High Speed DownLink Packet Access (HSDPA)

Canales:

• HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel): Canal de alta velocidad compartido por varios UE para el envío de datos a diferentes usuarios móviles. Tiene asociados dos canales de señalización:
• HS-SCCH (HS- Shared Control Channel): Canal de señalización compartido para el envío de información de control hacia los UE (identidad, modulación, códigos WCDMA…) e información de control HARQ.
• HS- DCCH (HS- Dedicated Control Channel): Canal de control dedicado utilizado en UpLink para transportar información de señalización sobre CQI (Channel Quality Indicator) e información HARQ (ACK/NACK) entre UE y UTRAN.

En HSDPA, un UE puede tener asignados como máximo 15 códigos WCDMA con SF=16. Todos los códigos OVSF en un mismo TTI son asignados a un único terminal.

La transmisión a máxima velocidad en HSDPA se lleva a cabo con 15 códigos WCDMA en todos los TTI, con la modulación 16 QAM (4 bits por símbolo), 64QAM (6 bits/símbolo), coding rate 4/4.

SF= Vchip/Vbit => 3,84Mcps/16=240kbps=Vbit

Vmax= Vbit*Códigos WCDMA*bits/símbolo modulación

Vmax= 240*15*4=14,4 Mbps

High Speed Uplink Packet Access (HSUPA)

E-HICH (Enhanced DCH Hybrid ARQ Indicator Channel): Es un canal de control dedicado usado en downlink para envío de ACK/NACK. Por este canal, la red confirma o solicita la retransmisión de las PDU de datos recibidos del UE.

Mejoras de HSDPA/HSUPA respecto a UMTS

1. Modulación y codificación adaptativas (AMC).
2. Retransmisión híbrida (HARQ) con soft combining y redundancia incremental (IR).
3. Fast Packet Scheduling desde nodo B.
4. Reducción TTI: 10 ms (obligatorio) 2 ms.
5. Uso de canales dedicados de alta velocidad HS – (DSCH, SCCH, DCCH) / E-DCH.

Canales en HSDPA y HSUPA

HSDPA

• HS-DSCH (High Speed DL Shared CH): Canal compartido envío datos.
• HS-SCCH (HS Shared Control CH): Canal compartido info control.
• HS-DCCH (HS Dedicated Control CH): Canal control dedicado.

HSUPA

• E-DCH (Enhanced Dedicated CH): Canal dedicado envío datos desde el UE.
• E-AGCH (E Absolute Grant CH): Canal control común.
• E-RGCH (E Relative Grant CH): Canal control dedicado.
• E-HICH (E DCH Hybrid ARQ Indicator): Canal control dedicado.

Arquitectura 3G

• UE: Equipo terminal usuario. Se compone de ME y USIM.
• Red de acceso UTRAN: Conjunto de subsistemas de red radio RNS (Radio Network Subsystem) que a su vez se compone por:
  • RNC: Controlador de red radio que gestiona los recursos radio de las celdas que controla. Se conectan entre sí mediante interfaz Iur.
  • Uno o más NodosB: Conectados a RNC a través de la interfaz Iub, realizan funciones de nivel físico, algunas operaciones de control de recursos radio… Un nodoB maneja una o más celdas.
• Núcleo de Red (CN): Está constituido por una serie de nodos y bases de datos utilizados en redes GSM, GPRS y EDGE. Se utilizan ATM e IP como tecnologías de transporte en interfaces: Iu, Iur, Iub.

Arquitectura 4G

• eNodeB: Único elemento de la red de acceso radio. Funciones: funciones L1 y L2 asociados OFDMA (modulación, codificación y control de errores); control de recursos radio (asignación/liberación); procedimientos de movilidad (handover/medidas).
• MME (Mobility Management Entity): Se encarga de todas las funciones del plano de control, incluyendo la gestión de sesiones y abonados. CM y MM: autenticación, cifrado y activación de contextos.
• HSS (Home Subscriber Server): Funcionalidades del HLR y AuC de 2G y 3G. Contiene información de suscripción de abonados.
• SGW (Serving Gateway): Router que actúa como interfaz entre el núcleo de la red de paquetes y E-UTRAN. Soporta conexión con routers SGSN de 2G/3G.
• PDN-GW (Packet Data Network – Gateway): Router frontera con la red de datos externa. Funcionalidad similar a GNSS de 2G/3G.
• PCRF (Policy Charging Rules Function Server): Gestiona políticas de servicio y asignación de parámetros QoS para sesiones de usuario.

La interfaz X2 es la que conecta los nodos B entre sí.

Escenario Roaming 1

Los datagramas IP desde el SGW del operador visitado van al PDN-GW del operador propio que actúa como frontera de la red IP externa. El PCRF del operador propio es quien aplica sus políticas de servicio y QoS.

Escenario Roaming 2

Los datagramas IP se encaminan hacia el SGW y PDN-GW del operador visitado que actúa como frontera de la red externa. Es el PCRF del operador visitado quien aplica sus políticas de servicio y QoS.

Proceso de conexión P-CSCF (Proxy Call Session Control Function)

1. Establecimiento de conexión RRC con E-UTRAN.
2. Procedimiento de registro (Attach).
3. Activación del contexto PDP con APN=IMS (P-CSCF).

Una vez establecida la conexión (protocolo SIP) Session Initiation Protocol para el establecimiento de sesiones y llamadas VoLTE.

Tecnologías de acceso en LTE

En LTE se utiliza OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) en el enlace descendente, asignando a cada UE un número variable de subportadoras con un ancho de banda de 15 KHz. En cada subportadora se transmite un flujo de datos de baja velocidad.

La planificación y asignación de recursos (Scheduling) en LTE se realiza en el eNodeB.

El eNodeB en cada TTI determina cuantos bloques de recursos (RB) asigna a cada usuario LTE en función de la calidad del enlace radio, teniendo en cuenta además otros parámetros como la demanda de tráfico, las capacidades de los terminales LTE y la QoS contratada.

El eNodeB realiza una multiplexación asignando recursos a cada UE en el dominio de la frecuencia y del tiempo.

• Bloque recursos mínimo LTE RB: Unidad básica de asignación de recursos a un UE en LTE. El número de recursos asignados por un eNodeB de manera simultánea a un UE será siempre múltiplo de este bloque.
• Un RB se compone de: 12 subportadoras, 7 RE (Resource Element) duración 0,5 ms. En cada RE se transmite un símbolo.
• 16 QAM: 4 bits/símbolo.
• 64QAM: 6 bits/símbolo.
• Rb(subportadora)= nº símbolos*nº bits/símbolo*1000= 56000 bits/s=56kbps.
• Vmax cuando se le asignan 1200 subportadoras al UE.
• Vmax= RB*nº subport Vmax=56000 bits/s*1200= 67,2 Mbps (por antena).

Un eNodeB asigna un determinado número de RB a diferentes usuarios en tiempo y frecuencia según el enlace radio.

Novedades del Next Gen Core respecto a LTE

1. Estratificación de la red (network slicing) gracias al uso de tecnologías como SDN y NFV.
2. Uso de técnicas de virtualización y despliegues en la nube.
3. Comunicaciones dispositivo a dispositivo (D2D).
4. Separación completa de planos de usuario y control (CUPS) para facilitar escalabilidad.

Protocolos 3G/LTE

Protocolos NAS:

• Tanto en 3G como en LTE se utilizan los protocolos SM y MM para el dominio de conmutación de paquetes.
• En 3G se utilizan los protocolos CC/MM para la conmutación de circuitos. En LTE no están presentes ya que no hay conmutación de circuitos.

Los protocolos RRC, MAC y RLC son comunes en LTE y 3G.

El nivel físico es distinto en LTE (OFDMA) y en 3G (WCDMA).

El protocolo PDPC es de convergencia y específico de LTE.

Laboratorio: Mensajes de Señalización

rrcConnection (Request, Setup, SetupComplete)

Son mensajes utilizados para el establecimiento de una conexión RRC (asignación de recursos dedicados (canal DCH=>DCCH) para el intercambio de mensajes de señalización entre el UE y UTRAN. Pasos:

1. El UE en estado idle solicita el establecimiento de la conexión RRC (mensaje rrcConnectionRequest).
2. UTRAN (RNC) envía el mensaje rrcConnectionSetup para el establecimiento de un canal dedicado de señalización (DCCH) con los parámetros de nivel físico (frecuencia de portadora, código de spreading, código de scrambling).
3. Cuando se completa la conexión el UE envía el mensaje rrcSetupComplete.

initialDirectTransfer, ULDirTran, DLDirTran

• initialDirectTransfer: Procedimiento de transferencia directa inicial. Establecer una conexión de señalización y transportar el mensaje inicial.
• uplinkDirectTransfer: Procedimiento de transferencia directa uplink. Enviar mensajes NAS desde el UE después del establecimiento de una conexión de señalización.
• downlinkDirectTransfer: Procedimiento de transferencia directa downlink. Enviar mensajes NAS hacia el UE después del establecimiento de una conexión de señalización.

Para la asignación del canal físico, UTRAN envía mensajes radioBareerSetup al UE con los parámetros necesarios sobre el tipo de canal de transporte y con los parámetros de canal físico para la transmisión de la señal de voz. El UE responde con el mensaje radioBareerSetupComplete cuando se completa el establecimiento.

El mensaje Active_set Update es enviado por UTRAN para actualizar el conjunto de celdas activas.

• Set A (Active): Celdas y nodos B a los que el UE está conectado de manera simultánea.
• Set M (Monitorized): Celdas indicadas por CELL_INFO_LIST no incluidas en Set A.

En función de los parámetros y medidas UTRAN va aprendiendo o eliminando celdas del conjunto activo. Siempre habrá al menos una.

UARFCN (UTRAN Radio Frequency Channel Number): Número de canal que identifica a las diferentes frecuencias portadoras (UMTS, HSDPA, HSUPA).