INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/12977/1/TESIS.pdf · 2017. 5....

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.



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



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



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



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



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



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



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. 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. 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. 39 Resultados para H-set 8 con Modulación 64 QAM del Smartphone Galaxy S3. ...... 88



I

OBJETIVO Comparar el desempeño con respecto a la potencia recibida, en transmisión de voz y datos en diferentes terminales móviles inteligentes “smartphones”.



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.



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.



1

CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES



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




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.




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




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



6

CAPÍTULO 2

EVOLUCIÓN DE GSM



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].




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




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




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.




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:




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).




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.




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




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).




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




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.




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.




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.




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.




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.




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.




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].




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.




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.



26

CAPÍTULO 3.

UMTS



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.




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.




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.




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




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


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.




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.




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.




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.




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.




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




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




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.




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.




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


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.




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.




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.




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




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.



45

CAPÍTULO 4.

PRUEBAS DE VOZ EN TELÈFONOS

INTELIGENTES “SMARTPHONES”



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.




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.




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.




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.




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.



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”




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”



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”



53

CAPÍTULO 5.

PRUEBAS DE DATOS EN TELÈFONOS INTELIGENTES “SMARTPHONES”



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 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.


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.






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.






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”






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”






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.



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.




4. En test mode, se selecciona “BLER”



10. Se pulsa el botón “start call” del analizador. 11. La leyenda de “Idle (Regist)” cambia a “Attached”


13. Con los botones de dirección se baja la pantalla hasta donde aparece la medición de “BLER”






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.






Figura 5. 5 Pantalla "Parameter" de 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”





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.


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”.




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.



Figura 5. 6 Pantalla "Parameter" de WCDMA Para Pruebas de HSDPA.





4. En la codificación de canal “Channel coding”, se selecciona “Data”

5. El modo de prueba de Loop “Test Loop Mode” se selecciona “On”



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).






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.



66

CAPÍTULO 6.

RESULTADOS Y

CONCLUSIONES



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)


SAMSUNG GALAXY S2

-96 2.8

SAMSUNG GALAXY S3

-78 0




iPHONE 4 -98 7

SAMSUNG GALAXY ACE

-84.4 2.5


-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


SAMSUNG GALAXY S2

-60 0.10% 3.99




SAMSUNG GALAXY S3

-15 1.33% -2.36

iPHONE 4 -15 1.62% 10.13

SAMSUNG GALAXY ACE

-76 0.10% -44.31


-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


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


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




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.




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


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




-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


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




-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.




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




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



-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.




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.





-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



-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.








-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.





-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




-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.





-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.





-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




-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.


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



-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.




TASAS DE TRANSFERENCIA Y BLER PARA H-SET 1 16 QAM EN GALAXY S2



-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.





-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.








-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.





-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.








-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.





-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.








-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.





-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




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.






-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.








-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.





-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.








-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.





-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.








-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.





-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.








-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.





-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.




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.



90

REFERENCIAS BIBLIOGRÀFICAS [1]. Fundamentos de los Sistemas de Comunicaciones Móviles, Alberto Sendín Escalona, Mc Graw-Hill.

[2]. Cellular Digital Packet Data, Muthuthamby Streetharan, Artech House.

[3]. The GSM System for Mobile Communications, Michel Mouly, Marie-Bernadette Pautet.

[4]. Comunicaciones Inalámbricas, David Roldan, Alfa omega Ra-Ma.

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[6]. GSM, GPRS and EDGE performance. Timo Halonen, Javier Romero, Juan Melero. John Wiley & Sons, Ltd.

[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.



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



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



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.

http://es.wikipedia.org/wiki/Sat%C3%A9lite_artificial

http://es.wikipedia.org/wiki/Sat%C3%A9lite_artificial

ARTÍCULO No.

ARTÍCULO

XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA

ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS (XIV CNIES)

México D.F., 11 al 15 de Noviembre 2013 1

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

ARTÍCULO No.

ARTÍCULO




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 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].

ARTÍCULO No.

ARTÍCULO




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.


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.



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.

ARTÍCULO No.

ARTÍCULO




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.

ARTÍCULO No.

ARTÍCULO





Equipo Samsung Galaxy S2.


HSDPA PARA EL EQUIPO SAMSUNG GALAXY S2

H-Set


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.


Equipo Samsung Galaxy S3.


HSDPA PARA EL EQUIPO SAMSUNG GALAXY S3

H-Set


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.

ARTÍCULO No.

ARTÍCULO




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

©2009-2013 CIS Journal. All rights reserved.

http://www.cisjournal.org

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




853

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.




854

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.




855

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


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


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.




856

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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