3G

[gL.edu] Este artículo recoge contribuciones de Benson Nketia Bennewa, elaboradas en el contexto de la Clarificación conceptual en torno a las "Redes de comunicaciones móviles", bajo la supervisión de Iris Celorrio.

3G y UMTS

3G, abreviatura de Tercera Generación, es un término genérico para referirse a la generación de sistemas de telecomunicaciones móviles. Las limitaciones de capacidad debidas a la gran demanda de soportes en servicios multimedia y transmisiones de mayor velocidad de datos hicieron que el sistema mundial de comunicaciones móviles optara por la 3G, para hacer frente a las demandas de ese momento.

Para hacer frente a las demandas, se creó una tasa de transmisión de datos exponencialmente mayor para dar soporte a servicios como las secuencias de vídeo, las conferencias, el acceso completo a Internet y el acceso a la banda ancha móvil. La tasa de transferencia que especifican las IMT-2000 para la 3G oscila entre los 144kbits/s para los vehículos a alta velocidad y los 2Mbit/s en las estaciones móviles en el interior de los edificios.

Para conseguirlo, el ETSI introdujo el Universal Mobile Telecommunications System, (UMTS, Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles) y formó en 1998 el 3GPP para establecer el estándar.

Los sistemas 2G utilizaban la multiplexación por división de tiempo (TDM), en la que cada portadora de frecuencia tiene 8 franjas horarias que se asignan a cada usuario. Uno de los problemas de la 2G es que no se puede utilizar la misma frecuencia en las celdas adyacentes debido a las interferencias. En UMTS no hay franjas horarias, sino que se utilizan códigos diferentes para separar a los distintos usuarios, y se atiende simultáneamente a cada uno de ellos disfrutando de toda la frecuencia.

Esta interfaz de radio generalizada se denomina W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Además, TD-SCDMA es otra tecnología que se utilizaba en China, mientras que CDMA2000 es un estándar 3GPP2 para Norteamérica y Corea del Sur.

Por supuesto, el único problema evidente de UMTS es el control de la potencia de la señal. Esa es la razón por la que el tiene un sistema de control de potencia que supervisa el nivel de potencia de la señal. El control de potencia aumenta el número de usuarios en la frecuencia portadora reduciendo el nivel de interferencia en la misma. Para que funcione perfectamente, se realiza una lectura del nivel de potencia de 1500 por segundo para nivelar la tasa de potencia que la estación móvil y el Nodo B pueden transmitir.

Características

En el proceso de estandarización de la 3G, en 1997 el ETSI propuso cinco categorías para trabajar:

Radio Access Network (Red de acceso radioeléctrico): la parte del acceso radioeléctrico en la que los usuarios pueden utilizar la interfaz radioeléctrica para acceder al sistema.
Core Network: parte de la red que ofrece rutas para el intercambio de información entre varias subredes
User Equipment (Equipo de usuario) UE: parte del terminal móvil, conocido popularmente como el teléfono móvil
La parte de sistema y servicio
El proceso de interconexión con la versión anterior y la 2G.

El UE es básicamente un equipo móvil o USIM (UMTS Subscriber Identity Module).

La UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) está formada por el Nodo B (equivalente a la BTS en GSM/GPRS) que realiza el procesamiento de la interfaz aérea y el RNC (Radio Network Controller, equivalente al BSC de GSM) que realiza la gestión de los recursos radioeléctricos y el control del Nodo B. El RNC también realiza las decisiones de traspaso, el control de la congestión, el control de potencia, el cifrado, el control de admisión, la conversión de protocolos, etc. Redes centrales (CN).

La red central se diseñó como evolución de GSM/GPRS para facilitar la integración y migración de GSM/GPRS a UMTS. La CN contiene funciones para el traspaso entre sistemas, pasarelas a otras redes y realiza la gestión de la localización. Contiene:

Registro de localización de origen (HLR).
Registro de localización de estaciones móviles/visitantes (MSC/VLR).
Pasarela MSC: Conecta UMTS con la red externa de conmutación de circuitos (por ejemplo, PSTN).
Nodo de soporte de servicio GPRS (SGSN): Sirve el tráfico de conmutación de paquetes.
Nodo de soporte GPRS de pasarela (GGSN): Conecta el UMTS con el tráfico externo de conmutación de paquetes. (por ejemplo, Internet)

La banda de frecuencias asignada para 3G va de 1,885 a 2,025MHz y de 2,110 a 2,200MHz en Europa, Japón y muchos otros países han optado por otra banda de frecuencias en torno a los 2GHz por su propia conveniencia. El UMTS ofrece más eficiencia en el espectro que el 2G debido a la tecnología de acceso radioeléctrico utilizada: 1. El modo TDD (Time Division Duplex), en el que la comunicación del enlace ascendente (equipo de usuario, UE a UTRAN) y del enlace descendente (UTRAN a UE) se separan en el dominio de la frecuencia a través de diferentes franjas horarias. Es decir, el enlace ascendente y el descendente utilizan la misma banda de frecuencias, pero una franja horaria de sincronización diferente. El caso de la opción de 3,84Mchip/s se denominó también TD-CDMA o HCR (high chip rate) TDD.

2. El modo FDD (Frequency Division Duplex), en el que la comunicación del enlace ascendente (equipo de usuario, UE a UTRAN) y del enlace descendente (UTRAN a UE) están separadas en el dominio de la frecuencia mediante bandas de frecuencia diferentes. El enlace ascendente y el descendente utilizan bandas de frecuencia diferentes con separación de frecuencias. UMTS utiliza CDMA (Code Division Multiplexing Access). En este caso, no es necesario reutilizar las frecuencias, ya que se utiliza la misma frecuencia en todas las celdas y se emplean códigos diferentes para cada usuario. Dispone de una amplia gama de velocidades de datos gracias a CDMA con propagación, codificación y modos variables. Para separar los canales en el enlace ascendente, UMTS utiliza códigos de canalización, que son códigos ortogonales. Son códigos cortos que separan las transmisiones de la misma fuente En el enlace ascendente, se utiliza para separar diferentes canales físicos del mismo UE (sesión de voz y datos). En el enlace descendente, se utiliza para separar las transmisiones a diferentes canales físicos y diferentes UEs El scrambling son códigos largos que se utilizan sobre la dispersión de la canalización y se utilizan para separar las transmisiones de diferentes fuentes. En el efecto Uplink, separa los móviles entre sí y en el efecto Downlink, separa las estaciones base entre sí. Capa física: Spreading El espectro ensanchado se define como una técnica de transmisión en la que se emplea una secuencia de códigos, independiente de los datos de información, como forma de onda de modulación para "extender" la energía de la señal sobre un ancho de banda mucho mayor. La propagación se consigue multiplicando la secuencia de datos por una señal de alta tasa binaria. La propagación de la señal de datos de bajo ancho de banda para producir la señal CDMA de banda ancha consta de dos pasos y son:

Canalización o código de propagación para alcanzar una velocidad de canal de 3,84 Mchips/s
Scrambling para separar las transmisiones.

En UMTS, se utilizan variable spreading y niveles de potencia para proporcionar diferentes velocidades de datos de usuario.

El número de chips por bits se denomina factor de dispersión (SF) y define el servicio de datos requerido por el usuario.

El servicio de datos requerido para el usuario: Tbit = SF x Tchip En el caso de UMTS Tasa de bits x SF = 3,84 Mchips/s (Tasa de chips) SF puede cambiar en cada trama de 10 mseg.

Pila de protocolo: UTRAN define 3 capas:

Capa física (L1)
Enlace (L2): tiene subcapas MAC, RLC, PDCP y BMC
Red (L3) que se define en RRC (Radio Resource Control). Los otros componentes, MM (Mobility Management) y CM (Connection Management) de la capa 3 forman parte del Non-Access Stratum.

El Non-Access Stratum realiza la siguiente función:

selección satisfactoria de una red móvil
la conexión satisfactoria a la red seleccionada
actualización de la ubicación del equipo del usuario.