Redes de datos m

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Redes de datos móviles en Tercera Generación.

• Autor Francisco Varela
• Departamento de Comunicaciones
• Universidad Central de Venezuela
• SEMINARIO WIRELESS.

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Hacia la tercera generación en Redes de datos
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Hacia la tercera generación en Redes de datos
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Hacia la tercera generación en Redes de datos
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Hacia la tercera generación en Redes de datos
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Definición de términos

• CDMA Forward Channel o Downlink (Estación Base -
  Estación Móvil)
• CDMA Reverse Channel o Uplink (Estación Movil -
  Estación Base)
• Separación de Los canales
• En 800 MHz (tecnología Celular) 45
  Mhz
• En 1900 MHz (tecnología PCS)
  80 Mhz
• Canales en Forward link Pilot, Sync, Paging y
  canal de Tráfico Forward
• Canales en el reverse Link Canales de Tráfico
  Acceso y reverso.

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Asignación del espectro en Tercera Generación.
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CDMA
CDMA
Tiempo
1.25 MHz
Frecuencia
45 /80Mhz
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Otros Esquemas de Acceso. Primera y Segunada
Generación
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Frecuency Hopping Saltos de Frecuencia.
F1
F2
F3
F4
Time
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DIAGRAMA EN BLOQUES DE CDMA
Vocoder
9.6 Kbps
1.2288 Mbps
19.2 Kbps
Voice 10 KHz
1.23 MHz
20 ms Frames
Decorrelated Signal
Correlator
9.6 Kbps
19.2 Kbps
1.23 MHz
1.2288 Mbps
Composite Signal
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El Concepto CDMA

• CDMA comienza con una señal de banda estrecha,
  mostrada aquí como la velocidad completa de datos
  de conversación de 9600 bps. esta señal se
  dispersa con el uso de códigos especializados a
  un ancho de banda de 1.23 MHz. La relación de la
  velocidad de los datos dispersos a la velocidad
  inicial de los datos se denomina ganancia de
  procesamiento. Cuando se recibe la señal el
  correlacionador recupera la señal deseada del
  ruido.

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PROCESO DE EXPANSIÓN ESPECTRAL

• Ganancia de Proceso (Processing Gain)

20 dB
Relación de la velocidad de los datos dispersos a
la velocidad inicial PN Codigo Pseudo ruido

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PROCESO DE EXPANSIÓN ESPECTRAL

• Ganancia de Proceso (Processing Gain)

20 dB
Relación de la velocidad de los datos dispersos a
la velocidad inicial
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Relaciones de densidad de energía de bit a ruido
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Secuencias De Ensanchamiento (SPREAD SPECTRUM)
A
B
C
B
A
C
CDMA Combina tres diferentes secuencias de
ensanchamiento para crear canales únicos y
robustos
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Una estación movil recibe canal CDMA Forward
desde un Sector de una Estación Base
Pilot
Sync
Estación Móvil
Estación Base
Algunos de estos canales son canales de tráfico
mientras otros de encabezamiento UN conjunto de
64 códigos matemáticos son necesarios para
diferenciar los 64 Forward Code Chanel Posibles .
Estos códigos son llamadaos Walsh Codes
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Discriminación de Estaciones Bases
64 Canales Códigos
Estación Base 1
Estación Base 2
Una estación movil debe ser capaz de discriminar
entre diferentes estaciones bases . Cada estación
base está transmitiendo un canal de tráfico que
contiene 64 códigos diferentes de canales
forward.. Dos secuencias de dígitos binarios
llamadas las secuencias de códicos cortos PN I y
Q, los cuales son definidos con el propósito de
identificar sectores de diferentes estaciones
bases.
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Discriminación de los canales códigos Reversos
El sistema CDMA debe ser capaz de identificar
cada estación movil que desea intentar
comunicarse con una estación base. Un gran número
de estaciones moviles estarán en el mercado. Una
secuencia de binaria llamada la secuencia larga
PN istá definida para identificar cada canal
reverso diferentes estaciones bases.
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Total de canales CDMA
Walsh Code Usuario Individual
PN SHORT CODE Sector Estación Base
PN LONG CODES Cada teléfono
Los tres códigos SPREAD SPECTRUM son usados de
diferentes maneras para crear y asegurar la
existencia de los enlaces entrantes y salientes.
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Códigos CDMA PN SHORT y LONG
CDMA usa tres códigos de secuencias PN dos
cortos y uno largo
Los dos códigos cortos PN ( lllamados I y Q)
están espandidos en cuadratura para diferenciar
particiones (sectores/celdas) en la dirección
entrante.Se crean mediante generadores de
códigos PN de 15 bits. La cantidad de
combinaciones generadas son 215 - 1 más una
cadena de ceros en la de mayor ceros generados .
Su período es de 26.66666 ms
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Codigos CDMA PN SHORT y LONG
El código largo es creado por un generador de 42
bits y es usado para ensanchar el espectro de la
data con cierta aleatoriedad. La cantidad de
cadenas generadas está alrededor de 4.4 trillones
de combinaciones y su ciclo periódico es de
aproximadamente 41 dias, 10 horas, 12 minutos y
19.4 segundos. Los tres códigos son sincronizados
al comienzo de la puesta del sistema Los dos
códigos cortos PN ( lllamados I y Q) están
espandidos en cuadratura para diferenciar
particiones (sectores/celdas) en la dirección
entrante.Se crean mediante generadores de
códigos PN de 15 bits. La cantidad de
combinaciones generadas son 215 - 1 más una
cadena de ceros en la de mayor ceros generados .
Su período es de 26.66666 ms
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Generación del código Walsh
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Generación del código Walsh
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Canales Códigos en la dirección Forward

• Pilot Código Walsh 0
• Sync Código Walsh 32
• Paging Código Walsh 1 al 7
• Traffic el resto de los códigos Walsh

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Diagrama de bloques en la dirección Forward
BTS 1 sector
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Canales de Códigos en la dirección Reversa
BSC
MTSO
VOCODER
Código largo
BTS 1 Sector
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TIPOS DE CANALES

• Canales de tráfico - transportan la llamada
  telefónica real
• Canales accesoriosCanal piloto- utilizado para
  obtener el sincronismo inicial del sistema y para
  identificar las instalaciones celulares.
• Canal de sincronismo- provee la identificación
  de la instalación celular, controla la potencia
  de transmisión del canal piloto, e indica la
  posición de la señal de cada instalación celular
  en la red de paquetes.

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El Concepto CDMA2000 y WCDMA
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Ensanchamiento de simbolos a chips

• Las tramas de tráfico de bits de 20 ms pueden
  incluir información de voz desde el vocoder e
  informacion de señalización
• La Secuencia de conversion
• Bits - Simbolos -Chips.

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Proceso de descompresión

• En la dirección Forward las estaciones moviles
  correlacionan la señaL recibida con el patron
  walsh code (integrando la potencia sobre los 64
  chips)
• En la direccion reversa La BTS compara la señal
  recibida con cada posible walsh code y selecciona
  el patron que produce el mayor grado de
  correlacion como la representacion de los seis
  simbolos que fueron enviados . Cuando todos los
  simbolos para una trama han sido recuperados y
  con la ayuda del codigo de detección de errores
  se determina si se elimina o no

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Términos en CDMA 2000

• CC Configuración de canal define un grupo de
  velocidades de datos derivados de su velocidad
  fundamental. Son asociados con velocidades de
  ensanchamiento específicas.
• Actualmente existen 12 configuaciones de canal
  definidas en el sistema CDMA 2000. Todas las CC
  se derivan de las configuraciones de canal ya sea
  de
• a) 9600 bps.
• b) 14400 bps.
• Por ejemplo CC7 y CC10 se basan en el canal a)
  y soportan velocidades de datos de hasta 614400
  bps pero con diferentes codificadores.

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Términos en CDMA 2000

• Bit Unidad de Información fundamental. (datos de
  entrada)
• Símbolo Grupos de datos de bits basados en
  modulación. Ocurre después de la codificación.
• Chip bit al final del ensanchamiento de la
  velocidad.
• SR Velocidad de ensanchamiento
• Define la velocidad de ensanchamiento en
  términos de 1.2288 Mbps. El sistema SR3
  31,2288 o 3,6864 Mbps.

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CDMA Forward Channels (SR3)

• Bit Unidad de Información fundamental. (datos de
  entrada)
• Símbolo Grupos de datos de bits basados en
  modulación. Ocurre después de la codificación.
• Chip bit al final del ensanchamiento de la
  velocidad.
• SR Velocidad de ensanchamiento
• Define la velocidad de ensanchamiento en
  términos de 1.2288 Mbps. El sistema SR3
  31,2288 o 3,6864 Mbps.

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Adquisicion del canal piloto. Walsh Code 0

• Las estaciones moviles inicializan generando
  internamente las secuencias cortas PN I y Q
  correlacionandolas con la señal compuesta
  recibida. En menos de 15 segundos pueden chequear
  todas las posibilidades (37268).
• En la mejor Ec/Io la estacion la va almacenando
  en memoria se detiene en el mejor piloto e
  identifica el patron definiendo un 1 seguido de
  15 ceros consecutivos.
• En estos momentos la estacion movil esta lista
  para extraer el sincronismo del canal del codigo
  walsh 32. La estacion movil obtiene su generador
  de codigo largo, junto con su reloj interno y con
  los valores contenidos y leidos en el canal de
  sincronismo

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Tecnologías CDMA2000 y WCDMA
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Walsh Code en CDMA2000 y WCDMA
Los operadores GSM que están ahora considerando a
W-CDMA como su tecnología 3G podrían beneficiarse
con este diagrama descriptivo de cdma. En lugar
de emplear una canalización de frecuencia como la
utilizada en las redes GSM, W-CDMA y cdma2000
utilizan acceso múltiple por dominio de código
(CDMA). Ambos sistemas permiten que varios
usuarios compartan el mismo espectro de
frecuencia dado que los canales son ortogonales
entre sí. Lo anterior es cierto solamente para
el enlace de descenso, o enlace de avance. En
ambos casos, el enlace de ascenso, o enlace
inverso, no es ortogonal. En cdma2000, se emplea
la codificación Walsh para la canalización del
enlace de avance. W-CDMA emplea una técnica
idéntica llamada codificación OVSF (factor de
dispersión variable ortogonal). La señal de voz o
datos de la banda base se codifica y entrelaza
antes de la dispersión Walsh u OVSF. Entonces,
la señal es transmitida por la estación base al
móvil. El móvil revierte entonces el proceso al
condensar y desentrelazar la señal codificada
para producir la señal original de voz o datos de
la banda base.
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Códigos de ensanchamientos Variables en CDMA 2000.
Existen hasta 256 códigos ortogonales generados y
usados para mezclar los datos. Esto permite un
máximo de hasta 256 canales de código. Para
manejar el amplio rango de velocidades de datos
disponibles, se emplea la dispersión de código
Walsh de extensión variable. Entre mayor sea la
velocidad de datos más corta es la extensión del
código Walsh. Por ejemplo, para una velocidad de
símbolo de 28.8 Kbps la extensión del código
sería de 128 bits (factor de dispersión SF 128)
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Efectos de usar Códigos Variables.
SF 2
SF 4
SF 8
11111111
1111
1111-1-1-1-1
1 1
11-1-1
11-1-111-1-1
11-1-1-1-111
1
1-11-1
1-11-11-11-1
1-11-1-11-11
1-1
1-1-11
1-1-111-1-11
1-1-11-111-1
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Dominio del Código
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Dominio del código CDMA 2000
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Codificadores de la voz.

• codificadores de la forma de onda
  codificadores en el dominio del tiempo
  codificadores en el dominio de la frecuencia
• vocoders
• codificadores híbridos

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Métodos para adaptar cuantificadores y
predictores feedforward y feedbackwar

• En la adaptación feedforward los niveles de
  reconstrucción y los coeficientes de predicción
  se calculan en el emisor, usando un bloque de
  voz. Después son cuantificados y transmitidos al
  receptor como información lateral. Tanto el
  emisor como el receptor usan estos valores
  cuantificados para hacer las predicciones y
  cuantificar el residuo. En la adaptación
  feedbackward los niveles de reconstrucción y los
  coeficientes de predicción se calculan a partir
  de la señal codificada. Puesto que la señal es
  conocida tanto por el emisor como por el
  receptor, no hay necesidad de transmitir
  información lateral, así el predictor y el
  cuantificador pueden actualizarse para cada
  muestra.

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Codificación en frecuencia.

• Codificación en subbandas

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VOCODERS

• Los codificadores de la forma de la onda no
  tienen en cuenta la naturaleza de la señal a
  codificar. Sin embargo, si codificamos una señal
  de voz, podemos aprovechar sus características
  intrínsecas para que la codificación se realice
  de forma más eficiente.

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VOCODERS

• Los vocoders intentan producir una señal que
  suene como la voz original, independientemente de
  si la forma de onda se parece o no. En el
  transmisor se analiza la voz y se extraen los
  parámetros del modelo y la excitación. Esta
  información se envía al receptor donde se
  sintetiza la voz. El resultado es que se produce
  voz inteligible a muy bajo bit-rate, pero tiene
  el problema de que no suena natural.

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VOCODER por prediccion lineal

• Es el tipo de vocoder más utilizado. Este
  vocoder utiliza el mismo modelo de producción que
  otros vocoders pero difiere en la determinación
  del modelo del tracto vocal. Supone que el tracto
  vocal se puede describir por un filtro todo polos
  de respuesta impulsiva infinita (filtro
  IIR),H(z).
• A este filtro se le conoce también como filtro
  LPC(Lineal Predictive Coding).

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VOCODER por prediccion lineal

• Se supone que cada muestra es una combinación
  lineal de las muestras anteriores. Los
  coeficientes del filtro se calculan para
  minimizar el error entre la muestra actual y su
  predicción.En este vocoder, se trabaja sobre
  bloques de 20 ms de voz. Se trabaja sobre lo que
  se conoce como modelo corto, las características
  de la voz se suponen que no varían con el tiempo
  en intervalos pequeños.

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LPC-10 (FS-1015)

• Emisor se divide en dos bloques, que tienen las
  siguientes funciones
• fase de análisis codificación de parámetros
• La fase de análisis es la encargada de la
  extracción del "pitch" y del tipo de sonido
  (sonoro o sordo), así como de la extracción de
  los coeficientes de reflexión y la energía de la
  señal para cada una de las tramas en que dicha
  señal es dividida

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Codificadores híbridos

• En la codificación híbrida se combinan las
  técnicas de los codificadores de la forma de la
  onda con las de los vocoders con el propósito de
  obtener una alta calidad de voz a bajos bit-rates
  (inferiores a 8 Kb/s).En estos codificadores, las
  muestras de la señal de entrada se dividen en
  bloques de muestras (vectores) que son procesados
  como si fueran uno solo

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CELP (FS-1016)

• CELP se basa en procedimientos de búsqueda de
  análisis-por-síntesis, cuantización de vectores
  con pesos (VQ) y predicción lineal (LP).

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Codificación VSELP

• El codificador VSELP es el estándar en las
  comunicaciones celulares digitales en Estados
  Unidos. Permite el procesamiento de voz a un
  bit-rate de 7950 bps e incluso de 4.8 Kbps. Este
  algoritmo es una variación del CELP.

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Detección de señales en términos geométricos

• Provee una estructura general que hace fácil el
  análisis de muchos métodos de transmisión digital
  de datos.
• Proporciona una idea relacionado con los
  problemas de transmisión digital de datos.
• Provee una vía para generar esquemas stándares
  de modulación.

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Modulación M- ary PSK. M -ario
M -ario es un termino derivado de la palabra
binario. La M es solo un digito que representa
el numero de condiciones posibles. Una M 4
indica que con 2 bits son posibles cuatro
condiciones de salida diferentes
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Transmisión por desplazamiento de fase
cuaternaria. (QPSK)
Es una técnica de codificación M -ario co M 4.
Debido a que hay cuatro fases de salidas
diferentes, tiene que haber cuatro condiciones de
entrada diferentes por lo que se utilizan grupos
de 2 bits (dibits).
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Transmisor QPSK
1 1volt 0 -1volt
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Diagrama fasorial QPSK
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Tabla de Verdad Entrada binaria 00 Fase BPSK
-135 01 Fase BPSK -45 10 Fase BPSK 135 11 Fase
BPSK 45
10
01
00
58
Conclusiones.Preguntas