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Interfaz de radio y capa física UMTS

Interfaz de radio y capa física UMTS

La capa física UMTS y la interfaz de RF son totalmente diferentes a las de GSM. Utiliza CDMA como esquema de acceso múltiple y modulación basada en modulación por desplazamiento de fase, PSK.

Esta interfaz de RF y capa física diferente significaba que se requería un equipo totalmente nuevo tanto en el subsistema de red de radio como, obviamente, para los teléfonos móviles o UE.

La nueva interfaz de RF y la capa física proporcionaron muchas ventajas sobre la utilizada para GSM, permitiendo velocidades de datos más altas y una mejora general en el rendimiento.

Formato de señal de la capa física UMTS

Uno de los elementos principales de la capa física o interfaz de radio UMTS es el formato de señal que se ha adoptado.

La capa física UMTS utiliza un formato de espectro ensanchado de secuencia directa para permitir el uso de un esquema de acceso múltiple llamado Acceso Múltiple por División de Código, CDMA.

Al usar CDMA, varios usuarios comparten el mismo canal, pero a diferentes usuarios se les asignan códigos diferentes, y de esta manera el sistema puede distinguir entre los diferentes usuarios.

La señal CDMA es de 5 MHz y, en vista de esto, la capa física UMTS a menudo se denomina CDMA de banda ancha, W-CDMA. Esto se compara con los sistemas cdmaOne y cdma2000 con sede en EE. UU. Que utilizan un ancho de banda de 1,25 MHz.

Características de la señal de RF UMTS

Un elemento clave de la capa física UMTS es la definición de las características de la señal transmitida. Es necesario definir el ancho de banda y la forma general de la señal de modo que la interferencia se minimice para los canales y usuarios adyacentes. La forma de pulso aplicada a las señales transmitidas es un filtrado de raíz de coseno elevado con un factor de caída de 0,22.

El espaciado nominal de la portadora es de 5 MHz, y las frecuencias centrales de la portadora son normalmente divisibles por 5, pero la frecuencia de la portadora se puede ajustar en incrementos de 200 kHz. En consecuencia, la frecuencia central de las portadoras UMTS se indica con una precisión de 200 kHz. Este ajuste se puede utilizar para proporcionar a los operadores un uso más flexible de su espectro disponible.

Una característica importante de la señal es la forma en que la señal se extiende a ambos lados del área central y afecta a otros canales. Nunca es posible tener un aislamiento completo o un filtrado infinito y por lo tanto se definen máscaras espectrales que muestran los elfos que se deben lograr para cumplir con el estándar.

En el diagrama de la señal de la capa física UMTS se muestra la relación de fuga del canal adyacente. Esta es una medida del nivel de señal que aparece en los canales adyacentes. ACLR1 es el nivel en el canal uno arriba o abajo de la señal, y ACLR2 es dos canales hacia arriba o hacia abajo.

Los requisitos no son sorprendentemente más estrictos para las estaciones base / NodoB que para los teléfonos o UE.


Requisitos de ACLR para la señal de RF UMTS
ACLR1ACLR2
UE / teléfono *33dB43dB
Estación base45dB50dB

* Valores ACLR para teléfonos con clases de potencia de 21dBm y 24dBm.

Sincronización

El nivel de sincronización requerido para que funcione el sistema WCDMA se proporciona desde el canal de sincronización principal (P-SCH) y el canal de sincronización secundario (S-SCH). Estos canales se tratan de manera diferente a los canales normales y, como resultado, no se propagan utilizando los códigos OVSF y PN. En su lugar, se propagan mediante códigos de sincronización. Hay dos tipos que se utilizan. El primero se llama código primario y se usa en el P-SCH, y el segundo se llama código secundario y se usa en el S-SCH.

El código principal es el mismo para todas las celdas y es una secuencia de 256 chips que se transmite durante los primeros 256 chips de cada intervalo de tiempo. Esto permite que el UE se sincronice con la estación base para el intervalo de tiempo.

Una vez que el UE ha ganado la sincronización del intervalo de tiempo, solo conoce el inicio y la parada del intervalo de tiempo, pero no conoce información sobre el intervalo de tiempo particular, o la trama. Esto se obtiene utilizando los códigos de sincronización secundarios.

Hay un total de dieciséis códigos de sincronización secundarios diferentes. Se envía un código al comienzo del intervalo de tiempo, es decir, los primeros 256 chips. Consta de 15 códigos de sincronización y hay 64 grupos de códigos de codificación diferentes. Cuando se recibe, el UE puede determinar antes de qué código de sincronización comienza la trama general. De esta forma, el UE puede obtener una sincronización completa.

Los códigos de cifrado en el S-SCH también permiten al UE identificar qué código de cifrado se está utilizando y, por tanto, puede identificar la estación base. Los códigos de codificación se dividen en 64 grupos de códigos, cada uno con ocho códigos. Esto significa que después de lograr la sincronización de tramas, el UE solo tiene la opción de uno de cada ocho códigos y, por lo tanto, puede intentar decodificar el canal CPICH. Una vez que ha logrado esto, puede leer la información BCH y lograr una mejor sincronización y puede monitorear el P-CCPCH.

Control de potencia UMTS

Como con cualquier sistema CDMA, es esencial que la estación base reciba todos los UE aproximadamente al mismo nivel de potencia. De lo contrario, los UE que están más lejos tendrán una fuerza menor que los más cercanos al nodo B y no se escucharán. Este efecto a menudo se conoce como efecto cercano-lejano. Para superar esto, el nodo B ordena a las estaciones más cercanas que reduzcan su potencia transmitida y a las más alejadas que aumenten la suya. De esta forma, todas las estaciones se recibirán aproximadamente con la misma intensidad.

También es importante que los nodos B controlen sus niveles de potencia de forma eficaz. Como las señales transmitidas por los diferentes nodos B no son ortogonales entre sí, es posible que interfieran señales de diferentes nodos. En consecuencia, su potencia también se mantiene al mínimo requerido por los UE a los que se sirve.

Para lograr el control de potencia se emplean dos técnicas: lazo abierto; y circuito cerrado.

Las técnicas de bucle abierto se utilizan durante el acceso inicial antes de que la comunicación entre el UE y el nodo B se haya establecido completamente. Simplemente funciona midiendo la intensidad de la señal recibida y estimando así la potencia del transmisor requerida. Como las frecuencias de transmisión y recepción son diferentes, las pérdidas de trayectoria en cualquier dirección serán diferentes y, por lo tanto, este método no puede ser más que una buena estimación.

Una vez que el UE ha accedido al sistema y está en comunicación con el nodo B, se utilizan técnicas de circuito cerrado. Se realiza una medición de la intensidad de la señal en cada intervalo de tiempo. Como resultado de esto, se envía un bit de control de potencia solicitando que la potencia se incremente o disminuya. Este proceso se realiza tanto en los enlaces ascendentes como descendentes. El hecho de que solo se asigne un bit al control de potencia significa que la potencia cambiará continuamente. Una vez que haya alcanzado aproximadamente el nivel correcto, aumentará y luego descenderá un nivel. En la práctica, la posición del móvil cambiaría, o la trayectoria cambiaría como resultado de otros movimientos y esto haría que el nivel de la señal se moviera, por lo que el cambio continuo no es un problema.

La señal y la interfaz UMTS RF son muy diferentes a las del sistema GSM 2G anterior. Sin embargo, la nueva interfaz de RF proporcionó un nivel mejorado de rendimiento en términos de capacidad de datos y el número de usuarios que podrían recibir soporte. Como tal, 3G UMTS proporcionó un nivel mucho mejor de rendimiento de RF y fue más capaz de satisfacer las necesidades del creciente número de usuarios de comunicaciones móviles.

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