CDMA2000 parte2

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Renny E. Badra - Innovaciones Técnicas en CDMA2000 1XRTT Pág. 2-1 FUNINDES-USB______________________Visión Global de CDMA2000 y la Tercera Generación Celular Renny E. Badra Innovaciones Técnicas en CDMA2000 1XRTT Visión Global de CDMA2000 y la Tercera Generación Celular Parte 2 M S B S Voz, Señaliza ción, PC Datos, (Señalización) Datos Alta Velocidad (opcional) SCH DCCH FCH

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Innovaciones Técnicasen CDMA2000 1XRTT

Visión Global de CDMA2000 y la Tercera Generación Celular

Parte 2

MS

BS

Voz, Señalización,PC

Datos, (Señalización)

Datos Alta Velocidad

(opcional)

SCHDCCHFCH

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Innovaciones TécnicasCDMA2000 1X RTT

�Selectable Mode Vocoder (SMV)

�Códigos Turbo

�Nuevos canales físicos (subida y bajada)

�Nuevas Configuraciones de Radio

�Códigos Ortogonales Walsh de Longitud Variable

�Nuevo modo de conservación de energía en stand-by

�Control de Potencia para el enlace de bajada

�Nuevos mecanismos para la transmisión de paquetes

CDMA2000 1XRTT introduce una serie de innovaciones técnicas cuyoobjetivo es optimizar el uso de los recursos de radio, a la vez que se introducennuevas funcionalidades en la interfaz aérea.

La mayoría de estas innovaciones son aólo opcionales. Las únicas que sonobligatorias en CDMA2000 1X RTT son el uso de las nuevas configuracionesde radio, incluyendo l aimplementación del canal piloto en el enlace de subida,y el nuevo algoritmo de control de potencia rápido para el enlace de bajada.

En esta parte se tratarán los siguientes puntos:

-Selectable Mode Vocoder (SMV)

-Nuevos canales físicos (subida y bajada)

-Nuevas Configuraciones de Radio

-Multiplexión Codificada IQ

-Códigos Ortogonales Walsh de Longitud Variable

-Nuevo modo de conservación de energía en stand-by

-Control de Potencia para el enlace de bajada

-Nuevos Mecanismos para la transmisión d epaquetes

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Selectable Mode Vocoder (SMV)

3.0

3.5

4.0

8 10 12642

Modo 0Modo 1

Modo 2

Modo 3

EVRC

Tasa 1

Tasa 2SMV

MOS

kbps

Tasa de Datos a la Salida del Vocoder

En Febrero de 2001 el grupo de armonización 3GPP2 publicó el estándard parael nuevo vocoder en CDMA, el Selectable Mode Vocoder (SMV). Se trata deun vocoder cuya máxima tasa de datos es ajustable en 4 pasos, proporcionandoa los operadores la posibilidad de intercambiar calidad de voz por capacidaden celdas que estén cercanas a la condición de bloqueo. Reduciendo la tasa debits (desde un máximo de 8.12 kbps -Modo 0- hasta un mínimo de 3.95 kbps -Modo 3-) es posible incrementar la capacidad en más de 50%, pagando unprecio de leve degradación de la calidad de voz. Dichos ajustes en la velocidadde datos pueden hacerse inclusive en medio de una llamada.

SMV aún no ha sido incorporado al estándard CDMA2000, pero se espera queya para finales de 2002 aparezcan los primeros productos que soportan estatecnología. SMV es aplicable a sistemas CDMA2000 y a cdmaOne.

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Códigos Turbo√ Introducidos por Berrou et. al. in 1993.√ Reciben su nombre por analogía con la retroalimentación de

un motor turbo.√ Los códigos Turbo son la concatenación en paralelo de dos

códigos convolucionales retroalimentados.√ Producen una ganancia extra de 2 a 3 dB más que los códigos

convolucionales.√ Se decodifican de forma iterativa (subóptima).√ En IS2000 pueden usarse opcionalmente, pero sólo para

transmisión de datos a velocidades mayores que 28 kbps.√ Un código Turbo de tasa 1/6 se define para IS2000

(usualmente se “agujerea” a tasas mayores).

Los códigos Turbo reflejan una novedad tecnologica importante desarrolladaen los últimos años. Fueron ntroducidos por Berrou et. al. in 1993. Reciben sunombre por analogía con la retroalimentación de un motor turbo.

Los códigos Turbo son la concatenación en paralelo de dos códigosconvolucionales retroalimentados. Producen una ganancia extra de 2 a 3 dBmás que los códigos convolucionales, lo cual redunda en una menor potenciade transmisión, especialmente útil cuando se transmiten datos a velocidadeselevadas. En IS2000 son una opción, pero sólo son considerados paratransmisión de datos a velocidades mayores que 28 kbps. Un código Turbo detasa 1/6 se define para IS2000 (usualmente se “agujerea” a tasas mayores).

Se decodifican de forma iterativa (subóptima). Los codificadores óptimos delos códigos Turbo no se han desarrollado por su extrema complejidad.

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Uso de los Códigos deEnsanchamiento en CDMA2000

FunciónCDMA2000 1X RTT

Enlace de Bajada

CDMA2000 1X RTT

Enlace de Subida

IdentificaciónDe Celdas

Versiones desplazadas de dos (I ,Q)

secuencias PN de 215 chips c/uN/A

Canalización Secuencias ortogonales Walsh

de longitud variable (OVSF) y

Funciones Cuasiortogonales

Secuencias ortogonales Walsh

(“Wlash Covers”)

Identificación De Usuarios Secuencias ortogonales Walsh

de longitud variable (OVSF)

Versiones desplazadas de una

secuencia PN de 242-1 chips

Privacidad Versiones desplazadas de una

secuencia PN de 242-1 chips

Versiones desplazadas de una

secuencia PN de 242-1 chips

Las princiales diferencias entre CDMA2000 y cdmaOne respecto al uso de loscódigos de ensanchamiento son:

1. Los códigos Walsh para canalización y para identificación de usuarios en elenlace de bajada en CDMA2000 son de longitud variable, contrario al caso decdmaOne en el cual son de longitud fija (64 chips).

2. En CDMA2000 se ofrece la opción de emplear códigos Cuasiortogonales encaso de necesidad.

3. En el enlace de subida de CDMA2000 es necesario aplicar códigos decanalización debido a que cada móvil es capaz de transmitir dos o más canalessimultaneamente. Los códigos usados para este fin son los códigos Walsh(“Walsh Covers”). En cdmaOne, por el contrario, esta función de canalizaciónen subida no es necesaria puesto que cada portátil transmite un sólo canal a lavez.

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Canales Físicos CDMA2000(subida)

AccessChannel (1)(R-ACH)

PERFILACCESO

TrafficChannel (1)(R-TCH)

SupplementalCode Channels(0-7)(R-SCCH)

PERFILTRÁFICO

Pilot Channel(1)(R-PICH)

EnhancedAccess Channel(1)(R-EACH)

PERFILACCESO

MEJORADO

Pilot Channel(con subcanalde controlde potencia) (1)

Common ControlChannel(1)(R-CCCH)

PERFILCONTROLCOMÚN

Pilot Channel(con subcanalde controlde potencia) (1)

0-1 DedicatedControlChannels(R-DCCH)

0-1 FundamentalChannel(R-FCH)

0-2 SupplementalChannels(R-SCH)

PERFILTRAFICO

MEJORADO

CANALES FÍSICOS cdma2000(enlace de subida)

Sólo CDMA2000TM

IS-95 & CDMA2000TM

El perfil de acceso es equivalente al modo de acceso en cdmaOne, y el perfilde tráfico es el mismo que en cdmaOne (Supplemental Code Channels aplicansólo en IS-95-B).

El perfil de acceso mejorado corresponde a móviles CDMA2000 quetransmiten fáfagas de acceso en el nuevo Enhanced Access Channel (EACH).

El perfil de Control Común corresponde a móviles CDMA2000 que transmitenfáfagas de acceso en el nuevo Common Control Channel (CCCH). A pesar desu nombre, el CCCH transporta usualmente paquetes contentivos de datos delusuario.

El perfil de tráfico mejorado se establece en móviles CDMA2000 cuando sedesea establecer una sesión o llamada. El canal Fundamental transporta voz odatos hasta 14.4 kbps. Los canales Suplementales (máximo 2) transportandatos a velocidades mayores a 14.4 kbps. El canal Dedicado de Controltransporta señalización y, ocasionalmente, datos del usuario. Una conexión detráfico en este perfil significa que al menos el canal Fundamental o el canaldDedicado de Control están activos.

Como se observa, todos los perfiles nuevos en CDMA2000 incluyen demanera obligatoria el uso del canal de piloto de subida. Este canal, transmitidoen paralelo con el resto de los canales, incluye los comandos de control depotencia que el móvil envía para controlar la potencia de la BTS (exceptocuando se envía el EACH, que sólo a veces se emplea en modo de potenciacontrolada).

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Canales Dedicados y Servicios Estándard

sóloFCH

sóloDCCH

FCH +DCCH

Servicio de Voz Servicio de DatosServicio de Voz +

DatosSeñalizaciónÚnicamente

MS

BS

MS

BS

MS

BS

MS

BS

MS

BS

MS

BS

MS

BS

MS

BS

Voz, Señalización, PC

Datos, Señalización,

PC

Voz, Datos, Señalización,

PC

Voz, PC Datos, PCVoz, Señalización,

PC

Señalización

SeñalizaciónDatos,

(Señalización)

Datos, Señalización,

PCDatos

Alta Velocidad(opcional)

Datos Alta Velocidad

(opcional)

Datos Alta Velocidad

(opcional)

No esEficiente

No esEficiente

No estáDefinido

No estáDefinido

PE

RF

IL

Datos Alta Velocidad

(opcional)

Datos Alta Velocidad

(opcional)

Señalización,PC

V1 P1 VP1

CHP2

VP2P3V2

SCHDCCHFCHReferencia:

Aunque no están especificados en el estándard, la industria ha adoptado losservicios mostrados en la figura como estándares de facto.

V1. Voz y señalización en FCH.

V2. Voz en FCH, señalización en DCCH.

P1. Data y señalización en FCH, data a alta velocidad (opcional) en SCH.

P2. Data y señalización en DCCH, data a alta velocidad (opcional) en SCH.

P3. Data en FCH, señalización en DCCH, data a alta velocidad (opcional) enSCH.

VP1. Voz, data y señalización en FCH, data a alta velocidad (opcional) enSCH.

VP2. Voz y señalización en FCH, data (y opcionalmente señalización) enDCCHdata a alta velocidad (opcional) en SCH.

Control Hold (CH). Señalización únicamente en el DCCH.

Notar que los comandos de control de potencia se transportan siempre en elFCH si éste existe, y en el DCCH de lo contrario.

Los datos de alta velocidad soportados por el SCH pueden alcanzar 307 kbps(144 en Release 0) por cada canal en modo 1X.

Los servicios múltiples (VP) se soportan sólo en la versión Release A(Protocol Revision 7).

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Configuraciones de Radio (subida)

cdmaOne

Tasa 19.6 - 4.8 - 2.4 - 1.2 kbps

Cod. Convolutional Tasa 1/3BPSK, Walsh modulation

Tasa 214.4 - 7.2 - 3.6 - 1.8 kbps

Cod. Convolutional Tasa 1/2BPSK, Walsh modulation

CDMA2000

Radio Configuration 19.6 - 4.8 - 2.4 - 1.2 kbps

Cod. Convolutional Tasa 1/3BPSK, Walsh modulation

Radio Configuration 214.4 - 7.2 - 3.6 - 1.8 kbps

Cod. Convolutional Tasa 1/2BPSK, Walsh modulation

Radio Configuration 31.2, 1.35, 1.5, 2.4, 2.7, 4.8 kbps

9.6 y múltiplos, hasta 307.2 kbpsBPSK, piloto, Cod. Conv./Turbo

Radio Configuration 41.8, 3.6, 7.2 kbps

14.4 y múltiplos, hasta 230.4 kbpsBPSK, piloto, Cod. Conv./Turbo

Radio Configuration 51.2, 1.35, 1.5, 2.4, 2.7, 4.8 kbps

9.6 y múltiplos, hasta 614.4 kbpsBPSK, piloto, Cod. Conv./Turbo

Radio Configuration 6.8, 3.6, 7.2 kbps

14.4 y múltiplos, hasta 1036 kbpsBPSK, piloto, Cod. Conv./Turbo.

legado

legado

nueva1X

nueva1X

nueva3X

nueva3X

En IS95 los enlaces pueden operar en una de dos modalidades: Tasa 1 y Tasa2, dependiendo del Vocoder que es empleado. Este concepto es reemplazadoen IS2000 por el concepto de Configuraciones de Radio. Las Configuracionesde Radio 1 y 2 son el equivalente de las Tasa 1 y Tasa 2 (legado de IS95). LasConfiguraciones de Radio 3 y 4 son las nuevas configuraciones paraCDMA2000 1X. Aquí se transmite una señal piloto en paralelo con las señalesde datos. Se elimina la modulación 64-aria Walsh usada en IS-95, y se usancódigos de canal más fuertes (convolucional tasa 1/4, y Turbo). LasConfiguraciones de Radio 5 y 6 son las que soportan enlaces 3X (tasa de chipigual a 3.6864 Mcps).

La configuración que es obligatoria para móviles 1X es la número 3. En casode que sea un móvil 3X, la configuración obligatoria es la número 5.

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Configuraciones de Radio (subida)

1800, 3600, 7200, 14400, 28800, 57600, 115200, 230400 y460800 con R=1/3, 1036800 bps con R=1/2, modulación BPSK con señal piloto

3X6

1200, 1350, 1500, 2400, 2700, 4800, 9600, 19200, 38400, 76800y 153600 bps con R=1/4. 307200 y 614400 bps con R=1/4, modulación BPSK con señal piloto

3X5

1800, 3600, 7200, 14400, 28800, 57600, 115200 y 230400 bpscon R=1/4, modulación BPSK con señal piloto

1X4

1200, 1350, 1500, 2400, 2700, 4800, 9600, 19200, 38400, 76800y 153600 bps con R =1/4. 307200 bps con R=1/2, modulación BPSK con señal piloto

1X3

1800, 3600, 7200 and 14400 bps con R=1/2, modulación ortogonalWalsh 64-aria

2

1200, 2400, 4800 and 9600 bps con R=1/3, modulación ortogonalWalsh 64-aria

Legado IS95

1

Tasas de datos, tasa de corrección de errores (R) y otras características

ModoConfiguraciónde Radio

LegadoIS95

La Tabla ofrece más detalles sobre las Configuraciones de Radio del enlace desubida en IS2000.

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Enlace de Subida:cdmaOne vs. CDMA2000

cdmaOne CDMA2000 1XRTTCanales

• Dedicados

• Comúnes

R-FCCHR-SCH

R-ACH

R-PICHR-FCHR-SCHR-DCCH

EACHR-CCCH

Piloto No ContínuaDetección No coherente CoherenteAcceso Convencional Mejorado, mayor

versatilidad (en la versión 0es igual a cdmaOne)

Codificación deCanal

Convolucional ConvolucionalTurbo R > 14.4 kbps, SCH

Ensanchamiento Directo Complejo (I,Q)Tasas de Datos 9.6, 14.4 kbps 1.2 - 307 kbpsControl dePotencia

800, 400, 200, 100 Hz 800 Hz(400 Hz en ciertos casos)

La gráfica resume las diferencias entre IS95 y CDMA2000 en cuanto al enlacede subida (capa física). Se muestran los canales nuevos: R-PICH, R-FCH, R-SCH, R-DCCH, R-EACH y R-CCCH. La señal piloto en CDMA2000 es unanovedad, lo cual permite detcción coherente en la estación base. Lacodificación de canal es mejorada con la adición de códigos Turbo y códigosconvolucionales más poderosos. El ensanchamiento con los códigos cortos dePN es complejo (componentes I, Q), y las tasas de datos alcanzan hasta 1.2Mbps (en un SCH, modo 3X).

El control de potencia, como se mostrará a continuación, es verdaderamente de800 comandos por segundo (a diferencia de IS95, en el cual la tasa dependedel tipo de trama).

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Comandos por segundo delControl de Potencia (subida)

Trama tasa completa

Trama tasa 1/2

Trama tasa 1/4

Trama tasa 1/8Potencia Instantánea

Transmitida por el móvil(Canal de Tráfico)

Potencia InstantáneaTransmitida por el móvil

(Canal Piloto)

IS-95

IS-2000

tiempo

tiempo20 ms

800 400 200 100

800 800 800 800

Comandospor segundo

Comandospor segundo

Debido a que la tasa de los comandos de control de potencia en el enlace desubida de IS95 depende realmente del tipo de trama, como se indica en lagráfica, el número de comandos por segundo es variable (800/400/200/100)con un promedio cercano a 400 comandos por segundo.

En IS2000 el control de potencia se basa en mediciones hechas sobre el canalpiloto, el cual es contínuo. Por ello en IS2000 se tienen 800 comandos porsegundo, excepto cuando se hace conmutación 50% del canal piloto en TramasTasa 1/8 (esto es una opción).

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Innovaciones en el Control dePotencia de Subida

� 800 comandos por segundo (constante) a excepción de quese use algún modo conmutado.

�El lazo cerrado actúa sólo sobre la señal del R-PICH.

�El móvil ajusta todos sus canales en función de la referencia(R-PICH).

�Se permiten peldaños de ajuste de 0.25 dB, 0.5 dB y 1.0 dB.

� La BTS determina el tamaño del peldaño de ajuste.

�Móvil sólo debe soportar 1.0 dB (0.5 dB en caso de R-SCH)

�Comandos son transmitidos en el F-FCH o en el F-DCCH(en caso de que el F-FCH no esté activo).

En CDMA2000 se transmiten 800 comandos por segundo válidos paracontrolar el enlace de subida, a excepción de que se use algún modoconmutado (por ejemplo, modo discontínuo 50% sobre tramas 1/8 del canal detráfico).

El lazo cerrado monitorea y actúa exclusivamente sobre la señal del R-PICH.El móvil ajusta todos sus canales en función de la referencia (R-PICH). Sepermiten peldaños de ajuste de 0.25 dB, 0.5 dB y 1.0 dB, aunque el móvil sóloestá obligado a soportar 1.0 dB (0.5 dB en caso de R-SCH). La BTS determinael tamaño del peldaño de ajuste.

Los comandos de control de potencia de subida son transmitidos en el F-FCHo en el F-DCCH (en caso de que el F-FCH no esté activo).

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Comparando Eb/No (voz) entreIS95 y 1X en el Enlace de Subida

TIA/EIA95 IS-2000 1X (voz)

Enlace no coherente Enlace coherente con piloto

Modulación OrtogonalWalsh 64-aria

No se usa Modulación OrtogonalWalsh

307.2 ksps tasa de bitsmodulados

76.8 ksps tasa de bits modulados

Transmisión conmutada(dependiendo del tipo de trama)

Transmisión Contínua (a excepcióndel modo conmutado 50%)

No hay repetición efectiva desímbolos

Se emple Repetición de Símbols

Control de potencia variable(100/200/400/800 bps)

Control de Potencia a 800 bps (400bps en modo conmutado 50%)

Código convolucional tasa 1/2 o1/3

Código convolucional tasa 1/4

El requerimiento de Eb/No en CDMA2000 es menor

En CDMA2000, el uso de detección coherente en el enlace de subidacompensa por la eliminación de la modulación ortogonal Walsh 64-aria usadaen IS95. Una serie de factores mostrados en la Tabla arriba hacen que elrequerimiento de Eb/No en CDMA2000 (aplicaciones de voz) seasignificativamente menor que en IS95. Esto tiene implicaciones en lacapacidad, como se verá luego.

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Control de Potenciaa Lazo Abierto

Pa= -Pr + Offset + Parametros + Corrección Interferencia + Incrementos

Ráfaga de Acceso @ P a

MS mide la potencia recibida P ry Ec/Io

Corrección Interferencia (sólo IS-95-B)

Ec/Io Medido

7 dB

- 7 dB- 14 dB

Canales de Bajada

El control de potencia a lazo abierto es un algoritmo autónomo por el cual el MS

estima su potencia de transmisión durante los intentos de acceso en los cuales

no está activo el control de lazo cerrado, y también se usa junto con el control

a lazo cerrado para corregir la potencia de transmisión a fin de ayudar a superar

situaciones de desvanecimiento a largo plazo.

El algoritmo se basa en el hecho de que la atenuación en ambas direcciones es

similar debido a la correlación entre ellas. Por ello, la potencia recibida en una

dirección es un buen indicativo de las condiciones del canal en la otra dirección.

Por ello, el móvil estima su potencia de transmisión en base a la potencia de RF

recibida. La ecuación muestra la forma en que se calcula la potencia durante un

acceso. La potencia transmitida es inversamente proporcional a la potencia

recibida en bajada.

La estimación a lazo abierto es, no obstante, imperfecta, debido a las diferencias

en el desvanecimiento a corto plazo entre ambos enlaces.

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Secuencia de Sondas de AccesoPotencia

dBm

TimeS

ond

a 1

Son

da

2

Son

da

3

Tiempo Aleatorio

Incremento

Potencia Promedio (dBm) = -potencia promedio medida (dBm)+ offset (dB)+ corrección de interferencia (dB)+ NOM_PWR - 16*NOM_PWR_EXTs

+ INIT_PWR + Incrementos

Sonda de Acceso

En el modo de acceso, el móvil estima su potencia de transmisión inicial y

envía una sonda (ráfaga) de acceso. Si no se recibe respuesta dentro de un

tiempo predefinido, el móvil incrementa su potencia en un valor entre 0 y 7

dB (según un parámetro ajustable por el operador) y enviará una nueva ráfaga.

El proceso se repite un número predeterminado de veces, y luego la

secuencia entera se puede repetir también hasta que se reciba respuesta o

se agoten los intentos.

Los parámetros a los cuales se ha hecho referencia se definen en el Access

Parameters Message.

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Relevos de Acceso

ESTADO OCIOSO

ESTADODE ACCESO

Se recibe un Page ousuario marca núm ero

Comienzan las Sondasde Acceso)

Contínuan las Sondas

Channel Assignment Message

Relevo Ociososi es necesario

Relevo Ociosoentre sondassi es necesario

Asignación delCanal de Tráficoen Relevo Suave

TIA/EIA-95 MEJORAS

Update Overhead Inform ation

Continúan las Sondas

Sonda es RespondidaRelevo en Acceso

Relevo Ociosoentre sondassi es necesario

ACCESSENTRY

HANDOFF

ACCESSPROBE

HANDOFF

ACCESSPROBE

HANDOFF

ACCESSHANDOFF

CHANNEL ASSIGNMENTINTO SOFT HANDOFF

En la figura se ilustran los cuatro procedimientos para relevo antes, durante,

o justamente después de una operación de acceso. Estos son soportados mediante

mensajes especiales incluídos en CDMA2000 e IS-95B (pero no en IS95A).

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Canales Físicos CDMA2000 (bajada)

CommonAssignment

Channel(F-CACH)

Common PowerControlChannel

(F-CPCCH)

CanalesComunes de

Corto Uso

Pilot Channel(F-PICH)

Auxiliary PilotChannel

(F-APICH)

TransmitDiversity Pilot

Channel(F-TDPICH)

AuxiliaryTransmt Diversity

Pilot Channel(F-ATDPICH)

CanalesPiloto

PagingChannel(F-PCH)

Quick PagingChannel

(F-QPCH)

BroadcastChannel

(F-BCCH)

CommonControlChannel

(F-CCCH)

SynchronizationChannel

(F-SYNCH)

Canalesde "paging"

y señalización

FundamentalChannel

(0-1)(F-FCH)

SupplementaralCode Channels

(0-7)(F-SCCH)

SupplementalChannels

(0-2)(F-SCH)

DedicatedControl Channel

(0-1)(F-DCCH)

CanalesDedicados

CANALES FÍSICOS CDMA2000(enlace de bajada)

Sólo CDMA2000

IS-95 & CDMA2000

En CDMA2000 se emplean cuatro tipos de canales:

Canales piloto.- En adición al Piloto común (que es el mismo que encdmaOne), CDMA2000 soporta tres nuevas señales piloto: auxiliares (usadaspara soportar tecnologías avanzadas de antenas), pilotos para diversidad(usadas cuando se aplica alguna de las dos técnicas de diversidad detransmisión en el enlace de bajada), y piloto auxiliares para diversidad (usadascuando se implementan antenas inteligentes conjuntamente con diversidad).Estos nuevos canales piloto son opcionales y se implementan sólo de sernecesarios.

Canales de “paging” y señalización.- Aparte del canal de sincronismo y el depaging (los mismos que en cdmaOne), CDMA2000 soporta opcionalmente uncanal de “quick paging” (usado para permitir la reducción de consumo deenergía en modo stand by), el nuevo canal de control común y el de broadcast(la combinación de éstos dos cumple el mismo rol que el canal de paging encdmaOne). En 1X, los únicos obligatorios son “paging” y sync.

Canales Dedicados: Además del canal Fundamental (nuevo nombre para elcanal de tráfico) y los Supplemental Code Channels (IS-95-B), se introduce unCanal Dedicado de Control (para señalización en canal separado) y los canalesSuplementales (para altas velocidades). En una conexión de tráfico cualquierasiempre habra al menos un canal Fundamenta o un canal dedicado de control.

Los canales comunes de corto uso son opcionales y no están en la Versión 0.

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Configuraciones de Radio(bajada)

1800, 3600, 7200, 1440, 28800, 57600, 115200, 230400, 259200, 460800, 518400 y1036800 con R = 1/2 (20ms) o 1/3 (5ms), símbolos y modulación QPSK

3X9

1800, 3600, 7200, 1440, 28800, 57600, 115200, 230400 and 460800 con R = 1/4 (20 ms)o 1/3 (5ms), símbolos y modulación QPSK

3X8

1200, 1350, 1500, 2400, 2700, 4800, 9600, 19200, 38400, 76800, 153600, 307200y 614400 bps con R = 1/3, símbolos y modulación QPSK

3X7

1200, 1350, 1500, 2400, 2700, 4800, 9600, 19200, 38400, 76800, 153600 y 307200bps con R = 1/6, símbolos y modulación QPSK

3X6

1800, 3600, 7200, 14400, 28800, 57600, 115200, y 230400 bps con

R = 1/4 , símbolos y modulación QPSK, diversidad permitida

1X5

1200, 1350, 1500, 2400, 2700, 4800, 9600, 19200, 38400, 76800, 153600, y 307200con R=1/2, símbolos y modulación QPSK, diversidad permitida

1X4

1200, 1350, 1500, 2400, 2700, 4800, 9600, 19200, 38400, 76800 y 153600 bps concon R=1/4, símbolos y modulación QPSK, diversidad permitida

1X3

1800, 3600, 7200 and 14400 bps con R = 3/4, BPSK pre-spreading symbolsLegado IS95)2

1200, 1400, 4800 and 9600 bps con R = 1/2, símbolos BPSK, ensanchamiento IQLegado IS951

Tasas de Datos, tasa de corrección de errores (R) y otras caracterísitcasModoConfiguración

de Radio

CDMA2000 especifica nueve Configuraciones de Radio para el enlace debajada. Las Configuraciones 1 y 2 son el legado de IS95 (Tasa 1 y Tasa 2), aligual que en el enlace de subida. Configuraciones 3, 4 y 5 son las nuevasconfiguraciones para 1X, y las Configuraciones 6, 7, 8, 9 corresponden a 3X.

La configuración que es obligatoria para móviles 1X es la número 3. En casode que sea un móvil 3X, la configuración obligatoria la número 7.

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Enlace de Bajada:cdmaOne vs. CDMA2000

cdmaOne cdma2000

CANALES

• C omúnes

• D edicados

F-PICHF-SYCHF-PCH

F-FCHF-SCCH

F-BCHF-PICHF-SYCHF-PCHQuick Paging Channel (QPCH)F-CAPICHF-CCCHF-TDPICHF-ATDPICHF-CPCHF-FCHF-SCCHF-SCHF-DCCHF-DAPICH

Modulación BPSK QPSK

Control de Potencia Lento, escaso rango dinámico Rapido, hasta 800 comandos/segSoporte de canales múltiples

Pilotos Auxiliares No Si

Códigos Walsh Longitud Fija (64 chips / símbolo) Longitud variable

Tasa de Datos• F -FCH

• F -SCH

1.2 - 9.6 o1.8 - 14.4 kbps

N/A

1.2 - 14.4 kbps

1.5 – 307 kbps

Un número elevado de nuevos canales han sido agregados en CDMA2000 afin de ampliar la funcionalidad de IS95, aunque muchos de éstos son sóloopciones. Se ha sustituído la modulación BPSK por modulación QPSK, lo cualincrementa el número de códigos ortogonales disponibles por sector. Loscódigos Walsh en CDMA2000 son de longitud variable: esto con el fín desoportar tasas de datos variables. La capacidad máxima de cada F-SCH enCDMA2000 es de 307 kbps (1X).

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Códigos Walsh deLongitud Variable

C(1)1=[0]

C(1)2 =[00]

C(2)2 =[01]

C(1)4 =[0000]

C(2)4 =[0011]

C(3)4 =[0101]

C(4)4 =[0110]

FE=1R=rc

FE=2R=rc/2

FE=4R=rc/4

FE=factor deensanchamiento

Lo Códigos Ortogonales de Longitud Variable es un conjunto de códigos conlas siguientes características:

1. Coódigos con el mismo factor de ensanchamiento constituyen un juego decódigos Walsh.

2. Códigos con distintos factores de ensanchamiento son ortogonales susposiciones en el árbol (que se muestra en la figura) son tales que el código demayor factor no se deriva de la rama ocupada por el código de menor factor.

El uso de éstos códigos permite cambiar la tasa de datos de cada usuario. Másaún, permite que canales cuyas tasas de datos son distintas sean multiplexadosde forma ortogonal, es decir, con separación perfecta dentro de un sector.

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Ortogonalidad a DistintasTasas de Datos

Canal @ R1(SF=2)

Canal @ R2(SF=4)

0 1 0 1

0 0 1 1

Ortogonalidad en labase del usuario @ R1

Ortogonalidad en labase del usuario @ R2

C(2)2

C(2)4

R1 = 2 R2

Con los Códigos Ortogonales con factor de Ensanchamiento Variable, canalesa distintas velocidades pueden mantener ortogonalidad, la cual se verifica en labase (número de chips) de todos los canels transmitidos.

Ello permite transmitir las señales correspondientes a usuarios de distintastasas de datos sobre una sola señal CDMA en el enlace de bajada.

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Funciones Cuasiortogonales

√ Códigos Walsh en CDMA2000 pueden agotarse:√ Mayor capacidad y eficiencia espectral que IS95√ Estructura en forma de árbol√ Necesidad de soportar canales comunes de IS95

√ Las Funciones Cuasiortogonales son códigos concorrelación pequeña respecto a los códigos Walsh.

√ Se obtienen multiplicando códigos Walsh por dosmáscaras especiales:√ Máscara de signo√ Máscara de rotación

Debido a la estructura jerárquica de los códigos Walsh de tasa variable y lanecesidad de soportar los canales comunes de control de IS95, es posible queen ciertas circunstancias los códigos Walsh en una BTS puedan agotarse. Enese caso, el estandard IS2000 define un algoritmo para generar códigos extraque no son ortogonales pero guardan una correlación controlada con loscódigos Walsh existentes. Estas funciones, llamadas cuasiortogonales, seobtienen multiplicando los códigos Walsh por unas máscaras (de signo y derotación) cuya operación se ilustra en la página siguiente.

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Control de Potencia en el Enlacede Bajada

+-

Estimaciónde Eb/No

Punto de Balancedel Eb/No

+-

Estimaciónde FER

ObjetivoFER

Detección

lazo interno (800 Hz)

lazo externo

FCH, SCH y/o DCCH

Bits de Control dePotencia multiplexados

en el Canal Piloto

El control de potencia rápido del enlace de bajada en CDMA2000 estámodelado en base al del enlace de subida de IS-95, con algunas diferencias.

En el lazo interno del control de potencia del enlace de bajada, la estaciónmóvil envía comandos binarios de control de potencia obtenidos comparandola estimación de Eb/No con el Punto de Balance, el cual es ajustado por el lazoexterno.

Los comandos de control de potencia se envía multiplexados en el tiempo conel canal piloto en el enlace de subida. El llamado sub-canal de control depotencia puede estar dividido en subcanales primario y secundario. En esecaso, el subcanal primario controla el F-FCH, F-DCH o ambos, y el subcanalsecundario controla el F-SCH.

Se definen siete modos de operación del control de potencia debajada. Laestación base y la estación móvil soportan todos estos modos. Nuevosparámetros son añadidos al Extended Channel Assignment Message, PowerControl MessageExtended Channel Assignment Message, Power ControlMessage y Extended Supplemental Channel Assignment MessageExtendedSupplemental Channel Assignment Messagepara soportar la operación de estecontrol de potencia. Asímismo, se han hecho cambios en el PowerMeasurement Report Message (PMRM) a fin de poder llevar estadísticas deFER en el F-DCCH y el F-SCH. Esto tiene como finalidad extender lacapacidad del control de potencia existente basado en PMRM.

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Subcanal de Control de Potencia

v

l

1 2 3 4 5 7 8 9 1 0 11 12 13 1 4 1 560

Subcanal de Controlde Potencia (subida)

Fin deTrama

Canal Piloto (subida)Grupo de Controlde Potencia (1.25 ms)Inicio de

Trama

Número del Grupo de Control de PotenciaCanal Piloto + Sub-canal de Control de Potencia (subida)

PilotoControl

dePotencia

384 Chips

1 Grupo de Control de Potencia = 1536 Chips

Una Trama (20 ms)

Los comandos de control de potencia van multiplexados en el enlace de subidajunto con la señal piloto transmitida por el móvil. Dentro de cada Grupo deControl de Potencia (GCP = 1.25 ms), una cuarta parte de los chips se dedicana ensanchar el comando de control de potencia.

La señal piloto se transmite de manera contínua, a excepción de que el móvilentre en operación conmutada (50% o 25%). En este caso, solo la mitad (o lacuarta parte, respectivamente) de GPC son transmitidos. La operaciónconmutada se permite únicamente durante el estado de retención de control, y(opcionalmente) durante tramas de 1/8 de tasa en transmisión de señales devoz.

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Modos del Control de Potenciadel Enlace de Bajada

Tasa deComandos

FPC_MODE Grupos deControl dePotenciaPrimarios

Grupos deControl dePotencia

Secundarios800 bps 000 0 -15 N/A

400/400 bps 001 0 –14 (pares) 1-15 (impares)200/600 bps 010 1, 5, 9, 13 todos los demás50 bps EIB 011 0 -15 N/A50 bps QIB 100 0 - 15 N/A50/50 bps 101 0 – 14 (pares) 1 –15 (impares)400/50 bps 110 0 – 14 (pares) 1 –15 (impares)Reservado 111 N/A N/A

Siete modos de Control de Potencia se definen en CDMA2000. Para los modosdivididos (por ejemplo, 400/400) se definen dos sub-canales (primario ysecundario). Estos subcanales se envían en grupos de control de potenciadistintos y alternados (excepto el modo 200/600). El subcanal primariocontrola bien sea el F-FCH o el F-DCCH, mientras que el secundario controlael SCH.

En los modos 800, 400/400 y 200/600 bps se aplica control rápidod lazocerrado similar al que se aplica en el enlace de subida. En el modo 50 bps EIBse transmite el bit de borrado (“erasure”) definido de forma similar acdmaOne. En este caso se envía el mismo bit sobre todos los grupos de controlde potencia (repetido). Por ello la tasa fectiva es sólo 50 bps. Es el modoequivalente al control que se usa en cdmaOne.

El modo 50 bps QIB es similar al modo EIB 50 bps, sólo que el comando quese transmite es el Quality Indicator Bit. Este bit es útil cuando se transmite elDCCH en forma conmutada (discontínua). Cuando no se hay tramas del F-DCCH, el móvil puede monitorear la potencia en el comando de control depotencia de bajada y ajustar el QIB de acuerdo a si se mide suficiente potenciao no. Este mecanismo permite mantener un control de potencia, aunquerudimentario, cuando el DCCH se encuentra apagado en el modo de Retenciónde Control.

Los modos 50/50 (QIB/EIB) y 400/50 (comando normal/EIB) representancombinaciones de los modos anteriores.

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Lazos de Control de Potencia enel Enlace de Bajada

• El subcanal primario opera sobre el F-FCH o F-DCCH, mientras que el subcanal secundario operasobre el F-SCH0 o el F-SCH1.

• Lazos de control de potencia internos y externosdiferentes se mantienen para cada canalmonitoreado.

• BTS indica al móvil cuáles canales han de sermonitoreados, así como los parámetros de los lazosexternos.

En CDMA2000, el subcanal primario opera sobre el F-FCH o F-DCCH,mientras que el subcanal secundario opera sobre el F-SCH0 o el F-SCH1. cadaCada canal monitoreado mantiene lazos de control de potencia internos yexternos separados. La estación base indica al móvil cuáles canales han de sermonitoreados, así como los parámetros de los lazos externos.

En caso de monitoreo del F-FCH o el F-DCCH, el móvil ajusta el punto deequilibrio del Eb/No a fin de lograr el objetivo FER para tramas de tasacompleta y 20 ms de duración.

En caso de monitorear uno de los F-SCH, el móvil ajusta el punto de equilibriodel Eb/No a fin de lograr el objetivo FER para la máxima tasa de datosasignada.

Page 27: CDMA2000 parte2

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Orthogonal Transmit Diversity (OTD)

QPSK

QPSK

Spread& Mod

RepetirS2 -S2

S1

S2

S/P

+

+Walshn

GananciaCanal A

GananciaCanal A

Spread& Mod

RepetirS1 S1

PN Corto

Antena A

Antena B

� Una de las antenas usa el canal piloto comun (F-CPICH).� La otra requiere un canal piloto auxiliar (F-TDPICH).� La repetición de símbolos introduce ortogonalidad entreramas.� El receptor detecta ambos códigos y multiplexa sus salidas.� Ganancia está entre 0.5 y 2 dB, dependiendo de la velocidaddel móvil y el número de multitrayectos detectados.

Orthogonal Transmit Diversity (OTD) se ofrece en CDMA2000 como unaopción para proporcionar diversidad espacial. La gráfica representaconceptualmente el proceso de OTD.

Los símbolos codificados son separados (S/P) y luego transmitidos por antenasdiferentes. La repetición de símbolos en cada rama las hace efectivamenteortogonales, como si cada una usara un código Walsh diferente. Notar que,debido al separador S/P, el número de códigos usados es el mismo que si no seusara OTD.

Ganancias de 0.5 - 2 dB se obtienen en el enlace de bajada con OTD,dependiendo de la velocidad del movil y el número de multitrayectosdetectados por el MS.

Para OTD, una señal Piloto OTD (F-TDPICH) debe ser introducida para lasegunda antena. Esta piloto se envía con -3, -6 o -9 dB respecto a la pilotoprincipal (F-CPICH).

OTD es parte de la especificacación CDMA2000 desde su primera versión(Release 0). OTD (al igual que STS, Space Time Coding, el otro esquema dediversidad introducido en Release A) es opcional en la BTS y en el MS.

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Reducción de Consumo deEnergía en modo “stand-by”

t

1 trama

Móvil "dormido" chequea dos ranurasespecíficas y predeterminadas en cada trama

demodulando el pulso ASK

No hay energía:Móvil sigue "dormido"

Hay energía:Móvil se activa y lee canal deseñalización (paging)

La gráfica ilustra el principio de ahorro de energía durante modo “stand-by”.El móvil entra en un estado “dormido” o “latente”, similar al modo de pagingranurado en cdmaOne. La diferencia es que, para monitorear la información dela BTS, el móvil no despierta del todo sino que sólo enciende parte de suscircuitos para verificar la el bit modulado en ASK en una determinada ranura,y en un código específico. Si se comprueba que existe energía por encima decierto nivel, y el bit es ‘1’, entonces el móvil despierta del todo y lee entoncesel canal de “paging”; si no se da esta condición, entonces el móvil vuelve alestado dormido. En la lámina siguinete se detalla el proceso de decisiónasociado al indiacador de QPCH.

Se ha reportado que este mecanismo duplica el tiempo de vida de la batería enmodo “stand-by”.

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Canal de Quick Paging

Canal de Paging1.28 s

0 1 2 162047 15...

Ranura del Canal de Paging

t0

Ranura del Canal de Quick Paging

indicadores de paging

3 indicadoresreservados

(80 ms)

1 2 3 4 1

20ms 20 ms20 ms 20 ms

t2 3 4

20 ms 20 ms 20 ms20 ms

80 ms

Ranura del Canal de Quick Paging

(80 ms)

Canal de Quick Paging

indicadores de pagingIndicadoresde Cambio deConfiguración

3 indicadoresreservados

Indicadoresde Cambio deConfiguración

t0-100 ms

El canal de Quick Paging opera sobre el mecanismo de Paging ranurado de IS-95. Los mensajes de pagingpara cada móvil se transmiten únicamente en unade las ranuras de 80 ms predeterminadas por el algoritmo de “hashing”.

Un bit de “paging Indicator” (PI) se envía en dos ocasiones (repetido)anunciando un mensaje en el paging channel (una vez en la ranura 1 o 2, y lasegunda vez en la ranura 3 o 4, ver gráfica). El bit de PI se envía modulado enOOK (On-off keying). Así se permite que el móvil monitoree únicamene lapresencia de energía en el código respectivo, en lugar de tener que demodulary decodificar un mensaje de alto nivel (L3) como en IS-95.

La posición del inidicador PI se obtiene a través de una función de hashingsobre el IMSI. Quedan al menos 20 ms entre un bit de PI y la ranura en la cualse envía el mensaje de paging.

El canal QPCH puede operar a 2400 bs o 4800 bps. En el primer caso setransmiten 192 posiciones de PI más dos pares de posiciones para elConfiguration Change Indicator (CCI), mientras que en el segundo caso hay384 posiciones más dos grupos de 4 bits de CCI. La tasa de símbolos de canales siempre 19200 bps, gracias a la repetición de bits.

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Detección del Indicador del QPCH

Leer QPCHPI # 1

Leer QPCHPI # 1

Móvil vaa “dormir”

Leer Canalde Paging

“1” o borrado

“1” o borrado

“0” “0”

Cero

Umbralde Borrado

Energía Piloto

Borrado

DetecciónBinaria

Coherentedel PI

El móvil pasará a leer los mensajes del canal de Paging sólo si se reciben losdos bits de PI en “1” o en borrado. la condición de borrado (“erasure”) sepresenta cuando el móvil no recibe suficinte energía en la señal piloto debajada. De lo contrario, es decir, si se recibe la señal piloto con suficienteenergía, la detección del bit de PI se hace de manera usual (binaria) y en formacoherente.

La condición de borrado se verifica monitoreando la energía en el canal piloto,mientras que la decisión sobre el canal de QPCH se hace con un umbral único.

De recibir algúno de los bits de PI en ‘0’, el móvil regresa al estado de bajoconsumo de energía (“dormido”).

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Cambios de ConfiguraciónIndicados en el F-QPCH

• En TIA/EIA 95 el móvil puede conservar mensajesde configuración de otras BTS hasta por 10 minutos.– Al hacer relevo ocioso, el móvil compara el valor de

CONFIG_MSG_SEQ que tiene en memoria con el de losmensajes recibidos de la nueva BTS.

• En CDMA2000 el móvil monitorea los bits de CCI(Configuration Change Indicator) del F-QPCH a finde saber si debe leer los mensajes de configuración.– Los bits de CCI se colocan en ‘1’ por 10 minutos cuando

cambian los mensajes de configuración.

En TIA/EIA-95 el móvil puede conservar en memoria los mensajes deconfiguración provenientes de otra BTS vecina por hasta 10 minutos. Cuandoun móvil hace relevo ocioso, recibe un mensaje que contiene el campoCONFIG_MSG_SEQ de la nueva BTS.

- Si los mensajes de configuración en memoria tienen la mismaCONFIG_MESG_SEQ, el móvil no toma ninguna acción.

- Si los mensajes de configuración en memoria tienen distintoCONFIG_MESG_SEQ, el móvil debe re-adquirir todos los mensajes deconfiguración.

- Si el móvil no tiene mensajes guardados en memoria, el móvil debe adquirirtodos los mensajes de configuración.

En CDMA2000, si los mensajes de configuración han cambiado en los últimos10 minutos, los bits de CCI (Configuration Change Indicators) de la BTS secolocan en ‘1’, indicando al móvil que éste debe actualizar dichos mensajes.

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�Umbrales de Transición se hacen dinámicos:

Mejoras de Relevo Suaveen IS-95B y CDMA2000

T DROP I S Ec Iok D ii

ND k

_ log ( / ),

= +

=

∑101

T ADD I S Ec IoA ii

NA

_ log ( / )= +

=

∑101

T_ADD es el umbral de adición dinámico en dB (en dB)T_DROPk es el umbral de substracción dinámico del piloto k -ésimo (en dB)S es la pendiente suave (soft slope)IA, IA son los puntos de intercepción A y DNA es el número de pilotos activasND,k es el número de pilotos activas con Ec/Io es mayor que la del piloto k-ésimo

En IS95-A a veces el móvil entra en relevo suave cuando no lo necesita. Enotras ocasiones el móvil mantiene pilotos activas que no son necesarias. A finde mitigar estos efectos, en IS-95B (TIA/EIA-95) los umbrales T_ADD ,T_DROP se hacen dinámicos, es decir, se modifican en función de las pilotosque están en el grupo activo. Estos cambios se mantienen en CDMA2000. Lasecuaciones muestran que:

1. T_ADD dinámico aumenta si hay pilotos fuertes activas en un instantedado. Esto dificulta la aceptación de nuevas pilotos para relevo suave que noson necesarias.

2. T_DROP dinámico para el piloto k-ésimo aumenta si hay pilotos fuertesactivas que son más fuertes que la piloto k-ésima en un instante dado. Estofacilita la eliminación de pilotos que no son necesarias.

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Comparación entre IS-95Ae IS-95B, CDMA2000

Relevo suave para un MS IS-95BRelevo suave para un MS IS-95A

Piloto Ec/Io

Time

Piloto 1Piloto 2

T_ADD

T_DROP

Total Ec/Io de Pilotos Activas

1 3 4 5 6 7 9

T_ADDdin

T_DROPdin

2 8

T_TDROP

T_TDROP

La gráfica compara los eventos de relevo suave en IS-95A e IS-95B,CDMA2000:

1. Piloto 2 excede T_ADD. MS la mueve al Grupo Candidato.

2. MS en IS-95A recibe HDM y añade la piloto 2 al grupo Activo.

3. Piloto 2 excede T_ADD “dinámico”. MS envía PSMMM.

4. MS en IS-95B recibe EHDM y añade la piloto 2 al grupo Activo.

5. Piloto 1 cae por debajo del T_DROP dinámico. T_TROP timer comienza(IS-95B).

6. T_TDROP timer expira, y móvil envía PSMM (IS-95B).

7. MS recibe EHDM y elimina el piloto 1 del grupo Activo (IS-95B).

8. El móvil IS95A cae por debajo de T_DROP, comienza timer T_TDROP .

8. MS recibe HDM y elimina el piloto 1 del grupo Activo (IS-95A).

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Mejoras en Relevo Interfrecuencia(IS95-B, CDMA2000)

� Se permite al móvil regresar a F1 si elintento de acampar en F2 falla.

� Se permite visitas de “sólo búsqueda” a F2.

� Se permite búsquedas opcionales enAMPS.

� Se permite configurar las ventanas debúsqueda en F2, umbrales de detección, yotros parámetros.

En IS95A se reportaron numerosos problemas en el relevo rígidointerfrecuencia. Éstos son mitigados en IS95B y CDMA2000 gracias a unaserie de mecanismos que incluyen:

1. Se permite al móvil regresar a F1 si el intento de acampar en F2 falla.

2. Se permite visitas de “sólo búsqueda” a F2.

3. S permiten búsquedas opcionales en AMPS.

4. Se permite configurar las ventanas de búsqueda en F2, umbrales dedetección, y otros parámetros.

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Mensajes Involucrados en elRelevo Rígido Interfrecuencia

� Candidate Frequency Search Request Message

� Candidate Frequency Search Response

� Candidate Frequency Search Control Message

� Candidate Frequency Search Report Message

� General Handoff Direction Message

�Enlace de Bajada

�Enlace de Subida

En TIA/EIA95 (IS95B) se introducen una serie de mensajes que permitensoportar los procedimientos mejorados de relevo rígido interfrecuencia. Talesinnovaciones se mantienen en CDMA2000. Estos mensajes son:

1. Candidate Frequency Search Request Message (enlace de bajada) ordena almóvil a calcular, con sus recursos, cuanto demorará en hacer una búsqueda enla otra frecuencia.

2. Candidate Frequency Search Response (enlace de subida) permite al móvilresponder al mensaje anterior con los calculos pedidos.

3. Candidate Frequency Search Control Message (bajada) ordena al móvil ahacer la búsqueda. Ésta puede consistir de varias visitas.

4. Candidate Frequency Search Report Message (subida) es usado por el móvilpara reportar el resultado de su búsqueda.

5. General Handoff Direction Message (bajada) es empleado para ordenar almóvil el relevo rígido interfrecuencia.

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Recuperación de Fallaen Relevo Interfrecuencia

Reporte(CSFRM)

GHDM

GHDM ordena

relevo rígido

hacia F2

MS declara

falla de relevorígido

F1

F2

Frecuencia.

Tiempo

Una de las ventajas claves de IS-95B y CDMA2000 en cuanto a RelevoInterfrecuencia es la posibilidad de que el móvil regrese a la frecuencia deorigen si no puede adquirir la nueva portadora. Este mecanismo permite evitaruna buena parte de las llamadas caídas en IS-95A por este motivo.

Si el MS declara un intento de relevo rígido interfrecuencia como fallido,restaurará la configuración que tenía antes de intentarlo y enviara unCandidate Frequency Search Report Message (CFSRM)

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Visitas de Sólo Búsqueda

Reporte(CSFRM)

GHDMCFSCM

MS completabúsqueda

F1

F2

Frecuencia

Tiempo

CFSRM CFSR

Visita Única

El móvil puede visitar la frecuencia objetivo para realizar únicamentemediciones, según sea ordenado por la BTS. Las búsquedas pueden ser únicaso periódicas (múltiples). Cada búsqueda puede hacerse en una o varias visitas,de acuerdo al número de pilotos a monitorear y las capacidades del móvil.Cada vez que el móvil completa una búsqueda, reporta en el CSFRM la fase ypotencia de las pilotos que esten en el Candidate Frequency Search Set quesean mayores que CF_T_ADD.

El parámetro CF_T_ADD y los pilotos de la lista Candidate Frequency SearchSet son informados al móvil en el CFSCM.

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Arreglos de Antenas

Σ

Usuario 2

Usuario 1

SeñalUsuario 1

En un arreglo de antenas típico(antenas inteligentes) las señales recibidas demúltiples elementos son pesadas en amplitud y fase, y luego combinadas paragenerar una salida única. La señal detectada para cada usuario (o zona de altadensidad de usuarios) emplea un juego de coeficientes distintos. El patrónresultante muestra una ganancia elevada en la dirección preferencial y/o nulosen la dirección de los interferentes más poderosos.

Media longitud de onda es suficiente separación entre los elementos de lasantenas para conseguir decorrelación de los componentes.

Los coeficientes se adaptan en de forma contínua con la ayuda de unasecuencia de entrenamiento o señal piloto, o bien se adaptan una vez y seopran de forma permanente o semi-permanente para servir una zona de altadensidad de usuarios. La segunda opción luce más atractiva pues se evita lanecesidad de tener algoritmos de adaptación en las BTSs, y porque es muyfactible de emplear en ambos enlaces (subida y bajada).

Cada vez que se instrumenta un arreglo adaptivo de antenas en el enlace debajada, debe proveerse de una piloto auxiliar (F-ATDPICH) para proporcionarla referencia de fase a los móviles que emplean el haz transmitido por elarreglo de antenas.

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Canales Piloto Auxiliares

Sector γγγγ

Sector αααα

Sector ββββ

ββββ

αααα

γγγγ

Piloto Auxiliar Dedicado a un usuario específico

Terminal de alta velocidad

Concentración de usuarios a alta velocidad

Piloto Auxiliar Común

Pilotos Comúnes

Esta figura ilustra los distintos canales pilotos en CDMA2000:

-Los pilotos comúnes (uno por sector) son los mismos soportados en IS95(Walsh cero).

-Los pilotos auxiliares comúnes permiten el soporte de arreglos de antenas deltipo “hot spot”, es decir, para servir puntos de alta densidad de usuarios(centros comerciales, intersecciones, etc). El rayo es fijo, o a lo sumo cambiaen una base temporal lenta.

-Los pilotos auxiliares dedicados se usan para formar y dirigir rayos de formaadaptiva a un usuario específico, siguiéndolo a medida de que este cambia deposición. Puede usarse para cubrir terminales de alta demanda de bps, lo cualayuda a preservar la capacidad del sector.

Las pilotos auxiliares no se identifican con desplazamientos distintos de lasecuencia de PN (como los pilotos comúnes), sino a treavés de diferentescódigos Walsh. Esta información se incluye en el nuevo Extended NeighborList Message.

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Conexiones de Radio: Circuito vs. Paquete

datos“relleno”

mantenimientodel enlace

datos

encabezadode acceso

datos

t

t

t

circuito

paquete en canaldedicado

paquete en canalcomún

La transmisión de paquetes en una conexión de radio tipo circuito involucramantener ocupado un canal de radio por el tiempo de duración de la sesión,incluyendo el envío de datos de “relleno” que no llevan ninguna información yque por tanto constituye un desperdicio de recursos de radio.

En CDMA2000 1X RTT existen dos modalidades para transmisión depaquetes: en canal dedicado y en canal común. En canal dedicado, se envíanlos paquetes más una señalización mínima que permite mantener el enlacevivo por la duración de la sesión. En canal común, los datos se transmitensiguiendo un protocolo de acceso aleatorio en el cul no se envía ningunainformación que no sea el paquete de datos y la señalización necesaria paraestablecer la conexión.

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Dos Mecanismos ParaTransmisión de Paquetes (subida)

Canal Dedicado Canal Común

Transmisiónde Paquetesen el Enlacede Subida

� Se hace sobre el R-SCH,R-FCH or R-DCCH

� Cuando el buffer estávacío, el móvil puedetransicionar al Estado deRetención de Control

� Apropiado para paquetesgrandes y/o frecuentes

� Se hace sobre el R-CCCH(ocasionalmente sobre elR-EACH)

� El proceso es programadoy negociado a través del R-EACH yF-CACH

� Apropiado para paquetescortos y poco frecuentes

En CDMA2000 se cuenta con dos nuevos mecanismos para transmisión depaquetes sobre el enlace de radio. La lámina ilustra la aplicación de éstos sobreel enlace de subida, aunque existen mecanismos equivalentes para el enlace debajada.

Paquetes grandes y/o frecuentes pueden transmitirse sobre un canal dedicado(R-FCH, R-SCH o R-DCCH) sin necesidad de establecer la conexión de formapemanente. Cuando el buffer se vacía, el móvil puede transicionar (porvoluntad propia u ordenado por la BTS) al estado de Retención de Control (aexplicarse en una próxima lámina).

Paquetes cortos y poco frecuentes deben transmitirse sobre el R-CCH, en unproceso que se negocia vía el R-EACH y el F-CACH. La lámina siguienteexplica el proceso.

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Estado de Retención de Control

EstadoActivo

EstadoOcioso

~20 segundos sin actividad

Establecimiento de llamada

EstadoActivo

EstadoRetenciónde Control

EstadoOcioso

Pocos mssin actividad

Mensajescortos (5 ms)

Largo periodosin actividad

Establecimientode llamada

IS95

CDMA2000

� Control de Potencia� DCCH asignado� Reasignación rápida de canales de tráfico

� No hay canales dedicados� Liberación de recursos� Estado PPP se mantiene� Ráfagas cortas de datos

� Canales de tráfico, control y control de control de potencia asignados

Cuando se establece transmisión de paquetes en canal dedicado, la conexiónno necesariamente debe mantenerse durante todo el tiempo que dure la sesión.A diferencia de IS95, el móvil puede transicionar a un estado semi-activollamado Retención de Control en el cual se mantiene sólamente la señalizaciónbásica necesaria para mantener la conexión activa, más comandos de controlde potencia en ambas direcciones. El estado de Retención de Control semantiene sobre el DCCH o el FCH, mientras que los paquetes puedentransmitirse sobre el FCH o el SCH, en cuyo caso pueden enviarse a altavelocidad.Este mecanismo evita la necesidad de enviar data nula (introduciendointerferencia innecesaria sobre la interfaz aérea) mientras se espera porpaquetes para enviar.

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Nuevos Protocolos en CDMA2000

Nueva en CDMA2000

Multiplexión Control QoS

RLP Transmisión Mejor EsfuerzoEstados de

ControlMAC

Servicios de

Alta Velocidad

de Redes Circuito

Protocolo LAC LAC Nula

MAC

LAC

Capa Física

IP

PPP

TCP UDP

Serviciosde

Señaliza-ción

AplicacionesDatos Paquete

Servicios deVoz

AplicacionesDatos Circuito

CapaFísica (OSI 1)

Capa deEnlace (OSI 2)

CapasSuperiores (OSI 3-7)

IP: Internet ProtocolLAC: Link Access ControlMAC: Medium Access ControlOSI: Open System InterconnectPPP: Point-to-Point ProtocolQoS: Quality of ServiceRLP: Radio Link ProtocolTCP: Transmission Control ProtocolUDP: User Data Protocol

La estructura por capas de cdmaOne proporciona servicios de voz, datospaquetizados (hasta 64 kbps), sencillas aplicaciones de data tipo circuito (porejemplo, FAX asincrónico) y voz + datos paquetizados (simultáneos).Los bloques resaltados en el esquema indican las nuevas funciones únicas enla estructura por capas de CDMA2000. En un nivel básico, CDMA2000 ofreceservicios y protocolos que corresponden con las dos capas más bajas delmodelo referencial OSI (capas físicas y de enlace). La capa de enlace estásubdividida en las capas MAC y LAC. Las aplicaciones y protocolossuperiores correspondientes a las capas 3-7 del modelo OSI utilizan losservicios provistos por la capa LAC de CDMA2000.Las nuevas funciones en CDMA2000 son:- Servicios de capa de Red tipo Circuito de alta velocidad.- Protocolo LAC para el soporte de datos paquetizados.- Estados de Control MAC para el soporte de datos paquetizados y laasignación dinámica de canales físicos.- Control de QoS para asegurar y hacer cumplir distintos requerimientos decalidad de servicio. Algunos de estos atributos son velocidades de datos,prioridades, retardos, etc. Esta función también permite balancear losrequerimientos de múltiples servicios concurrentes.

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Tipos de Registro en CDMA2000

AUTÓNOMOS

�Power-up

�Power-down

�Timer-based

�Distance-based

�Zone-based

�User-zone based

NO AUTÓNOMOS

�Ordenados

�Cambio deParámetros

Los registros autónomos son iniciadas por el móvil sin intervención ni del usuario ni de la red. Éstas son:- Power-up. Se produce cuando el móvil se enciende o se cambia de un sistema alternativo a CDMA.- Power-down. Se inicia cuando la unidad es apagada, siempre y cuando la unidad se hubiera registrado previamente en el sistema donde es apagada.- Timer-based. Se produce cuando un timer (contador) expira. Cualquier tipo de registro resetea el contador.- Distance-based. La unidad se registra cuando la distancia entre la estación base actual y la celda donde se registró por última vez supera cierto umbral.- Zone-based. Se produce cuando el usuario entra una nueva zona. El operador puede o no definir zonas dentro de cada sistema.- User-zone based. Basados en la definición de “zonas de usuario” por parte del operador.Los registros no autónomos son forzados por el sistema o alguna acción del usuario. Éstos son:- Ordenados. El sistema puede notar la presencia de un móvil sobre el cual no se tiene toda la información, en cuyo caso ordenará a éste que se registre.- Cambio de parámetros. Cuando el usuario altera algún parámetro (SCI, SCM, etc) el sistema debe saberlo. En este caso el móvil se registra e informa del cambio al sistema.

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BTS: Base Station TransceiverBSC: Base Station ControllerHLR: Home Location RegisterVLR: Visitor Location RegisterMSC: Mobile Switching CenterSMS SC: SMS Serving CenterPDSN: Packet Data Serving NodePCF: Packet Control FunctionPSTN: Public Switched Telephone NetworkISDN: Integrated Service Digital NetworkPDN: Packet Data Network (privada, pública)AAA: Authentication, Authorization and Accounting

Arquitectura de un SistemaCDMA2000 1X

BTS

BTS MS

BSC

MSC

HLRVLR

PSTNISDN

SMSSC

otras MSC

Router Fire Wall Router InternetPDN

AAA

PDSN

Home Agent

Circuitos

Paquetes

PCF

Otras Redes Paquete CDMA2000

CDMA2000 requiere de un “upgrade”, tanto a la red de acceso (BTS, BSC)como a la red “core” o núcleo de IS-95. En cuanto a la red “core”, es necesariodesarrollar el dominio de la data paquetizada que no existe en IS-95.La red “core” paquetizada se inicia con el PCF, una unidad ubicada en la BSCque se responsabiliza por la asignación de recursos de radio para las sesionesde paquetes, ejecución de relevos a nivel de la capa de enlace, establecimientode enlaces de radio, etc. La PCF se conecta con el PDSN, el cual es el corazónde la red “core” paquetizada CDMA2000 y al cual se dedica una próximalámina. El sistema emplea IP móvil para proporcionar movilidad a medida queel móvil se traslada entre redes paquetizadas distintas. Los distintos servidoresy nodos de la red también se comunican entre sí sobre IP.El servidor AAA permite autentificar conexiones de IP móvl y PPP,proporcionar autorización de acceso a perfil de servicio y claves de seguridad,y llevar la contabilidad. El servidor AAA emplea el protocolo Remote AccessDial-in User Service (RADIUS).El Home Agent realiza muchas tareas dentro de la red paquetizada IP,incluyendo hacer el seguimiento de la ubicación del suscriptor móvil a medidade que éste se mueve entre distintas zonas de la red de acceso, y asegurarse deque los paquetes sean enrutados correctamente.

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Capacidades Obligatorias enCDMA2000 1X Release 0

� Control de Potencia Rápido en ambos enlaces

� Canal Secundario de Control de Potencia (bajada)

� Funciones Cuasi-Ortogonales

� Piloto en el enlace de subida

�Mejoras en el Control de Potencia de Lazo Abierto

� Sólo obligatorio en el móvil, opcional en la BTS

Se muestran las características de CDMA2000 1X Release 0 que sonobligatorias. Como se ve, las más importantes són el nuevo canal piloto desubida y el control de potencia a lazo cerrado en bajada, las cuales son lasclaves en la mejora de capacidad. Aspectos como el canal de Quick Paging(QPCH), códigos Walsh de longitud variable, el nuevo canal de controldedicado (DCCH) y el soporte de tramas cortas de control (5 ms) son sóloopcionales en la implementación de esta versión del estándard.

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CDMA2000 Release A:Adiciones

� Soporte completo de loscanales comunes nuevos (F-BCCH, F/R-CCCH, R_EACH, F-CPCCH, F-CACH)

� Acceso avanzado sobre R-EACH(modos básico y reservación)

� Soporte completo de 3X� Pilotos auxiliares� Control de Potencia: modos

QIB, 50/50 y 400/50 bps� Broadcast SMS sobre el F-BCCH� Capa MAC substancialmente

mejorada y simplificada

� Nuevas bandas (NMT-450 yIMT-2000)

� Conmutación 50% en el enlacede subida sobre el R-FCH(tramas 1/8)

� Incremento de potencia entramas acortadas porbúsquedas interfrecuencia

� Capacidad de soporte deservicios concurrentes de vozy datos

� Tasa de datos variable en losSCH

En la lámina se muestran algunas de las diferencias de CDMA Release A(Protocol Release 7) respecto a la versión inicial Release 0 (Protocol Revision6). Entre las más importantes está el soporte de servicios de datos y vozsimultáneos, soporte completo de 3X (hasta 2 Mbps), el soporte de broadcastSMS sobre el F-BCCH y el soporte del modo conmutado 50% en tramas 1/8para el R-FCH. Sin embargo, la mayoría de estas funciones son sóloopcionales. Apenas OTD y las pilotos auxiliares son de soporte obligado en elmóvil.

En CDMA2000 Release A se eliminó el soporte de 3X ensanchamiento directo(sólo se permite multicarrier en el enlace de bajada). También se movieronmuchas de las funciones de la capa MAC a la especificación IS-707-A-2,haciendo que más simple y eficiente la especificación de la capa MAC.

Page 48: CDMA2000 parte2

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Renny E. Badra - Innovaciones Técnicas en CDMA2000 1XRTT Pág. 2-48

FUNINDES-USB______________________Visión Global de CDMA2000 y la Tercera Generación Celular

Ren

ny E

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ra

CDMA2000 Release A:Funciones Obligatorias (móvil)

� Canales comunes de control decdmaOne (R-ACH, F-PCH)

� Nuevos canales comunes decontrol (F-BCCH, F-CCCH, R-EACH, R-CCCH, F-CPCCH, F-CACH)

� Acceso avanzado sobre R-EACH(modos básico y reservación)

� Configuración de Radio 3 para1X o Configuración de Radio 5para 3X (subida)

� Configuración de Radio 3 para1X o Configuración de Radio 7para 3X (bajada)

� Nuevos canales de control depotencia del enlace de bajada(modos 000 y 011, modos 001,010, 101, 110 si se soporta SCH,modo 100 si se soporta DCCH)

� Funciones cuasiortogonales� Pilotos auxiliares� Decodificación de todos los

mensajes nuevos� Decodificación de todos los

campos nuevos en losmensajes existentes

Para móviles y estaciones base que soportan Protocol Revision 7 (CDMA2000Release A), algunas características son de soporte obligatorio y otrasopcionales. En la lámina se muestran las funciones obligatorias para el móvil.Para la estación base, sólo unas pocas funciones son obligatorias: canales decontrol comunes de cdmaOne ó los de CDMA2000, alguno de los modos deoperación del R-EACH (si éste se soporta) y la decodificación de los mensajesy campos nuevos.