Sistemas de Comunicações Móveis. Interface Rádio

Transcrição

1 Interface Rádio

2 Técnicas de Acesso Múltiplo TeAM (1/23) A transmissão de informação bidireccional (canais ascendente, UL uplink, e descendente, DL downlink) em sistemas duplex pode ser feita por divisão: na frequência: os canais ascendente e descendente ocupam bandas de frequência diferentes FDD (Frequency Division Duplex); no tempo: os canais ascendente e descendente ocupam janelas de tempo diferentes TDD (Time Division Duplex).

3 Técnicas de Acesso Múltiplo TeAM (2/23) A FDD caracteriza-se por: permitir transmissão simultânea nos dois sentidos; necessitar de filtros com grande rejeição na banda adjacente; requerer, em geral, a utilização de filtros duplex. [Fonte: Rappaport, 1996]

4 Técnicas de Acesso Múltiplo TeAM (3/23) A TDD caracteriza-se por: efectuar transmissão sequencial nos dois sentidos; requerer sincronismo; dispensar a utilização de filtros duplex. [Fonte: Rappaport, 1996]

5 Técnicas de Acesso Múltiplo TeAM (4/23) A utilização da técnica de divisão duplex pode depender da técnica usada para o acesso múltiplo ao canal. Para tornar os sistemas eficientes, cada utilizador só deve ter um canal atribuído a seu pedido, e quando tem necessidade dele.

6 Técnicas de Acesso Múltiplo TeAM (5/23) Existem 3 técnicas básicas de repartir canais pelos utilizadores: na frequência: atribuição de uma portadora FDMA (Frequency Division Multiple Access) no tempo: atribuição de uma janela temporal (time-slot) TDMA (Time Division Multiple Access) no código: atribuição de um código CDMA (Code Division Multiple Access)

7 Técnicas de Acesso Múltiplo TeAM (6/23) O FDMA é o esquema clássico, usado nos sistemas analógicos, em que cada utilizador ocupa uma portadora durante a comunicação. [Fonte: Rappaport, 1996]

8 Técnicas de Acesso Múltiplo As principais características do FDMA são: um canal por portadora; transmissão contínua; interferência intersimbólica baixa; sobre-informação baixa; equipamento de utilizador simples; custo elevado das estações base; requer utilização de filtros duplex; handover perceptível. TeAM (7/23)

9 Técnicas de Acesso Múltiplo TeAM (8/23) No TDMA, cada utilizador tem acesso a toda a banda, sendo-lhe atribuído um time-slot, periodicamente, numa estrutura de tramas. [Fonte: Rappaport, 1996]

10 Técnicas de Acesso Múltiplo TeAM (9/23) O uso de TDMA requer a utilização de uma hierarquização de tramas e time-slots. [Fonte: Rappaport, 1996]

11 Técnicas de Acesso Múltiplo As principais características do TDMA são: múltiplos canais por portadora; transmissão por rajadas (bursts); requer sincronismo; banda estreita ou banda larga; interferência intersimbólica elevada; sobre-informação elevada; equipamento de utilizador complexo; custo baixo das estações base; dispensa filtros duplex; handover eficiente. TeAM (10/23)

12 Técnicas de Acesso Múltiplo O sincronismo dos time-slots é essencial. TeAM (11/23) [Fonte: Shankar, 2002]

13 Técnicas de Acesso Múltiplo TeAM (12/23) O CDMA baseia-se na técnica do espalhamento espectral, em que cada utilizador tem acesso a um código. [Fonte: Rappaport, 1996]

14 Técnicas de Acesso Múltiplo O sinal do utilizador é associado a um código: o esquema de transmissão é TeAM (13/23) [Fonte: Yacoub, 1992]

15 Técnicas de Acesso Múltiplo na transmissão, tem-se em termos de sinais TeAM (14/23) [Fonte: Shankar, 2002]

16 Técnicas de Acesso Múltiplo o esquema de recepção é TeAM (15/23) [Fonte: Yacoub, 1992]

17 Técnicas de Acesso Múltiplo na recepção, tem-se em termos de sinais TeAM (16/23) [Fonte: Shankar, 2002]

18 Técnicas de Acesso Múltiplo TeAM (17/23) O CDMA conduz a um forte aumento da largura de banda. [Fonte: Shankar, 2002]

19 Técnicas de Acesso Múltiplo TeAM (18/23) As principais características do CDMA são: canais ilimitados por portadora; banda (muito) larga; interferência intersimbólica muito elevada; interferência, e capacidade, dependente do número de utilizadores; pouco sensível aos efeitos do desvanecimento rápido; requer controlo de potência; sobre-informação (para controle) baixa; tecnologia ainda pouco dominada.

20 Técnicas de Acesso Múltiplo O acesso em GSM é feito em TDMA TeAM (19/23) [Fonte: Yacoub, 2002]

21 Técnicas de Acesso Múltiplo A estrutura dos time-slots em GSM é: TeAM (20/23) [Fonte: Yacoub, 2002]

22 Técnicas de Acesso Múltiplo Em UMTS, o acesso é feito por CDMA, usando dois tipos de códigos: channelisation scrambling Channelisation code Scrambling code TeAM (21/23) Data Bit rate Chip rate Chip rate

23 Técnicas de Acesso Múltiplo Os códigos têm funções diferentes. Channelisation Scrambling Uso DL: separação de terminais UL: separação de canais Duração DL: chip UL: chip Número Spreading factor Família OVSF Espalhamento Sim 1 chip = ns TeAM (22/23) DL: separação de sectores UL: separação de terminais chip DL: 512 UL: > Gold ou S(2) Não

24 Técnicas de Acesso Múltiplo TeAM (23/23) A árvore de códigos OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor) define o espalhamento. SF = 1 SF = 2 SF = 4 SF = 2 k, k = 2,3,..., 16 [Fonte: Holma & Toskala, 2000]

25 Descrição de Canais DeCa (1/23) Podem distinguir-se três tipos básicos de canais: canal rádio: canal associado a uma portadora de frequência; canal físico: canal transportando qualquer tipo de informação do sistema, podendo estar associado a uma frequência, time-slot, ou código; canal lógico: canal transportando um tipo específico de informação do sistema.

26 Descrição de Canais DeCa (2/23) Quanto ao conteúdo da informação, distingue-se: canais de tráfego: contêm os sinais de voz, dados, vídeo e outros, dos utilizadores; canais de controle: contêm os sinais de sinalização, informação, sincronização, e outros, do sistema. Quanto ao endereçamento dos canais, distingue-se, em geral: canais comuns: troca de informação entre a EB e TMs genéricos; canais dedicados: troca de informação entre a EB e um ou vários (específicos) TMs.

27 Descrição de Canais DeCa (3/23) Os canais rádio: obtêm-se por divisão da banda do espectro em N cr intervalos; são separados por f sc ; têm uma largura de banda f cr. f c -1 f c f c +1 f lb cr f f sc f sc

28 Descrição de Canais Os canais rádio em GSM têm: f sc = 200 khz f cr = 200 khz com banda de 900 MHz UL: [890, 915] MHz DL: [935, 960] MHz banda de 1800 MHz UL: [1 710, 1 785] MHz DL: [1 805, 1 880] MHz DeCa (4/23)

29 Descrição de Canais A máscara dos canais rádio em GSM é: DeCa (5/23) EB:20W EB:2W TM:5W TM:2W [Fonte: Steele, 1992]

30 Descrição de Canais O espectro dos canais rádio em GSM é: DeCa (6/23) [Fonte: Mouly and Paulet, 1992]

31 Descrição de Canais DeCa (7/23) Os canais rádio em UMTS têm: f sc = 5 MHz f cr = 4.4 MHz com Modo FDD UL: [1 920, 1 980] MHz DL: [2 110, 2 170] MHz Modo TDD UL/DL: [1 900, 1 920] [2 010, 2 025] MHz

32 Descrição de Canais O espectro dos canais rádio em UMTS é: DeCa (8/23) [Fonte: Lempiäinen and Manninen, 2001]

33 Descrição de Canais DeCa (9/23) Os canais físicos transportam a informação no interface rádio, e dependem do tipo de acesso: nos sistemas analógicos, correspondem aos canais rádio; no GSM, correspondem a um time-slot de uma portadora; no UMTS, correspondem a canais com características diferentes, e que dependem do sentido da comunicação.

34 Descrição de Canais DeCa (10/23) Os canais físicos em UMTS são: DL: P-CCPCH Primary Common Control Physical Channel S-CCPCH Secondary Common Control Physical Channel DPDCH Dedicated Physical Data Channel DPCCH Dedicated Physical Control Channel PDSCH Physical Downlink Shared Channel

35 Descrição de Canais DeCa (11/23) UL: PRACH Physical Random Access Channel DPDCH Dedicated Physical Data Channel DPCCH Dedicated Physical Control Channel PCPCH Physical Common Packet Channel

36 Descrição de Canais DeCa (12/23) Em UMTS, pode-se esquematizar os canais físicos da forma seguinte: TM P-CCPCH S-CCPCH DPDCH DPCCH PDSCH PCPCH PRACH EB

37 Descrição de Canais DeCa (13/23) Os canais lógicos podem estar associados a funções de tráfego ou de controle, e definem a transferência de um tipo específico de informação entre o terminal móvel e a rede. A complexidade dos canais lógicos tem sido crescente, de geração para geração.

38 Descrição de Canais DeCa (14/23) Os canais lógicos em GSM são: TCH Traffic Channels (UL/DL): CS TCH-S Speech (11.4, 22.8 kb/s) TCH-D Data(9.6, 4.8, 2.4 kb/s) PS (GPRS) PDTCH Packet Data Traffic Channel

39 Descrição de Canais DeCa (15/23) CCH Control Channels: BCCHs Broadcast Control Channels BCCH Broadcast Control Channel (DL) FCCH Frequency Correction Channel (DL) SCH Synchronisation Channel (DL) CCCH Common Control Channels PCH Paging Channel (DL) AGCH Access Grant Channel (DL) RACH Random Access Channel (UL)

40 Descrição de Canais DeCa (16/23) DCCH Dedicated Control Channels (UL/DL) SDCCH Stand-alone Dedicated Control Channel FACCH Fast Associated Control Channel SACCH Slow Associated Control Channel

41 Descrição de Canais DeCa (17/23) Em GSM, pode-se esquematizar os canais lógicos da forma seguinte: TM TCH BCCHs CCCH PCH AGCH RACH DCCH EB

42 Descrição de Canais DeCa (18/23) Os canais lógicos em UMTS são: BCCH Broadcast Control Channel (DL) PCCH Paging Control Channel (DL) CCCH Common Control Channel (UL/DL) CTCH Common Traffic Channel (DL) DCCH Dedicated Control Channel (UL/DL) DTCH Dedicated Traffic Channel (UL/DL)

43 Descrição de Canais DeCa (19/23) Em UMTS, pode-se esquematizar os canais lógicos da forma seguinte: TM BCCH PCCH CCCH CTCH DTCH DCCH EB

44 Em UMTS, existem ainda os canais de transporte, que fazem a interface entre o UE e o RNC. UE Descrição de Canais Node B Logical Channels DeCa (20/23) RNC Transport Channels Physical Channels

45 Descrição de Canais Os canais de transporte em UMTS são: DL BCH Broadcast Channel PCH Paging Channel FACH Forward Access Channel DCH Dedicated Channel (UL/DL) DSCH Dedicated Shared Channel UL RACH Random Access Channel DCH Dedicated Channel (UL/DL) CPCH Common Packet Channel DeCa (21/23)

46 O mapeamento dos canais em UMTS, em DL, é: BCCH PCCH Descrição de Canais CTCH CCCH DCCH DeCa (22/23) DTCH Logical channels BCH PCH FACH DCH DSCH Transport channels P- CCPCH S- CCPCH DPDCH DPCCH PDSCH Physical channels

47 Descrição de Canais enquanto que em UL é: CCCH DTCH DCCH DeCa (23/23) Logical channels RACH DCH CPCH Transport channels PRACH DPDCH DPCCH PCPCH Physical channels

48 Comparação de Sistemas CoSi (1/5) De algum modo, a transição entre o GSM (sistema de 2ª geração) e o UMTS (sistema de 3ª geração) foi feita através do cdmaone (sistema de 2ª geração) dos EUA, pela introdução do CDMA.

49 Comparação de Sistemas CoSi (2/5) GSM cdmaone UMTS Acesso Canal [MHz] Serviço de referência Recurso partilhado Canais por serviço Controlo de potência [Hz] Transmissão de pacotes TDMA 0.2 Voz Frequência Mono 2 GPRS CDMA 1.25 Voz Potência Mono 800 Baseada em CS CDMA 5 Dados Potência Multi Baseada na carga

50 Comparação de Sistemas CoSi (3/5) Chip rate [Mc/s] Sincronismo de EBs Handover inter-frequência Sensibilidade à gestão de recursos rádio cdmaone Sim (via GPS) Possível Não (voz) UMTS 3.84 Não Sim Elevada, associada a QoS

51 Comparação de Sistemas CoSi (4/5) Reutilização de frequências Canais físicos Potência por canal Diversidade em frequência Planeamento Sensibilidade ao planeamento Qualidade Balanço cobert./capacid. GSM 3-12 Time-slots Dedicada Slow freq. hopping Frequências Elevada Planeamento de frequências Não UMTS 1 Códigos Partilhada Banda larga Códigos Baixa Gestão de recursos rádio Sim

52 Comparação de Sistemas CoSi (5/5) Acesso Duplex Banda Banda total Chip rate [Mc/s] SF Multi-ritmo Handover UMTS Modo FDD Modo TDD WCDMA (FDMA) TDMA/CDMA (FDMA) FDD TDD Emparelhada Desemparelhada 2 60 MHz 35 MHz , ,..., 512 1,..., 16 Multi-código, OVSF Multi-código, multi-slot, OVSF Soft/Hard Hard