Comunicação sem fios

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1 Introdução Devido à elevada penetração de mercado atingida pelos sistemas de 2ª geração nomeadamente o GSM, procurouse criar normas para sistemas de 3ª geração totalmente digitais com capacidade incrementada, quer a nível de tráfego suportado, quer a nível da qualidade de serviço. Em termos dos requisitos subjacentes à concepção deste sistema, consideraram-se os seguintes: Ritmos de transmissão até 2 Mbps; Ritmos variáveis associados a atribuição dinâmica da largura de banda; Multiplexagem de serviços com requisitos de QoS distintos numa única ligação; Taxas de erro de trama compreendidas entre 0.1 e ; Coexistência com sistemas de 2ª geração, com possibilidade de handover entre sistemas; Suporte para comunicações assimétricas a nível de downlink e uplink; Elevada eficiência espectral; Coexistência dos modos TDD e FDD 1

2 WCDMA GSM Espaçamento entre 5 MHz 200 KHz portadoras Factor de reutilização de frequência Frequência de controlo 1500 Hz 2 Hz de potência Controlo de qualidade Algoritmos de gestão de recursos rádio Planeamento de frequência Diversidade na 5 MHz de banda Frequency hopping frequência Tabela 1 Tabela comparativa WCDMA/GSM A principal vantagem do face ao GSM reside no aumento dos ritmos de transmissão permitindo 384 Kbps em ligações de circuitos comutados e 2 Mbps em comutação de pacotes. O GSM foi criado à luz da filosofia ISDN de modo a suportar os mesmos tipos de serviços, enquanto que é mais genérico, pois na sua concepção foi criada uma estrutura modular que suporta as aplicações existentes e permite uma evolução simples de modo a abranger aplicações futuras. No 3G foram adoptadas três variantes do CDMA I. DS-WCDMA (Direct Sequence Wideband Code Division Multiple Access Frequency Division Duplex). 2

3 II. DS-WCDMA-TDD (Direct Sequence Wideband Code Division Multiple Access Time Division Duplex). III. MC-WCDMA-TDD (Multi Carrier Wideband Code Division Multiple Access). A variante I usa a gama de frequências compreendida na banda de MHz para uplink e MHz para downlink. A separação entre canais duplex é de 190 MHz. A variante II utiliza a banda de frequências existente ao lado da banda usada para uplink na variante I. A largura de banda máxima é de 20 MHz e a mínima de 15 MHz. A terceira variante consiste numa técnica WCDMA com múltiplas portadoras. Figura 1- Exemplo de atribuições de bandas a operadores no UK O WCDMA consiste numa técnica de espalhamento de espectro. As técnicas de espalhamento espectral 3

4 remontam à década de 40, onde foram utilizadas para sistemas de comunicação militares (USA com primeiros sistemas baseados nesta técnica). Permitem uma utilização eficiente do espectro já que é partilhado por diversos utilizadores em simultâneo. Os avanços no controlo de potência, diversidade e redução de custos permitiram a adopção desta técnica em sistemas civis, que passaram a beneficiar das características que levaram à sua adopção em sistemas militares: Maior resistência a Jamming e interferências. Menor probabilidade de intercepção hostil. Maior resistência a interferências dada a multiplicidade de ramos de recepção. Aumento do factor de reutilização para 1 e consequente incremento da capacidade de Truncking do sistema. Possibilidade de posicionamento de MS. Possibilidade de usar técnicas de diversidade temporal e espacial. Possibilidade de atribuir acesso a qualquer utilizador sem tempos de espera. 4

5 O princípio de funcionamento básico desta técnica, consiste na geração de um sinal de banda estreita ao ritmo R que posteriormente é convolucionado por um sinal de banda larga de forma a criar um sinal com espalhamento de espectro ao longo da banda W. No domínio do tempo equivale a multiplicar o sinal original por um sinal com um ritmo muito mais elevado (Chip Rate) Na recepção, o sinal é novamente multiplicado pelo sinal de espalhamento espectral e filtrado por um filtro de largura da banda R, para reconstituição do sinal original. Uma vez que o sinal utilizado para realizar o espalhamento é conhecido do emissor e receptor, mediante uma filtragem adequada, podem-se eliminar componentes residuais de alta-frequência, que permanecem após a multiplicação pelo sinal de espalhamento. Quando existem interferências na recepção, o sinal de espalhamento afecta de igual modo o sinal interferente, espalhando-o ao longo da banda W. Por conseguinte após a filtragem, a potência do sinal interferente vem reduzida face a uma situação onde não se adopte este tipo de técnica. 5

6 Figura 2 Comparação de Técnicas TDMA, FDMA e WCDMA O espalhamento é realizado aplicando um baralhamento dos dados de acordo com um código PN (Pseudo Noise) que é novamente utilizado no receptor. Estes códigos permitem a um número de utilizadores igual ao número de códigos existentes e uma maior imunidade face a intrusões. A banda ocupada pelo sinal na interface Uu é de 5 MHz, sendo 1.16 MHz destinados às bandas de guarda. 6

7 5 MHz ˆ 3.84 MHz Figura 3 Banda associada a portadora unidireccional no WCDMA Notar que de acordo com os princípios da teoria de informação, pode-se escrever para a capacidade de um canal: C = W log(1 + SNR) com W a representar a largura de banda e SNR a relação sinal ruído. Da expressão anterior torna-se óbvio que o aumento de banda usada permite reduzir a potência empregue. Assim pode-se afirmar: Quanto maior for o espalhamento menor será a potência necessária à transmissão de bit, isto é, o 7

8 aumento do factor de espalhamento permite diminuir a potência empregue. Aplicado quando o ritmo do sinal original é baixo. Quanto menor for o factor de espalhamento, maior será a energia requerida para transmissão do sinal. Trata-se da situação típica dos casos em que o ritmo do sinal original é elevado. Logo no WCDMA o bit após o espalhamento é transformado numa sequência de bits chamada chip. A sua dimensão depende somente do factor de espalhamento usado, sendo a banda do sinal usado para espalhamento de 3.84 MHz ou analogamente o ritmo System chip Rate de 3.84 Mbps. Após codificação e adaptação de ritmo, os bits são transmitidos empregando modulações distintas no uplink e downlink. Como cada receptor (BS ou UE) tem um código associado, ao multiplicar pelo sinal recebido, extrai o sinal que lhe foi enviado, já que os diversos códigos são ortogonais entre si. O número total de códigos depende do factor de espalhamento k utilizado K k = 2, com k = 0,1, 2,..,8 8

9 Para k = 6 vem K = 64, o que implica neste caso a existência de 64 chips para cada símbolo no uplink. O factor de espalhamento é também conhecido por ganho de processamento Gp G B chip rate sistema = Uu P B = bearer Bearer bit rate = É de salientar que a Bearer bit rate inclui já overhead devido a bits redundantes relativos à codificação interna e codificação externa. Atendendo a que um símbolo transporta 2 bits no uplink e 1 bit no downlink, podem-se definir os ritmos em função do factor de espalhamento para o downlink e uplink. Note-se que à medida que o factor de espalhamento aumenta, e uma vez que a potência se mantêm constante, o ritmo de símbolo diminui. Este comportamento é evidente nos valores apresentados nas tabelas 2 e 3. K 9

10 K Ritmo de símbolo (ksps) Ritmo de bit (kbps) Uplink, downlink 512 -, ,15 15, , 30 30, , 60 60, , , , , , , , , 1920 Tabela 2 No WCDMA são usados três tipos de códigos, com finalidades distintas. Assim tem-se: Tipo Uplink Downlink Nº de códigos Códigos de encriptação Channelization Codes Códigos de espalhamento Diferenciação de utilizador Diferenciação de BS Canais de controlo Utilizadores de dados dentro de uma célula Channelization Utilizadores codex dentro de uma Scrambling code célula Tabela

11 Os códigos de encriptação são formados por 512 conjuntos de códigos primários e 15 secundários definidos segundo: n = 16 * i, i = 0,..,511 para conjunto i de códigos primários 16 * i + k, k = 1,..,15 para conjunto k de códigos secundários São usados 8192 códigos o que corresponde a 512 conjuntos de 16 códigos. A cada célula é atribuído um único código primário. O primeiro canal da célula CCPCH (Common Control Physical Channel) é sempre transmitido com o primeiro código de encriptação. Os outros canais físicos associados ao downlink são transmitidos usando ou o primeiro código primário ou um dos códigos secundários do conjunto atribuído para a célula. 24 No uplink, existem 2 códigos possíveis, com a possibilidade de todos os canais com excepção do PRACH (Physical Random Access Channel) usarem códigos curtos ou longos. O PRACH utiliza necessariamente um código longo. Dado o número elevado de utilizadores, é crucial um número elevado de códigos no uplink, para diferenciação dos diversos UE s. 11

12 Os channelization codes ou códigos de separação de canais no uplink e downlink têm factores de espalhamento distintos, uma vez que ambas as direcções têm ritmos de transmissão distintos. Convém salientar que o aumento do factor de espalhamento torna mais eficiente a utilização da banda disponível, permitindo a co-existência de mais utilizadores com ritmos de bit baixos. A presença de utilizadores com ritmos elevados obriga o recurso a factores de espalhamento baixos. Assim consideram-se 256 códigos, ortogonais entre si de forma a garantir a separação dos diferentes canais. Cada célula usa no downlink um código de encriptação único (não necessariamente ortogonal), que funciona como identificador. Para obtenção do código de encriptação, são usados os códigos de separação dos canais. Os códigos de espalhamento são usados para realizar o espalhamento espectral. Permitem a partilha da banda pelas diversas transmissões existentes em cada instante e são atribuídos pela rede no início da transacção de rede. Estes dependem do tipo de informação a transportar e consequentemente do tipo de canal, sendo construídos de acordo com a expressão: Código de encriptação Código de separação dos canais 12

13 Modulação O WCDMA usa dois tipos de modulação consoante se trate de downlink ou uplink. Para o downlink é usado o QPSK, uma vez que os requisitos de eficiência de potência no processo de amplificação não são tão restritivos. O QPSK apresenta transições de fase de ± π às quais estão associados níveis mais elevados de flutuações de envolvente. Na MS devido a restrições relativas à capacidade e duração da bateria, são requeridos elevados ganhos de amplificação com amplificadores de classe C, o que implica que se trabalhe na zona não linear do amplificador. Nesta situação a amplificação está associada a uma distorção do sinal, tanto mais forte quanto maior for a variabilidade apresentada pela envolvente. O OQPSK ao eliminar as transições de fase anteriores, reduz o nível de flutuações de envolvente, o que permite aumentar a eficiência da operação de amplificação e justifica a sua utilização no uplink. A escolha destas modulações para o donwlink e uplink justifica-se não só devido ao problema da amplificação, mas também devido aos requisitos relativos ao sincronismo. Quando se considera o QPSK, a amostragem dos sinais na saída dos filtros adaptados dos ramos relativos às componentes em fase e quadratura, pode ser realizada de T em T segundos, com T a 13

14 representar o tempo de símbolo. No caso do OQPSK, dado que a componente em quadratura se encontra atrasada de T/2 relativamente à componente em fase, a amostragem realiza-se de T/2 em T/2, o que implica consequentemente o emprego de um circuito de sincronismo mais complexo. Logo com a escolha efectuada nas modulações, garante-se uma amplificação eficiente na MS associada a requisitos de sincronismo menos existentes do ponto de vista do receptor. Os modeladores correspondentes têm as estruturas apresentadas a seguir. s ( t) = a r( t kt) a k k X cos( 2π f0t + θ 0) ~ 90º sen(2π f0t + θ 0) X s ( t) = b r( t kt ) b k k Σ {( s ( t) + js ( t) ) exp( j(2π f + ))} s0( t) = Re a b 0t θ 0 Figura 4 Estrutura de modelador QPSK a k kr( t kt ) ~ X 90º Σ s(t) b k kr( t kt) τ X Figura 5 Estrutura de modulador OQPSK 14

15 Nas figuras 6 e 7, encontram-se representadas as respectivas envolventes. 1 s BP (t) s(t) arg(s(t))/π t/t Figura 6 Sinal QPSK; S t () BP () arg ( St ( )) π sinal QPSK, fase. St envolvente, 15

16 1 s BP (t) s(t) arg(s(t))/π t/t Figura 7 - Sinal OQPSK; St () envolvente, S BP () t sinal OQPSK, arg ( St ( )) fase. π Técnicas de transmissão em modo FDD No sistema, dados os requisitos de qualidade de serviço impostos e o tipo de canal utilizado, pode-se efectuar a codificação/descodificação dos dados provenientes do nível MAC (Medium Access Control) ou níveis superiores, de forma a oferecer serviços de transporte de dados através do canal de rádio. O esquema de codificação de canal consiste numa combinação de códigos com capacidade correctora de erros e de 16

17 detecção. Recorre-se à concatenação de códigos e ao interleaving dos bits/símbolos obtidos na saída do segundo codificador, o que permite obter bons desempenhos para o nível de potência empregue durante a transmissão. Devido a limitações de potência, para modulação emprega-se uma modulação do tipo 4PSK (4 Phase Shift Keying) ou 8PSK. As modulações de fase do tipo M-PSK têm envolvente constante o que permite a utilização de amplificadores a operar em zonas não lineares, sem introdução de distorção do sinal. Esta propriedade é importante, na medida em que a amplificação ao poder ser realizada com os amplificadores a funcionar na zona não linear, apresenta rendimentos melhores. 17

18 Figura 8 Exemplos de transmissão no downlink e uplink em WCDMA Tipos de canais A atribuição da banda no WCDMA é feita com recurso a canais, encontrando-se definidos um conjunto de canais e sua organização na norma do. Existem três tipos de canais à semelhança do que acontece no GSM, conforme consta na próxima tabela. 18

19 Tipo Físicos Transporte Lógicos Sentido UE < ----> BS UE < ---- > RNC UE > RNC Tabela 4 Figura 9 Tipos de canais e níveis associados Os canais físicos correspondem aos canais utilizados na interface Uu entre o UE e BS. Ao contrário do GSM onde o BSC tem conhecimento destes canais, o RNC não conhece a sua estrutura, pois só são visíveis os canais de transporte e lógicos. A visibilidade do RNC limita-se aos canais de transporte que ao nível da BS são mapeados em 19

20 canais físicos. Os canais lógicos correspondem a canais de controlo de rede ou estão associados a ordens de execução de operações necessárias à manutenção e operação da rede. Estes são mapeados em canais de transporte. O tipo de canal considerado depende obviamente da direcção em que se processa a comunicação, já que as tarefas do UE são diferentes das realizadas pelo RNC. Tipo de canal físico Sentido PCCPCH UE < BS SCCPCH UE < BS DPDCH UE < > BS DPCCH UE < > BS PDSCH UE < BS PCPCH UE > BS PRACH UE > BS AICH UE < BS P-SCH UE < BS S-SCH UE < BS CSICH UE < BS CPICH UE < BS CD/CA-ICH UE < BS Tabela 5 Tipos de canais físicos e respectivos sentidos 20

21 A seguir procede-se à caracterização de cada um dos tipos de canais apresentados na tabela anterior: PCCPCH (Primary Common Control Physical channel) Transporta o canal lógico BCH (Broadcast Channel) em ambas as direcções. Todos os UE s dentro de uma célula podem desmodular este canal. Utiliza códigos de espalhamento e de channelization fixos. Tem um ritmo de 30 Ksps e um factor de espalhamento de 256. A razão para o factor de espalhamento ser elevado, reside na elevada potência empregue na transmissão deste canal. SCCPCH (Secondary Common Control Physical channel) Transporta os canais de transporte PCH (Paging Channel) e FACH (Forward Access Channel), existindo pelo menos um canal deste tipo numa célula. A existência de mais canais depende da coexistência ou não dos canais PCH e FACH no mesmo canal SCCPCH. Tem um ritmo baixo devido à baixa potência empregue na sua transmissão. 21

22 DPCCH (Dedicated Physical Data Channel) Transporta tráfego de utilizador, podendo transportar várias conexões em simultâneo. Trata-se de um canal dedicado para a comunicação entre uma BS e um UE. Atribuídos aos pares, sendo um usado para transporte de informação de controlo (DPCCH) e outro para transporte de dados (DPDCH). No downlink são multiplexados no tempo (modulação QPSK). No uplink são separados em componentes I/Q (modulação OQPSK). Os dois canais transportam a informação do canal de transporte DCH (Dedicated Channel). PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) e PCPCH (Physical uplink Common Packet Channel) Quando a ligação é realizada a ritmos elevados, os códigos de separação de canais podem ser insuficientes. A utilização de um código de encriptação adicional acarreta a perda de ortogonalidade, pelo que não é aconselhada. A utilização de um canal partilhado permite aumentar a capacidade evitando-se o problema referido atrás. Saliente-se que o UE é capaz de descodificar o PDSCH, o que permite a sua utilização para efeitos de aumento de capacidade. 22

23 PCCH (Physical Common Channel) É usado quando o UE necessita enviar dados em pacotes e a capacidade do RACH não é suficiente. O DPCCH tem a mesma finalidade que o PCCH, mas a nível de downlink. PRACH (Physical Random Access Channel) Como o nome indica transporta informação relacionada com o procedimento de acesso aleatório à rede. AICH (Acquisition Indication Channel) SCH (Sincronization Channel) CPICH(Common Pilot Channel) Os canais AICH, CPICH e SCH só transportam informação respeitante ao nível físico, o que justifica que não sejam visíveis por outros níveis. Convém salientar que o canal DCH é mapeado em dois sub canais, o DPDCH e DPCCH. O primeiro transporta informação proveniente de níveis superiores e suporta ritmos variáveis, enquanto que o 23

24 segundo limita-se a transportar a informação de controlo do nível físico e tem ritmo fixo. Estrutura de canais físicos Uplink. DPDCH e DPCCH No uplink o canal DPDCH é usado para transporte de informação de controlo gerada no nível físico. A informação de controlo do nível físico consiste nos bits piloto para estimação de canal para efeitos de detecção coerente, comandos do tipo TPC (Transmit Power Control), informação de feedback (FBI FeedBack Information) e indicação de combinação adoptada para o formato de transporte (TFCI). O TFCI informa o receptor sobre a combinação de formatos adoptada nos canais de transporte mapeados no canal DPDCH. Existe somente um canal DPDCH em cada ligação rádio do uplink. A estrutura da trama associada a este tipo de canal encontra-se representada na figura

25 DPDCH Data N data bits DPCCH Pilot N pilot bits TFCI N TFCI bits FBI N FBI bits TPC N TPC bits T slot = 2560 chips, 10*2 k bits (k=0..6) Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 1 radio frame: T f = 10 ms Figura 10- Estrutura da trama para uplink do canal DPDCH/DPCCH Na figura anterior destacam-se os seguintes elementos: Cada trama de 10 ms é dividida em 15 slots, com uma duração igual ao período de controlo de potência ao qual corresponde um comprimento Tslot = 2560chips. O parâmetro k determina no uplink, o número de bits por slot e está relacionado com o factor de espalhamento SF (Spreading Factor) pela relação 256 SF =. 2 k O factor de espalhamento pode assumir valores entre 256 e 4. O factor de espalhamento no uplink é sempre 256, o que corresponde a 10 bits por slot. Existem dois tipos de canais físicos dedicados no uplink. Estes diferem na presença ou não do campo 25

26 TFCI. Quando presente, consiste num canal relativo a diversos serviços (com ritmos eventualmente distintos), enquanto a sua ausência está associada a serviços de ritmo fixo Se for usado um modo de operação multi-código no uplink, pode-se transmitir diversos canais DPDCH em paralelo mediante a utilização de códigos de separação de canais (Channelization Codes) distintos. No entanto existe somente um canal DPCCH por cada ligação rádio. Os bits do campo FBI, são usados em operações que requeiram feedback do UE para a UTRAN, tais com controlo de potência no modo closed loop e SSDT (Site Selection Diversity Transmission). O campo FBI encontrase dividido segundo o esquema apresentado na figura 2. Os bits relativos ao sub campo S estão associados a sinalização do SSDT, podendo ter o tamanho de 0, 1 ou 2 bits. No caso de coexistência de controlo de potência com SSDT, este sub-campo tem o tamanho de um bit. Na tabela 7, apresentam-se os valores possíveis para o parâmetro N FBI. 26

27 S field D field N FBI Figura 11 Estrutura do campo FBI Na tabela 6, são contemplados igualmente os dois formatos de slot para o modo comprimido, assinalados por A e B. O número de bits usados por slot e trama no canal DPDCH em uplink são apresentados na tabela 6. Na tabela 7, apresentam-se os valores de ritmos de transmissão de bit e de símbolo antes do espalhamento espectral e os diversos valores possíveis para os campos N pilot, N TFCI, N FBI, e N TPC. Slot Format #i Channel Bit Rate (kbps) Channel Symbol Rate (ksps) SF Bits/ Frame Bits/ Slot Tabela 6- Campos do canal DPDCH N data 27

28 Slot Format #i Channel Bit Rate (kbps) Channel Symbol Rate (ksps) SF Bits/ Frame Bits/ Slot N pilot N TPC N TFCI N FBI Transmitted slots per radio frame A B A B A B Tabela 7 Campos do canal DPCCH PRACH Como já foi dito este canal serve para transportar o canal RACH. O acesso para efeitos de transmissão é realizado segundo o algoritmo Slotted Aloha. O UE pode tentar iniciar um processo de transmissão para acesso aleatório no início de cada slot de acesso. Existem 15 slots de acesso por cada conjunto de tramas, separados por 5120 chips, conforme se encontra representado na Figura 12. São os níveis superiores que definem quais os slots que se encontram livres. A transmissão para acesso aleatório é formada por vários preâmbulos de 4096 chips seguidos de uma mensagem com 10 ou 20 ms, conforme representado na Figura

29 radio frame: 10 ms radio frame: 10 ms 5120 chips #0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14 Access slot #0 Access slot #1 Random Access Transmission Random Access Transmission Access slot #7 Access slot #8 Random Access Transmission Random Access Transmission Access slot #14 Figura 12 Numeração de slots de acesso e seu espaçamento Preamble Preamble Preamble Message part 4096 chips 10 ms (one radio frame) Preamble Preamble Preamble Message part 4096 chips 20 ms (two radio frames) Figura 13 - Estrutura da transmissão de acesso aleatório Cada preâmbulo de comprimento igual a 4096 chips consiste em 256 repetições de uma assinatura de 16 chips, que pode ser escolhida dentro de um conjunto de 16 possíveis. A trama de 10 ms é dividida em 15 slots de 2560 chips. Cada slot consiste numa parte de dados na qual o RACH é mapeado e numa parte de controlo que transporta informação de controlo relativa ao nível físico. 29

30 Ambas as partes são transmitidas em paralelo (componente em fase e quadratura respectivamente). A parte de dados consiste em 10 *2 k com k=0,1,2,3, o que corresponde a factores de espalhamento de 32, 64, 128 e 256. A parte de controlo é formada por 8 bits piloto para efeitos de estimação de canal e dois bits do TFCI, com um factor de espalhamento de 256. O número total de TFCI s transmitido é de 15, já que é transmitido um em cada um dos slots em que a trama de 10 ms foi dividida. No caso da mensagem de 20 ms, esta é dividida em duas de 10 ms, sendo TFCI repetido na segunda parte da mensagem. Data Data N data bits Control Pilot N pilot bits T slot = 2560 chips, 10*2 k bits (k=0..3) TFCI N TFCI bits Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 Message part radio frame T RACH = 10 ms Figura 14 Estrutura da parte de mensagem da trama de acesso aleatório PCPCH Este canal é usado para transporte do canal CPCH. A transmissão deste canal baseia-se numa técnica de 30

31 detecção de colisões DSMA-CD (Digital Sense Multiple Access Collision Detection) com indicação de aquisição rápida. O UE pode iniciar a transmissão somente em instantes bem definidos, associados aos instantes de recepção da trama relativa ao canal BCH. Tem slots de tempo e estrutura semelhante ao RACH. A sua estrutura consiste num conjunto de vários preâmbulos de acesso com 4096 chips, um preâmbulo de controlo de potência com um comprimento de 0 a 8 slots, seguido de uma parte relativa à mensagem com tamanho variável múltiplo inteiro de 10 ms (ver Figura 15). P0 P1 Pj Pj Message Part 4096 chips 0 or 8 slots N*10 msec Access Preamble Collision Resolution Preamble DPCCH DPDCH Figura 15 Estrutura da transmissão do canal CPCH 31

32 Figura 16- Estrutura das partes de dados e controlo associadas ao canal PCPCH Estruturas de canais físicos no downlink Uma característica importante do WCDMA reside na possibilidade de implementar esquemas de diversidade na BS, ao nível da transmissão. Quando é aplicada diversidade nos canais físicos de downlink, deve ser aplicada nos canais P-CCPCH e SCH. São possíveis os modos de transmissão com diversidade open loop e closed loop em canais físicos distintos de downlink. No entanto a utilização em simultâneo do modo STTD e closed loop não podem coexistir no mesmo canal físico. Assim a utilização de diversidade em ligações rádio pertencentes ao mesmo conjunto activo, obedece às regras: Modos diferentes de transmissão não devem ser usados nas ligações rádio pertencentes ao mesmo conjunto activo. 32

33 A transmissão com diversidade num ou diversas ligações rádio não evita que a UTRAN aplique diversidade na transmissão de outras ligações rádio activas. Na Tabela 8, apresenta-se a lista de canais com os respectivos esquemas de diversidade associados. Channel Open loop mode Closed loop TSTD STTD Mode P-CCPCH X SCH X S-CCPCH X DPCH X X PICH X PDSCH (associated with DPCH) X X AICH X Tabela 8 Modos de diversidade aplicados aos canais de downlink O modo de diversidade STDD é opcional na UTRAN, já que se a nível superior é determinado que os canais P- CPICH e S-CPICH não podem ser usados numa célula como referência de fase para o canal de downlink DPCH, o UE assume automaticamente que o modo STTD não é usado. O STDD é aplicado nos blocos de bits de informação de 4 canais consecutivos. A codificação, interleaving e adaptação de ritmos é realizada na ausência de diversidade. Posteriormente são geradas sequências ortogonais para cada uma das antenas, baseadas nos 4 blocos de bits consecutivos, conforme se encontra apresentado na Figura 1. 33

34 b 0 b 1 b 2 b 3 Antenna 1 b 0 b 1 b 2 b 3 Channel bits -b 2 b 3 b 0 -b 1 Antenna 2 STTD encoded channel bits for antenna 1 and antenna 2. Figura 17 Diagrama de blocos do codificador STTD DPCH Neste canal dedicado, é realizada a multiplexagem no tempo do canal de transporte DCH juntamente com informação de controlo do nível físico, como bits piloto, comandos de controlo de potência e TFCI. Também pode ser visto como resultado da multiplexagem no tempo dos canais DPDCH e DPCCH. Da sua estrutura representada na Figura 18, destacam-se os seguintes aspectos: Cada trama de 10 ms é dividida em 15 slots com 2560 chips. O parâmetro k determina no uplink, o número de bits por slot e está relacionado com o factor de espalhamento SF (Spreading Factor) pela relação 512 SF =. 2 k 34

35 Existem dois tipos de canais que diferem na inclusão ou não do TFCI. As considerações efectuadas a este respeito para o canal DPDCH mantêm-se válidas. No modo comprimido são usados dois tipos diferentes de slots, identificados por A e B na tabela 4. O formato A é usado para tramas comprimidas por meio de perfuração e o B quando a compressão é obtida por meio de uma redução do factor de espalhamento. Os valores e número de bits associados aos campos constam dos valores apresentados na tabela 4. Pode usada transmissão multi-código no downlink. Nesta situação vários CCTrCH são multiplexados num canal DPCH com o mesmo factor de espalhamento espectral. A informação de controlo é enviada somente no primeiro DPCH. Quando vários CCTrCH s são mapeados em diversos DPCH s transmitidos para o mesmo UE, podem ser usados diferentes factores de espalhamento para os diferentes canais DPCH s usados no mapeamento. Nesta situação a informação de controlo de nível 1 é somente enviada no primeiro canal DPCH. 35

36 DPDCH DPCCH DPDCH DPCCH Data1 N data1 bits TPC N TPC bits TFCI N TFCI bits T slot = 2560 chips, 10*2 k bits (k=0..7) Data2 N data2 bits Pilot N pilot bits Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 One radio frame, T f = 10 ms Figura 18 estrutura da trama associada ao canal DPCH 36

37 Slot Format #i Channel Bit Rate (kbps) Channel Symbol Rate (ksps) SF Bits/ Slot DPDCH Bits/Slot DPCCH Bits/Slot N Data1 N Data2 N TPC N TFCI N Pilot Transmitted slots per radio frame N Tr A B B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B * A * B * * A * B * * A * B * * A * B * * A * Tabela 9 37

38 DPDCH DPDCH TPC TFCI Pilot Transmission Power Physical Channel 1 Transmission Power Physical Channel 2 Transmission Power Physical Channel L One Slot (2560 chips) Figura 19 Formato do slot no downlink em transmissão multi-código. CPICH Está associado à estimação de canal por parte do receptor, para efeitos de recepção coerente e transmite uma sequência de símbolos pré-definida. Tem um ritmo fixo de 30 kbps, com um factor de espalhamento de 256. Em caso de aplicação de diversidade na transmissão de downlink, é transmitido por ambas as antenas com os mesmos códigos de baralhamento e de channelization. Nesta situação diferem as sequências de símbolos prédefinidas, conforme exemplificado na Figura

39 Pre-defined symbol sequence T slot = 2560 chips, 20 bits = 10 symbols Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 1 radio frame: T f = 10 ms Figura 20 Estrutura da trama CPICH Antenna 1 A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A Antenna 2 -A -A A A -A -A A A -A A -A -A A A -A -A A A -A -A A A -A -A slot #14 slot #0 slot #1 Frame#i Frame Boundary Frame#i+1 Figura 21 - Padrão de modulação para o CPICH ( A = 1+j) Existem os subtipos P-CPICH e S-CPICH. Como características importantes relativas ao P-CPICH destacam-se: Baralhamento com o primeiro código de baralhamento Existência de um único canal deste tipo por célula É difundido para a totalidade de uma célula Serve de referência de fase para os canais SCH, P- CCPCH, AICH, PICH, AP-AICH, CD/CA-ICH, CSICH, CPCH e DPCH. 39

40 Tem ritmo fixo de 30 kbps com um factor de espalhamento de 256 e é usado para transportar a informação do canal BCH. Usado com referência de fase para canais que usem diversidade em anel fechado. O S-CPICH apresenta por sua vez as características: Utilização de código arbitrário do tipo channelization com um factor de espalhamento de 256. Baralhado com o primeiro ou segundo código de baralhamento. Pode não existir ou existir um ou vários numa célula. Pode ser difundido à totalidade ou parte de uma célula. Pode servir de referência de fase ao canal DPCH, no caso dos níveis superiores comunicarem ao UE. Pode servir de referência de fase a canais que usem diversidade em anel aberto. Não pode coexistir com o canal primário como referência de fase ao canal DPCH. Tem um factor de espalhamento entre 4 e 256. Ritmos iguais aos relativos ao canal DPCH no downlink. 40

41 Permite múltiplas combinações de formatos de transporte através da utilização do TFCI, ao contrário do canal primário que só permite um formato. Os canais FACH e PCH podem ser mapeados no mesmo ou em canais separados do tipo S-CCPCH s. No caso de serem mapeados no mesmo canal, são também mapeados na mesma trama. 256 chips (Tx OFF) Data 18 bits T slot = 2560 chips, 20 bits Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 1 radio frame: T f = 10 ms Figura 22 - Estrutura de trama para o Primary Common Control Physical Channel TFCI N TFCI bits Data N data bits T slot = 2560 chips, 20*2 k bits (k=0..6) Pilot N pilot bits Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 1 radio frame: T f = 10 ms Figura 23 Estrutura de trama para o Secondary Common Control Physical Channel 41

42 SCH Trata-se do canal de sincronização, usado para efeitos de busca de célula. É formado por um canal primário e um secundário, cujas as tramas de 10 ms são divididas em 15 slots com 2560 chips. O canal primário consiste num código com comprimento de 256 chips. O código primário de sincronização (PSC Primary Synchronization channel) representado por C p é transmitido em todos os slots e é o mesmo para todas as células presentes no sistema. O código secundário, representado por C, é formado por 15 sequências de ik, s 256 chips, sendo transmitido em paralelo com o código primário. Permite identificar a célula, sendo seleccionado dentro de um conjunto de 16 códigos de comprimento igual a 256. Em C ik, s, onde representa o grupo de código de baralhamento e k o número do slot. Na Figura 25, apresenta-se a situação referente à transmissão do canal SCH por meio de um esquema TSTD (Time Swiched Transmit diversity). Nos slots pares os canais primário e secundário são transmitidos via antena 1 e nos slots impares via antena 2. 42

43 Slot #0 Slot #1 Slot #14 Primary SCH ac p ac p ac p Secondary SCH ac s i,0 ac s i,1 ac s i, chips 2560 chips One 10 ms SCH radio frame Figura 24 Estrutura do canal de Sincronização (SCH) Slot #0 Slot #1 Slot #2 Slot #14 Antenna 1 ac p ac p ac p ac s i,0 ac s i,2 ac s i,14 Antenna 2 ac p ac s i,1 Figura 25 Esquema de transmissão TSTD do canal SCH PDSCH Este canal físico transporta o canal partilhado de downlink DSCH (Downlink Shared Channel). 43

44 Data N data bits T slot = 2560 chips, 20*2 k bits (k=0..6) Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 1 radio frame: T f = 10 ms Figura 26 Estrutura de trama do canal PDSCH AICH O canal de indicação de aquisição é usado para transporte dos indicadores de aquisição de canal, associados ao algoritmo slotted Aloha já referido atrás. Os indicadores de aquisição correspondem a assinaturas presentes no canal PRACH. Este canal tem um ritmo fixo, com um factor de espalhamento de 256. O AICH consiste numa repetição de 15 slots de acesso, com um comprimento de 5120 chips cada e tem como referência de fase o canal P- CPICH. AI part Unused part a 0 a 1 a 2 a 30 a 31 a 32 a 33 a 38 a 39 AS #14 AS #0 AS #1 AS #i AS #14 AS #0 20 ms Figura 27 Estrutura do canal AICH 44

45 Cada slot de acesso é formado por duas partes. A primeira formada por 32 símbolos reais definidos por a j = 15 s= 0 com os AI s b s,j AI s de valores ± 1 ou 0, a representarem o indicador de aquisição correspondente à assinatura s. As assinaturas e sequências b s,0,, b s,31 correspondentes são apresentadas na Tabela 10. Um valor do indicador de aquisição igual a 1 corresponde a uma confirmação afirmativa (positive acknowledgement) e 1 corresponde por sua vez a uma confirmação negativa. O valor 0 é usado nos indicadores, quando o valor da assinatura S não pertence ao conjunto de assinaturas, definido nas classes de serviço associadas ao PRACH correspondente. A outra parte tem uma duração de 1024 chips e não está associada a transmissão, pelo que não faz parte do AICH. 45

46 Tabela 10 AP-AICH Cada slot de acesso é formado por duas partes. A primeira formada por 32 símbolos reais definidos por a j 15 = APIsb s,j s= 0 com os API s de valores ± 1 ou 0, a representarem o indicador de aquisição AP correspondente à assinatura s do preâmbulo de acesso. As assinaturas e sequências ( s,0,..., s,31 b b ) correspondentes são apresentadas na Tabela 10. Um valor do indicador de aquisição igual a 1 corresponde a uma confirmação afirmativa (positive acknowledgement) e 1 corresponde por sua vez a uma confirmação negativa. O valor 0 é usado nos indicadores, quando o valor da assinatura S não pertence ao conjunto de assinaturas, definido para o canal PCPCH correspondente. 46

47 A outra parte tem uma duração de 1024 chips e não está associada a transmissão, pelo que não faz parte do AP- AICH. CD/CA-ICH No processo de acesso ao canal é necessário um indicador de sucesso e um de colisão, devido ao algoritmo de contenção associado ao slotted Aloha. Este canal, com estrutura semelhante aos dois anteriores, transporta o indicador de colisão CDI (Collision Detection Indicator) e o indicador de atribuição de canal CAI (Channel Assigment Indicator). O conjunto de assinaturas é o mesmo do canal anterior. Os símbolos a j podem estar somente associados ao indicador CDI quando o CAI está inactivo ou estar associados a ambos os indicadores. PICH Este canal transporta os indicadores de paging e está associado ao canal S-CCPCH no qual o canal PCH é mapeado. A trama relativa a este canal tem uma duração de 10 ms e é formada por 300 bits, em que os 12 últimos não são transmitidos. Os 288 restantes estão associados a indicadores de paging. A parte não usada está reservada para futuras utilizações. Em cada trama são transmitidos 47

48 N p indicadores de paging (,..., 0 N ) p P P 1, podendo o N p assumir os valores 18, 36, 72 ou 144. O indicador de paging PI usado por um UE é calculado pelos níveis superiores, estando associado ao indicador de paging. P q O valor de q é calculado em função do PI, do número de sistema de trama (SFN System Frame Number) e do número de indicadores de paging por trama Np, segundo a expressão: (( ( ) ) ) 18 / 8 / 64 / 512 mod144 NP q = PI + SFN + SFN + SFN + SFN 144 mod N P Quando um indicador de paging dentro de uma trama tem o valor 1, significa que o UE associado a este indicador e ao valor de PI está apto a ler a trama correspondente ao canal S-CCPCH associado. O mapeamento dos indicadores PI em bits do PICH é realizado segundo a regra apresentada na Tabela bits for paging indication 12 bits (undefined) b 0 b 1 b 287 b 288 b 299 One radio frame (10 ms) Figura 28 Estrutura do canal PICH 48

49 Number of PI per frame (N) PI p = 1 PI p = 0 N=18 {b 16p,, b 16p+15 } = {1,1,,1} {b 16p,, b 16p+15 } = {0,0,,0} N=36 {b 8p,, b 8p+7 } = {1,1,,1} {b 8p,, b 8p+7 } = {0,0,,0} N=72 {b 4p,, b 4p+3 } = {1, 1,,1} {b 4p,, b 4p+3 } = {0, 0,,0} N=144 {b 2p, b 2p+1 } = {1,1} {b 2p, b 2p+1 } = {0,0} Tabela 11 Canais de transporte e seu mapeamento em canais físicos. Os dados gerados pelos níveis superiores são transportados por meio de canais de transporte que no UTRA são mapeados em canais físicos. Note-se que o nível físico suporta canais de transporte de ritmo variável de forma a oferecer serviços que solicitem atribuição de banda a pedido e permite a multiplexagem de diversos serviços numa única conexão. A cada canal de transporte é associado um indicador de tipo TFI (Transport Format Indicator) que identifica de forma unívoca os canais de transporte associados a dados provenientes dos níveis superiores. No nível físico, os vários elementos identificadores são combinados num único identificador TFCI, transmitido através do canal físico e que permite na recepção o conhecimento dos canais de transporte presentes na trama recebida. A 49

50 descodificação do TFCI permite obter os TFI s que são indicados aos níveis superiores. Desta forma esses níveis têm a lista de canais activos na conexão que está a ser utilizada. Figura 29 Interface entre nível físico e níveis superiores. Os canais de transporte encontram-se divididos em duas categorias: I. Canais dedicados ou DCH que transportam a informação proveniente de níveis superiores, relativa a um determinado utilizador. Nesta informação abrangem-se os dados propriamente ditos, bem como informação de controlo associada aos níveis superiores. Do ponto de vista do nível físico, ambos os tipos de informação são tratados da mesma 50

51 forma. Note-se que já não existe separação entre canais de dados e de controlo. Portanto canais como o DCH estão associados ao controlo de potência, adaptação de ritmo de transmissão e soft handover. II. Canais comuns No UTRA existem 6 subtipos que se descrevem a seguir: o BCH (Broadcast Channel) Consiste num canal de transporte associado a difusão. A informação deste canal é respeitante à informação típica da UTRA ou da célula. Por intermédio deste canal é difundida informação sobre códigos de/ou para acesso aleatório, slots de acesso e informação relativa aos métodos de diversidade. O registo de um UE só é possível se este for capaz de descodificar este canal. Consequentemente para abranger a totalidade dos UE s presentes numa célula, este canal é transmitido com uma potência mais elevada que os restantes canais. O ritmo de transmissão é baixo para garantir compatibilidade com todos os terminais. o FACH (Forward Access Channel) É um canal de downlink, responsável pelo transporte de informação de controlo relativa ao 51

52 posicionamento de um UE dentro de uma célula. Podem coexistir vários canais deste tipo. Tratase de um canal com um ritmo de transmissão baixo e não tem associado controlo de potência rápido. o PCH (Paging Channel) É um canal existente no downlink que transporta informação referente à operação de paging dos UE s presentes na rede. o RACH (Random Access Channel) É o canal de acesso aleatório associado ao uplink. Transporta toda a informação de controlo, referente ao equipamento terminal, necessária para o estabelecimento de ligações. Pode ser usado para transmissão de pacotes entre UE e BS. Tem de abranger necessariamente toda a área de cobertura de uma célula. o CPCH (Common Packet Channel) Trata-se de um canal existente no uplink. Pode ser considerado como uma extensão do RACH e é usado para a transmissão de pacotes. O seu equivalente no downlink é o FACH. Do ponto de vista do nível físico difere do RACH no que respeita ao mecanismo de detecção de colisões, 52

53 à utilização de controlo de potência rápido, procedimentos de monitorização e número de tramas associadas ao processo de transmissão. o DSCH (Dedicated Signalling channel) É um canal de transporte usado para transmissão de dados de utilizador e/ou dados de controlo e que pode ser partilhado por diversos utilizadores. Suporta ritmos variáveis e controlo rápido de potência. Pode ter associadas várias técnicas de diversidade em associação com o canal DCH. No conjunto anterior, os canais essenciais para operação da rede são o RACH, FACH e PCH sendo os restantes opcionais. As associações possíveis entre os canais anteriores e canais físicos, para downlink e uplink são as que se apresentam a seguir: 53

54 Canal de transporte Canal físico DCH Dedicated Physical Data Channel (DPDCH) Dedicated Physical Control Channel (DPCCH) RACH Physical Random Access Channel (PRACH) CPCH Physical Common Packet Channel (PCPCH) Common Pilot Channel (CPCH) BCH FACH PCH Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH) Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH) Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH) DSCH Synchronization Channel (SCH) Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) Acquisition Indicator Channel (AICH) Access Preamble Acquisition Indicator Channel (AP-AICH) Paging Indicator Channel (PICH) CPCH Status Indicator Channel (CSICH) Collision-Detection/Channel Assignment Indicator Channel (CD/CA-ICH) Tabela 12 54

55 Entre os canais físicos destacam-se os canais CPICH, SCH e AICH por serem somente visíveis pelo nível físico e por serem transmitidos por todas as estações base existentes na rede. Os canais CSICH (CPCH Status Indication Channel) e CD/CA-ICH (Colision Detection/Channel Assigment Indication Channel) são sempre usados quando o canal CPCH se encontra activado. 55

56 Arquitectura de sistema O está estruturado de forma modular, não especificando-se as estruturas internas e modos de implementação de cada elemento constituinte da rede. Adopta-se uma filosofia semelhante à implementada no modelo OSI, onde se especificam as interfaces entres os diferentes elementos lógicos que formam a rede. Assim ao nível do PLMN do são definidas as seguintes interfaces: CU Interface eléctrica entre o USIM ( subscriber Identity Module) e o equipamento de utilizador UE. Uu Interface rádio do WCDMA. Trata-se da interface pela qual o UE acede à rede fixa do sistema. Iu Interface que estabelece a ligação entre a UTRAN ( Radio Access Network) e a CN (Core Network). O facto, da norma que especifica a interface Iu ser aberta, permite que vários fabricantes forneçam equipamento para implementação da UTRAN e da CN. Iur Permite a realização de softs handovers entre RNC s distintos (fabricantes) e suporta as seguintes funcionalidades: 56

57 Mobilidade inter-rnc Canal de tráfego dedicado Canal de tráfego Comum Gestão geral de recursos Iub Interliga o nó B e o RNC. Também é aberta. RNC Nó B Iub Iur USIM RNC Cu Uu Iub Iur Iu Cs Iu Ps Core Network ME RNC Nó B Iub Iur RNC UTRAN Figura 30 Estrutura UTRAN e Interfaces UTRAN Funcionalidades da UTRAN A UTRAN tem a seu cargo a criação e manutenção de canais rádio (RAB Radio Access Bearer) entre as UE s e a CN a Core Network (CN). O RAB garante aos elementos 57

58 da CN, uma comunicação fixa via rádio link, libertando a CN da necessidade de gerir qualquer aspecto relacionado com a interface rádio. De acordo com o que já foi referido atrás, a UTRAN consiste na parte do sistema formada pela BS (Nó B) e RNC, contida entre as interfaces Uu e Iu. Consequentemente do ponto de vista funcional a finalidade da UTRAN é providenciar os serviços de transporte entre estas duas interfaces, garantindo o cumprimento dos requisitos de QoS impostos pela CN. Entre as diversas funções associadas ao RNC, algumas já descritas atrás, encontra-se o cumprimento dos requisitos de QoS impostos no acesso em rádio frequência. É conveniente frisar que o encapsulamento da parte de acesso rádio, existente no, permite que alterações nesta parte do sistema não afectem os restantes componentes. A parte física de suporte ao UTRAN é denominada UTRA (Universal Terrestial Radio Access) e utiliza WCDMA-FDD ou WCDMA para efeitos de implementação dos serviços. Como características da UTRAN destacam-se: Só na primeira fase de implementação do sistema 58

59 Colocada entre as interfaces Uu e Iu. O RAB garante a QoS especificada pelo CN. Manter e criar o RAB garantindo a QoS requerida. Filosofia semelhante à adoptada no AMPS, com o encapsulamento da parte rádio para que esta possa ser alterada sem repercussões no resto do sistema. Suportar ritmos de transmissão de: o 144 kbps para ambientes rurais o 384 kbps para ambiente urbano o 2048 kbps em ambientes indoor ou microcélulas Suportar posicionamento dos UE s com precisão de 50 metros. RNC (Radio Network Controler) que garante a QoS através da ligação rádio e CN que garante a QoS na interface Iu. Bearer Iu mais estável. Bearer RB mais instável que obriga à manutenção de três RB entre UE e o RNC. 59

60 UTRAN TE UE MT BS RNC MSC/VLR SGSN Local Bearer Service Uu END to END Service Iu Bearer Service Radio Access Bearer Service Radio Bearer Service Iu Bearer Service UTRA Service Physical Bearer Service Figura 31- Arquitectura/organização de Bearer/QoS na UTRAN Serviço Bearer No, os parâmetros da classe do serviço bearer estão directamente relacionados com a aplicação utilizada e tipos de redes que ligam os pontos terminais da ligação. É permitida a negociação das características do serviço bearer, pelo que o QoS de ser flexível de forma a permitir a negociação até para aplicações futuras. O serviço bearer está organizado por níveis conforme exemplificado na figura anterior. Assim cada serviço bearer presente num nível específico oferece o seu serviço, utilizando os serviços disponibilizados pelos níveis situados abaixo, tal como no modelo OSI. 60

61 Divisão de serviços e aplicações. A negociação do nível de QoS num serviço bearer, implica a definição de parâmetros referentes à qualidade de serviço como : Ritmo mínimo de transmissão Ritmo de bit garantido Atraso máximo permitido e características de tráfego como tipo de ligação (ponto a ponto, ponto multiponto, unidireccional, etc..) na descrição do RAB (Radio Access Bearer) a implementar pela UTRAN. São identificadas 4 classes de QoS, à semelhança do GPRS, correspondendo cada uma a requisitos distintos de atraso: I. Classe conversacional com ritmo fixo, sem buffering, tráfego simétrico e ritmo de bits garantido. II. Classe de streaming com atraso mínimo fixo, com buffering, tráfego assimétrico e ritmo de bit garantido. III. Classe interactiva com atraso moderado, buffering, tráfego assimétrico e sem garantia de ritmo de bits mínimo. 61

62 IV. Classe de background com atraso elevado e variável, buffering quando necessário e tráfego assimétrico e sem garantia de ritmo de bits mínimo. Na negociação do QoS associado a uma classe de serviço são negociados uma grande variedade de atributos, tais como os que constam na Tabela 13. Tipo de classe de tráfego Ritmo Máx. (kbps) Entrega sequencial Tamanho máximo da SDU Taxa de erro das SDU s Atraso de transferência (ms) Ritmo de bit garantido (kbps) Classe conversacional Classe de streaming Classe iterativa Classe de backgroud <2000 <2000 <2000 <2000 Sim/não Sim/não Sim/não Sim/não <1500 <1500 <1500 < ,10,10,10 10,10,10,10 10,10, ,10, <2000 <2000 Tabela 13 Valores de atributos dos Serviços Bearer 62

63 Arquitectura da UTRAN Arquitectura A UTRAN é formada por vários RNS s (Radio Network subsystems). Os diversos RNS s encontram-se ligados entre si via interface Iur (transporte de informação de sinalização e de dados) que permite a comunicação entre dois RNC s. Cada RNS é por sua vez formado por várias BTS (Base Station), localizadas entre as interfaces Uu e Iub (interface entre BTS e RNC). A implementação da interface Uu é realizada mediante a utilização de WCDMA e o mapeamento dos canais de transporte em canais físicos, segundo as regras estabelecidas pelo RNC, para a realização do mapeamento. Pode ser formada por vários subsistemas RNS (Radio Network Sub-systems) e pelo UE. Um RNS é por sua vez formado pelos seguintes elementos: Um RNC ou vários que podem estar ligados via interface Iur; Nó B ligado aos RNC s através de interfaces Iub. Interface Uu entre RNS e UE. Interface Iur entre RNC s. Interface Iu entre RNS e CN. 63

64 UTRAN RNS BS RNC Uu BS Iur Iu RNS BS RNC BS Figura 32 - Estrutura da UTRAN O RNC é o elemento de rede responsável pela gestão de recursos de rádio da UTRAN. Faz a interface com a CN e é o ponto terminal de execução do protocolo RRC (Radio Resource Control) que define as mensagens e 64

65 procedimentos existentes entre UE e a UTRAN. Fazendo uma analogia com o GSM, corresponde ao BSC do GSM. Um RNC pode ser dividido nos seguintes elementos funcionais: CRNC Responsável pelo controle do nó B. Executa controlo de carga (tráfego), controlo de admissão, alocação de ligações rádio e gestão de congestão; SRNC Trata-se do elemento funcional do RNC que termina a ligação da interface Iu para transporte de dados de utilizador e a ligação RANAP ( ) de sinalização da e para a CN. Realiza igualmente operações de gestão de recursos rádio, tais como o mapeamento de canais de transporte nos canais Bearer da interface ar, o handover e controlo de potência. DRNC Trata-se de qualquer RNC que controle as células utilizadas por um UE. Existe também no UE, pode realizar operações de macro-diversidade e divisão celular. Um Ue pode conter um ou vários DRNC s. O nó B ou estação base só executa operações do nível 1, tais como codificação de canal, adaptação de ritmo, 65

66 interleaving e espalhamento espectral. Está localizada entre a interface Uu e a interface Iub, isto é entre a BS e RNC. Implementa a interface Uu mediante a utilização de WCDMA para acesso aos canais de rádio físicos e transporta informação nos canais físicos de acordo com o mapeamento definido pelo RNC. A sua estrutura lógica é formada pelas interfaces Iub e Uu. Do ponto de vista estrutural, a BTS é vista de forma distinta consoante a interface considerada. Assim a estrutura funcional será a apresentada na próxima figura. Do ponto de vista da interface Iub é formada por duas entidades lógicas: Common transport - Representa os canais de transporte comuns a todos os UE s presentes na célula e os utilizados para acesso inicial. Contem um porto de controlo para efeitos de operação e manutenção. Traffic Terminatin Points (TTP) conjunto de recursos dedicados, requeridos pela UE quando está no modo dedicado. Contem pelo menos um canal dedicado do tipo DCH (Downlink Channel) e um canal partilhado de downlink DSCH (Downlink Shared Channel). 66

67 A entidade de transporte comum, contem os canais comuns a todos os UE s presentes numa célula, os canais usados para inicialização de acesso e canais usados em operações de controlo e manutenção da rede (node B control port). A entidade TTP (Traffic Termination Points) agrupa todos os recursos dedicados que são utilizados para um UE em modo dedicado. Contem necessariamente um DCH (Dedicated Channel) e contem igualmente no downlink um canal partilhado do tipo DSCH. Do ponto de vista do acesso rádio ou interface Uu, a BS é formada por um conjunto de células, caracterizadas por um código de baralhamento próprio e um identificador de célula. Cada célula tem no mínimo um TRx, que mantém os canais físicos (onde são mapeados os canais de transporte) através da interface Uu. A cada célula está igualmente atribuído um canal do tipo P-CCPCH para difusão da informação associada ao canal BCH. A técnica de transmissão baseia-se no WCDMA que usa dois tipos de modulação consoante se trate de downlink ou uplink. 67

68 Figura 33- estrutura lógica da BS Interfaces e estrutura protocolar. As interfaces no são definidas tendo em atenção a estrutura protocolar adoptada no sistema. A UTRAN encontra-se organizada em níveis e planos verticais independentes entre si. Logo à semelhança do modelo OSI, alterações num nível não se repercutam para os níveis adjacentes. A estrutura do UTRAN encontra-se desta forma dividida em duas camadas: Nível de rede rádio Nível de transporte 68

69 E nos planos verticais (associados a funcionalidades): Plano de controlo Plano de transporte Plano de utilizador O plano de controlo inclui todas as funções de sinalização de controlo da rede. Inclui o protocolo dependente da interface considerada, o RANAP para a interface Iu, o RNSAP para a interface Iur e o NBAP para a interface Iub. Inclui igualmente o Bearer de sinalização necessário ao transporte de mensagens associadas ao protocolo. O protocolo é usado para estabelecer o acesso rádio na Iu e a ligação rádio entre as interfaces Iur e Iub. O plano de controlo da rede de transporte é usado pela sinalização de controlo do nível de transporte. Actua entre o plano de utilizador e de controlo. Permite que o protocolo de aplicação no plano de controlo seja totalmente independente da tecnologia usada na implementação do bearer de dados do plano de utilizador. O plano de utilizador é responsável pelo transporte dos dados enviados e recebidos pelo utilizador. 69

70 Nível rádio da Rede Plano de controlo Plano de utilizador Protocolo de aplicação Fluxo(s) de dados Nível de Transporte da rede Rede de Transporte Plano de utilizador Rede de Transporte Plano de utilizador Rede de Transporte Plano de utilizador Bearer(s) de sinalização Bearer(s) de sinalização Bearer(s) de dados Nível físico Figura 34 Modelo protocolar geral para interfaces da UTRAN Interface Iu Esta interface liga a UTRAN à CN e a sua especificação é uma norma aberta. Consoante o tipo de comunicação existem diversos tipos de interface. Assim tem-se Iu cs, para ligação da UTRAN com a CN em comutação de circuitos. Iu ps, para ligação da UTRAN com a CN em comutação de pacotes. Iu bc, para suporte de serviços de difusão e conecta a UTRAN com a parte de difusão da CN. 70

71 Figura 35 Estrutura do protocolo para a interface Iu Cs Figura 36 - Estrutura protocolar da interface Iu ps 71

72 O nível físico pode ser implementado recorrendo a SONET, STM1, E1, etc.. Das figuras anteriores, destaca-se o protocolo RANAP associado à interface Iu e que contem toda a informação de controlo relativa ao nível da rede rádio. As funções associadas a este protocolo são: Recolocação entre RNS, devido a hard handover ou inter-system handover: o SNRS Neste caso é realizada a recolocação entre SNRS s sem alteração dos recursos rádio que se encontram atribuídos e sem interrupção da comunicação. o Inter-SRNS hard handover usado para transitar entre RNS s com alteração dos recursos rádio, através de um hard handover na interface Uu. O requisito prévio implica que a Ue esteja na região fronteira das células em questão. Gestão do RAB (Radio Access Bearer) e combina todas as RAB respeitantes a: o Setup o Modificação das características de um RAB actual o Finalizar um RAB 72

73 o Libertação da Iu com libertação de todos os recursos associados. o Detecção de transmissão de dados sem sucesso. Permite ao CN saber a partir da UTRAN se existiram transmissões de dados associados a UE s que falharam. o Gestão de ID comum, nomeadamente o envio de identificação do UE, entre o CN e a UTRAN. Isto permite a coordenação de operações de paging devidas a dois CN s distintos. o Paging. o Tracing que permite à CN solicitar que a UTRAN registe todo o processo de conexão entre um UE e a UTRAN. Normalmente é usada para efeitos de manutenção. o Transferência de informação de sinalização entre UE e CN que é realizada em dois modos: UE -> UTRAN ->CN ou UE -> CN o Controlo de segurança, utilizado para ligar ou desactivar a encriptação ou confirmação de integridade. 73

74 o Gestão de sobrecargas, usado para controlar a carga através da interface Iu de modo a evitarem-se sobrecargas na CN ou na UTRAN. o Reset que é utilizado para realizar a inicialização da interface Iu do lado da CN ou da UTRAN em situações de erro anómalas. o Reporting de localização, usado pela CN para receber informação respeitante à localização de um UE. Interfaces internas da UTRAN Destaca-se a interface Iur entre RNC s e que está associada à sinalização de protocolo RNSAP. Esta interface suporta 4 funcionalidades distintas estando associados subtipos de interface a cada uma delas. Assim é possível definir os subtipos: Iur 1 mobilidade inter-rnc Iur2 Canal de tráfego dedicado Iur3 Canal de tráfego comum Iur4 Gestão global de recursos Entre as funções da Iur 1 destacam-se: Recolocação do SRNC 74

75 Suporta inter-rnc e realiza actualização do registo de área ao nível da UTRAN. Suporta paging inter-rnc Reporta erros protocolares Funções associadas à Iur 2 (Iur DCH): Estabelecimento, modificação e libertação do canal dedicado/partilhado no DRNC, devido a um handover; Estabelecimento e libertação de canais de transporte dedicados, através da interface Iur; Transferência de blocos de transporte associados ao DCH entre a SRNC e o DRNC; Gestão das ligações rádio estabelecidas no DRNS. Funções do Iur 3 (Módulo do canal de transporte): Estabelecimento e libertação da ligação de transporte para o tráfego de dados associados ao canal comum, através da interface Iur. Dividir o Mac nos sub-níveis MACEDO (associado ao SRNC) e MAC-c (associado ao DRNC). Controlo de fluxo entre MAC-d e MAC-c Funções implementadas ao nível da Iur 4: 75

76 Transferência de informação respeitante a células e mediadas, entre dois RNC s. Transferência de parâmetros de posicionamento entre controladores. Transferência de informação de sincronismo do nó B, entre dois RNC s. Interface Iub Consiste na interface situada entre o RNC e o nó B. A sinalização associada a esta interface, encontra-se dividida em duas subcategorias: NBAP comum que utiliza uma ligação comum de sinalização. As funções associadas são: o Estabelecimento do 1º RC de um UE e selecção do ponto de terminação de tráfego; o Configuração celular; o Gestão dos canais RACH, FACH, PCH e CPCH; o Inicialização e relatório de medições ao nível da célula e do nó B; o Controlo da LMU (Localization measurement Unit); o Gestão de falhas. NBAP dedicada que usa uma ligação dedicada de sinalização. As funções desempenhadas são: 76

77 o Adição, libertação e reconfiguração de ligações rádio ao nível do UE; o Manipulação de canais dedicados e partilhados; o Inicialização e reporting de medições sobre a ligação rádio; o Gestão de falhas da ligação rádio. Figura 37 Estrutura protocolar da interface Iub RNC O RNC é o comutador da UTRAN, e por analogia é equivalente ao MSC do GSM. Encontra-se localizado entre as interfaces Iub, Iu e Iur (usada par ligação intra RNS s). A sua estrutura lógica pode ser representada na forma. 77

78 BS's Iub Unidades de Interfaces Funções de controlo da UTRAN Comutador RRM Interface O&M (operação e manutençã o) Unidades de Interfaces Iu Iur CN Outros RNC's gestão e manutenção da rede Figura 38 Estrutura lógica do RNC No RNC, identificam-se os seguintes elementos associados a funcionalidades distintas: SRNC (Serving RNC e consiste no RNC pela manutenção de um bearer relativo a um UE através da interface Iu) CRNC (Controlling RNC - De acordo com o modelo da estação base o RNC vê esta como formada pela entidade de transporte comum e pelo conjunto de nós do tipo B. O CRNC é o elemento funcional que controla estas entidades numa estação base) DRNC (Drifting RNC) 78

79 Em termos funcionais o RNC encontra-se divido em duas unidades lógicas, o RRM e funções de controlo. O RRM (Radio Resource Management) é responsável pela implementação dos algoritmos necessários à manutenção da ligação rádio e cumprimento dos requisitos de QoS impostos. Desta forma executa funções como: Controlo de potência Gestão de handover Controlo de admissão Gestão de códigos Packet scheduling. Convém salientar que na UE existe igualmente uma unidade lógica RRM, para efeitos do controlo de potência e gestão de handover. A segunda entidade funcional, relativa às funções de controlo, engloba funções de controlo associadas ao estabelecimento, manutenção e libertação de radio Bearers. Handover No podem existir duas razões para a realização de handover (tal como nos sistemas de 2ª geração): 79

80 Qualidade do sinal Neste caso é realizado o handover quando a QoS ou nível de potência não cumprem os critérios impostos pelo RNC. Pode ser aplicado tanto no uplink como no downlink. Tráfego Neste caso o handover pode ser despoletado quando o limite de capacidade de uma célula está próximo de ser atingido. Nesta situação o UE comuta para outra célula sujeita a menor carga. Este handover permite obter uma distribuição mais uniforme do tráfego através das células que formam o sistema. O primeiro tipo de handover é gerido pelo RNC. No 2º tipo o MSC pode tomar igualmente a decisão de desencadear o handover. São possíveis os seguintes tipos de handover: Intra BS ou intra células (softer handover) Inter BS, incluindo soft e hard handover Inter RNC incluindo os tipos de handover hard, soft e soft-softer. Inter MSC Inter SGSN (Serving GPRS Support Node) Inter system 80

81 Soft Handover Softer Handover CN CN SRNC Iur DRNC SRNC Nó B Nó B Figura 39 Esquemas de soft e softer handover Para efeitos de handover são realizadas as seguintes medições pelo UE: Medidas intra-frequência incluindo medições da potência dos canais físicos de downlink para sinais com as mesmas frequências. Medidas inter-frequência, abrangendo as medições de potência de canais físicos de downlink associados a sinais de frequência distintas. 81

82 Medições de cobertura inter-sistemas, abrangendo as medições de potência de canais de downlink pertencendo a outros sistemas (exemplo GSM). Medição do volume de tráfego existente no uplink. Medição de parâmetros de QoS incluindo a taxa de erros de blocos no downlink. Medições da potência de emissão da UE (uplink) e do sinal recebido pela UE(downlink). Figura 40 Esquema com passos associados ao controlo de potência As medições anteriores podem ser activadas por qualquer uma das razões apresentadas a seguir: Mudança para uma célula melhor. 82

83 Mudança no nível de sinal associado ao canal. PCPICH (Primary Common Pilot channel). Mudança no nível do sinal do canal P- CCPCH. Mudança no nível da SIR. Mudança no nível do ISCP (Interference Signal Code Power). Relatórios periódicos. Tempo de activação. No há que associar em simultâneo o critério e o procedimento adequados, dada a profusão de critérios e medições possíveis. Qualquer um dos tipos de handovers, referidos anteriormente é realizado em três fases distintas. 83

84 Fase de medição Fase de Decisão Fase de execução Figura 41 Fases para realização de handover Existem dois tipos de classificação para os handovers, consoante o tipo de decisão realizada. O NEHO (Network Evaluated Handover) onde o SRNC é responsável pela decisão do handover e o MEHO (Mobile Evaluated Handover) onde o UE é que é responsável pela decisão do handover. Embora no segundo tipo se afirme que o UE é responsável pelo handover, a decisão final e execução propriamente dita é feita pelo SRNC. É de salientar que não existe estandardização relativamente aos algoritmos utilizados no handover. Como exemplo considera-se a seguir o handover baseado 84

85 na potência do sinal reportada pelo UE. Neste tipo de handover intervêm as seguintes grandezas: Limiar superior É o nível de potência máximo do sinal aceitável para a QoS requerida. Limiar inferior nível de potência mínimo do sinal para o qual a QoS requerida é cumprida. A potência não pode ir abaixo deste nível sem acarretar uma quebra na ligação. Margem de handover - consiste no valor em que a potência da célula vizinha tem de exceder a potência da célula actual, durante um intervalo de tempo prédeterminado. Conjunto activo Lista de células através das quais o UE tem ligações com a UTRAN. Assumindo que a MS se encontra na célula A e que vai transitar para a célula B, os passos envolvidos no handover serão: 1. A MS está a afastar-se da estação base da célula A, o que implica que a potência associada a esta célula se aproxime do limiar inferior de potência. Nas medições efectuadas pela MS e reportadas ao RNC, detecta-se um sinal 85

86 proveniente de B que se situa dentro da margem de handover. Este sinal é adicionado ao sinal proveniente de A. 2. Nível de sinal proveniente de B maior que o sinal proveniente de A. No caso de B ter potência suficiente para cumprir os requisitos de QoS impostos e se a soma dos sinais provenientes de A e B exceder o limite superior de potência (causa de interferência adicional) é realizado o handover e A é eliminada do conjunto de ligações activas. Caracterização de tipos de handover. Os tipos de handover já foram referidos atrás, procedendo-se agora à caracterização de cada um dos tipos. Como hard handover, entende-se qualquer processo de handover onde exista uma interrupção momentânea da ligação entre os instantes de finalização da ligação existente e o estabelecimento da nova ligação. Este tipo de handover é usado para alteração da banda de frequências de uma conexão entre UE e UTRAN ou para alteração de uma célula mantendo a frequência quando não existe da parte da rede, suporte a esquemas de 86

87 macro-diversidade. Também pode ser utilizado para comutar entre os modos FDD e TDD. Este procedimento é usado somente no estado Cell_DCH. Embora não estejam definidas mensagens de sinalização dedicada para o handover do tipo hard, os procedimentos a executar pelo RRC abrangem necessariamente: Reconfiguração do canal físico Estabelecimento do RAB Reconfiguração de Radio Bearers Libertação de Radio Bearers Reconfiguração de canais de transporte 87

88 Figura 42 Handover rígido. I. Handover intra-frequência do tipo rígido (intrafrequency hard). No caso do handover intra-frequência, a portadora usada após o handover é a mesma que era usada antes da realização do handover. 88

89 RNC Iur RNC BS Frequência f1 BS Frequência f2 UE Figura 43 Handover intra frequência do tipo rígido BS Frequência f1 BS Frequência f2 UE Figura 44- Handover inter frequência do tipo rígido 89

90 Figura 45 Passos e entidades envolvidas no handover rígido e recolocação de SNRS. No handover rígido inter-frequência, existe mudança de portadora após a execução da operação de handover. No caso dos RNC s envolvidos na operação não estarem ligados via Iur, não é possível um soft handover entre RNC s. Nesta situação é somente possível um handover rígido inter-frequência e consequentemente um handover inter-rnc (ver Figura 44). O handover inter-frequência pode ocorrer entre macro e micro-células que usem portadoras distintas dentro da mesma área de cobertura, que é a situação associada a handover entre sistemas distintos GSM/WCDMA uma vez que acarreta necessariamente alteração da portadora. Este tipo de handover é sempre do tipo NEHO. O handover entre 90

91 sistemas pode ser usado para efeitos de controlo de tráfego ou para garantir continuidade de sessões, em zonas onde dois sistemas coexistam. No soft handover é estabelecida uma nova ligação antes de se terminar a ligação antiga. Pode ser realizado entre duas estações base não pertencentes ao mesmo RNC. Neste tipo de handover as células envolvidas têm as mesmas frequências. O softer handover está por sua vez associado a um esquema de micro diversidade ao nível da estação base ou a estações base em que foram empregues técnicas de sectorização. Sector 1 Frequência f1 Sector 2 Frequência f1 UE BS Sector 3 Frequência f1 Figura 46 Soft Handover intra frequência Na micro diversidade, a selecção e combinação dos sinais é realizada num receptor tipo RAKE existente na estação base(ver Figura 47). Pode existir igualmente um esquema 91

92 de macro diversidade no RNC, conforme consta na Figura 48. UE Receptor RAKE (Aplicação de técnica de micro diversidade) Uplink Figura 47 Micro diversidade aplicada numa BS Conjunto de ligações activas BS Ponto de macrodiversidade UE BS SRNC BS DRNC Figura 48 Esquema de macro diversidade ao nível do RNC 92

93 Handover entre sistemas GSM/BSS para UTRAN BS WCDMA BS GSM/DCS UE Figura 49- Handover entre sistemas Neste tipo de handover quando o RRC da rede recebe um comando do tipo Hard handover Proceed 2 do protocolo RANAP, atribui um RNTI para a conexão RRC e selecciona os parâmetros necessários à configuração dos canais de transporte e definição dos conjuntos de canais. Assim o RRC executa as operações de controlo da admissão e reserva de recursos, configurando os parâmetros associados aos canais de transporte (tipo e formatos) no nível 1 e nível 2 de forma a estabelecer um canal lógico do tipo DCH. Os parâmetros seleccionados incluindo o RNTI, são previamente transmitidos ao UE via mensagem Hard 93

94 handover Proceed 1 do protocolo RANAP e mensagem Handover command do GSM. Ao receber a mensagem Handover command, o nível RR do GSM transmite os parâmetros requeridos ao nível RRC do via primitiva RR-data-ind. O RRC da UE configura os níveis 1 e 2 de acordo com os parâmetros recebidos, de forma a estabelecer localmente o canal lógico DCH. O nível físico indica ao RRC a obtenção de sincronização e é iniciada pelo UE uma ligação de sinalização entre o RLC e o UE. Por fim é enviada a mensagem Handover Complete. Figura 50 Procedimentos para execução de handover entre sistemas GSM --> UTRAN O handover entre sistemas pode dar-se no sentido UTRAN para GSM, desde que o UE tenha em uso pelo menos um 94

95 RAB pertencente ao domínio dos serviços e comutação de circuitos (CSD Circuit Switched Domain). Este handover baseia-se na informação medida pelo UE presente na UTRAN, logo é enquadrável na categoria MEHO. Em caso de handover, é enviado em modo confirmado, no canal DCCH, um comando do tipo Handover From Utran Command. Assim que este comando é recebido pelo UE, inicia-se neste a transição para o estado Connected Mode. A transição do UE para o estado ligado no GSM é por sua vez finalizada quando este envia a mensagem Handover Complete. Os passos realizados para execução deste handover são: 1. UTRAN envia uma mensagem de pedido de recolocação ao CN/AS, que contem a informação necessária ao GSM para realizar o handover (célula actual, nova célula, classe de MS, etc..). 2. O CN/AS envia um pedido de handover ao RR do controlador da BS, reservando os recursos necessários de forma a ser capaz de receber a MS. Confirma o seu envio, por meio do envio da mensagem de confirmação Handover Request Acknoledge ao CN/AS. A mensagem de confirmação contém uma mensagem do tipo RR-GSM com toda a 95

96 informação necessária à UE para realização do handover. 3. O CN/AS envia o comando de recolocação (Relocation Command) à UTRAN para esta começar o processo de handover. Contem toda a informação necessária para o UE comutar para a célula GSM e realizar o handover para o novo sistema. 4. O UE ao receber a mensagem Handover From Utran Command, o respectivo RRC reenvia a mensagem GSM-RR à entidade MS-RR. A entidade MS-RR pede por sua vez à entidade MS-RRC para libertar a conexão. 5. A entidade MS-RRC liberta os recursos atribuídos nos níveis RLC, MAC e físico do UE. 6. Após comutar para o canal GSM definido na mensagem Handover From Utran Command, a entidade GSM-MS (GSM-Mobile Station) envia mensagens do tipo Handover Access para aceder ao processo de handover do GSM. 7. O RR do controlador da BS, depois de receber a mensagem Handover Access indica a sua recepção ao CN/AS, enviando uma mensagem do tipo Handover Detect. O RR do controlador da estação base envia a informação de configuração de 96

97 transmissão ao nível físico, para que a transmissão por parte da MS se processe correctamente. 8. Após as ligações do nível 1 e 2 estarem estabelecidas, a MS envia a mensagem de Handover Complete. 9. O CN/AS envia uma mensagem Iu Release Command à UTRAN para esta libertar os recursos usados pelo UE no modo conectado. Os recursos usados nos níveis RLC, MAC e físico são libertados, sendo posteriormente enviada a mensagem de confirmação Iu release Complete. Figura 51 - Procedimentos para execução de handover entre sistemas UTRAN --> GSM 97

98 Controlo de potência Uma vez que existem diversos utilizadores partilhando a mesma banda de frequência, as potências dos sinais recebidos na estação base, diferem já que as diversas MS se encontram a distâncias diferentes. No FDMA cada conexão tem uma portadora associada e no TDMA é associado um time slot, o que garante o isolamento da ligação. No CDMA a separação entre estas é garantida mediante o emprego de códigos ortogonais, uma vez que as conexões partilham o mesmo meio de transmissão. No entanto, a presença de códigos ortogonais não impede que os sinais relativos aos diversos UE s presentes interfiram entre si, pelo que o controlo de potência é fundamental, já que se trata de um sistema de interferência limitada. O uso de códigos ortogonais permite distinguir no receptor, o sinal útil C associado a um determinado utilizador da interferência I proveniente dos sinais de outros utilizadores presentes na rede. Portanto é fundamental limitar o nível de interferência mantendo a relação C I dentro de níveis que a separação dos sinais, isto é, acima da margem anti-jamming AJ. Abaixo deste limiar, o sistema perde a capacidade de isolar o sinal associado a uma conexão, já que não existe isolamento 98

99 suficiente entre as diversas conexões activas dentro da célula. A solução para este problema consiste em minimizar a interferência detectada na BS, mediante o emprego de controlo de potência. Saliente-se que o controlo de potência por si só não consegue anular a interferência proveniente de terminais presentes em células adjacentes. Nesta situação recorre-se ao soft handover, associado a esquemas de macro diversidade para selecção da estação base mais apropriada. O controlo de potência é empregue no downlink e uplink. No downlink destina-se a minimizar a interferência proveniente de outras células de forma a se obter um SIR aceitável. No uplink é essencial para compensar o efeito near-far e garantir que a potência recebida de cada MS seja a mesma, de forma a minimizar a interferência dentro da célula ao nível do receptor da BS. Este controlo é realizado à frequência de 1500 Hz. Existem dois mecanismos de controlo de potência: Open-Loop Power Control (OLPC) Closed Loop Power Control (CLPC) 99

100 UE RNC BS OLPC Inner loop fast Power control CLPC Outer loop fast Power control Figura 52 Mecanismos de controlo de potência em WCDMA Procedimento Procedimento Innerloop Innerloop Actualização Actualização Inner-loop: Inner-loop: DPCCH DPCCH ComandosTPC ComandosTPC UE UTRAN access point Inic. Inic. Outer-loop Outer-loop : : sinalização sinalização NBAP NBAP Actualização Actualização Outer-loop Outer-loop : : in-band in-band SIR SIR pretendida pretendida Procedimento Procedimento Outerloop Outerloop Configuração Configuração do do Inner-loop: Inner-loop: sinalização sinalização RRC RRC por por incrementos incrementos discretos, discretos, algoritmo algoritmo de de combinação, combinação, potência potência máxima máxima permitida permitida para para UL UL Tx Tx RNC Figura 53 - Entidades funcionais da rede e controlo de potência OLPC Este mecanismo é usado para ajuste de potência no uplink. O OLPC é usado para ajustar a potência de transmissão no canal físico de acesso. Antes da 100

101 transmissão do burst de acesso, a MS deve medir a potência recebida no downlink, para efeitos de estimação da atenuação introduzida pelo canal e do nível da SIR do sinal recebido. Com estes dados ajusta o nível de potência de emissão, de forma a conseguir-se o valor da SIR difundido pela estação base. O ajuste de potência é realizado com base na estimativa do nível de potência do canal CPICH associado à BS. A BS envia periodicamente no canal BCCH, os parâmetros de potência permitidos para a MS que se encontra em standby. O controlo de potência processa-se da seguinte forma: 1. A MS estima o nível de potência do piloto enviado pela BS no downlink. 2. Uma vez medida a potência do piloto, a potência de transmissão é ajustada segundo a expressão P TRX = P 1 EP com P EP a representar a estimativa da potência do sinal piloto. Desta forma consegue-se compensar o desvanecimento lento do canal. 101

102 CPLC No uplink, o CLPC ajusta a potência de transmissão do UE de forma a garantir um SIR acima do limiar definido pela rede. A estação base deve estimar simultaneamente a potência do sinal recebido na saída do receptor e a potência total de interferência na banda utilizada pela portadora, de forma a obter uma estimativa do valor da SIR e assim realizar o controlo de potência. Com base nesta informação, gera um comando TPC de controlo de potência para ajuste da potência de emissão do UE pretendido. Como existem várias ligações activas, devido à presença de diversas estações base, o UE ajusta a potência tendo em atenção os diversos comandos TPC recebidos. Assim se todos os comandos forem concordantes no aumento da potência, é realizado um aumento de potência de emissão. No caso de existir um comando para baixar a potência, esta é reduzida segundo o decremento associado a comando TPC. Na presença de diversidade espacial ou soft handover na estação base, os comandos TPC devem ser gerados tendo em atenção o valor da SIR obtido na saída do combinador do receptor. O CLPC é usado para ajustar a potência de transmissão quando a ligação já se encontra estabelecida, tendo como 102

103 principal finalidade a compensação dos efeitos devidos ao desvanecimento rápido. O CPLC é implementado por meio da realização das seguintes operações: 1. A BS procede à actualização da potência transmitida pela MS com base em incrementos de 1, 2 ou 3 db, a uma frequência de 1.5 KHz. 2. A BS mede periodicamente a SIR, a BER, a taxa de erro de trama (FER) e a potência recebida. 3. A BS com base nos parâmetros medidos e na potência recebida, realiza a comparação com o limiar pré-definido, aumentando a potência de transmissão consoante o limiar seja ultrapassado ou não. No ajuste de potência relativo ao downlink, a técnica CLPC é também utilizada, mas com alteração dos papéis entre a BS e MS. Encontram igualmente definidos outros esquemas de controlo de potência como: Soft handover - Como existem ligações da Ms com diversas BS s, coexistem em simultâneo vários TPC (Transmission Power Control) activos. Para se evitar conflitos e impasses, a potência é decrementada desde 103

104 que um dos TPC s existentes se pronuncie nesse sentido. Site Selection Diversity (SSDT) - No caso do SSDT, é a estação base com maior potência que é escolhida como transmissora, desactivando-se os canais DPDCH associados às outras BS presentes, como se pode ver na figura 48. Trata de um esquema de macro diversidade. Compressed Mode (Slotted mode) De seguida passa-se a enumerar os diversos passos envolvidos no soft handover para efeitos de controlo de potência: 1. Na estação base é realizada uma estimativa da qualidade dois sinais recebidos. Se esta indicar que a qualidade do sinal está abaixo do nível pretendido, é enviado um comando TPC para aumento da potência. Em caso contrário é ordenado ao UE para baixar a potência de emissão. Note-se que todas as estações base responsáveis pelo conjunto de ligações activas enviam comandos de controlo de potência ao UE. 104

105 2. O UE compara os vários comandos TPC recebidos, aumentando a potência de emissão somente no caso em que todos os comandos TPC são concordantes a esse respeito. Na ocorrência de um comando de diminuição da potência o UE reduz a potência. Quando existem vários comandos para decrementar a potência, a redução é feita segundo o maior decremento solicitado por um dos comandos TPC recebido do conjunto activo. 3. O limiar de qualidade para as estações base pertencentes ao conjunto activo é ajustado em seguida com base no Outer Loop Power Control, que é implementado no RNC associado ao nó da rede onde o soft handover foi realizado. O objectivo do Outer Loop no uplink é ajustar o nível do limiar da SIR usado no CLPC. A SIR é ajustada independentemente para cada conexão, tendo como base a estimativa do nível de qualidade da conexão. 105

106 TPC para aumento de potência TPC para aumento de potência UE BS UE BS TPC para aumento de potência TPC para baixar potência TPC para aumento de potência TPC para aumento de potência BS BS BS BS Figura 54 Controlo de potência associado ao soft handover DPDCH off X UE BS X DPDCH off BS BS Figura 55 Esquema SSDT. Seleccionada a célula com melhor QoS dentro do conjunto de ligações rádio activas Controlo de Admissão O controlo de admissão desempenha um papel fundamental na limitação do nível de interferência, já que este aumenta à medida que o número de MS presentes cresce. Também uma vez que a banda é partilhada pela 106

107 totalidade dos utilizadores, há que limitar o nível de interferência para que a separação entre sinais interferentes e o sinal desejado, permita à BS distinguir os diversos códigos existentes. Define-se margem de interferência segundo a expressão: τ = 10log 1 1 factor decarga Para níveis de carga superiores a 70%, o controlo de interferência não consegue ser realizado de forma eficiente, pelo que a carga é limitada a um factor máximo de 50%. Convém referir que o controlo de admissão tem de gerir igualmente o tráfego em tempo real e o tráfego associado à transmissão de pacotes. Gestão de códigos O RNC tem também a seu cargo a gestão dos dois tipos de códigos usados no sistema: Schannelization codes ou códigos de identificação de canais Scrambling codes ou códigos de baralhamento Os primeiros códigos são aplicados sobre um código de scrambling. O acesso a uma célula por parte de uma MS, é possível desde que a MS conheça o código de 107

108 scrambling usado no canal BCH e que é atribuído pelo RNC. Este funciona como identificador da célula. Assim os códigos de scrambling têm de estar correlacionados entre si, enquanto os primeiros têm de ser ortogonais, para garantir a separação entre os diversos canais associados a utilizadores distintos. 108

109 Codificação/Transmissão no modo FDD O processo de codificação do canal de transporte e multiplexagem em vários canais, associado ao Uplink e Downlink, encontra-se esquematizado na Figura 56. Como se pode ver os dados são entregues ao bloco que realiza a codificação e multiplexagem em blocos em cada intervalo de transmissão. As durações dos intervalos de tempo associados à transmissão estão definidas para o canal de transporte, podendo assumir qualquer um dos valores do conjunto {10 ms, 20 ms, 40 ms, 80 ms}. O processo de transmissão de dados pode ser reduzido ao conjunto de operações apresentadas a seguir: - Adição de CRC (Cyclic Redundancy Check) a cada bloco de dados a transportar - Concatenação TrBk e segmentação de blocos de código - Codificação de canal - Normalização de tamanho de trama - Interleaving ( em dois estágios se necessário) - Segmentação de tramas - Adaptação de ritmos 109

110 - Multiplexagem dos canais de transporte - Segmentação do canal físico - Mapeamento em canais físicos 110

111 a, a im1, aim2, aim3, K b, b im1, bim2, bim3, K o, o ir1, oir 2, oir3, K c, c i1, ci 2, ci3, K t, t i1, ti2, ti3, K d, d i1, di2, di3, K ie i it i irk i ima i CRC attachment imb i TrBk concatenation / Code block segmentation it i Channel coding Radio frame equalisation 1 st interleaving Radio frame segmentation e, e i1, ei 2, ei 3, K in i Rate matching Rate matching f, f i1, fi2, fi3, K s, 1, s2, s3, K s S p1, u p2, u p3, K iv i u, u v Physical channel segmentation pu ( t)1, v( t )2, v( t)3, K, v( t) U ( t ) TrCH Multiplexing 2 nd interleaving Physical channel mapping w, w p1, wp2, wp3, K pu PhCH#2 PhCH#1 Figura 56 - Codificação, multiplexagem e transmissão no Uplink e Downlink 111

112 Convêm salientar que o WCDMA (Wide Code Division Multiple Access) oferece três classes de serviços básicos relativamente a códigos empregando a metodologia FEC: Serviços standard com codificação convolucional Serviços de alta qualidade com concatenação de código externo sobre código convolucional Serviços com códigos específicos, para os quais o nível 1 do WCDMA não tem nenhum código préespecificado Código interno e interleaving Quanto à estrutura de codificação adoptada, consiste num código convolucional interior de rate 1/3 para ritmos baixos e rate ½ quando são exigidos ritmos mais elevados. Os polinómios geradores dos códigos convolucionais internos são os que se apresentam na forma octal na tabela 14, estando representadas nas figuras as estruturas dos respectivos codificadores convolucionais. 112

113 Tabela 14 - Parâmetros referentes aos códigos convolucionais (polinómios geradores na forma octal). Input D D D D D D D D (a) Codificador convolucional de Rate 1/2 Output 0 G 0 = 561 (octal) Output 1 G 1 = 753 (octal) Input D D D D D D D D (b) Codificador convolucional de Rate 1/3 Output 0 G 0 = 557 (octal) Output 1 G 1 = 663 (octal) Output 2 G 2 = 711 (octal) Figura 57 - Esquemas dos codificadores convolucionais adoptados Convém frisar que o tipo de codificação empregue não é o mesmo para os diversos canais existentes no, tendo canais distintos esquemas de codificação diferentes de acordo com os ritmos e qualidade de serviço pretendidos, conforme exemplificado na Tabela

114 Tipo de canal de Transporte BCH PCH FACH RACH Tipo de codificação Convolucional Rate de código 1/2 1/3, 1/2 DCH, DSCH, USCH Turbo código 1/3 Sem código Tabela 15 - Tipos de canais e codificações associadas O interleaving é aplicado após o codificador convolucional. O tipo de interleaving depende obviamente do tipo de atraso associado ao serviço em questão. Assim para serviços com atrasos relativamente baixos aplica-se um interleaving dentro dos bits da trama com um comprimento de duração 10 ms. No caso de os atrasos serem consideráveis realiza-se também interleaving entre tramas com uma duração máxima de 150 ms, ou seja, 15 tramas. Código externo e interleaving Em serviços que requeiram uma taxa de erros 3 compreendida entre 10 e 10 6, é necessário um código externo que consiste num turbo-código em paralelo. Após 114

115 esta codificação externa é realizado um interleaving ao nível dos símbolos que compõem cada bloco obtido. Multiplexagem de serviços Normalmente múltiplos serviços pertencendo à mesma conexão são multiplexados no tempo, podendo esta multiplexagem ser realizada antes ou depois da codificação interna ou externa, conforme exemplificado na figura. Os canais de transporte associados aos serviços são convertidos num único fluxo de bits que posteriormente pode ser mapeado num ou vários canais físicos, se o ritmo requerido exceder o limite para uma transmissão com código único. Alternativamente, os vários serviços podem ser tratados paralelamente com códigos e interleaving's independentes e mapeados em diversos canais do tipo CCTrCH (Coded Composite Transport Channels), o que corresponde à existência de vários feixes de bits em paralelo, podendo cada um deles ser posteriormente mapeado num ou vários canais físicos(alguns exemplos são considerados mais à frente). Adopta-se desta forma um modo de transmissão que implica um controlo de potência e qualidade de cada serviço independente. Nesta situação é 115

116 necessária uma transmissão multi-código em WCDMA, com o consequente impacto na complexidade da estação móvel. Adaptação de ritmos Após a codificação e multiplexagem, realiza-se a adaptação de ritmos de acordo com os atributos de adaptação de ritmo definidos pelos níveis superiores, para cada canal TrCH (Transport Channels). Esta adaptação é feita com recurso a operações de repetição de bits ou eliminação (A eliminação de bits também é conhecida como Perfuração ou Puncturing). Os atributos definidos pelos níveis superiores são essenciais para o conhecimento dos bits que se têm de repetir ou no caso da perfuração definem a regra a aplicar nesta operação. 116

117 Estrutura Lógica do O está organizado em três níveis: I. Nível físico II. Nível lógico III. Nível de rede No UTRA FDD, a interface ar encontra-se dividida em dois sub-níveis com protocolos distintos: MAC (Médium Access Control Protocol) RLC (Rádio Link Control Protocol) Do lado do utilizador em adição aos protocolos anteriores, existem ainda dois protocolos dependentes do serviço realizado: PDCP (Packet Data Convergence Protocol) BMC (Broadcast/Multicast Control Protocol) Ao nível de rede propriamente dito estão por sua vez associados protocolos como o RRC (Rádio Resource Control) relativo ao plano de controlo e protocolos de controlo de chamadas (Call Control), MM (Mobility 117

118 Managment), SMS (Short Message Service), etc.. Em termos das entidades UE, UTRAN e Core Network pode-se adoptar a estrutura protocolar representada na próxima figura. As funcionalidades de níveis mais elevados encontram-se por sua vez agrupadas no estrato de acesso e de não acesso. O estrato de acesso oferece os seus serviços ao estrato de não acesso via SAP s do tipo: Controlo geral (GC) Notificação (Nt) Controlo dedicado (DC) Figura 58 Arquitectura protocolar o De acordo com a estrutura de níveis existente, o nível físico presta serviço ao MAC, através dos canais de 118

119 transporte. O MAC fornece por sua vez os seus serviços ao RLC, via os canais lógicos que disponibiliza. Por fim o RLC fornece serviços aos níveis superiores por intermédio dos pontos de acesso de serviço SAP (Service Access Point). Do lado do pano de controlo, os serviços prestados pelo RLC são usados pelo RRC para transporte de sinalização. Do lado do plano do utilizador, os serviços prestados pelo RLC são utilizados por protocolos como PDCP, BMC ou SMS ou outras funções associadas aos níveis superiores. Os serviços do RLC são chamados Signaling Rádio Bearers quando vistos do plano de controle e rádio Bearers no plano de utilizador, desde que não usem os protocolos PDCP e BMC. 119

120 Figura 59 Estrutura lógica da interface rádio Na figura anterior, referente à arquitectura protocolar da interface rádio, com os SAP s associados a uma comunicação ponto a ponto, assinalados por círculos nas interfaces entre sub-níveis. O SAP entre o MAC e o nível físico fornece os canais de transporte. Os SAP s entre MAC e o RLC são responsáveis pela disponibilização dos canais lógicos ao RLC. O nível RLC tem 3 tipos de SAP s, relativos a cada um dos modos de operação do RLC: UM (Unconfirmed Mode) 120

121 AM (Acknoledged Mode) TM (Transparent Mode) O serviço fornecido pelo nível 2 é denominado Radio Bearer, enquanto que os serviços fornecidos pelo RLC ao RRC são chamados Signalling Radio Bearers. Na figura são igualmente representadas as ligações entre RRC e MAC, RRC e nível físico, que permitem a execução de serviços de controlo entre níveis adjacentes e não adjacentes. Entre o RRC e RLC, RRC e BMC e RRC e PDCP existe igualmente uma interface com o mesmo propósito. Estas interfaces permitem ao RRC controlar a configuração dos diversos níveis existentes abaixo dele. Na interface rádio existem dois tipos de mensagens de sinalização. A sinalização proveniente do RRC e as mensagens do tipo NAS, de sinalização proveniente de níveis superiores. Quando se estabelece uma conexão para dados de sinalização entre entidades do tipo RRC, são estabelecidas 2 ou 4 RAB s de sinalização. Duas são para transporte de sinalização gerada pelo RRC, uma para transferir mensagens no modo não confirmado do RLC e outra para a transferência no modo confirmado da entidade RLC. Um dos RAB s de sinalização é usado para transferir mensagens do tipo NAS com elevada prioridade 121

122 atribuída pelos níveis superiores. O outro RAB, opcional, é usado para transferir mensagens do tipo NAS com baixa prioridade atribuída pelos níveis superiores. O nível RRC oferece serviços aos sinais superiores via SAP s, que são usados pelos protocolos desses níveis do lado do UE ou pelo protocolo RANAP Iu do lado da UTRAN Toda a sinalização de níveis mais elevados (MM, Call Control, SM, etc..) é encapsulada nas mensagens RRC de forma a ser possível a sua transmissão através da interface rádio. Entre o nível MAC e os protocolos de níveis mais baixos, existem interfaces que permitem ao RRC configurar os protocolos dos níveis abaixo, como parâmetros para configuração de canais físicos, lógicos ou de transporte. Também estas interfaces são usadas pelo RRC para ordenar a execução de tarefas, como medições e reporting de erros aos níveis situados abaixo deste. MAC Trata-se do nível/protocolo onde os canais lógicos são mapeados em canais físicos. É igualmente responsável pela selecção do formato de transporte apropriado para cada canal de transporte de acordo com o ritmo de dados de cada canal lógico. 122

123 O nível MAC é formado por três entidades lógicas: MAC-b Entidade responsável pelo canal BCH. Existe uma entidade deste tipo no UE e na UTRAN para cada célula. MAC-c/sh Entidade responsável pelos canais comuns e partilhados: o PCH (Paging channel) o FACH (Forward link Access Channel) o CPCCH (Common Packet Channel) o DSCH (Downlink Shared Channel) Existe uma entidade deste tipo em cada UE que use canais partilhados e uma entidade para cada célula controlada pelo RNC da UTRAN. MAC-d Entidade responsável pelos canais dedicados (DCH) atribuídos ao UE no modo conectado. Existe um MAC-d no UE e um no RNC por cada UE controlado. Funções do MAC As funções associadas a este nível são: Mapeamento/desmapeamento entre canais lógicos e de transporte. 123

124 Selecção do formato de transporte apropriado, a partir do conjunto de combinações de formatos de transporte, para cada canal de transporte segundo o ritmo de transmissão instantâneo. Gestão de prioridades entre fluxos de dados de um UE, por meio da selecção de formatos de transporte do tipo high bit rate e low bit rate para fluxos de dados distintos. Gestão de prioridades entre UE s, mediante calendarização (scheduling) dos canais FACH e DSCH. Identificação dos UE s associados aos canais de transporte, mediante a inclusão no header do nível MAC do identificador C-RNTI (Cell Rádio Network Temporary Identify) ou U-RNTI (UTRAN Rádio Network Temporary Identify). Multiplexagem/desmultiplexagem das PDU s provenientes dos níveis superiores em blocos de informação entregues ou recebidos do nível físico via canais de transporte comuns (RACH, FACH e CPCH). Notar que o nível físico não realiza esta operação. Multiplexagem/desmultiplexagem das PDU s provenientes dos níveis superiores em blocos de informação entregues ou recebidos do nível físico 124

125 através de canais de transporte dedicados. O MAC permite multiplexar serviços com os mesmos requisitos de QoS. O nível físico multiplexa qualquer tipo de serviço, mesmo com requisitos de QoS distintos. Monitorização do volume de tráfego Alteração dinâmica do tipo de canal de transporte. Neste caso alterna entre os tipos comum e dedicado, baseado na decisão realizada pelo RRC. Criptografia. Selecção da classe de serviço (ASC) para transmissão de RACH. Os recursos PRACH são divididos em diversas classes de acesso de serviço de forma a fornecer prioridades diferentes à utilização do RACH. O número máximo do ASC é 8, sendo da responsabilidade do MAC indicar ao nível físico o ASC associado a cada PDU. Os serviços de transferência do nível MAC, são prestados via canal lógicos que se encontram divididos em dois grupos, consoante o tipo de serviço prestado pelo MAC. Assim existe o grupo de canais de controlo utilizado para transporte de informação relativa ao plano de controle e o grupo de canais de tráfego que transporta informação 125

126 associada ao plano de utilizador. Os canais de controlo existentes são: BCCH (Broadcast Control Channel) canal de difusão associado ao downlink. PCCH (Paging Control Channel) canal de downlink para transferência de informação de paging. DCCH (Dedicated Control Channel) canal bidireccional para transporte de informação de controlo dedicada entre UE e RNC. Este canal é estabelecido durante o procedimento executado pelo RRC, para estabelecimento de uma conexão. CCCH (Common Control Channel) canal bidireccional para transmissão de informação de controlo entre rede e os UE s. Este canal lógico é sempre mapeado nos canais RACH/FACH. É necessária a inclusão do U-RNI para direccionamento das mensagens de uplink para o RNC correcto, mesmo numa situação em que o RNC que recebe a mensagem não é o RNC associado ao UE. Os canais de tráfego considerados são: DTCH (Dedicated Traffic Channel) trata-se de um canal para comunicação ponto a ponto e dedicado a 126

127 um UE, para a transferência de informação de utilizador. Existem quer em downlink quer em uplink. CTCH (Common Traffic Channel) canal associado a uma ligação ponto/multiponto no downlink. É usado para transporte de informação de utilizador para todos ou grupos de UE s (corresponde a um canal de difusão). No uplink, para efeitos de mapeamento dos canais lógicos em canais de transporte, são possíveis as seguintes associações: PCCH com PCH BCCH com BCH ou FACH DCCH e DTCH com RACH e FACH ou CPCH e FACH ou RACH e DSCH ou DCH e DCH. CCCH com RACH e FACH CTCH com FACH No entanto as associações dependem da direcção da ligação. Para o downlink são validas as associações: BCCH com BCH ou FACH PCCH com PCH CCCH com FACH DCCH com FACH ou DSCH ou HS-DSCH ou DCH DTCH com FACH ou DSCH ou HS-DSCH ou DCH. 127

128 CTCH com FACH SHCCH com FACH no modo TDD SHCCH com DSCH no modo TDD Esquematicamente, as associações anteriores entre canais lógicos e de transporte podem ser representadas na forma apresentada na Figura 60 e Figura 61. Figura 60 Mapeamento de canais de transporte em canais físicos para uplink Figura 61 - Mapeamento de canais de transporte em canais físicos para downlink Esquematicamente pode-se considerar o diagrama funcional relativo ao MAC, representado a seguir. 128

129 CTCH CCCH BCCH PCCH DCCH DTCH Selecção de canal de transporte MAC SDU Multiplexagem (CCH) Multiplexagem (SCH) Multiplexagem (SCH) C/T MAC SDU Atribuição de prioridades Atribuição de prioridades Selecção de TFC para DL Controlo de fluxo Criptografia Controlo de fluxo Adição de identificadores de utilizador (UE id e UE id type) Tipo de UE + UE id C/T MAC SDU TCTF mux Calendarização/gestão de prioridades TCTF Tipo UE id C/T MAC SDU Selecção de TF para DL Atribuição de código no DL Bloco de transporte (MAC PDU) PCH FACH FACH DSCH DCH Figura 62 MAC do ponto de vista da UTRAN e exemplo de construção de PDU para mapeamento de canais DTCH e DCCH no canal FACH. (DL Downlink; TF- Transport Format). FACH Exemplo de operação do MAC Considera-se a informação proveniente da rede para os canais DCCH e DTCH. Nesta situação são executados os seguintes passos: 1. Selecção do tipo de transporte, com selecção do FACH 129

130 2. Adição por parte da unidade que realiza a multiplexagem, de campo C/T indicando o canal lógico fonte dos dados. O campo C/T pode ter 4 bits, permitindo desta forma distinguir 15 tipos de canais lógicos multiplexados num canal de transporte. 3. Atribuição pelo MAC-d de prioridade para o FACH e DSCH. Estas prioridades são usadas posteriormente pelo MAC-C/sh para organização dos dados nos canais de transporte. 4. Controlo de fluxo na interface Iur 5. Recepção no MAC-c/sh dos dados enviados pelo MAC-d e adição dos seguintes elementos: 6. Tipo de identificação do UE (2 bits) 7. Identificação do UE (C-RNTI de 16 bits ou U-RNTI de 32 bits) 8. TCTF (Target Channel Type Field) usado para separação dos canais lógicos que utilizam o mesmo canal de transporte. 9. Envio da PDU construída, para o nível físico via canal de transporte FACH. 130

131 MAC SDU C/T MAC SDU Tipo de UE + UE id C/T MAC SDU TCTF Tipo UE id C/T MAC SDU Bloco de transporte (MAC PDU) FACH Figura 63 Exemplo de construção de PDU. Protocolo de controlo da ligação rádio ou RLC (Rádio Link controler) A finalidade do RLC consiste no fornecimento de serviços segmentação e retransmissão de dados de utilizador e de controlo. O serviço prestado pelo RLC ao plano de controlo, chama-se SRB (Signalling Rádio Bearer), enquanto que o serviço prestado ao utilizador é 131

132 denominado RB (Rádio Bearer) quando os protocolos PDPC e BMC não são utilizados, pois em caso contrário o serviço RB é prestado pelos protocolos PDCP ou BMC. O conjunto de funções realizadas pelo nível RLC é formado por: Segmentação e reconstrução. Consiste na função que realiza a segmentação/reconstrução das PDU s de tamanho variável em PU s do RCC. Cada PDU do RLC tem um PU, sendo definido o tamanho a PDU de acordo com o ritmo de bit mínimo associado a um serviço que utilize o RLC. Concatenação, quando o conteúdo de uma SDU do RLC não preenche um número inteiro de PDU s. Neste caso, o primeiro segmento da próxima SDU é colocado na PU do RLC realizando a concatenação com o último segmento da SDU anterior. Padding. Quando não é aplicável a concatenação e os bits restantes preenchem a totalidade de uma PDU, o espaço restante reservado aos dados é ocupado com bits de preenchimento (padded bits). Transferência de dados de utilizador, suportando os modos confirmado, não confirmado e transparente. A transferência é realizada de acordo com os parâmetros de QoS estabelecidos para o serviço. 132

133 Correcção de erros por meio de retransmissões realizadas em transmissão no modo confirmado. Entrega sequencial de PDU s aos níveis mais elevados. Esta função permite a entrega segundo a ordem de envio das PDU s transferidas pelo RLC no modo confirmado. No caso do serviço ser em modo não confirmado, a entrega é realizada sem garantia de preservação da ordem de envio. Detecção de duplicados Controlo de fluxo Teste de número de sequência (no modo não confirmado). Garante a integridade das PDU s reconstruídas e permite detectar PDU s corrompidas por meio de teste de número de sequência das PDU s, quando estas são usadas para reconstruir uma SDU. As corrompidas são eliminadas. Detecção de erros e recuperação de erros associados a operação do RLC. Criptografia nos modos confirmado e não confirmado. Suspensão e recomeço de transferência de dados. Usada a suspensão de transferência para comparação das chaves de encriptação pelas entidades em comunicação. 133

134 Exemplo de operação em modo confirmado AMD-PDU (Acknoleged Mode Data-PDU). Os passos realizados são: 1. As SDU s recebidas dos níveis mais elevados via AM- SAP são segmentadas e concatenadas em PU s de comprimento fixo. 2. Para efeitos de concatenação e preenchimento, é introduzida informação respeitante ao tamanho na última PU, onde foram inseridos dados de uma SDU. No caso de serem inseridas várias SDU s numa PU, estas são concatenadas e os indicadores de tamanho são inseridos no começo da PU. 3. Colocação da PU no buffer de transmissão. 4. Construção de uma PDU do RLC retirando uma PU do buffer de transmissão, adicionando um cabeçalho do RLC. Se a PU não preencher a totalidade da PDU, são adicionados bits de preenchimento ou uma mensagem relativa ao estado de Piggybacking. 5. Encriptação da PDU do tipo AM-RLC. Os dois primeiros octetos contendo o número sequencial da pdu e o bit de poll (p), não são encriptados. O número da PDU é utilizado como parâmetro no algoritmo de encriptação. 134

135 6. Envio da PDU construída ao nível MAC. Na recepção são executados os passos: 1. Recepção via canal lógico do nível MAC de uma AMD-RLC-PDU. 2. Verificação dos erros por meio do CRC calculado no nível físico. O RLC recebe a informação do nível físico respeitante à verificação do CRC. Caso não seja válido é pedida a retransmissão. 3. Desencriptação das várias PU s e envio das PU s para o buffer. 4. Reconstrução da SDU assim que a totalidade das PU s associadas a uma SDU encontra-se no buffer. 5. Detecção de entrega em sequência e de duplicados. 6. Entrega da SDU ao nível superior. A seguir apresentam-se de uma forma esquemática a troca de informação entre níveis adjacentes e o MAC, para cinco modos de operação. 135

136 Figura 64 Transmissão de dados entre RLC e MAC no modo transparente. Figura 65 - Transmissão de dados entre RLC no modo transparente e MAC no modo não transparente. 136

137 Figura 66 - Transmissão de dados entre RLC no modo não transparente e MAC no modo transparente. Figura 67 - Transmissão de dados entre RLC e MAC no modo não transparente. 137

138 Figura 68 - Transmissão de dados entre RLC e MAC no modo não transparente mapeados no canal HS-DSCH. Protocolo PDCP (Packet Data Convergence Protocol) Este protocolo é utilizado para serviços que requeiram a transmissão de pacotes IP na interface rádio. Tem associados algoritmos de compressão que garantem elevada eficiência espectral e só existe no plano do utilizador. As funções desempenhadas são: Compressão de informação redundante do protocolo na entidade de transmissão e sua descompactação na entidade receptora (informação redundante entende-se os cabeçalhos dos protocolos TCP/IP e RTP/UDP/IP) Transferência de dados de utilizador. Suporte de actualização de localização de SRNS 138

139 Protocolo BMC (Broadcast/Multicast Control Protocol) Trata-se de um protocolo do nível 2, existente no plano de utilizador. É utilizado para os serviços de difusão de mensagens via a interface ar. Cada mensagem SMSCB é enviada para uma área geográfica, sendo o RNC correspondente, responsável pelo envio para a célula correspondente. Utiliza um RLC-UM-SAP, o canal lógico CTCH que é mapeado no canal de transporte FACH. Dentro das suas funções destacam-se: Armazenamento de mensagens de difusão recebidas pela interface CBC-RNC no BMC existente no RNC, para transmissão posterior segundo a calendarização definida. Gestão de tráfego e solicitação de recursos rádio para a BS. O BMC estima os recursos rádio requeridos para transmissão das mensagens recebidas através da interface CBC-RNC e pede a atribuição dos recursos CTCH/FACH apropriados ao RRC. Calendarização das mensagens Transmissão de mensagens BMC para o UE de acordo com o Scheduling definido. 139

140 Recepção e entrega de mensagens de difusão aos níveis superiores. O envio de mensagens para uma célula pela primeira vez, implica que o CTCH tem de ser confirmado e o canal de transporte usado tem de ser indicado a todos os UE s presentes via a informação que o RRC difunde no canal BCH. RRC (Rádio Resource Control Protocol) Trata-se do protocolo responsável pela maior parte das mensagens de sinalização entre UE e UTRAN. As mensagens associadas ao RRC contêm todos os parâmetros necessários para configurar, alterar ou libertar as entidades envolvidas nos protocolos do nível 1 e nível

141 Figura 69 Modelo de referência para o protocolo da interface rádio Todo o controlo do equipamento (UE) no modo ligado é realizado por meio de sinalização do RRC, abrangendo operações como medidas, handover, reconfiguração de células, alteração de células, etc.. Funcionalmente o RRC está dividido em quatro entidades: DCFE (Dedicated Control Function Entity) entidade responsável pelas funções de sinalização especificas de um UE. No SRNC existe uma entidade DFCE para cada UE com uma ligação RRC com o RNC. Utiliza o modo AM-SAP do RLC embora certas mensagens 141

142 possam usar o modo não confirmado ou transparente. PNFE (Paging and Notification Control Function Entity) Entidade responsável pelo paging dos UE s no modo idle. Existe pelo menos um PNFE no RNC para cada célula controlada pelo RNC. Usa o canal lógico PCCH via SAP transparente do RLC, podendo no entanto usar UM-SAP. BCFE (Broadcast Control Function Entity) entidade responsável pela difusão de informação de sistema. Existe um BCFE para cada célula presente no RNC e pode usar os canais lógicos BCCH ou FACCH via SAP transparente ou UM-SAP. RFE (Routing Function Entity) Tem como função encaminhar as mensagens de níveis mais elevados para entidades MM/CM distintas no UE ou domínios distintos da core Network (lado da UTRAN). Modos de operação do RRC. Existem dois modos: Modo idle Modo connected No segundo modo são definidos 4 estados possíveis: 142

143 I. cell_dch II. cell_fach III. cell_pch IV. URA_PCH No estado I, está atribuído um canal físico dedicado ao UE sendo o UE conhecido pelo RNC responsável pela célula onde se encontra. Neste estado o UE procede às medições para envio de relatórios de acordo com as instruções dadas pelo RNC. Existe a possibilidade de usar o canal DSCH tendo o UE capacidade de utilizar o FACH para recepção de mensagens com informação do sistema. No estado II não existe atribuição de canal físico dedicado ao UE, podendo este usar no entanto os canais RACH e FACH para transmissão de dados se sinalização e de utilizador. O UE pode adquirir informação via canal BCM podendo ser utilizado o canal CPCH desde que esteja autorizado pela UTRAN. Neste estado, o UE pode proceder a re-selecções de células, pelo que após a re-selecção procede ao envio de informação para actualização de célula para o RNC. Neste processo de actualização, a UE usa o identificador U-RNI de forma a permitir que a UTRAN encaminhe a mensagem de actualização para o RNC correcto. Note-se que o U-RNTI faz parte da 143

144 mensagem do RRC, embora no cabeçalho associado às PDU s do MAC exista o campo C-RNTI para identificação da célula/ue s. Quando a nova célula pertence a outro sistema (ex. GPRS) a UE entra novamente no estado idle. No estado III, embora o SRNC conheça a existência do UE, só pode aceder a este último via canal de paging (PCH). Trata-se de um estado de standby, associado a menor consumo de potência (note-se que o paging não é uma operação realizada da forma continua). O UE continua a obter informação de sistema periodicamente, via canal BCH. No caso do UE suportar o serviço CBS (Cell Broadcast Service) é capaz de receber mensagens BMC neste estado. Se proceder à re-selecção de uma célula, transita automaticamente para o estado II, para execução do procedimento de actualização de célula. No fim transita novamente para o estado III. Quando a nova célula pertence a outro sistema, entra no estado idle. 144

145 Figura 70 Procedimento de actualização de célula. O estado IV é em tudo semelhante ao estado III. Neste estado já não é realizado o procedimento de actualização de célula, após a re-selecção de célula, limitando-se a ler informação URA difundida no canal de difusão. Somente no caso de alterações na URA é que a UE informa o SRNC acerca da sua localização. Esta actualização quando realizada é feita mediante execução do procedimento de actualização da URA, similar ao procedimento de actualização da célula. Notar que uma célula pode pertencer em simultâneo a vários URA s, pelo que somente na situação em que a UE não encontra a sua 145

146 última identificação na URA (na lista de URA s associadas à célula) é que realiza o procedimento de actualização da URA (assim evita-se o efeito de ping pong referido no GSM). Figura 71 Início de procedimento de actualização de URA. 146

147 Figura 72 Continuação do procedimento de actualização da URA com confirmação através do canal DCCH. Figura 73 Continuação do procedimento de actualização da URA com confirmação através do canal CCCH. Como funções associadas ao RRC destacam-se: Difusão de informação de sistema associada ao estado connected e not connected. Paging. Selecção inicial da célula e re-selecção no modo idle. Estabelecimento, manutenção e libertação de ligações RRC entre UE e UTRAN. Controlo dos canais de transporte, canais físicos e rádio Bearers. Controlo de funções de segurança. Protecção de integridade de mensagens de sinalização 147

148 Medições por parte da UE e reporting Suporte e recolocação de SRNS. Suporta no downlink controlo de potência do tipo outer loop no UE. Open loop power control. Implementa funções relacionadas com o serviço de difusão nas células. Suporta as funções de posicionamento das UE s. Parte das operações realizadas pelo RRC envolvem o BSI (Broadcast System Information) existente entre a Core Network e os nós B. A informação de difusão associada ao canal lógico BCCH é mapeada nos canais de transporte BCH ou FACH. Uma mensagem do tipo SI (System Information) transporta vários blocos SIB que agrupam elementos de informação de sistema do mesmo tipo. Uma mensagem SI pode transportar vários SIB s ou somente uma parte de um SIB, dependendo somente do tamanho dos SIB s a transmitir. No entanto, tem de caber sempre no bloco de transporte de um canal BCH ou FACH, pelo que o RRC pode realizar preenchimento com bits adicionais (padding). A organização dos blocos de informação é realizada de acordo com o que se encontra representado na figura 148

149 seguinte. Saliente-se que no estado cell-dch, só o SIB 10 é que tem informação relevante para as operações deste estado, sendo o único enviado via canal FACH enquanto os outros são enviados através do canal BCH. Figura 74 Estrutura dos blocos de informação de sistema No paging o RRC pode difundir via canal PCCH, informação da rede para a UE seleccionada. Esta operação pode estar associada a situações como: Processo de inicialização ou chamada proveniente da Core Network. Alteração do estado do UE, cell_pch ou URA_PCH para cell_fach. Indicação de alteração de informação de sistema. Neste caso o RNC envia uma mensagem de paging para todos os UE s presentes numa célula. 149

150 Estabelecimento, manutenção ou libertação de conexões RRC. O estabelecimento de uma conexão RRC e rádio Bearers entre UE e UTRAN (RNC) é iniciado por meio de um pedido proveniente dos níveis superiores do lado do UE. No caso de ser do lado da rede, o estabelecimento da conexão é precedido por uma mensagem de paging proveniente do RRC. Somente com o UE no estado idle, é que não existe ligação RRC e o UE pode iniciar o procedimento de estabelecimento de conexão com o RRC. Se existem mais ligações de sinalização entre UE e CN, estas partilham a mesma conexão RRC. Neste processo não existe período de contenção como no GSM, já que o identificador utilizado pelo UE no pedido e mensagens de setup é único. A mensagem de setup deve incluir um pedido de atribuição de um canal físico para o UE (alteração para o estado cell_dch) ou pode ordenar ao UE para utilizar canais comuns (alteração para o estado cell_fach). No último caso é usado qualquer um dos identificadores U-RNTI ou C-RNTI, para identificação do UE nos canais de transporte comuns atribuídos ao UE. O procedimento de estabelecimento de conexão cria três ou quatro SRB s (Signalling Radio Bearers) designados RB#0, 150

151 RB#1, RB#2, RB#3 e RB#4 (O RB#0 é reservado para sinalização que utilize o canal CCCH). Estes SRB s são usados pelo RRC, para sinalização, de acordo com as regras: RB#1 usado em todas as mensagens enviadas no DCCH e RLC-UM. RB#2 usado para todas as mensagens enviadas no DCCH e RLC-AM, excepto para mensagens de transferência directa. RB#3 é usado para mensagens de transferência directa usando o DCCH e RLC-AM, que transportam informação de sinalização proveniente de níveis superiores. Isto permite definir prioridades à sinalização entre UE e UTRAN na sinalização que utiliza os serviços RLC entre UE e CN. Usado para mensagens de sinalização de levada prioridade. RB#4 é opcional, sendo usado para sinalização de baixa prioridade, tal como o SMS. Utiliza igualmente o canal DCCH e o RLC-AM. RB#0, que é usado para sinalização via canal CCCH. 151

152 Nível Físico O nível físico oferece aos restantes níveis o serviço de transporte de dados. O acesso a estes serviços processase mediante os canais de transporte disponibilizados no nível MAC. As características dos canais de transporte, são definidas de acordo com o formato específico de cada canal deste tipo, que especifica o tratamento a realizar pelo nível físico para cada canal, nomeadamente o código convolucional aplicado, tipo de interleaving e necessidade de adaptação de ritmo. De uma forma geral, o nível físico deve garantir a realização das seguintes operações: Macro diversidade e soft handover. Detecção de erros e sua indicação aos níveis superiores. Codificação/descodificação FEC, interleaving/deinterleaving dos canais de transporte Multiplexagem/desmultiplexagem dos canais lógicos em canais de transporte e vice-versa. Adaptação de ritmos Mapeamento de canais de transporte em canais físicos 152

153 Combinação de canais físicos e controlo de potência Modulação e espalhamento/compressão dos canais físicos Sincronização de tempo e frequência Medições e reporting (FER, SIR, potência de transmissão, potência de interferência, etc..) Processamento RF Suportar Timming Advance nos canais de uplink (somente no modo TDD) Suportar sincronização no uplink (somente no modo TDD) Efectuar controlo de potência Closed Loop A cada bloco de dados aceite pelo nível físico é adicionado um CRC, sendo realizada a transmissão de um bloco de informação em cada TTI (Transmission Time Interval) A multiplexagem dos canais de transporte em canais ou num canal físico, é igualmente realizada pelo nível físico, excluindo o canal HS-DSCH. Hierarquicamente tem-se a estrutura representada na Figura

154 Figura 75 Modelo hierárquico da estrutura de níveis e primitivas associadas. As primitivas PHY permitem disponibilizar as seguintes funções: Transferência de blocos de transporte via interface rádio. Indicação de estado do nível 1 ao nível 2 (ex: notificações de ocorrências de erro) Entre o RRC e nível físico também existe uma interface, cujas primitivas associadas permitem ao RRC controlar e configurar o nível físico. As PDU s são mapeadas em blocos de transporte adicionando-se o respectivo CRC. A detecção de erro, efectuada pelo nível físico ao nível de cada PDU, permite: Indicação de erro ao MAC, no uplink para efeitos de implementação de esquemas de diversidade. 154

155 Indicação de erro para cada bloco de transporte no modo transparente ou modo não confirmado do RLC. Indicação de cada bloco de transporte errado ao MAC, no modo confirmado do RLC. Independentemente do resultado da verificação do CRC, todos os blocos são entregues ao nível 2, juntamente com as indicações dos erros detectados. Do ponto de vista do UE, podem-se apresentar os seguintes modelos para o nível físico. Figura

156 Figura 77 Figura

157 Figura 79 Figura 80 No modelo DCH, podem ser processados e multiplexados um ou vários canais DCH com o mesmo esquema de codificação e multiplexados no mesmo canal físico. A saída do codificador (única neste caso) forma o CCtrCH (Coded Composite Trasport Channel). Neste caso os bits do 157

158 CCTrCH podem ser mapeados no mesmo canal físico tendo o mesmo parâmetro C/I associado (isto diferentes canais DCH têm os mesmos requisitos em termos de C/I). No downlink podem ser usados múltiplos CCTrCH num UE. Em FDD só é necessário um anel de controlo de potência rápido, para todos os canais CCTrCH com requisitos distintos de C/I, de forma a cumprir as diferentes QoS associados aos diversos canais de transporte resultantes do mapeamento. Em TDD é possível aplicar anéis de controlo de potência distintos para diferentes CCTrCH, podendo um canal físico conter somente bits associados a um CCTrCH. No uplink só pode ser usado um CCTrCH. No caso do TDD podem ser utilizados diversos CCTrCH em simultâneo. Quando são usados vários CCTrCH por um UE, são utilizados vários TFCI s (Transport Format Combination Indicator). No modo FDD são mapeados no mesmo canal DPCCH. No TDD os diferentes TFI s podem ser mapeados em canais DPCCH distintos. O fluxo de dados relativo ao CCTrCH pode ser dividido em diversos canais de fluxo de dados na unidade Demultiplexing/splitting. A configuração referente à codificação e multiplexagem aplicados é comunicada à rede de 10 ms em 10 ms, isto é, para cada trama. Esta configuração quando presente na 158

159 informação de sinalização é representada pelos bits TFCI. No uplink só existe um TFCI representativo dos formatos de todos os canais DCH associados ao CCTrCH. No modo TDD, o canal de fluxo de dados que transporta o TFCI é mapeado num canal físico que transporta os bits de controlo de potência e bits pilotos. No modo TDD, o TFCI é multiplexado no tempo nos mesmos canais físicos, tal como nos canais DCH s. A localização exacta e codificação do TFCI são definidas pelos níveis superiores. Neste caso quer o DCH ou USCH podem realizar a operação de Timing Advance no modo TDD. O RACH consiste num canal do tipo Common Transport Channel no uplink. De acordo com o modelo apresentado é sempre mapeado num canal físico do tipo PRACH, isto é, não existe multiplexagem no nível físico de RACH s e como tal só pode existir um RACH-TrCH num RACH-CCTrCH. A multiplexagem do serviço prestado pelo RACH é realizada no nível MAC. Convém salientar que uma célula pode ter vários pares RACH/PRACH. No modo FDD os RACH s mapeados nos PRACH s empregam o mesmo formato de transporte e conjuntos de combinações de formatos de transporte, embora seja 159

160 possível que conjuntos individuais de formatos de transporte sejam aplicados a cada par RACH/PRACH. No modo TDD não é Transmitido o TFCI no burst, pelo que cada RACH é configurado com um único formato de transporte no seu TFS (Transport Format Signal). Os diversos RACH s mapeados nos PRACH s empregam o mesmo formato de transporte, embora seja possível aplicar formatos de transporte individuais de RACH a cada combinação RACH/PRACH existente. No modo FDD, os vários PRACH s distinguem-se entre si, mediante a aplicação de códigos de baralhamento de preâmbulo distintos ou mediante a utilização do mesmo código mas com partições disjuntas das assinaturas disponíveis e sub canais existentes. No modo TDD a distinção dos diversos canais PRACH s faz-se por meio da utilização de time slots distintos ou utilizando o mesmo time slot mas com recurso a partições diferentes dos códigos de channelization e sub canais disponíveis. No modelo do canal CPCH representado na figura xxx, verifica-se que existe sempre um canal CPCH mapeado num canal PCPCH. Consequentemente existe uma correspondência unívoca entre o TFCI do CPCH e o TFCI transportado pelo PCPCH. Só pode existir um CPCH- TrCH num CPCH-CCTrCH. O canal de transporte CPCH pertence 160

161 a um conjunto CPCH, que é identificado por um conjunto específico de códigos de baralhamento para acesso e detecção de colisões. No modo FDD, quando se considera um canal de transporte HS-SCH, um canal físico é configurado para efeitos de confirmação do bloco de transporte do canal HS-DSCH e indicação de qualidade do canal. No modo TDD é um canal físico partilhado (HS-SICH) que é configurado para esse efeito, abrangendo igualmente os símbolos associados ao controlo de potência de transmissão. Os respectivos modelos de downlink, para os modos TDD e FDD são os que constam nas figuras apresentadas a seguir. Figura

162 Figura 82 Figura

163 Figura 84 Figura

164 Figura 86 Para o DCH, o mapeamento entre DCH s e canais físicos processa-se da mesma forma para downlink e uplink, embora o número de canais DCH considerados possa diferir entre ambos. Um PCH e um ou diversos canais FACH, podem ser codificados e multiplexados conjuntamente para formar um CCTrCH. Tal como no DCH existe um TFCI para cada 164

165 CCTrCH, para indicação dos formatos de transporte usados em cada PCH e FACH. O PCH é associado a um PI (Physical channel carrying page Indicator), que é usado para activar no UE a recepção dos canais físicos que transportam canais PCH. O FACH ou o PCH podem ser mapeados individualmente em canais físicos separados. O canal BCH é mapeado num canal físico sem multiplexagem com outro canal de transporte. Assim só pode existir um BCH-TrCH num BCH-CCTrCH. No modo TDD, um CCTrCH transportando um PCH e um ou vários FACH s, pode ser multiplexado em diferentes fluxos físicos de dados (Physical data streams). Em cada HS-DSCH TTI, cada canal HS-SCCH transporta a sinalização de downlink relacionada com o canal HS- DSCH. Esta informação abrange: Formato de transporte e indicador de recursos (TFRI) Informação ARQ híbrida (HARQ) Identidade do UE via utilização de CRC específico Número de sequência cíclico (HCSN) para modo TDD No caso do modo TDD a 1.28 Mcps, o HS-SCCH transporta também informação para controlo de potência e os símbolos de sincronização. 165

166 Os canais de transporte são definidos pelo conjunto de parâmetros: Bloco de transporte + CRC Conjuntos de blocos de transporte, que consiste no conjunto de blocos de transporte trocados entre MAC e L1, usando o mesmo canal de transporte. Tamanho do bloco de transporte ( o tamanho dos blocos de transporte pertencentes ao mesmo conjunto é igual) Tamanho do conjunto de blocos de transporte Intervalo de tempo de transmissão ou TTI Trata-se da periodicidade com que um conjunto de blocos de transporte é transferido via a interface ar, pelo nível físico. É um múltiplo inteiro do período mínimo de interleaving (10 ms que corresponde à duração de uma trama). O MAC entrega um conjunto de blocos de transporte do TTI segundos em TTI segundos. Assim o formato de transporte abrange uma parte estática e uma dinâmica. Na primeira constam elementos como: Tamanho do bloco de transporte Tamanho do conjunto de blocos de transporte TTI 166

167 Na parte dinâmica, constam os elementos: TTI Esquema de protecção de erros Rate de codificação Adaptação de ritmos Tamanho do CRC A seguir apresentam-se de uma forma esquemática algumas operações de codificação e multiplexagem realizadas pelo nível físico, para diversos canais abrangendo os modos FDD e TDD 167

168 Figura 87 Exemplo de codificação de canal e multiplexagem para o canal DCH no downlink. 168

169 Figura 88 - Exemplo de codificação de canal e multiplexagem de canal PCH com dois canais FACH no downlink. 169

170 Figura 89 - Exemplo de codificação de canal e multiplexagem de canal DPCH (pode ser aplicado a canal DCCH). Admite-se que o ritmo de dados no RRC é de 3.6 Kbps. O overhead relativo ao RRC e MAC é de 12 bits. (downlink) 170

171 Figura 90 - Exemplo de codificação de canal e multiplexagem de canal DPCH (pode ser aplicado a canal DCCH). Admite-se que o ritmo de dados no RRC é de 12.2 Kbps. O overhead relativo ao RRC e MAC é de 12 bits. (downlink) 171

172 Figura 91- Exemplo de codificação de canal e multiplexagem para dados por pacotes a 384 Kbps com TTI de 10 ms. (downlink) 172

173 Figura 92 Multiplexagem TrCH em canal físico para dados a 3.4 Kbps. Pode ser aplicado ao canal DCCH. (downlink) Figura 93 Exemplo de multiplexagem de dados a 12.2 kbps e dados a 3.4 kbps. (múltiplos canais de voz e canal DCCH). (downlink) Figura 94 Exemplo de multiplexagem de dados (pacotes) a 64/128/144/3842 kbps e dados a 3.4 kbps.. (downlink) 173

174 Figura 95 Exemplo de codificação e multiplexagem para o canal PRACH. (uplink) Figura 96- Exemplo para canal DCH que pode ser aplicado ao DCCH com dados a um ritmo de 3.4 Kbps. (uplink) 174

175 Figura 97 Exemplo para dados a 12.2 kbps. (uplink) 175

176 Figura 98 Exemplo para pacotes a 384 kbps. (uplink) Figura 99 Exemplo de mapeamento de canal DCCH (3.4 kbps dados). (uplink). 176

177 Figura Exemplo de multiplexagem de dados a 12.2 kbps e dados a 3.4 kbps. (múltiplos canais de voz e canal DCCH). (uplink) Figura Exemplo de multiplexagem de dados (pacotes) a 64/128/144/3842 kbps e dados a 3.4 kbps.. (uplink) Figura Exemplo de multiplexagem de canais de voz, dados (pacotes) a 64/128/144/3842 kbps e canal DCCH )dados a 3.4 kbps).. (uplink) 177

178 Modo comprimido No modo comprimido são criados tempos mortos entre tramas sucessivas, que permitem à UE efectuar medições durante esses intervalos de tempo. O modo comprimido é definido pelo nível 2, nomeadamente pelo sub-nível RRC que usa os canais de transporte para esse efeito. Assim o RRC define: Número de ocorrências de tramas comprimidas. Buffering e adaptação de ritmos para evitar a perda de dados no modo comprimido. Existem para efeitos de medição dois tipos de intervalos, que estão presentes na sequência que define a alternância entre tipos. As combinações possíveis no modo FDD para downlink são as que constam na próxima tabela. 178

179 179

180 Tabela 16 Combinações de canais para downlink no modo FDD Para uplink as combinações de canais físicos e de transporte possíveis são as que constam na Tabela 17 para o modo FDD e nas tabelas 18 e 19 para o modo TDD. 180

181 Tabela 17 Combinações para uplink no modo FDD 181

182 Tabela 18 Combinações de canais para uplink no modo TDD a 3.84 Mcps 182

183 183

184 Tabela 19 - Combinações de canais para uplink no modo TDD a 1.28 Mcps No downlink em modo TDD são possíveis os mapeamentos e combinações que constam nas tabelas apresentadas a seguir. 184

185 Tabela 20 - Combinações de canais para downlink no modo TDD a 3.84 Mcps 185

186 Tabela 21 - Combinações de canais para downlink no modo TDD a 1.28 Mcps 186

187 Tabela 22 (continuação) Combinações de canais para downlink no modo TDD a 1.28 Mcps 187

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