Medidas de calidad y cobertura en redes de telefonía móvil...
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Celia Moreno Jiménez
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Existen planes para desarrollar perfiles de certificación y de
interoperabilidad para equipos que cumplan el estándar IEEE 802.16e
(lo que posibilitará movilidad), así como una solución completa para
la estructura de red que integre tanto el acceso fijo como el móvil. Se
prevee el desarrollo de perfiles para entorno móvil en las frecuencias
con licencia en 2,3 y 2,5 Ghz.
Las características básicas que ofrece WiMax son:
Distancias de hasta 80 kilómetros, con antenas muy
direccionales y de alta ganancia. Velocidades de hasta 75 Mbps, 35+35 Mbps, siempre que el
espectro esté completamente limpio.
Facilidades para añadir más canales, dependiendo de la
regulación de cada país.
Anchos de banda configurables y no cerrados, sujeto a la
relación de espectro.
Permite dividir el canal de comunicación en pequeñas
subportadoras.
Si se desea profundizar acerca de WiMax pueden consultarse
diferentes citas [14], [22] y [20].
2 Medidas de calidad y cobertura en redes de
telefonía móvil de 2ª y 3ª generación
2.1 Introducción La "calidad de servicio" (QoS) es definida por la Unión Internacional
de Telecomunicaciones (UIT) como el efecto global de la calidad de
funcionamiento de un servicio que determina el grado de satisfacción
de un usuario de dicho servicio.
El usuario estará satisfecho cuando su percepción de servicio supere,
(o al menos iguales) sus expectativas sobre el servicio. El objetivo de
los operadores debe de centrarse, pues, en reducir los desajustes
entre expectativas y percepción de usuario.
Hay muchos factores que impactan el grado de satisfacción del
usuario final, relacionados con la calidad de servicio (QoS) ofrecida
para los diferentes tipos de servicios.
Se pueden clasificar esos factores en 2 grandes grupos:
Factores de índole técnica
Factores de índole no técnica
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Figura 2-1. Relación entre satisfacción del cliente, QoS y Performance de la Red.
Fuente: ITU-T E800 and ETSI TS 102 250-1
Los factores no técnicos están relacionados con aspectos como el
peso de marca, las tarifas e incentivos ofrecidos por parte de los
operadores, la calidad del servicio de atención al cliente (gestión de la
contratación, mantenimiento, conexión, facturación, etc.), la
publicidad, etc. Estas áreas no son, en principio, objeto de un servicio
de benchmarking centrado en aspectos técnicos, aunque, en caso de
disponer datos relevantes, podrían utilizarse a la hora de ponderar las
conclusiones extraídas como parte del estudio.
Desde el punto de vista de la metodología, los factores de índole
técnica deben de focalizarse en aquellos aspectos técnicos relativos a
la calidad de servicio “extremo a extremo” con impacto directo en el
grado de satisfacción de cliente.
Adicionalmente, de este tipo de estudio se puede extraer mucha
información técnica que puede ser utilizada a la hora de maximizar el
rendimiento de la red.
Tomando como punto de referencia las recomendaciones de ITU-T
E.800 y ETSI TS 102 250-1, la metodología utilizada para la realización de servicios de benchmarking y auditorias de calidad de
red sigue esta aproximación, basada en la evaluación de 2 conjuntos
de Indicadores de Red (KPIs): KPIs principales Aquellos factores con impacto directo en la
calidad percibida por el cliente. KPIs adicionales Utilizados para la evaluación y optimización
del performance de la red.
Medida de percepción por perfil de usuario
Pueden definirse dos perfiles de usuarios diferenciados para todos los
operadores:
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Usuarios residenciales, que englobarían todas las SIM (Módulo
de identificación de abonado) de uso personal, pagadas
directamente por usuarios particulares, y que presentan unos
patrones de uso muy característicos, en general muy
correlados con el coste por minuto de cada franja horaria.
Usuarios empresas, cuyo patrones de uso (e.g. número y
duración de llamadas) difieren por completo de los
residenciales debido a la menor repercusión de los costes en el
individuo.
Según informa la CMT, en España dichos perfiles se reparten
aproximadamente al 50% para todos los operadores.
Además de los patrones de utilización de los diferentes servicios, las
expectativas en relación a la calidad de Servicio para cada tipo de
usuario son diferentes. Por este motivo, tendría sentido una
definición de la metodología y de los KPIs adaptada a la experiencia
de usuario de estos dos tipos de perfiles.
Medida de percepción por tipo de servicio: Voz Vs. Datos
Es relevante realizar una distinción relativa al tipo de servicio:
Para el servicio de voz, una medida del comportamiento de la
red desde el punto de vista técnico (a través de indicadores)
basada en una definición apropiada de la metodología de
medidas, es una aproximación muy válida para establecer la percepción real de usuario, dado que las infraestructuras de red
se concibieron, inicialmente, como soporte de este servicio
concreto.
Para el caso de datos, la red se convierte en un mero soporte
de una infinidad de servicios de naturaleza muy diversa, con lo
cual la percepción de usuario está muy correlada con el tipo de
servicio soportado, al margen que determinados indicadores
puramente técnicos puedan tener un impacto decisivo en la
calidad percibida por el usuario (por ejemplo, la latencia en el
caso de servicios en tiempo real – voz sobre IP – o la máxima
velocidad de descarga – FTP), por lo que resulta fundamental
en este caso una adecuada identificación de servicios a medir en función de los perfiles de usuario y entornos de medida.
También resulta imprescindible considerar qué aspectos
externos a la red pueden influenciar la experiencia de usuario
(ancho de banda máximo por usuario de los servidores FTP,
número de usuarios instantáneos que acceden a determinado
servicio, latencia de servidores web, etc.)
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Medida de percepción por entorno
Es igualmente relevante señalar la necesidad de identificar los
principales entornos, donde los distintos perfiles de usuario que
hacen uso de los distintos tipos de servicios, y definir la metodología
de medidas de forma adecuada para reproducir de la mejor manera posible la calidad de experiencia percibida.
En función del tipo de entorno (carreteras, trenes, aeropuertos,
recintos de ocio, centros de trabajo, etc.), la valoración de los
usuarios puede obedecer a indicadores distintos. Esta información se
podría ponderar a través de la definición de un indicador Global (GI)
por entorno identificado, de forma que se asignase un mayor peso
relativo al indicador(es) que los usuarios, o la propia operadora que
contrata el estudio, considerasen más importantes. Para esto resulta
fundamental la información de clientes de la que disponga el
operador.
Calidad de Experiencia (QoE) y Benchmarking
Mejorar la calidad experimentada (QoE) por los usuarios con los
servicios de voz constituye un factor fundamental a la hora de
minimizar la rotación y mejorar la satisfacción global del cliente.
El primer paso para mejorar es medir, de la forma más fielmente
posible, la calidad experimentada por los usuarios finales con los
diferentes servicios ofrecidos por el operador (voz y datos). Si
además las medidas se realizan con un enfoque de benchmarking, los resultados del estudio arrojan una valiosa información:
Por un lado, permite posicionar la satisfacción de los clientes
propios con la experimentada por clientes de la competencia,
aportando una valiosa información para la ejecutiva del
operador.
Además, permite hacer un análisis comparativo y competitivo
que permite evaluar las fortalezas y debilidades del operador
en relación a su competencia; esto ofrece también a la
dirección una información sumamente importante para afrontar
la toma de decisión encaminada a disminuir el “churn” o
abandono de clientes, focalizando las inversiones y los recursos de forma inteligente para mejorar (o disminuir, según sea el
caso) el “gap” o diferencia de satisfacción de los clientes
propios en relación con los de la competencia.
Por último, se puede abordar un análisis técnico más profundo
con el objeto de sacar el máximo rendimiento a las medidas
realizadas en entornos muy diferentes y con un alcance
geográfico nacional, proporcionando una información que
puede resultar muy valiosa a los departamentos técnicos
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correspondientes con el objeto de optimizar el rendimiento de
la red.
En este proyecto se pretende enfocar el servicio de benchmarking con
garantía de independencia en el método, procedimientos,
herramientas y tipo de análisis utilizados, por lo que las conclusiones
del análisis previsto como parte del servicio tienen el valor de
auditoría de red.
El equipo de medida que se usa son unos terminales móviles comerciales con un software específico, gracias al cual se puede
obtener una serie de parámetros que se usa para el análisis de las
medidas (Se profundizará acerca del equipo de medidas en el
apartado 3. Equipo y técnica de medida).
Estos parámetros a analizar son diferentes según si se analiza
cobertura, voz o datos. La distinción entre tecnologías se realiza de
manera más acentuada entre los parámetros de voz (2G y 3G),
mientras que datos se analiza de forma separada, y la tecnología
usada en cada momento será uno de los parámetros que se reporte.
Cada uno de los apartados a continuación detalla cada uno de los
parámetros presentados al cliente final:
2.2 Parámetros para voz GSM Para comprender los parámetros que se analizan en voz GSM,
primero se deben aclarar varios conceptos de GSM.
Se comenzará con la arquitectura de red GSM, definiendo cada uno
de los sistemas que la componen, siguiendo con una descripción de
los diferentes canales de los que se hace uso en esta tecnología; y a
continuación se detallará el proceso de una llamada, así como los
mensajes que intercambian estación base y terminal de usuario. Para terminar, se presentarán los parámetros de los que se hace uso en
este proyecto para presentar los resultados al cliente.
2.2.1 Arquitectura de red GSM
Una red GSM está formada por varios elementos: la estación móvil
(MS), el modulo de identidad (SIM), la estación base transceptora
(BTS), la estación base controladora (BCS), la unidad de adaptación y
transcodificación (TRAU), el centro de intercambio de servicios móviles (MSC), el registro de localización local (HLR), el registro de
localización visitante (VLR) y el registro de identidad de equipos
(EIR).
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Juntos, forman una red móvil pública o PLMN. La Figura 2-2 recrea
una visión global de los subsistemas GSM.
Figura 2-2. Arquitectura de una red móvil pública (PLMN)
Los siguientes elementos forman la estructura de la red GSM:
Elemento de la red Icono
Estación móvil
Modulo de identidad
Estación base transceptora
Estación base controladora
Unidad de adaptación y transcodificación
Estación de conmutación móvil
Registro de localización local
Registro de localización visitante
Registro de identidad de equipos
Tabla 2-1. Elementos de red
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2.2.1.1 Estación Móvil
Una estación móvil está constituida por una tarjeta SIM (Módulo de
identificación de abonado), que permite identificar de manera única al
usuario y al terminal móvil y por el terminal propiamente dicho, es
decir, el teléfono móvil.
Los terminales se identifican por medio de un número único de
identificación de 15 dígitos denominado IMEI (Identificador
internacional de equipos móviles).
Una estación móvil además de permitir el acceso a la red a través de
la interfaz de radio con funciones de procesado de señales y de
radiofrecuencia, debe ofrecer también una interfaz al usuario humano
(un micrófono, altavoz, display y tarjeta, para la gestión de las
llamadas de voz), y/o una interfaz para otro tipo de equipos
(ordenador personal, o máquina facsímil o fax).
La MS, además de establecer una conexión con la BTS, se comunica directamente con la MSC y el VLR, vía control de movilidad (MC) y
control de llamadas (CC).
2.2.1.2 Módulo de identidad (SIM)
Es una tarjeta que se introduce en el terminal móvil. En redes GSM,
los algoritmos A3 y A8 se implementan en ella, permitiendo
identificar a cada usuario independientemente del terminal utilizado
durante la comunicación con la estación base.
La información del operador, llamado IMSI (Identidad de Suscriptor
Móvil Internacional), se almacena en la tarjeta SIM.
La tarjeta SIM también se puede utilizar para almacenar información
definida por el usuario como entradas de la agenda. Una de las
ventajas de la arquitectura de GSM es que las SIMs se pueden mover
de una estación móvil a otra.
2.2.1.3 Estación base transceptora (BTS)
La estación base controla la conexión radio entre el teléfono móvil y
la red; y es también conocida por célula, ya que cubre una
determinada área geográfica.
Un BSS (Base Station Subsystem o subsistema de estación base)
está compuesto por dos elementos: la BTS (Base Transceiver Station)
y la BSC (Base Station Controler); cada BSS puede tener o más BTS.
Las BTS albergan el equipo de transmisión y recepción, y gestionan
los protocolos de radio con el móvil.
En áreas urbanas existen más BTS que en zonas rurales ya que
deben abastecer a un mayor número de abonados, y en algunos
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casos con características físicas o geográficas particulares (como por
ejemplo, túneles) son colocados retransmisores para garantizar el
servicio.
Cada estación utiliza técnicas digitales para permitir que varios
usuarios se conecten a la red, así como para permitir que realicen y
reciban llamadas simultáneamente (multiplexing).
Los fabricantes de equipos BTS han sido capaces de reducir su
tamaño sustancialmente. El tamaño típico en 1991 era parecido al de una armadura, actualmente tiene el tamaño de un buzón de correos.
Sin embargo, la estructura básica de las BTS no ha cambiado. El
estándar GSM permite que una BTS tenga hasta 16 transmisores,
aunque en la realidad la mayoría de las BTS tienen entre uno a cuatro
transmisores.
2.2.1.4 Estación base controladora
La BSC, o estación base controladora, administra los recursos de
radio de una o más BTS; entre sus funciones se incluyen el handover (que ocurre cuando el usuario se mueve de una célula a otra,
permitiendo que la conexión se mantenga), el establecimiento de los
canales de radio utilizados y posibles cambios de frecuencia.
Finalmente, establece la conexión entre el móvil y el Mobile Service
Switching Center (MSC), el corazón del sistema GSM.
2.2.1.5 Transcoding Rate and Adaptation Unit
Una de las funciones más interesantes de GSM la desarrolla la TRAU, que está localizada habitualmente entre la BSC y la MSC para las
conexiones de voz. La TRAU es el equipo en el cual se lleva a cabo la
codificación y descodificación de la voz (fuente), así como la
adaptación de velocidades en el caso de los datos.
Es capaz de comprimir la voz desde 64 Kbps hasta 16 Kbps en el caso
de un canal full-rate (el flujo de datos neto es de 13 Kbps); y 8 Kbps
en el caso de un canal half-rate (el flujo de datos neto de un canal
half-rate es de 6.5 Kbps).
2.2.1.6 Mobile Services Switching Center
El MSC es el centro de la red; a través de él se realiza una llamada
originada en un móvil dirigida a otras redes fijas (las analógicas PSTN
o digitales ISDN) o móviles. El nudo en el que se encuentra posee
además una serie de equipos destinados a controlar varias funciones,
como el cobro del servicio, la seguridad y el envío de mensajes SMS.
2.2.1.7 Home Location Register
El Home Location Register (HLR) contiene toda la información
administrativa sobre el cliente del servicio y la localización actual del
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terminal. Permite que la red verifique si un móvil que intenta llamar
posee un contrato de servicio válido. Si la respuesta es afirmativa, el
MSC envía un mensaje de vuelta al terminal informándole que está
autorizado a utilizar la red. Entonces, el nombre de la operadora
aparece en pantalla, informando que se pueden efectuar y recibir
llamadas. Cuando el MSC recibe una llamada destinada a un móvil, se
dirige al HLR para verificar la localización del destinatario.
Paralelamente, el terminal envía un mensaje a la red cada cierto
tiempo para informar de su posición (este proceso es denominado
polling).
2.2.1.8 Visitor Location Register
El Visitor Location Register (VLR) es utilizado para controlar el tipo de
conexiones que un terminal puede hacer. Por ejemplo, si un usuario
posee restricciones en las llamadas internacionales, el VLR impide
que éstas sean hechas, bloqueándolas y enviando un mensaje de
vuelta al teléfono móvil informando al usuario.
El VLR, como el HLR, es un registro de datos, pero sus funciones difieren entre sí; ya que mientras el HLR es responsable de muchas
funciones estáticas, el VLR proporciona el manejo de datos del
operador.
2.2.1.9 Equipment Identity Register
Equipos robados pueden ser utilizados cambiando la tarjeta SIM. Para
evitar este hecho, cada terminal GSM tiene un número único de
identificación, el número internacional de equipo móvil (IMEI)
mediante el cuál, se pueden bloquear los terminales que han sido sustraídos quedando inoperativos. Es responsabilidad del operador de
red el equipar a cada PLMN con una base de datos adicional con los
terminales sustraídos, EIR.
2.2.2 Canales GSM
GSM utiliza dos bandas de 25 MHz para transmitir y recibir (FDD). La
banda de 890-915 MHz se usa para las transmisiones desde la MS
hasta la BTS ("uplink") y la banda de 935-960 MHz se usa para las transmisiones entre la BTS y la MS ("downlink").
Existe una versión de GSM que opera en la banda de 1800 MHz (GSM
1800). Ambos sistemas mantienen la misma estructura en cuanto a
canalización, señalización, estructura de trama TDMA, la única
diferencia reside en que el sistema GSM 1800 tiene 75 MHz de banda
asignada, en lugar de los 25 MHz del sistema GSM convencional; es
decir, se dispone de 374 radiocanales en lugar de los 124 del sistema
GSM convencional, permitiendo la existencia de un número mayor de
operadores. La banda es de 1710MHz a 1785 MHz para el enlace
ascendente y de 1805 MHz a 1880MHz para el descendente. Dispone
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de 374 canales adicionales numerados (ARFCN) desde el 512 al 885.
Como este sistema opera al doble de la frecuencia original de GSM se
facilita la generación de terminales duales.
Además, el GSM modo extendido (EGM) tiene las bandas de 880 a
915 MHz para el enlace ascendente y de 925 a 960MHz para el
descendente. Como se tienen 10+10 MHz de banda adicionales se
tienen 50 nuevos canales numerados del 974 al 1023. Puesto que el
canal numerado como 974 es el que ahora está situado en el extremo
inferior de la banda, ahora se utiliza como canal de guarda, convirtiéndose el canal 0 (antes canal de guarda) en un canal de uso
convencional.
El interfaz de radio de GSM se ha implementado en diferentes bandas
de frecuencia por asuntos legales de disponibilidad de frecuencias no
asignadas.
Banda Nombre Canales Uplink
(Mhz)
Downlink
(Mhz) Notas
GSM 850 GSM 850 128 - 251 824,0 -
849,0
869,0 -
894
Usada en EE.UU.,
Sudamérica y Asia.
GSM 900
P-GSM 900 1 - 124 890,0 -
915,0
935,0 -
960,0
La banda con que
nació GSM en Europa
y la más extendida
E-GSM 900 975 - 1023 880,0 - 890,0
925,0 - 935,0
E-GSM, extensión de GSM 900
R-GSM 900 n/a 876,0 - 880,0
921,0 - 925,0
GSM ferroviario (GSM-R).
GSM1800 GSM 1800 512 - 885 1710,0 -
1785,0
1805,0 -
1880,0
GSM1900 GSM 1900 512 - 810 1850,0 - 1910,0
1930,0 - 1990,0
Usada en
Norteamérica,
incompatible con GSM-1800 por
solapamiento de
bandas.
Tabla 2-2. Distribución de Canales para la tecnología GSM - Extraído de [29].
En España, los operadores tienen asignadas las siguientes bandas de
frecuencias: Movistar: 900 y 1800 MHz, UMTS.
Vodafone: 900 y 1800 MHz, UMTS.
Orange: 1800 MHz.
Esta distribución de frecuencias se recoge en el CNAF o Cuadro
Nacional de Atribución de Frecuencias. El Ministerio de Industria,
Turismo y Comercio debe aprobar las nuevas versiones del CNAF,
mediante una Orden Ministerial y publicarla en el Boletín Oficial del
Estado (BOE). La distribución del espectro radioeléctrico en España se
encuentra regulada por la CMT o Comisión del Mercado de las
Telecomunicaciones.
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Así, en la tabla a continuación se presentan los canales asignados
para cada una de las operadoras en España para GSM:
Operador Canales
Orange 762-885 975-1004
Movistar 1-63 512-635 1005-1023
Vodafone 65-124 637-760
Tabla 2-3. Canales asignados a cada operador en GSM
A continuación, se detalla la modulación que usa esta tecnología para
entender mejor su funcionamiento. Seguidamente, se presentarán los
diferentes canales presentes en GSM.
GSM usa FDD y una combinación de TDMA y FHMA para proporcionar a las estaciones base y a los usuarios un acceso múltiple. Las bandas
de frecuencias superiores e inferiores se dividen en canales de 200
KHz llamados ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number ó
Números de Canales de Radio Frecuencia Absolutos). El ARFCN
denota un par de canales uplink y downlink separados por 45 MHz y
cada canal es compartido en el tiempo por hasta 8 usuarios usando
TDMA.
Cada uno de los 8 usuarios usa el mismo ARFCN y ocupa un único
slot de tiempo (ST) por trama. Las transmisiones de radio se hacen a
una velocidad de 270.833 kbps usando modulación digital binaria
GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) con BT=0.3. El BT es el
producto del ancho de banda del filtro por el periodo de bit de transmisión. Por lo tanto la duración de un bit es de 3.692 ms, y la
velocidad efectiva de transmisión de cada usuario es de 33.854 kbps
(270.833 kbps / 8 usuarios).
Con el estándar GSM, los datos se envían actualmente a una
velocidad máxima de 24.7 kbps. Cada TS (Time Slot) tiene un
tamaño equivalente en un canal de radio de 156.25 bits, y una
duración de 576.92 µs, tal y como se muestra en la Figura 2-3; y una
trama TDMA simple en GSM dura 4.615 ms. El número de total de
canales disponibles dentro de los 25 MHz de banda es de 125
(asumiendo que no hay ninguna banda de guarda). Dado que cada
canal de radio está formado por 8 slots de tiempo, hacen un total de 1000 canales de tráfico en GSM.
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Figura 2-3. Una trama de voz y la escritura multitrama
En implementaciones prácticas, se proporciona una banda de guarda
de la parte más alta y más baja de espectro de GSM, y se dispone
tan solo de 124 canales.
La combinación de un número de ST y un ARFCN constituyen un
canal físico tanto para el uplink como para el downlink. Cada canal
físico en un sistema GSM se puede proyectar en diferentes canales
lógicos en diferentes tiempos. Es decir, cada slot de tiempo específico
o trama debe estar dedicado a manipular el tráfico de datos (voz,
facsímil o teletexto), o a señalizar datos (desde el MSC, la estación
base o la MS). Las especificaciones GSM definen una gran variedad
de canales lógicos que pueden ser usados para enlazar la capa física
con la capa de datos dentro de las capas de la red GSM. Estos canales lógicos transmiten eficientemente los datos de usuario,
además de proporcionar el control de la red en cada ARFCN. GSM
proporciona asignaciones explícitas de los slots de tiempo de las
tramas para los diferentes canales lógicos.
Los canales lógicos se pueden separar en dos categorías
principalmente:
Canales de Tráfico (TCH): llevan voz codificada digitalmente o
datos y tienen funciones idénticas y formatos tanto para el
downlink como para el uplink.
Canales de Control: llevan comandos de señalización y control
entre la estación base y la estación móvil. Se definen ciertos
tipos de canales de control exclusivos para el uplink o para el
downlink.
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Hay seis clases diferentes de TCHs y un número aún mayor de
canales de control.
Los canales de tráfico en GSM pueden ser de velocidad completa
(full-rate) o de velocidad mitad (half-rate), y pueden llevar voz
digitalizada o datos de usuario. Cuando se transmite a velocidad
completa los datos están contenidos en un ST por trama; mientras
que cuando se transmite a velocidad mitad, los datos de usuario se
transportan en el mismo slot de tiempo pero se envían en tramas
alternativas.
En GSM, los datos TCH no se pueden enviar en el TS 0 (time slot 0)
sobre ciertos ARFCNs, ya que esta ranura de tiempo está reservada
para los canales de control en la mayoría de las tramas. A cada grupo
de 26 tramas consecutivas TDMA se le llama multitrama.
Además, cada trece tramas TCH se envía un canal de control
asociado lento (SACCH) o tramas idle, por lo que de cada multitrama,
la decimotercera y la vigesimosexta se corresponden con datos
SACCH, o tramas idle. La 26ª trama contiene bits idle para el caso
cuando se usan TCHs a velocidad completa, y contiene datos SACCH
cuando se usa TCHs a velocidad mitad.
Los TCHs se usan para llevar voz codificada o datos de usuario. Se
definen en GSM dos formas generales de canales de tráfico:
Canal de Tráfico a Velocidad completa (TCH/F). Transporta
información a una velocidad de 22.8 kbps.
Canal de Tráfico a Velocidad Mitad (TCH/H). Transporta
información a una velocidad de 11.4 kbps.
Para transportar voz codificada se van a utilizar dos tipos de canales:
Canal de tráfico a velocidad completa para voz (TCH/FS). Lleva voz digitalizada a 13 kbps. Después de la codificación del canal
la velocidad es de 22.8 kbps.
Canal de tráfico a velocidad mitad para voz (TCH/HS). Ha sido
diseñado para llevar voz digitalizada que ha sido muestreada a
la mitad que la de un canal a velocidad completa. En este
aspecto, GSM se ha anticipado a la disponibilidad de
codificadores normalizados de voz a velocidades de unos 6.5
kbps. Después de la codificación del canal, la velocidad es de
11.4 kbps.
Para llevar datos de usuario se definen los siguientes tipos de canales de tráfico:
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Canal de Tráfico a velocidad completa para datos a 9.6 kbps
(TCH/F9.6). Lleva datos de usuario enviados a 9600 bps. Con la
codificación de corrección de errores aplicada según el estándar
GSM, los datos se envían a 22.8 bps.
Canal de Tráfico a velocidad completa para datos a 4.8 kbps
(TCH/F4.8). Lleva datos de usuario enviados a 4800 bps. Con la
codificación de corrección de errores aplicada según el estándar
GSM, los datos se envían a 22.8 bps.
Canal de Tráfico a velocidad completa para datos a 2.4 kbps
(TCH/F2.4). Lleva datos de usuario enviados a 2400 bps. Con la
codificación de corrección de errores aplicada según el estándar
GSM, los datos se envían a 22.8 bps.
Canal de Tráfico a velocidad mitad para datos a 4.8 kbps
(TCH/H4.8). Lleva datos de usuario enviados a 4800 bps. Con
la codificación de corrección de errores aplicada según el
estándar GSM, los datos se envían a 11.4 bps.
Canal de Tráfico a velocidad mitad para datos a 2.4 kbps (TCH/H2.4). Lleva datos de usuario enviados a 2400 bps. Con
la codificación de corrección de errores aplicada según el
estándar GSM, los datos se envían a 11.4 bps.
Se definen tres categorías de canales de control:
Difusión (broadcast ó BCH)
Comunes (CCCH)
Dedicados (DCCH)
Cada canal de control consiste en varios canales lógicos distribuidos
en el tiempo para proporcionar las funciones de control necesarias en
GSM.
Los canales de control downlink BCH y CCCH se implementan sólo en
ciertos canales ARFCN y se localizan en slots de tiempo de una forma
específica. Concretamente, estos canales se localizan solo en el TS 0
(como se dijo anteriormente, este slot de tiempo está reservado para
este canal) y se emiten sólo durante ciertas tramas dentro de una
secuencia repetitiva de 51 tramas (definida multitrama de control del
canal) sobre aquellos ARFCNs que se diseñan como canales
broadcast. Desde TS 1 hasta TS 7 se llevan canales de tráfico
regulares.
En GSM se definen 34 ARFCNs como canales broadcast estándar. Para cada canal broadcast, la trama 51 no contiene ningún canal
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downlink BCH o CCCH y se considera como una trama idle. Sin
embargo, el canal uplink CCH puede recibir transmisiones durante el
TS 0 de cualquier trama (incluso la trama idle).
Por otra parte, los datos DCCH se pueden enviar durante cualquier
slot de tiempo y en cualquier trama, y hay tramas completas
dedicadas específicamente para algunas transmisiones DCCH. A
continuación se detallan los diferentes tipos de canales de control.
El BCH opera en el downlink de un ARFCN específico dentro de cada celda, y transmite datos sólo en el primer slot (TS 0) de algunas
tramas GSM. Al contrario que los TCHs que son dúplex, los BCHs solo
usan el downlink. El BCH sirve como un canal guía para cualquier
móvil cercano que lo identifique y se enganche a él. El BCH
proporciona sincronización para todos los móviles dentro de la celda y
se monitoriza ocasionalmente por los móviles de celdas vecinas para
recibir datos de potencia y poder realizar las decisiones de handover.
Aunque los datos BCH se transmiten en TS 0, los otros siete slots de
una trama GSM del mismo ARFCN están disponibles para datos TCH,
DCCH ó están fijados por ráfagas vacías (dummy).
Dentro de los canales BCH se definen tres tipos de canales separados que tienen acceso al TS 0 durante varias tramas de la multitrama de
control formada por 51 tramas.
Existen tres tipos de canales BCH, se describen a continuación:
Canal de Control de Broadcast (BCCH): Es un canal downlink
que se usa para enviar información de identificación de celda y
de red, así como características operativas de la celda
(estructura actual de canales de control, disponibilidad de
canales, y congestión). El BCCH también envía una lista de
canales que están en uso en una celda. Desde la trama 2 a la 5
de una multitrama de control están contenidos los datos BCCH.
El TS 0 contiene datos BCCH durante tramas específicas, y contiene otro tipo de canales BCH, canales de control comunes
(CCCHs), o tramas idle, en otras tramas hasta completar las 51
tramas que forman la multitrama de control.
Canal Corrector de Frecuencia (FCCH): Es una ráfaga de datos
que ocupa el TS 0 para la primera trama dentro de la
multitrama de control, y que se repite cada diez tramas. El
FCCH permite a cada estación móvil sincronizar su frecuencia
interna de oscilación a la frecuencia exacta de la estación base.
Canal de Sincronización (SCH): Se envía en el TS 0 de la trama
inmediatamente después del FCCH y se usa para identificar a la estación base servidora mientras que permite a cada móvil la
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43
sincronización de las tramas con la estación base. El número de
trama (FN), que oscila entre 0 hasta 2715647; y se envía con
el código de identificación de la estación base (BSIC) durante la
ráfaga SCH. El BSIC es asignado individualmente a cada BTS en
un sistema GSM. Dado que un móvil puede estar hasta a 30 km
de la BTS, es necesario que, frecuentemente, se ajuste la
temporización de un usuario móvil particular, de forma que la
señal recibida en la estación base se sincronice con el reloj de
la estación base.
En aquellos ARFCN reservados para los BCHs, los canales de control
comunes ocupan el TS 0 de cada trama que no esté ocupada por los
BCHs o por tramas idle. Un CCCH puede estar formado por tres tipos
diferentes de canales:
Canal de búsqueda (PCH): downlink
Canal de acceso aleatorio (RACH): uplink
Canal de acceso concedido (AGCH): downlink
Los CCCHs son los más comunes dentro de los canales de control y se
usan para buscar a los abonados, asignar canales de señalización a
los usuarios, y recibir contestaciones de los móviles para el servicio. Se detallan estos tres tipos de canales:
Canal de Búsqueda (PCH): Proporciona señales de búsqueda a
todos los móviles de una celda, y avisa a los móviles si se ha
producido alguna llamada procedente de la PTSN. El PCH
transmite el IMSI (Identificación de Abonado Móvil
Internacional) del abonado destino, junto con la petición de
reconocimiento de la unidad móvil a través de un RACH.
Alternativamente, el PCH se puede usar para proporcionar
envíos de mensajes tipo ASCII en las celdas, como parte del
servicio SMS de GSM.
Canal de Acceso Aleatorio (RACH): Es un canal uplink usado por el móvil para confirmar una búsqueda procedente de un PCH, y
también se usa para originar una llamada. El RACH usa un
esquema de acceso slotted ALOHA. Todos los móviles deben
pedir acceso o responder ante una petición por parte de un PCH
dentro del TS 0 de una trama GSM. En el BTS, cada trama
(incluso la trama idle) aceptará transmisiones RACH de los
móviles durante TS 0. Para establecer el servicio, la estación
base debe responder a la transmisión RACH dándole un canal
de tráfico y asignando un canal de control dedicado (SDCCH)
para la señalización durante la llamada. Esta conexión se
confirma por la estación base a través de un AGCH.
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44
Canal de Acceso Concedido (AGCH): Se usa por la estación
base para proporcionar un enlace de comunicaciones con el
móvil, y lleva datos que ordenan al móvil operar en un canal
físico en particular (en un determinado TS y en un ARFCN) con
un canal de control dedicado. El ACCH es el último mensaje de
control enviado por la estación base antes de que el abonado
sea eliminado del control del canal de control. El ACCH se usa
por la estación base para responder a un RACH enviado por una
MS en la trama CCCH previa.
Hay tres tipos de canales de control dedicados en GSM, y, como los
canales de tráfico, son bidireccionales y tienen el mismo formato y
función en uplink y downlink. Como los TCHs, los DCCHs pueden
existir en cualquier slot de cualquier ARFCN excepto en el TS 0 de los
ARFCN de los BCHs. Los Canales de Control Dedicados (SDCCH) se
usan para proporcionar servicios de señalización requeridos por los
usuarios. Los Canales de Control Asociados Lentos y Rápidos (SACCH
y FACCH) se usan para supervisar las transmisiones de datos entre la
estación móvil y la estación base durante una llamada.
Canales de Control Dedicados (SDCCH): Lleva datos de
señalización siguiendo la conexión del móvil con la estación base, y justo antes de la conexión lo crea la estación base. El
SDCCH se asegura que la MS y la estación base permanecen
conectados mientras que la estación base y el MSC verifica la
unidad de abonado y localiza los recursos para el móvil. El
SDCCH se puede pensar como un canal intermedio y temporal
que acepta una nueva llamada procedente de un BCH y
mantiene el tráfico mientras que está esperando que la estación
base asigne un TCH. El SDCCH se usa para enviar mensajes de
autenticación y de alerta (pero no de voz). A los SDCCH se les
puede asignar su propio canal físico o pueden ocupar el TS 0
del BCH si la demanda de BCHs o CCCHs es baja.
Canal de Control Asociado Lento (SACCH): Está siempre asociado a un canal de tráfico o a un SDCCH y se asigna dentro
del mismo canal físico; por tanto, cada ARFCN
sistemáticamente lleva datos SACCH para todos sus usuarios
actuales. El SACCH lleva información general entre la MS y el
BTS. En el downlink, el SACCH se usa para enviar información
lenta pero regular sobre los cambios de control al móvil, tales
como instrucciones sobre la potencia a transmitir e
instrucciones específicas de temporización para cada usuario
del ARFCN. En el uplink, lleva información acerca de la potencia
de la señal recibida y de la calidad del TCH, así como las
medidas BCH de las celdas vecinas. El SACCH se transmite
durante la decimotercera trama (y la vigesimosexta si se usa velocidad mitad) de cada multitrama de control, y dentro de
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esta trama, los 8 slots se usan para proporcionar datos SACCH
a cada uno de los 8 usuarios (ó 16) del ARFCN.
Canales de Control Asociados Rápidos (FACCH): Llevan
mensajes urgentes y contienen esencialmente el mismo tipo de
información que los SDCCH. Un FACCH se asigna cuando un
SDCCH no se ha dedicado para un usuario particular y hay un
mensaje urgente (como una respuesta de handover). El FACCH
gana tiempo de acceso a un slot "robando" tramas del canal de
tráfico al que está asignado. Esto se hace activando dos bits especiales, llamados bits de robo ("stealing bits"), de una
ráfaga TCH. Si se activan los stealing bits el slot sabe que
contiene datos FACCH, y no un canal de tráfico para esa trama.
2.2.3 Proceso de conexión
Para comprender cómo se usan los diferentes canales de tráfico y de
control, se considera el caso de que se origine una llamada GSM.
Existen diferentes tipos de llamadas según dónde se originen: MOC (Mobile Originated Call): la llamada la realiza el terminal
móvil.
MTC (Mobile Terminating Call): el destinatario de la llamada es
el terminal móvil.
Para poder establecer una llamada en GSM desde un terminal
(llamada MOC) se necesita:
Crear un enlace radio con la estación base
Establecer un enlace a través de la red GSM con el dispositivo o
la red destinatarios de la llamada.
En el comienzo de la llamada se pueden distinguir diferentes
procesos, según si la llamada es MOC o MTC. En el primer caso, es el móvil el que pide el canal, mientras que en una llamada MTC es el
móvil el que debe de ser localizado por la red mediante un mensaje
de paging.
En modo idle el móvil no tiene asignados recursos dedicados para
poder comunicarse con la red, por lo que si la red necesita
comunicarle al móvil que está siendo llamado hace uso del canal PCH
(Paging Channel) para enviarle el mensaje de paging; mientras que si
el móvil necesita hacerle saber a la red que quiere realizar una
llamada, éste hará uso del canal compartido RACH.
Como se describió anteriormente, el canal PCH es un canal downlink
que todos los móviles escuchan a la vez, de manera que el terminal codificará este mensaje de paging para saber si va dirigido a él. Sin
embargo, el canal RACH es un canal de acceso compartido en el que
transmiten todos los móviles en sentido ascendente. Estos dos
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canales los usaran la BTS y el terminal móvil respectivamente hasta
que se realice la asignación de canal.
La petición del canal radio se realiza mediante el mensaje de
CHANNEL REQUEST. El móvil envía este mensaje y lo repite hasta
que recibe un mensaje de confirmación donde la red le asigna el
canal llamado INMEDIATE ASSIGNMENT. El tiempo que espera para
enviar mensajes CHANNEL REQUEST es un tiempo aleatorio (entre
unos rangos controlados por la red, enviados en el BCCH). Puede
verse un esquema de este proceso en la figura que se representa a continuación:
Figura 2-4. Esquema de asignación de canal radio
Con el mensaje INMEDIATE ASSIGNMENT se le asigna al móvil los
recursos radio para establecer la conexión. Este mensaje contiene:
Descripción del canal asignado: TN Time Slot Number,
frecuencia utilizada (normal o con salto de frecuencia), TRX
asignado,…
Campo de información del mensaje CHANNEL REQUEST enviado
por el móvil y el número de trama en que se envió
El valor inicial de Timing Advance (TA).
Indicador de espera antes de comenzar a utilizar el enlace radio
asignado (opcional). Si la red no dispone de recursos para asignar canal envía el mensaje
INMEDIATE ASSIGNMENT REJECT y el móvil deja de enviar el
CHANNEL REQUEST e inicializa dos temporizadores:
T3126: cuando finaliza este entra en modo reposo.
T3122: cuando finaliza puede volver a enviar el mensaje
CHANNEL REQUEST.
Cuando el móvil ha recibido el mensaje de INMEDIATE ASSIGNMENT
(EXTENDED) sintoniza la frecuencia y time slot correspondientes
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47
responde a la red. El mensaje usado es CM SERVICE REQUEST. En
este mensaje se incluye:
Mensaje SABM (Set Asynchronous Balanced Mode) que inicia
una conexión LAPDm con la MSC (SAPI = 0).
Información sobre la compatibilidad del móvil.
La BSS responde al móvil para confirmar la conexión.
Figura 2-5. Sintonización de frecuencia y time slot
El mensaje de compatibilidad del móvil es del tipo Classmark Change.
En la herramienta de análisis que se utiliza en este proyecto puede
leerse este mensaje y su contenido, tal y como se muestra en la
Figura 2-6. En este mensaje, el móvil comunica a la red qué opciones soporta y cuales no, tales como tecnologías o algoritmos, de forma
que la red configure la conexión correctamente.
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Figura 2-6. Mensaje de compatibilidad del terminal
Una vez que el móvil dispone del canal dedicado SDDCH, la red suele
pedir que éste se autentifique (que asegure que el IMSI que ha dicho
que tiene es el real). Para ello se usa el mensaje AUTHENTICATION
REQUEST, usado a su vez para confirmar el AUTHENTICATION
RESPONSE; tal y como se muestra en la Figura 2-7. En el
AUTHENTICATION REQUEST se envía una clave que, tras una serie de
modificaciones, sirve para confirmar que el IMSI que el móvil le
indica ciertamente es el real.
Figura 2-7. Autentificación del terminal en la red
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49
Una vez que el móvil dispone del canal dedicado SDDCH, la red
puede exigir al móvil que cifre la información. Esta operación se
realiza siendo la MSC quien envía un mensaje CIPHERING MODE
COMMAND. Cuando el mensaje llega a la estación base, ésta envía el
mensaje (sin cifrar) al móvil con el algoritmo de cifrado compatible
con el móvil (indicados en el mensaje Classmark) que crea más
oportuno. La red activa el modo cifrado en recepción; el móvil recibe
el mensaje y activa el modo cifrado en transmisión y recepción.
Entonces, envía la confirmación CIPHERING MODE COMPLETE y
cuando la estación base recibe esta confirmación, activa el modo cifrado en transmisión. Este proceso se muestra de forma
esquemática en la Figura 2-8.
Figura 2-8. Cifrado de la información
La red puede pedir al móvil el IMEI (y en ocasiones el IMSI) con el
mensaje IDENTIFY REQUEST para comprobar que el IMEI es el
correcto. En esta operación, el móvil envía la información requerida
en el mensaje IDENTIFY RESPONSE y la red comprueba el IMEI en el EIR (Equipment Identity Register).
Figura 2-9. Comprobación del IMEI
En una llamada MOC el móvil envía el mensaje SETUP que encapsula:
Compatibilidad del móvil (full rate,…) respecto a la
conversación de voz.
Número destino.
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Compatibilidad en funciones de control (DTMF, prolonged
clearing procedure, …)
Una vez que la red recibe el mensaje de SETUP, crea la conexión con
el destino y responde con el mensaje CALL PROCEEDING.
Es en este momento cuando se debe de asignar el canal TCH y los
ACCH (FACCH y SACCH) anteriormente descritos en el apartado
2.2.2. Para ello se usa un procedimiento parecido al INMEDIATE
ASSIGNMENT, el ASSIGNMENT REQUEST o ASSIGNMENT COMMAND, con la única diferencia que el mensaje se envía por el canal dedicado
SDCCH y no por el RACH. A partir de este momento el desarrollo de
la llamada depende del otro extremo.
Figura 2-10. Establecimiento de la llamada MOC
La red envía al móvil el mensaje ALERTING, cuando el otro extremo contesta, la red envía el mensaje CONNECT y el móvil contesta con el
CONNECT ACKNOWLEDGE. En este momento se ha establecido la
llamada con éxito.
En la Figura 2-11 se evidencian las diferencias en el establecimiento
de una llamada entre una llamada MOC y una MTC.
Figura 2-11. Establecimiento de llamada. MOC (Izquierda) y MTC (Derecha)
Cuando se quiere terminar la llamada se usa el mensaje DISCONNECT y se adjunta la causa de la desconexión. A éste se
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51
responde con un mensaje RELEASE y a su vez a este último con un
RELEASE COMPLETE; dependiendo de quien pida la desconexión el
sentido será uno u otro. Al final se termina con un CHANNEL RELEASE
por parte de la red, ya sea una llamada MOC o una MTC.
Figura 2-12. Diagrama de desconexión
Se recoge a continuación de manera esquemática los pasos, canales
y elementos involucrados en cada uno de los pasos anteriormente
descritos para el proceso de conexión de una llamada de una red
móvil a una red fija (MOC):
1. Registro. Una vez que la estación móvil es encendida y su propietario ha introducido el PIN, o número de identificación de
usuario, el terminal escanea toda la banda de frecuencias para
detectar la existencia de una red en el menor tiempo posible.
Sin embargo, anteriormente el terminal ya está acampado en
una celda, así que es posible la realización de llamadas al
número de emergencias 112 sin la necesidad de introducir el
PIN. De la portadora baliza, el terminal móvil obtiene los
parámetros de la red, y una vez que con ellos determina su
posición, inicia un proceso de registro en el caso en que su
posición actual no coincida con la última que tenía almacenada
(véase ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.).
Los números de la secuencia se han incluido en forma de
preámbulo, ya que previo al intento de comunicación en sí mismo, debe existir una estación perfectamente ubicada.
2. Petición de servicio. Desde que la estación móvil pide un canal
para poder transmitir su petición al sistema (canales RACH,
AGCH, SDCCH), hasta que una vez que el móvil cuenta con
SDCCH y hace llegar a su MSC la petición, acontecen los pasos
mostrados (véase Figura 2-14).
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52
3. Autentificación, cifrado y validación de equipo. Antes de
permitir al móvil hacer uso del sistema, se desencadenan en él
una serie de procesos encaminados a autentificar al usuario y
su terminal, así como a dotar al usuario de una clave de cifrado
para que desde ese momento se pueda transmitir toda la
información de forma segura (véase Figura 2-15).
4. Establecimiento de la llamada. Con las comunicaciones
encriptadas, la estación móvil realiza la petición a la central de
conmutación, que a su vez traspasa esta petición a la central de
la red PTSN que tenga como interlocutora. De este modo, se establecen los canales de tráfico oportunos entre la estación
móvil y la fija.
5. Liberación. El caso mostrado asume que la petición de
liberación de la comunicación se genera en la estación móvil. El
conjunto de procesos involucrados se muestran en la Figura
2-20.
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i) Petición de canal
ii) Asignación de canal SDCCH iii) Petición de actualización de posición
iv) Petición de autentificación
v) Respuesta de autentificación
vi) Contraste parámetros autentificación vii) Asignación nueva área y TMSI
viii) área y TMSI
ix) y x) Actualización parámetros en VLR y HLR
xi) Liberación de canal
MS BSS MSC VLR HLR Um A B D
i) RACH
ii) AGCH
iii) SDCCH
iv)
v)
vi)
vii) (área y TMSI)
viii)
ix)
x)
xi) SDCCH
Figura 2-13. Registro en el sistema (1)
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MS MSC VLR HLR AUC B D
6)
7)
8)
9)
10)
11) RAND
13) SRES
Autentificación
6) Petición de parámetros de autentificación
7), 8) y 9) Envío de parámetros de autentificación
10) y 11) Orden de autentificación de MS 12) y 13) Respuesta de autentificación
MS BSS MSC VLR Um A B
1) RACH
2) AGCH
3) SDCCH
4)
5)
1) Petición de canal
2) Asignación SDCCH
3), 4) y 5) Petición de servicio
Petición de servicio
Figura 2-14. Diagrama del proceso de llamada desde un terminal móvil GSM a un terminal fijo (2).
12) SRES
Figura 2-15. Diagrama del proceso de llamada desde un terminal móvil GSM a un
terminal fijo (3).
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MS MSC EIR F
19)
20)
21)
22)
Validación de equipo
19) Petición IMEI
20) Respuesta IMEI
21) Petición comprobación IMEI
22) Respuesta comprobación IMEI
MS BSS MSC VLR Um A B
14) kc
15)
16)
17)
18)
Cifrado
14) Parámetro de cifrado
15) y 16) Orden de cifrado
17) y 18) Cifrado completado
Figura 2-16. Diagrama del proceso de llamada desde un terminal móvil GSM a un terminal fijo (4).
Figura 2-17. Diagrama del proceso de llamada desde un terminal móvil GSM a un
terminal fijo (5).
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23) Petición de establecimiento 24) Petición de datos de cliente
25) Respuesta de datos de cliente
26) Llamada en curso
27) Asignación del enlace 28) Asignación del canal
29) Sintonización TCH y acuse de recibo
30) Conexión TCH al enlace
MS BSS MSC VLR Um A B
23)
kc
24)
25)
26)
27)
28) SDCCH
29)
30)
Establecimiento
de llamada en MS
Figura 2-18 Diagrama del proceso de llamada desde un terminal móvil GSM a un terminal fijo (6).
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39)
40)
41)
42)
43)
37) Desconexión
38) Liberación de enlace
39) y 40) Liberación
41) Señal de liberación 42) Liberación del canal
43) Liberación completada
MS MSC PTSN
31)
32)
33)
34)
Establecimiento de llamada
en la red fija
35)
36)
31) Mensaje del establecimiento
32) Señalización de aviso 33) Envío de tono de aviso a MS
34) Señal descolgado de cliente llamado
35) Notificación conexión establecida
36) MS acusa recibo del mensaje de conexión
Figura 2-19. Diagrama del proceso de llamada desde un terminal móvil GSM a un terminal fijo (7).
Liberación
MS BSS MSC PSTN Um A
37)
kc
38)
Figura 2-20. Diagrama del proceso de llamada desde un terminal móvil GSM a un terminal fijo (8).
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2.2.4 Parámetros reportados
Los parámetros más importantes o KPIs que se pueden presentar a
un cliente en relación a las pruebas de llamadas de voz GSM
realizadas se detallan a continuación. Estos resultados se presentan
con un enfoque positivo, centrándose en los datos que darían unos buenos resultados; es decir, se presenta por ejemplo la tasa de
llamadas completadas con éxito, no las que no se han podido
completar. Esto se hace para mostrar al cliente solo los resultados de
los procesos que se realizan con éxito, creando otra percepción de los
resultados.
2.2.4.1 CSSR
El CSSR (Call Setup Sucess Rate) indica la tasa de establecimientos de llamada realizados con éxito frente a los que se han intentado. Por
lo tanto, esta tasa será el resultado de aplicar la fórmula:
Esto es, dentro de los intentos de llamadas (Call attemps) habrá que
contabilizar las llamadas completadas con éxito, las que se han
interrumpido una vez establecidas y las que no se llegaron a
establecer. Es importante diferenciar entre llamadas establecidas y
llamadas realizadas. De esta forma, también se puede definir el
parámetro CSR (Call Success Rate), donde se hace referencia a las
llamadas que se han mantenido durante al menos 2 minutos, y se
define como:
donde se introduce el parámetro DCR (Dropped Call Rate), que hace
referencia a las llamadas que se han caído de la red antes de ser
finalizadas.
El CSSR hace referencia a la accesibilidad de la red, ya que si este
parámetro tiene un valor elevado, significa que la red es capaz de
establecer la mayoría de las llamadas que se intentan establecer.
Representa el porcentaje de llamadas caídas de todos los intentos
realizados. Una llamada se considera que ha sido correctamente
establecida si se asigna correctamente el canal TCH y la voz
comienza a enviarse y recibirse correctamente, en este caso un tono
piloto, ya que no se realizan mediciones de calidad de voz. En caso contrario la llamada se considera failed.
Un descenso de este parámetro tiene diferentes causas, se detallan
las más comunes:
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59
1. Lack of Coverage o hueco de cobertura. Puede darse el caso en
el que exista una zona geográfica donde el terminal móvil no
está cubierto por ninguna BTS que pueda darle servicio del
operador al que está suscrito. Esta será la causa más común de
fallo de accesibilidad. Los teléfonos móviles pueden llamar al
112 siempre que haya cobertura de algún operador, sea éste o
no quien presta el servicio al llamante, porque todas las redes
atienden este tipo de llamadas gratuitamente. Nótese que en
zonas rurales, montañosas o muy apartadas, es decir, en cualquier lugar donde no haya cobertura de ninguna red, no se
podrá efectuar la llamada ya que no se dispondrá de cobertura
de ningún operador.
En proyectos outdoor se dispone de la lectura de un escáner,
por lo que estos huecos son fácilmente reconocibles, ya que se
dispone de los valores de nivel de potencia de recepción en
cada canal, como puede verse en la Figura 2-21. En el caso de
un proyecto indoor en el que sólo se dispone de la lectura del
terminal móvil, éste valor podrá leerse en los períodos de idle
del terminal, ya que en dedicado no realiza la lectura de estos
valores, lo cual puede dificultar el diagnóstico de este
problema.
Figura 2-21. Lectura de RxLev de un escáner en un proyecto outdoor1
El nivel que se va a tener en cuenta es lo que la herramienta
define como RxLev, que es el nivel de potencia recibido sobre
todas las tramas. Este nivel se calcula en 4 multitramas del
canal BCCH, es decir, cada 480 ms.
El estándar GSM (3GPP TS 05.05) especifica el nivel de
referencia de sensibilidad es:
-104 dBm para un terminal GSM 900
-100 dBm para un terminal DCS 1800 clase 1 o clase 2
-102 dBm para un terminal DCS 1800 clase 3
A continuación, en la Figura 2-22 se recoge una captura de
pantalla del programa que se utiliza, donde se pueden leer los
1 Algunas de estas capturas de pantalla están tomadas de los manuales de
referencia de Swissqual y otras están tomadas con la licencia propia.
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valores de RxLev de cada una de las estaciones vecinas. Puede
comprobarse que todos los RxLev son muy bajos, por lo que
puede determinarse que existe un Lack de cobertura, ya que el
móvil no puede conectarse a ninguna BTS con buen RxLev.
Figura 2-22. Ejemplo de Lack of Coverage
Además, todo esto puede comprobarse gráficamente si se
representa un mapa de cobertura, donde se representen los
diferentes RxLev diferenciados por colores y los eventos
negativos (ya sean Failed o Dropped), de manera que en la
Figura 2-23 puede comprobarse como en el municipio 1 está
marcado un claro ejemplo de Lack of Coverage, donde el RxLev es muy bajo en una zona geográfica y los dos eventos Failed
que se producen serán causados por este Lack.
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Figura 2-23. Mapa de cobertura con Lack of Coverage
2. Location Area Updating o Actualización del Área de Localización.
La zona de localización o Location Area (LA), es el área dentro
de la cual una estación móvil puede desplazarse libremente sin
que se modifique su registro de localización. Comprende varias
estaciones base, por lo que puede definirse como un grupo de
celdas en las que la red tiene localizado al MS, lo cual está
representado gráficamente en la Figura 2-24. Cuando es
necesario alertar a un móvil para pasarle un mensaje o llamada
entrante, se le avisa por las estaciones base de la zona de
localización, por lo que el mensaje de radiobúsqueda (paging)
solo tiene que ser radiado en una zona determinada. Las áreas de localización se identifican mediante un número
llamado código de área de localización, LAC (Location Area
Code).
Figura 2-24. Área de Localización como conjunto de celdas.
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62
Un mismo MSC puede controlar varias LA y a la inversa una LA
puede depender de más de un MSC.
En proyectos indoor esta causa de fallo de accesibilidad no será
muy frecuente, ya que las medidas se realizan en espacios de
ámbito geográfico tan restringido que será difícil que se
produzca un cambio de área de localización dentro del
emplazamiento. Además, el Location Area Updating afectará a
las llamadas MTC, es decir, las recibidas por el terminal móvil, y
en el proyecto indoor no se realiza este tipo de pruebas, ya que el cliente en este caso no lo requiere.
A pesar de ello, se detalla a continuación el caso de una llamada MTC y cómo puede repercutir este proceso en la
accesibilidad.
Se supone que el terminal está en movimiento, y se desplaza a
lo largo de una celda, pero en un momento dado cambia de
celda y realiza el proceso denominado reselección de celda, que
es aquel por el que el móvil decide cambiar de celda porque ha
encontrado una mejor que aquella en la que estaba acampado.
El conjunto de celdas al que puede intentar hacer una
Figura 2-25. Concepto de Zona de Área de Localización (LA)
PSTN
MSC 1 (GMSC)
MSC 2
BS1
BS2
BS3
BS4
BS5
BS1
BS2
ZONA DE MSC 2
LA 3
LA 2
LA 1
ZONA DE MSC 1
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reselección no es ilimitado, sino que en el BCCH de cada celda
se radia, entre otras informaciones, una lista con los posibles
BCCH en los que el móvil podrá hacer medidas mientras está
acampado en dicha celda. De esta manera el resto de BCCH
que no estén en dicha lista resultarán transparentes para el
móvil, por lo que no entrarán en su algoritmo de reselección y
será imposible que se seleccionen.
Si al reseleccionar una celda detecta que el LAC es el mismo
que el que tenía anteriormente, se realiza la reselección sin ningún proceso adicional; sin embargo, si este LAC ha
cambiado, debe informar a la red de dicho cambio. Este cambio
puede producirse en dos situaciones:
1. Si se produce cuando el móvil se encuentra en estado de
espera o idle, el terminal informaría a la red del cambio
de LAC, que realizaría tras la reselección de celda.
2. En caso de que el terminal móvil estuviese en llamada en
el instante del cambio de LAC, el terminal informa a la red
cuando finaliza la conexión en transcurso.
Si se analiza detalladamente el segundo caso, en el tiempo que
transcurre entre la reselección y el momento en que la red es
informada del nuevo LAC, el terminal no recibiría los mensajes de paging, ya que la red los seguiría enviando al LAC antiguo y
el terminal se encuentra en el nuevo LAC. Este hecho tiene una
repercusión directa en el KPI de accesibilidad MTC (Mobile
Terminated Call), ya que si en ese tiempo se produjera una
llamada entrante, el resultado de la misma sería un bloqueo.
Figura 2-26. Fallo de establecimiento por Location Area Updating
Supóngase que en una llamada MTC, el terminal móvil es la
parte A y la otra parte se define como B. En la Figura 2-26 puede comprobarse el momento en el que la parte B comienza
el proceso de marcado (Start Dial). El mensaje de Dial es el
primer instante en el que la llamada es efectiva, por lo que a
partir de ese momento el terminal puede recibir el paging,
pero justo antes de este Dial se ha producido un Cell
Reselection, por lo que este mensaje de paging no será
recibido por el móvil, ya que la petición de actualización del
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64
LAC se realiza en un momento posterior. En resumen, entre
los mensajes Cell Reselection y Location Area Request, el
móvil no recibirá ningún mensaje de paging, por lo que si en
ese intervalo de tiempo el móvil tiene alguna llamada
entrante, no sería posible establecerse.
Con la misma herramienta se puede ver el momento en el
que, una vez aceptado el LAU (Location Area Updating), el
terminal recibe el PCK, que es el mensaje con el que el
operador notifica al usuario que ha recibido una llamada
mientras no estaba disponible.
Figura 2-27. Intervalo entre LAU y PCK
Figura 2-28. Contenido del mensaje PCK
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3. Overlapping o solapamiento. El concepto de overlapping se usa
cuando varios BCCH alcanzan al terminal móvil con un RxLev
similar, es decir, existe un sobrealcance. Esto lleva a que el
canal de la mejor servidora cambia continuamente, ya que no
existe un canal dominante constante. Se asocia a un problema
en el planteamiento de la red y las causas pueden ser varias,
pero las más comunes son un problema en el tilt (o inclinación)
de la antena o reflexiones indeseadas.
El overlapping puede llevar a un número excesivo de
reselecciones de celda, ya que el terminal recibirá varios BCCH con la misma potencia, acampando entre ellas. Este número
elevado de reselecciones conlleva un alto número de
procedimientos para la sincronización en capas inferiores,
dejando al terminal móvil no disponible para realizar otras
operaciones.
Se puede ver un claro ejemplo extraído de la herramienta
usada para las medidas en la Figura 2-29, donde cabe destacar
el elevado número de mensajes de Cell Reselection debido a
que todas las estaciones vecinas se reciben con una potencia
similiar (-82 dBm,-83 dBm,-84 dBm…) a la servidora (-89
dBm), provocando una elevada interferencia.
Figura 2-29. Exceso de reselecciones de celda
A continuación se presenta un mapa existe una zona
diferenciada por los continuos cambios de mejor servidora.
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Figura 2-30. Mapa con excesivo número de reselecciones de celda
4. Network Disconnection. En cualquier momento la red puede
decidir desconectar a un usuario por diferentes motivos. Esta
desconexión suele ocurrir en el momento en el que el usuario
realiza la petición de canal para establecer una conexión; una
vez que la red recibe esta petición, envía al usuario diferentes
mensajes con la causa de la desconexión. Estas causas podrían
clasificarse en 3 tipos, según el mensaje que nos muestre la
herramienta:
a. Network Congestion. La red puede estar sufriendo una
congestión de tráfico en un determinado momento,
haciendo que se sature y decida desconectar usuarios siguiendo un criterio. Esta congestión puede ocurrir en
diferentes puntos de la red, pero la herramienta utilizada
sólo nos muestra dos posibles casos:
i. No circuit/channel available: Este mensaje aparece
cuando la BTS no dispone de más canales para
ofrecer al usuario en el enlace entre ella y el
usuario, así que no puede concederle una conexión
para que realice la llamada.
ii. Switching congestion: La congestión es a un nivel
superior a la BTS.
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67
Figura 2-31. Mensaje de desconexión (1)
Figura 2-32. Mensaje de desconexión (2)
b. Protocol Error. Este mensaje se debe a errores en el
protocolo usado entre terminal y red. El terminal recibe
un mensaje de desconexión porque la red no ha logrado
decodificar los mensajes del terminal.
Figura 2-33. Mensaje de desconexión (3)
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Figura 2-34. Mensaje de desconexión (4)
c. Unspecified. Algunas veces la red procede a la
desconexión sin dar un motivo específico. Hay varios
motivos por los que se de esta situación:
i. Cobertura o intereferencias: en este caso deberán
revisarse cada uno de los casos.
ii. Incidencias de transmisión.
iii. Problemas hardware de la BTS.
En la Figura 2-35 se muestra un ejemplo de desconexión
por motivos no especificados.
Figura 2-35. Mensaje de desconexión (5)
5. Interference. Existen dos tipos de intereferencia:
a. Interferencia co-canal: es la interferencia que se da en el
mismo canal. b. Interferencia de canal adyacente: es la creada por los
canales adyacentes, ya sean inferiores como superiores.
Existen unos requisitos mínimos definidos por el estándar GSM
que definen la interferencia máxima que puede tener una BTS
con los terminales:
Para interferencia co-canal: C/Ic=9dB
Para la interferencia de canal adyacente (200 kHz):
C/Ia1=-9dB
Para la interferencia de canal adyacente (400 kHz):
C/Ia2=-41dB
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Para la interferencia de canal adyacente (600 kHz):
C/Ia3=-49dB
Este motivo de descenso de accesibilidad suele ser común en
los alrededores de zonas donde existan inhibidores de
frecuencia, como son zonas militares, cárceles... En la siguiente
figura se muestra la lectura de un escaner de los niveles de C/I
en los alrededores de una cárcel española. En ella se puede
demostrar como el nivel desciende hasta que se producen los
eventos failed representados con estrellas negras. Los inhibidores de frecuencia introducen señales en todas las
frecuencias, haciendo que sea imposible la comunicación entre
MS y BTS.
Figura 2-36. Zona de alta interferencia
Además, la herramienta usada en el procesado (NQDI) nos
permite obtener la lectura del escáner en cada momento en el
caso de los proyectos outdoor. En la Figura 2-37 se muestra la
lectura del C/I de los diferentes canales.
El C/I se define como el nivel de señal de portadora sobre
interferencia.
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Figura 2-37. Lectura de los C/I con NQDI
6. Missing Neighbor. Otra de las posibles causas de un fallo de
accesibilidad puede ser una configuración de la red errónea,
como por ejemplo una definición de estaciones base vecinas
incorrecta. De esta manera, si es necesario que el terminal
móvil se conecte a otra estación base con mejores condiciones que la actual, no encontrará la correcta en su lista de vecinas.
2.2.4.2 CCR
Otro de los KPI reportados es el CCR o Call Completion Rate, que
representa el número de llamadas que se completa correctamente
frente al número de intentos totales; responde a la fórmula:
Hace referencia a la capacidad que posee la red de mantener una
llamada sin que se produzca una desconexión prematura.
Una vez se ha establecido con éxito una llamada, se puede dar:
La llamada se completa correctamente y es el usuario el que
finaliza la llamada.
Puede ocurrir que la llamada se caiga, es decir, que sea
interrumpida por la red sin que el usuario lo desee, lo que
conlleva a una percepción negativa del usuario respecto al
operador. Es por esto por lo que los operadores prestan gran interés por este parámetro.
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Los parámetros que pueden observarse para analizar este KPI están
representados en la siguiente figura, en la que puede verse una
captura de NQDI:
Figura 2-38. Parámetros para analizar la mantenibilidad
1. Canal radio al que está conectado la MS o BCCH (serving).
Servirá para detectar posibles problemas de handover.
2. Nivel de señal RxLev
3. Valor del RxQual o nivel de calidad de señal
4. Instante de la llamada para el cual se está mirando el valor de
los parámetros y los mensajes de capa 3
5. Mensaje que indica las vecinas de GSM
6. Canales EGSM definidos como vecinos
7. Mensaje que indica las vecinas de EGSM
8. Las vecinas que se han detectado
9. Nivel de señal de las vecinas detectadas
Las posibles causas de un fallo de mantenibilidad pueden ser:
1. Handover no Completed: Un handover es el procedimiento que
lleva a cabo la red, cuyo objetivo es el de transferir el servicio
de una estación base a otra, cuando la calidad del enlace es
insuficiente. Para ampliar la información acerca de los
handovers se pueden consultar las referencias [10] y [35] de la
bibliografía. Este mecanismo garantiza la realización del
servicio cuando un móvil se traslada a lo largo de su zona de
cobertura. Existen dos motivos por lo que no se puede
completar un Handover (HO): que las condiciones radio no lo
permitan o que no se realice al canal adecuado.
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En un procedimiento de handover, la red lo solicita con el
mensaje HANDOVER COMMAND y el terminal lo aceptará con
un mensaje HANDOVER COMPLETED.
En la Figura 2-39 se muestra un handover completado del canal
733 al canal 790. Con la lectura del escaner se puede
comprobar como el nivel del canal 790 era mucho mejor que el
del canal 733 en ese instante de tiempo, por lo que la red
solicita al terminal un handover y se realiza adecuadamente.
Figura 2-39. Handover completado
Sin embargo, en la siguiente figura se muestra como se intenta
un handover y no se puede realizar con éxito debido a las
malas condiciones radio (RxLev), que impiden que se envíe el
mensaje de HANDOVER COMPLETED.
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Figura 2-40. Handover no completado
2. No Handover. En este caso la llamada se interrumpe ya que la
red no solicita el handover en el momento adecuado,
degradándose la señal en el canal servidor sin que se cambie a
otro de mejor nivel. Es debido a una configuración de red errónea.
3. Missing Neighbour. La red tiene definidas unas vecinas a las
que el terminal debe migrar en el momento en que la señal de
una de ellas mejore la señal de la estación servidora, pero este
procedimiento no siempre se lleva a cabo de manera correcta,
lo que puede inducir a errores en el análisis.
Por ejemplo, un terminal recibe el mensaje de información de
sistema 5ter, en el que no están definidos los canales
disponibles, por lo que el terminal no los reconoce como
vecinas, de manera que no realiza el cambio y la llamada se
interrumpe. A priori, esta caída de llamada puede interpretarse como un error de cobertura, ya que el nivel de señal del canal
servidor será bajo; sin embargo, el error realmente es una
mala definición de vecinas, ya que los canales vecinos tienen un
buen nivel de señal, lo cual puede comprobarse con la lectura
del escaner.
Este tipo de causas no pueden diferenciarse en los proyectos
indoor, ya que sólo se dispone de la lectura de los terminales,
que a pesar de estar en estado idle no podrán leer los niveles
de señal de estos canales al no estar definidos en el mensaje de
información de sistema.
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4. Interferencia por canal adyacente. En este caso durante la
llamada se produce alta interferencia (High Rxqual) y
finalmente es causa de caída.
Un alto Rxqual durante un periodo de tiempo, finalmente
provoca una desconexión no deseada, ya que el contador de
radio link timeout llega a cero.
En la Figura 2-41 puede comprobarse como en el canal 773
tiene un alto RxQual (igual a 7) desde el instante 8:50
aproximadamente produciéndose la desconexión en el instante 8:58.
Figura 2-41. Desconexión por interferencias
5. Overshooting o sobre alcance. Este motivo se describió en el
apartado dedicado a la accesibilidad, por lo que se describirá
brevemente. La estación servidora puede tener buena señal a
más de 10Km de distancia, a pesar de que hay BTS más
cercanas, aunque éstas pueden estar en una zona montañosa y sin visión directa. Posiblemente la BTS servidora esté situada
en un lugar elevado y con el down tilt elevado, bajo estas
condiciones y con una visión directa se produce sobrealcance,
provocándose una degradación progresiva de la señal, y con
ello la interrupción de la llamada.
6. Cobertura. Es el motivo principal que causa la desconexión. En
la siguiente figura se observa cómo la llamada ya se inicia con
unas condiciones de cobertura bajas, y cómo a lo largo de la
llamada el nivel de señal va cayendo hasta que se produce una
desconexión.
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Figura 2-42. Desconexión por cobertura.
7. Problemas adicionales. No pueden englobarse en ninguna de las
categorías anteriores y no pueden determinarse las causas de
desconexión ya que no se pueden observar anomalías en el
enlace radio.
Figura 2-43. Causas adicionales
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2.2.4.3 MOS
La calidad de experiencia (QoE) es medida a menudo mediante tests
subjetivos controlados cuidadosamente en los que se reproducen
muestras de audio o video a espectadores, a quienes se les pide que
las puntúen en una escala. Las calificaciones asignadas por cada espectador son promediadas para así obtener la puntuación de
opinión media (MOS, Mean Opinion Score). En resumen, el MOS o
Mean Opinion Score indica la calidad con la que se recibe un clip de
audio o video.
La QoE se citó en el capítulo Calidad de Experiencia (QoE) y
Benchmarking, donde se explicó la importancia de este parámetro en
una campaña de esta índole. Sin embargo, en proyectos indoor no se
mide esta calidad del servicio.
Se usan tonos piloto mediante los cuales sólo se logra observar el
comportamiento de la red en cuanto a accesibilidad (la llamada
consigue establecerse) y mantenibilidad (la llamada no es interrumpida de manera ajena al usuario).
De esta forma, en este texto sólo se indica que el fabricante de las
herramientas utilizadas para la realización de las medidas y el post-
procesado de las mismas provee una herramienta para medir el QoE
mediante el intercambio de clips de voz y video. Además, ofrece un
algoritmo propio para calcular este parámetro.
2.3 Parámetros para voz UMTS Se comenzará describiendo la arquitectura de red UMTS, definiendo cada uno de los componentes que la componen. A continuación se
citan los diferentes canales de los que se hace uso en esta tecnología,
así como el proceso de conexión de una llamada de voz realizada
bajo la tecnología UMTS. Para finalizar este apartado, se describen los
parámetros que se analizan en este proyecto para presentar los
resultados finales al cliente.
Algunos de los apartados dedicados a UMTS, concretamente aquel
dedicado a los parámetros, debido a la similitud con los citados
anteriormente para GSM no se detallarán.
2.3.1 Arquitectura de red UMTS
El sistema UMTS es un sistema de acceso múltiple por división de
código de banda ancha (WCDMA). Este concepto es mucho más
complejo que el presentado en GSM. Haciendo una analogía con los
idiomas, es como si la información de cada usuario fuese traducida a
un idioma distinto y se transmitieran todas a la vez. Evidentemente
esto provoca una cantidad de información casi caótica. Sin embargo,
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77
la estación base es capaz de reconocer todas las palabras de un
determinado idioma, es decir, recuperar la información de un usuario
sumergida en el ruido total. Cada uno de esos idiomas es un código
diferente que es asignado unívocamente a cada usuario. La Figura
2-44, muestra de manera esquemática como se transmite la
información en GSM y en UMTS.
Figura 2-44. Diferencias entre sistemas de acceso de GSM y UMTS
En este proyecto se intenta mantener un equilibrio entre los aspectos
tecnológicos y la percepción del usuario. Los KPI’s reportados en
UMTS son similares a los ya citados en GSM, ya que en ambas
tecnologías se valora el servicio de voz. Sin embargo, cabe destacar
aspectos que diferencian ambas tecnologías a la hora de reportar
datos al cliente.
Para ello se comenzará con un breve repaso al modelo de transmisión
de UMTS que ayudará comprender mejor estas diferencias entre tecnologías; y a continuación se detallarán los diferentes
componentes de la arquitectura de red.
Para detallar los conceptos de UMTS presentados a continuación se
puede consultar la referencia [24]. UMTS está basado en una
tecnología que ensancha la energía RF a una banda ancha, haciendo
así que la señal ocupe más ancho de banda. Esto conlleva una
desventaja, ya que se necesitará un mayor ancho de banda para
transmitir la misma información, pero se compensa con la gran
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ventaja que aporta, y es que varias estaciones UMTS pueden
transmitir en la misma frecuencia al mismo tiempo y en el lado
receptor se pueden separar las diferentes transmisiones; este método
es el llamado CDMA (Code Division Multiple Access).
Figura 2-45. Principio del ensanchamiento de espectro
Para permitir esta separación en la recepción, el usuario debe
modular con un código binario (key) antes de transmitir. Para un bit
de datos 1, es transmitido el código binario negativo, para un bit de
datos 0, se transmite el mismo código. Por ejemplo, si el código tiene
una longitud de 4 bits, el rate de datos transmitidos y por tanto el
ancho de banda RF resultante es 4 veces superior al que resultaría sin el factor de ensanchamiento (spreading).
En la figura a continuación se muestra la ventaja de utilizar una señal
con codificación de canal frente a utilizarla sin codificación:
Figura 2-46. Codificación de canal.
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Los códigos usados en UMTS tienen una secuencia pseudo random de
bits, haciendo que la señal que se está transmitiendo parezca ruido
(Pseudo Noise o PN). Para evitar confusiones entre código y mensaje
transmitido, a cada bit del código se le llama chip. Así, la nueva tasa
de bit transmitido es la tasa de chip, en lugar de la tasa de bit de
usuario.
Conviene recordar la diferencia entre el spread code (o código de
ensanchamiento) y el scrambling code. “El código de scrambling no
aumenta la tasa de chip: se multiplica chip a chip”. [12]
Figura 2-47. Spread Code y Scrambling Code. [12]
El ensanchamiento (spreading) se realiza sobre los denominados
canales fisicos y se produce en dos fases. El acceso múltiple es
logrado gracias a que cada usuario posee un código para realizar el
proceso de spreading, a dicho código se le denomina código de
spreading. Este código es utilizado para modular la información y una
réplica del mismo código es utilizada para recuperar la información en
el receptor.
Una primera fase llamada canalización, en la que se realiza el
ensanchamiento propiamente dicho, donde cada símbolo es
transformado en un número determinado de chips. Esto se realiza
mediante la multiplicación de la señal por el código de canalización
correspondiente, cuya misión en el enlace descendente es separar las transmisiones entre usuarios de una misma célula, y en el enlace
ascendente es separar diferentes conexiones (servicios) simultáneas
de un mismo terminal (usuario).
Los códigos ortogonales no podrían realizar las funciones del
spreading por sí solos en la interfaz aérea de UTRAN, ya que sólo
pueden ser utilizados cuando la señales a las que se aplica están
sincronizadas; lo cual no sucede con los usuarios que no tienen
sincronía en el enlace de subida. Algo más es necesario, debido a que
si se utilizan los códigos ortogonales en el enlace de subida, éstos se
cancelarían fácilmente, y sólo se pueden utilizar dentro de una sola
estación base. Para solucionar este problema se requieren los códigos de pseudo ruido, los cuales son utilizados en la segunda parte del
proceso de spreading, llamada scrambling.
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80
En esta segunda fase, la trama de chips complejos es multiplicada
por el código de scrambling o aleatorización antes de ser modulada.
En el enlace descendente este código es igual para todos los usuarios
de una misma célula y diferente para las otras células; su misión es
separar las transmisiones entre células.
En el proceso de scrambling, la señal es multiplicada por la función
XOR con los códigos de scrambling de pseudo ruido. Estos códigos de
scrambling pueden ser códigos largos (códigos de oro con periodos de
10 ms) o códigos cortos (códigos S(2)). Estos códigos de pseudo ruido tienen una muy buena autocorrelación. La autocorrelación mide
la correlación entre la señal y la versión de la misma que ha sido
retardada en tiempo; así que si la señal recuperada en el receptor es
multiplicada por el código de pseudo ruido que la generó, se
encontrará una buena autocorrelación si es la señal correcta; para
esto, la señal fue modulada usando el mismo código de pseudo ruido
en el transmisor. Esta propiedad puede utilizarse para la secuencia de
sincronización inicial y para separar los componentes generados por
las diferentes rutas que sigue una señal al encontrarse distintos
obstáculos en su camino.
Existen muchos códigos de pseudo ruido disponibles en el enlace de subida, así que no se necesita un manejo cuidadoso de ellos. Un
código de spreading identifica a un UE a una estación base específica.
En el enlace de bajada, los códigos de scrambling son utilizados para
reducir la interferencia entre estaciones base, ya que cada Nodo B
tiene sólo un código de scrambling primario y el UE puede utilizar
esta información para separar las estaciones base; de manera que un
terminal puede estar recibiendo información de varios nodos B a la
vez y ser capaz de distinguir la procedencia de cada uno de los bits.
Existen 512 códigos de scrambling primarios en el enlace de bajada,
éstos se dividen en 64 grupos y cada uno consiste de 8 códigos. El
propósito de estos grupos es mejorar el proceso de sincronización.
Si se desea profundizar en los esquemas de modulación de UMTS
puede consultarse la cita [9].
Los receptores implementan un proceso de correlación con la señal
recibida y el código usado. Incluso si alguno de los bits es destruido
por interferencia de otras estaciones UMTS que estén en la misma
frecuencia, los datos originales puede ser filtrados y extraídos.
Físicamente, el la energía RF ensanchada en la banda extendida es
combinada por el receptor y reducida a banda estrecha mediante el
proceso de correlación. Esta concentración suprime cualquier
interferencia (de bandas estrecha y ancha) mediante el proceso
llamado system gain; de manera que se obtiene una gran resistencia a interferencias.
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81
En la Figura 2-48 se presenta el esquema que sigue la señal en los
procesos de transmisión y recepción con el método CDMA.
Figura 2-48. Proceso de transmisión y recepción UMTS
Los receptores comerciales de UMTS o (UE) incluyen el receptor RF,
las etapas de correlación y el demodulador.
A continuación, se describe la arquitectura de la red UMTS. El sistema UMTS se compone de 3 grandes bloques:
• Red central o núcleo de red(Core Network, CN)
• Red de acceso de radio(Radio Access Network,RAN ó UTRAN)
• Terminales móviles(User Equipment, UE)
En la siguiente figura se muestra esta arquitectura de red simplicada:
Figura 2-49. Arquitectura de red UMTS simplificada
En la Figura 2-50 se muestra un modelo de arquitectura UMTS más
detallada, donde pueden diferenciarse los módulos principales y las analogías con el sistema GSM.
A continuación se detallan los diferentes componentes de la red:
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Red Central (CN)
La red central o Core Network (CN) está formada por el MSC (pieza
central en una red basada en conmutación de circuitos) y el SGSN
(pieza central en una red basada en conmutación de paquetes). Las redes y los terminales pueden tener sólo el dominio PS, sólo el
dominio CS ó ambos dominios implementados.
La red central transporta la información, tanto para tráfico como de
señalización, y contiene la inteligencia del sistema. A través de ésta,
UMTS se conecta a otras redes de comunicaciones. Los elementos
que componen la CN son: HLR, VLR, AuC, EIR y centros de SMS.
Red de Acceso de Radio (RAN o UTRAN)
El equivalente a la BTS de GSM se denomina Nodo B y el equivalente
a la BSC se denomina RNC. Los nodos B podrán ser colocados en los
mismos emplazamientos que las BTS ya existentes, o en diferentes
localizaciones.
UMTS utiliza diferentes modos de realizar una transmisión dúplex:
FDD y TDD. En FDD se emplean distintas portadoras para los enlaces
ascendente y descendente, mientras que en TDD se emplea una
única portadora para todos los usuarios y ambos enlaces, pero divide
la información en diferentes intervalos de tiempo para ambos
enlaces.
El modo TDD permite altas velocidades de transmisión pero sólo
puede ser usado para pequeñas distancias.
Terminales móviles (UE)
Se denomina equipo de usuario o terminal móvil al equipo que
permite al usuario mantener una comunicación. Es el equivalente al
terminal móvil de GSM, por lo que sus características son similares.
Los equipos de usuario (Ue) se conectan a la red de acceso mediante
el interfaz radio (Uu), basado en WCDMA. El interfaz Iub es el
encargado de comunicar los Nodos B con la RNC (Radio Network
Controller), tanto como para el transporte de tráfico para el usuario,
como para el transporte de señalización. Véase Figura 2-50.
La red de acceso UMTS (UTRAN) está formada por uno o más
subsistemas llamados RNS (Radio Network Subsystem). Cada RNS
está a su vez constituido por un controlador RNC (Radio Network
Controller), que es el responsable de la gestión de los recursos y por
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un determinado número de estaciones base (Nodo B) en función de
los requisitos y la implementación del RNC.
Figura 2-50. Arquitectura de red UMTS
Tal y como se puede comprobar en la Figura 2-50, con el interfaz Iur
se pueden realizar los soft handover (descritos en el apartado
“Porcentaje de HO 3g-2g successful” en la página 99).
El RNC se conecta al núcleo de red mediante el interfaz Iu; como el
sistema UMTS funciona por conmutación de paquetes y conmutación
de circuitos, se necesitan dentro del interfaz Iu dos interfaces más.
La gestión de la conmutación de circuitos se implementa en el
interfaz Iu-CS y la de paquetes se realiza mediante el interfaz Iu-Ps.
Las principales funciones del RNC son:
1. Gestionar las portadoras de acceso por radio para el transporte
de datos del usuario.
2. Gestionar y optimizar los recursos de la red por radio.
3. Controlar la movilidad.
4. Dar mantenimiento a los enlaces de radio.
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2.3.2 Canales UMTS
En la siguiente tabla se muestran las frecuencias usadas en cada una
de las bandas UMTS, así como los canales y el espaciamiento entre
canales en cada una de ellas.
Frequency Bands Frequency Range Duplex
Band I 1920 – 1980 MHz (uplink)
2110 – 2170 MHz (downlink)
190 MHz
12
channels
Band II 1850 – 1910 MHz (uplink)
1930 – 1990 MHz (downlink)
80 MHz
12
channels
Band III 1710 – 1785 MHz (uplink)
1805 – 1880 MHz (downlink)
95 MHz
15 channels
Band IV 1710 – 1775 MHz (uplink) 2110 – 2175 MHz (downlink)
400 MHz 12
channels
Band V 824 – 849 MHz (uplink)
869 – 894 MHz (downlink)
5
channels
45 MHz
Band VI 830 – 840 MHz (uplink)
875 – 885 MHz (downlink)
45 MHz
2
channels
Band VII 2500 – 2570 MHz (uplink)
2620 – 2690 MHz (downlink)
120 MHz
Band VIII 880 – 915 MHz (uplink)
925 – 960 MHz (downlink)
45 MHz
Band IX 1749.9 – 1784.9 MHz (uplink)
1844.9 – 1879.9 MHz (downlink)
95 MHz
Band X 1710 – 1770 MHz (uplink)
2110 – 2170 MHz (downlink)
400 MHz
Espaciamiento de
canal
200 kHz
Anchura de banda 5 MHz
Modulación QPSK (dl) 2*BPSK/HPSK (ul)
Chip rate 3.84 Mcps
Formato de acceso CDMA
Voz Adaptive multirate (AMR), dynamic operation on
full and half rate channel depending on capacity and reception quality
Control de potencia Up to 1500 power control commands per second changing the level in increments of 1, 2 or 3 dB,
depending on the setting of the Node B (base
station)
Tabla 2-4. Visión general de Bandas y canales UMTS
En España, el 13 de marzo del año 2002 se adjudicaron las 4
primeras licencias UMTS disponibles a las operadoras Telefónica
Móviles (Movistar), Airtel (actualmente Vodafone), Amena
(actualmente Orange) y al consorcio Xfera (más conocido como
Yoigo).
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Los canales asignados para cada una de las operadoras en España
para UMTS son:
Operador Canales
ORANGE 10638 10663 10688
MOVISTAR 10788 10813 10838
VODAFONE 10713 10738 10763
YOIGO 10563 10588 10613
Tabla 2-5 . Canales asignados a cada operador en UMTS
Los tipos de canales existentes en UMTS son:
Los canales lógicos expresan el tipo de información que se
transfiere por la interfaz radio. Pertenecen al nivel de enlace.
Los canales de transporte expresan cómo se transmite esa
información.
Los canales físicos denotan los recursos utilizados: códigos de
expansión, frecuencias portadoras e intervalos de tiempo.
Los canales lógicos pueden clasificarse en canales de control y
canales de tráfico, donde:
Canales de control:
o BCCH (Broadcast Control CHannel): Sentido descendente.
Difunde la información en la red.
o PCCH (Paging Control CHannel): Tiene sentido
descendente, y se usa para enviar los avisos a los móviles
localizados en la red.
o CCCH (Common Control CHannel): Es bidireccional, y es
utilizado para la señalización con móviles que no tienen
conexión RRC.
o DCCH (Dedicated Control CHannel): También es bidireccional y se usa para la señalización con un móvil
específico.
Canales de tráfico:
o DTCH (Dedicated Trafic CHannel): Es bidireccional y se
usa para la transfernecia de información con un móvil
específico.
o CTCH (Common Trafic CHannel): Transfiere información
de punto a multipunto de manera bidireccional.
Los canales de transporte pueden considerarse como servicios
ofrecidos por la capa 1 a las capas superiores. Llevan asociados
distintos formatos de transporte definidos por la codificación de
datos, entrelazado, velocidad de bits y proyección sobre canales físicos. En estos canales, las componentes de información y
señalización van multiplexadas en tiempo; equivalen a los canales
lógicos de GSM.
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Estos canales de transporte se dividen en comunes y dedicados. Los
canales comunes son compartidos por varias MS aunque pueden
también usarse para intercambiar información con una MS
determinada con identificación en-banda; mientras que en los canales
dedicados la MS se identifica por el canal físico que está utilizando.
En UMTS no hay distinción entre canales dedicados (control)
vinculados a un canal de tráfico y los que no lo están.
Los canales comunes son: BCH (Broadcast CHannel): Difunde la información entre red y
célula en sentido descendente.
FACH (Forward Access CHannel): Tiene sentido descendente y
es utilizado para el envío de información a móviles cuya
situación es conocida.
PCH (Paging CHannel): Similar al FACH pero a móviles cuya
situación no es conocida; también en sentido descendente.
DSCH (Downlink Shared CHannel): Dedicado a la asignación de
recursos con carácter descendente.
RACH (Random Access CHannel): Tiene sentido ascendente y
se encarga del acceso aleatorio de los móviles.
CPCH (Common Packet CHannel): Se encarga de la transmisión de paquetes sin asignación exclusiva en sentido ascendente.
El canal dedicado DCH tiene sentido bidireccional, y se encarga de la
transmisión de información y señalización en un móvil específico.
Se han definido dos modos de funcionamiento en UMTS-WCDMA:
Modo FDD con dos portadoras por radiocanal para operación en
bandas de frecuencias emparejadas. Idóneo para servicios
simétricos, con una amplia gama de velocidades
Modo TDD con una portadora por radiocanal para operación en
bandas de frecuencias no emparejadas; resulta
adecuado para servicios asimétricos en entonos de interiores y
microcelulares. En este modo, los requisitos de sincronización son más estrictos y exigen más márgenes (overhead) para los
tiempos de guarda y rampas de variación de potencia.
El Multiacceso FDD tiene dos modos:
Bandas Emparejadas (Paired Bands):
Enlace Ascendente: 1920 – 1980 MHz Enlace Descendente: 2110 – 2170 MHz
60 MHz = 12 Portadoras
Bandas no emparejadas (Unpaired Bands)
2010 – 2025 MHz
1900 – 1920 MHz 35 MHz = 7 Portadoras
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87
Un canal físico es una asociación de códigos e intervalos dentro de
una estructura de tramas. Por ello:
En FDD: Par (Frecuencia Portadora, Código).
En TDD: Tripleta (Frecuencia Portadora, Código, Intervalo). Los
canales físicos se diferencian o clasifican:
1. Según el sentido de la transmisión:
Ascendente.
Descendente.
2. Según la asignación a estaciones móviles: Comunes.
Dedicados.
3. Según el tipo de información intercambiada:
Datos.
Control.
Los diferentes canales físicos según la asignación a estaciones
móviles son:
Comunes:
o P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel):
Sentido descendente. Se encarga de soportar el BCH.
o S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel): Es el encargado de soportar el FACH y el
PCH y tiene sentido descendente.
o PDSCH (Physical Downlink Shared Channel): Tiene
sentido descendente y soporta el DSCH.
o PRACH (Physical Random Access CHannel): Soporta el
RACH. Sentido ascendente.
o PCPCH (Physical Common Packet CHannel): Soporta el
CPCH. Sentido ascendente.
o CPICH (Common PIlot CHannel): Tiene sentido
descendente y es un piloto continuo para referencia de
potencia y fase a las MS.
o SCH (Synchronization CHannel): Es descendente y se
encarga de la sincronización de las MS con una célula. o AICH (Acquisition Indicator Channel): Notifica la
aceptación o el rechazo de solicitudes de registro en
sentido descendente.
o AP-AICH (Access Preamble Acquisition
Indicator Channel): Es similar al AICH pero con
solicitudes de uso del CPCH y tiene sentido
descendente.
o CSICH (CPCH Status Indicator CHannel): Tiene sentido
descendente e informa de la disponibilidad del CPCH.
o CD/CA-ICH (Collision Detection Channel Assignment
Indicator CHannel): Informa sobre la detección de
colisiones y es el encargado de la asignación del CPCH. Tiene sentido descendente.
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o PICH (PIlot CHannel): En sentido descendente informa
al MS sobre la decodificación del PCH.
Dedicados:
o DPDCH (Dedicated Physical Data CHannel): Es
bidireccional y se encarga del tráfico de datos de DCH.
o DPCCH (Dedicated Physical Control CHannel): También
es bidireccional y se encarga del tráfico de señalización
del DCH.
2.3.3 Proceso de conexión
Los diferentes procedimientos necesarios en el proceso de conexión
hacen uso de distintas capas de la red UMTS, de esta manera se tiene
un proceso dividido en capas.
Las tramas de comunicación en UMTS son los procedimientos llevados
a cabo para establecer la comunicación en toda la red de este
sistema. En la Figura 2-51 se muestran cada uno de los
procedimientos que son necesarios en una conexión:
Figura 2-51. Modelo básico de transacciones de red UMTS
Para facilitar la comprensión de las tramas simuladas, se pueden
tomar las siguientes consideraciones:
Los mensajes son siempre intercambiados entre nodos
En cada nodo se utilizan protocolos
Cada mensaje es numerado para poder saber el orden
En algunos mensajes se indican los parámetros
El objetivo de las tramas es permitir la comunicación de un móvil
(definido como UE en UMTS), con un Nodo B mediante la interfaz Iu.
•Radio Network (Control Plane)
•Radio Network (Control Plane)Paging
•Radio Network (Control Plane)RRC Connection Setup
•Radio Network (Control Plane)
•System Network (Control Plane)Transaction Reasoning
•Radio Network (Control Plane)
•System Network (Control Plane)Authentication and Security
•Radio Network (Control Plane)
•System Network (Control Plane)
Transaction Setup and Radio Access Bearer Allocation
•Radio Network (Control Plane)
•System Network (Control Plane)Transaction
•Radio Network (Control Plane)
•System Network (Control Plane)
Transaction Clearing and Radio Access Bearer Release
•Radio Network (Control Plane)RRC Connection Release
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Dicho Nodo B se comunica mediante la interfaz Iub con el RNC. El
RNC establece un enlace ya sea con el MSC o el SGSN. Lo anterior va
a depender si se desea conmutación por paquetes o por circuitos, es
decir, por ejemplo si se requiere una conexión a Internet o
simplemente una llamada telefónica. El MSC o el SGSN ya pertenecen
a la red central, y de ahí ya pueden accesar a una red externa como
lo es la PSTN; ésta mediante GMSC ó GGSN los cuales también son
parte de esta red central.
Para lograr la comunicación dentro de este sistema, lo primero que se debe hacer es el acceso del móvil a la red; lo cual se lleva a cabo
mediante la autentificación de usuario, y es como una especie de
identificación en la red. Una vez que el móvil se ha identificado, en el
caso en que exista una llamada entrante para el móvil, o algún
mensaje de texto, la red le informa mediante el proceso llamado
paging.
Una vez que se realiza el proceso de paging, se establece la conexión
RRC. La transferencia de RRC desocupado a RRC conectado se
comienza en el móvil, que transmite un mensaje para el
establecimiento de la conexión RRC. Este mensaje incluye, junto con
más información, la identidad del móvil. Cuando la conexión RRC se establece, el mensaje de control de la conexión de la capa más alta
del UE se transmite de forma encapsulada; como un mensaje inicial
del móvil al dominio seleccionado de la red central o CN. Después de
ésto, se procede a la autentificación de usuario, cuyo objetivo es
mantener la seguridad dentro de la red.
Después, basándose en los parámetros transmitidos en el mensaje
inicial del móvil: interferencia actual, tráfico en la célula... la red
decide el tipo de canal que se usará en la comunicación mediante la
asignación de una portadora, pero esta portadora será establecida
por el RNC. Una vez que se tiene la portadora radio, los datos de
información se intercambian entre el móvil y la red central.
Una vez que termina la comunicación entre el móvil y la red, se
manda un mensaje de desconexión; entonces, la red central solicitará
la liberación de la portadora al RNC. Y cuando ésta se libera, el móvil
seguirá con la conexión RRC, la cual deberá ser liberada
posteriormente para que el móvil pase al estado idle.
Para entender mejor este proceso, se presenta un esquema de la red
UMTS con los diferentes protocolos utilizados.
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Figura 2-52. Arquitectura de protocolo de la interfaz de radio
Además, a continuación se detallan cada uno de los procedimientos
mostrados en la figura:
Paging: es un procedimiento de la capa Mobility Management
(MM) que permite la comunicación entre móvil y nodo B; hace
uso del TMSI. Existen dos tipos de Paging, según si la
comunicación se establece por primera vez (Tipo 1) o si la
conexión ya estaba establecida anteriormente (Tipo 2). Esta
diferenciación tiene lugar en la RNC.
o Tipo 1: El mensaje de paging se envía a través de los
canales Cell_PCH o URA_PCH, según si el usuario está en
modo idle o registrado en la red UTRAN, respectivamente. Este tipo de paging puede ser enviado también para
usuarios que no estén registrados en ninguna célula.
o Tipo 2: La red intenta localizar a un terminal con el que
ya tiene conexión previamente. Está destinado a usuarios
que se encuentran en modo dedicado (Cell_DCH) o en
modo FACH (Cell_FACH); siempre está dedicado y tiene
como destinatario un solo UE.
Los mensajes utilizados en los dos tipos de paging se
representan en las figuras expuestas a continuación:
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Figura 2-53. Paging Type 1
Figura 2-54. Paging Type 2
Radio Resource Control (RRC) connection setup: es un
procedimiento elemental que permite establecer la conexión
radio entre el terminal y la red de acceso radio (RAN).
Figura 2-55. RRC Connection Setup
La Figura 2-55 muestra el proceso de conexión entre el UE y la
RNC a través de la interfaz Uu e Iub.
La conexión RRC siempre empieza con un mensaje por parte
del terminal RRC CONNECTION REQUEST enviado a través del
canal CCCH (el canal CCCH en dirección ascendente es igual al RACH, y esta petición de conexión RRC se envía a través del
canal físico PRACH). Este mensaje de petición es recibido en el
RNC a través de la interfaz Iub, y es aquí cuando la entidad
RRC del RNC cambia su estado de idle a connected (ya sea en
el canal Cell_FACH o Cell_DCH). Después, la RNC se comunica
con el UE a través de los canales de control comunes (FACH y
RACH respectivamente).
El mensaje de petición de conexión RRC contiene toda la
información necesaria acerca de la conexión radio requerida y la
identidad del operador y el terminal (IMEI (International Mobile
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Equipment Identity), TMSI (Temporary Mobile Equipment
Identity), LAI (Location Area Identity) y RAI (Routing Area
Identity)). El mensaje de RRC CONNECTION REQUEST debe
indicar cuántos de estos valores se han insertado en el
mensaje, y de acuerdo con este valor se deben definir cada uno
de estos parámetros. Además de estas identidades, el mensaje
citado contiene la razón de la petición de canal radio. Existen
numerosas razones por las que un UE puede pedir el canal:
o Originar una llamada de voz.
o Originar una llamada streaming. o Originar una llamada interactiva.
o Originar una llamada en background.
o Terminar la conversación de voz.
o Terminar una llamada de streaming.
o Terminar una llamada interactiva.
o Terminar una llamada en background.
o Llamada de emergencia.
o Señalización de alta prioridad.
o Señalización de baja prioridad.
o Llamada de reestablecimiento.
Tal y como puede comprobarse de esta lista, el mensaje de RRC CONNECTION REQUEST además indica qué tipo de QoS (Quality
of Service) será requerido cuando tenga lugar la transacción;
de esta manera, una llamada de emergencia será tratada de
manera diferente por la red.
Según la razón de esta petición de conexión, la RNC toma la
decisión de concederla o no, asignando recursos comunes o
compartidos de la red. La interfaz Iub queda asignada cuando
la RNC envía un mensaje de NBAP RADIO LINK SETUP a la BS.
Este mensaje contiene la descripción del formato de transporte,
la información del control de potencia y la información de
código, es decir, el scrambling code uplink para la comunicación
WCDMA-FDD.
Una vez llegado a este punto de la conexión, la estación base
(BS) asiente el mensaje enviando NBAP RADIO LINK SETUP
RESPONSE. Este mensaje informa a la RNC sobre la dirección
de la capa de transporte. El SRNC (Serving Radio Network
Controller) comienza el establecimiento de la conexión según la
información recibida de la BS. Este procedimiento se lleva a
cabo por el plano de control interno de la capa de transporte en
la interfaz Iub. Cuando la comunicación Iub está lista para ser
usada, la RNC envía un mensaje RRC CONNECTION SETUP al
UE sobre los canales de control comunes (FACH en el caso de
una conexión usando el canal DCH si se trata de una comunicación en dedicado); en este mensaje, el SRNC informa
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93
al terminal de usuario UE el formato de transporte, el control de
potencia y los códigos usados, que en el caso de una
comunicación WCDMA-FDD sería el scrambling code en sentido
descendente. El UE confirma el establecimiento de la
comunicación con un mensaje RRC CONNECTION SETUP
COMPLETE.
Transaction reasoning: Tiene lugar una vez que la conexión ha
sido establecida y es el proceso por el cual el terminal indica a
la red (Core Network) el tipo de conexión que desea. Basándose en la información que recibe, la red puede decidir
proseguir con la conexión o finalizarla.
Figura 2-56. Transaction Reasoning
El procedimiento de autenticación y seguridad: autentifica de
manera mutua el operador de UMTS y la red; posteriormente
activa los mecanismos de seguridad necesarios para el acceso a
la red.
Figura 2-57. Authentication and security control
Durante el establecimiento de la conexión RRC, el UE ya ha
informado al RNC, usando los parámetros de clasificación,
acerca de sus capacidades, como por ejemplo los algoritmos de
seguridad que soporta.
El terminal de usuario y la red se autentican mutuamente, de
manera que la red envía al terminal un mensaje MM
AUTHENTICATION REQUEST en el payload de los mensajes
RANAP AND RRC DIRECT TRANSFER. Tras la ejecucion de los
algoritmos de autenticación en el USIM (Univeral Subscriber
Identity Module), el móvil responde con un mensaje MM AUTHENTICATION RESPONSE que envía de nuevo en el payload
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94
del mensaje anteriormente citado. En este diálogo el RNC actúa
como un relevo que reenvía el contenido de RANAP DIRECT
TRANSFER a RRC DIRECT TRANSFER y viceversa.
La red de núcleo o CN indica a la interfaz UTRAN que la
transacción debe ser encriptada con un mensaje RANAP
SECURITY MODE COMMAND. Este mensaje indica a la UTRAN
los algoritmos de seguridad y la integridad del canal de
comunicación, así como las claves de encriptación.
Basándose en esta información la RNC envía una petición al UE
para que éste comience con la encriptación usando las claves y
los algoritmos correspondientes, enviándole el mensaje RRC
SECURITY MODE COMMAND. El terminal de usuario indica que
ha usado correctamente los algoritmos de protección y
encriptación enviando el mensaje RRC SECURITY MODE
COMPLETE. Tras este mensaje, la RNC indica a la CN que el
procedimiento se ha completado satisfactoriamente y la
comunicación se realiza de manera segura.
Transaction setup and Radio Access Bearer (RAB): localiza e
identifica los recursos necesarios para la conexión, según el tipo de acceso que se realice (basado en conmutación de circuitos o
de paquetes).
Figura 2-58. Transaction setup con RAB allocation (CS)
En una transacción CS la información es enviada a través del
mensaje RRC/RANAP DIRECT TRANSFER. Estos mensajes
pueden llevar en sus payload los mensajes de CC SETUP, como
se muestra en la Figura 2-58. Estos mensajes identifican la
transacción e indican los requisitos de QoS; en otras palabras,
el tipo de portadora que se requiere para el servicio cuyos
parámetros pueden contener:
o Transaction Identifier (TI)
o Identificador de Stream
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95
o Clase de tráfico
o Indicador de asimetría
o El bit rate máximo
o El bit rate garantizado
Según el valor de TI, el UE y el nodo de la CN serán capaces de
distinguir entre sí sus llamadas, ya que cada llamada tiene su
propio TI. El identificador de stream reconoce la portadora
usada en la llamada; si no existe, significa que el protocolo de
CC en el UE quiere establecer una nueva portadora.
Una vez que se ha recibido el mensaje de CC SETUP, el servidor
MSC entra en acción. Antes de nada, comprueba que el UE y el
operador tienen permitido utilizar los recursos que han pedido.
Si la respuesta a este chequeo es afirmativa, el servidor MSC
comienza con la asignación de RAB con un único identificador y
pidiendo la configuración de un RAB con los parámetros de QoS
necesarios. Ésto lo hace utilizando el mensaje RANAP RAB
ASSIGNMENT REQUEST en la interfaz Iu.
Cuando el RNC recibe esta petición, comienza con el reparto de
portadoras radio comprobando los recursos disponibles para satisfacer el QoS. Si existen recursos, la asignación de la
portadora será conforme con el QoS requerido; pero si no es
así, el RNC puede seleccionar otra portadora aunque no se
cumpla el QoS o poner en cola la petición a la espera de la
disponibilidad de la portadora que satisfaga el QoS. Estos casos
especiales merecen un trato diferenciado.
La RNC informa al UE de la asignación de la portadora
enviándole un mensaje RRC RADIO BEARER SETUP. Cuando el
UE recibe este mensaje, combina la información que
originariamente envío a la red con el mensaje CC SETUP con el
identificador de portadora que le ha sido asignada. De esta
manera, el terminal de usuario puede enrutar su tráfico de datos en la interfaz de usuario en la portadora correcta. En
cuanto el UE es capaz de recibir datos de la nueva portadora,
envía el asentimiento RRC RADIO BEARER SETUP COMPLETE a
la RNC. La RNC debe establecer una portadora Iu para la nueva
comunicación, además de indicar a la MSC servidora de que un
RAB ha sido asignado enviando un mensaje RANAP RAB
ASSIGMENT RESPONSE. Además, si la RNC hace cualquier
cambio en el valor del QoS requerido por el MSC, será indicado
en este mensaje. A partir de este momento, el procedimiento
continúa en el nivel de protocolo CC.
El procedimiento elemental de Transaction es la fase en la que existe una conexión activa con el plano de usuario.
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96
Transaction clearing and RAB release: es el procedimiento en el
que se liberan todos aquellos parámetros relacionados con la
conexión que está teniendo lugar.
Cuando una conexión tiene lugar en el plano de usuario, la
primera acción a realizar es la desconexión, que se muestra en
la Figura 2-59; en la que el proceso se origina en un UE,
aunque también lo puede comenzar la CN.
Una vez que se ha desconectado el plano de usuario, el sistema
libera el RAB con un subprocedimiento que usa los mensajes
RANAP RAB ASSIGMENT REQUEST y RANAP RAB ASSIGMENT
RESPONSE. El terminal de usuario aún disfruta de una conexión
RRC a la red UTRAN y ningún otro RAB para el mismo UE debe
existir aún.
Figura 2-59. CS transaction clearing and RAB release.
RRC connection release: contiene todos los mecanismos
necesarios para que la conexión entre el UE y la red de acceso
pueda liberarse.
Figura 2-60. RRC connection release.
Este procedimiento siempre lo comienza la RNC, que identifica
qué conexión RRC debe ser liberada y envía la información al
UE con el mensaje RRC CONNECTION RELEASE. El terminal de
usuario debe confirmar que la conexión ha sido liberada
enviando un RRC CONNECTION RELEASE COMPLETE.
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Tras esto, la RNC comienza a liberar los recursos de la interfaz
Iub intercambiando los mensajes NBAP RADIO LINK DELETION
y NBAP RADIO LINK DELETION RESPONSE. Cuando la
eliminación del radioenlace llega al nivel NBAP, la portadora de
los datos de transporte de la interfaz Iub es liberada.
2.3.4 Parámetros reportados
Sobre la calidad de servicio (QoS) se pueden definir distintas
características según la base en la que se sustente:
Tecnología:
o Retardo.
o Caudal. o Anchura de Banda.
o Indisponibilidad.
o Tasa de errores.
Percepción del usuario.
o Prioridades.
o Calidad subjetiva de imágenes y sonidos.
o Seguridad.
o Confidencialidad.
o Coste.
Gestión estática de los recursos.
o Tipificación de QoS.
o Control de admisión.
o Reserva de recursos. o Negociación de recursos en un entorno cambiante.
Gestión dinámica de los recursos.
o Monitorización de la comunicación.
o Seguimiento de los parámetros de acceso al sistema.
o Negociación de valores de parámetros.
o Sincronización entre servicios simultáneos.
A continuación se describirán aquellos parámetros exclusivos de
UMTS:
RSCP
El RSCP (Received Signal Code Power) es la energía resultante del
proceso de correlación y descrambling; normalmente se mide en
dBm. El RSCP no puede ser calculado como una potencia RF recibida
con un monitor de recepción o un analizador de espectros, sino que
como la señal ha sido filtrada con el código correcto (el definido por el
UE), debe usarse un receptor de correlación para calcularlo usando el
código específico.
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98
Un receptor de UMTS comercial tiene que saber el código que se
transmite para poder realizar el proceso de correlación.
Ec/Io
El Ec/Io es la tasa de energía recibida por chip (o bit de código) por
nivel de interferencia recibido; normalmente se expresa en dB. En caso de que no exista interferencia como tal, este nivel se define
como el de ruido presente. Sin embargo, en una red de UMTS el UE
recibirá normalmente la señal desde diferentes celdas, todas
transmitidas en la misma frecuencia pero diferente código de
scrambling. Existen ocasiones en las que el UE se encuentra cerca de
un nodo y tiene un alto nivel de RSCP pero no es capaz de
conectarse, ya que hay cerca otro nodo que le está interfiriendo la
comunicación. Este efecto se llama pillot pollution y los planificadores
de red intentan evitarlo, localizando los nodos lo suficientemente
espaciados.
Para medir el Ec/Io se necesitará el mismo equipo que para el RSCP,
ya que es necesario calcular la energía de chip.
El antes citado system gain o ganancia de sistema, permite que
exista comunicación aunque el nivel de interferencia sea mayor que
el nivel de señal, por lo que el parámetro Ec/Io tomará valores
negativos aun cuando la comunicación sea posible. Cabe destacar
que en la mayoría de los casos prácticos el valor será negativo.
Además de estos parámetros, es importante tener presente otro más
aunque éste no se reporte, y es el RSSI o Received Signal Strength
Indicator.
El RSSI compara los dos parámetros anteriores mediante la fórmula:
][dBIERSCP[dBm]RSSI[dBm] oc
Al igual que los parámetros que lo componen, es necesario el mismo
equipo para calcularlo.
Para la red, según los criterios del cliente, se imponen unos umbrales a partir de los cuales se consideran unas muy malas condiciones
radio y calidad. En este caso, para que sirva de orientación se toman:
Ec/Io > -12 dB (Calidad)
RSCP > -110 dBm (Nivel)
Porcentaje de uso de tecnología
Otro factor importante a reportar al cliente para evaluar el estado de
la red es el porcentaje de tiempo que se usa cada tecnología.
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99
Con los valores de este parámetro se puede lograr una visión global
de la cobertura 3G de una zona determinada, así como de la calidad
de servicio en dicha zona.
Se supone una zona determinada en la que la operadora tiene un
despliegue 3G casi al 100%, es decir, se han instalado nodos B que
cubren casi la totalidad del territorio. Cuando se presenta el valor de
este parámetro en esta zona se detecta que el porcentaje de uso de
3G frente a 2G es de un 40%. De aquí se puede concluir que se
requieren trabajos de optimización en la red, ya que estos valores indican problemas en la red, ya sean por RSCP o Ec/Io.
De igual manera se actuará para datos, detallado en el apartado
Parámetros para datos.
Porcentaje de HO 3g-2g successful
Existen las diferentes categorías de handover (también denominados
handoff): Hard Handover: significa que todos los radioenlaces que tiene
el UE se eliminan por completo antes de que los nuevos
radioenlaces sean establecidos. El hard handover puede ser
seamless o non-seamless. Cuando es seamless, éste no es
perceptible para el usuario. En la práctica, cualquier handover
que requiera un cambio en la frecuencia de portadora (inter-
frequency handover) será siempre un hard handover.
Soft Handover: Significa que los radioenlaces son añadidos y
eliminados de manera que el UE siempre tiene al menos algún
radioenlace con la red UTRAN. El soft handover hace uso de la
macrodiversidad, que significa que varios radioenlaces pueden
ser establecidos a la vez. El soft handover es usado cuando el terminal se mueve entre varias celdas que operan a la misma
frecuencia, cambiando únicamente de Scrambling Code.
Softer Handover: Es un caso especial del soft handover, y es
que los radioenlaces que entran en juego pertenecen al mismo
Nodo B. En este tipo de handover se puede implementar la
macrodiversidad con el máximo ratio de combinación posible en
un mismo Nodo B. Este efecto de macrodiversidad puede darse
únicamente en el sentido downlink.
Además de esta clasificación de los handover según la manera de
añadir y eliminar los radioenlaces, éstos pueden clasificarse según los
cambios de red que se realicen en el handover:
Inter/intra system handover: Si el terminal cambia o no de tecnología (de 3G a 2G o viceversa).
Inter/intra cell handover: Si el terminal cambia o no de celda.
Los handover intra-cell o inter-cell pueden ser:
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Handover 3G -3G (por ejemplo entre UMTS y otros sistemas
3G)
FDD soft/softer handover
FDD inter-frequency hard handover
FDD/TDD handover (cambio de celda)
TDD/FDD handover (cambio de celda)
TDD/TDD handover
Handover 3G - 2G (por ejemplo handover a GSM)
Handover 2G - 3G (por ejemplo handover desde GSM). Este
handover no se usa en España.
Además, el handover puede darse por diferentes circunstancias. Se
sabe que el handover es debido a la situación en la que el usuario
puede ser servido por otra celda más eficiente (ya sea por pérdida de
potencia o cobertura como por interferencia); pero además pueden
existir otras razones que generen el handover, como por ejemplo una
sobrecarga en un sistema. Se sabe que HSPA no es una tecnología
como tal, sino que se implementa sobre UMTS, por lo que la red
UMTS soporta una gran carga de usuarios. Puede darse la situación
en la que la red tenga sobrecarga y decida que los usuarios hagan
uso de tecnología 3G únicamente para la transmisión de datos,
liberando así la red de los usuarios con conexiones de voz.
El Active Set (AS) es definido con el set de nodos B a los que el
terminal está conectado de manera simultánea. Por ejemplo, las
celdas UTRA que asignan un canal DPCH downlink al UE constituyen
un active set. Las celdas que no están incluidas en el active set pero
sí en la CELL_INFO_LIST forman parte del Monitored Set (MS).
Aquellas celdas que son detectadas por el UE y que no pueden
incluirse en los dos sets anteriores son el Detected Set (DS).
De esta manera, el móvil tendrá varias Celdas en su Active Set, cada
una de ellas con diferente SC (Scrambling Code). En el Monitored Set
tendremos diferentes celdas con diferentes frecuencias.
Por tanto, el porcentaje de handover completados de manera
satisfactoria dará una visión de la calidad de configuración
establecida en la red, ya que es posible que existan errores en la
definición de los sets anteriores, apareciendo en ellos celdas no
vecinas. En el apartado dedicado a GSM se detalló la importancia de
los handover en los parámetros de accesibilidad y mantenibilidad.
En la referencia bibliográfica [2] puede consultarse un ejemplo de un
estudio de la red UMTS en una ciudad, donde se muestran algunos de los parámetros aquí citados.
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101
2.4 Parámetros para cobertura En este proyecto la cobertura no juega un papel importante en sí
misma como lo juega en el proyecto de outdoor. Como se comentará
posteriormente, en este otro proyecto se hace uso de escáneres que
“barren” las frecuencias usadas en GSM y UMTS. Esto permite tener
una visión de cada uno de los canales para todos los operadores. Este
barrido de frecuencias permite leer los valores de diferentes parámetros.
Un ejemplo de la visión que da un escáner es esta:
Figura 2-61. Lectura de un escaner
Tal y como puede verse en la figura anterior, para cada canal se
puede leer el valor de diversos parámetros (en este caso el nivel de
recepción de potencia y el nivel C/I o nivel de interferencia a la
portadora). Estos parámetros a visualizar son configurables dentro de
una lista, por lo que se tiene gran flexibilidad para analizar los
resultados de una medida. Con esta herramienta, al analizar cada medida se puede hacer uso de la lectura del escáner en ese preciso
instante, por lo que es más fácil localizar el motivo de una caída o de
un fallo de accesibilidad en una llamada.
Sin embargo, en este proyecto de indoor no se puede hacer uso del
escáner por los motivos ya comentados. Así, se tendrá que hacer uso
de los teléfonos móviles del equipo para realizar mediciones de
cobertura. Estas medidas no son más que un registro de lo que
realiza el móvil en estado idle o en espera. Con estas medidas se
puede ver qué ocurre con el teléfono móvil mientras está en el canal
compartido.
En modo idle el móvil no tiene asignados recursos dedicados para poder comunicarse con la red, por lo que si la red necesita
comunicarle al móvil que está siendo llamado hace uso del canal
compartido RACH (uplink), mientras que si el móvil necesita hacerle
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102
saber a la red que quiere realizar una llamada, éste hará uso del
canal broadcast PCH (downlink).
2.5 Parámetros para datos Este estudio se centra en la tecnología HSPA, ya que es la que está
bajo estudio por parte de las operadoras al querer suplantar GPRS por esta novedosa tecnología. Así, se van a introducir los conceptos
básicos de las tecnologías motivo de interés: HSDPA y HSUPA.
A continuación, se presentará el esquema de un proceso de conexión
de una llamada de datos, para pasar posteriormente a detallar cada
uno de los canales usados en estas tecnologías. Para terminar esta
sección, se presentan los parámetros a analizar en una conexión de
datos.
2.5.1 Conceptos básicos de HSDPA
HSPA (High Speed Packet Access) es un conjunto de protocolos que
extienden y mejoran el rendimiento de UMTS.
La especificación anterior, la Release 99 de UMTS, establecía un
máximo de 384 kbps; sin embargo, HSDPA provee velocidades en el
canal de bajada (downlink) de un máximo teórico de hasta 14.4 Mbps
de pico. En cambio, HSDPA no incluye ningún tipo de modificación en
el enlace ascendente, sino que será HSUPA como se verá en el
siguiente apartado.
HSPA se implementa sobre la red WCDMA, ya sea en la misma portadora o bien (para lograr mayor capacidad y mayores tasas de
bit) utilizando otra portadora. Además, HSPA y WCDMA pueden
compartir todos los elementos de la red.
Pasar de WCDMA a HSPA requiere únicamente modificaciones de
software y algunos elementos de hardware en las estaciones base,
por lo que el coste de cambiar de WCDMA a HSPA es muy bajo, sobre
todo comparado con otras tecnologías, como WiMAX, que precisan de
una infraestructura completamente nueva.
Así, la estructura de la red será similar a la de UMTS.
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103
Figura 2-62. Estructura de red de HSPA
HSPA se centra en el uso compartido de un canal descendente, el HS-
DSCH (High Speed-Downlink Shared CHannel), orientado
principalmente a servicios que requieran picos de transmisión, como
puede ser la navegación por internet y el video bajo demanda. Este
canal es compartido entre varios usuarios y se utiliza un scheduling (planificador) dependiente del canal para hacer el mejor uso posible
de las condiciones radio existentes. Cada UE transmite un indicador
de la calidad del enlace descendente cada 2 ms llamado CQI (Channel
Quality Information); utilizando esta información, la estación base
decide a qué usuarios se enviarán bloques de datos en el siguiente
TTI, y qué cantidad de datos se enviará a cada uno, dando prioridad
a los usuarios que reporten una mejor calidad en el enlace.
Figura 2-63. Canal descendente HS-PDSCH
Este concepto se ilustra en la Figura 2-64, en la que puede
comprobarse cómo cada usuario hará un uso del canal compartido
según sus necesidades, de manera que en el primer intervalo de
tiempo, el usuario 1 hace uso del canal completo, mientras que en el
segundo intervalo, sólo usa la mitad del canal, ya que el usuario 2
entra en él. Así, el canal se usará según la necesidad de cada usuario
y el uso que le pueda dar cada uno de ellos en cada intervalo.
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104
Figura 2-64. Uso del canal compartido
El esquema de transmisión cambia en cada Intervalo de Transmisión
(Transmission Time Interval, o TTI), para adaptarse a las condiciones puntuales del enlace. La adaptación del enlace elige el código, la tasa
de código y la modulación a emplear en cada caso.
El TTI es de 2 ms, mientras en Release 99 se utilizaban valores de
10, 20, 40 u 80ms y no hay transmisión discontinua durante el TTI.
HSDPA puede realizar multiplexación en el tiempo para transferir
paquetes de datos en un solo canal compartido y utilizar un
multicódigo con un SF fijo gracias a las funcionalidades básicas y
entidades especificadas en la Versión 5, que son:
Modulación y codificación adaptativa (AMC) Solicitud de retransmisión automática híbrida (HARQ)
Planificación rápida de paquetes (FPS)
Cambio imperceptible de célula
Modulación y codificación adaptativa (AMC)
El principal objetivo de la modulación y la codificación adaptativa es compensar la inestabilidad del canal radioeléctrico ajustando los
parámetros de transmisión. En HSDPA se consideró que no era
razonable aplicar el control de potencia rápido por la gran
complejidad que supone y los escasos beneficios que brinda al
utilizarlo con la técnica AMC.
La AMC ajusta los parámetros de modulación y codificación de la capa
física para compensar las variaciones del canal. Para ello utiliza las
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105
mediciones del canal radioeléctrico realizadas con el terminal móvil y,
para HSDPA en particular, utilizando la Indicación de Calidad del
Canal (CQI) y el procedimiento de retransmisión. La AMC, sirviéndose
de esta información y de la relacionada con el tráfico, como la calidad
de servicio (QoS) y el estado de los recursos radioeléctricos y físicos,
selecciona los métodos de modulación y codificado más adecuados
para la red.
En lo que respecta a la modulación, la Release 5 permite al método
HSDPA y, más concretamente, al HS-DSCH, que utilice la Modulación por Amplitud de Cuadratura 16 (16QAM) o la Modulación por
desplazamiento de Fase en Cuadratura (QPSK). La QPSK ya se había
especificado en la Release 4, en cambio la 16QAM se definió
específicamente en la Release 5 para la operación de HSDPA. Los
métodos de modulación de orden superior, como es la 16QAM,
proporcionan una mayor eficiencia del uso del espectro en lo que se
refiere al flujo de transmisión de datos, en comparación con la
modulación QPSK y, por tanto, se pueden utilizar para mejorar las
velocidades punta de transmisión de datos. También permiten
combinar la selección de modulación con el proceso de codificación de
canal, lo que en ocasiones se ha llamado Combinación de Recursos y
Formato de Transporte (TFRC) en el ámbito de la especificación de las redes UMTS. Como resultado, basándose en las medidas de los
canales, se puede seleccionar la mejor combinación de multicódigo,
velocidad de canal y modulación y obtener así, el máximo flujo de
transferencia en unas determinadas condiciones del canal.
Figura 2-65. Modulaciones QPSK y 16QAM
La modulación a utilizar está adaptada según las condiciones del
canal de radio. La modulación QPSK puede soportar 2 bits por
símbolo donde 16QAM puede soportar 4 bits por símbolo y, por lo
tanto, tiene dos veces la capacidad de pico en comparación con
QPSK, de modo que se utiliza el ancho de banda del canal de forma
más eficiente.
Las diferentes velocidades de código usadas son 1/4, 1/2, 5/8, 3/4. El
Nodo B (Estación Base) recibe el informe del CQI y, a su vez, mide la
potencia de los canales asociados; en base a esa información se
determina la velocidad de transmisión de los datos.
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106
En HSDPA, los usuarios que se encuentran cercanos al Nodo B tienen
asignada una modulación más alta así como velocidades de código
mayores (por ejemplo, 16 QAM y velocidad de código de 3/4) de
manera que ambos irán decreciendo cuanto mayor sea la distancia
entre usuario y Nodo B.
El rendimiento de la AMC es vulnerable a las medidas del canal radio
que extrae el terminal, ya que es probable que el ciclo de medida no
logre alcanzar la variación normal del canal a causa de su rápido
desvanecimiento (el CQI se reporta cada 2-6 ms); además de que los datos de las mediciones pueden contener errores. Un informe poco
fiable sobre el estado de los canales puede ocasionar que se tomen
decisiones erróneas sobre la planificación de los paquetes, la fijación
de la potencia de transmisión y la selección del método de
modulación y codificación.
Por ello, se ha equipado a HSDPA con procedimientos avanzados para
la estimación de CQI; éstos utilizan la información de potencia piloto
que recibe del CPICH (Common PIlot CHannel), la temporización del
canal, el ciclo de generación de informes adaptativo y la interacción
de las capas superiores para garantizar una operación sin errores de
la AMC. Además, la HARQ ayuda a compensar la vulnerabilidad de la AMC introduciendo al proceso de información de la capa de enlace.
Solicitud de retransmisión automática híbrida (HARQ)
La Solicitud de Retransmisión Automática Híbrida o HARQ permite
que el elemento de red receptor detecte errores y, cuando proceda,
solicite la retransmisión. La técnica de retransmisión, uno de los mecanismos esenciales de transmisión de datos, garantiza una
recepción de paquetes de datos sin errores. Comparada con la ARQ
convencional, la ventaja que introduce HARQ reside en la capacidad
de combinar las estimaciones iniciales o la información explícita
recibida de la transmisión original y de las retransmisiones
correspondientes, con el proceso de adaptación del enlace. De este
modo, ayuda a reducir el número de retransmisiones necesarias y
contribuye a la adaptación del enlace sin errores independientemente
de las variaciones del canal radio.
Cabe destacar el procedimiento de retransmisión seleccionado para
HSDPA, el denominado parada y espera (o stop-and-wait, SAW). Seleccionado por su sencillez, ya que el retraso de retransmisión y el
exceso de señalización son los aspectos más críticos en una
transmisión radio, especialmente para las aplicaciones de las redes
móviles. En este método, el transmisor opera en un bloque hasta que
se asegura de que el UE lo recibe correctamente. Utiliza un
mecanismo de acuse de recibido optimizado y un mensaje para
confirmar la correcta transmisión de un paquete de datos al tiempo
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107
que elude la necesidad de retransmisión. Para evitar retrasos
adicionales por el tiempo de espera, emplea HARQ canal N, junto con
el método SAW para realizar el proceso de retransmisión paralelo y,
así, ahorrar tiempo y recursos.
Mientras que el esquema en el que se basa el protocolo HARQ
consiste en un enlace descendente asíncrono y un enlace síncrono, el
esquema combinado utilizado en HSDPA se sirve del método de
redundancia incremental. Cuando se aplica la combinación de chase,
como variante del HARQ, la memoria soft del UE necesaria se particiona por los procesos HARQ de modo semiestático por una capa
superior, por ejemplo, la señalización del RRC. Para ello se recurre a
la determinación y la selección del Formato de Transporte.
Planificación rápida de paquetes (FPS)
El funcionamiento eficiente de HSDPA en lo que respecta a la AMC y
la HARQ requiere que el ciclo de planificación de paquetes sea lo
suficientemente rápido para seguir las variaciones a corto plazo en una señal de desvanecimiento del UE. Este rasgo cobra especial
importancia en ausencia de mecanismos de control rápido de
potencia y del factor de ensanchamiento variable (VSF), porque han
sido sustituidos por la AMC, la HARQ y los procedimientos de
retransmisión rápida. También es el principal motivo para ubicar el
Programador de Paquetes (PS) en el nodo B, en lugar de en el RNC,
como ocurría en la Release 4.
De esta forma, se minimiza el retraso en el proceso de planificación y
las medidas radioeléctricas también reflejan mejor las condiciones del
canal radio, con lo que se pueden tomar decisiones de planificación
más fiables y acertadas. Gracias a esto, a la estrategia de asignación de código fijo (16) y a la reducción del Intervalo de Tiempo de
Transmisión (TTI) de los 10 o 20 ms de la Release 4 a un intervalo
fijo de 2 ms en HSDPA, el PS puede asumir una rápida planificación y
formación de tramas. El tipo de PS implementado todavía depende
del fabricante, como ha ocurrido con los algoritmos de la
Administración de Recursos Radioeléctricos (RRM) utilizados en las
redes móviles de 2G y 3G.
Cambio imperceptible de célula
En realidad, para este proyecto el cambio de célula no afecta de
forma significativa, ya que en el tipo de entorno en los que se
desarrollan las medidas (emplazamientos indoor), debido a sus
pequeñas dimensiones habituales, raramente se producirá un cambio
de célula. Sin embargo, por el paralelismo que este tipo de proyectos
lleva con aquellos en los que se estudian los entornos outdoor, se
presentará brevemente.
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108
Gracias al cambio imperceptible de célula, el UE se conecta a la mejor
célula disponible en dirección descendente, consiguiendo una perfecta
conectividad en modo HS-PDSCH. Esta técnica reduce también las
interferencias indeseables, en especial en el caso del traspaso con
continuidad. En realidad, el cambio de célula forma parte de los
procedimientos de movilidad, ya que HS-PDSCH también garantiza la
movilidad del UE con la conexión de transmisión de datos de alta
velocidad. Para ello, se transfiere la función de la célula del HS-DSCH
en servicio (es decir, la célula asociada a la BS que lleva a cabo la transmisión y la recepción del enlace de radio del HS-DSCH en
servicio para un UE concreto) de uno de los enlaces radioeléctricos de
la célula HS-DSCH final. La transferencia de la función requiere un
tratamiento específico porque la asignación de HS-DSCH a un UE
corresponde exclusivamente al enlace radioeléctrico de HS-DSCH en
servicio asignado al UE. Como en los traspasos normales de las redes
UTRAN, el cambio de célula en servicio debe decidirse principalmente,
desde el UE o la red. Sin embargo, la Release 5 únicamente ofrece la
opción del control desde la red, y se realiza mediante la señalización
del RRC.
2.5.2 Conceptos básicos de HSUPA
El HSUPA varía notablemente la señal ascendente:
La incorporación de dos nuevos canales físicos en el enlace
ascendente conlleva un factor de cresta más alto en la señal de
enlace ascendente que en el caso del HSDPA.
Las diferencias de potencia relativa en el canal de código del
enlace ascendente pueden alcanzar 45 dB.
Pueden producirse grandes cambios de potencia en el enlace
ascendente (hasta 27 dB) en los límites de los intervalos de tiempo de transmisión (TTI), por ejemplo, cuando se desactiva
o activa la transmisión de HSUPA.
La configuración del enlace ascendente es muy dinámica. El
número de E-DPDCH (canal físico dedicado de datos mejorado),
así como sus factores de propagación y niveles de potencia
pueden cambiar en cada TTI.
Al igual que HSDPA, HSUPA utiliza protocolos Híbridos de Solicitud de
Repetición Automática (HARQ). Sin embargo, en este caso, el Nodo B
confirma la transmisión de datos del equipo de usuario (UE) y asigna
potencia de manera dinámica entre los equipos de usuario en cada TTI.
La asignación de servicio (distribución de potencia) del UE determina
en la práctica la velocidad de transmisión de datos a la que puede
transmitir. Para conseguir 5,74 Mbps en el enlace ascendente, los
terminales de usuario deben ser compatibles con el TTI de 2 ms
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109
(opcional) estipulado para el HSUPA. Los dispositivos de categoría 5 e
inferiores sólo son compatibles con un TTI de 10 ms, lo cual limita la
velocidad de transmisión de datos del enlace ascendente a 2 Mbps.
2.5.3 Canales HSDPA
Para ver los parámetros que influyen en la velocidad de transferencia
de datos en el enlace descendente o throughput DL, se presenta el
procedimiento de transferencia de datos y modulación utilizados en
HSPA:
En la Figura 2-66 se muestra la idea sobre la que se fundamenta el
modo HSDPA. Originalmente, en la Release 4 de las redes UMTS, el
tráfico de datos podía tratarse a través de los canales comunes (CCH
o Communication CHannel), el DCH (Dedicated CHannel) y DSCH
(Downlink Shared CHannel). Más concretamente, se utiliza éste
último para los servicios de datos, mientras que los datos de baja
velocidad de transmisión también se pueden tratar a través del FACH
(Forward Access CHannel o canal de acceso directo) y el DCH. Para el DCH, la velocidad binaria y la velocidad superior del canal pueden
variar en función del factor de ensanchamiento (SF) utilizado para los
códigos asignados. HSDPA, principalmente, emplea la multiplexación
en el tiempo para transferir paquetes de datos en un solo canal
compartido y utilizar un multicódigo con un SF fijo. A pesar de que
pueda parecer una operación sencilla, requiere una cierta
funcionalidad y una serie de procedimientos para que sea factible a
través de la interfaz aérea; se debe programar cuidadosamente,
modular, codificar y enviar los datos multiplexados a través de la
interfaz aérea, además, el enlace radio debe adaptarse a esta
finalidad. Como consecuencia, las mejoras de las características de la
Release 4 del sistema UTRAN fueron inevitables.
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110
Los canales usados en HSDPA son:
High Speed Downlink Shared Channel (HS-DSCH). Downlink
Transport Channel. Compartido por varios usuarios.
High Speed Shared Control Channel (HS-SCCH). Downlink
Control Channel. Dedicado al tratamiento de información de
control relacionada con la descodificación y la retransmisión
(TRFI, HARQ) High Speed Physical Downlink Shared Channel (HS-PDSCH).
Downlink Data Channel
High Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH).
Uplink Control Channel. Asociado al HS-PDSCH para la
transmisión de información de control relacionada con la
retransmisión (ACK/NACK) y CQI.
Uno o varios HS-PDSCH junto con un DPCH asociado están unidos a
un conjunto de canales HS-SCCH individuales, conocidos también
como conjunto HS-SCCH. La temporización entre estos canales ha
sido especificada de modo que el instante de tiempo (time offset)
transcurrido entre el inicio de la información de HS-SCCH y el inicio de la correspondiente subtrama HS-PDSCH sea fijo. El proceso de
configuración del canal se realiza con la señalización del RRC. El
número de canales de un conjunto HS-SCCH para un UE puede variar
entre 1 y 4.
DCH1
Código 1
DCH2 Código 2
DCH3
Código 3
HS-DSCH multiplexado en tiempo con multicódigo
Figura 2-66 Principio básico de HSDPA
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111
En la Figura 2-67 se representan los diferentes canales entre el nodo
B y el terminal de usuario. En dicha figura, puede verse el sentido
(ascendente o descendente) de cada uno de los canales.
Figura 2-67 Canales de HSDPA
A continuación se presenta el procedimiento básico en una operación HSDPA básica, representada en la Figura 2-68.
Figura 2-68 Procedimiento básico de HSDPA
Una vez establecida la conexión del RRC, el UE facilita a la BS en
servicio información sobre la calidad del canal e información de
control, como podría ser la capacidad del UE y la capacidad requerida
en un CQI. Con esta información y otros datos sobre la planificación
(la TTI determinada, los recursos radioeléctricos y físicos, etc.), la BS
deberá decidir el conjunto de HS-DSCH y los parámetros, la
modulación, etc. y comenzar la transmisión de HS-SCCH dos
intervalos antes de la transmisión de HS-DSCH. Cuando el UE reciba
la transmisión, descodificará la información del HS-SCCH (extraída,
por ejemplo, del TRFI) y basándose en ella obtendrá los parámetros
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112
necesarios, tanto la parte dinámica del formato de transporte del HS-
DSCH, como el tamaño del conjunto de bloques de transporte y el
esquema de modulación, así como el esquema de correspondencias
de canales en la TTI del HS-DSCH correspondiente. Cuando el UE
haya descodificado todos los parámetros necesarios, iniciará el
procesamiento de los datos y el proceso de HARQ y devolverá el
ACK/NACK a la BS. Tras la finalización del proceso, la temporalización
entre HS-SCCH, HS-DSCH y ACK/NACK desempeñará un papel
fundamental durante la conexión de transmisión de datos y, por
tanto, debería ser vigilada de cerca por parte del UE.
2.5.4 Canales HSUPA
El HSUPA introduce varios canales nuevos de enlace ascendente y
descendente.
El canal de transporte del enlace ascendente E-DCH (Enhanced
Dedicated Channel) transporta un bloque de datos por cada TTI. El
canal del enlace ascendente E-DPDCH (E-DCH Dedicated Physical Data Channel) transporta los datos de usuario del enlace ascendente.
El UE puede transmitir hasta cuatro E-DPDCH, con un factor de
propagación de SF 256 a SF 2. Se necesitan dos SF 2 E-DPDCH para
conseguir 2 Mbps, la velocidad máxima de transmisión de datos que
admiten los dispositivos más antiguos. El canal de enlace ascendente
E-DPCCH (E-DCH Dedicated Physical Control Channel) transporta la
información de control requerida por el Nodo B para decodificar el E-
DPDCH del enlace ascendente, tal como el E-FCI (E-DCH Transport
Format Combination Indicator), que indica el tamaño de bloque, el
número de secuencia de retransmisión (RSN) y el Happy Bit; el cual
indica si el UE está de acuerdo con su asignación de servicio actual.
Los tres nuevos canales físicos del enlace descendente son: E-HICH (E-DCH HARQ Acknowledgement Indicator Channel), que se utiliza
para confirmar la recepción de los datos del UE; E-AGCH (E-DCH
Absolute Grant Channel), que proporciona el límite absoluto de los
recursos de potencia (asignación de servicio) que el UE puede
utilizar; y E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel), que incrementa o
reduce la asignación de servicio del UE (o señala una demora).
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113
Figura 2-69. Estructura de protocolos HSUPA
En la 3GPP TS 34.109 se define un nuevo bucle de retorno de HSUPA
que utiliza el modo de prueba de portadora radio. Requiere un enlace
descendente de HSDPA con una velocidad de transmisión de datos
cuidadosamente seleccionada, de modo que el UE reciba un flujo
estable de datos para realizar un bucle de retorno en sus canales de
HSUPA, pero sin desbordar excesivamente sus búferes.
2.5.5 Proceso de conexión
Para ver el proceso de conexión de una llamada de datos se tendrán
en cuenta tanto las llamadas de GPRS como las de HSPA.
Una comunicación de datos en una red 2.5G (GPRS) o 3G (UMTS)
comienza cuando se enciende el terminal. En este momento, se
lanzan una serie de procesos de mutua validación para que el
terminal realice lo que se denomina attach a la red (en ese momento
el nodo SGSN (Serving GPRS Support Node) ya conoce qué capacidades tiene el usuario, a qué servicios debe darles acceso si lo
solicita, todo ello previa consulta al HLR (Home Location Register)).
En este momento es cuando aparece el icono de cobertura (de datos)
en el terminal y está registrado en el SGSN. Este nodo guardará un
registro de todos los usuarios que estén en su zona de localización.
Posteriormente, el usuario debe determinar que quiere comenzar una
comunicación de datos. En este momento selecciona el APN (Access
Point Network) al que se quiera conectar (por ejemplo pueden ser
internet, WAP, una VPN privada de la empresa, etc…) esto activará lo
que se denomina un PDP Context, que no es más que la definición de
qué servicio y con qué calidad del mismo quiere el usuario. Cuando
se activa el PDP Context se crea un túnel GTP (GPRS Tunnelling
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114
Protocol) que no es más que un túnel del tráfico de usuario entre el
SGSN que le da servicio y el GGSN (Gateway GPRS Support Node)
que opera el APN.
A partir de este momento, el terminal del usuario tiene una IP
(pública o privada) para acceder al servicio solicitado, y todo su
tráfico va tunelizado hasta el interfaz de salida del GGSN
(denominado Gi en GPRS). Dependerá de la decisión del operador la
configuración de la red perteneciente a dicho interfaz (Gi): si la
quiere dejar libre, si tuneliza, si coloca los DNS's o firewall's, etc. Pero aquí es donde termina el estándar.
Se van a detallar los dos primeros pasos del proceso de conexión
GPRS por resultar de gran interés para comprender los parámetros
presentados posteriormente. Aunque se traten de parámetros
referidos a la tecnología GPRS se reportan al cliente junto con los
demás parámetros referidos a las pruebas de datos, es por esto por
lo que se describen en este apartado.
GPRS Attach
El procedimiento de GPRS Attach se ejecuta para alterar el estado del
terminal móvil pasando del estado IDLE en el que no se puede
transmitir o recibir información al estado READY. Existen dos tipos de
attach: GPRS Attach y combined GPRS/IMSI attach. Para los
terminales móviles de clase A y B se pueden dar los dos tipos de
procedimientos, mientras que para los terminales móviles de clase C
únicamente el GPRS attach (previamente se habrá realizado el IMSI
dettach si era el caso).
En el procedimiento de attach, el terminal móvil se identifica a través
de un P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity) o de su
IMSI, indicando el tipo de attach que pretende realizar. Después de
ejecutarse la función de attach, el terminal móvil pasa del estado
IDLE al estado READY, generándose un contexto de gestión de la
movilidad, en el terminal móvil y en el SGSN (Serving GPRS Support
Node).
Desde el estado READY el terminal móvil puede activar contextos de
transferencia de información para el intercambio de paquetes.
A modo de ejemplo en la Figura 2-70 se muestra el procedimiento de
combined GPRS/IMSI attach y PDP Context que se verá más
adelante. Esta figura se puede encontrar más detallada en la web
www.eventhelix.com.
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Figura 2-70. GPRS Attach y PDP Context
El terminal móvil inicia el procedimiento enviando un mensaje de
requerimiento de attach hacia el SGSN con los parámetros:
IMSI o P-TMSI
Old RAI, Routeing Area Identify
Classmark
CKSN
Attach type (GPRS attach o combined GPRS/IMSI attach) DRX parameters: Discontinous Reception parameters
Old P-TMSI Signature
Si el terminal móvil se identifica con un P-TMSI y el SGSN de
contacto es diferente al que le proporcionó dicho identificador, el
SGSN nuevo envía un requerimiento de identificación al SGSN viejo.
Sólo en el caso de que el identificador P-TMSI no es reconocido por el
viejo SGSN se obliga al terminal móvil a que comunique su IMSI. A
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continuación el terminal móvil es autenticado. Si el SGSN de contacto
es diferente al del GPRS detach previo o si es la primera vez que se
realiza el GPRS attach, el SGSN informa al HLR para realizar una
actualización de posición. El HLR (Home Location Register), por su
parte, realiza una cancelación de localización sobre el SGSN viejo y
envía un mensaje de inserción de información de subscriptor sobre el
SGSN nuevo. Posteriormente, el SGSN inicia un procedimiento de
actualización de posición sobre el MSC/VLR, lo cual servirá a su vez
para realizar un IMSI attach si es el caso. En esta ocasión,
dependiendo de si la actualización de posición es intraMSC (intra Mobile Switching Center) o interMSC, intervendrán más o menos
elementos. Finalmente, se informa al terminal móvil de la aceptación
de la solicitud de attach realizada.
La función de GPRS detach puede ser iniciada desde el terminal móvil
o desde la red. El procedimiento consiste en eliminar el contexto de
gestión de la movilidad residente en el terminal móvil y el SGSN al
objeto de impedir el inicio de cualquier nueva transferencia de
paquetes. Mediante la ejecución de esta función el terminal móvil
pasa del estado READY al estado IDLE o de reposo.
La función de GPRS detach puede ejecutarse desde la red de manera explícita con indicación sobre el terminal móvil o de manera implícita,
eliminando el contexto de gestión de la movilidad existente para el
terminal móvil sin notificación de ello. Existen dos tipos de detach: el
GPRS detach y el combined GPRS/IMSI detach, así mismo existen
cuatro procedimientos diferentes:
Mobile Station-Initiated GPRS detach
Mobile Station-Initiated combined GPRS/IMSI detach
SGSN-Initiated GPRS detach
HLR-Initiated GPRS detach
En el procedimiento de dettach el terminal móvil inicia el
procedimiento enviando el mensaje de requerimiento de detach hacia
el SGSN. El SGSN, al recibir el mensaje, envía otro mensaje de borrado de los contextos de transferencia de información asociados al
terminal móvil hacia el GGSN, a su vez envía un mensaje de IMSI
detach hacia el MSC/VLR. Si el procedimiento fuera únicamente de
GPRS detach, el SGSN no enviaría un IMSI detach al VLR, sino
únicamente un GPRS detach indication, de forma que el VLR deja de
estar asociado al SGSN en la gestión de los procedimientos de
búsqueda y actualización de posición del móvil.
El procedimiento de purga permite al SGSN informar al HLR de que
ha eliminado los contextos de gestión de la movilidad y de
transferencia de información. Esto se puede producir inmediatamente
después de un GPRS detach o un tiempo después si el SGSN quiere
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117
conservar temporalmente la información por si se produjese un GPRS
attach entretanto.
PDP Context
Si el GPRS attach se ha llevado a cabo correctamente, se produce este otro procedimiento.
Antes de que un móvil GPRS pueda llevar a cabo un intercambio de
datos es necesario que se establezca un contexto PDP (Protocolo de
Datos de Paquetes) con el GGSN (Gateway GPRS Support Node)
correspondiente, de forma que luego los datos puedan ser
encaminados.
Un contexto PDP permite transferir las PDUs de una dirección PDP
entre el móvil y el GGSN.Tienen información de encaminamiento y de
QoS:
Dirección PDP (IPv4, IPv6, X.121 (X.25)).
Access Point Name (APN): Referencia al GGSN a utilizar. QoS solicitada.
Opciones de configuración.
Los estados de un contexto se representan en la Figura 2-71.
Figura 2-71. Estados de un contexto.
La activación de un contexto PDP se realiza desde el móvil. El
procedimiento es:
a. Activate PDP Context Request. El terminal móvil envía un
requerimiento de activación de un contexto PDP al SGSN pasando los parámetros de la conexión.
b. SecurityFunctions. Se intercambian las funciones de
seguridad entre el SGSN y el terminal.
c. Create PDP Context Request. El SGSN hace una petición de
contexto de PDP al GGSN.
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d. Create PDP Context response. El GGSN responde al SGSN.
e. Activate PDP Context Accept. El SGSN responde al terminal
móvil con la respuesta del GGSN.
Una vez revisados los conceptos básicos se presentan los parámetros
a analizar para las llamadas de datos:
2.5.6 Parámetros reportados
GRPS Attach y PDP Context
El resultado del proceso GPRS Attach pueden indicar el
comportamiento de la red. De esta manera, si el procedimiento de
GPRS attach no se realiza correctamente, puede concluirse que no
existe cobertura para llamadas de datos en esa localización, por lo que la comunicación no será viable.
Otro motivo por el que el GPRS attach no se realice correctamente
puede ser que la SIM con la que se intenta realizar la conexión de
datos no esté subscrita a los servicios necesarios.
La distinción entre estas dos posibles causas es fácil de realizar, ya
que el equipo dispone de terminales móviles y diversas SIM, por lo
que un intercambio entre SIMs puede aclarar la situación. Es tarea
del técnico de campo detectar este tipo de errores de equipo.
Por otra parte, el PDP Context permite comprobar en qué momento
de la comunicación hay un problema en la red; de esta manera, si el procedimiento de PDP Context se realiza correctamente, el terminal
tiene asignada la dirección IP y puede comenzar la comunicación.
Ping
Las medidas de datos se harán sobre los protocolos:
1. FTP DL (FTP Downlink)
2. FTP UL (FTP Uplink)
3. HTTP (Hypertext Transfer Protocol)
La herramienta de análisis permite realizar un ping al servidor FTP
que se usa para las pruebas. La utilidad ping comprueba el estado de
la conexión con uno o varios equipos remotos por medio de los
paquetes de solicitud de eco y de respuesta de eco (ambos definidos
en el protocolo de red ICMP) para determinar si un sistema IP
específico es accesible en una red.
De esta manera, se comprueba la accesibilidad del servidor FTP para
evitar aquellas pruebas que falseen los resultados finales, debido a
indisponibilidad del servidor FTP al que se realicen las pruebas.
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Accesibilidad
Una vez hecho el ping al servidor FTP, se comienza la prueba de
datos, que no es más que realizar descargas y subidas al FTP y
accesos web.
Si la prueba no puede iniciarse, se dice que es una llamada failed,
que provocará un descenso del porcentaje de accesibilidad (recordar
el apartado 2.2.4.1. dedicado a la accesibilidad en voz). Los valores
de accesibilidad se proporcionan en porcentajes, y suelen oscilar
entre el 80% y un 99%.
Cuando no hay accesibilidad, la herramienta proporciona diferentes
códigos de error que describen los posibles errores de conexión.
Estos códigos no proporcionan detalles a nivel 4 (TCP o FTP) de la
torre protocolaria, de manera que si hay un error en el enlace radio,
habrá que analizar los mensajes de capa 3. Una posible clasificación
para estos códigos de error podría ser:
1. Error en el protocolo FTP (autenticación del usuario, saturación
del servidor...)
2. Error en el protocolo TCP
3. Error de DNS. No se encontró la IP del usuario en el servidor
DNS.
4. Error en el enlace radio. El código de error puede ser timeout o
failure in socket, por lo que no se conoce a priori la naturaleza
del error que se produjo en el nivel 3.
Mantenibilidad
Una vez que se ha podido iniciar la prueba, se comprueba la
mantenibilidad del enlace. A diferencia del caso de voz, si el enlace
radio falla, la llamada no acaba; esto es así debido a diferentes
motivos, entre los que se han detallado anteriormente la HARQ, el
cambio imperceptible de célula...
En HSDPA el procedimiento para la recepción de datos por parte de
un usuario puede verse con un esquema simplificado:
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Figura 2-72. Esquema de un procedimiento HSDPA
La RNC recibe paquetes para un determinado usuario, los envía a la
BTS, donde son almacenados en un buffer. A partir de este momento,
se comienza la transmisión de los datos. Si en algún momento esta
transmisión falla, la BTS recibirá un NACK (si el terminal no recibe los
datos correctamente) o se cumplirá un TimeOut (si el enlace radio se
interrumpe). Aunque la conexión haya fallado, los datos no se
pierden, ya que continúan almacenados en el buffer.
HSPA hace uso de la Solicitud de Retransmisión Automática Híbrida o
HARQ, así que si la conexión es interrumpida, los datos seguirán
transmitiéndose a partir del último recibido correctamente. En el caso
en el que el enlace radio se pierda por completo, la BTS enviará
paging al UE y se recomenzará la transmisión.
Esta continuidad en la transferencia de datos se detalló en el
apartado dedicado al cambio imperceptible de célula. Se habla de
esta continuidad en entornos outdoor ya que en los indoor
difícilmente se producirá un cambio de célula.
Throughput
Se analiza el throughput o volumen de trabajo o de información que
fluye a través de un sistema en el enlace descendente. Se estudia a
nivel de aplicación, por lo que se tiene la información real, eliminando
cabeceras y retransmisiones.
Throughput de aplicación: volumen total de datos en el tiempo
que dura la sesión de datos.
Throughput instantáneo: muestreo que realiza el equipo,
típicamente cada segundo.
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Celia Moreno Jiménez
121
En los entornos indoor, un handover o transferencia del servicio de
una estación base a otra cuando la calidad del enlace es insuficiente,
es prácticamente despreciable, ya que difícilmente dentro de un
edificio tendrá lugar. Sin embargo, en entornos outdoor, el número
de handover puede afectar al throughput obtenido.
Son muchos los parámetros que influyen en esta velocidad de
transferencia de datos, por lo que en cada uno de ellos se hará
referencia a este otro parámetro.
Es de notar que el throughput del servicio HTTP será menor que en
los casos anteriores, ya que las conexiones son de menor duración y
la transferencia de datos no es continuada. El número de cabeceras
en relación con la información transmitida es mayor, por lo que se
transmite menos información en el mismo tiempo.
El concepto de throughput en el enlace ascendente es similar.
CQI (Channel Quality Information)
CQI es un número de 0 a 30, que representa un índice en una tabla,
y se corresponde con el máximo de datos que el UE es capaz de
decodificar con una tasa de error menor que el 10% (BLER < 10 %).
El nodo B es quien decide la frecuencia con que el terminal tiene que
reportar el CQI (de 2 ms a 160 ms).
En el análisis de una llamada de datos, se medirá la media del valor
de CQI que reporta el terminal a la red. Se sabe que cuanto mayor
sea el CQI, mayor calidad radio encuentra el usuario, por lo que se
puede estimar la cobertura HSDPA según esta media. Cuanto más alto sea el valor obtenido en una prueba, mejor cobertura de servicio
HSDPA se tiene (recordar que el CQI sólo se reporta en HSDPA, no en
HSUPA).
Además, este valor medio de CQI puede utilizarse para comprobar el
funcionamiento de la red, ya que a partir de él se puede estimar el
porcentaje de NACK que se obtendrá. Cuanto mayor sea el valor
medio de CQI, menor porcentaje de NACK se espera, ya que las
condiciones radio serán mejores y menor probabilidad de error de
transmisión se tendrá. El valor más habitual en las medidas es un
15% de NACK.
Modulación
En el análisis que se está realizando, se debe comprobar la
modulación de la que hace el uso el terminal según le asigne la red.
Hay que tener en cuenta que la modulación 16QAM es más sensible a
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122
ruidos, por lo que en condiciones radio insuficientes, al terminal se le
asignará modulación QPSK.
Ejemplo:
1TTI = 3 slots = 2ms = 2.560*3 chips = 7.680 chips = 480
símbolos en SF=16
480 símbolos = 960 bits en QPSK y 480 símbolos = 1.920 bits
en 16QAM
Como puede verse en el ejemplo, la modulación usada y el número
de códigos usado influirán de forma significativa en el throughput
obtenido. A mayor número de códigos y a mayor número de bits por
símbolo (16QAM frente a QPSK), mayor velocidad de transmisión.
Uso de tecnología
Este parámetro va a comprobarse para las pruebas FTP DL y UL, ya
que son las de mayor importancia para las operadoras en este tipo de
estudios.
Lo primero que se analiza es el throughput medio obtenido. Estos
resultados se comparan con proyectos realizados años anteriores o
con los resultados en otros emplazamientos.
Esta valoración debe realizarse con frecuencia a lo largo de la
campaña para evitar posibles errores de configuración el equipo en el
proceso de chequeo de integridad de datos o pre-procesado. Cada
uno de los terminales móviles del equipo de medidas se usa para determinadas pruebas, por lo que los terminales destinados a
comprobar la cobertura HSPA deben estar forzados a la banda UMTS,
mientras los destinados a comprobar la cobertura GPRS estarán
forzados a 2G. Es fácil cambiar estos forzados, siendo frecuente un
cambio involuntario, por lo que un descenso significativo en el
throughput puede llevar al descubrimiento de un error y por tanto, a
una corrección a tiempo para que no afecte a los resultados finales.
De esta forma, si este valor es menor de lo estimado, se compara con
el porcentaje de tiempo que el equipo hace uso de cada una de las
tecnologías. Así, cuanto mayor sea el porcentaje de tiempo de uso de
HSPA, mayor deberá ser este throughput.
Cuando un terminal móvil debe hacer un cambio de tecnología, no se
hace de manera inmediata, sino que existen tiempos de transición
entre tecnologías. De esta forma, para las estadísticas deberán
contabilizarse estos tiempos de transición, dejándolos fuera de los
intervalos de uso de tecnología.
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En este proyecto sólo se estudia si los terminales del equipo de
medidas (que soportan Release 5) usan el protocolo HSUPA cuando
éste está disponible y no hacen uso de Release 99. A menudo, la
operación a seguir es controlar el porcentaje de tiempo de uso de
cada tecnología, y si el uso de Release 99 es relevante, se estudia
caso a caso revisando un mensaje de capa 3 donde se encuentra el
parámetro booleano servingEDCH_RL_indicator, que indica si HSPA
está habilitado o no, ya sea porque no hay cobertura HSPA o porque
la red no ofrece ese servicio a un determinado usuario.
Porcentaje de uso de canal
Para comprobar el throughput obtenido para cada una de las
operadoras de las que se hace este estudio, puede calcularse el
porcentaje de uso del canal HS-SCCH que hace cada una de ellas.
Cada una de las operadoras tiene su canal compartido, por lo que
este cálculo debe realizarse para cada operadora de manera
independiente. Si este porcentaje de tiempo obtenido es bajo, puede
deberse a:
1. Hay más usuarios en la red en el momento de la prueba, por lo
que el usuario con el que se hace la medida tiene que compartir
el canal.
2. Los datos que llegan al servidor con destino para el usuario es
poco, por lo que el nodo B no tiene datos para transmitir al
usuario.
De esta manera, también se deberá comprobar la capacidad del nodo
B al que está conectado el usuario. Las interfaces típicas que
soportarán los equipos serán: E1, 2 Mbit/s estructurados según la
norma G-704, o transmisión ATM full rate, E3, 34 Mbit/s, de acuerdo a los estándares europeos PDH, o transmisión ATM full rate, o
interfaces SDH (Synchronous Digital Hierarchy, o JDS, Jerarquía
Digital Síncrona): STM-1 (155,520 Mbit/s), STM-4 (622,080 Mbit/s),
ATM full rate.
A continuación se muestran los distintos niveles de multiplexación
PDH utilizados en Norteamérica (Estados Unidos y Canadá), Europa y
Japón.
Según el número de E1 que agregue un nodo B (interfaz Iub) se
esperará una capacidad de transmisión, de esta manera se puede ver
la diferencia entre la capacidad del nodo y la velocidad que ofrece
para comprobar la configuración de la red. Este punto de la red es el cuello de botella para las operadoras.
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Nivel Norteamérica Europa
Circuitos Kbit/s Denominación Circuitos Kbit/s Denominación
1 24 1,544 (T1) 30 2,048 (E1)
2 96 6,312 (T2) 120 8,448 (E2)
3 672 44,736 (T3) 480 34,368 (E3)
4 2016 274,176 (T4) 1920 139,264 (E4)
Nivel Japón
Circuitos Kbit/s Denominación
1 24 1,544 (J1)
2 96 6,312 (J2)
3 480 32,064 (J3)
4 1440 97,728 (J4)
Tabla 2-6. Niveles de multiplexación PDH en Norteamérica, Europa y Japón
Codigos usados
Un mismo usuario HSPA puede trabajar con varios códigos
simultáneamente. El terminal trabaja en paralelo, como si tuviera
varias líneas de comunicación a la vez.
La fuente de código compartido, sobre la cual el canal HS-DSCH está
mapeado, puede contener hasta 15 códigos. El número actual
empleado depende del número de códigos soportado por el terminal y el sistema, ajustes del operador y capacidad del sistema.
En resumen, en el estudio del throughput obtenido, lo más
importante a tener en cuenta es el tipo de modulación usado y el
número de códigos de los que se hace uso, ya que estos valores
determinarán significativamente la velocidad de transmisión final.
Según estos dos valores, también se deberá tener en cuenta el valor
del CQI y porcentaje de NACK obtenidos para comprobar el
funcionamiento de la red.
3 Equipo y técnica de medidas
3.1 Equipo humano Cuando se presenta la propuesta técnica se debe adjuntar un
organigrama en el que se describan los puestos a ocupar por el
personal, así como las tareas y responsabilidades de cada uno de
ellos.