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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
TESIS
PARA OBTENER EL TÍTULO EN:
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES PARA
LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCIÓN DE GSM-WCDMA
P R E S E N T A
CALDERA CHACÓN VICTOR MANUEL
DIRECTOR DE PROYECTO:
M. EN C. SERGIO VIDAL BELTRÁN
MÉXICO, D F 2013
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
Las aguas por las que navegaré, nunca nadie las ha surcado.
J.C. Somoza.
Gracias.
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CONTENIDO
OBJETIVO ...................................................................................................................... I
JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................. II
1 ANTECEDENTES .......................................................................................................... 2
1.1 PRIMERA GENERACIÓN (1G) ............................................................................................. 2
1.2 SEGUNDA GENERACIÓN (2G) ........................................................................................... 2
1.3 GENERACIÓN DOS PUNTO CINCO (2.5G) .......................................................................... 3
1.4 TERCERA GENERACIÓN (3G) ............................................................................................ 4
2 INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 7
2.1 GSM ................................................................................................................................ 7
2.1.1 TDMA ........................................................................................................................ 7
2.1.2 MODULACIÓN GMSK................................................................................................. 7
2.1.3 ARQUITECTURA GSM ................................................................................................ 8
2.2 GPRS ............................................................................................................................. 10
2.2.1 CONMUTACIÓN ORIENTADA A CIRCUITOS Y PAQUETES. ........................................ 10
2.2.2 CARACTERÍSTICAS DE LA TECNOLOGÍA GPRS ......................................................... 10
2.2.3 FUNCIONAMIENTO DE GPRS ................................................................................... 11
2.2.3.1 PROTOCOLOS DEL PLANO DE TRANSMISIÓN.................................................................... 11
2.2.3.2 PROTOCOLOS DEL PLANO DE SEÑALIZACIÓN. ........................................................... 13
2.2.4 DEFINICIÓN MAESTRO-ESCLAVO. ........................................................................... 13
2.2.5 FLUJO DE DATOS. ................................................................................................... 15
2.2.6 MULTIPLEXADO DE CANALES LÓGICOS. ................................................................. 15
2.2.7 CODIFICACIÓN. ....................................................................................................... 16
2.2.8 TRANSFERENCIA DE DATOS (UP-LINK). .................................................................. 17
2.2.9 TRANSFERENCIA DE DATOS (DOWN-LINK). ............................................................ 18
2.2.10 ARQUITECTURA DE LA RED GPRS .......................................................................... 19
2.3 EGPRS (EDGE) ............................................................................................................... 21
2.3.1 FUNCIONAMIENTO DE EDGE ................................................................................... 21
2.3.2 MODULACIÓN ........................................................................................................ 22
2.3.3 ESQUEMAS DE CODIFICACIÓN. ............................................................................... 23
2.3.4 CONTROL DE ENLACE DE EDGE ............................................................................... 24
2.3.5 ARQUITECTURA DE EDGE ....................................................................................... 25
3 UMTS ....................................................................................................................... 27
3.1 WCDMA ......................................................................................................................... 27
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
3.1.1 FUNCIONAMIENTO DE WCDMA ............................................................................... 28
3.2.1.1 SPREADING Y DESPREADING PARA LA TECNOLOGÍA WCDMA. ......................................... 28
3.1.1.2 CHIPS .................................................................................................................................. 28
3.1.1.3 Símbolos ............................................................................................................................. 28
3.1.1.4 EL CÓDIGO DE ENSANCHAMIENTO .................................................................................... 30
3.1.1.5 FACTOR DE ENSANCHAMIENTO ......................................................................................... 30
3.1.2 CANALES RADIOELÉCTRICOS DE WCDMA ............................................................... 31
3.1.2.1 CANALES LÓGICOS ............................................................................................................. 32
3.1.2.2 CANALES FÍSICOS ............................................................................................................... 34
3.1.3 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE WCDMA .......................................................... 36
3.1.4 ESPECIFÍCACIONES TÉCNICAS DE WCDMA .............................................................. 36
3.1.5 ARQUITECTURA DE LA RED ..................................................................................... 37
3.2 HSDPA (Acceso a Descarga de Alta Velocidad de Paquetes, High Speed Download Packet
Access) ............................................................................................................................... 39
3.2.1 AMC (MODULACIÓN Y CODIFICACIÓN ADAPTATIVA) .............................................. 40
3.2.2 HARQ...................................................................................................................... 41
3.2.3 EL CANAL FÍSICO HS-DPCCH .................................................................................... 42
3.2.4 MODOS DE TRANSMISIÓN FDD/TDD ...................................................................... 42
3.2.4.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE TDD Y FDD. ................................................................. 43
4 INTRODUCCIÓN AL ESCENARIO DE PRUEBAS DE VOZ ............................................. 46
4.1 ELEMENTOS A CONSIDERAR PARA CONSTRUIR EL ESCENARIO DE PRUEBAS ................ 46
4.2 PRUEBAS EN GSM/WCDMA .......................................................................................... 47
4.2.1 PROCEDIMIENTO EN GSM ....................................................................................... 47
4.2.2 PROCEDIMIENTO EN WCDMA ................................................................................ 50
5 INTRODUCCIÓN AL ESCENARIO DE PRUEBAS DE DATOS ......................................... 54
5.2 ELEMENTOS A CONSIDERAR PARA CONSTRUIR EL ESCENARIO DE PRUEBAS ............... 54
5.3 PRUEBAS DE BLER EN GPRS/EDGE ................................................................................ 55
5.3.1 PROCEDIMIENTO EN GPRS ...................................................................................... 55
5.3.2 PROCEDIMIENTO EN EDGE ..................................................................................... 58
5.3.3 PRUEBAS DE DATOS EN WCDMA ............................................................................ 60
5.3.3.1 ESCENARIO DE PRUEBAS PARA WCDMA........................................................................... 60
5.3.4 PROCEDIMIENTO PARA WCDMA ............................................................................ 60
5.3.5 PROCEDIMIENTO EN HSDPA ................................................................................... 63
6 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS. ........................................................................... 67
6.1 RESULTADOS DE PRUEBAS DE VOZ EN GSM Y WCDMA ................................................. 67
6.2 RESULTADOS DE PRUEBAS DE DATOS EN GPRS Y EGPRS (EDGE) .................................. 68
6.3 RESULTADOS DE PRUEBAS DE DATOS EN WCDMA ....................................................... 70
6.4 RESULTADOS DE PRUEBAS DE DATOS EN HSDPA ......................................................... 74
6.4.1 RESULTADOS OBTENIDOS POR H-SET DEL EQUIPO SAMSUNG GALAXY YOUNG .... 74
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
6.4.2 RESULTADOS OBTENIDOS POR H-SET DEL EQUIPO SAMSUNG GALAXY S2 ............ 79
6.4.3 RESULTADOS OBTENIDOS POR H-SET DEL EQUIPO SAMSUNG GALAXY S3 ............ 84
6.5 CONCLUSIONES. ........................................................................................................... 89
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
INDICE DE FIGURAS Figura 1. 1 Evolución de los Estándares Inalámbricos 3G ........................................................... 4
Figura 2. 1 Arquitectura de Red de GSM.................................................................................... 9
Figura 2. 2 Plano de Señalización de GPRS. ............................................................................. 13
Figura 2. 3 Flujo de Datos en GPRS ......................................................................................... 15
Figura 2. 4 Esquema de Codificación en GPRS ........................................................................ 16
Figura 2. 5 Transferencia de Datos (Up-Link) .......................................................................... 18
Figura 2. 6 Transferencia de Datos (Down-Link). .................................................................... 19
Figura 2. 7 Arquitectura de la red GPRS. ................................................................................. 20
Figura 2. 8 Constelaciones de GPRS y EDGE. ........................................................................... 22
Figura 3. 1 Ancho de Banda de WCDMA. ................................................................................. 27
Figura 3. 2 Spreading y Despreading. ..................................................................................... 29
Figura 3. 3 Canales Radioeléctricos de WCDMA y la Relación Entre Ellos. ............................... 32
Figura 3. 4 Arquitectura de la Red UMTS. ............................................................................... 38
Figura 3. 5 Diagrama Fasorial de 16QAM. ................................................................................ 39
Figura 3. 6 Estructura del Canal HS-DPCCH. ............................................................................ 42
Figura 3. 7 Modos de transmisión a) FDD y b) TDD. ................................................................ 42
Figura 3. 8 Bandas de Frecuencia para la Telefonía Móvil de Tercera Generación. .................. 43
Figura 4. 1 Escenario de Pruebas de Voz ................................................................................. 47
Figura 4. 2 Pantalla “Parameter” de GSM. .............................................................................. 48
Figura 4. 3 Pantalla “Parameter” de WCDMA. ........................................................................ 50
Figura 5. 1 Escenario de Pruebas de Datos .............................................................................. 55
Figura 5. 2 Pantalla “Parameter” de GSM Para Pruebas de GPRS. ........................................... 56
Figura 5. 3 Pantalla “Parameter” de GSM Para Pruebas en EGPRS-EDGE. ............................... 58
Figura 5. 4 Escenario de Pruebas de Datos en WCDMA. .......................................................... 60
Figura 5. 5 Pantalla "Parameter" de WCDMA. ........................................................................ 61
Figura 5. 6 Pantalla "Parameter" de WCDMA Para Pruebas de HSDPA. .................................. 63
Figura 6. 1 Gráfica de Tasa de Transferencia vs Tiempo en Equipo Galaxy Young para una
Potencia de -70 dBm. ............................................................................................................. 71
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
Figura 6. 2 Gráfica de Tasa de Transferencia vs Tiempo en Equipo Galaxy S2 para una Potencia
de -72 dBm. ............................................................................................................................ 72
Figura 6. 3 Gráfica de Tasa de Transferencia vs Tiempo en Equipo Galaxy S3 para una Potencia
de -72 dBm. ............................................................................................................................ 73
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
INDICE DE TABLAS Tabla 1. 1 Evolución de los Sistemas de Tercera Generación ...................................................... 5
Tabla 2. 1 Canales que Componen el MPDCH .......................................................................... 14
Tabla 2. 2 Canales que Componen el SPDCH ........................................................................... 14
Tabla 2. 3Tasa de Transmisión y Codificación de Bits Para los Diferentes Esquemas de
Codificación. .......................................................................................................................... 17
Tabla 2. 4 Comparación entre GPRS y EDGE ........................................................................... 21
Tabla 2. 5 Esquemas de Codificación de GPRS y EDGE. ............................................................ 23
Tabla 2. 6 Familias de Códigos de EDGE. ................................................................................. 24
Tabla 3. 1 Relación Entre Símbolos de QPSK y Dual QPSK. ...................................................... 29
Tabla 3. 2 Relación Entre el Factor de Ensanchamiento, Símbolos y Velocidad de Transmisión
Para el Up-Link. ...................................................................................................................... 30
Tabla 3. 3 Relación Entre el Factor de Ensanchamiento, Símbolos y Velocidad de Transmisión
Para el ................................................................................................................................... 31
Tabla 3. 4 Especificaciones Técnicas de WCDMA. ................................................................... 36
Tabla 3. 5 Tasas de Transmisión Vs Aplicaciones. .................................................................... 37
Tabla 3. 6 Comparación Entre los Distintos Canales de Transporte Utilizados Para la
Transmisión, Incluyendo el HS-DSCH para HSDPA. ................................................................. 40
Tabla 3. 7 Relación Entre TRFC’s y sus Velocidades Utilizando Multi-Códigos. ......................... 41
Tabla 3. 8 Características físicas de UTRA: TDD y FDD. ............................................................ 43
Tabla 6. 1 Mediciones Obtenidas en Smartphones para Pruebas de Voz en GSM. ................... 67
Tabla 6. 2 Mediciones Obtenidas en Smartphones para Pruebas de Voz en WCDMA. ............. 67
Tabla 6. 3 Equipos en Orden Descendente con el Mejor Desempeño en la Transmisión de Voz.
.............................................................................................................................................. 68
Tabla 6. 4 Mediciones Obtenidas en Smartphones para Pruebas de Datos en GPRS. .............. 68
Tabla 6. 5 Mediciones Obtenidas en Smartphones para Pruebas de Datos en EGPRS (EDGE). . 69
Tabla 6. 6 Equipos en Orden Descendente con el Mejor Desempeño en la Transmisión de
Datos. .................................................................................................................................... 69
Tabla 6. 7 Mediciones Obtenidas para el Smartphone Samsung Galaxy Young. ...................... 70
Tabla 6. 8 Análisis con Wireshark de Paquetes y Bytes Transmitidos en el Smartphone Galaxy
Young. ................................................................................................................................... 71
Tabla 6. 9 Mediciones Obtenidas para el Smartphone Samsung Galaxy S2. ............................ 71
Tabla 6. 10 Análisis con Wireshark de Paquetes y Bytes Transmitidos en el Smartphone S2. .. 72
Tabla 6. 11 Mediciones Obtenidas para el Smartphone Samsung Galaxy S3. ........................... 72
Tabla 6. 12 Análisis con Wireshark de Paquetes y Bytes Transmitidos en el Smartphone S3. ... 73
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
Tabla 6. 13 Tasas de Transferencia y Modulación en el Canal HS-PDSCH. ................................ 74
Tabla 6. 14 Resultados para H-set 1 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy Young. ..... 75
Tabla 6. 15 Resultados para H-set 1 con Modulación 16QAM del Smartphone Galaxy Young.... 75
Tabla 6. 16 Resultados para H-set 2 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy Young. .... 76
Tabla 6. 17 Resultados para H-set 2 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy Young. . 76
Tabla 6. 18 Resultados para H-set 3 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy Young. .... 77
Tabla 6. 19 Resultados para H-set 3 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy Young. . 77
Tabla 6. 20 Resultados para H-set 6 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy Young. .... 78
Tabla 6. 21 Resultados para H-set 6 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy Young. . 78
Tabla 6. 22 Resultados para H-set 1 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S2. ........... 79
Tabla 6. 23 Resultados para H-set 1 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S2. ........ 79
Tabla 6. 24 Resultados para H-set 2 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S2. .......... 80
Tabla 6. 25 Resultados para H-set 2 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S2. ....... 81
Tabla 6. 26 Resultados para H-set 3 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S2. .......... 81
Tabla 6. 27 Resultados para H-set 3 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S2. ....... 82
Tabla 6. 28 Resultados para H-set 6 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S2. .......... 82
Tabla 6. 29 Resultados para H-set 6 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S2. ....... 83
Tabla 6. 30 Resultados para H-set 8 con Modulación 64 QAM del Smartphone Galaxy S2. ...... 83
Tabla 6. 31 Resultados para H-set 1 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S3............. 84
Tabla 6. 32 Resultados para H-set 1 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S3. ........ 85
Tabla 6. 33 Resultados para H-set 2 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S3. .......... 85
Tabla 6. 34 Resultados para H-set 2 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S3. ....... 86
Tabla 6. 35 Resultados para H-set 3 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S3. .......... 86
Tabla 6. 36 Resultados para H-set 3 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S3. ....... 87
Tabla 6. 37 Resultados para H-set 6 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S3. .......... 87
Tabla 6. 38 Resultados para H-set 6 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S3. ....... 88
Tabla 6. 39 Resultados para H-set 8 con Modulación 64 QAM del Smartphone Galaxy S3. ...... 88
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
I
OBJETIVO Comparar el desempeño con respecto a la potencia recibida, en transmisión de voz y datos en diferentes terminales móviles inteligentes “smartphones”.
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
II
JUSTIFICACIÓN Hoy en día la globalización en el ámbito de las comunicaciones móviles, ha dado la pauta para generar y evolucionar la forma en la cual la gente puede comunicarse entre sí, independientemente del lugar donde se encuentre y sin discriminación del lugar hacia donde desea hacerlo, para ello se ha tenido la necesidad de generar el desarrollo tecnológico que permita ampliar la forma en la cual nos comunicamos. El objetivo principal siempre ha sido las comunicaciones por voz y de forma transparente para los usuarios, medios de conmutación cada vez más rápidos y desarrollo de infraestructuras que permitan a los operadores tener un mayor alcance de todas los lugares del mundo donde se desea realizar la conexión, una mayor competencia y calidad en los servicios que permitan hacer de este servicio un medio económico para los usuarios.
El panorama de las comunicaciones móviles ha tenido grandes cambios en beneficio de los usuarios ya que hoy en día además de podernos comunicar vía voz, también nos es posible intercambiar información por medio de datos, los cuales generan un plus en la movilidad del usuario ya que los servicios que se pueden prestar además del servicio de voz, se puede hacer intercambio de mensajes, acceder a redes sociales, gestión de información, administración de empresas, videoconferencias, etc…, lo que finalmente permite al usuario tener acceso a la información y gestión de la misma.
La evolución de las comunicaciones móviles han permitido que esta transferencia de datos sea cada vez sea más rápida y el estudio en cuestión tiene por objetivo hacer un análisis de los parámetros de desempeño de las terminales móviles tanto de voz, como de datos, enfocado en las diversas tecnologías como son la evolución de GSM enfocado a voz y su evolución en tasas de transmisión de datos como son GPRS y EDGE, de la misma forma para WCDMA y su ampliación de capacidad para transmisión de datos como es HSDPA.
Este trabajo está enfocado en las terminales móviles, ya que hoy en día se cuenta con un gran número de compañías que se dedican a la producción y desarrollo de estos equipos, siendo diseñados para diferentes tipos de mercado y las necesidades de los usuarios, sin embrago tomando en cuenta que los parámetros de calidad en la recepción y transmisión deben ser óptimos para garantizar el buen funcionamiento del equipo y satisfacción de las necesidades del cliente, por tal motivo se hace evidente con este estudio las capacidades de los diferentes equipos propuestos, que hoy en día son los que cuentan con una mayor demanda en el mercado y por tal motivo hacer evidente la relación costo/beneficio que se puede tener con cada uno de ellos. Por lo tanto los resultados obtenidos en este trabajo son útiles para diferentes sectores de la telefonía celular como son los siguientes:
Fabricantes. Con ello se hacen las pruebas correspondientes que permitan corroborar las características de desempeño de acuerdo a las dadas por el fabricante.
Operadores. El conocer el desempeño de las terminales móviles permite a los operadores tener un mayor panorama con el cuál se realice el diseño de la infraestructura de cobertura móvil, basado en los equipos con mayor demanda en la actualidad.
Clientes. El tener el conocimiento de los parámetros de tales equipos influye mucho en la decisión del usuario para adquirir aquel que cumpla con sus necesidades.
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
III
Ámbito académico. El conocimiento de los parámetros evaluados en este trabajo permite interpretar los entornos en los cuáles las terminales móviles podrán tener un desempeño, de acuerdo al lugar geográfico donde se desee realizar la investigación.
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
1
CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES 2
1 ANTECEDENTES
1.1 PRIMERA GENERACIÓN (1G)
1G, o primera generación, surge en los años 80’s. Su ampliada capacidad analógica de mantener la comunicación en movimiento fue su característica principal. Para ello hubo que desarrollar las redes celulares. Los sistemas móviles de primera generación hacen uso del concepto de “celular clásico”, basado en la división de área de cobertura de celdas y en la reutilización de frecuencias. Estos primeros sistemas celulares utilizan canales de tráfico analógicos basados en FDMA (Múltiple Acceso por División de frecuencia, Frequency Division Multiple Access).
Una red celular es un sistema zonal de antenas trasmisoras de baja potencia trabajando de forma coordinada, el cual permite cubrir determinada área geográfica. Al área que cubre cada antena por separado se le llama célula.
Con respecto a la seguridad, las medidas preventivas no formaban parte de esta primitiva telefonía celular. La tecnología predominante de esta generación es AMPS (Sistema de Telefonía Móvil Avanzada, Advanced Mobile Phone System,), desarrollada principalmente por “Bell Company”. Fue introducida inicialmente en los Estados Unidos y posteriormente fue usada en otros países en forma extensiva. Otro sistema conocido como TACS (Sistema de Comunicación de Acceso Total, Total Access Communication System) fue introducido en el Reino Unido y muchos otros países.
Había diferencias en la especificación de los sistemas, eran conceptualmente muy similares. La información con la voz era transmitida en forma de frecuencia modulada al proveedor del servicio. Un canal de control era usado en forma simultánea para habilitar el traspaso a otro canal de comunicación de serlo necesario. La frecuencia de los canales era distinta para cada sistema. TACS usaba canales de 25KHz.
A su vez, el tamaño de los aparatos era mayor al de hoy en día; fueron originalmente diseñados para el uso en los automóviles. Motorola fue la primera compañía en introducir un teléfono realmente portátil.
1.2 SEGUNDA GENERACIÓN (2G)
En los 90 surge la telefonía digital o de segunda generación (2G). Los avances en la tecnología de materiales y semiconductores permitieron el salto, traducido en mejores y más rápidas comunicaciones y servicios. Los aparatitos bajan de peso, llegando a rondar los 150 g. como promedio.
La primera llamada digital entre teléfonos celulares fue realizada en Estados Unidos en 1990. En 1991 la primera red GSM (Sistema Global de Comunicaciones Móviles, Global System for Mobile Communications) fue instalada en Europa.
La generación se caracterizó por circuitos digitales de datos conmutados por circuito y la introducción de la telefonía rápida y avanzada a las redes. Usó a su vez TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo, Time Division Multiple Access) para permitir que hasta ocho usuarios utilizaran los canales separados por 200MHz. Los sistemas básicos usaron frecuencias de banda de 900MHz, mientras otros de 1800 y 1900MHz. Nuevas
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PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES 3
bandas de 850MHz fueron agregadas en forma posterior. El rango de frecuencia utilizado por los sistemas 2G coincidió con algunas de las bandas utilizadas por los sistemas 1G (como a 900Hz en Europa), desplazándolos rápidamente.
EL sistema 2G utiliza protocolos de codificación más sofisticados y se emplea en los sistemas de telefonía celular actuales. Las tecnologías predominantes son: GSM; IS-136 (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136) y CDMA (Acceso Múltiple por División de Código, Code Division Multiple Access) y PDC (Comunicaciones Personales Digitales, Personal Digital Communications).
Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan velocidades de información por voz más altas, pero limitados en comunicación de datos. Se pueden ofrecer servicios auxiliares, como datos, fax y SMS (Servicio de Mensaje Corto, Short Message Service).
1.3 GENERACIÓN DOS PUNTO CINCO (2.5G)
El término 2.5G se utiliza para referirse al conjunto de tecnologías que se encuentran a medio camino entre la 2G y la 3G.
Una vez que la segunda generación se estableció, las limitantes de algunos sistemas en lo referente al envío de información se hicieron evidentes. Muchas aplicaciones para transferencia de información eran vistas a medida que el uso de laptops y del propio Internet se fue popularizando. Si bien la tercera generación estaba en el horizonte, algunos servicios se hicieron necesarios previa a su llegada.
En realidad, en la mayoría de las ocasiones 2.5G quiere decir GPRS (Servicio General de Paquetes por Radio, General Packet Radio Service). GPRS es un servicio de las redes GSM que permite la conexión a Internet con paquetes de datos de forma que se aplique una tarifa por datos transferidos, y no según el tiempo de conexión. Las operadoras añaden a sus estaciones base dos nodos que se encargan del ruteo de los paquetes de datos y conectarlos a Internet.
La modificación es sencilla y poco costosa, por lo que todas las operadoras dan cobertura GPRS, pero este sistema obliga a que el tráfico de datos circule sobre la red GSM, y habitualmente con menor prioridad que la información de voz. De las distintas configuraciones GPRS que existen, la mejor de ellas nos proporciona 80 kbps (kilobits por segundo) de bajada y 60 kbps de subida.
Aún más cantidad de mejoras fueron realizadas a la taza de transferencia de información al introducirse el sistema conocido como EDGE (Aumento de Tasas de Datos para la Evolución de GSM, Enhanced Data rates for GSM Evolution). Éste básicamente es el sistema GPRS con un nuevo esquema de modulación de frecuencia.
Se pueden alcanzar velocidades tres a cuatro veces superiores a GPRS, lo que permite soportar una más amplia gama de servicios, principalmente acceso a Internet, transmisión de grandes volúmenes de información, streaming de audio y video, entre otros.
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES 4
1.4 TERCERA GENERACIÓN (3G)
La definición técnicamente correcta es UMTS (Servicio Universal de Telecomunicaciones Móviles, Universal Mobile Telecommunications System). 3G es la abreviación de tercera generación de transmisión de voz y datos a través de telefonía móvil.
Los servicios asociados con la tercera generación proporcionan la posibilidad de transferir tanto voz y datos (una llamada telefónica o una video llamada) y datos no-voz (como la descarga de programas, intercambio de email, y mensajería instantánea). Aunque esta tecnología estaba orientada a la telefonía móvil, desde hace unos años las operadoras de telefonía móvil ofrecen servicios exclusivos de conexión a Internet mediante módem USB, sin necesidad de adquirir un teléfono móvil, por lo que cualquier computadora puede disponer de acceso a Internet. Existen otros dispositivos como algunos netbooks que incorporan el módem integrado en el propio equipo, pero requieren de una tarjeta SIM (Módulo Identificador del Subscriptor, Suscriber Indentificator Module) ; la que llevan los teléfonos móviles, para su uso.
La ITU (International Telecommunications Union, Unión Internacional de Telecomunicaciones) definió las demandas de redes 3G con el estándar IMT-2000. Una organización llamada 3GPP (Proyecto de asociados de Tercera Generación, Third Generation Partnership Project) ha continuado ese trabajo mediante la definición de un sistema móvil que cumple con dicho estándar. Este sistema se llama UMTS.
Las tecnologías de 3G son la respuesta a la especificación IMT-2000 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones. En Europa y Japón, se seleccionó el estándar UMTS, basado en la tecnología W-CDMA. (Acceso Múltiple por División de Ancho de Banda de Código, Wideband Code Division Multiple Access) UMTS está gestionado por la organización 3GPP, también responsable de GSM, GPRS y EDGE.
En 3G también está prevista la evolución de redes 2G y 2.5G. GSM y TDMA IS-136 son reemplazadas por UMTS. En la siguiente figura se muestra la evolución de los diferentes estándares inalámbricos hacia la tercera generación.
Figura 1. 1 Evolución de los Estándares Inalámbricos 3G
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PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES 5
En la siguiente tabla se muestran las características en la evolución de las comunicaciones celulares hasta la
tercera generación.
Tabla 1. 1 Evolución de los Sistemas de Tercera Generación
EVOLUCION DE LOS SISTEMAS 3G
Características 1G 2G 2.5G 3G 3.5G
Estándares AMPS y
TACS
GSM, IS-136, IS-95,
iDEN y PDC
GPRS, EDGE e IS-95B
UMTS y CDMA2000
HSDPA y CDMA2000 (1xEV-
DO y 1xEV-DV)
Técnica de acceso al medio
FDMA TDMA y CDMA
TDMA WCDMA WCDMA
Modulación _ GMSK GMSK, 8-PSK QPSK-16QAM QPSK-64QAM
Servicios Voz Voz y SMS Video, e-mail, Navegador de
Internet.
Streaming Video, MMS, Aplicaciones Multimedia
VoIP, Videoconferencias
Transferencia Máxima de Datos
_ _ GPRS (160
Kbps) y EDGE (473.6 Kbps)
2 Mbps 14 Mbps
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6
CAPÍTULO 2
EVOLUCIÓN DE GSM
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
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CAPÍTULO 2. EVOLUCIÓN DE GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 7
2 INTRODUCCIÓN
En 1982 un consorcio de países europeo creo el Group Espéciale Mobile, para desarrollar una tecnología
celular que previera roaming (cobertura), internacional imperceptible al usuario y soporte para servicios
avanzados no disponibles en las redes analógicas. El ETSI (Instituto Europeo de Normas para las
Comunicaciones, European Telecommunications Standards Institute), se hizo cargo del proyecto en 1989 y
complementó la primera serie de especificaciones técnicas [1].
La primera red GSM fue lanzada en 1991 y fue seguida por varias más al año siguiente, al adoptarse la
tecnología en países no europeos se hizo evidente que GSM sería una tecnología global y no europea, así
como la sigla GSM comenzó a significar Sistema Global Para las Comunicaciones Móviles.
2.1 GSM
GSM se diferencia de la primera telefonía celular; son hilos que usa la tecnología digital y la técnica TDMA, la
voz se codifica digitalmente usando su único vocoder que simula las características de la voz humana y utiliza
un algoritmo de codificación de voz, modulación digital GMSK (Modulación Gaussiana por desplazamiento de
Fase, Gaussian Minimum Shift Keying)
2.1.1 TDMA
Es una tecnología que permite llevar servicios digitales inalámbricos utilizando y manteniendo diversos flujos
de información de manera independiente a través de un mismo canal de comunicación.
Funciona dividiendo una frecuencia de radio en pequeños intervalos de tiempo y asignando a estos intervalos
a las llamadas múltiples de esta manera una simple frecuencia puede soportar canales de informaciones
múltiples y simultáneas.
Este método de transmisión permite una tasa muy eficiente de velocidad de datos/información.
2.1.2 MODULACIÓN GMSK
GMSK es un esquema de modulación binaria simple que se puede ver como derivado de MSK. En
GMSK, los lóbulos laterales del espectro de una señal MSK se reducen pasando los datos
modulantes a través de un filtro Gaussiano de pre modulación. El filtro gaussiano aplana la trayectoria
de fase de la señal MSK y por lo tanto, estabiliza las variaciones de la frecuencia instantánea a través
del tiempo. Esto tiene el efecto de reducir considerablemente los niveles de los lóbulos laterales en el
espectro transmitido, lo que finalmente da ventaja a ser inmune a la interferencia [2].
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CAPÍTULO 2. EVOLUCIÓN DE GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 8
2.1.3 ARQUITECTURA GSM
La arquitectura consta de varios subsistemas.
SIM (MÓDULO DE IDENTIDAD DEL SUBSCRIPTOR, SUSCRIBER IDENTIFIER MODULE):
Una tarjeta inteligente que sirve para identificar las características de nuestra terminal,
esta tarjeta se inserta en el interior del celular y permite al usuario acceder a todos los
servicios disponibles por su operador, sin la tarjeta no podemos hacer uso de la red.
MS (ESTACIÓN MÓVIL, MOBILE STATION): Se trata de teléfonos digitales que pueden ir
integrados como terminales en vehículos, pueden ser portables y portátiles.
BSS (SUBSISTEMA DE ESTACIÓN BASE, BASE STATION SUBSYSTEM): Sirve para
conectar las estaciones móviles con los NSS (Subsistema de Conmutación y Red),
además de ser encargados de la transmisión y recepción.
BTS (ESTACIÓN TRASCEPTORA DE BASE, BASE TRANSCEIVER STATION,): Consta de
módems de radio y antenas usadas en cada célula de la red, suelen estar situadas en el
centro de la célula, generalmente su potencia determina el tamaño de la célula.
BSC (CONTROL DE ESTACIÓN BASE, BASE STATION CONTROLLER): Se utilizan como
controladores de las BTS y tienen como funciones principales las de estar a cargo del
handover (traspaso) y controles de radiofrecuencias de los BTS.
NSS (SUSBSISTEMA DE CONMUTACIÓN Y RED, NETWORK SWITCHING SUBSYSTEM):
Se encarga de administrar las comunicaciones que se realizan entre diferentes usuarios
de la red para poderlo hacer se divide en diferentes subsistemas.
MSC (CENTRO DE SERVICIO MOVIL DE CONMUTACIÓN, MOBILE SWITCHING CENTER):
Es el componente central de la NSS y se encarga de realizar las labores de conmutación
de la red, así como comprobar la conexión con otras redes.
GMSS (CENTRO DE CONMUTACIÓN DE SERVICIOS MÓVILES, GENERAL MOBILE
SWITCHING CENTER): Es un dispositivo traductor encargado de interconectar redes
haciendo que los protocolos de comunicaciones que existen en ambas redes se
entiendan, bien la función final es de mediador de comunicaciones fijas y la red GSM.
HLR (REGISTRO DE LOCALIZACIÓN DOMÉSTICO, HOME LOCATION REGISTER): Es una
base de datos que almacena la posición del usuario dentro de la red, si está conectado
o no y las características de su abono (servicios que puede y no puede usar, tipo de
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CAPÍTULO 2. EVOLUCIÓN DE GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 9
terminal, etcétera). Es de carácter más bien permanente; cada número de teléfono
móvil está adscrito a un HLR determinado y único, que administra su operador móvil.
VLR (REGISTRO DE LOCALIZACIÓN DEL VISITANTE, VISITOR LOCATION REGISTER): Es
una base de datos más volátil que almacena, para el área cubierta por un MSC, los
identificativos, permisos, tipos de abono y localizaciones en la red de todos los usuarios
activos en ese momento y en ese tramo de la red. Cuando un usuario se registra en la
red, el VLR del tramo al que está conectado el usuario se pone en contacto con el HLR
de origen del usuario y verifica si puede o no hacer llamadas según su tipo de abono.
AuC (CENTRO DE AUTENTICACIÓN, AUTHENTICATION CENTER): Proporciona los
parámetros necesarios para la autentificación de los usuarios de la red, también
encriptación.
EIC (CENTRO DE IDENTIDAD DEL EQUIPO, EQUIPMENT IDENTITY CENTER): Se utiliza
para proporcionar seguridad en las redes GSM pero a nivel de equipos válidos, contiene
una base de datos con todas las terminales válidas para ser usadas en la red, la base de
datos contiene un IMEI (Identidad Internacional del Equipo Móvil, International Mobile
Equipment Identity).
La siguiente figura muestra la arquitectura de la red de GSM.
Figura 2. 1 Arquitectura de Red de GSM
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CAPÍTULO 2. EVOLUCIÓN DE GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 10
2.2 GPRS
Es el estándar introducido por el ETSI, es un sistema que complementa a la arquitectura GSM, permitiendo un
mejor aprovechamiento de recursos. El concepto principal de GPRS y que lo diferencia de GSM es la
orientación de conmutación de paquetes frente a la conmutación de circuitos [3].
2.2.1 CONMUTACIÓN ORIENTADA A CIRCUITOS Y PAQUETES.
La diferencia principal que encontramos es en la utilización de recursos de red.
El sistema de conmutación de circuitos está pensado en llamadas por voz. Al efectuar una llamada, se reserva
un canal de comunicación entre origen y destino, una vez reservado, este canal permanecerá ocupado
durante todo el tiempo que dure la conversación, en una llamada se ocupa todo el recurso de conmutación
[4].
Este sistema es obviamente ineficaz cuando nos referimos a la transmisión de datos. En Internet, por ejemplo
el tráfico de datos es a ráfagas, es decir, se concentra en instantes determinados, permaneciendo el canal la
mayor parte del tiempo vacío.
En cambio la conmutación de paquetes el canal de transmisión se requiere sólo cuando existe algo que
transmitir o recibir. Esta transmisión se basa en dividir la información en pequeñas unidades llamadas
paquetes, estos paquetes son divididos y enviados de una forma secuencial a través de los canales disponibles
permitiendo que varios usuarios compartan los mismos canales.
Todos los paquetes al llegar a su destino, vuelven a unirse formando el fichero en cuestión, no existe reserva
previa de canales como ocurriría con la técnica de conmutación de circuitos, por lo cual una terminal en un
canal, puede ser utilizado por otra terminal. Esa técnica de conmutación de paquetes es la empleada en redes
de datos fijos como internet.
Una vez que un paquete ha sido transmitido por el interfaz de radio, se vuelven a liberar los recursos de radio
para que así puedan ser utilizados por algún otro usuario, una conexión de paquetes únicamente usaría los
recursos cuando se estuviera bajando una página, no cuando se estuviera efectuando una consulta, quedando
libre el canal a partir de ese momento.
2.2.2 CARACTERÍSTICAS DE LA TECNOLOGÍA GPRS
Las características más relevantes de GPRS son:
COMPATIBILIDAD CON EL SISTEMA GSM: Las redes GPRS están basadas en GSM, así las terminales
que vayan saliendo al mercado tienen una capacidad dual (GSM/GPRS).
PERMITE: La utilización de datos y voz a través del móvil.
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MAYOR VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA DE DATOS: Puede alcanzar un marco ideal de transmisión
velocidades máximas técnicas de 171,2 Kbps (reales 115 Kbps).
PERMITE QUE LA TERMINAL ESTE SIEMPRE CONECTADA “ALWAYS ON”: La percepción por parte del
usuario será que el servicio GPRS está siempre disponible desde que conecta su terminal, ya que GPRS
facilita conexiones instantáneas; esta característica permite ahorrar el tiempo de conexión cada vez
que se requiere una información.
SOPORTA APLICACIONES MÁS ROBUSTAS: El incremento de velocidad va directamente unido al tipo
de aplicaciones que puede soportar la baja velocidad de transmisión de datos del sistema de
conmutación de circuitos limitado con el lento tiempo de conexión y la limitada longitud de los
mensajes (SMS) hacían que las soluciones de aplicaciones móviles resultasen funcionalmente
limitadas. El número de servicios de datos accesibles para dispositivos GPRS es mayor que GSM.
FACTURACIÓN POR VOLÚMENES DE DATOS: Se permite facturas por la cantidad de datos en
transferencia en lugar de tarifas basadas en el tiempo de conexión.
SOPORTE DE PROTOCOLO IP (Protocolo de Internet, Internet Protocol): GPRS define un método de
acceso a redes IP. Estas redes utilizan la conmutación de paquetes lo que optimiza la utilización del
espectro de radio disponible al no ser necesario que un canal de radio sea utilizado para la transmisión
de un punto a otro lo que permite proporcionar velocidades de acceso a internet e intranet y mejorar
la eficacia de la red.
2.2.3 FUNCIONAMIENTO DE GPRS
2.2.3.1 PROTOCOLOS DEL PLANO DE TRANSMISIÓN.
El plano de transmisión es el encargado de proveer la transmisión de los datos del usuario y su señalización
para el control de flujo, detección de errores y la corrección de los mismos [5].
GTP (Protocolo de túnel de GPRS, GPRS Tunneling Protocol): Es el encargado de transportar los
paquetes del usuario y sus señales relacionadas entre los nodos de soporte de GPRS (GSN). Los
paquetes GTP contiene los paquetes IP del usuario.
SNDCP (Protocolo de Convergencia Dependiente de la Subred, Subnetwork Dependent
Convergence Protocol): Es el encargado de transferir los paquetes de datos entre un SGSN y la
estación móvil. Realiza las siguientes funciones:
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Multiplexación de diversas conexiones de la capa de red en una conexión lógica virtual de la capa
LLC (Control de Enlace Lógico, Logical Link Control).
Compresión y descompresión de los datos e información redundante de la cabecera.
AIR INTERFACE (Interfaz de Aire): Concierne a las comunicaciones entre la estación móvil y la BSS en
los protocolos de las capas física, MAC (Control de Acceso al Medio, Medium Access Control) y RLC
(Control de Enlace de Radio, Radio Link Control).
Las subcapas RLC/MAC permiten una eficiente multiplexación multiusuario, en los canales de
paquetes de datos compartidos, y utiliza un protocolo ARQ (Respuesta Automatica a Petición,
Automatic Repeat Request) selectivo para transmisiones seguras a través del interfaz aire. El
canal físico dedicado para tráfico en modo paquete se llama PDCH (Canal de Paquete de Datos,
Packet Data Channel).
Ahora se considera la Data Link Layer (Capa de Enlace de Datos), y la Physical Layer (Capa Física)
como parte del Interfaz Aire Um.
DATA LINK LAYER: Se encuentra entre la estación móvil (el móvil GPRS en sí) y la red. Se subdivide en:
La capa LLC (entre MS-SGSN (Nodo de Soporte de Servicio GPRS, Service GPRS Support Node)):
Provee un enlace altamente fiable e incluye control de secuencia, entrega en orden, control de
flujo, detección de errores de transmisión y retransmisión.
La capa RLC/MAC (entre MS-BSS): El principal propósito de la capa de Control de Radio Enlace (RLC)
es la de establecer un enlace fiable. Esto incluye la segmentación y re ensamblado de las tramas
LLC en bloques de datos. La capa MAC controla los intentos de acceder de un MS a un canal de
radio compartido por varios MS.
PHYSICAL LAYER: Capa física entre MS y BSS. También se subdivide en dos subcapas.
PLL (Capa del Enlace Físico, Physical Link Layer): Provee un canal físico. Sus tareas incluyen la
codificación del canal (detección de errores de transmisión, corrección adelantada (FEC),
indicación de códigos incorregibles), interleaving y la detección de congestión del enlace físico.
RFL (Capa de Enlace de Radio Frecuencia, Radio Frequency Layer): Incluye la modulación y la
demodulación.
INTERFAZ BSS-SGSN: El protocolo de aplicación BSS GPRS (BSS-GP) se encarga del ruteo y lo relativo a
la información de la QoS (Calidad en el Servicio, Quality of Service) entre BSS y SGSN. El NS (Servicio
de Red, Network Service) está basado en el protocolo de Frame Relay (Retraso de Trama).
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2.2.3.2 PROTOCOLOS DEL PLANO DE SEÑALIZACIÓN.
Protocolos encargados del control y mantenimiento de las funciones del plano de transmisión, conexión
desconexión, activación de contexto, control de caminos de ruteo y localización de los recursos de la red.
GMM/SM (Gestión de Movilidad/Gestión de Sesión de GPRS, GPRS Mobility Management/Session
Management): Es el protocolo que se encarga de la movilidad y la gestión de la sesión en momentos
de la ejecución de funciones de seguridad, actualizaciones de rutas, etc.
La señalización entre SGSN y los registros HLR, VLR, y EIR utilizan los mismos protocolos que GSM con ciertas
funciones ampliadas para el funcionamiento con el GPRS, en la siguiente figura se muestra el plano de
señalización.
Figura 2. 2 Plano de Señalización de GPRS.
2.2.4 DEFINICIÓN MAESTRO-ESCLAVO.
El canal físico dedicado para el tráfico en modo paquete se llama PDCH (Canal de Paquete de Datos, Packet
Data Channel).
Al menos 1 PDCH actúa como maestro denominado MPDCH (Canal de Paquete de Datos Maestro, Master
Packet Data Channel), y puede servir como PCCCH (Canal común de Control de Paquetes, Packet Common
Control Channel), el cual lleva toda la señalización de control de necesaria para iniciar la transmisión de
paquetes. Si no sirve como tal se encargará de una señalización dedicada o datos de usuario.
El resto actúan como esclavos y solo son usados para transmitir datos de usuario, en tal caso se habla de un
canal SPDCH (Canal de Paquete de Datos Esclavo, Slave Packet Data Channel). En las siguientes tablas se
muestran los canales que componen el MPDCH y el SPDCH así como sentido y función.
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Tabla 2. 2 Canales que Componen el MPDCH
CANALES QUE COMPONEN EL MPDCH
Nomenclatura Nombre Sentido Función
PRACH Physical Random Access
Channel Ascendente
Iniciar la transferencia de datos
desde el móvil
PPCH Packet Paging Channel Descendente Informar al móvil de la entrega de
paquetes
PPRCH Packet Paging
Response Channel Ascendente
Uso exclusivo de un móvil para
responder a un paging (búsqueda)
PAGCH Packet Access Grant
Channel Descendente
Para enviar la información a un móvil
sobre reserva de canales
PNC Paging Network
Controller Descendente Para notificaciones Multicast
PBCCH Packet Broadcast
Control Channel Descendente
Para difundir información específica
sobre GPRS Broadcast
Tabla 2. 3 Canales que Componen el SPDCH
CANALES QUE COMPONEN EL SPDCH
Nomenclatura Nombre Sentido Función
PDTCH Packet Data Traffic
Channel Ambos
Transferencia de datos
desde/hacia el móvil
PACCH Packet-Associated
Control Channel Ambos
Transporte de
información de
señalización
PDBCH Packet Data
Broadcast Channel Descendente
Enviar en modo de
Broadcast, datos de
usuario
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2.2.5 FLUJO DE DATOS.
La unidad de datos del protocolo de la capa de red, denominada N-PDU o paquete, es recibida de la capa de
red y es transmitida a través del interfaz de aire entre la estación móvil y el SGSN usando el protocolo LLC.
Primero el SNDCP (Protocolo de Convergencia Dependiente de la Subred, Subnetwork Dependent
Convergence Protocol) transforma los paquetes en tramas LLC, el proceso incluye opcionalmente la
compresión de la cabecera de datos, segmentación y encriptado.
Una trama LLC es segmentada en bloques de datos RLC, que son formados en la capa física, cada bloque
consta de 4 ráfagas normales que son similares a las de TDMA. En la siguiente figura se muestra el flujo de
datos en GPRS.
Figura 2. 3 Flujo de Datos en GPRS
2.2.6 MULTIPLEXADO DE CANALES LÓGICOS.
Hay una serie de indicadores para poder hacer el multiplexado de canales lógicos y poder aprovechar al
máximo las capacidades de la red.
Cuando las tramas LLC son segmentadas se asigna un TFI en la cabecera de los paquetes RLC que es único
dentro de la celda, para permitir la implementación del protocolo de petición (ARQ). Permite el multiplexado
downlink (Enlace de bajada).
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TBF: Permite identificar una o varias tramas LLC pertenecientes a un mismo usuario.
USF: Permite el multiplexado uplink (Enlace de subida). Consta de 3 bits por lo que tiene 8 valores
diferentes. Cada bloque RLC del downlink (Enlace de bajada) lleva el indicador, si el USF recibido en el
downlink es igual al suyo, el usuario puede usar el siguiente bloque uplink; si es igual a FREE, el
siguiente bloque es un slot destinado al proceso de acceso (PRACH); los otros siete valores se utilizan
para reservar el uplink para diferentes estaciones móviles.
2.2.7 CODIFICACIÓN.
Existen 4 tipos de codificación en GPRS cada una con sus características, tanto de carga útil que se codifica
como el número de bits codificados. Todos los tipos siguen prácticamente los mismos pasos:
Figura 2. 4 Esquema de Codificación en GPRS
Las dos etapas iniciales añaden información a la carga útil:
BCS: Secuencia de Chequeo de Bloque.
USF: Bandera de Estado del Enlace de Subida.
Una vez obtenida la codificación se puede hacer el diezmado que son bits que se quitan de forma no
arbitraria.
Las 4 formas de codificación de GPRS son:
El CS-1 coincide con el SDCCH de GSM. Este código es usado cuando la MS se encuentra más alejada de
la BSS, esto es debido a que a mayor distancia el código debe resultar más robusto para poder
establecer la transferencia de datos con el mínimo de errores.
El CS-2 y CS-3 son versiones perforadas del CS-1. Estos son usados en distancias intermedias
determinadas por la BSS para lograr establecer la comunicación.
El CS-4 no utiliza código convolucional. Este Esquema de código, es empleado cuando la MS se
encuentra lo más cerca de la radio base
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En la siguiente tabla se muestran los bits codificados así como tasas de transmisión para cada uno de los
niveles de codificación de GPRS.
Tabla 2. 4Tasa de Transmisión y Codificación de Bits Para los Diferentes Esquemas de Codificación.
TASAS DE TRANSMISIÓN Y CODIFICACIÓN DE BITS EN DIFERENTES ESQUEMAS
TIPO BITS CODIFICADOS TASA DE DATOS (Kbps)
CS-1 456 9.5
CS-2 588 13.4
CS-3 676 15.6
CS-4 456 21.4
2.2.8 TRANSFERENCIA DE DATOS (UP-LINK).
La secuencia a seguir para la transferencia de datos en el enlace de subida, es la siguiente:
1. Una estación móvil inicia una transferencia de paquetes haciendo una petición de canal de paquete en
el PRACH.
2. La red responde en PAGCH con una o dos fases de accesos:
1 acceso: La red responde con la asignación de paquete, que reserva los recursos en PDCH para
transferir ascendentemente un nº de bloques de radio.
2 accesos: La red responde con la asignación de paquete, que reserva los recursos ascendentes
para transmitir la petición de recursos de paquete; a lo que la red responde con la asignación de
recursos.
3. En la transmisión se realizan confirmaciones, si se recibe una confirmación negativa o errónea se
repite la transmisión del paquete.
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En la siguiente figura se muestran los canales asociados con la transferencia de datos de uplink.
Figura 2. 5 Transferencia de Datos (Up-Link)
2.2.9 TRANSFERENCIA DE DATOS (DOWN-LINK).
La secuencia a seguir para la transferencia de datos en el enlace de bajada, es la siguiente:
1. Una BSS inicia una transferencia de paquetes enviando una petición de paging (búsqueda) en el PPCH.
2. La estación móvil responde de forma muy parecida a la del acceso al paquete descrita en el punto
anterior.
3. En la asignación de recursos se envía una trama con la lista de PDCH que son usados.
4. Si se recibe un reconocimiento negativo solo se retransmite los bloques erróneos.
En la siguiente figura se muestran los canales asociados con la transferencia de datos de downlink.
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Figura 2. 6 Transferencia de Datos (Down-Link).
2.2.10 ARQUITECTURA DE LA RED GPRS
La arquitectura de la red GPRS está basada en GSM, los principales elementos introducidos son.
DOS NODOS DE SOPORTE GPRS: El nodo de conmutación (SGSN) y nodo (GGSN) cuyas misiones son
complementarias.
ACTUALIZACIÓN DEL SOFTWARE: A nivel de BTS (estación de transmisión).
NUEVO HARDWARE EN EL BSC: Este hardware se denomina PCU (Unidad de Control de Paquetes) y es
encargada de manejar la comunicación de paquetes.
COMPUERTA GPRS NODO SOPORTE (GGSN): Su función principal es actuar como paso entre la red
troncal y las redes externas como IP, es el elemento principal de la infraestructura GPRS a parte de:
1. Traducir los paquetes que se reciben desde SSGS al formato de la red externa (IP)
2. Traducir las direcciones IP en la dirección móvil de destino.
3. Realización de autenticación.
4. Tarificación.
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SERVICIO GPRS NODO SOPORTE (SGSN): Se encarga de la entrega de paquetes desde y hacia los
móviles que están dentro de su área de servicio, tiene asociado un registro de locación similar al VLR y
se encarga de:
1. Ruteo y transferencia de paquetes de datos
2. Gestión de la movilidad.
3. Autenticación de los usuarios.
4. Tarificación.
TUNNELING: Dentro de la arquitectura GPRS es el concepto clave que rige la transmisión de la
información; lo importante en este caso es la dirección final de destino independientemente del medio
de donde se siga la información; el tunneling se basa en:
1. Encapsulado de los datos con introducción de cabeceras de direcciones de destino y origen.
2. Actualización de tablas de ruteo existentes (SGSN) (GGSN).
3. Asignación de IP al móvil.
En la siguiente figura se muestra la arquitectura de la red GPRS.
Figura 2. 7 Arquitectura de la red GPRS.
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CAPÍTULO 2. EVOLUCIÓN DE GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 21
2.3 EGPRS (EDGE)
Es el acrónimo para Enhaced Data Rates for GSM Evolution (Tasas de datos mejoradas para la evolución de
GSM), también conocida como Enhaced GPRS (Mejora de GPRS).
Puede ser usado en cualquier transferencia de datos basada en PS (Conmutación de Paquetes, Packet
Switching), como es la conexión a internet, los beneficios de EDGE sobre GPRS se pueden ver en las
aplicaciones que requieren una velocidad de transferencia de datos, o ancho de banda altos como video u
otros servicios multimedia.
Además de usar GMSK, EDGE usa 8PSK (Desplazamiento por Cambio de Fase 8, 8Phase Shift Keying;) [6].
EDGE es el próximo paso en la evolución de GPRS, el objetivo de la nueva tecnología es la de ofrecer tasas de
transmisión superiores, una mejor eficiencia espectral y facilitar nuevas aplicaciones y mayor capacidad para el
usuario móvil. Con la introducción de EDGE en GSM fase 2+; servicios existentes como GPRS son mejorados.
Es introducido dentro de las especificaciones y descripciones existentes, lejos de crear nuevas; es un método
para aumentar velocidades de datos sobre el enlace de radio de GSM, mientras que GPRS permite tasas de
transmisión de 115 Kbps y teóricamente 160 Kbps, con la implementación de EDGE el sistema sería capaz de
alcanzar tasas de transmisión de 384 Kbps y teóricamente 473.6 Kbps. Básicamente EDGE sólo introduce una
nueva técnica de modulación y la nueva codificación de canal que puede usarse indistintamente para
transmitir servicios de voz y datos por conmutación de paquetes y de circuitos.
2.3.1 FUNCIONAMIENTO DE EDGE
En la tabla 2.3 se muestra la comparación entre GPRS y EDGE.
Tabla 2. 5 Comparación entre GPRS y EDGE
COMPARACIÓN ENTRE GPRS Y EDGE
CARACTERÍSTICAS GPRS EDGE
Modulación GMSK 8-PSK
Tasa de Símbolos 270 Simb/seg 270 Ksimb/seg
Tasa de Bits 270 Kbps 810 Kbps
Tasa de Bits radio por Time-Slot 22.8 Kbps 69.2 Kbps
Tasa de Bits de Usuario por Time-Slot 20 Kbps (CS-4) 59.2 Kbps (MCS9)
Tasa de Bits de Usuarios en 8 Time-Slots 160 Kbps 473.6 Kbps
Aunque GPRS y EDGE comparten la misma tasa de símbolos, el número de bits de modulación difiere. EDGE
puede transmitir tres veces el número de bits que GPRS transmite en un mismo instante. Esta es la principal
razón de las elevadas tasas a las que es capaz de transmitir EDGE.
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CAPÍTULO 2. EVOLUCIÓN DE GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 22
2.3.2 MODULACIÓN
El tipo de modulación utilizada en GSM es GMSK, la cual es una modulación en fase. La figura 2.8 muestra un
diagrama de la constelación de la modulación, en ella se diferencian dos ejes, el real y el imaginario. En el caso
de GMSK, transmitir un cero o un uno es representado por un incremento positivo o negativo de la fase. Cada
símbolo transmitido representa a un bit.
En la siguiente figura se muestran las constelaciones que corresponden al tipo de modulación GPRS y EDGE.
Figura 2. 8 Constelaciones de GPRS y EDGE.
Para lograr tasas de bits mayores que en GSM/GPRS, la modulación tiene que cambiar. EDGE está diseñado
para que reutilice la estructura del canal, su ancho, código de canal y las funcionalidades ya existentes en
GPRS. La modulación estándar 8-PSK, seleccionada para EDGE, cumple todos estos requisitos, 8-PSK tiene las
mismas cualidades que GMSK en términos de generación de interferencia en canales adyacentes. Esto hace
posible la integración de canales EDGE en un plan de frecuencias existente, así como asignar nuevos canales
EDGE de la misma manera que canales GSM.
La modulación 8-PSK es un método lineal en el que 3 bits consecutivos son mapeados en un símbolo del plano
I/Q. La tasa de símbolos permanece invariable, pero ahora cada símbolo representa tres bits y no uno como en
GMSK. Es decir, la tasa total es multiplicada por un factor 3.
La distancia entre símbolos es menor usando 8-PSK. Esto, aumenta el riesgo de mal interpretación de los
símbolos por parte del receptor. Bajo buenas condiciones radio esto no importa, pero bajo malas condiciones
radio el número de símbolos mal interpretados crecería si no fuera por los mecanismos que lo detectan y
añaden bits a los códigos de corrección de error. Solo bajo muy malas condiciones radio es GMSK más
eficiente, por eso los esquemas de codificación de EDGE incluyen GMSK y 8-PSK.
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CAPÍTULO 2. EVOLUCIÓN DE GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 23
2.3.3 ESQUEMAS DE CODIFICACIÓN.
Para GPRS están definidos cuatro esquemas de codificación distintos: CS1, CS2, CS3 y CS4. Cada uno tiene una
cantidad diferente de código de corrección de error optimizado para distintas condiciones radio. Para EGPRS
fueron diseñados nueve esquemas de codificación, del MCS1 al MCS9, con la misma idea que los cuatro de
GPRS. Los cuatro primeros esquemas EGPRS (MCS1 a MCS4) usan GMSK, mientras que los demás (MCS5 a
MCS9) usan la modulación 8-PSK.
La Tabla 2.4 se muestran los esquemas de codificación de GPRS y EDGE con las tasas de usuario máximas.
Tabla 2. 6 Esquemas de Codificación de GPRS y EDGE.
ESQUEMAS DE CODIFICACIÓN DE GPRS Y EDGE
ESQUEMA DE CODIFICACIÓN MODULACIÓN EMPLEADA TASA DE TRANSFERENCIA (Kbps)
CS1
GMSK
8
CS2 12
CS3 14.4
CS4 20
MCS1 8.4
MCS2 11.2
MCS3 14.8
MCS4 17.6
MCS5
8PSK
22.4
MCS6 29.6
MCS7 44.8
MCS8 54.4
MCS9 59.2
La tasa de transferencia en GPRS puede alcanzar un máximo de 20 Kbps (CS4), mientras que en EGPRS ésta
puede aumentar hasta llegar a 59.2 Kbps (MCS9).
Tanto GPRS (CS1 a CS4) como los cuatro primeros esquemas en EGPRS (MCS1 a MCS4) usan la modulación
GMSK con leves diferencias en las tasas, esto es debido a diferentes tamaños en las cabeceras de los paquetes
(y en la información de usuario). Esto es lo que hace posible la re segmentación en los paquetes EGPRS. La re-
segmentación, no es más que la retransmisión de un paquete con otro esquema de codificación (si las
condiciones radio lo requieren) tras haberse recibido inapropiadamente. Esta re-segmentación requiere
cambios en los tamaños de las partes de información de usuario, ya que un esquema menor requiere más
información de corrección de error [7].
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CAPÍTULO 2. EVOLUCIÓN DE GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 24
2.3.4 CONTROL DE ENLACE DE EDGE
EGPRS usa una combinación de dos funcionalidades para alcanzar el mayor throughput (Tasa de transferencia
de datos) posible, sobre el enlace radio, estas son: adaptación al enlace y redundancia incremental.
ADAPTACIÓN AL ENLACE: Usa las medidas que se toman del enlace a través de la estación móvil
(enlace descendente) o de la estación base (enlace ascendente) para seleccionar el esquema de
codificación más apropiado para la siguiente secuencia de paquetes. Un cambio de esquema se inicia
tras la estimación de nuevas condiciones del canal, es decir, el cambio lo marca el periodo de medidas.
Los esquemas de codificación se dividen en 3 familias: A, B y C como se muestra en la Tabla 2.5 La re-
segmentación es sólo posible dentro de cada familia. Esta restricción obedece a ciertas relaciones entre los
tamaños de los campos que transportas la información de usuario en la ráfaga (payload).
Tabla 2. 7 Familias de Códigos de EDGE.
FAMILIAS DE CÓDIGOS DE EDGE
ESQUEMA DE CODIFICACIÓN TROUGHPUT FAMILIA
MCS1 8.8 C
MCS2 11.2 B
MCS3 14.8 A
MCS4 17.6 C
MCS5 22.4 B
MCS6 29.6 A
MCS7 44.8 B
MCS8 54.4 A
MCS9 59.2 A
REDUNDANCIA INCREMENTAL: Es un método para minimizar el delay (Retardo) y mejorar el
throughput de las transmisiones. Consiste en una variante de ARQ (Solicitud Automática de
Repetición, Automatic Repeat Request) denominada ARQ Híbrida Tipo II.
Primero la información es codificada de acuerdo con un esquema de codificación. Si la decodificación falla, el
bloque de información es retransmitido usando otro esquema de codificación y combinado con el bloque
transmitido previamente, esto aumenta la probabilidad de una decodificación satisfactoria. Este proceso se
repite hasta alcanzar la decodificación correcta del bloque.
En el estándar, la implementación de redundancia incremental es obligatoria en las estaciones móviles.
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CAPÍTULO 2. EVOLUCIÓN DE GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 25
2.3.5 ARQUITECTURA DE EDGE
La arquitectura de EDGE es la misma que la de GPRS, solamente con la introducción de algunos cambios. La
unidad de control de paquetes se puede colocar en la radio base, o nodo de soporte GPRS. La unidad central
de control siempre se coloca en la radio-base.
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26
CAPÍTULO 3.
UMTS
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CAPÍTULO 3. UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM 27
3 UMTS
El concepto de una red UMTS hace referencia a una combinación de tecnologías que permiten la integración
entre redes fijas y móviles, así como la convergencia de los sistemas de comunicación móvil de segunda
generación. La convergencia, es uno de los principales objetivos de UMTS como tecnología de tercera
generación. Es importante señalar que la tecnología de acceso WCDMA es la tecnología de acceso de UMTS y
que brinda la capacidad de trasferir paquetes de datos a altas velocidades.
3.1 WCDMA
WCDMA es una tecnología derivada del CDMA (Code División Multiple Access, Acceso al Medio por División de
Código) tradicional utilizado en las redes IS-9540. Las principales diferencias entre ambas tecnologías, es que
WCDMA utiliza una señalización y un canal de control diferente así como un mayor ancho de banda (5 MHz)
para su funcionamiento, el cual lo provee de la capacidad para transmitir datos a velocidades de hasta 2 Mbps
[8].
Esta tecnología emplea una técnica de ensanchamiento, es decir, la señal de datos es ensanchada para que
ocupe todo el ancho de banda asignado para la transmisión. Este ensanchamiento se realiza con un código de
ensanchamiento específico para cada usuario, con el cual se establece la diferencia entre cada usuario
conectado a la red. Este procedimiento es llamado DS-WCDMA Direct Sequence WCDMA (WCDMA de
Secuencia Directa).
Figura 3. 1 Ancho de Banda de WCDMA.
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CAPÍTULO 3. UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM 28
3.1.1 FUNCIONAMIENTO DE WCDMA
3.2.1.1 SPREADING Y DESPREADING PARA LA TECNOLOGÍA WCDMA.
Básicamente el funcionamiento de WCDMA es el siguiente: La información a transmitir es multiplicada por un
código, el resultado de esta multiplicación produce una señal de mayor ancho de banda, específicamente de
3.84MHz, que representa el ancho de banda asignado para la transmisión en modo FDD- WCDMA, a este
procedimiento se le denomina Spreading. El receptor capta la señal ensanchada y la sincroniza con el mismo
código que se utilizó para la transmisión, el resultado será: la información transmitida más algunos armónicos
de alta frecuencia que no forman parte de la información y que pueden ser filtrados con facilidad, a este
procedimiento se le denomina Despreading [9].
El Spreading y el Despreading son realizados tanto por el Nodo B como por el teléfono móvil, debido a que la
información transita en dos sentidos, uno desde el teléfono hacia el Nodo B (Up-link) y otro desde el Nodo B al
teléfono (Down-link).
3.1.1.2 CHIPS
Un concepto utilizado en WCDMA es el de chip, que corresponde a los bits utilizados en el código de pseudo-
ruido conocido como código de ensanchamiento. La velocidad del código de ensanchamiento no se expresa
en bits/ segundos (b/s), sino en chips/s (chips por segundo), de tal forma que la velocidad del código de
ensanchamiento es de 3.84 Mchips/s que es lo necesario para que la señal de datos se ensanche a los
3.84MHz. La velocidad de códigos es conocida como SCR, System Chip Rate (Tasa de Chips del Sistema).
3.1.1.3 Símbolos
Los símbolos dependen de la modulación. Un símbolo es un elemento de transmisión como resultado de una
modulación. Las modulaciones utilizadas en WCDMA son QPSK (Modulación por Desplazamiento de Fase en
Cuadratura, Quadrature Phase Shift Keying) para el enlace descendente, en el cual se utilizan cuatro símbolos
para la transmisión, de acuerdo a la siguiente ecuación:
Por tanto, se pueden generar combinaciones de dos bits por símbolo , es decir, se transmiten dos bits
por cada símbolo. Para el enlace ascendente se utiliza Dual QPSK el cual utiliza dos símbolos para la
transmisión, se transmite un bit por cada símbolo ( ), a continuación se muestra en la Tabla 3.1, la
relación de los símbolos.
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Tabla 3. 1 Relación Entre Símbolos de QPSK y Dual QPSK.
RELACIÓN ENTRE SÍMBOLOS ENTRE QPSK Y DUAL QPSK
QPSK Dual QPSK
Símbolos Combinaciones de bits
Símbolos Combinaciones de bits
A 0 A 0
B 1 B 1
C 10
D 11
De forma más específica, el ensanchamiento de la señal de datos binarios se realiza sobre los símbolos
generados por éstos, como se muestra en la figura 3.2, en donde se observa que el chip es la unidad de
información del código de ensanchamiento. El código de ensanchamiento y los símbolos generados por los
datos entran a una compuerta XNOR, en la cual sí los valores de entada son iguales el resultado es un uno
lógico y si son diferentes se genera un cero lógico. El resultado de este procedimiento genera una señal cuya
velocidad es de 3.84 MChips/s, que es la capacidad que posee el canal. En la siguiente figura también se
observa el proceso de Spreading y Despreading.
Figura 3. 2 Spreading y Despreading.
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3.1.1.4 EL CÓDIGO DE ENSANCHAMIENTO
Un código de ensanchamiento es utilizado para diferenciar la información de cada usuario en el trayecto
radioeléctrico, este código es asignado por la red al usuario antes de una transmisión de tal forma que ambos
lo conocen y lo utilizan para la separación de la información. Este código de ensanchamiento está compuesto
de un código de aleatorización y un código de canalización.
El código de ensanchamiento es empleado para diferenciar al usuario en una misma banda de frecuencia y el
código de canalización es utilizado para diferenciar los canales de datos y de control utilizados en WCDMA. El
código de ensanchamiento se expresa mediante la siguiente ecuación:
3.1.1.5 FACTOR DE ENSANCHAMIENTO
El factor de ensanchamiento es una cifra que describe el número de chips por cada símbolo utilizado para el
ensanchamiento de la señal, se representa de la siguiente forma:
En donde, la tasa de bits del sistema es igual a 3.84MChips/s y en los datos se contempla información adicional
como señalización y control, además, se debe tener en cuenta que los símbolos generados por los datos son
diferentes en dirección descendente que en dirección ascendente, ya que un símbolo es igual a un bit en
dirección ascendente y en dirección descendente un símbolo es igual a dos bits [10]. A continuación se
muestra la Tabla 3.2 y 3.3 con las velocidades de datos, símbolos y su factor de ensanchamiento en
transmisión uplink y downlink.
Tabla 3. 2 Relación Entre el Factor de Ensanchamiento, Símbolos y Velocidad de Transmisión Para el Up-Link.
RELACIÓN ENTRE FACTOR DE ENSANCHAMIENTO, SÍMBOLOS Y TRANSMISIÓN UP-LINK
Factor de Ensanchamiento
Tasa de símbolos generados por los datos
(Ksímbolos/s)
Velocidad del canal (Kb/s)
256 15 15
64 60 60
16 240 240
4 960 960
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Tabla 3. 3 Relación Entre el Factor de Ensanchamiento, Símbolos y Velocidad de Transmisión Para el
Down-Link.
RELACIÓN ENTRE FACTOR DE ENSANCHAMIENTO, SÍMBOLOS Y TRANSMISIÓN DOWN-LINK
Factor de Ensanchamiento
Tasa de símbolos generados por los datos
(Ksímbolos/s)
Velocidad del canal (Kb/s)
256 15 30
64 60 120
16 240 480
4 960 1920
Como se puede observar en la Tabla 3.2 y Tabla 3.3 mayor velocidad binaria el factor de ensanchamiento será
menor, es decir, requerirá menos chips por símbolos para ensanchar la señal.
Con ello, se pueden deducir algunas características de la tecnología WCDMA, las cuales son esenciales en el
aspecto de la transmisión: la información a transmitir requiere de una mayor cantidad de potencia si la
información a transmitir es mayor, en el contexto técnico significaría que a mayor velocidad binaria mayor
potencia. Lo anterior, relacionado con el factor de ensanchamiento denota que dicho factor es inversamente
proporcional a la potencia, debido a que cuanto menor sea el factor de ensanchamiento mayor es la velocidad
de transmisión y por ende mayor es la potencia utilizada para la transmisión.
3.1.2 CANALES RADIOELÉCTRICOS DE WCDMA
Los canales radioeléctricos en WCDMA son los encargados de gestionar el ancho de banda asignado a cada
usuario de la red, por medio de éstos se proporcionan funciones de control para el teléfono móvil e
información de aplicación. Hay tres tipos de canales en WCDMA: los canales lógicos, los canales de transporte
y los canales físicos.
Los canales lógicos describen el tipo de información que se transmite, los canales de transporte describen
como se transfieren los canales lógicos y los canales físicos son el medio radioeléctrico por el cual se transmite
la información, esto quiere decir, que dentro de los canales físicos se encuentran los canales de transporte.
Desde el punto de vista de la red, el Nodo B administra los canales físicos ya que se encarga de proveer la
interfaz radioeléctrica y el RNC Radio Network Controller (Controlador de Red de Radio) administra los
canales de transporte y los canales lógicos, como se muestra en la siguiente figura.
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Figura 3. 3 Canales Radioeléctricos de WCDMA y la Relación Entre Ellos.
3.1.2.1 CANALES LÓGICOS
Los canales lógicos son un conjunto de tareas que la red debe realizar en un determinado momento, es decir,
cada canal lógico representa una tarea. Los canales lógicos son los siguientes:
BCCH (Canal de Control de Difusión, Broadcast Control Channel): A través de este canal se le
informa al teléfono móvil lo que está pasando en el entorno radioeléctrico, como por ejemplo:
los valores de los códigos utilizados en su célula y las células adyacentes, los niveles de potencia
permitidos, etc.
PCCH (Canal de Control de Localización, Paging Control Channel): La localización es un sistema
mediante el cual se puede ubicar la posición de un teléfono móvil, esto es necesario cuando se
quiere establecer una llamada con un determinado teléfono móvil y no se conoce su posición,
para la localización del teléfono móvil se utiliza este canal.
CCCH (Canal de Control Común, Common Control Channel): es un canal de control que puede
ser utilizado simultáneamente por varios usuarios de una célula, por tal motivo, cada teléfono
móvil se debe identificar con una U- NRTI UTRAN - Network Radio Temporal Identity (Identidad
Temporal de Red de Radio UTRAN) para que pueda ser diferenciado por la red.
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CAPÍTULO 3. UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM 33
DCCH (Canal de Control Dedicado, Dedicated Control Channel): por este canal se envía
información de control, pero a diferencia del CCCH este canal sólo puede ser utilizado por un
usuario.
DTCH (Canal de Tráfico Dedicado, Dedicated Traffic Channel): por este canal se transmite el
tráfico dedicado para los servicios de usuarios.
CTCH (Canal de Tráfico Común, Common Traffic Channel): es un canal que trasmite tráfico en
dirección descendente para un conjunto de usuarios de una misma célula.
Los canales de transporte son los siguientes:
BCH (Canal de Difusión, Broadcast Channel): es un canal descendente que transporta el
contenido del BCCH. Éste es transmitido con una potencia relativamente alta ya que todos los
teléfonos móviles lo deben escuchar.
PCH (Canal de Localización, Paging Channel): es un canal descendente que transporta el
contenido del canal PCCH, es decir, la información de radio búsqueda o localización.
FACH (Canal de Acceso Directo, Forward Access Channel): es un canal descendente que
transporta información de control, es decir, transporta a los canales lógicos BCCH y CCCH. Una
célula posee múltiples canales FACH, pero siempre hay uno configurado a baja velocidad binaria
para que todos los terminales puedan recibirlo.
DCH (Canal de Transporte Dedicado, Dedicated Transport Channel): es un canal bidireccional
que transmite tráfico y control dedicado, es decir, transporta los canales lógicos DCCH y DTCH.
Un DCH puede albergar varios DTCH, por ejemplo: cuando un usuario tiene activa una llamada
de voz y una llamada de video simultáneamente, ya que cada llamada requiere un DTCH.
DSCH (Canal Compartido Descendente, Downlink Shared Channel): es un canal descendente
opcional que transporta información dedicada, es decir, a los canales lógicos DCCH y DTCH. Este
canal lo pueden compartir varios usuarios, por lo tanto, es mejor que el DCH porque ahorra
recursos de red en dirección descendente. Además, este canal puede aumentar de velocidad
convirtiéndose en HS-DSCH.
RACH (Canal de Acceso Aleatorio, Random Access Channel): es un canal de dirección
ascendente que transporta información de control, por ejemplo: solicitudes de establecimiento
de conexión, por lo que alberga al canal lógico CCCH en sentido ascendente, además, transporta
pequeñas ráfagas de datos por paquetes por lo que trabaja con el DTCH.
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CPCH (Canal de Paquetes Común, Common Packet Channel): es un canal de transporte común
en dirección ascendente destinado a la transmisión de paquetes, trabaja con el DTCH y el DCCH
para dicho fin. Sí la capacidad para la transmisión de datos del canal RACH no es suficiente, se
puede utilizar el CPCH.
3.1.2.2 CANALES FÍSICOS
Los Canales físicos son los siguientes:
P-CCPCH (Canal Físico de Control Común Primario, Primary Common Control Physical Channel):
este canal transporta al BCH en dirección descendente, todos los terminales pueden demodular
y escuchar este canal ya que utiliza un código de canalización fijo, su velocidad binaria es de
30Kbps y se transmite con una potencia relativamente alta para que pueda ser escuchado por
todos los usuarios de la célula.
S-CCPCH (Canal Físico de Control Común Secundario, Secundary Commom Control Physical
Channel): incluye los canales de transporte PCH y FACH. La velocidad binaria de este canal es fija
y relativamente baja, además es transmitido con una potencia alta, su configuración es variable
y está relacionada con el rendimiento que se desee en el sistema.
PRACH (Canal de Acceso Aleatorio por Paquetes, Packets Random Access Channel): éste utiliza
el canal de transporte RACH y la información relacionada con el RAP Random Access Procedure
(Procedimiento de Acceso Aleatorio). Mediante este canal el usuario envía una solicitud de
acceso a la red.
DPDCH (Canal de Datos Físico Dedicado, Dedicated Physical Data Channel): este canal
transporta el tráfico dedicado de usuario en dirección descendente y ascendente, es decir,
transporta la parte de tráfico de usuario del canal de transporte DCH. Es de longitud variable y
en WCDMA modo FDD (Frequency Division Duplex, Duplex por División de Frecuencia) posee un
factor de ensanchamiento máximo de 4, en el modo TDD (Time Division Multiplex, División de
Tiempo Duplex) el factor de ensanchamiento máximo es de 1. Un terminal móvil puede utilizar
varios canales DPDCH para aumentar la capacidad de su conexión, esto se produce con la ayuda
de los multi-códigos con lo cual se asigna un código para cada canal DPDCH.
DPCCH (Canal de Control Físico Dedicado, Dedicated Physical Control Channel): este canal
transporta información dedicada de control perteneciente al usuario, es decir, transporta la
parte de control del canal de transporte DCH.
HS-DPCCH (DPCCH de Alta Velocidad, High Speed DPCCH): es un canal que cumple las mismas
funciones que el DPCCH pero con velocidades más altas.
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CAPÍTULO 3. UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM 35
PDSCH (Canal Fisco Compartido Descendente, Physical Downlink Shared Channel): éste
contiene al canal de transporte DSCH, por lo tanto, es opcional así como el DSCH.
HS-PDSCH (PDSCH de Alta Velocidad, High Speed PDSCH): es un canal descendente que
transporta al HS-DSCH con un factor de ensanchamiento de 16, mediante este canal se alcanzan
velocidades altas para el enlace descendente del usuario.
PCPCH (Canal Físico de Paquetes de Comunicación, Physical Comunication Packets Channel):
éste contiene al canal de transporte ascendente CPCH que es utilizado cuando la capacidad del
canal RACH no es suficiente.
CPICH (Canal Piloto Común, Common Pilot Channel): este canal se utiliza para las estimaciones
que realiza el terminal de los canales dedicados y para proporcionar referencias de los canales
cuando intervienen canales comunes. Normalmente un célula solo tiene un CPICH, pero puede
tener hasta dos, en este caso reciben el nombre de CPICH primario y secundario. Los terminales
escuchan continuamente el CPICH, por lo tanto, es utilizado para el handover y para equilibrar la
carga de la célula. El ajuste del nivel de potencia del CPICH equilibra la carga de la célula, debido
a que el terminal busca la célula con el nivel de potencia del CPICH más alto.
SCH (Canal de Sincronización, Synchronization Channel): éste es la combinación de dos canales
el P-SCH Primary SCH (SCH Primario) y el S- SCH Secondary SCH (SCH Secundario). El P-SCH
utiliza un código de canalización fijo para que los terminales puedan acceder a él fácilmente, una
vez que el terminal accede a este canal y lo demodula ha conseguido sincronizarse con las
tramas del sistema y posteriormente conocerá los códigos de aleatorización que utilizará para la
transmisión.
PICH (Canal Indicador de Localización, Paging Indicador Channel): este canal transmite
información de localización al terminal.
AICH (Canal de Indicación de Adquisición, Acquisition Indicador Channel): es un canal
descendente mediante el cual la red confirma al usuario que se ha recibido satisfactoriamente
su solicitud para el acceso a la red.
CA-ICH (Canal de Asignación CPCH, CPCH Assignment Indicador Channel): este canal indica la
asignación de canales CPCH.
CD-ICH (Canal Indicador de Detección de Colisiones, Collition Detection Indicador Channel):
éste transfiere al terminal móvil la información sobre la detección de colisiones.
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CAPÍTULO 3. UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM 36
CSICH (Canal Indicador de Estado del CPCH, CPCH Status Indicador Channel): éste informa
sobre la existencia y configuración del CPCH.
HS-SCCH (Canal de Control de Sincronismo de Alta Velocidad, High Speed Syncronization
Channel): es un canal de sincronismo de alta velocidad.
3.1.3 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE WCDMA
Las características fundamentales de funcionamiento de la interfaz de radio WCDMA se enumeran a
continuación:
1. Soporte de transmisión de alta velocidad de datos: 384 Kbps con cobertura de área amplia, 2 Mbps
con cobertura local.
2. Flexibilidad en el servicio de alta: el apoyo de múltiples servicios paralelos de tasa variable en cada
conexión.
3. Opera con Frequency Division Duplex (FDD) y Time Division Duplex (TDD).
4. Construido en apoyo a la capacidad futura y la cobertura de la mejora de las tecnologías como antenas
adaptativas, estructuras avanzadas del receptor y transmisor de la diversidad.
5. Apoyo de la mano de la frecuencia entre una y otra parte a otros sistemas, incluyendo la mano a GSM.
6. Acceso eficiente del paquete.
3.1.4 ESPECIFÍCACIONES TÉCNICAS DE WCDMA
En las siguientes tablas se muestran características importantes de WCDMA así como velocidades de
transmisión de acuerdo al uso de diferentes aplicaciones.
Tabla 3. 4 Especificaciones Técnicas de WCDMA.
ESPECIFICACIÓNES TÉCNICAS DE WCDMA
Esquema de acceso múltiple DS-CDMA
Sistema Duplex FDD / TDD
Modo de paquete de acceso dual (Canal combinado y dedicado)
Tasa de chip 3.84 Mcps
Portador Espacio 4.4 a 5.2 MHz (200 raster portadora kHz)
Marco de Longitud 4.4 a 5.2 MHz (200 raster portadora kHz)
Base de sincronización entre la estación FDD: No requiere sincronización de TDD
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Tabla 3. 5 Tasas de Transmisión Vs Aplicaciones.
TASAS DE TRANSMISIÓN VS APLICACIONES EN WCDMA
Perfil de Servicio Tasa de Datos Método de Transmisión Ejemplo de Aplicación
Voz 16 kbit/s Conmutación de
Circuitos Llamadas de Voz
Mensaje Simple 14.4 kbit/s Paquete de Datos SMS, MMS
Conmutación de Datos 14.4 kbit/s Conmutación de
Circuitos E-Mail
Multimedia de Interacción Alta Max. 128 kbit/s Paquete de Datos Video-Telefonía
Multimedia de Interacción Alta Max. 384 kbit/s Conmutación de
Circuitos Juegos en Línea
Multimedia Alta Max. 2 Mbit/s Paquete de Datos Streaming de Video
3.1.5 ARQUITECTURA DE LA RED
La arquitectura de las redes UMTS está compuesta por dos grandes subredes, la de telecomunicaciones y la
de gestión. La primera es la encargada de sustentar la transmisión de información entre los extremos de una
conexión. La segunda tiene como misión la provisión de medios para la facturación y tarificación para los
usuarios, el registro y definición de los perfiles de servicio, la gestión y seguridad en el manejo de sus datos, así
como los elementos en el manejo y operación de los elementos de la red, con el fin de asegurar el correcto
funcionamiento de esta, la detección y resolución de averías o anomalías y la recuperación del funcionamiento
tras periodos de apagado o desconexión de alguno de sus elementos.
UMTS usa una comunicación terrestre basada en el interfaz de radio WCDMA, conocida como UMTS Terrestral
Radio Access (UTRA) soporta división de tiempo dúplex (TDD) y división de frecuencia dúplex (FDD).
Se compone de los siguientes elementos:
CORE NETWORK (Núcleo de Red): Incorpora funciones de transmisiones y de inteligencia. Las
primeras soportan el transporte de la información del tráfico y señalización incluida la conmutación. El
encaminamiento reside en las funciones de inteligencia que comprenden prestaciones como la lógica
y el control de ciertos servicios ofrecidos a través de una serie de interfaces, también incluye la gestión
de la movilidad. A través del núcleo de red, UMTS se conecta con otras redes de telecomunicaciones,
de forma que resulte posible, no sólo entre los usuarios de UMTS, si no con los que se encuentran
conectados a otras redes.
UTRAN (Acceso de Red vía Radio de UMTS, UMTS Terrestrial Radio Access Network): Desarrollada
para obtener altas velocidades de transmisión. La red de acceso radio, proporciona la conexión en
terminales móviles y el Núcleo de Red, en UMTS recibe el nombre de (Acceso Universal Radiofónico
Terrestre) y se compone de una serie de subsistemas de redes de radio (RNS) que son el mando de
comunicación con la red UMTS. Un RNS es responsable de los recursos de transmisión/recepción de
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CAPÍTULO 3. UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM 38
un conjunto de celdas y está compuesto de un RNC y uno o varios Nodos B que son los elementos de
la red que corresponden con la estación base. RNC es responsable de todo el control de los recursos
lógicos de una BTS (Estación Traceptora de Base).
UE (Equipo de Usuario, User Equipment): Se compone de la terminal móvil y su módulo de identidad
de servicios usuario subscriptor USIM (Módulo Universal Identificador del Usuario, Universal Suscriber
Identity Module) equivalente a la tarjeta SIM del equipo móvil.
Partimos del dispositivo 3G, ya sea un teléfono móvil o una tarjeta para ordenadores compatible con esta red,
nuestros datos llegan al nodo B, que es el encargado de recoger las señales emitidas por los terminales y
pasan al RNC para ser procesadas, estos dos componentes es lo que llamamos UTRAN desde que pasa al
Núcleo de Red que está dividido en conmutadores que distribuyen los datos por diferentes sistemas,
siguiendo un camino pasando por el MSC o por el SGSN y posteriormente por el GGSN, como se muestra en la
siguiente figura que demuestra la arquitectura de la red UMTS.
Figura 3. 4 Arquitectura de la Red UMTS.
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3.2 HSDPA (Acceso a Descarga de Alta Velocidad de Paquetes, High Speed Download Packet Access)
El HSDPA es una mejora de la interfaz aérea de WCDMA que provee una mayor capacidad de transmisión para
el enlace descendente y la posibilidad de desarrollar nuevos servicios que requieran altas tasas de
transferencia.
Originalmente, para el flujo de transmisión al usuario se utilizaban los canales de transporte DCH y el DSCH.
Cuando se trataba de bajas velocidades se podía recurrir al canal FACH, para HSDPA se creó el canal de
transporte HS-DSCH para el transporte de la información de usuario. Sobre el HS-DSCH se introducen una
nueva modulación denominada 16QAM que brinda una mejor optimización del canal de transferencia, esta
modulación por ser multifasorial posee una baja relación S/N, (Señal/Ruido, Signal/Noise), es decir, que es
susceptible a las interferencias producidas en el trayecto radioeléctrico. Para corregir este problema se
implementan muevas técnicas de corrección de errores como: la AMC (Modulación y Codificación Adaptativa,
Adaptive Modulation and Coding) y la HARQ (Solicitud de Retransmisión Automática Hibrida, Hybrid
Automatic Repeat Request) [11].
La siguiente figura nos muestra la constelación de la modulación 16QAM.
Figura 3. 5 Diagrama Fasorial de 16QAM.
Como se puede observar en la Tabla 3.6, el HS-DSCH posee un factor de ensanchamiento fijo de 16, puede
utilizar la modulación 16QAM o QPSK. Además, posee la capacidad de realizar handover (Traspaso) con un
canal DCH de la misma interfaz, su TT (Tiempo de Traspaso, Transfer Time) es de 2ms, esto quiere decir, que el
canal transfiere información cada 3 time-slots garantizando un menor retardo de transmisión que los demás
canales. También, en este canal se pueden utilizar hasta 15 multi-códigos, es decir, 15 canales de transporte HS-
DSCH paralelos para un sólo usuario y cada canal se identifica con un código para lograr una transferencia
mayor a los 10Mbps.
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La siguiente tabla muestra la comparación entre los distintos canales de transporte utilizados para la
transmisión, incluyendo el HS-DSCH para HSDPA.
Tabla 3. 6 Comparación Entre los Distintos Canales de Transporte Utilizados Para la Transmisión, Incluyendo
el HS-DSCH para HSDPA.
COMPARACIÓN ENTRE DIFERENTES CANALES DE TRANSPORTE UTILIZADOS PARA LA TRANSMISIÓN
Canal HS-DSCH DSCH DCH-Descendente FACH
Factor de Ensanchamiento
Fijo 16 Variable (256-4) Fijo (521-4) Fijo (256-4)
Modulación QPSK/16QAM QPSK QPSK QPSK
Control de Potencia
Fijo/lento Basado en DCH Rápido, ciclo de control: 1500/s
Fijo/lento
TTl 2ms 10-80 ms 10-80 ms 10-80 ms
Codificación Código turbo Código turbo y convolucional
Código turbo y convolucional
Código turbo y convolucional
Soft Handover Cambiar a un DCH Cambiar a un
DCH Si Si
Multiplexación de Canales
No Si SI Si
Inclusión 3GPP v5 3GPP v99 3GPP v99 3GPP v99
En la modulación 16QAM se utilizan 16 fases, cada una representa un símbolo. Según la ecuación VISTA
ANTERIORMENTE se obtiene un resultado de: 2UP4=16, de la cual se infiere que por cada símbolo se
transmiten 4 bits obteniendo el doble de eficiencia que QPSK.
3.2.1 AMC (MODULACIÓN Y CODIFICACIÓN ADAPTATIVA)
El AMC es el encargado de compensar la inestabilidad del canal radioeléctrico ajustando los parámetros de
transmisión, como lo son: la codificación y la modulación de los datos. Este ajuste lo hace basándose en la CQI
(Indicación de Calidad del Canal, Channel Quality Indication). Los métodos de modulación y codificación son
denominados TFRC (Combinación de Recursos y Formatos de Transporte, Transport Format and Resource
Combination). En la siguiente tabla se muestran los tipos de modulación, eficiencia de código y tasas de
transferencia máxima para los diferentes TRFC’s.
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CAPÍTULO 3. UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM 41
Tabla 3. 7 Relación Entre TRFC’s y sus Velocidades Utilizando Multi-Códigos.
RELACIÓN ENTRE TRFC’S Y TASAS DE TRANSMISIÓN
TFRC Modulación Eficiencia del Código Transferencia Máxima (Mb/s)
1 QPSK ¼ 1.8
2 QPSK ½ 3.6
3 QPSK ¾ 5.3
4 16QAM ¼ 7.2
5 16QAM ¾ 1.7
El AMC además de seleccionar las TFRC’s adecuadas al canal, se encarga de fijar la potencia de transmisión en
base a las mediciones hechas por el canal físico CPICH.
3.2.2 HARQ
La AMC puede tomar decisiones basándose en información falsa del CQI, podría ocurrir que el ciclo de medida
para el CQI no fuese lo suficientemente rápido para detectar un desvaneciendo rápido de la señal, en este
caso se seleccionaría una modulación y codificación no adecuada al canal y quizás una potencia de transmisión
distinta ocasionando errores en la transmisión de información, es aquí donde se utiliza la HARQ (Solicitud de
Retransmisión Automática Híbrida, Hybrid Automatic Repeat Request) que permite que un elemento de red
detecte errores y solicite la retransmisión de los paquetes erróneos.
En comparación con el ARQ convencional, el híbrido posee la ventaja de combinar las transmisiones recibidas
y las retransmisiones correspondientes, de esta forma ayuda a reducir el número de retransmisiones
necesarias ya que cada paquete enviado tiene menos posibilidad de errores, a este método se le denomina
redundancia incremental y es una de las modalidades de funcionamiento de la HARQ.
El método de retransmisión que se utiliza para evitar los retrasos es el más sencillo, éste funciona con un
mecanismo de acuse de recibido que confirma que el paquete enviado posee o no errores. El ciclo de
funcionamiento del HARQ es el siguiente: Se envía el paquete de datos junto con un CRC (Código de
Redundancia Cíclica, Cyclic Redundancy Check), del otro lado, el receptor le aplica a los datos recibidos un
algoritmo de redundancia cíclica, el resultado es comparado con el código enviado en la transmisión y sí
ambos códigos son iguales el receptor envía un ACK Acknowledged (Acuse de Recibido), de lo contrario le
envía un NACK (Sin Acuse de Recibido, No Acknowledge) solicitando la retransmisión.
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CAPÍTULO 3. UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM 42
3.2.3 EL CANAL FÍSICO HS-DPCCH
Es el canal utilizado para brindar el control de los mecanismos de operación utilizados en HSDPA, en este canal
se encuentra la información con la cual trabaja tanto el AMC como el HARQ, se eligió este canal de alta
velocidad para adaptarse a las necesidades de rápido control que requiere HSDPA, en la siguiente figura se
muestra su estructura.
Figura 3. 6 Estructura del Canal HS-DPCCH.
Por medio de este canal se reciben los acuses de recibido (ACK/ NACK) y la información pertinente a la CQI.
3.2.4 MODOS DE TRANSMISIÓN FDD/TDD
WCDMA posee dos modos fundamentales de transmisión, los cuales son: FDD que es el más utilizado y TDD.
En el desarrollo de WCDMA se hizo énfasis en el modo FDD ya que es el más difundido, la diferencia de estos
dos modos se puede ver en la Figura 3.7.
Como se puede observar en la Figura, en el modo FDD se asignan dos bandas de frecuencia; una para el enlace
descendente y otra para el ascendente. Estas bandas tienen una anchura de 3.84MHz ascendiendo a 5MHz
con las banda de guarda y poseen una distancia de separación entre la transmisión bidireccional.
En el modo TDD se destina una sola banda para el enlace ascendente y descendente, esta banda puede ser de
3.84MHz ascendiendo a 5MHz con bandas de guarda como en el FDD o de 1.28MHz ascendiendo a 1.66MHz
con bandas de guarda, en la siguiente figura se muestra los modos de transmisión para FDD y TDD.
Figura 3. 7 Modos de transmisión a) FDD y b) TDD.
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CAPÍTULO 3. UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM 43
En el modo TDD se destina un determinado espacio de tiempo para el enlace ascendente y otro para el
enlace descendente. El TDD se considera adecuado para proporcionar servicios de datos en entornos
pequeños o micro-celulares y no en entornos grades, debido a la necesidad de disponer de sincronización
entre las estaciones base. Sí dos estaciones base TDD próximas no están sincronizadas se podrían originar
problemas de interferencias, como por ejemplo: por falta de sincronización podrían coincidir en el enlace
ascendente de una estación con el descendente de otra vecina, es por ello que esta tecnología se utiliza para
entornos pequeños y aislados.
En la Figura se detallan las bandas de frecuencia para la telefonía móvil de tercera generación.
Figura 3. 8 Bandas de Frecuencia para la Telefonía Móvil de Tercera Generación.
3.2.4.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE TDD Y FDD.
En la siguiente tabla se muestra una comparación de las características físicas entre el modo de acceso
terrestre TDD y FDD.
Tabla 3. 8 Características físicas de UTRA: TDD y FDD.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UTRA
Modo UTRA(44) TDD UTRA FDD
Ancho de Banda asignado 5MHz, 1.66 MHz 5MHz
Tasa de chips de la portadora 3.84 Mchip/s, 1.28 Mchip/s 3.84 Mchip/s
Time-slots por trama 15.14 15
Tamaño de la trama 10ms
Multirate Multislot, multicódigos y OVSF Multicódigos y OVSF
Modulación QPSK, 8PSK Y 16QAM (HSDPA) QPSK Y 16QAM (HSDPA)
Codificación del canal
Convolucional (R=1/2, 1/3, 1/4, K=9).
Código turbo para datos de alta velocidad (R=1/2, 1/3, 1/4, K=4).
Control de potencia
Canal ascendente:
Ciclo de 1500/s Ciclo de 100/s o 200/s.
Canal descendente:
Ciclo menor a 800/s
Handover Hard Soft
Factor de ensanchamiento ene-16 Descendente: 4-512
Ascendente: 4-256
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CAPÍTULO 3. UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM 44
El multi-rate (multi-tasa) puede ser definido como múltiples flujos de datos hacia un solo usuario con el
propósito de aumentar la velocidad de transmisión, como se puede ver en la Tabla anterior, para UTRA TDD se
definen tres tipos de multi-rate: el de multi-slot que es el flujo de datos en diferentes intervalos de tiempo, los
multi-códigos que es la utilización de varios canales físicos (DPDCH, DPCCH y HS-DPCCH) utilizando un código
por canal y el OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor, Factor de Ensanchamiento Ortogonal Variable)
que se trata de un factor de ensanchamiento que varía de acuerdo con la calidad del canal.
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45
CAPÍTULO 4.
PRUEBAS DE VOZ EN TELÈFONOS
INTELIGENTES “SMARTPHONES”
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CAPÍTULO 4. PRUEBAS DE VOZ EN SMARTPHONES. 46
4 INTRODUCCIÓN AL ESCENARIO DE PRUEBAS DE VOZ
En este capítulo se describe a detalle la metodología empleada para realizar pruebas de voz en GSM/WCDMA, cabe mencionar que la parte fundamental en estudio de esta tesis, es la terminal móvil, por lo cual para hacer estas pruebas, se realizaron mediciones con 6 diferentes teléfonos inteligentes, los cuáles son de mayor demanda en la actualidad, con el objetivo de hacer evidente el desempeño de cada uno de ellos.
Las terminales móviles con las que se realizaron las pruebas son las siguientes:
Teléfonos Móviles
iPhone 4
iPhone 4s
Samsung Galaxy Young
Samsung Galaxy ACE
Samsung Galaxy S2
Samsung Galaxy S3
Para realizar dichas pruebas, se hace uso del analizador de radiocomunicaciones MT8820A, que es un instrumento de medición que permite realizar pruebas de transmisión y recepción en sistemas de comunicaciones móviles así como pruebas de llamada. Cabe mencionar que el equipo trabaja entre los rangos de frecuencia de los 30 Mhz a los 2.7GHz, los cuales permiten trabajar con las diferentes tecnologías de comunicación celular incluyendo las bandas de frecuencia de la I a la XIX de UMTS por lo cual, el equipo permite hacer mediciones en diferentes tecnologías como WCDMA/HSDPA GSM/GPRS/EGPRS, cdma2000 1x (IS-2000), cdma 2000 1xEV-DO, PDC y PHS/ADVANCED [12].
4.1 ELEMENTOS A CONSIDERAR PARA CONSTRUIR EL ESCENARIO DE PRUEBAS
Los elementos a considerar para realizar las diferentes pruebas a las terminales móviles son los siguientes:
Terminal Móvil.
De donde se consideraron 2 partes:
Los diferentes modelos de Smartphones. Una USIM/MICRO-USIM de prueba la cual permite el registro de la terminal móvil con el analizador de
radiocomunicaciones.
Analizador de radiocomunicaciones.
De donde se consideraron 3 partes: El equipo MT8820A, donde se realizaron las pruebas de voz. Una caja blindada, para evitar interferencias que se puedan generar en el exterior debido a las radio-
bases que se encuentran cerca de la zona donde se realizarán las pruebas.
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CAPÍTULO 4. PRUEBAS DE VOZ EN SMARTPHONES. 47
Un cable coaxial, el cual permite la conexión entre la caja blindada y el analizador de radiocomunicaciones.
En la Figura 4.1 se muestra el escenario para realizar las pruebas de voz con los equipos móviles.
Figura 4. 1 Escenario de Pruebas de Voz
4.2 PRUEBAS EN GSM/WCDMA
Las pruebas se realizaron en el laboratorio de Radiocomunicaciones de la Maestría en Ciencias en Ingeniería de Telecomunicaciones de la ESIME Zacatenco, los procedimientos varían un poco, con lo cual se describe cada uno de los pasos a seguir para cada escenario de pruebas tanto en GSM como en WCDMA.
4.2.1 PROCEDIMIENTO EN GSM
Una vez realizada la instalación de los equipos para la realización de las pruebas de voz en GSM, se procede de la siguiente forma.
1. Se enciende el analizador de radiocomunicaciones. 2. Tenemos la siguiente imagen de la pantalla principal de “Parameter” donde realizaremos los ajustes
como se va indicando.
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PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 4. PRUEBAS DE VOZ EN SMARTPHONES. 48
Figura 4. 2 Pantalla “Parameter” de GSM.
3. En la pantalla donde se muestra el modo de operación, se selecciona en “Operation Mode” a GSM.
4. Se ajusta el nivel de potencia de salida “Output Level” de la radio-base a -30dBm, para asegurar la comunicación entre la estación y la terminal móvil.
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CAPÍTULO 4. PRUEBAS DE VOZ EN SMARTPHONES. 49
5. Se inserta la USIM/MICRO-USIM en la terminal móvil. 6. Se enciende la terminal móvil. 7. Se deposita dentro de la caja blindada. 8. Se muestra en la pantalla del analizador se ha registrado el equipo “Regist”.
9. Se pulsa el botón “start call” del analizador. 10. Se contesta en la terminal móvil y cerramos la caja blindada. 11. Se pulsa el botón “Screen” y nos vamos a la pantalla que dice “Fundamental”
12. Con los botones de dirección se baja la pantalla hasta donde aparece la medición de “BER”
13. Se pulsa el botón “Power Output” y movemos la perilla de tal manera que baje la potencia de la radio-base”
14. En cuanto empieza a marcar tasas de error, se guarda la imagen y se sigue bajando la potencia, hasta que se corte la comunicación y se registran esos datos.
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CAPÍTULO 4. PRUEBAS DE VOZ EN SMARTPHONES. 50
4.2.2 PROCEDIMIENTO EN WCDMA
Una vez realizada la instalación de los equipos para la realización de las pruebas de voz en WCDMA, se procede de la siguiente forma.
1. Se enciende el analizador de radiocomunicaciones. 2. Tenemos la siguiente imagen de la pantalla principal de “Parameter” donde realizaremos los ajustes
como se va indicando.
Figura 4. 3 Pantalla “Parameter” de WCDMA.
3. Oprimimos el botón “std” y verificamos que cambie a WCDMA.
4. En la codificación de canal “Channel coding”, se selecciona “voice”
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CAPÍTULO 4. PRUEBAS DE VOZ EN SMARTPHONES. 51
5. El modo de prueba de Loop “Test Loop Mode” se selecciona “Off”
6. En la Banda indicadora de frecuencia “Band Indicator” se selecciona “Band V”
7. Se ajusta el nivel de potencia de salida “Output Level” de la radio-base a -40dBm, para asegurar la comunicación entre la estación y la terminal móvil.
8. Se inserta la USIM/MICRO-USIM en la terminal móvil. 9. Se enciende la terminal móvil. 10. Se deposita dentro de la caja blindada. 11. Se muestra en la pantalla del analizador se ha registrado el equipo “Regist”.
12. Se pulsa el botón “start call” del analizador. 13. Se contesta en la terminal móvil y cerramos la caja blindada. 14. Se pulsa el botón “Screen” y nos vamos a la pantalla que dice “Fundamental”
15. Con los botones de dirección se baja la pantalla hasta donde aparece la medición de “BER”
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CAPÍTULO 4. PRUEBAS DE VOZ EN SMARTPHONES. 52
16. Se pulsa el botón “Power Output” y movemos la perilla de tal manera que baje la potencia de la radio-base”
17. En cuanto empieza a marcar tasas de error, se guarda la imagen y se sigue bajando la potencia, hasta que se corte la comunicación y se registran esos datos.
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53
CAPÍTULO 5.
PRUEBAS DE DATOS EN TELÈFONOS INTELIGENTES “SMARTPHONES”
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CAPÍTULO 5. PRUEBAS DE DATOS EN SMARTPHONES. 54
5 INTRODUCCIÓN AL ESCENARIO DE PRUEBAS DE DATOS
En este capítulo se describe a detalle la metodología empleada para realizar pruebas de datos en GSM (GPRS, EDGE) y UMTS (WCDMA, HSDPA), donde de la misma manera que en el capítulo anterior, el objetivo primordial en estudio, es la terminal móvil, por lo cual para hacer estas pruebas, se realizaron mediciones con 6 diferentes teléfonos inteligentes, de donde se obtiene el desempeño que tiene cada uno de ellos tanto para tasas de BLER, como de troughput.
Las terminales móviles con las que se realizaron las pruebas son las siguientes:
Teléfonos Móviles
iPhone 4
Samsung Galaxy Note
Samsung Galaxy Young
Samsung Galaxy ACE
Samsung Galaxy S2
Samsung Galaxy S3
Para realizar dichas pruebas, se hace uso del analizador de radiocomunicaciones MT8820C, que es un instrumento de medición que permite realizar pruebas de transmisión y recepción en sistemas de comunicaciones móviles así como pruebas de llamada. Cabe mencionar que el equipo trabaja entre los rangos de frecuencia de los 30 Mhz a los 2.7GHz, los cuales permiten trabajar con las diferentes tecnologías de comunicación celular incluyendo las bandas de frecuencia de la I a la XIX de UMTS por lo cuál, el equipo permite hacer mediciones en diferentes tecnologías como WCDMA/HSDPA GSM/GPRS/EGPRS, cdma2000 1x (IS-2000), cdma 2000 1xEV-DO, PDC y PHS/ADVANCED.
5.2 ELEMENTOS A CONSIDERAR PARA CONSTRUIR EL ESCENARIO DE PRUEBAS
Los elementos a considerar para realizar las diferentes pruebas a las terminales móviles son los siguientes:
Terminal Móvil.
De donde se consideraron 2 partes:
Los diferentes modelos de Smartphones.
Una USIM/MICRO-USIM de prueba la cual permite el registro de la terminal móvil con el analizador de radiocomunicaciones.
Analizador de radiocomunicaciones.
De donde se consideraron 3 partes:
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CAPÍTULO 5. PRUEBAS DE DATOS EN SMARTPHONES. 55
El equipo MT8820A/C, donde se realizaron las pruebas de datos. Una caja blindada, para evitar interferencias que se puedan generar en el exterior debido a las radio-
bases que se encuentran cerca de la zona donde se realizarán las pruebas. Un Cable coaxial, el cual permite la conexión entre la caja blindada y el analizador de
radiocomunicaciones. Un cable RJ-45 recto, el cual permitirá la conexión entre el MT8820A/C y el servidor HTTP.
Un servidor HTTP, desde donde se hará la gestión de descarga de archivos para realizar las pruebas.
En la Figura 5.1 se muestra el escenario para realizar las pruebas de datos con los equipos móviles.
Figura 5. 1 Escenario de Pruebas de Datos
5.3 PRUEBAS DE BLER EN GPRS/EDGE
Las pruebas se realizaron en el laboratorio de Radiocomunicaciones de la Maestría en Ciencias en Ingeniería de Telecomunicaciones de la ESIME Zacatenco, los procedimientos varían un poco, con lo cual se describe cada uno de los pasos a seguir para cada escenario de pruebas tanto en GPRS como en EDGE.
5.3.1 PROCEDIMIENTO EN GPRS
Una vez realizada la instalación de los equipos para la realización de las pruebas de datos en GPRS, se procede se la siguiente forma.
1. Se enciende el analizador de radiocomunicaciones. 2. Tenemos la siguiente imagen de la pantalla principal de “Parameter” donde realizaremos los ajustes
como se va indicando.
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CAPÍTULO 5. PRUEBAS DE DATOS EN SMARTPHONES. 56
Figura 5. 2 Pantalla “Parameter” de GSM Para Pruebas de GPRS.
3. En la pantalla donde se muestra el modo de operación, se selecciona en “Operating Mode” a GPRS.
4. En “Connecting Type”, se selecciona “BLER”
5. Se ajusta el nivel de potencia de salida “Output Level” de la radio-base a -40dBm, para asegurar la comunicación entre la estación y la terminal móvil.
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CAPÍTULO 5. PRUEBAS DE DATOS EN SMARTPHONES. 57
6. Se inserta la USIM/MICRO-USIM en la terminal móvil. 7. Se enciende la terminal móvil. 8. Se deposita dentro de la caja blindada. 9. Se muestra en la pantalla del analizador se ha registrado el equipo “Regist”.
10. Se pulsa el botón “start call” del analizador. 11. La leyenda de “Idle (Regist)” cambia a “Attached”
12. Se pulsa el botón “Screen” y nos vamos a la pantalla que dice “Fundamental”
13. Con los botones de dirección se baja la pantalla hasta donde aparece la medición de “BLER”
14. Se pulsa el botón “Power Output” y movemos la perilla de tal manera que baje la potencia de la radio-base”
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CAPÍTULO 5. PRUEBAS DE DATOS EN SMARTPHONES. 58
15. En cuanto empieza a marcar tasas de error, se guarda la imagen y se sigue bajando la potencia, hasta que se corte la comunicación y se registran esos datos.
5.3.2 PROCEDIMIENTO EN EDGE
Una vez realizada la instalación de los equipos para la realización de las pruebas de datos en EDGE, se procede se la siguiente forma.
1. Se enciende el analizador de radiocomunicaciones. 2. Tenemos la siguiente imagen de la pantalla principal de “Parameter” donde realizaremos los ajustes
como se va indicando.
Figura 5. 3 Pantalla “Parameter” de GSM Para Pruebas en EGPRS-EDGE.
3. En la pantalla donde se muestra el modo de operación, se selecciona en “Operation Mode” a EGPRS.
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CAPÍTULO 5. PRUEBAS DE DATOS EN SMARTPHONES. 59
4. En test mode, se selecciona “BLER”
5. Se ajusta el nivel de potencia de salida “Output Level” de la radio-base a -40dBm, para asegurar la comunicación entre la estación y la terminal móvil.
6. Se inserta la USIM/MICRO-USIM en la terminal móvil. 7. Se enciende la terminal móvil. 8. Se deposita dentro de la caja blindada. 9. Se muestra en la pantalla del analizador se ha registrado el equipo “Regist”.
10. Se pulsa el botón “start call” del analizador. 11. La leyenda de “Idle (Regist)” cambia a “Attached”
12. Se pulsa el botón “Screen” y nos vamos a la pantalla que dice “Fundamental”
13. Con los botones de dirección se baja la pantalla hasta donde aparece la medición de “BLER”
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CAPÍTULO 5. PRUEBAS DE DATOS EN SMARTPHONES. 60
14. Se pulsa el botón “Power Output” y movemos la perilla de tal manera que baje la potencia de la radio-base”
15. En cuanto empieza a marcar tasas de error, se guarda la imagen y se sigue bajando la potencia, hasta que se corte la comunicación y se registran esos datos.
5.3.3 PRUEBAS DE DATOS EN WCDMA
5.3.3.1 ESCENARIO DE PRUEBAS PARA WCDMA
El escenario de pruebas propuesto es el siguiente para las pruebas de datos de los smartphones en WCDMA.
Figura 5. 4 Escenario de Pruebas de Datos en WCDMA.
5.3.4 PROCEDIMIENTO PARA WCDMA
Una vez realizada la instalación de los equipos para la realización de las pruebas de datos en WCDMA, se procede de la siguiente forma.
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CAPÍTULO 5. PRUEBAS DE DATOS EN SMARTPHONES. 61
1. Se enciende el analizador de radiocomunicaciones. 2. Tenemos la siguiente imagen de la pantalla principal de “Parameter” donde realizaremos los ajustes
como se va indicando.
Figura 5. 5 Pantalla "Parameter" de WCDMA.
3. Oprimimos el botón “std” y verificamos que cambie a WCDMA.
4. En la codificación de canal “Channel coding”, se selecciona “Packet”
5. El modo de prueba de Loop “Test Loop Mode” se selecciona “Off”
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CAPÍTULO 5. PRUEBAS DE DATOS EN SMARTPHONES. 62
6. En la Banda indicadora de frecuencia “Band Indicator” se selecciona “Band V”
7. Se asigna la dirección IP al equipo como se muestra en el escenario.
8. En la Pantalla “Parameter” se asigna la dirección IP para el móvil como se muestra en el escenario y al servidor web como se muestra en la imagen.
9. Se ajusta el nivel de potencia de salida “Output Level” de la radio-base a -40dBm, para asegurar la comunicación entre la estación y la terminal móvil.
10. Se inserta la USIM/MICRO-USIM en la terminal móvil. 11. Se enciende la terminal móvil. 12. Se deposita dentro de la caja blindada. 13. Se muestra en la pantalla del analizador se ha registrado el equipo “Attached”.
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CAPÍTULO 5. PRUEBAS DE DATOS EN SMARTPHONES. 63
14. Inicializamos Wireshark en la Lap Top conectada al servidor Web. 15. Se accede desde la interfaz web del móvil a la dirección IP del servidor Web. 16. Se inicia la descarga del archivo de la página que muestra e inmediatamente cerramos la caja blindada. 17. Observamos las variaciones en pantalla del Wireshark. 18. Se recaba información de pantallas.
5.3.5 PROCEDIMIENTO EN HSDPA
En este escenario, solamente es necesario tener la caja blindada con el equipo, sin necesidad de tener un servidor web. Se procede de la siguiente forma.
1. Se enciende el analizador de radiocomunicaciones. 2. Tenemos la siguiente imagen de la pantalla principal de “Parameter” donde realizaremos los ajustes
como se va indicando.
Figura 5. 6 Pantalla "Parameter" de WCDMA Para Pruebas de HSDPA.
3. Oprimimos el botón “std” y verificamos que cambie a WCDMA.
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CAPÍTULO 5. PRUEBAS DE DATOS EN SMARTPHONES. 64
4. En la codificación de canal “Channel coding”, se selecciona “Data”
5. El modo de prueba de Loop “Test Loop Mode” se selecciona “On”
6. En la Banda indicadora de frecuencia “Band Indicator” se selecciona “Band V”
7. Se ajusta el nivel de potencia de salida “Output Level” de la radio-base a -40dBm, para asegurar la comunicación entre la estación y la terminal móvil.
8. Ingresamos a la parte de “H-Set” del equipo y seleccionamos la medición que deseamos realizar de acuerdo a la modulación (1, 2, 3, 6 u 8).
9. Se inserta la USIM/MICRO-USIM en la terminal móvil. 10. Se enciende la terminal móvil. 11. Se deposita dentro de la caja blindada. 12. Se muestra en la pantalla del analizador se ha registrado el equipo “Regist”.
13. Se pulsa el botón “Screen” y nos vamos a la pantalla que dice “Fundamental”
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CAPÍTULO 5. PRUEBAS DE DATOS EN SMARTPHONES. 65
14. Con los botones de dirección se baja la pantalla hasta donde aparece la medición de “HSDPA Troughput”
15. Oprimimos el Botón “Single” y guardamos la pantalla, también registramos los datos.
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66
CAPÍTULO 6.
RESULTADOS Y
CONCLUSIONES
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 67
6 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS.
En este capítulo, se describen todos los resultados obtenidos, derivados de las pruebas realizadas a los diferentes Smartphones, donde se describe a detalle los datos obtenidos, así como la comparación entre los diferentes equipos.
6.1 RESULTADOS DE PRUEBAS DE VOZ EN GSM Y WCDMA
En base a las mediciones realizadas con los equipos mencionados en el capítulo anterior, se presenta la siguiente tabla que contiene información sobre cada terminal móvil en la que se realizaron pruebas, en específico la potencia en la cual se corta la llamada, o bien en su caso deja de haber comunicación entre el equipo móvil y el equipo. Dado que estos parámetros son en relación a mediciones de transmisión de voz. Se muestran en la tabla los siguientes datos.
Tabla 6. 1 Mediciones Obtenidas en Smartphones para Pruebas de Voz en GSM.
TABLAS DE MEDICIONES EN GSM DE SMARTPHONES
EQUIPO POTENCIA EN LA CUÁL SE
PIERDE LA COMUNICACIÓN (dBm)
POTENCIA DEL EQUIPO MÓVIL (dBm)
SAMSUNG GALAXY S2
-140 7.99
SAMSUNG GALAXY S3
-140 -0.57
iPHONE 4 -140 11.54
SAMSUNG GALAXY ACE
-91.9 4.93
SAMSUNG GALAXY YOUNG
-94.3 7.27
SAMSUNG GALAXY NOTE
-84 0.68
Tabla 6. 2 Mediciones Obtenidas en Smartphones para Pruebas de Voz en WCDMA.
TABLAS DE MEDICIONES EN WCDMA DE SMARTPHONES
EQUIPO POTENCIA EN LA CUÁL SE
PIERDE LA COMUNICACIÓN (dBm)
POTENCIA DEL EQUIPO MÓVIL (dBm)
SAMSUNG GALAXY S2
-96 2.8
SAMSUNG GALAXY S3
-78 0
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PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 68
iPHONE 4 -98 7
SAMSUNG GALAXY ACE
-84.4 2.5
SAMSUNG GALAXY YOUNG
-84.2 2.2
SAMSUNG GALAXY NOTE
-89.5 -26.3
De esta forma la siguiente tabla, nos muestra en orden descendente los equipos con mejor sensibilidad de recepción en transmisión de voz.
Tabla 6. 3 Equipos en Orden Descendente con el Mejor Desempeño en la Transmisión de Voz.
TABLA DE EQUIPOS CON MEJOR SENSIBILIDAD DE RECEPCIÓN EN TRANSMISIÓN DE VOZ, EN ORDEN DESCENDENTE
ORDEN GSM WCDMA
1 iPhone 4 iPhone 4
2 Galaxy S2 Galaxy S2
3 Galaxy S3 Galaxy Note
4 Galaxy Young Galaxy ACE
5 Galaxy ACE Galaxy Young
6 Galaxy Note Galaxy S3
Como se puede apreciar, los equipos Samsung Galaxy S2, S3 y iPhone 4 cuentan con una sensibilidad muy grande en GSM, ya que el equipo de medición Anritsu MT8820A llego hasta el límite de potencia más baja que maneja, y estos equipos no presentaron tasas de BER. Por otra parte, en el caso de WCDMA, los equipos que presentaron mayor sensibilidad a bajas potencias, fueron los equipos Samsung Galaxy S2 y el iPhone 4.
6.2 RESULTADOS DE PRUEBAS DE DATOS EN GPRS Y EGPRS (EDGE)
En base a las mediciones realizadas con los diferentes equipos, se presenta la siguiente tabla que contiene información sobre cada terminal móvil en la que se realizaron pruebas, en específico la potencia en la cual comienza cada uno a presentar errores de BLER (Block Error Rate; Tasa de Bloques Erróneos), dado que estos parámetros son en relación a transmisión de datos, de describe la información obtenida en la siguiente tabla.
Tabla 6. 4 Mediciones Obtenidas en Smartphones para Pruebas de Datos en GPRS.
TABLA DE MEDICIONES DE GPRS EN SMARTPHONES
EQUIPO POTENCIA EN LA CUAL PRESENTA TASAS DE
BLER (dBm)
PORCENTAJE DE BLER
POTENCIA DEL EQUIPO MÓVIL (dBm)
SAMSUNG GALAXY S2
-60 0.10% 3.99
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 69
SAMSUNG GALAXY S3
-15 1.33% -2.36
iPHONE 4 -15 1.62% 10.13
SAMSUNG GALAXY ACE
-76 0.10% -44.31
SAMSUNG GALAXY YOUNG
-80.6 1.10% -44.24
Tabla 6. 5 Mediciones Obtenidas en Smartphones para Pruebas de Datos en EGPRS (EDGE).
TABLA DE MEDICIONES DE EGPRS (EDGE) EN SMARTPHONES
EQUIPO POTENCIA EN LA CUAL PRESENTA TASAS DE
BLER (dBm)
PORCENTAJE DE BLER
POTENCIA DEL EQUIPO MÓVIL (dBm)
SAMSUNG GALAXY S2
-55 1.10% -44.61
SAMSUNG GALAXY S3
-15 1.04% 10.18
iPHONE 4 -15 1.69% 10.18
SAMSUNG GALAXY ACE
-85 0.10% -43.7
SAMSUNG GALAXY YOUNG
84.1 0.10% -44.29
Con esta información, se procede a realizar la siguiente tabla donde se muestra en orden ascendente, los equipos que comenzaron a presentar tasas de BLER de acuerdo a la potencia recibida por el equipo, de forma que sea más visible aquellos equipos que tienen mejor desempeño en transmisión de datos.
Tabla 6. 6 Equipos en Orden Descendente con el Mejor Desempeño en la Transmisión de Datos.
TABLA DE EQUIPOS CON MEJOR SENSIBILIDAD DE RECEPCIÓN EN TRANSMISIÓN DE DATOS, EN ORDEN ASCENDENTE
ORDEN GPRS GPRS (EDGE)
1 Galaxy Young Galaxy ACE
2 Galaxy ACE Galaxy Young
3 Galaxy S2 Galaxy S2
4 Galaxy s3 Galaxy S3
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PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 70
5 iPhone 4 iPhone 4
Con esta tabla se puede observar que el equipo que tuvo mejor desempeño de datos para la tecnología de GPRS es el Samsung Galaxy Young y para EDGE es con el equipo Samsung Galaxy ACE, teniendo a los peores equipos el Samsung Galaxy S3 y el iPhone 4 en ambos casos, así bien es sabido que estos dos últimos son Smarphones que aparte de ser de mayor demanda en el mercado actualmente, son de los más costosos, tomando en cuenta que el diseño principal se basa en uso principal para la gestión de datos móviles.
6.3 RESULTADOS DE PRUEBAS DE DATOS EN WCDMA
En base a la información obtenida de las pruebas realizadas en los diferentes smartphones, se hace un resumen de los datos obtenidos por cada uno de ellos, en los cuáles tendremos la potencia de la radio base, tiempo de transferencia, tasa de transferencia, CPICH vs Ec/Io, CPICH vs RSCP y potencia registrada del móvil, se describen estos parámetros para diferentes niveles de potencia donde se realizó un enlace entre el móvil y el servidor web desde donde se hizo la petición y descarga del archivo.
Se tienen los datos correspondientes del primer caso que corresponde al smartphone Samsung Galaxy Young, la información obtenida durante las pruebas se muestra en la siguiente tabla.
Tabla 6. 7 Mediciones Obtenidas para el Smartphone Samsung Galaxy Young.
PRUEBA DE DATOS EN WCDMA DEL EQUIPO GALAXY YOUNG
Potencia de Salida
(dBm) Tiempo (s) Kbps
CPICH /Ec/Io (dBm)
CPICH/RSCP (dBm)
Potencia del Equipo
(dBm)
-60 149 0.267 43 71 -10.2
-63 149 0.267 43 68 -10
-66 149 0.267 43 64 -9.6
-67 142 213.38 45 64 -9.5
-69 144.25 278.066 45 67 -97
-70 137.17 285.031 44 63 -9.8
-72 142.05 281.616 44 62 -9.8
-74 137.27 284.476 44 57 -9.9
-76 143 233.76 45 57 -10
-77 306 132.459 42 53 -9.9
Como se puede apreciar, cuando la potencia emitida por la radio base es de -70 dBm, es cuando obtenemos la mayor velocidad de transferencia en la descarga del archivo, por lo tanto un menor tiempo; en la siguiente gráfica se muestra la tasa de transferencia en diferentes instantes de tiempo para el mejor caso de este equipo.
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PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 71
Figura 6. 1 Gráfica de Tasa de Transferencia vs Tiempo en Equipo Galaxy Young para una Potencia de -70 dBm.
Haciendo el análisis con wireshark nos muestra la siguiente información durante la transferencia del archivo en la cual nos muestra las direcciones de la PC desde donde se realizó la petición de descarga del archivo y la del equipo, el número de paquetes y bytes transmitidos.
Tabla 6. 8 Análisis con Wireshark de Paquetes y Bytes Transmitidos en el Smartphone Galaxy Young.
ANÁLISIS DE PAQUETES CON WIRESHARK DEL SMARTPHONE GALAXY YOUNG
Address A Address B Total de
Paquetes Bytes
Paquetes A->B
Bytes A->B
Paquetes A<-B
Bytes A<-B
192.168.20.10 192.168.20.11 5850 5046154 3503 4890980 2347 155174
Para el segundo caso, tenemos el Smarphone Samsung Glaxy S2, en la siguiente tabla se muestran los datos obtenidos durante las pruebas.
Tabla 6. 9 Mediciones Obtenidas para el Smartphone Samsung Galaxy S2.
PRUEBA DE DATOS EN WCDMA DEL EQUIPO GALAXY S2
Potencia de Salida
(dBm) Tiempo (s) Kbps
CPICH/Ec/Io (dBm)
CPICH/RSCP (dBm)
Potencia del Equipo
(dBm)
-60 149 0.267 43 71 -5
-63 149 0.267 43 68 -5
-66 149 0.267 43 64 -5
-69 149 0.267 43 60 -5
-72 214 188.116 42 50 -5
-75 236 173.1 40 47 -5
-78 769 54.23 39 44 -5
-80 313 130.5 39 50 -5
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 72
-81 359 112.67 38 50 -5
En el caso de este Smartphone, cuando la potencia emitida por la radio base es de -72 dBm, es cuando presenta su mejor tasa de transferencia, en un tiempo dado de 214 segundos, la gráfica de este caso en particular se muestra en la siguiente figura.
Figura 6. 2 Gráfica de Tasa de Transferencia vs Tiempo en Equipo Galaxy S2 para una Potencia de -72 dBm.
En la siguiente tabla se muestran los datos obtenidos con respecto a las direcciones IP asignadas a los dispositivos, número de paquetes y bytes transferidos.
Tabla 6. 10 Análisis con Wireshark de Paquetes y Bytes Transmitidos en el Smartphone S2.
Para el tercer caso, tenemos el Smarphone Samsung Glaxy S3, en la siguiente tabla se muestran los datos obtenidos durante las pruebas.
Tabla 6. 11 Mediciones Obtenidas para el Smartphone Samsung Galaxy S3.
PRUEBA DE DATOS EN WCDMA DEL EQUIPO GALAXY S3
Potencia de Salida
(dBm) Tiempo (s) Kbps
CPICH /Ec/Io (dBm)
CPICH/RSCP (dBm)
Potencia del Equipo
(dBm)
-60 149 0.267 43 71 -10.2
-63 149 0.267 43 68 -10
-66 149 0.267 43 64 -9.6
-69 149 267 44 59 -9.8
-72 158 209.69 41 55 -10
-75 200 197 41 53 -10
-78 195 206.805 41 51 -10
-80 298 137.728 41 49 -10
ANÁLISIS DE PAQUETES CON WIRESHARK DEL SMARTPHONE GALAXY S2
Dirección A Dirección B Paquetes Bytes Paquetes
A->B Bytes A->B
Paquetes A<-B
Bytes A<-B
192.168.20.10 192.168.20.11 5765 5186846 3728 5047465 2037 139381
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CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 73
-81 345 71.74 40 48 -10
En el caso de este Smartphone, cuando la potencia emitida por la radio base es de -72 dBm, es cuando presenta su mejor tasa de transferencia, en un tiempo dado de 158 segundos, la gráfica de este caso en particular se muestra en la siguiente figura.
Figura 6. 3 Gráfica de Tasa de Transferencia vs Tiempo en Equipo Galaxy S3 para una Potencia de -72 dBm.
En la siguiente tabla se muestran los datos obtenidos con respecto a las direcciones IP asignadas a los dispositivos, número de paquetes y bytes transferidos.
Tabla 6. 12 Análisis con Wireshark de Paquetes y Bytes Transmitidos en el Smartphone S3.
ANÁLISIS DE PAQUETES CON WIRESHARK DEL SMARTPHONE GALAXY S3
Dirección A Dirección B Paquetes Bytes Paquetes
A->B Bytes A->B
Paquetes A<-B
Bytes A<-B
192.168.20.10 192.168.20.11 6513 5211653 3860 5032396 2653 179257
Como se puede observar los 3 equipos en los que se realizaron las pruebas de datos, tienen su mejor desempeño en diferentes niveles de potencia, pero si quisiéramos hacer una comparación entre el tiempo de descarga de un archivo cuando cada uno de ellos esta en su mejor desempeño, tendremos entonces que el mejor equipo es el Samsung Galaxy S3, posterioremente el Samsung Galaxy Young y finalmente el Samsung Galaxy S2. Hay que tomar en cuenta que los parámetros de potencia están definidos básicamente por la distancia en la que uno se encuentre en el momento real de una radio base, donde teóricamente, mientras más alejado se esté de la antena, entonces el nivel de potencia recibido por el Smartphone será menor y viceversa.
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CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 74
6.4 RESULTADOS DE PRUEBAS DE DATOS EN HSDPA
La tecnología HSDPA es la optimización espectral UMTS/WCDMA, es un canal compartido que mejora significativamente la capacidad máxima de transferencia de información pudiéndose alcanzar tasas de hasta 14 Mbps, alcanza elevadas tasas de modulación de mayor orden (16 QAM)
El MT8820C, se puede configurar en modo de prueba HSDPA en enlace descendente HS-PDSCH, puede especificar un FRC (Fixed Reference Channel, Canal de Referencia Fijo), que automáticamente configura las propiedades de enlace descendente, o puede definir manualmente las propiedades de enlace descendente con número de procesos HARQ, tipo de modulación y tamaño de bloque de transporte definido por el usuario.
El equipo de prueba soporta los siguientes H-Set (Conjuntos H) dados en 3GPP TS 34,121 sC.8 definidos en la siguiente tabla.
Tabla 6. 13 Tasas de Transferencia y Modulación en el Canal HS-PDSCH.
TIPO DE MODULACIÓN Y TASA DE TRANSFERENCIA PARA CADA H-SET EN HS-PDSCH
H-SET MODULACIÓN TASA DE TRANSFERENCIA (Kbps)
1 QPSK 534
1 QAM 777
2 QPSK 801
2 16 QAM 1166
3 QPSK 1601
3 16 QAM 2332
6 QPSK 3219
6 16 QAM 4689
8 64 QAM 13252
En los Smartphones Samsung Galaxy S2, S3 y Young, se realizaron pruebas para estos diferentes tipos de H-set, los cuáles serán descritos en los siguientes sub capítulos; cabe mencionar que durante la realización de éstas, el equipo MT8820C para cada nivel de potencia descrito, toma hasta 10 muestras en el tiempo en que se realiza la transferencia del archivo, de esta forma, en las tablas que se muestran en los siguientes capítulos se pueden ver aquellas variaciones que se tienen en las tasas de transferencia mientras el equipo tomó las diferentes muestras y sólo se presenta un valor en el caso que no hubo variaciones en las mismas.
6.4.1 RESULTADOS OBTENIDOS POR H-SET DEL EQUIPO SAMSUNG GALAXY YOUNG
Se realizaron diversas pruebas para el equipo Galaxy Young desde H-set 1 hasta el 6 con modulaciones QPSK y 16 QAM, en la siguiente información se muestran diferentes niveles de potencia emitidos por la radio base, cabe mencionar que los niveles de potencia están basados en la posibilidad de hacer un enlace entre el equipo móvil y la radio base para la realización de la prueba, por lo tanto, para otros niveles de potencia diferentes a
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CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 75
los mostrados en las tablas, significa que no hubo comunicación entre los equipos para realizar las pruebas. De esta manera se lograron captar diferentes tasas de transferencia y BLER.
En las tablas 6.14 y 6.15 se muestran los resultados obtenidos con H-set 1 con modulación QPSK y 16 QAM posteriormente.
Tabla 6. 14 Resultados para H-set 1 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy Young.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 1 QPSK EN GALAXY YOUNG
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 534 0.00E+00
-65 534 0.00E+00
-67.5 495 461 493 514 501 491 486 474 6.33E-02
-67.7 470 414 411 425 420 422 420 415 1.97E-01
-67.9 347 361 340 349 356 354 342 347 3.50E-01
-68 319 320 317 322 315 324 326 319 4.03E-01
-68.2 231 233 253 240 239 240 223 231 5.67E-01
-68.4 94 80 102 107 105 123 139 107 7.55E-01
-68.6 80 83 70 93 71 75 61 50 9.07E-01
Como se puede apreciar, la máxima tasa de transferencia teórica para H-set 1 QPSK se da en una potencia recibida por el equipo de -62 dBm sin presentar tasas de BLER, con lo cual se puede deducir que es la potencia mínima requerida por el equipo para lograr un mejor desempeño en la descarga de datos.
Tabla 6. 15 Resultados para H-set 1 con Modulación 16QAM del Smartphone Galaxy Young.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 1 QAM EN GALAXY YOUNG
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 777 0.00E+00
-63 709 763 749 767 767 772 758 767 1.00E-02
-63.2 748 733 741 738 719 717 758 767 1.00E-02
-63.5 690 717 758 724 709 728 694 728 9.67E-02
-63.7 670 656 622 641 592 612 622 641 1.77E-01
-63.9 554 534 505 515 534 529 505 510 3.43E-01
-64 466 461 505 477 427 479 437 495 4.07E-01
-64.2 275 311 340 243 282 311 291 233 7.00E-01
-64.4 97 107 80 78 122 126 131 126 102 8.70E-01
-64.6 49 18 19 15 10 29 19 23 9.70E-01
Como en el caso anterior, tenemos que la mejor tasa de transferencia en este equipo se da en -62 dBm, pero con una modulación 16QAM.
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CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 76
En las tablas 6.16 y 6.17 se describen los datos obtenidos para pruebas en H-set 2 con modulaciones QPSK y 16 QAM posteriormente.
Tabla 6. 16 Resultados para H-set 2 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy Young.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 2 QPSK EN GALAXY YOUNG
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 801 0.00E+00
-65 801 0.00E+00
-67.2 796 788 794 796 793 781 788 791 1.33E-02
-67.4 764 768 766 798 785 769 778 761 2.67E-02
-67.5 740 721 711 754 761 721 728 741 7.00E-02
-67.7 622 607 603 594 607 593 606 627 2.17E-01
-67.9 501 494 497 547 514 507 527 501 3.67E-01
-68 454 459 481 487 484 467 497 487 3.80E-01
-68.2 390 433 397 431 387 404 379 394 5.37E-01
-68.4 206 214 200 180 184 240 216 167 8.00E-01
-68.6 43 50 67 60 61 47 48 51 9.37E-01
Aquí, la máxima tasa de transferencia teórica para H-set 2 QPSK se da en una potencia recibida por el equipo de -62 dBm sin presentar tasas de BLER, con lo cual también se puede deducir que es la potencia mínima requerida por el equipo para lograr un mejor desempeño en la descarga de datos.
Tabla 6. 17 Resultados para H-set 2 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy Young.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 2 16 QAM EN GALAXY YOUNG
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 1166 0.00E+00
-63.4 1147 1156 1147 1143 1137 1147 1150 1156 2.00E-02
-63.5 1131 1117 1135 1137 1156 1127 1131 1098 5.33E-02
-63.6 1108 1100 1098 1107 1049 1079 1088 1096 6.00E-02
-63.8 968 1001 983 943 944 991 987 956 1.80E-01
-64 787 758 758 754 777 781 773 806 3.33E-01
-64.2 593 595 602 618 591 634 661 641 4.70E-01
-64.4 379 369 379 398 404 418 420 408 6.83E-01
-64.6 107 101 87 97 112 120 117 113 9.03E-01
-64.8 15 12 10 19 16 19 12 19 9.83E-01
Hasta aquí sigue presentando la mejor tasa de transferencia a una potencia de -62 dBm, sólo con el cambio de modulación.
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CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 77
Tabla 6. 18 Resultados para H-set 3 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy Young.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 3 QPSK EN GALAXY YOUNG
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 1601 0.00E+00
-65 1601 0.00E+00
-67 1601 0.00E+00
-69 1601 0.00E+00
-71 1601 0.00E+00
-73 1601 0.00E+00
-75 1601 0.00E+00
-77 1500 1439 1484 1481 1489 1494 1501 1496 6.67E-02
-77.2 1356 1372 1401 1404 1397 1398 1393 1401 1.30E-01
-77.5 1126 1137 1136 1121 1179 1126 1131 1137 2.90E-01
-77.8 966 981 982 977 982 974 977 966 3.97E-01
-78 929 950 934 951 939 929 934 939 4.13E-01
-78.2 795 859 861 843 827 843 867 870 4.57E-01
-78.5 400 390 432 447 368 374 379 384 7.60E-01
-78.7 117 139 107 120 101 69 137 117 9.27E-01
-78.8 27 32 53 64 53 48 67 69 9.57E-01
En este caso, el Smartphone presenta un mayor rango de sensibilidad donde se encuentra la más alta tasa de transferencia de datos sin bloques en error desde una potencia recibida de -62 dBm hasta -75 dBm.
Tabla 6. 19 Resultados para H-set 3 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy Young.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 3 16 QAM EN GALAXY YOUNG
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 2332 0.00E+00
-65 2332 0.00E+00
-67 2332 0.00E+00
-69 2332 0.00E+00
-71 2332 0.00E+00
-72 2231 2229 1656 2223 2219 2208 2196 2208 5.33E-02
-72.2 1959 1648 1842 1912 1904 1850 1866 2052 1.20E-01
-72.5 1710 1656 1768 1749 1720 1726 1776 1780 2.37E-01
-72.8 1430 1419 1446 1468 1456 1448 1419 1430 3.87E-01
-73 1244 1213 1259 1345 1319 1119 1108 1244 4.67E-01
-73.2 1065 1073 1143 1185 1174 1104 1049 1156 5.11E-01
-73.4 552 512 446 381 379 513 515 614 7.37E-01
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TELÉFONOS INTELIGENTES
PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 78
-73.5 234 225 262 280 243 249 233 241 8.97E-01
-73.7 109 87 62 136 148 59 87 140 9.40E-01
En este caso, se presenta bastante sensibilidad, pero menos que con la modulación de tipo QPSK.
Tabla 6. 20 Resultados para H-set 6 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy Young.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 6 QPSK EN GALAXY YOUNG
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 3219 0.00E+00
-65 3219 0.00E+00
-67 3219 0.00E+00
-69 3219 0.00E+00
-71 3219 0.00E+00
-72.8 3155 2822 2704 2983 3176 3176 3179 3122 3.00E-02
-73 3004 3058 2983 3015 3101 3069 3026 3037 5.67E-02
73.2 2833 2886 2790 2886 2790 2725 2790 2801 1.30E-01
73.5 2361 2307 2371 2296 2264 2280 2253 2167 3.27E-01
73.8 1921 1985 1942 1945 1931 1972 1964 1931 4.00E-01
-74 1803 1899 1781 1835 1891 1835 1760 1717 4.67E-01
-74.2 1180 1266 1223 1298 1198 1301 1277 1427 5.57E-01
-74.4 687 644 612 676 656 569 630 665 7.93E-01
-74.5 193 193 279 229 258 172 290 282 9.40E-01
El equipo se sigue manteniendo con una sensibilidad de -62 dBm para una velocidad de transferencia máxima obteniéndola hasta -71 dBm, posteriormente comienza a disminuir, presentando tasas de BLER.
Tabla 6. 21 Resultados para H-set 6 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy Young.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 6 16 QAM EN GALAXY YOUNG
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 4689 0.00E+00
-65 4689 0.00E+00
-67 4689 0.00E+00
-68.2 4564 4376 4392 4517 4439 4533 4501 4486 4.33E-02
-68.5 3861 3986 4025 3896 3876 3810 3751 3861 1.77E-01
-68.8 3314 3063 3079 3095 3028 3017 3048 3032 3.53E-01
-69 2829 2470 2798 2813 2845 2860 2845 2767 4.10E-01
-69.2 2391 2501 2329 2438 2329 2298 2579 2470 4.73E-01
-69.5 1141 1235 1282 1175 1250 1329 1204 1313 7.20E-01
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PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 79
-69.7 156 297 234 250 375 203 195 254 9.37E-01
-69.8 63 109 68 117 156 59 78 136 9.67E-01
-69.9 20 16 31 20 16 20 20 31 9.93E-01
En este último caso, el Smartphone tiene menos sensibilidad para mantener la máxima tasa de transferencia, a comparación de los H-set anteriores, este con modulación de tipo 16 QAM presenta entonces la mejor tasa de transferencia que puede realizarse para una descarga de datos.
6.4.2 RESULTADOS OBTENIDOS POR H-SET DEL EQUIPO SAMSUNG GALAXY S2
Se realizaron diversas pruebas para el equipo Galaxy S2 desde H-set 1 hasta el 8 con modulaciones QPSK, 16 QAM y 64 QAM, de donde se obtuvieron diferentes valores de tasa de transferencia de datos y BLER de pendiendo de la variación de la potencia recibida por el Smartphone.
En las tablas 6.22 y 6.23 se muestran los resultados obtenidos con H-set 1 con modulación QPSK y 16 QAM posteriormente.
Tabla 6. 22 Resultados para H-set 1 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S2.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 1 QPSK EN GALAXY S2
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 534 0
-65 534 0
-68 534 0
-69 534 0
-70 534 0
-71 534 532 524 534 1.2 e -1
-72 534 523 523 515 530 1.2 e -1
-73 523 481 502 491 513 1.2 e -1
-74 534 532 524 534 505 1.2 e -1
-75 534 523 523 500 1.2 e -1
-75.3 523 481 502 491 513 1.2 e -1
-78 534 523 523 502 1.2 e -1
-81 513 502 523 481 502 491 513 1.2 e -1
-82 256 299 256 182 278
En esta tabla se puede observar que el Smartphone cuenta con una gran sensibilidad en un rango desde -62 dBm hasta -70 dBm para mantener la máxima tasa de transferencia de acuerdo al tipo de H-set y modulación correspondiente.
Tabla 6. 23 Resultados para H-set 1 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S2.
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PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 80
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 1 16 QAM EN GALAXY S2
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 777 0.00E+00
-65 777 0.00E+00
-67 777 0.00E+00
-68 777 0.00E+00
-69 777 0.00E+00
-70 777 0.00E+00
-71 777 0.00E+00
-71.2 777 0.00E+00
73 777 0.00E+00
-75 777 0.00E+00
-77 777 0.00E+00
-78 93 47 78 16 31 140 280 140 155 249 218 9.80E-02
Aquí se puede observar que la sensibilidad con una modulación en 16 QAM en H-set 1 es mucho mayor obteniendo un rango desde -62 dBm hasta -77 dBm para mantener la máxima tasa de transferencia teórica.
Tabla 6. 24 Resultados para H-set 2 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S2.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 2 QPSK EN GALAXY S2
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 801 0.00E+00
-65 801 0.00E+00
-68 801 0.00E+00
-71 801 0.00E+00
-72 801 0.00E+00
-73 801 0.00E+00
-74 801 0.00E+00
-75 801 0.00E+00
-75.1 801 0.00E+00
-75.2 801 0.00E+00
-75.3 801 0.00E+00
-78 801 0.00E+00
-81 801 0.00E+00
-82 481 513 433 401 497 561 529 433 465 7.60E-02
Con esta tabla se puede observar que el Smartphone a medida que van aumentando los H-set y la modulación, soporta una may tasa de transmisión y sobre todo la puede mantener en un rango más amplio de potencia recibido, desde -62 dBm hasta -81 dBm.
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CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 81
Tabla 6. 25 Resultados para H-set 2 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S2.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 2 16 QAM EN GALAXY S2
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 1166 0.00E+00
-65 1166 0.00E+00
-67 1166 0.00E+00
-68 1166 0.00E+00
-69 1166 0.00E+00
-70 1166 0.00E+00
-71 1166 0.00E+00
-73 1105 1100 1098 1076 1105 1110 4.00E-02
-75 1096 1143 1119 1143 1096 886 1096 6 e-2
-77 1026 1003 1026 1096 1003 1026 1049 1 e-1
-78 886 700 840 676 779 746 676 770 816 630
La sensibilidad con modulación 16 QAM en H-set 2 se ve ligeramente disminuida, sin embargo se compensa con una mayor tasa de transferencia.
Tabla 6. 26 Resultados para H-set 3 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S2.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 3 QPSK EN GALAXY S2
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 1601 0.00E+00
-65 1601 0.00E+00
-68 1601 0.00E+00
-71 1601 0.00E+00
-72 1601 0.00E+00
-73 1601 0.00E+00
-74 1601 0.00E+00
-74.3 1420 1390 1410 1579 1530 1435 1452 2.40E-02
-74.8 1313 1569 1537 1537 1505 1569 1505 1569 2 e-2
-75 1377 1281 1313 1377 1313 1185 1441 1409 1.2 e-2
-78 1121 1057 1121 1025 1185 1153 1057 1057 3.4 e-1
-82 929 1057 1153 1121 1185 1089 1185 1025 1121 1089 5.30E-01
En esta tabla se obtuvieron datos donde el Smartphone nos muestra una sensibilidad desde -62 dBm hasta -74 dBm para mantener la máxima tasa de transferencia.
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CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 82
Tabla 6. 27 Resultados para H-set 3 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S2.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 3 16 QAM EN GALAXY S2
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 2332 0
-65 2332 0
-67 2332 0
-68 2332 0
-71 2332 0
-73 2332 0
-77 2006 2192 2145 2052 2099 2052 2099 2052 1.2 e-1
-77.2 1679 1912 1772 16321679 1772 1866 1632 3 e-1
-77.6 886 746 560 1026 560 840 886 700 979
-77.7 280 653 746 326 373 466 420 187 513 280
-78.1 466 140 187 93 233 93 140
La sensibilidad con modulación 16 QAM en H-set 3 tiene una maxima tasa de transferencia de -62 a -73 dBm.
Tabla 6. 28 Resultados para H-set 6 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S2.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 6 QPSK EN GALAXY S2
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 3219 0.00E+00
-65 3219 0.00E+00
-66 3219 0.00E+00
-67 3219 0.00E+00
-68 3219 0.00E+00
-70 3180 3190 3100 3195 3190 3186 3190 1.00E-02
-71 3155 3187 3122 3155 3187 3026 1899 3155 3187 1.00E-02
-73 3100 3090 3058 3155 3080 3122 2801 2892 2961 8.00E-02
-75 2704 2736 2672 2704 2736 2897 2961 2768 2865 1.00E-01
-78 1867 1803 1835 1789 1899 1867 1964 1867 1835 1867 4.20E-01
-78.5 1288 1062 1030 901 644 1255 1223 1030 1288 1191 6.30E-01
-78.7 805 934 708 773 676 773 708 901 773 837 7.40E-01
-78.9 405 360 418 483 354 418 322 451 386 322 386 386 8.80E-01
En esta tabla se puede observar que en H-set 6 el Smartphone tiene una sensibilidad de -62 hasta -68 dBm para obtener la máxima tasa de transferencia, posteriormente ya que se va bajando la potencia, comienza a tener muchas variaciones al respecto.
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CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 83
Tabla 6. 29 Resultados para H-set 6 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S2.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 6 16 QAM EN GALAXY S2
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 4689 0.00E+00
-63 4689 0.00E+00
-64 4689 0.00E+00
-65 4689 0.00E+00
-67 4689 0.00E+00
-70 4689 0.00E+00
-72 4689 0.00E+00
-74 4595 4548 4501 4595 4689 4642 4501 4548 4455 5.00E-02
-74.2 3845 4033 4079 3986 3798 4033 3986 3798 4033 1.40E-01
-74.4 3235 3376 3329 3282 3376 3376 3235 3329 3282 3.00E-01
-74.6 1735 1782 1500 1829 1688 1876 1688 1782 2157 5.40E-01
-74.8 750 891 797 844 750610 891 938 656 985 469 9.00E-01
En esta tabla se puede observar que para una modulación 16 QAM en H-set 6 soporta desde -62 hasta -72 dBm la máxima tasa de transferencia, aunque a diferencia de la modulación de tipo QPSK, éste a pesar de las variaciones que tiene posteriormente con respecto a la tasa de transferencia, cuenta con menos sensibilidad, por lo tanto se puede perder más rápido la comunicación con la radio base.
Tabla 6. 30 Resultados para H-set 8 con Modulación 64 QAM del Smartphone Galaxy S2.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 8 64 QAM EN GALAXY S2
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-55 13252 0.00E+00
-56 13252 0.00E+00
-57 13252 0.00E+00
-58 13252 0.00E+00
-59 13252 0.00E+00
-62 13252 0.00E+00
-65 13252 0.00E+00
-65.3 12987 12775 12510 12669 12907 13066 12642 12722 4.00E-02
-65.5 11264 10204 10867 10734 10502 10668 9674 10038 10105 2.30E-01
-66.2 8900 9144 8879 8835 9144 8879 9279 4462 8967 7730 4.10E-01
-66.4 5036 3446 5831 4771 4992 4682 6228 5831 6714 6273 5.20E-01
-66.6 2518 2385 2518 1988 1767 1723 1634 2695 1899 2209 8.30E-01
-66.8 442 795 265 88 1060 1193 751 1149 883 1193 574 9.50E-01
-66.9 319 442 353 177 133 88 265 133 265 44 9.70E-01
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CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 84
En esta parte el equipo soporta la tasa de transferencia máxima teórica, sin embargo su sensibilidad es muy corta y para mantenerla, necesita de potencias relativamente altas por lo tanto se requiere en el caso real, estar mucho más cerca de la radio base.
6.4.3 RESULTADOS OBTENIDOS POR H-SET DEL EQUIPO SAMSUNG GALAXY S3
Se realizaron diversas pruebas para el equipo Galaxy S3 desde H-set 1 hasta el 8 con modulaciones QPSK, 16 QAM y 64 QAM, de donde se obtuvieron diferentes valores de tasa de transferencia de datos y BLER de pendiendo de la variación de la potencia recibida por el Smartphone.
En las tablas 6.31 y 6.32 se muestran los resultados obtenidos con H-set 1 con modulación QPSK y 16 QAM posteriormente.
Tabla 6. 31 Resultados para H-set 1 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S3.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 1 QPSK EN GALAXY S3
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 534 0
-65 534 532 524 534 2.00E-02
-68 534 523 523 3 e -2
-69 513 502 523 481 502 491 513 4 e -2
-70 491 438 491 459 406 459 481 1 e -1
-71 395 406 384 406 395 395 374 3 e -1
-72 267 0 256 278 139 449 449 470 1.2 e -1
-73 352 331 342 342 352 331 352 3.4 e -1
-74 310 331 320 310 352 310 246 5.4 e -1
-75 107 53 85 64 85 117 96 0 8.6 e -1
-75.3 11 21 11 11 0 11 11 9.8 e -1
Como se puede observar en esta tabla el rango de sensibilidad es amplio para H-set 1, sin embargo sólo puede mantener la máxima tasa de transferencia en -62 dBm, después de eso empieza a tener variaciones mientras se van bajando la potencia hasta -75.3 hasta que se pierde la comunicación con la radio base.
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CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 85
Tabla 6. 32 Resultados para H-set 1 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S3.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 1 16 QAM EN GALAXY S3
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 777 0
-65 750 760 740 745 767 700 756 2.00E-02
-67 730 730 761 699 746 699 715 761 2 e -2
-68 653591 591606 622 559575 591 606 2.2 e -2
-69 513 544 497 528 528 482 544 559 2.8 e -2
-70 466 482 466 482 497 482 435 451 513 3.1 e -1
-71 171 186 171 109 218 186 202 171 7.8 e -1
-71.2 16 47 62 16 0 47 31 16 47 16 9.8 e -1
Similar a la tabla anterior, la sensibilidad del Smarthpone para la transferencia de datos es amplia, sin embargo sólo se mantiene en la más alta tasa de transferencia en -62 dBm, en cuanto empieza a bajar la potencia, comienza a tener variaciones en la tasa hasta -71.2 dBm.
Tabla 6. 33 Resultados para H-set 2 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S3.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 2 QPSK EN GALAXY S3
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 801
-65 801
-68 801
-71 790 785 800 780 765 740 790 4.00E-02
-72 753 737 721 753 737 753 785 737 8 e -2
-73 545 577 513 545 609 561 593 545 3.2 e -1
-74 433 208 465 401 433 481 448 497 3.8 e -1
-75 176 192 80 192 16 48 112 96 8.8 e -1
-75.1 48 48 16 112 16 128 192 144 112 128 8.4 e -1
-75.2 80 160 64 112 48 128 80 96 80 48 9.4 e-1
-75.3 64 48 64 48 48 32 16 0 48 32 32 9.6 e-1
Se observa que para H-set 2 con modulación QPSK, la sensibilidad del Smartphone aumenta hasta -75 dBm de potencia recibida, y también el rango con el cuál se puede mantener la máxima tasa de transferencia que va desde -62 dBm hasta -68 dBm.
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CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 86
Tabla 6. 34 Resultados para H-set 2 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S3.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 2 16 QAM EN GALAXY S3
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 1166
-65 1105 1100 1098 1076 1105 1110 4.00E-02
-67 1096 1143 1119 1143 1096 886 1096 6 e-2
-68 1026 1003 1026 1096 1003 1026 1049 1 e-1
-69 933 863 886 863 793 816 863 863 746 3.6 e-1
-70 513 560 536 583 536 513 676 746 770 3.4 e-1
-71 163 303 326 303 280 350 210 257 280 7.6 e-1
-71.2 117 70 187 47 93 70 117 70 233 117 9 e-1
En H-set 2 con modulación 16 QAM disminuye un poco la sensibilidad del Smartphone, y después de -62 dBm, comienza a tener variaciones en la tasa de transferencia, disminuyendo conforme se va bajando la potencia recibida.
Tabla 6. 35 Resultados para H-set 3 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S3.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 3 QPSK EN GALAXY S3
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 1601 0
-65 1601 0
-68 1420 1390 1410 1579 1530 1435 1452 2.40E-02
-71 1313 1569 1537 1537 1505 1569 1505 1569 2 e-2
-72 1377 1281 1313 1377 1313 1185 1441 1409 1.2 e-2
-73 1121 1057 1121 1025 1185 1153 1057 1057 3.4 e-1
-74 736 801736 768 672 736 672 704 672 736 5.4 e-1
-74.3 576 672 608 576 608 640 576 640 608 640 6 e-1
-74.8 352 480 448 416 288 384 544 448 320 448 7.2 e-1
-75 224 320 160 224 356 320 256 192 256 288 8.2 e-1
En H-set 3, la sensibilidad del Smartphone vuelve a aumentar manteniendo la tasa máxima de transferencia desde -62 dBm hasta -65 dBm después comienza a bajar manteniendo la comunicación con la radio base hasta los -75 dBm.
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PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 87
Tabla 6. 36 Resultados para H-set 3 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S3.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 3 16 QAM EN GALAXY S3
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 2332 0
-65 2332 0
-67 2006 2192 2145 2052 2099 2052 2099 2052 1.2 e-1
-68 1679 1912 1772 16321679 1772 1866 1632 3 e-1
-68.5 1679 1586 1586 1492 1586 700 1679 1632 3 e-1
-70 1213 1306 1353 1213 1259 1353 1073 1026 5.6 e-1
-70.5 746 606 653 700 606 513 653 840 793 700 7 e-1
-70.8 420 513 420 466 513 420 513 466 420 560 7.6 e-1
-71 280 93 233 93 187 280 0 47 140 47 93 9.60E-01
Para H-set 3 con una modulación 16 QAM disminuye la sensibilidad, aunque sigue manteniendo la máxima tasa de transferencia en el mismo rango de potencia recibida de -62 dBm hasta -65 dBm.
Tabla 6. 37 Resultados para H-set 6 con Modulación QPSK del Smartphone Galaxy S3.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 6 QPSK EN GALAXY S3
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 3219 0.00E+00
-65 3180 3190 3100 3195 3190 3186 3190 1.00E-02
-66 3155 3187 3122 3155 3187 3026 1899 3155 3187 1.00E-02
-67 3122 3090 3058 3155 3090 3122 2801 2897 2961 8.00E-02
-68 2704 2736 2672 2704 2736 2897 2961 2768 2865 1.00E-01
-70 1867 1803 1835 1899 1867 1964 1867 1835 1867 4.20E-01
-71 1288 1062 1030 901 644 1255 1223 1030 1288 1191 6.30E-01
71.5 805 934 708 805 773 676 773 805 708 901 773 837 7.40E-01
-71.8 354 418 483 354 418 322 451 386 322 386 386 8.80E-01
Para las pruebas con H-set 6 disminuye la sensibilidad y sólo se mantiene la máxima tasa de transferencia sin bloques en error con una potencia recibida de -62 dBm.
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PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Y DATOS EN LA EVOLUCION DE GSM-WCDMA
CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 88
Tabla 6. 38 Resultados para H-set 6 con Modulación 16 QAM del Smartphone Galaxy S3.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 6 16 QAM EN GALAXY S3
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-62 4689 0.00E+00
-63 4595 4548 4501 4595 4689 4642 4501 4548 4455
5.00E-02
-64 3845 4033 4079 3986 3798 4033 3986 3798 4033
1.40E-01
-65 3235 3376 3329 3282 3376 3376 3235 3329 3282 3.00E-01
-67 1735 1782 1500 1829 1688 1876 1688 1782 2157 5.40E-01
-67.5 750 891 797 844 750610 891 938 656 985 469 9.00E-01
En esta prueba se puede observar que la sensibilidad del Smartphone disminuye considerablemente, funcionando para un rango de potencia recibida relativamente alta, de la misma forma manteniendo la máxima tasa d etransferencia en -62 dBm.
Tabla 6. 39 Resultados para H-set 8 con Modulación 64 QAM del Smartphone Galaxy S3.
TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 8 64 QAM EN GALAXY S3
Potencia de Salida (dBm)
Tasa de Transferencia (Kbps) BLER
-55 12987 12775 12510 12669 12907 13066 12642 12722 4.00E-02
-56 11264 10204 10867 10734 10502 10668 9674 10038 10105 2.30E-01
-57 8967 9144 8879 8835 9144 8879 9279 4462 8967 7730 4.10E-01
-58 5036 3446 5831 4771 4992 4682 6228 5831 6714 6273 5.20E-01
-59 2518 2385 2518 1988 1767 1723 1634 2695 1899 2209 8.30E-01
-59.3 442 795 265 88 1060 1193 751 1149 883 1193 574 9.50E-01
-59.5 309 442 353 177 133 88 265 133 265 44 9.70E-01
Al igual que el Smartphone Samsung Galaxy S2, este equipo soporta H-set 8 con una modulación 64 QAM, aunque para mantener la más alta tasa de transferencia se necesita de una potencia más alta que en los casos anteriores de -55 dBm sin que sea estable y presentando errores, la comunicación con la radio base se corta a los -59.5 dBm.
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CAPÍTULO 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES. 89
6.5 CONCLUSIONES.
Una vez presentados los resultados en ésta tesis se concluye lo siguiente.
1. Se logró analizar la sensibilidad de los equipos propuestos, tanto para voz, como para datos. En las diferentes tecnologías de GSM y WCDMA.
2. De acuerdo a trabajos anteriores, se tiene que los equipos actuales han aumentado la capacidad de sensibilidad ante una comunicación de voz y de datos superior, ya que anteriormente se tenía una potencia promedio de comunicación de -86 dBm y ahora nos encontramos con sensibilidades de -140 dBm en el caso de GSM y hasta -98 dBm en el caso de WCDMA. [13]
3. Los resultados obtenidos permiten hacer una comparación de los equipos actuales en el mercado y de esta manera dar a conocer tanto a los usuarios como a los fabricantes y proveedores de servicios, sobre cuáles son los que tienen un mejor desempeño de acuerdo a sus necesidades.
4. El desarrollo de las diferentes pruebas, son apegadas al desempeño real en el uso cotidiano de los equipos, por lo tanto, se da pie a trabajos futuros para el análisis de su desempeño ante diferentes nodos B o antenas de diferentes proveedores de servicios de telefonía celular.
6.5.1 PROYECTOS FUTUROS.
El trabajo realizado en esta tesis, así como sus resultados, pueden ser aprovechados para realizar las siguientes investigaciones.
1. Ampliar el número de equipos con los cuáles se pueden realizar pruebas de sensibilidad, ya que cada día se fabrican Smartphones más sofisticados.
2. Realizar pruebas de sensibilidad de voz y de datos ante diferentes nodos B mediante el desarrollo de aplicaciones y/o software que permitan obtener dichos datos.
3. Realizar pruebas de cobertura y su descripción geográfica ante diferentes nodos B para el análisis de transmisión de datos.
4. Comparación de resultados experimentales con teóricos. 5. Modelaje de Nodos B para una mejor cobertura de red de telefonía celular.
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90
REFERENCIAS BIBLIOGRÀFICAS [1]. Fundamentos de los Sistemas de Comunicaciones Móviles, Alberto Sendín Escalona, Mc Graw-Hill.
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[5]. Mobile Communication Systems, Parsons, J.D., Halsted Press.
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[7]. EDGE, Introduction of high-speed data in GSM/GPRS networks, Ericsson Technical Paper.
[8]. Introduction to 3G Mobile Communications System, Keiji Tachikawa, Wiley & Sons.
[9]. Modulation and Spreading (FDD), 3GPP TS 25.213.v6.0.0.0.
[10]. UMTS Architecture, Mobility and Services, Heikki Kaaranen, Ari Ahtianen, Siamak Naghnian, John Wiley & Sons.
[11]. UMTS: The Fundamentals, Walke, Bernhard H., John Wiley & Sons.
[12]. Manual de Entrenamiento GSM/GPRS/EGPRS, Anritsu 2002.
[13]. Caracterización de los Parámetros de Desempeño en Transmisión de Datos en Terminales de Comunicación Móvil de Banda Ancha, Jiménez Licea Yanely Montserrat.
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91
ACRÓNIMOS 3GPP Third Generation Partnership Project AMC Adaptative Modulation and Coding; Modulación y Codificación Adaptativa AMPS Advanced Mobile Phone System; Sistema Telefónico Móvil Avanzado ARQ Automatic Repeat Request; Solicitud de Retransmisión AuC Authentication Center; Centro de Autenticación BCCH Broadcast Control Channel; Canal de Control de Difusión BCH Broadcast Channel; Canal de Difusión BSC Base Station Controller; Controlador de la Estación Base BSS Base Station Subsystem; Subsistema de la Estación Base BTS Base Transceiver Station; Estación Trasceptora de Base CCCH Common Control Channel; Canal de Control Común CDMA Code Division Multiple Access CPCH Common Packet Channel; Canal de Paquetes Común CQI Channel Quality Indication; Indicador de Calidad del Canal CRC Cyclic Redundancy Check, Control de Redundancia Cíclica CTCH Common Traffic Channel; Canal de Tráfico Común DCCH Dedicated Control Channel; Canal de Control Dedicado PDCH Packet Data Channel; Canal de Paquete de Datos DLL Data Link Layer; Capa de Enlace de Datos DSCH Downlink Shared Channel; Canal Compartido Descendente DTCH Dedicated Traffic Channel; Canal de Tráfico Dedicado EDGE Enhaced Data Rates for GSM Evolution; Tasas de Datos Mejorada para la Evolución de
GSM EIC Equipment Identity Center; Centro de Identidad del Equipo ETSI European Telecommunications Standard Institute; Instituto Europeo de Normas de
Telecomunicaciones FACCH Fast Association Control Channel; Canal de Control de Asociación Rápida FDD Frequency Duplex Division; División de Frecuencia Dúplex FDMA Frequency Division Multiple Access; Acceso Múltiple por División de Frecuencia GMM/SM GPRS Mobility Managment/Session Managment; Gestión de Movilidad/ Gestión de
Sesión GPRS GMSS General Mobile Switching Center; Centro de Conmutación de Servicios Móviles GPRS General Packet Radio Service; Servicio General de Paquetes de Radio GSM Global System for Mobile Communications; Sistema Global de Comunicaciones Móviles HARQ Hybrid Automatic Repeat Request; Solicitud de Retransmisión Híbrido HLR Home Location Register; Registro de Ubicación Local HSDPA High Speed Download Packet Access; Acceso a Descarga de Alta Velocidad de Paquetes IMEI International Mobile Equipment Identity; Identidad Internacional del Equipo Móvil IP Internet Protocol; Protocolo de Internet ITU International Telecommunication Union ; Unión Internacional de Telecomunicaciones LLC Logical Link Control; Control de Enlace Lógico MAC Medium Access Control, Control de Acceso al Medio
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92
MPDCH Master Packet Data Channel; Canal de Paquete de Datos Maestro MS Mobile Station; Estación Móvil MSC Mobile Switching Center; Centro de Servicio Móvil de Conmutación NACK No Acknowledge; Sin Acude de Recibido. NSS Network Switching Subsystem, Subsistema de Conmutación y Red PACCH Packet Associated Control Channel; Canal Asociado con Control de Paquetes PAGCH Packet Access Grant Channel; Canal de Acceso a Paquetes de Reserva PBCCH Packet Broadcast Control Channel; Canal de Control de Difusión de Paquetes PCCCH Packet Common Control Channel; Canal Común de Control de Paquetes PCCH Paging Control Channel; Canal de Control de Localización PCH Paging Channel; Canal de Localización PDBCH Packet Data Broadcast Channel; Canal de Control de Paquetes de Difusión PDC Personal Digital Communications; Comunicaciones Personales Digitales PDCH Packet Data Channel; Canal de Paquete de Datos PDTCH Packet Data Traffic Channel; Canal de Transferencia de paquetes de Datos PNC Paging Network Controller; Controlador de Notificaciones de la Red PPCH Packet Paging Channel; Canal de Búsqueda de Paquetes PPRCH Packet Paging Response Channel; Canal de Respuesta de Búsqueda de Paquetes PRACH Physical Random Access Channel; Canal Físico de Acceso Aleatorio PS Packet Switching, Conmutación de Paquetes QoS Quality of Service, Calidad en el Servicio RACH Random Access Channel; Canal de Acceso Aleatorio RFL Radio Frequency Layer; Capa de Enlace de Radiofrecuencia RLC Radio Link Control; Control de Enlace de Radio SGSN Service GPRS Support Node; Nodo de Soporte de Servicio GPRS SIM Suscriber Indentificator Module; Modulo Identificador del Subscriptor SPDCH Slave Packet Data Channel, Canal de Paquete de Datos Esclavo TACS Total Access Communication System; Sistema de Comunicación de Acceso Total TDD Time División Dúplex; División de Tiempo Dúplex TDMA Time División Multiple Access; Acceso Múltiple por División de Tiempo TFRC Transport Format and Resource Combination; Combinación de Recursos y Formatos de
Transporte TT Transfer Time; Tiempo de Transferencia UMTS Universal Mobile Communications System UTRA Universal Terrestral Radio Access; Acceso Universal Terrestre vía Radio VLR Visitor Location Register; Registro de Localización del Visitante WCDMA Wideband Code Division Multiple Access; Acceso Múltiple por División de Ancho de
Banda
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93
TÉRMINOS QAM Modulación por Amplitud en Cuadratura, es una técnica que transporta datos, mediante la
modulación de la señal portadora tanto en amplitud, como en fase
PSK Modulación por Cambio de Fase, es una técnica que transporta datos, mediante la modulación de la señal portadora con cambio en la fase.
ALWAYS ON Termino que se utiliza en comunicaciones móviles para decir que el equipo móvil siempre está en comunicación con la estación base
FRAME RELAY Retardo de Trama, tiempo en el cuál una trama de datos llega hasta su destino
HANDOVER Se denomina así al sistema utilizado en comunicaciones móviles celulares con el objetivo de transferir el servicio de una estación base a otra cuando la calidad del enlace es insuficiente. Este mecanismo garantiza la realización del servicio cuando un móvil se traslada a lo largo de su zona de cobertura
QPSK Es una modulación PSK de 4 Niveles
ROAMING En redes inalámbricas, roaming se refiere a la capacidad de cambiar de un área de cobertura a otra sin interrupción en el servicio o pérdida en conectividad. Permite a los usuarios seguir utilizando sus servicios de red inalámbrica cuando viajan fuera de la zona geográfica en la que contrataron el servicio
THROUGHPUT Al volumen de trabajo o de información que fluye a través de un sistema. Así también se le llama al volumen de información que fluye en las redes de datos.
UPLINK Enlace o conexión de subida, es el término utilizado en un enlace de comunicación para la transmisión de señales de radio (RF) desde un móvil hacia una estación base
VOCODER Nombre derivado de voice coder, codificador de voz. Es un analizador y sintetizador de voz.
XNOR Compuerta lógica. Opera en forma exactamente opuesta a una compuerta XOR, entregando una salida baja cuando una de sus entradas es baja y la otra es alta y una salida alta cuando sus entradas son ambas altas o ambas bajas. Es decir que una compuerta XNOR indica, mediante un lógico que su salida, cuando las dos entradas tienen el mismo estado.
DOWNLINK Enlace o conexión de bajada es el término utilizado para representar el enlace entre un satélite y la Tierra.
dB Es la unidad relativa empleada en telecomunicaciones para explicar la relación entre dos magnitudes eléctricas, o entre la magnitud que se estudia y la de referencia. Es una unidad logarítmica
dBm Se define como la unidad de medida usada en telecomunicaciones para determinar el nivel de potencia en decibeles en una relación a un nivel de referencia de 1mW.
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Resumen— Este artículo describe las características de
transmisión de datos en un sistema de comunicación celular de
tercera generación en transición (3.5G), que es una mejora de 3G
en cuanto a tasas de transferencia de datos tanto en el DL (Down
Link, Enlace Descendente) y UL (Up Link, Enlace Ascendente).
La investigación está enfocada en la terminal móvil, haciendo un
análisis de sensibilidad en diferentes teléfonos inteligentes
“Smartphones” de diferentes fabricantes, a través de variaciones
de potencia de recepción del móvil, ya que es un parámetro
fundamental para evaluar su desempeño y realizar una
comparación entre los diferentes equipos.
Palabras Clave— UMTS, HSDPA, 3.5G, WCDMA, UE.
Abstract— This paper describes the characteristics of data
transmission in a communication system of third generation
cellular transition (3.5G) which is an improvement of 3G, in
terms of data transfer rates of both, the DL (Downlink) and UL
(Uplink). The research is focused on the UE (User Equipment),
making a sensitivity analysis on different "Smartphones" from
different manufacturers, through power level variations of the
cell phone as it is a fundamental parameter to evaluate their
performance and make a comparison between different UE’s.
Keywords— UMTS, HSDPA, 3.5G, WCDMA, UE.
1. INTRODUCCIÓN.
3G es una abreviatura para tercera-generación de telefonía
móvil. Los servicios asociados con la tercera generación
proporcionan la posibilidad para transferir tanto voz y datos
(una llamada telefónica) y datos no-voz (como la descarga de
programas, intercambio de correo-e, y mensajería instantánea).
Esta evolución vista desde el lado de GSM pasa por GPRS-
EDGE, también conocido como 2.5G y caracterizadas por
llegar a velocidades de hasta 384Kbps. La evolución inicial a
tercera generación también es conocida como UMTS
(Universal Mobile Telephone System), permite alcanzar
velocidades superiores a EDGE de hasta 2 Mbps [1].
Una de las características más importantes de la red 3G es que
ha sido desarrollada para ser compatible con el resto de
sistemas GSM. Esta interoperabilidad de los sistemas y
servicios asegura la continuación de la experiencia de uso en
roaming internacional que los usuarios han tenido con los
servicios GSM. El Servicio de 3.5G en Roaming es brindado
de acuerdo a la disponibilidad de dicha tecnología en los
distintos operadores.
Las redes 3G disponibles a nivel mundial son principalmente
850, 900, 1800, 1900, 2100 Mhz. En América se usan las
frecuencias 850 y 1900 Mhz. La mayoría de equipos
(teléfonos) 3G actualmente funciona para la norma europea y
asiática que es 1800 y 2100 Mhz [2].
2. HSDPA (High Speed Downlink Packet Access;
Acceso a Descarga de Alta Velocidad de
Paquetes).
El HSDPA es una mejora de la interfaz aérea de WCDMA que
provee una mayor capacidad de transmisión para el enlace
descendente y la posibilidad de desarrollar nuevos servicios
que requieran altas tasas de transferencia.
Originalmente, para el flujo de transmisión al usuario se
utilizaban los canales de transporte DCH (Dedicated Transport
Channel; Canal de Transporte Dedicado) y el DSCH
(Downlink Shared Channel; Canal Compartido Descendente).
Cuando se trataba de bajas velocidades se podía recurrir al
canal FACH (Forward Access Channel; Canal de Acceso
Directo). Para HSDPA se creó el canal de transporte HS-
DSCH (High Speed-DSCH, DSCH- de Alta Velocidad), para
el transporte de la información de usuario. Sobre el HS-DSCH
se introduce una nueva modulación denominada 16QAM que
brinda una mejor optimización del canal de transferencia, esta
modulación por ser multifasorial posee una baja relación S/N
(Signal/Noise, Señal/Ruido) es decir, que es susceptible a las
interferencias producidas en el trayecto radioeléctrico. Para
corregir este problema se implementan muevas técnicas de
corrección de errores como la AMC (Adaptive Modulation
and Coding, Modulación y Codificación Adaptativa) y la
HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request, Solicitud de
Retransmisión Automática Hibrida) [3].
Prueba Experimental de Desempeño en
Transmisión de Datos de Teléfonos Inteligentes
en Tecnología HSDPA V. M. Caldera Chacón, S. Vidal Beltrán, M. del C. Jiménez Álvarez, B. Escamilla Maldonado
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2.1 AMC
La AMC es el encargado de compensar la inestabilidad del
canal radioeléctrico ajustando los parámetros de transmisión,
como lo son: la codificación y la modulación de los datos. Este
ajuste lo hace basándose en la CQI (Channel Quality
Indication, Indicación de Calidad del Canal). Los métodos de
modulación y codificación son denominados TFRC (Transport
Format and Resource Combination, Combinación de Recursos
y Formatos de Transporte). En la siguiente tabla se muestran
los tipos de modulación, eficiencia de código y tasas de
transferencia máxima para los diferentes TRFC’s.
Tabla 1. Relación Entre TRFC’s y sus Velocidades Utilizando
Multi-Códigos
RELACIÓN ENTRE TRFC’S Y TASAS DE
TRANSMISIÓN
TFRC Modulación Eficiencia
del Código
Transferencia
Máxima (Mb/s)
1 QPSK ¼ 1.8
2 QPSK ½ 3.6
3 QPSK ¾ 5.3
4 16QAM ¼ 7.2
5 16QAM ¾ 1.7
La AMC además de seleccionar las TFRC’s adecuadas al
canal, se encarga de fijar la potencia de transmisión en base a
las mediciones hechas por el canal físico CPICH.
2.2 HARQ
La AMC puede tomar decisiones basándose en información
falsa del CQI, podría ocurrir que el ciclo de medida para el
CQI no fuese lo suficientemente rápido para detectar un
desvanecimiento rápido de la señal, en este caso se
seleccionaría una modulación y codificación no adecuada al
canal y quizás una potencia de transmisión distinta
ocasionando errores en la transmisión de información, es aquí
donde se utiliza la HARQ (Hybrid Automatic Repeat
Request), Solicitud de Retransmisión Automática Híbrida) que
permite que un elemento de red detecte errores y solicite la
retransmisión de los paquetes erróneos.
En comparación con el ARQ convencional, el híbrido posee la
ventaja de combinar las transmisiones recibidas y las
retransmisiones correspondientes, de esta forma ayuda a
reducir el número de retransmisiones necesarias ya que cada
paquete enviado tiene menos posibilidad de errores, a este
método se le denomina redundancia incremental y es una de
las modalidades de funcionamiento de la HARQ.
El método de retransmisión que se utiliza para evitar los
retrasos es el más sencillo, éste funciona con un mecanismo de
acuse de recibido que confirma que el paquete enviado posee o
no errores. El ciclo de funcionamiento del HARQ es el
siguiente: Se envía el paquete de datos junto con un CRC
(Cyclic Redundancy Check, Código de Redundancia Cíclica),
del otro lado, el receptor le aplica a los datos recibidos un
algoritmo de redundancia cíclica, el resultado es comparado
con el código enviado en la transmisión y sí ambos códigos
son iguales el receptor envía un ACK Acknowledged (Acuse
de Recibido), de lo contrario le envía un NACK ( No
Acknowledge, Sin Acuse de Recibido) solicitando la
retransmisión.
3. PRUEBAS DE DATOS EN TECNOLOGÍA
UMTS CON HSDPA
A continuación, se describe a detalle la metodología empleada
para realizar pruebas de datos en HSDPA, cabe mencionar que
la parte fundamental en estudio en este artículo es la terminal
móvil, por lo cual para hacer estas pruebas, se realizaron
mediciones con 3 diferentes teléfonos inteligentes, los cuáles
son de mayor demanda en la actualidad, con el objetivo de
hacer evidente el desempeño de cada uno de ellos, en la
siguiente tabla se muestran los equipos con los que se
realizaron las pruebas
Tabla 2. Equipos móviles
Terminales Móviles
Samsung Galaxy Young
Samsung Galaxy S2
Samsung Galaxy S3
Para realizar dichas pruebas, se hace uso del analizador de
radiocomunicaciones MT8820C, que es un instrumento de
medición que permite realizar pruebas de transmisión y
recepción en sistemas de comunicaciones móviles así como
pruebas de llamada. Cabe mencionar que el equipo trabaja
entre los rangos de frecuencia de los 30 Mhz a los 2.7GHz, los
cuales permiten trabajar con las diferentes tecnologías de
comunicación celular incluyendo las bandas de frecuencia de
la I a la XIX de UMTS por lo cual, el equipo permite hacer
mediciones en diferentes tecnologías como WCDMA/HSDPA
GSM/GPRS/EGPRS, cdma2000 1x (IS-2000), cdma 2000
1xEV-DO, PDC y PHS/ADVANCED [4].
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3.1 Escenario de Pruebas en UMTS con HSDPA
Los elementos a considerar para realizar las diferentes pruebas
a las terminales móviles son los siguientes:
Terminal Móvil.
De donde se consideraron 2 partes:
Los diferentes modelos de Smartphones.
Una USIM/MICRO-USIM de prueba la cual permite el
registro de la terminal móvil con el analizador de
radiocomunicaciones.
Analizador de radiocomunicaciones.
De donde se consideraron 3 partes:
El equipo MT8820C, donde se realizaron las pruebas de
voz.
Una caja blindada, para evitar interferencias que se puedan
generar en el exterior debido a las radio-bases que se
encuentran cerca de la zona donde se realizaron las
pruebas.
Un cable coaxial, el cual permite la conexión entre la caja
blindada y el analizador de radiocomunicaciones.
En la Figura se muestra el escenario para realizar las pruebas
de voz con los equipos móviles.
Figura 1. Escenario de Pruebas de Datos en UMTS con HSDPA
3.2 Procedimiento de Medición en UMTS con HSDPA
En este escenario, solamente es necesario tener la caja
blindada con el equipo, sin necesidad de tener un servidor
web. Se procede de la siguiente forma.
1. Se enciende el analizador de radiocomunicaciones.
2. Tenemos la siguiente imagen de la pantalla principal de
“Parameter” donde realizaremos los ajustes como se va
indicando.
Figura 2. Pantalla "Parameter" de WCDMA Para Pruebas de
HSDPA.
3. Oprimimos el botón “std” y verificamos que cambie a
WCDMA.
4. En la codificación de canal “Channel coding”, se selecciona
“Data”.
5. El modo de prueba de Loop “Test Loop Mode” se
selecciona “On”
6. En la Banda indicadora de frecuencia “Band Indicator” se
selecciona “Band V”
7. Se ajusta el nivel de potencia de salida “Output Level” de la
radio-base a -40dBm, para asegurar la comunicación
entre la estación y la terminal móvil.
8. Ingresamos a la parte de “H-Set” del equipo y
seleccionamos la medición que deseamos realizar de
acuerdo a la modulación (1, 2, 3, 6 u 8).
9. Se inserta la USIM/MICRO-USIM en la terminal móvil.
10. Se enciende la terminal móvil.
11. Se deposita dentro de la caja blindada.
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12. Se muestra en la pantalla del analizador se ha registrado
el equipo “Regist”.
13. Se pulsa el botón “Screen” y nos vamos a la pantalla que
dice “Fundamental”.
14. Con los botones de dirección se baja la pantalla hasta
donde aparece la medición de “HSDPA Troughput”
15. Oprimimos el Botón “Single” y guardamos la pantalla,
también registramos los datos.
4. RESULTADOS
El equipo de prueba soporta los siguientes H-Set (Conjuntos
H) dados en 3GPP TS 34,121 sC.8 definidos en la siguiente
tabla.
Tabla 3. Tasas de Transferencia y Modulación en el Canal HS-
PDSCH.
TIPO DE MODULACIÓN Y TASA DE TRANSFERENCIA
PARA CADA
H-SET EN HS-PDSCH
H-
SET MODULACIÓN
TASA DE TRANSFERENCIA
(Kbps)
1 QPSK 534
1 MAQ 61 777
2 QPSK 801
2 16 QAM 1166
3 QPSK 1601
3 16 QAM 2332
6 QPSK 3219
6 16 QAM 4689
8 64 QAM 13252
En los Smartphones Samsung Galaxy S2, S3 y Young, se
realizaron pruebas para estos diferentes tipos de H-set, los
cuáles serán descritos a continuación.
El primer caso corresponde al equipo Samsung Galaxy Young,
donde se realizaron pruebas desde H-set 1 hasta el 6 con
modulaciones QPSK y 16 QAM. En la siguiente tabla se
muestran los casos donde de acuerdo ciertos niveles de
potencia se dio la mejor tasa de transferencia de datos entre el
móvil y el equipo de radiocomunicación.
Tabla 4. Datos Obtenidos de las Pruebas de HSDPA con el
Equipo Samsung Galaxy Young.
DATOS OBTENIDOS DE LAS PRUEBAS REALIZADAS DE
HSDPA PARA EL EQUIPO SAMSUNG GALAXY YOUNG
H-Set
Modulación Potencia (dBm)
Tasa de
Transferencia
(Kbps)
6 MSPQ -62, -65 534
6 MAQ 61 -62 777
2 MSPQ -62, -65 801
2 MAQ 61 -62 1166
3 MSPQ -62, -65, -67, -69,
71,-73, -75 1601
3 MAQ 61 -62, -65, -67, -69,
71 2332
1 MSPQ -62, -65, -67, -69,
71 3219
1 MAQ 61 -62, -65, -67 4689
Como se puede observar en algunos casos, para diferentes
niveles de potencia, se mantiene la máxima tasa de transmisión
de datos de acuerdo a la modulación y H-set dado, en el mejor
de los casos tenemos una tasa máxima de 4689 Kbps para este
equipo.
El segundo caso corresponde al equipo Samsung Galaxy S2, se
realizaron diversas pruebas, desde H-set 1 hasta el 8 con
modulaciones QPSK, 16 QAM y 64 QAM de donde se
obtuvieron diferentes valores de tasa de transferencia de datos,
dependiendo de la variación de la potencia recibida por el
Smartphone.
Los valores obtenidos de las pruebas con este equipo se
muestran en la siguiente tabla.
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Tabla 5. Datos Obtenidos de las Pruebas de HSDPA con el
Equipo Samsung Galaxy S2.
DATOS OBTENIDOS DE LAS PRUEBAS REALIZADAS DE
HSDPA PARA EL EQUIPO SAMSUNG GALAXY S2
H-Set
Modulación Potencia (dBm)
Tasa de
Transferencia
(Kbps)
6 MSPQ -62, -65, -68, -69, -
70 534
6 MAQ 61
62, -65, -67, -68, -
69, -70, -71, -71.2, -
73, -75, -77
777
2 MSPQ
-62, -65, -67, -68, -
69, -71, -72, -73, -
74, -75, -75.1, -75.2,
-75.3, -78, -81, -82
801
2 MAQ 61 -62, -65, -67, -68, -
69, -70, -71 1166
3 MSPQ 62, -65, -68, -71, -
72, -73, -74 1601
3 MAQ 61 -62, -65, -67, -68, -
71, -73 2332
1 MSPQ -62, -65, -66, -67, -
68 3219
1 MAQ 61 -62, -63, -64, -65, -
67, -70, -72 4689
8 64 QAM -55, -56, -57, -58, -
59, -62, -65 63232
En el caso de este equipo se puede observar que a diferencia
del Samsung Galaxy Young, se mantiene más estable en la
transmisión de datos con respecto a las variaciones de
potencia, lo cual da una mayor tolerancia para mantener una
tasa fija de transmisión, cuando en el caso real una persona
esta con el móvil en movimiento con respecto a un nodo B con
el cuál se mantenga enlazado, siendo 13252 Kbps la tasa
máxima de transferencia que soporta el equipo.
El tercer caso corresponde al equipo Samsung Galaxy S3, al
cual se le realizaron diversas pruebas desde H-set 1 hasta el 8
con modulaciones QPSK, 16 QAM y 64 QAM, de donde se
obtuvieron los valores que se muestran en la siguiente tabla,
cabe mencionar que estos valores también son aquellos donde
se logró de acuerdo a ciertas variaciones de potencia recibida
por el equipo, obtener la mayor tasa de transmisión de datos.
Tabla 6. Datos Obtenidos de las Pruebas de HSDPA con el
Equipo Samsung Galaxy S3.
DATOS OBTENIDOS DE LAS PRUEBAS REALIZADAS DE
HSDPA PARA EL EQUIPO SAMSUNG GALAXY S3
H-Set
Modulación Potencia (dBm)
Tasa de
Transferencia
(Kbps)
6 MSPQ -62 534
6 MAQ 61 -62 777
2 MSPQ -62, -65, -68 801
2 MAQ 61 -62 1166
3 MSPQ 62, -65 1601
3 MAQ 61 -62, -65 2332
1 MSPQ -62 3219
1 MAQ 61 -62 4689
8 64 QAM -55 63232
De acuerdo a los valores obtenidos se tiene que este equipo,
presentó una menor sensibilidad para mantener una tasa fija de
transmisión de datos, con lo cual es difícil que cuando haya
variaciones de potencia, mantenga la máxima tasa de
transmisión de acuerdo al H-set y modulación empleadas,
siendo 13252 Kbps la tasa máxima soportada.
Se tiene que de los tres equipos, el que mejor destaca en
cuanto a sensibilidad y tolerancia para la transmisión de datos,
en primer lugar se encuentra el Samsung Galaxy S2,
posteriormente el Samsung Galaxy Young y finalmente el
Samsung Galaxy S3.
5. CONCLUSIONES.
En base a los resultados obtenidos se tienen beneficios
considerando 4 grupos diferentes:
Académico. Se logró analizar las terminales móviles
conociendo los parámetros de desempeño de equipos
correspondientes a diferentes fabricantes, dando pauta para
que se realicen futuras investigaciones con equipos más
recientes, así como en tecnologías diferentes como 3G y
4G.
Fabricante. Esta investigación muestra a los fabricantes de
los equipos móviles, el estatus actual de desempeño de sus
productos a manera de que hagan mejoras en su diseño,
para los actuales existentes en el mercado y futuros
equipos.
Operadores de Comunicaciones Móviles. Permite
considerar el desempeño de los equipos para el diseño de
cobertura de sus servicios.
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Consumidor. Permite tomar una mejor decisión al querer
adquirir uno de los equipos con los que se experimentó de
tal manera que quede satisfecho con su producto.
6. AGRADECIMIENTOS
Se agradece al Instituto Politécnico Nacional, a la Sección de
Estudios de Posgrado e Investigación de la Escuela Superior
de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco, al
Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología y al Instituto de
Ciencia y Tecnología del Distrito Federal por el apoyo
brindado.
7. REFERENCIAS
[1] Fundamentos de los Sistemas de Comunicaciones Móviles, Alberto
Sendín Escalona, Mc Graw-Hill.
[2] UMTS: The Fundamentals, Walke, Bernhard H., John Wiley & Sons.
[3] Mobile Communication Systems, Parsons, J.D., Halsted Press.
[4] W-CDMA and GSM testing with the MT8820C Radio Communication
Analizer, mt8820c_ef1500.pdf.
8. BIOGRAFÍA
Víctor Manuel Caldera Chacón, alumno de Posgrado en la
Maestría en Ciencias de Ingeniería de Telecomunicaciones del
Instituto Politécnico Nacional, México, D.F.
Vol. 4, No. 11 November 2013 ISSN 2079-8407 Journal of Emerging Trends in Computing and Information Sciences
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852
Experimental Performance Test on Smartphones in HSDPA Communications Systems
1 Víctor Caldera-Chacón, 2 Sergio Vidal-Beltrán, 3 Montserrat Jiménez-Licea, 4
Instituto Poltécnico Nacional, Posgrado en Ingeniería de Telecomunicaciones, ESIME-Zacatenco, México DF
Carmen Jiménez-Álvarez
ABSTRACT This paper describes the characteristics of data transmission in a communication system of third generation cellular transition (3.5G) which is improved in terms 3G data transfer rates of both the DL (Down Link, Downlink) and UL (Up Link, Link Up). The research is focused on the mobile terminal, making a sensitivity analysis on different smart phones "Smartphones" from different manufacturers, through power variations of the cell phone as it is a fundamental parameter to evaluate their performance and make a comparison between different mobile equipments. Keywords: UMTS, HSDPA, 3.5G, WCDMA 1. INTRODUCTION
3G is short for third-generation mobile telephony. The services associated with the third generation provide the ability to transfer both voice data (a telephone call) and non-voice data (such as downloading programs, exchanging email, and instant messaging). This evolution side view of GSM GPRS-EDGE passes, also known as 2.5G and characterized to reach speeds up to 384Kbps. The initial evolution to third generation is also known as UMTS (Universal Mobile Telephone System), allows higher speeds up to 2 Mbps [1].
One of the most important characteristics of the
3G network that has been developed to be compatible with the other GSM systems. This interoperability of systems and services ensure the continued experience of using international roaming users have had to GSM. The Roaming 3.5G service is provided according to the availability of this technology in the various operators.
3G networks available worldwide are mainly
850, 900, 1800, 1900, 2100 Mhz. In America they use the 850 and 1900 MHz frequencies. Most 3G mobile phones currently works in 1800 and 2100 MHz for European and Asian standard.
2. HSDPA
HSDPA (High Speed Download Packet Access) is an improved air interface WCDMA which provides a higher transmission for the downlink and the ability to develop new services that require high transfer rates.
Originally transmitted to the flow to the user
were used the transport channels DCH (Dedicated Transport Channel) and DSCH (Downlink Shared Channel). When it was lower speeds could be resorted to the channel FACH (Forward Access Channel). For HSDPA was created the HS-DSCH transport channel (High Speed-DSCH) for the transport of user information. On HS-DSCH will introduce a new called 16QAM modulation which provides a better optimization of the transfer channel, the modulation being multifasorial who
has a low S/N (Signal/Noise) relation, which means is susceptible for interference on the radio path. To correct this problem, will implemented error correction techniques as: AMC (Adaptive Modulation and Coding) and HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) [2].
2.1 AMC
AMC is responsible for compensating the instability of the radio channel by adjusting the transmission parameters, such as: coding and data modulation. This setting does base on the CQI (Channel Quality Indication). The modulation and coding methods are called TFRC (Transport Format and Resource Combination).
Table 1 shows the types of modulation, code
efficiency and maximum transfer rates for different TRFC's.
Table 1: Relationship between TRFC's and their
speeds using Multi-Codes
RELATIONSHIP BETWEEN TRFC’S AND DATA RATES
TFRC Modulation Code Efficiency
Maximum Transfer (Mb/s)
1 QPSK ¼ 1.8
2 QPSK ½ 3.6
3 QPSK ¾ 5.3
4 16QAM ¼ 7.2
5 16QAM ¾ 1.7
AMC also selecting suitable TFRC's canal is responsible for setting the transmission power based on measurements made by the physical channel CPICH [3].
2.2 HARQ
The AMC can make decisions based on false information CQI, it may be that the measurement cycle for CQI was not fast enough to detect one fast fading
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signal in this case would be selected modulation and coding appropriateness to channel and perhaps a different transmission power causing errors in the transmission of information, this is where is used HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request), Hybrid Automatic Retransmission Request) that allows a network element detects errors and requests retransmission of erroneous packets.
Compared with the conventional ARQ, the
hybrid has the advantage of combining the received transmissions and retransmissions corresponding thus helps reduce the number of retransmissions needed since every packet sent has less possibility of errors, this method is called in-incremental redundancy and is one of the modes of operation of the HARQ.
The relay method used to avoid delays is the
simplest, it works with a mechanism received acknowledgment confirming that the sent packet has errors or not. The HARQ operation cycle is as follows: It sends the data packet with a CRC (Cyclic Redundancy Check) on the other hand, the receiver applied to data received cyclic redundancy algorithm, the result is compared with the code sent in the transmission and if both codes are all the receiver sends an ACK (Acknowledged), otherwise it sends a NACK (No Acknowledge) requesting retransmission [4].
3. DATA TESTING UMTS WITH HSDPA
TECHNOLOGY Below, we describe in detail the methodology
used to test HSDPA data, note that the core under study in this paper is the mobile terminal, thus making these tests, measurements were made with 3 different smartphones, those which are most in demand at present, in order to make evident the performance of each of them, the Table 2 lists the equipment with which they were tested.
Table 2: Mobile equipments
Mobile Equipments
Samsung Galaxy Young Samsung Galaxy S2 Samsung Galaxy S3
For these tests, the analyzer uses the MT8820C
Radio analyzer, which is an instrument that allows testing of transmission and reception in mobile communications systems and call evidence. It is noteworthy that the team works between the frequency ranges of 30 MHz to 2.7GHz, which allow working with different cellular communication technologies including frequency bands I to XIX UMTS therefore, equipment allows measurements in different technologies such as WCDMA / HSDPA GSM / GPRS / EGPRS, cdma2000 1x (IS-2000), cDMA 2000 1xEV-DO, PDC and PHS / ADVANCED [5].
3.1 UMTS test scenario with HSDPA technology
The items considered to perform the different tests for mobile terminals include:
x Mobile terminal.
Which considered 2 parts: x The different model of Smartphones. x A USIM/MICRO-USIM test, which allows
registration of the mobile terminal to the radio analyzer.
x Radio communications Analyzer.
Which considered 3 parts:
x The MT8820C Equipment, where they were tested data.
x A shielded box to avoid interference that can be generated of the outside due to radio bases are located near the area where they were tested.
x A coaxial cable, which allows connection between the shielded box and the communications analyzer.
Figure 1 shows the scenario for testing data with
mobile devices.
Fig 1: Test Scenario UMTS data with HSDPA.
3.2 Measurement Procedure in UMTS with HSDPA.
Proceed as follows. 1. Turns on radio analyzer. 2. Figure 2 shows the main screen display of
"parameters" in which adjustments will be made as indicated.
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Fig 2: WCDMA "Parameter" Display for HSDPA Test. 3. Button “std” is pressed and verify that it changes
to WCDMA.
4. In "Channel coding" select "Data".
5. In “Test Loop Mode” select “On”.
6. In “Band Indicator” select “Band V”.
7. Adjust the "Output Level" from the base station to -40dBm, to ensure communication between the station and the mobile terminal.
8. Enter the part of "H-Set" of the equipment and
select the measurement to be carried out according to the modulation (1, 2, 3, 6 or 8).
9. USIM/MICRO-USIM is inserted on the mobile terminal.
10. Turns on the mobile terminal. 11. Is deposited inside the shielded box. 12. Is displayed on the screen of the analyzer that the
equipment it has registered (displayed as “Idle Regist”).
13. Button “Screen” is pressed and go to “Fundamental”.
14. With direction buttons the screen is lowered to
where measurement appears "HSDPA throughput"
15. Button “Single” is pressed and save the screen
and the data obtained. 4. RESULTS
The test set supports the following H-Set given in 3GPP TS 34.121 sC.8 defined in Table 3.
Table 3: Transfer Rates and Modulation in the HS-PDSCH Channel.
TYPE OF MODULATION AND TRANSFER RATE FOR EACH
H-SET IN HS-PDSCH H-
SET MODULATION TRANSFER RATE (Kbps)
1 QPSK 534 1 MAQ16 777 2 QPSK 801 2 16 QAM 1166 3 QPSK 1601 3 16 QAM 2332 6 QPSK 3219 6 16 QAM 4689 8 64 QAM 13252
In Smartphones Samsung Galaxy S2, S3 and Young, were tested for these different types of H-set, which will be described in the following.
The first case corresponds to the equipment Samsung Galaxy Young, where H-set were tested from 1 to 6 for QPSK and 16 QAM. Table 4 shows the cases where under certain power levels gave the best data transfer rate between the mobile and radio equipment.
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Table 4: Obtained Data HSDPA Tests With the Equipment Samsung Galaxy Young.
OBTAINED DATA FROM HSDPA TESTING FOR
SAMSUNG GALAXY YOUNG EQUIPMENT
H-Set
Modulation Power (dBm) Transfer Rate (Kbps)
1 KSPQ -62, -65 534 1 MAQ16 -62 777 2 KSPQ -62, -65 801 2 MAQ16 -62 1166
3 KSPQ -62, -65, -67, -69, 71,-73, -75 1601
3 MAQ16 -62, -65, -67, -69, 71 2332
6 KSPQ -62, -65, -67, -69, 71 3219
6 MAQ16 -62, -65, -67 4689
As can be seen in some cases, for different power levels, maintaining maximum data transmission rate according to the modulation and H-set as in the best of cases have a maximum rate of 4689 Kbps for this equipment.
The second case corresponds to the Samsung
Galaxy S2 equipment, various tests were performed, from H-set 1 to 8 with QPSK, 16 QAM and 64 QAM, where values were obtained different data transfer rate, depending on the variation the power received by the Smartphone. The values obtained from the tests with this equipment are shown in Table 5.
Table 5: Obtained Data HSDPA Tests With the
Equipment Samsung Galaxy S2
OBTAINED DATA FROM HSDPA TESTING FOR SAMSUNG GALAXY S2 EQUIPMENT
H-Set
Modulation Power (dBm) Transfer Rate (Kbps)
1 KSPQ -62, -65, -68, -69, -70 534
1 MAQ16
62, -65, -67, -68, -69, -70, -71, -71.2, -73,
-75, -77
777
2 KSPQ
-62, -65, -67, -68, -69, -71, -72, -73, -74, -
75, -75.1, -75.2, -75.3, -78, -81, -82
801
2 MAQ16 -62, -65, -67, -68, -69, -70, -
71 1166
3 KSPQ 62, -65, -68, -71, -72, -73, - 1601
74
3 MAQ16 -62, -65, -67, -68, -71, -73 2332
6 KSPQ -62, -65, -66, -67, -68 3219
6 MAQ16 -62, -63, -64, -65, -67, -70, -
72 4689
8 64 QAM -55, -56, -57, -58, -59, -62, -
65 13252
In the case of this equipment can be seen that the
difference Galaxy Young, remains more stable data transmission over power variations, which gives a greater tolerance to maintain a fixed rate transmission, when the actual event a person is with mobile in motion with respect to a node B with what remains in the-dents, with 13252 Kbps maximum transfer rate that supports the equipment.
The third case is the Galaxy S3 equipment to
which various tests were performed from H-set 1 to 8 with QPSK, 16 QAM and 64 QAM, where values were obtained as shown in Table 6, it also note that these values are where accomplished to some variation of power received by the computer, to obtain the fastest rate of data transmission.
Table 6: Obtained Data HSDPA Tests With the
Equipment Samsung Galaxy S3.
OBTAINED DATA FROM HSDPA TESTING FOR SAMSUNG GALAXY S3 EQUIPMENT
H-Set
Modulation Power (dBm) Transfer Rate (Kbps)
1 KSPQ -62 534 1 MAQ16 -62 777 2 KSPQ -62, -65, -68 801 2 MAQ16 -62 1166 3 KSPQ 62, -65 1601 3 MAQ16 -62, -65 2332 6 KSPQ -62 3219 6 MAQ16 -62 4689 8 64 QAM -55 13252
According to the values obtained have to this team, showed less sensitivity to maintain a fixed rate of transmission of data, which is difficult when there are variations in power, keep the maximum transmission rate according to the H-set and modulation used, with 13252 Kbps maximum supported rate.
Of the three equipments, can be noted that the
best performance in sensitivity and tolerance for data transmission in the first place is the Samsung Galaxy S2, Samsung Galaxy Young subsequently and finally the Samsung Galaxy S3.
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5. CONCLUSIONS Based on the results obtained have benefits
considering 4 different groups:
x Academic. Was possible to analyze the mobile terminals know the performance parameters for different equipment manufacturers, resulting pattern for future investigations are conducted with newer computers, as well as different technologies as 3G and 4G.
x Manufacturer. This research shows that the manufacturers of mobile devices, the current status of performance of their products so that they make design improvements to the existing current and future market devices.
x Mobile Communications Operators. Lets consider the performance of the equipment for the design of service coverage.
x Consumer. Lets make a better choice when wanting to purchase one of the equipment with which are experienced so that is satisfied with its product.
REFERENCES [1] Wireless Communications, David Roldan, Alfa
omega Ra-Ma. [2] UMTS Architecture, Mobility and Services, Heikki
Kaaranen, Ari Ahtianen, Siamak Naghnian, John Wiley & Sons.
[3] UMTS: The Fundamentals, Walke, Bernhard H.,
John Wiley & Sons. [4] Mobile Communication Systems, Parsons, J.D.,
Halsted Press. [5] W-CDMA and GSM testing with the MT8820A
Radio Communication Analyzer, mt8820c_ef1500.pdf
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