Flow para Solicitação de QoS UE NodeB RNC SGSN HLR/Auc Acesso ao RACH PRACH CCCH Negociação de RB (DCH) através do NBAP Negociação do RAB pelo RRC Início do CC/CM Direct Transfer Estabelecimento do RAB (0) Attach Request Update GPRS Location Insert Subscriber Data [qos-subscribed] Insert Subscriber Data Ack Attach Accepted Update Location Ack

109 Call Flow para Solicitação de QoS UTRAN/GERAN Attach Request Attach Accepted Activate PDP Context Request SGSN Update GPRS Location Insert Subscriber Data HLR/AuC GGSN PCRF AAA/SPR [QoS Subscribed, Charing Characteristics] Insert Subscriber Data Ack Update Location Ack Create PDP Context Request AccessRequest [IMSI] [IMSI, QoS Subscribed, Charginng Characteristics] AccessAcceptRequest [PDP Address] Credit Control Request ProfileRequest ProfileResponse RadioAccessBearer Setup Activate PDP Context Response Create PDP Context Response Decisão de Regras PCC Credit Control Application [Políticas, QoS Negotiated] [TEID, PDP Address, Protocol Configuration Options, QoS Negotiated, Charging Id, Prohibit Payload Compression, APN Restriction, Cause, CGI/SAI/RAI change report required, BCM) ]

110 Visão Geral dos Protocolos no UMTS

111 UMTS: Pilha de Protocolos HLR/AuC SMSC SCP/FNR PLMN PSTN NodeB RNC MSC Apl. CM MM RRC RRC FP RANAP FP CM MM RANAP ISUP INAP MAP/CAP INAP MAP/CAP ISUP RLC MAC PHY RLC MAC PHY NBAP FP L2-L1 RLC MAC PHY NBAP FP L2-L1 AAL2 SAAL ATM L1 AAL2 SAAL ATM L1 TCAP SCCP MTP kbps TCAP SCCP MTP kbps Uu Iub IuCS B-F,N

112 Interface Uu: A interface aérea para o 3G PHY (Physical Layer) MAC (Media Access Control) RLC (Radio Link Control) PDCP (Packet Data Convergence Protocol) BMC (Broadcast/Multicast Protocol) RRC (Radio Resource Control) MM (Mobility Management) CM (Connection Management) GMM (GPRS Mobility Management) SM (Session Management)

113 Domínio CS N3 N. Superiores & Aplicação RRC Sin. COMUTAÇÃO DE CIRCUITOS Dados Usuário Radio Bearers Relay Sin. RRC Iu UP L4 Relay Iu Nb UP RTP UDP L4 N2 N1 RLC MAC PHY BMC BMC Logical Chs. Transport Chs. Physical Chs. RLC MAC PHY L3 L2 L1 L3 L2 L1 IP L2 L1 UE UTRAN (RNC) CN(MGW)

114 Domínio PS APLICAÇÃO COMUTAÇÃO DE PACOTES RTP RTCP N3 RRC Sin. UDP IP Dados Usuário Radio Bearers Relay Sin. RRC Iu UP L4 túnel Iu UP L4 Relay Gn RTP UDP PDCP BMC BMC PDCP L3 L3 IP N2 N1 RLC MAC PHY Logical Chs. Transport Chs. Physical Chs. RLC MAC PHY L2 L1 L2 L1 L2 L1 UE UTRAN (RNC) CN(SGSN)

115 Interface Uu RRC (Radio Resource Control) Efetua broadcast de mensagens provenientes do CN (Core Network) para os UEs Estabelece e mantém uma "conexão RRC" com o UE (primeira conexão de sinalização do UE) Estabelece e reconfigura (a pedido dos níveis altos) os radio bearers (RBs) para o UP (User Plane) Pode efetuar Paging para um grupo de UEs Efetua controle de garantia de oferta de QoS para os RBs ativados Em última instância, o RRC controla a alocação de recursos para o UE O RRC usa as medidas efetuadas pelos níveis inferiores para determinar quais recursos estão ainda disponíveis PDCP (Packet Data Convergence Protocol) Compressão e Descompressão de cabeçalhos de pacotes (TCP/IP e RTP/UDP/IP) BMC (Broadcast/Multicast Protocol) Provê um serviço de Broadcast/Multicast de pacotes de usuário nos canais de uso comum e no modo sem reconhecimento No lado UTRAN, calcula o nível de taxa requerido para a transmissão da informação que chega do lado CN (Core Network) e solicita ao RRC os recursos necessários (em termos das taxas dos canais de uso comum - CTCH ou FACH)

116 Interface Uu RLC (Radio Link Control) Segmentation and Reassembly: Permite adequar o tamanho de PDUs recebidas com o tamanho de PDUs RLC definidas por TFs (Transport Formats) Correção de Erro: Provê correção de êrros através da retransmissão ( Selective Repeat, Go back N e Stop-and-Wait ARQ) no modo com reconhecimento Entrega em sequência das PDUs recebidas dos níveis superiores Detecção de PDUs recebidas com duplicação Controle de Fluxo: O RLC controla o nível de transmissão do RLC parceiro MAC (Media Access Control) Faz o mapeamento entre os canais lógicos e os canais de transporte Seleciona o Transform Format (TF) mais apropriado para cada canal de transporte, dependendo da taxa instantânea da fonte. O TF é escolhido dentre uma coleção (TFCS- Transport Format Combination Set) de valores recebidos do RRC Efetua prioridade entre os fluxos de dados de um mesmo UE (com base nos valores de TFCS admissíveis) Efetua prioridade entre UEs, nos canais de uso dedicado e compartilhado Identifica os UEs nos canais de uso comum Efetua mux/demux de canais de uso comum e dedicados Mede volume de tráfego (e informa ao RRC) Interface PHY (Physical) Responsável pela trascepção do canal digital no canal analógico através da tecnologia de modulação CDMA.

117 Interface Iu Radio Access Network Application Part (RANAP) Comparável ao BSSAP para o GSM Prpvê a sinalização de serviço entre a UTRAN e CN Os serviços providos pelo RANAP são subdivididos nos três grupos: General control services (Iu). Notification services (UEs). Dedicated control services (UE) O tranporte de sinalização provê dois modos diferentes no RANAP: Connection-oriented data-transfer service. Connectionless data-transfer service.

118 Interface Iu Funções do Radio Access Network Application Part (RANAP) Relocating serving RNC. Overall RAB management: Queuing the setup of RAB, Requesting RAB release. Requesting the release of all Iu resources, Controlling overload in the Iu interface, Resetting the Iu. SRNS context forwarding function. Sending the UE common ID (permanent NAS UE identity) to the RNC. Paging the user. Controlling the tracing of the UE activity. Transport of NAS information between the UE and CN Controlling the security mode in the UTRAN. Controlling location reporting and Location reporting. Data volume reporting. Reporting general error situations.

119 Camada 3 Definido na Recomendação 3GPP TS Radio Resource Management (RR) Necessário para gerenciar os canais lógicos e canais físicos na interface aérea. Dependendo do tipo da mensagem, ela pode ser executada pelo MS, na BSS, ou mesmo na MSC O envolvimento da UTRAN distingue o RR do MM e CC Mobility Management (MM) Responsável por gerenciar a mobilidade Usa os canais que o RR provê, para o transporte transparente de mensagem entre a MS e o NSS. MM é uma camada superior ao RR Exceto em alguns casos, a BSS não processa as mensagens do MM. Call Management (CM) Usa os canais providos pelo RR para troca de informações CC é uma aplicação real que provê uma interface com a ISDN

120 Radio Resource Management (RR) Sync Channel Information Mensagem DL sobre o SCH Transporta as informações da identificação da BS e o número do quadro para sincronização System Information Mensagem DL no BCCH. Contém o LAI, número de canais físicos na informação de sinalização, parâmetros do RACH, portadoras ativas nas células vizinhas Channel request. Paging request. Immediate Assignment Mensagem DL no AGCH. Para associar um SDCCH a MS para call set up. Handover command Ciphering mode Ao todo são 22 mensagens

121 Camada 3: Outros Protocolos MM (Mobility Management): Camada de Rede (3) responsável pelo registro, paging, attachment/detachment, handover, alocação e gerenciamento dinâmico dos canais CM (Connection Management): Camada de Rede (3) respnsável por funções associadas ao controle de chamada, SMS, e gerenciamento de serviço

122 Visão Geral da Interface PHY

123 UMTS: Camada Física Codificação Interleaving Criptografia Modulação Interface Aérea Decodificação Deinterleaving Decriptografia Demodulação Criptografia Codificação Interleaving Modulação NodeB Decriptografia Decodificação Deinterleaving Demodulação

124 Visão Geral do CDMA

125 UMTS: Camada Física Codificação Interleaving Criptografia Modulação Interface Aérea Decodificação Deinterleaving Decriptografia Demodulação Criptografia Codificação Interleaving Modulação NodeB Decriptografia Decodificação Deinterleaving Demodulação

126 Sistema de Comunicação Canal Discreto Canal Contínuo DMS m(t) Codificador x ( t) = x Modulador X (t) [ x( )] y ( t) = h t Canal Dest. mˆ ( t) Decodificador y ( t) = y Demodulador Y (t)

127 Esquemas de Modulação Modulação x ( t) = x X ( t) = A( t) cos( ω t + ϕ( t) ) Amplitude Fase BPSK Binary Phase Shift Keying 1 bit per symbol QPSK Quadrature Phase Shift Keying 2 bits per symbol 8-PSK 8 Bit - Phase Shif Keying 3 Bits per symbol 16 QAM 16 Quadrature Amplitude Modulation 4 bits per symbol M-ary QAM M-ary Quadrature Amplitude Modulation log2m bits per symbol

128 Codificação m(t) Codificação x ( t) = x Técnicas de Representação (ou Transformações) da Informação de um domínio para fins e objetivos específicos Correção de Erro Códigos Cíclicos ou em blocos Códigos de Hamming BCH Reed -Solomom Compactação/Compressão Codificadores por Entropia Lempel-Ziv Criptografia Diffie-Helmman Rijndael Advanced Encryption Standard (AES) Data Encryption Standard (DES) RSA

129 Mudulação em Quadratura QPSK Quadrature Phase Shift Keying Q k π/4-qpsk I k DQPSK Differential Quadrature Phase Shift Keying Q k 16-QAM M-ary QAM M-ary Quadrature Amplitude Modulation I k

130 Técnicas de Múltiplo Acesso Suresh Goyal & Rich Howard

131 Técnicas de Múltiplo Acesso tempo Frequency Division Multiple Access Canal 1 Canal 2 M Canal N freqüência tempo Time Division Multiple Access Canal N M Canal 2 Canal 1 freqüência Code Division Multiple Access Canais (Códigos) C 3 Potência C 2 C 3 f C 1 C 2 C 1 freqüência f tempo

132 Frequency Division Duplex & Time Division Duplex Frequency Division Duplex Transmissão Recepção Divisão de Freqüência Freqüência Time Division Duplex Transmissão Recepção Divisão de Tempo Tempo

133 Máscara da Portadora WCDMA Potência f N ~3,84 MHz 5 MHz

134 CDMA: Visão Geral Capacidade de Múltiplo Acesso Como todos os usuários possuem códigos diferentes, que não são idealmente muito correlacionados, diversos usuários podem coexistir na mesma freqüência e banda. Correlacionando ou desespalhando o sinal composto com o código do usuário sinal desejado o sinal deste usuário pode ser obtido. Proteção contra Multi-Percurso: Um CDMA sinal de espectro espalhado (spreadspectrum) signal pode resistir à interferência de multi-percurso se os códigos tiverem uma boa propriedade de auto-correlação.. Privacidade: Um intruso não pode recuperar o sinal original sem conhecer o código de espalhamento. Resistência a ruidos de faixa estreita : Todo sinal de faixa larga é resistente a interferências de faixa estreita. Soft degradation é incrementada com o número de usuários Soft-handoffs Baixo consumo de potência (6-7mW)

135 Conceito do CDMA x1( t) = m1 ( t) c1 ( t) { 1,1 } { 0,1} c( t) m ( t) m ( t ) 1 Coder Mod. mˆ 1 k 1 Chip Sequence Pseudo Noise ( t) = m ( t) 1 [ c ( t) ] mk ( t) c1 ( t) ck ( t) + 1 n (t) n( t) c ( t 1 ) Decoder k Chan. Demod. m ( t) c ( t) n( t) k k +

136 Chip Sequence + clock M c ( t 0 ) É gerado através de uma seqüência de retardo conforme descrito na figura acima. Neste exemplo está uma seqüência M-ária. Também chamada de Pseudo Noise O possui a mesma taxa que do chip sequence A correlação entre dois chip sequence defasados no tempo é bastante baixa. Na teoria (M valor de grande) é zero: c0( τ a) c0( τ t) dt 0

137 Auto-correlação de um Chip Sequence 15 ário Σ=-1 S(t) S(t)*S(t)=15 S(t-Tc) S(t)*S(t-Tc)= -1 S(t-2Tc) S(t)*S(t-2Tc)= =-1 S(t-3Tc) S(t)*S(t-3Tc) =-1

138 Ganho de Processamento Representação de 1 bit. Cada bit possui 15 períodos de Tc c t) m ( ) c ( t) m ( t) 1( 1 t N N c ( t 1 ) m ( t 1 ) c 1 ( t) c1 ( t) m1 ( t) 15 c ( t) ( c 1 + c N ( t) m ( t) m ( t)) = ( t) +... ( c1( t) c1( t) ) m1 ( t) + + ( c ( t) c ( t) ) m ( t) 1 1 N N 1 N G p = 15 R c1 ( t) G p 0 = 15 G ( db) = 10 log15 p Ganho de Processamento 15bits / s G p = = 1bit / s G p Rate = 10log Rate ChipRate MessageRate [ c1( t) ] [ m ( t) ] 1 (db)

139 Auto-correlação de um Chip Sequence 15 ário 15

140 Ganho de Processamento Capacidade do Sistema T t 1 bit G p W f Eb v N 0 M ( 1+ f ) M Potência f M = G p E N b 0 1 [ v(1 + f )] v = 1-p q p + q On p q Off 1-q

141 Dk Z -1 Z -1 + Código Convolucional + X 2k X 2k+1 M U X X2k,X2k

142 Código Convolucional

143 Handoff: HHO & SHO Soft (softer) handoff é a técnica na qual a estação móvel em transição entre uma célula e sua vizinha, transmite e recebe o mesmo sinal de ambas as estações rádio base simultaneamente.

144 Efeito Near-Far e Controle de Potência Rx MS1 Tx1 MS2 Tx2 MS3 Tx3 Sem controle de potência: Tx1=Tx2=Tx3 Rx1<Rx2<Rx3 Com controle de Potência: Tx1>Tx2>Tx3 Rx1=Rx2=Rx3

145 Rake Receiver

146 Modulação Adaptativa 0 BPSK 1 Q 1 Símbolo k π/4-qpsk I k 16 QAM 64 QAM QPSK BPSK 0010 Q k QAM SNR = 22 db SNR = 16 db SNR = 9 db I k SNR = 6 db

147 Visão Geral da Interface PHY

148 Uso dos Códigos... CH A CH B CH A CH B... Scrambling Codes: Utilizados para diferenciar as estações rádio base e os terminais móveis. Channalization Codes: Utilizados para diferenciar os canais na comunicação entre MS e a UTRAN

149 Codificação no UMTS: Scrambling Codes Down Link Códigos Pseudo noise utilizados para identificação da célula Gerado com shift register de comprimento 18 ( 218-1= códigos podem ser gerados) Os primeiros 8192 códigos do conjunto de códigos são exclusivamente usados no DL Eles são organizados nos seguintes grupos hierárquicos: 512 Scrambling Codes Primários Scrambling Codes Secundários Up Link Dois tipos diferentes de scrambling codes são gerados: Códigos Longos criados a partir de uma seqüência Gold (comprimento de chips) Códigos curtos gerados a partir de seqüência quaternária de pseudo-noise (256 chips são periodicamente repetidos para obter a comprimento de quadro) Para os canais comuns apenas os códigos longos são utilizados Para os canais dedicados ambos: códigos longos e curtos são gerados

150 Codificação no UMTS: Channalization Codes Down Link Baseado em códigos de Walsh-Hadamard: Códigos orthogonal variable spreading factor (OVSF) SF (Spread factor) para transmissão DL no modo FDD = {4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512} Up Link: Baseado em códigos de Walsh-Hadamard: Códigos orthogonal variable spreading factor (OVSF) SF (Spread factor) para transmissão UL no modo FDD = {4, 8, 16, 32, 64, 128, 256} Excelente propriedades de ortogonalidade: Correlação em cada par distinto=0 Os códigos ortogonais são excelentes para seperação de canais, onde a sincronização entre diferentes canais podem ser garantidas, e.g., DL canais sobre uma célula, UL canais sobre um dado usuário; UL sinais de diferentes usuários não são sincronizados Códigos ortogonais possuem a propriedade de baixa autocorrelação e assim não servem para ambientes assíncronos

151 Gerador de Scrambling Code no DL

152 Orthogonal Variable Spreading Factor Codes [ ] 1 = C n C [ ] + n 2 = C C C n ; 2 2 C n+ 1 n ; 2 n 2 2 SF=1 [1] SF=2 [1,1]; [1,-1] SF=4 [1,1,1,1]; [1,1,-1,-1]; [1,-1, 1,-1]; [1,-1,-1,1] SF=8 [1,1,1,1,1,1,1,1]; [1,1,1,1,-1,-1,-1,-1];... SF=16 [1,1,1,1,1,1,1,1, 1,1,1,1,1,1,1,1];... SF=32 SF=64 SF= SF=256 [1,1,1,1,1,1,1,1, 1,1,1,1,1,1,1,1,...

153 Taxa vs Comprimento do Códido Taxa da Informação Codif. Taxa Constante de 3.84 M symbols/s Suponha: Serviço HSDPA (SF=16) FEC=3/4 Modulação 16 QAM => 4 bits por símbolo 10 Códigos Código com SF dado Taxa da Informação 3.84 MSps : SF A Taxa é: Taxa = ( 3.84MSps :16) (4bits / S) 3/ 4 10 Taxa = 7. 2Mbps

154 Codificação no UMTS C 2n = [C n ; C n ] C 2n = [C n ; - C n ] Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) Comprimento e Número SF=1 SF=2 SF=4 SF=8 SF=16 SF=32 SF=64 SF=128 SF=256 Taxa e Utilização Taxa da Informação Codif. Taxa Constante de 3.84 M symbols/s SF Utilização Taxa no DL Serviço ksps Não usado ksps HSUPA 4 25,00% 960 ksps HSUPA 8 12,50% 480 ksps PS ,25% 240 ksps HSDPA, PS ,13% 120 ksps PS 64, CS 64 (Vídeo) 64 1,56% 60 ksps Não usado 128 0,78% 30 ksps AMR 12.2 kbps (Voz) 256 0,39% 15 ksps Canais de Controle e Broadcast Código com SF dado Taxa da Informação 3.84 MSps : SF

155 Canais no UMTS Canais Lógicos Semelhantes aos canais no GSM, definem que tipo de dados é transportado e serviços oferecidos à camada MAC. Estes canais são utilizados pelas camadas acima da MAC. Transport channels Definem como e que tio de características os dados são transferidos pela camada física. Estes canais são utilizados entre as camadas MAC e PHY. O canal de transporte é um novo conceito em relação ao GSM. Physical channels Definem as carcateríscas físicas dos canais de rádio. São canais utilizados abaixo na camada PHY, ou seja, na interface rádio.

156 Canais no UMTS Canais de Broadcast Canais de Controle Canais de Tráfego RRC BCCH PCCH CCCH DCCH CTCH DTCH DTCH Canais Lógicos RLC BCH PCH FACH RACH DCH HS-DSCH Canais de Transporte MAC PCCPCH SCCPCH PRACH DPDCH HS-PDSCH SCH PICH AICH DPCCH HS-SCCH HS-DPCCH CPICH Canais Físicos PHY

157 Canais Lógicos CANAIS DE CONTROLE BCCH (Broadcast Control Channel): Para broadcast de informação de controle PCCH (Paging Control Channel): Para busca de UEs CCCH (Common Control Channel): Para UEs que estão usando canais de uso comum DCCH (Dedicated Control Channel): Para o controle de canais dedicados. É estabelecido na ocasião da conexão inicial com o RRC CANAIS DE TRÁFEGO DTCH (Dedicated Traffic Channel): Para transmissão de informação de usuário (dedicado a um UE) CTCH (Common Traffic Channel): Uso compartilhado

158 Canais de Transporte CANAIS DE USO COMUM RACH (Random Access Channel): Transporta níveis limitados de informação. Controle de potência tipo lento FACH (Foward Access Channel): Possibilidade de uso de controle de potência (lento). Permite mudanças rápidas de taxa (cada 10ms). Não tem controle de potência tipo "inner loop" BCH (Broadcast Channel): Taxa baixa e fixa. Cobertura obrigatória em toda a célula PCH (Paging Channel): Associado com um sinal (Page Indicator) para oferecer "sleep mode" ao UE. Oferecido em broadcast para toda a área da célula DSCH (Downlink Shared Channel): Possibilita o uso de controle de potência tipo rápido. Pode ser usado em broadcast para toda a célula. Sempre é utilizado associado a um canal de transporte de tráfego dedicado (DCH), em uplink CPCH (Common Packet Channel): Controle de potência tipo rápido. Proporciona mudança rápida de taxa. HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel): Pode ser usado em broadcast para toda a célula. CANAIS DE USO DEDICADO DCH (Dedicated Channel): Possibilita mudança rápida de taxa (10ms). Controle de potência tipo rápido Canais DCH podem ser associados (CCTrCH - Coded Composite Transport Channel)

159 Canais Físicos Physical Channels for Data Transport PRACH (Physical Random Access Channel): É usado primordialmente para sinalização (registro de UE ao se ligar o equipamento, p.e.), porém também pode ser usado para transmissão de dados em baixas taxas, de forma não contínua. Não inclui controle de potência PCPCH (Physical Common Packet Channel): Ao contrário do PRACH, permite o envio de vários quadros de uma só vez. Utiliza controle de potência no modo rápido PDSCH (Physical Downlink Shared Channel): É uma solução para a transmissão, de forma compartilhada, para aplicações que requerem altas taxas com pequeno ciclo de atividade (economiza códigos) Physical Channels for Signaling CPICH (Common Pilot Channel): Usado pelo UE para fins de handover. Aumentando-se a potência do CPICH aumenta-se o número de usuários na célula, e vice-versa. Utiliza SF=256 SCH (Synchronization Channel): Permite que o UE obtenha a sincronização de quadro e slot Primary CCPCH (Common Control Physical Channel): Carrega informação de BCH (Broadcast Transport Channel). Possui taxa fixa e deve ser escutado por todos os terminais da célula Secondary CCPCH: Carrega o FACH e o PCH AICH (Acquisition Information Channel): Traz a indicação se o UE foi bem sucedido no acesso do RACH para envio de dados (uso compartilhado) PICH (Paging Indicator Channel): Provê "sleep" para UEs

160 Canais Físicos DPDCH (Dedicated Physical Data Channel): Possui taxa variável (intervalo de 10ms) Uplink: A informação da taxa vai em canal associado (DPCCH). O SF (Spreading Factor) varia de 4 a 256. Usa modulação BPSK Downlink: A informação da taxa vai em canal associado (DPCCH). O SF varia de 4 a 512. Usa modulação QPSK Uplink SF Taxa do DPDCH Taxa de Inf (cód. 1/2) Kbps 7,5Kbps Kbps 15Kbps 64 60Kbs 30Kbps Kbps 60Kbps Kbps 120Kbps 8 480Kbps 240Kbps 4 960Kbps 480Kbps (*) 5740Kbps 2,3Mbps (*) SF=4 com 6 canais em paralelo Downlink SF Taxa do DPDCH Taxa de Inf (cód. 1/2) Kbps 1-3 Kbps Kbps 6-12 Kbps Kbps Kbps Kbs 45Kbps Kbps 105Kbps Kbps 215Kbps 8 960Kbps 456Kbps Kbps 936Kbps (*) 5760Kbps 2,3Mbps (*) SF=4 com 3 canais em paralelo

161 Transport Block Transport Block (TB): É a unidade básica de transporte de informação Transport Block Set (TBS): É o conjunto de TBs trocados entre MAC e L1 na mesma instância de tempo (TTI), usando o mesmo canal de transporte Transport Block Size: É o número de bits de um TB. Todos os TBs de um TBS tem o mesmo tamanho Transport Block Set Size: É o número de bits de um TBS Transmission Time Interval (TTI): É um múltiplo de 10ms (Radio Frame) TB TB TB TB TB TB TTI TTI TTI TBS

162 Transport Block Transport Format (TF): É o formato definido para o transporte de um TBS em um TTI no mesmo canal. Possui duas partes: Parte Dinâmica: Transport Block Size, Transport Block Set Size Parte Semi-Estática: TTI, Esquema de Proteção (turbo code, convolutional code, no coding, etc.), static rate matching parameter (srmp), tamanho do CRC Exemplo: {320,640} {10ms, conv.code, srmp=1} Transport Format Set (TFS): É o conjunto de TFs possíveis associados a um canal (definidos para cada TTI) A parte semi-estática não varia A variação da parte dinâmica permite troca de taxa por TTI Ex: Parte Dinâmica: {20,20} ; {40,40} ; {80,80} ; {160,160} Parte Semi-Estática: {10ms, no coding, srmp=2} Transport Format Indicator (TFI): É um label que identifica um determinado formato de um TFS Transport Format Combination (TFC): O nível Físico é capaz de multiplexar vários canais de transporte, cada um com o seu TFS. Entretanto, para o sinal multiplexado, somente um subconjunto destes diversos TFS será aplicável. Um elemento deste subconjunto será denominado de TFC. Ex.: DCH1: {20,20} {10ms, no coding, srmp=2} DCH2: {320,1280} {10ms, conv. code, srmp=3} DCH3: {320,320} {40ms, conv. code, srmp=1} Transport Format Combination Indicator (TFCI): É um label que representa o TFC corrente

163 Transport Block Na transmissão, o MAC informa ao L1 o TFI de cada TBS enviado em cada canal. O L1 então monta o TFCI correspondente aos diversos canais de transporte em paralelo, processa os TBs e os envia juntamente com o valor do TFCI. Dessa forma, o receptor terá condições de decodificar adequadamente a informação e repassar ao MAC os diversos canais de transporte então identificados TFI DCH1 TB TB TFI DCH2 TB TB TFI DCH1 TB TB TFI DCH2 TB TB TFCI Coding & Mux TFCI Decod & Demux Phy.Cont. TX Phy.Data Phy.Cont. RX Phy.Data

164 Canais Físicos ESTRUTURA PARA O CANAL DEDICADO UPLINK DPDCH DPCCH DADOS Pilot TFI FBI TPC slot Uplink DCH 10ms ESTRUTURA PARA O CANAL DEDICADO DOWNLINK Downlink DCH DPCCH DPDCH DPCCH DPDCH DPCCH TFI Dados TPC Dados Pilot TPC: Transmit Power Control

165 Conceitos sobre Canais DTCH MAC DCH-A DCH-B DCH-C TB TB TB TFI TB. TB TB. TB TB. TB Transport Block Set TTI Coded Composit Transport Channel (CCTrCH) TFCI Dados TPC Dados Pilot DPCCH chips Radio Frame (10 ms)

166 Trasport Format Conceitos sobre Canais Semistatic Part: DTCH Transmission time interval (TTI): 10ms, 20ms, 40ms or 80ms; Type of MAC error protection scheme; Size of the CRC; Static rate matching parameter. DCH-A DCH-B DCH-C TFI TBDynamic Part: TB TB Transport block size; TB TB TB Transport Transport block set size. Block Set... TBExample: TB TB Semistatic TTI part: {10 ms, turbo coding, static rate matching parameter = 1} Coded Dynamic Composit parts: Transport {40 bits, Channel 40 bits}; {40 bits, 80 (CCTrCH) bits}; {40 bits, 120 bits} TFCI Dados TPC Dados Pilot DPCCH chips Radio Frame (10 ms)

167 Radio Access Bearer (RAB) Channel DCHs TBs Um canal possui de 0 a 12 DCHs (Dedicated transport Channel) e cada um dos possíveis DCHs podem ter de 0 a 65 TBs (Transport Block) com comprimentos variáveis ( bits). O setup para cada DCH é controlado pelo Transport Format Indicator (TFI). Ele especifica quantos TBs existirão e os correspondentes tamanhos. Cada possível número TFI tem uma configuração diferente para cada DCH, e desde existe somente uma entrada de TFI para cada DCH, significa que todos os TBs possuem um mesmo tamanho num DCH. RAB 0-8 DTCHs 1-11 DCHs 1-65 TBs Bits 1 DTCH 1 DCH 1 TB Bits Um RAB, ou Radio Access Bearer, é uma coleção de dois tipos de canais. Estes canais são DTCH (Dedicated Transport Channel) e DCCH (Dedicated Control Channel). Para cada canal somente uma limitada parte das possíveis combinações de DCH e TB são usadas. Todos os DTCH e DCCH num RAB são identificados por um único conjunto de endereços ATM (VPI, VCI, CID) para distição entre eles.

168 Funções da Rede de Acesso

169 RRM (Radio Resource Management) Resposável pela utilização na interface aérea Necessário para garantir QoS e manter o plano de cobertura e oferecer maior capacidade Responsável Gerenciamento de tráfego: Network Based function (Cell Resource Management) Load Control (LC): Assegurar que o sistema não fique em sobrecarga e mantenha estável Admission Control (AC): Adimitir ou rejeitar solicitações de Radio Access Bearer (RAB) Packet Scheduler (PS): Assegurar a disponibilidade da interface aérea e selecionar o Canal de Transporte para os dados em pacotes Resource Manager (RM): Gerenciamento de cóidgos: Channelisation code e Scrambling code Connection Based function Power Control (PC): Manter a mínimo nível de interferência e assegurar QoS Handover Control (HC): Ações sobre Handover

170 Admission Control (AC) Verifica que ao admitir novo usuário não sacrificará a cobertura e qualidade das conexões existentes Determina se se (ou não) um novo RAB (RT) pode ser admitido Com o PS decidir se um RAB (NRT) pode ser admitido (PS gerencia todas as conexões NRT) Gerencia: Níveis (target) para Eb/No e BLER para UL/DL Controle de SIR target para outer loop power control Potência inicial para transmissão do DL Parâmetros RLC, transmission mode Parâmetros o Transport Channel (TrCH) parameters, e.g. TFS Provê os parâmetros RLC para os usuários PS NRT: Bearer class Traffic handling priority Transport Formats MS capabilities

171 Load Control (LC) Otimiza a capacidade da célula e previne condições de sobre carga Consiste: Admission Control (AC) and Packet Scheduler (PS) algorithms, Load Control (LC), Que atualiza o status de carga na célula baseada nas medições de recursos e estimativas oriundas do AC e PS. É dividia em Preventivo (e.g. congestion) Controle de Sobre carga (e.g. derrunbando sessões nos casos de sobre carga)

172 Packet Scheduler (PS) Aloca a capacidade disponível após RT para conexões NRT Nas situações de sobre-carga a taxa de NRT são decrescidas Seleciona os tipoos de canais alocados (comum ou didicado) Interage com AC e LC para obter informações atualizadas Alocação de capacidade baseado em best effort RT possui maior prioridade Responsável pela administração de recursos de rádio para RABs UL e DL NRT

173 Resource Manager (RM) Resposável pela gerência dos recursos de rádio lógicos (canais) Coopera com AC e PS Na solicitação de recursos, do AC(RT) o PS(NRT), RM aloca: DL spreading code UL scrambling code

174 Funções no RRC (Estados da Conexão) O UE pode apresentar-se em dois estados (modos): Idle: Apesar de estar ligado, não possui conexão Connected: Possui alguma conexão com a RRC. Neste caso é atribuído ao UE o RNTI (Radio Network Temporary Identity) que será utilizado pela UTRAN para referenciar o UE Cell DCH Cell PCH I D L E Cell FACH URA PCH

175 Funções no RRC (Estados da Conexão) Idle Mode: Após o UE ter sido ligado, ele irá escolher (manual ou automaticamente) uma PLMN. O UE irá, então, selecionar uma célula desta PLMN, a partir de informações recebidas do BCH ("camping") O UE ficará no modo Idle até que estabeleça uma conexão RRC Cell_DCH: Um canal dedicado é alocado ao UE Cell_FACH: São utilizados canais RACH e FACH Cell_PCH: O UE é capaz de monitorar o canal PCH da célula. URA_PCH: O UE monitora o canal PCH e percebe quando há modificação na URA (UMTS Registration Area). Uma URA pode abranger várias células. Nestes dois últimos estados, o consumo de bateria é muito baixo

176 Funções da Rede de Acesso e Núcleo

177 Mobile Management Realocação do TMSI Autenticação (GSM, GPRS) Attach e Detach do IMSI Location Updating GPRS attach e detach GPRS Routing Area Updating

178 SUB-CAMADA MM (MM/GMM) A função principal da sub-camada MM é suportar a mobilidade dos UEs, informando a rede as suas localizações atuais com confidencialidade dos usuários Uma função adicional é atender a sub-camada superior (CM) na prestação de serviços A operação do MM pressupõe que já existem canais ativados (modo conectado) entre o UE e a UTRAN. Em caso contrário, a MM solicita à RRC a ativação A operação do GMM somente poderá ser realizada se já existir um canal PS de sinalização ativado entre o UE e a rede. Em caso contrário, o GMM deverá providenciar a conexão PS de sinalização

179 Connection Management Mobile Initialization (depois de ligar) Location Update Autenticação Criptografia Chamada de Originação Chamada de Terminação Handover Liberação de Chamada

180 Processo Geral de Acesso à Rede Móvel NodeB/BTS RNC/BSC MSC/SGSN HLR/AuC Inicalização e Solicitação de Serviço Autenticação Criptografia Mecanismos de Segurança na rede de acesso Localização Início de Chamada/Sessão etc.

181 Mobile Initialization

182 Mobile Initialization

183 Mobile Initialization (Idle Mode) Manual Mode Automatic mode Indication to user Location Registration response PLMN Selection PLMNs available Mede, prioriza e seleciona a PLMN Indica ao Usuário a Lista ou PLMN escolhida Registra o terminal Mantém o registro periódico ou com mudança de LA/RA PLMN selected Cell Selection and Reselection NAS Control Radio m easurements CM requests Registration Area changes Location Registration Mede e seleciona a Célula Indica à rede núcleo a célula escolhida para registro

184 Mobile Initialization (Idle Mode) CGI 1 CGI 2 IMSI Rede Núcleo 1. O terminal procura os canais de RF, e determina aqueles com melhor potência, com RSSI superior a -85 dbm. 2. O terminal mede o nível de sinal BCCH recebido de cada canal e armazena numa lista de 30 canais, seus níveis e freqüências. 3. Em seguida procura e escolhe a melhor célula PLMN. 4. A rede envia o SIBs (System Information Blocks) contendo a informação do sistema, como: home PLMN, equivalent`plmn, níveis para handover, temporizadores etc. 5. O terminal processa o PLMN Selection e escolhe a célula dentro da lista Cell Suitable = (HPLMN, EPLMN e RPLMN) 7. Terminal inicia o registro à rede núcleo indicando o LAC e a célula 8. A rede núcleo indica se o registro é permitido ou não (por exemplo: ROAMING NOT ALLOWED). 9. Terminal acampado

185 Localização Área PLMN (Public Land Mobile Network) É a área geográfica em que o móvel será servido por uma operadora particular; Location Area Identificada por um parâmetro de rede, é a sub-divisão da área de cobertura (PLMN) objetivando otimizar o processo de paging e localização do MS; Áreas da MSC A área na MSC é uma região controlada por uma única MSC. Consiste de uma ou mais Location Areas. Áreas de VLR É uma região da que é supervionado por um único VLR. Esta área consiste em uma ou mais áreas de MSC.

186 Localização (Location Area) Brasil=724 PLMN Área de Cobertura da Operadora PLMN BSC MSC MCC MNC LAC CI LAI BSC LA 1 LA 2 HLR/AuC CGI LA 3 MSC BSC Mobile Country Code (MCC): 3 dígitos e identifica o país de domicílio do assinante ou rede. Mobile Network Code (MNC): 2 dígitos (3 dígitos para 1900MHz) e identifica a operadora. Location Area Code (LAC): 2 octetos eventualmente em formato hexadecimal e identifica a localização da MS na rede. Cell Identification: 2 octetos utilizados para identificar uma única célula.

187 Localização (Routing Area) Brasil=724 PLMN Área de Cobertura da Operadora PLMN BSC SGSN MCC MNC LAC RAC LAI BSC RA 1 RA 2 HLR/AuC RAI RA 3 SGSN BSC Mobile Country Code (MCC): 3 dígitos e identifica o país de domicílio do assinante ou rede. Mobile Network Code (MNC): 2 dígitos (3 dígitos para 1900MHz) e identifica a operadora. Location Area Code (LAC): 2 octetos eventualmente em formato hexadecimal e identifica a localização da MS na rede. Routing Area Code: 1 octeto utilizados para uma área de roteamento GPRS.

188 Localização Code Country 722 Argentine Republic 736 Bolivia 724 Brazil 302 Canada 730 Chile 732 Colombia 740 Ecuador 244 Finland 208 France 262 Germany 268 Portugal 240 Sweden 235 United Kingdom 234 United Kingdom 310 United States of America 311 United States of America 312 United States of America 313 United States of America 314 United States of America 315 United States of America 316 United States of America 748 Uruguay 734 Venezuela MNC Operadora 0 Telet 1 CRT Celular 2 TIM 3 TIM 4 TIM 5 Claro 6 Claro (Former Tess) 7 Sercomtel Celular 8 TIM (Former Maxitel) 9 Telepar Celular 10 Vivo (SP) 11 Vivo 12 Claro (Former Americel) 13 Vivo (Former Telesp Celular) 14 TIM (Former Maxitel BA) 15 CTBC Celular 16 Brasil Telecom 17 Ceterp Celular 18 Oi (also known as Telemar / Norte Brasil Telecom) 19 Telemig Celular 21 Vivo (Former Telerj Celular) 23 Telest Celular 25 Telebrasilia Celular 27 Telegoias Celular 29 Telemat Celular 31 Oi 33 Teleron Celular 35 Vivo (Former Telebahia Celular) 37 Vivo (Former Telergipe Celular) 39 Telasa Celular 41 Telpe Celular 43 Telepisa Celular 45 Telpa Celular 47 Telem Celular 48 Teleceara Celular 51 Telma Celular 53 Telepara Celular 55 Teleamazon Celular 57 Teleamapa Celular 59 Telaima Celular

189 Identificação da MS (Mobile Station) Utilizados para identificar o móvel em diversos processos (localização, estabelecimento da chamada etc.) São armazenados no HLR e VLR Mobile Station ISDN Number (MSISDN) É o número baseado na numeração da fixa que identfica o móvel para os processos de estabelecimento da chamada. Baseado na recomendação E.164, é composto pelo código do país, código de área e número do terminal. Mobile Subscriber Roaming Number (MSRN) É o número temporário devolvido à GMSC pelo HLR para as chamadas terminadas. Segue o mesmo esquema de endereçamento do MSISDN International Mobile Subscriber Identity (IMSI) É a identificação da rede da MS. É composto por três partes: Mobile Country Code (MCC), Mobile Network Code (MNC), e Mobile Subscriber Identification Number (MSIN). Este última parte é desegnado pela operadora. Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI) É um número temporário como alias do IMSI, e é usado sempre que possível. Local Mobile Station Identity (LMSI) É um número temporário opcional

190 Location Update (1) Solicitação de Serviço: O MS detecta que entrou numa nova Location Area e solicita a atualização do de sua localização. (2) Autenticação: Os novos MSC/VLR solicitam ao AUC os parâmetros de autenticação, e usando estes parâmetros o MS é autenticado. (3) Criptografia: Utilizando os parâmetros da autenticação ambos o DL e UL podem ser criptografados.

191 Location Update (4) Atualização do HLR/VLR: Os novos MSC/VLR solicitam a atualização da localização da MS no HLR. A MS é desregistrada no altigo VLR. (5) Realocação do TMSI: Um novo o TMSI é associado à MS.

192 (1) Solicitação de Serviço A MS entra na nova área e escuta o LAI (Location Area Identity) que está sendo transmitido pelo canal de broadcast (BCCH), e compara com a última LAI que está no SIM Card representando a última LAI registrada. 1. O MS deteta que está numa nova área e transmite a menssagem Channel Request no canal RACH (Random Access Channel) 2. A BSS recebendo a mensagem Channel Request message, aloca um canal SDCH (Stand-alone Dedicated Control Channel) e envia a informação desta associação ao MS através do canal AGCH (Access Grant Channel). Através do SDCCH que o móvel comunicará com a BSS e MSC. 3. A MS transmite a mensagem location update request para a BSS através do SDCCH. Incluido nesta mensagem o TMSI (ou IMSI) e a antiga LAI. A BSS envia para a MSC. 4. O VLR analisa o LAI enviado e determina que o TMSI recebido está associado a um diferente VLR (antigo). Em seguida o VLR inicia o processo de identificação do móvel solicitando ao antigo a informação do IMSI.

193 (2) Autenticação 1. O novo VLR envia uma solicitação para o HLR/AUC para a "authentication triplets" (RAND, SRES, e Kc) disponível para o IMSI dado. 2. O AuC, usando o o IMSI, extrai a chave de autenticação (Ki). O AUC, então, gera o random number (RAND), e aplicando a Ki e RAND, para ambos o algoritmo de autenticação (A3) e o de criptografia (A8), produzindo o Signed Response (SRES) e Cipher Key (Kc). Em seguida retorna ao novo VLR uma triplet : RAND, SRES, and Kc 3. A MSC/VLR mantém os dois parâmetros Kc e SRES para posterior uso, e envia uma mensagem ao MS. O MS lê a chave Ki do SIM Card, e aplica o RAND recebido e Ki no algoritmo A3, e a chave de criptografia no algoritmo (A8) para produzir o parâmetro SRES e Cipher Key (Kc). O MS armazena Kc para uso posterior 4. O MS retorna o SRES gerado ao MSC/VLR. O VLR compara o SRES do MS com o esperado SRES recebido do AUC. Se forem iguais, a autenticação passa, senão o MS é recusado.

194 (3) Criptografia 1. A nova MSC/VLR solicita à BSS para criptografar o canal de rádio. Inclui nesta mensagem a chave de criptografia Kc, que foi gerada durante o processo de autenticação. 2. A BSS recupera a chave Kc, da mensagem e transmite a solicitação à MS para início de criptografia do canal UL 3. O MS usa a chave gerada previamente quando foi autenticado para criptografar o UL, e transmite a confirmação à BSS. 4. A BSS envia a mensagem de completamento à MSC

195 (4) Atualização do HLR/VLR Neste ponto, a MSC/VLR está pronta para informar ao HLR que o MS está sob seu controle, e que pode ser deregistrado no antigo MSC/VLR. 1. O novo VLR envia mensagem aoo HLR informando que o IMSI mudou de localização e que pode ser alcançado para todas as chamadas entrantes para este VLR. 2. O HLR solicita ao antigo VLR que remova os registros do usuário associado ao IMSI 3. O HLR atualiza o novo VLR com os dados do assinante

196 (5) Realocação do TMSI 1. A MSC envia a mensagem de location update para o MS. Esta mensagem inclui um novo TMSI 2. A MS recupera o novo TMSI e atualiza o SIM Card. A MS envia a mensagem de completamento da atualização 3. A MSC solicita à BSS que a sinalização pode ser liberada entre a MSC e a MS 4. A MSC libera os recursos de sinalização quando recebe a mensagem clear complete da BSS 5. A BSS envia a mensagem de "radio resource" channel release para a MS e libera o canal SDCCH que estava alocado previamente. A BSS informa à MSC que a sinalização foi liberada.

197 Autenticação: GSM: A3 e A8 GPRS: A3 e A8 UMTS: Milenage Criptografia Segurança na Rede de Acesso Móvel GSM: A5/01, A5/1, A5/2 e A5/3 GPRS: GEA1, GEA2, GEA3 UMTS: Kasumi

198 Algoritmo A3 e A8 Baseado no Algoritmo COMP128 A partir dos parâmetros RAND (128 bits) e Ki (128 bits) geram os parâmetros: SRES (64 bits) para autenticação Kc (64 bits) para criptografia O parâmetro Ki não é informado na interface aérea e somente existe na estação móvel (terminal) e no Authentication Center (Rede). O COMP128, também chamado de esquema butterfly, foi desenvolvido de privada cujo conteúdo não foi publicamente divulgado. Um exemplo de codificação utilizando engenharia reversa: COMP 128 pode ser quebrado através de engenharia reversa em 2 19 consultas ao SIM (aproximadamente 8 horas). COM128 v2 e Milenage/Kasumi foram criados para minimizar esta definciência. IMSI RAND HLR/AuC Ki COMP128 SRES Kc

199 Autenticação (GSM/GPRS) BTS BSC MSC/SGSN HLR/AuC Ki RAND SendAuthent.Info [IMSI] IMSI A3 & A8 IMSI Ki RAND Authenticate MS [RAND] SendAuthent.Info [SRES,Kc,RAND] SRES, Kc, RAND A3 XRES Authenticate MS [XRES] XRES SRES=XRES? Sim/Não

200 Criptografia no GSM A5/0 A5/1 A5/2 Sem Criptografia Robusto Utiliza criptografia de fluxo Utilizado na Europa e EUA Kc (64 bit) No Quadro (22 bit) PLANO A->B PLANO B->A A5 BTS A5 114 bit 114 bit 114 bit 114 bit XOR XOR CRIPT A->B CRIPT B->A XOR XOR Kc (64 bit) No Quadro (22 bit) PLANO A->B PLANO B->A A5/3 Criptografia fraca Utiliza 4 registros LFRS Quebrado em 2003 Robusto Utiliza o mesmo mecanismo que o algoritmo para o 3G (KASUMI)

201 Segurança no UMTS (3G) User Application IV. Provider Application Application Stratum TE III. USIM I. I. II. HE/AuC Home & Serving Stratum I. I. CN MT I. AN Transpor Stratum I. Segurança na Rede de Acesso II. Segurança no domínio do provedor III. Segurança no domínio do usuário IV. Segurança na Aplicação

202 Autenticação (UMTS) NodeB RNC MSC/SGSN HLR/AuC Ki RAND SendAuthent.Info [IMSI] IMSI IMSI Ki f1-f5 f1-f5 RAND Authenticate MS [RAND,AUTN] SendAuthent.Info [RAND, XRES, CK, IK, AUTN] RAND, XRES, CK, IK, AUTN XRES RES=XRES? Authenticate MS [RES] RES RES=XRES? Sim/Não

203 Resumo dos Algoritmos para Segurança no UMTS Algoritmo Utilização P-Padrão O-Operadora Localização f0 Random challenge generating function O AuC f1 Network authentication function O (MILENAGE) USIM e AuC f1* Resynchronization message authentication function O (MILENAGE) f2 User challenge-response authentication function O (MILENAGE) f3 Cipher key derivation function O (MILENAGE) f4 Integrity key derivation function O (MILENAGE) f5 Anonymity key derivation function for normal operation O (MILENAGE) f5* Anonymity key derivation function for resynchronization O (MILENAGE) f6 MAP encryption algorithm S Nós MAP f7 MAP integrity algorithm S f8 UMTS encryption algorithm S (KASUMI) MS e RNC f9 UMTS integrity algorithm S (KASUMI)

204 Autenticação (UMTS) Lado da Rede f5 K xor RAND AMF SQN f1 K f2 f3 K f4 AK SQN AK MAC-A XRES CK IK Cipher User key Authentication Key Derivation Authentication Derivation Function Function AUTN = SQN [ AK] AMF MAC-A Quintet = (RAND, Anonymity XRES, CK, key IK, AUTN) Derivation Function Lado do SIM K SQN AK RAND AMF K K f5 xor SQN f1 f2 f3 f4 AK XMAC-A RES CK IK

205 AKA (Authentication & Key Agreement) Possui 5 parâmetros para o processo de autenticação e criptografia A rede autentica o usuário e o usuário autentica a rede Estabelece uma chave de criptografia CK (128 bits) e uma chave de integridade IK (128 bits) Assegura que a rede e nem o usuário tenham utilizado CK/IK antes A AuC e o USIM devem compartilhar a mesma chave K Funções de autenticação adicionais (f1,f1*,f2) Funções de geração de chaves (f3, f4, f5) AuC possui um gerador de número randômico AuC possui mecanismos de geração de seqüência de números USIM avalia se o número é novo

206 Criptografia Criptografia Aplica para todas as informações de tráfego e sinalização Pode ser aprovisionado: Com UEA1 (Kasumi), ou UEA0 (sem cripto.) Parâmetros: CK (Cipher Key): 128 bits COUNT-C (Número sequencial de cripto) : 32 bits BEARER (Bearer Identity): 5 bits DIRECTON (UL/DL): 1 bit LENGTH (Tamanho do bloco cripto) Integridade Aplica a todas as informações excluindo sinalização O terminal supervisiona se foi iniciado Parâmetros: IK (Integrity Key): 128 bits COUNT-I (Número sequencial de Integridade) : 32 bits MESSAGE (Mensagem) CK COUNT-C DIRECTION BEARER LENGTH Informação Original IK Informação Original f8 f9 Informação Criptografada COUNT-I DIRECTION MESSAGE FRESH MAC-I XMAC-I MAC-I=XMAC-I

207 Controle de Potência O Que é controle de Potência: Necessário para economia da bateria da MS, melhoria da interferência, otimização da interface aérera e melhoria da qualidade do sistema Permite à MS e BTS aumentar ou diminuir a potência transmitida no enlace de rádio É executado separdamente do UL e DL A BSC é responsável por iniciar em ambos os casos (UL e DL). A BTS e o MS assumem a potência definida pelos comandos da BSC Medição: DL: Enquanto a MS está ativa na chamada, ele tem a responsabilidade de prover as informações de medição do DL UL: A BTS executa as medições do UL. Ambos (MS e BTS) informam as medições à BSC para executar o controle de potência Medição do DL O MS mede e reporta as seguintes medições à BSC: Medição no UL Strength of the signal being received from its serving BTS (in dbm) Quality of the signal being received from its serving BTS (in bit error rate). A BTS med e reporta as seguintes medições à BSC: Strength of the signal being received from the mobile station Quality of the signal being received from the mobile station. Medições Periódicas: A MS executa a medição periódica do DL, e envia estas medições no SACCH (Slow Associated Control Channel) todo multiquadro SACCH Corresponde a transmissão de dados a cada 104 quadros TDMA ou 480 ms. A BTS executa a medição de qualidade do UL, e também informa à BSC no SACH a cada 480 ms.

208 Controle de Potência O Que é controle de Potência: Necessário para evitar o problema do Near-Far no UMTS Permite a economia da bateria da MS, melhoria da interferência, otimização da interface aérera e melhoria da qualidade do sistema Permite à MS e BTS aumentar ou diminuir a potência transmitida no enlace de rádio É executado separdamente do UL e DL Existem os seguintes tipos de Controle de Potência no UMTS: Open Loop Control Fast/Closed Loop Control Outer Loop Control

209 Controle de Potência RNC Open Loop Power Control (Acesso Inicial) Closed Loop Power Control Necessário para iniciação dos parâmetros de potência. A RNC envia uma estimativa de potência ao MS. Método interativo onde tanto a estação rádio base quanto o terminal participam na determinação da potência a ser transmitida. Utilizado para minimização de fast fading. A taxa é 1500 comandos/s Outer Loop Power Control (Acesso Inicial) Controlado pela RNC possui funções da definição de SIR Target para melhoria da qualidade do sistema

210 Open Loop Power Control Determina quanto de potência o UE usa durante o procedimento de acesso ao canal de acesso (UL) A rede informa ao UE do status: CPICH power (RNP parameter) UL required C/I ratio (RNP parameter) UL interference UE usa estes parâmetros para calcular a potência inicial do preâmbulo no canal RACH Potência no MS (RACH) Preâmbulo Preâmbulo Preâmbulo AICH Mensagem

211 Fast/Closed Loop Power Control Localizado no NodeB e UE Controla a potência de canais dedicados O controle de potência pode ocorrer a cada slot, ou seja, 1500 comandos por segundo; A NodeB e UE continuamente compara com o recebido SIR com o SIR target e informa uma a outra para incrementar ou decrementar sua potência usando comandos TPC commands; Usado para os efeitos de Near Far e desvanecimentos seletivos; Rx MS1 Tx1 MS2 Tx2 MS3 Tx3 Sem controle de potência: Tx1=Tx2=Tx3 Rx1<Rx2<Rx3 Com controle de Potência: Tx1>Tx2>Tx3 Rx1=Rx2=Rx3

212 Closed Loop Power Control Ajusta o SIR para cada usuário baseado na observação do BER/FER. Inicialmente os valores de SIR máx. e min. serão informados pelo AC; Provê a qualidade requerida; A avaliação da qualidade do UL é feita após MDC Os parâmetros RNP controlam o processo de comparação dos limites de SIR Target e relata os resultados; Se o SIR target alcança o máximo (I.e. condições de rádio desfavoráveis) o sistema toma as seguintes ações: Inter-frequency / inter-system handover RRC connnection release

213 Handover É o processo de automaticamente comutar a sessão em em progresso de um DCH para outro neutralizando os efeitos adversos devido ao movimento do usuário. Esta comutação pode ser realizada num DCH da mesma célula ou de outra. Um Handover acontece quando o controle de potência se torna ineficaz Normalmente são executados quando uma chamada está estabelecida, porém podem acontecer quando está em fase de estabelecimento. No UMTS existem os seguintes tipos de handover: Hardhandover Softhandover Inter Radio Access Techinology Handover

214 Softhandover Event 1a Ative List Neighbor List Cell1 PCPICH1 Cell3 PCPICH3 Cell2 Cell3 PCPICH2 PCPICH3 Cell5. PCPICH5 CellN PCPICHN Event 1b Ative List Neighbor List Cell2 PCPICH2 Cell1 PCPICH1 Cell3 Cell4 PCPICH3 PCPICH1 Cell5. PCPICH5 Cell1 PCPICH1 CellN PCPICHN

215 Rede de Sinalização #7 (SS7) e outras Funções e Serviços

216 Plano de Controle e Plano do Usuário O plano do usuário pode ser considerado um conjunto de protocolos aplicados a uma interface para garantia de funcionamento da aplicação durante o seu funcionamento. Ou seja, após o seu estabelecimento e antes de sua desconexão. Estes protocolos mantém a conexão da aplicação e seu fluxo de transferência de informação (dados) entre dois elementos de rede ou mais. Elemento de Rede Elemento de Rede Interface O plano de controle ou sinalização pode ser considerado um conjunto de protocolos aplicados a uma interface para estabelecimento da aplicação, garantindo sincronização da aplicação num ambiente de multi-processamento (rede). Ele estabelece a conexão da aplicação, supervisiona, e desconecta a aplicação. Para serviços de voz (fixa e móvel) e dados ATM é baseado na arquitetura de sinalização #7.

217 Sinalização #7 e Comunicações Móveis HLR Home Location Register VLR Visitor Location Register MSC Mobile Switch Center BSC Base Station Controller AuC Authentication Center SCP Service Control Point FNR Flexible Numbering Register EIR Equipment Identity register STP Signaling Transfer Point STP EIR IS.41/IS.771 GSM MAP/CAP HLR S7 AuC SCP/FNR SMSC S7 BSC MSC/VLR S7 MSC/VLR BSC BSC PSTN PLMN BSC Interface A

218 Arquitetura da Sinalização #7 Rede Inteligente Sinalização para controle de mobilidade e serviços avançados de voz móvel Sinalização para estabelecimento de chamadas INAP GSM MAP GSM CAP IS.41 IS.771 ISUP TUP TCAP SCCP MTP3 MTP2 MTP1

219 GSM MAP Definida na recomendação GSM 09.02, padroniza as operações e cenários para controle de mobilidade, processamento de chamadas e features para arquitetura baseada no GSM. Dentre as operações pode-se citar: UPDATE_LOCATION_AREA CHECK_IMEI REGISTER_SS UPDATE_LOCATION OBTAIN_IMEI ERASE_SS CANCEL_LOCATION INSERT-SUBSCRIBER-DATA ACTIVATE_SS SEND_IDENTIFICATION DELETE-SUBSCRIBER-DATA DEACTIVATE_SS DETACH_IMSI PROVIDE-IMSI INTERROGATE_SS PURGE_MS FORWARD-NEW-TMSI INVOKE_SS PAGE RESET REGISTER_PASSWORD SEARCH_FOR_MS FORWARD_CHECK_SS_INDICATION GET_PASSWORD PROCESS_ACCESS_REQUEST RESTORE_DATA PROCESS_UNSTRUCTURED_SS_REQUEST PREPARE_HANDOVER ACTIVATE-TRACE-MODE UNSTRUCTURED_SS_REQUEST SEND_END_SIGNAL DEACTIVATE-TRACE-MODE UNSTRUCTURED_SS_NOTIFY PROCESS_ACCESS_SIGNALLING TRACE-SUBSCRIBER-ACTIVITY SEND-ROUTING-INFO-FOR-SM FORWARD_ACCESS_SIGNALLING SEND-IMSI FORWARD-SHORT-MESSAGE PREPARE_SUBSEQUENT_HANDOVER SEND_INFO_FOR_INCOMING_CALL REPORT-SM-DELIVERY-STATUS ALLOCATE_HANDOVER_NUMBER SEND_INFO_FOR_OUTGOING_CALL READY-FOR-SM SEND_HANDOVER_REPORT SEND_ROUTING_INFORMATION ALERT-SERVICE-CENTRE AUTHENTICATE PROVIDE_ROAMING_NUMBER INFORM-SERVICE-CENTRE SEND_AUTHENTICATION_INFO COMPLETE_CALL SEND-INFO-FOR-MT-SMS SET_CIPHERING_MODE PROCESS_CALL_WAITING SEND-INFO-FOR-MO-SMS

220 Location Update (GSM MAP) & Registration (IS.41) GSM MAP: Location Update IS.41: Registration BSC MSC/VLR HLR BSC MSC/VLR HLR Channel Request Location Update_R Location Update_A update_ Location Begin update_ Location CON/End Registration Message Location Update_R Location Update_A REGNOT regnot [service qualification]

221 Handoff GSM/GSM MAP (Anchor) BS BS BSC/MSC/VLR BSC/MSC/VLR Chan Meas Handover Command Handover Complete Clear Prepare HO ACK IAM ACM Send End Signal ANM

222 Call Delivery Mobile to Mobile GSM MAP BS BS BSC/MSC/VLR PSTN GMSC HLR BSC/MSC/VLR Origination IAM/IAI [MSIISDN] IAM/IAI [MSIISDN] SRI PRN sri [MSRN] prn [MSRN] IAM/IAI [MSRN] Call Control Tone ACM ANM/ANC ACM ANM/ANC ACM ANM/ANC PAGE Answer

223 HSPA

224 Taxas de Transmissão vs Disponibilização

225 High Speed Downlink Packet Access High Speed Downlink Packet Access Taxas de pico de 1.8 Mbps a 28 Mbps 15 Canais de alta velocidade (HS-DSCH) compartilhados no tempo e código (SF=4) TTI (Transmission Time Interval) pequeno (=2 ms) Fast scheduling Modulação de alta ordem (16 QAM) Modulação adapativa rápida Fast Hybrid Automatic Repeat Request

226 Princípio do Canal Compartilhado 2 ms channelization codes Qualidade do Sinal Taxa tempo tempo Usuário1 Usuário2 Usuário3 Usuário4

227 Canais do HSDPA Canais de Broadcast Canais de Controle Canais de Tráfego RRC BCCH PCCH CCCH DCCH CTCH DTCH DTCH Canais Lógicos RLC BCH PCH FACH RACH DCH HS-DSCH Canais de Transporte MAC PCCPCH SCCPCH PRACH DPDCH HS-PDSCH SCH PICH AICH DPCCH HS-SCCH HS-DPCCH CPICH Canais Físicos PHY

228 Canais do HSDPA HS-PDSCH High Speed Physical Downlink Shared Channel Canal compartilhado de tráfego que transporta os dados do HSDPA. Utiliza SF=16 HS-PDSCH HS-SCCH HS-DPCCH DPDCH HS-SCCH High Speed Shared Control Channel Canal compartilhado de controle para informação quanto ao Transport Block do canal HS-DSCH Utiliza SF=128 HS-DPCCH High Speed Dedicated Physical Control Channel Canal dedicado de controle para informação do CQI e controle de HARQ Utiliza SF=256 DPCCH Dedicated Physical Data Channel Canal dedicado de tráfego para o UL. Neste caso utiliza os canais do R99. O SF dependerá do RAB negociado Dedicated Physical Control Channel Canal dedicado de controle para o UL. SF = 256

229 HS-DPCCH HS-SCCH HS-PDSCH 1. HS-PDSCH 15 Hybrid automatic repeat request (HARQ) ACK/CQI ACK/CQI 4 1. Quando o UE entra no estado de HS, é iniciado a transmissão do CQI baseado na medida da qualidade do canal. 2. Ao mesmo tempo, UE inicia a decodificação do HS-SCCH. O Node B ao enviar os dados para o UE, fornece as informações de controle no HS-SCCH. 3. Durante o quadro 4, os dados são transmitidos de 1-15 (ou de acordo com a categoria do terminal) 4. Um ACK/NAK para os dados transmitidos é gerado e enviado com o CQI. 2 ms Ajusta automaticamente para as condições do canal Adiciona redundância quando necessário O receptor salva as transmissões com falha para futura decodificação: Cada transmissão aumenta a probabilidade de sucesso

230 Categorias do HSDPA

231 HSDPA vs PS 384 (R99) HSDPA HW HSDPA 2ms 7.2 Mbps PS CE 384 kbps

232 HSDPA vs PS 384 (R99) HSDPA HW HSDPA 2ms 3.6 Mbps 3.6 Mbps PS CE 8 CE 384 kbps 384 kbps

233 HSDPA vs PS 384 (R99) 1 Mbps. HSDPA HW HSDPA Mbps 2ms 1 Mbps PS CE. 8 CE 8 CE. 384 kbps. 384 kbps 384 kbps

234 O que é HSUPA? High Speed Uplink Packet Access, também chamado de Enhanced Uplink Introduzido no 3GPP R06, adiciona novos canais no enlace reverso aproveitando melhor a estrutura de códigos do WCDMA Melhora a performance do enlace reverso com a redução de latência, aumento de taxa e capacidade. ~15x R99 5,7 Mbps Novos canais dedicados com capacidades avançadas (uso de SF2 e SF4 combinados). Controle rápido de potência e de agendamento na NodeB HARQ com retransmissão na camada 1 0,4 Mbps 1,5 Mbps 2,4 Mbps 3,2 Mbps HSUPA E-DPDCH/E-DPCCH R99 (TTI=10) Cat 2 (2xSF4, TTI=10) Cat 4 (2xSF2, TTI=10) Cat 4 (2xSF2, TTI=2) Cat 6 (2xSF2+2xSF4, TTI=2) E-AGCH/E-RGCH/E-HICH 14,4 Mbps HS-PDSCH/ HS-SCCH HS-DPCCH NodeB RNC SGSN GGSN Internet 0,4 Mbps 1,5 Mbps 3,6 Mbps 7,2 Mbps HSDPA R99 Cat 1 (5 Códs, FEC=1/2) Cat 6 (5 Códs, FEC=1) Cat 8 (10 Códs, FEC=1) Cat 10 (15 Códs, FEC=1)

235 High Speed Uplink Packet Access High Speed Uplink Packet Access Melhoria de até 85% da capacidade em relação ao R99 Redução da latência de rede, para RTT da ordem de 60 ms Taxas de pico de 0.7 Mbps a 6 Mbps Canais de alta velocidade compartilhados no enlace reverso (E-DCH) TTI (Transmission Time Interval) pequeno (=2 ms) Fast Node B based scheduling Fast Hybrid Automatic Repeat Request

236 Categorias do HSUPA

237 HSDPA vs HSUPA

238 O que é o HSPA+? Evolução das tecnologias HSDPA e HSUPA, que garante modulação de mais alta ordem, agregação de portadoras entre outras funções; Alcança a performance próxima ao LTE em 5 MHz de espectro Provê o interfuncionamento suave entre HSPA+ e LTE, facilitando a operação entre ambas tecnologias Permite a operação de modo pacote único serviços de dados e voz; Compatibilidade para trás, sem degradação de performance para terminais mais antigos; Facilita a migração do HSPA existente;

239 Taxas no HSPA+

240 Funcionalidades Introduzidas pelo HSPA+ Funcionalidades Benefícios

241 Funcionalidades Introduzidas pelo HSPA+

242 Comparação entre as tecnologias 100 Mbps 10 Mbps 1.0 Mbps 8.0 Mbps 400 Kbps 384 Kbps 384 Kbps 2.0 Mbps 384 Kbps 14.4 Mbps 384 Kbps 14.4 Mbps 5.76 Mbps 28.8 Mbps 11.0 Mbps 100 Kbps 48 Kbps 48 Kbps 10 Kbps 1 Kbps DL UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL UL ADSL GSM/GPRS EDGE WCDMA R99 HSDPA HSUPA HSPA+

243 LTE (Long Term Evolution) Definido nas próximas Versões

244 O quê é o LTE? Long Term Evolution. Sistema de comunicações móveis da família do GSM, sucessor do UMTS/HSPA. Características: Modulação a mesma do WiMAX: OFDMA DL e SC-FDMA UL; Enlace Direto (DL): Taxas de pico para enlace direto até 326 Mbps em 20 MHz de banda; Enlace Reverso (UL): Taxas no enlace reverso de até 86.4 Mbps em 20 MHz banda; Suporta os modos TDD e FDD; Suporta várias larguras de banda: 1.4 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz e 20 MHz; Aumento em duas ou quatro vezes a Eficiência em relação ao Release 6 HSPA; Latência reduzida: RTT~10 ms do terminal do usuário à estação e menor que 100 ms da transição de inativo para ativo.

245 Por quê o LTE? HSPA growth is based on the uptake of mobile data services worldwide. Mais de 250 redes já possuiem o HSPA comercial; O tráfego de banda larga móvel cresce exponencialmente, causado principalmente por: oferta de serviços de internet; melhoria da experiência do usuário; novos tipos de dispositivos; O LTE é aceito internacionalmente como a evolução das tecnologias móveis existentes 2G e 3G: WCDMA/HSPA, GSM/EDGE, TD-SCDMA, e CDMA2000; Os principais drivers para o LTE são: Redução da Latencia; Taxas de dados elevadas; Melhoria da capacidade do sistema e cobertura; Redução e custo

246 Comparação entre Taxa e Latência em Diversos Sistemas Móveis Fonte: Rode & Schwartz

247 Padronização Série 3GPP TS 36.1XX Define os requisitos para equipamentos: freqüências, terminais, estações rádio bases e repetidores; Série 3GPP TS 36.2XX Camada física (PHY) Série 3GPP TS 36.3XX Camadas 2 e 3: Medium Acess Control (MAC), Radio Link Control (RLC) e Radio Resource Control (RRC) Série 3GPP TS 36.3XX Infra-estrutura de comunicações (E-UTRAN) incluindo as estações e entidades de gerenciamento; Série 3GPP TS 35.5XX Teste de conformidade

248 Freqüências possíveis para o LTE

249 Arquitetura do LTE MME/UPE MME/UPE EPC S1 X2 E-UTRAN enb X2 X2 enb enb MME/UPE = Mobility Management Entity/User Plane Entity enb = enodeb

250 Arquitetura do LTE Outros Acessos Uu E-UTRAN E-PS S2a Gxa Gx PCRF ENodeB X2 S1-U SGW S11 S5 PGW SGi Gx ENodeB S1-AP MME Sg S3 C S6a Gc HSS/SPR MSC SR-VCC Rede 3G SGSN/ GGSN Gi IMS& Internet

251 Comunicação Fim a Fim no LTE

252 Arquitetura do UMTS SAE (System Architecture Evolution) Visão da arquitetura para o LTE. Define os aspectos e requisitos gerais da arquitetura; E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network) E-NodeB (Evolved Node B) Semelhante à BTS/NodeB é responsável pela transcepção do sinal na interface aérea para a rede núcleo EPS (Evolved Packet System) Evolução da rede núcleo dos sistemas anteriores. Também existe a desiginação EPC (Evolved Packet Core): MME (Mobility Management Entity): Gerencia a mobilidade, parâmetros de identificação e segurança; S-GW (Serving Gateway): Nó que termina as interfaces para o E-UTRAN; P-GW (Packet Data Network Gateway): Nó que termina as interfaces para a rede de pacotes (PDN); HSS (Home Subscriber System): Elemento de rede responsável pelo aprovisionamento, registro, qualificação, localização dos terminais móveis. Possui a base de dados permanente do usuário. PCRF (Policy & Charging Rules Function): Elemento responsável pela análise das políticas de QoS e tarifação;

253 Pilha de Protocolos e Mecanismo de Transporte no LTE

254 Diferença entre os mecanismos de entrega de pacotes UMTS vs LTE

255 LTE: Interface Aérea

256 Características Fonte: Rode & Schwartz

257 Orthogonal Frequency Division Multiplexing Bastante semelhante ao FDMA no que concerne a divisão em freqüências para transferência de informação; Utiliza o processo de codificação modulação em sub-bandas com portadoras ortogonais; As sub-bandas são faixas de freqüência extremamente pequenas; Também conhecido como DMT - Discret Multi-Tone; Utilizado em diversos esquemas para transmissão de dados faixa larga: Wireless LAN ADSL DVB Foi usado pela primeira vez em 1957 para modem em HF; Em 1966; Chang do Bell Labs patenteou e escreveu o primeiro paper sobre OFDM; Somente na década de 90 que surgiram diversas aplicações;

258 Princípio do OFDM Codificação em Sub-banda Capacidade do Canal Bps/Hz Bps/Hz Freqüência(Hz) Transmissão convencional: Uma única portadora/banda Freqüência(Hz) OFDM: Diversas sub-bandas

259 Diagrama de blocos de esquema de codificação/modulação básico para OFDM I k I k DMS m (t ) Codificador IFFT D/A X (t) Q k Q k Canal I k I k Dest. mˆ ( t ) Decodificador FFT D/A Y (t) Q k Q k

260 Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM é a solução para altas taxas de transmissão dados Robustez para multipercurso e ambientes com desvanescimento seletivo O sinal é transmitido em sub bandas estreitas ortogonais A robustez é preservada quando a banda cresce (SOFDMA) Baixa complexidade nos processos de modulação/demodulação e equalização (IFFT/FFT) Alocação flexível (subcanalização/ofdma) Eficiência espectral: Esquemas de modulação e ajuste de potência por sub banda

261 Conceito do OFDM: Comparação com o FDM Frequency Division Multiplexing OFDM frequency dividing Ganho de Eficiência Espectral

262 Conceito do OFDM: Utilizando Conjunto de Filtros QAM Filtro X f 0 DMS m (t ) Cod x(t ) Inv Mux QAM. Filtro X f 1 + X (t) QAM Filtro X f n-1 Canal QAM X Filtro f 0 Dest mˆ ( t ) Decod xˆ ( t ) Mux QAM. X f 1 Filtro Y (t) QAM X Filtro f n-1

263 OFDM: Teoria Os sinais OFDM podem ser escritos como: É a freqüência central de cada sub canal e corresponde a transmissão de um símbolo X m. x( t) = N 1 m= 0 X m exp m j2π t, T 0 t T f m = m T Os sinais são ortogonais no intervalo [0,T] como ilustrado abaixo: 1 T T m l exp( j2π t).exp( 2 jπ t) dt = δ T T 0 ml

264 OFDM: Transmissor Genérico OFDM symbol FEC bits Inv Mux IFFT add cyclic prefix Pulse Shaper & DAC X f c PA Linear Mapeador de tempo para frequüência

265 Cyclic Prefix Remove o ISI Usado para sincronização (tempo e freqüência) Reduz o Inter Channel Interference (manutenção da ortogonalidade) Sem CP Com CP

266 OFDM: Vantagens Possui alta eficiencia espectral As operações de IFFT/FFT asseguram que as sub-portadoras não interfiram entre si Possui robutez natural contra interferência de faixa estreita A interferência de faixa estreita afetará no máximo um par de sub canais A Informação dos subcanais afetados podem ser recuperadas através de esquemas de correção de erros (FEC) A equalização é bastante simples quando comparado com sistemas de um única portadora Possui para ambeinte de multi-percurso Cyclic prefix preserva a ortogonalidade entre sub-portadoras Cyclic prefix permite que o receptor capturar a energia de multi-percurso mais eficientemente Habilidade para cumprir com a regulamentações internacionais: Bandas e tons podem dinamicamente ser habilitados de acordo com as resoluções para administração de freqüência Coexistência com os sistemas existentes e futuros: Bandas e tons podem ser habilitados para coexistência com outros dispositivos

267 Scalable OFDMA (SOFDMA)

268 LTE: Interface Aérea O LTE é formado por quadros de 10 ms Cada quadro é identificado pelo System Frame Number Cada unidade de tempo no LTE é definido como Ts=1/ O comprimento do símbolo OFDM, excluindo o CP, é de 66.7 Micro sec (2048.Ts) Os símbolos.subquadros, quadors são definidos para serem múltiplos de Ts

269 LTE: Interface Aérea

270 LTE: Interface Aérea