El documento describe la arquitectura de las redes celulares GSM y UMTS. GSM se compone de 4 subsistemas: estación móvil, estación base, conmutación y red, y operación y mantenimiento. UMTS introduce nuevos elementos como el Nodo B, RNC y redes de acceso radio. Ambas redes evolucionaron para admitir servicios de datos a través de GPRS en GSM y conmutación de paquetes en UMTS.

1. COMUNICACIONES
CELULARES
LA MAGIA DE LA
MOVILIDAD

2. Se compone de cuatro bloques o subsistemas que
engloban el conjunto de elementos de la jerarquía del
sistema
1. La Estación Móvil (MS)
2. El subsistema de estación base (BSS, )
3. El subsistema de conmutación y de red (NSS)
4. El subsistema de operación y mantenimiento
(OMC)
ARQUITECTURA GSM

3. Arquitectura del sistema GSM

4. Las funciones que realiza el subsistema de
estación móvil son básicamente las de acceso
a la red GSM a través del interfaz radio y la
disposición de un interfaz de usuario para el
establecimiento de las comunicaciones de voz
o con un equipo terminal en el caso de
establecer comunicaciones de transmisión de
datos
1. La Estación Móvil

5. Se compone de cuatro elementos
Elementos de la estación Móvil
TA
TE
SIM
MT
MT: Mobile terminal
SIM: Subscriber Identity Module
TA: Terminal Adaptor
TE: Terminal Equipment

6. Terminal móvil (MT): Es el teléfono Móvil
Modulo de identidad del abonado (SIM): Es la
tarjeta de abonado que proporciona el
operador al usuario cuando se contratan sus
servicios
El adaptador de terminal (TA): es el elemento
de adaptación para la interconexión del
teléfono móvil con un equipo terminal de
datos (TE) para la transmisión de datos vía
GSM

7. 2. Subsistema de estación base

8. El subsistema de estación base
BSS agrupa la infraestructura
especifica de los aspectos de
radio para el sistema GSM.
2. Subsistema de estación base

9. Se compone de
Elementos de la estación Base
BTS
BTS
BSC
BTS: Base Transceiver Station
BSC: Base Station Controller

10. Unidad BTS: Es la parte del subsistema BSS
que dispone de los dispositivos para la
transmisión y recepción de radio, incluyendo
las antenas.
Entre sus funciones están:
•Conformación de la señal a transmitir vía radio.
•Recuperación de la señal radio de recepción.
•Procesado digital de la señal.
•Codificación de canal.
•Entrelazado.

11. La unidad BSC: Se encarga de administrar
los recursos radio mediante el comando
remoto de la BTS.
Entre sus funciones están:
•Asignación y liberación de los canales de
radio
•Gestión del traspaso de llamada (Handoff).
•Cifrado de la comunicación

12. Unidad BSS
BSC
BSC
MSC
BSS

13. MSC
(Mobile Switching Centre)
 Central telefónica, con funciones
adicionales derivadas de la movilidad de
los usuarios.
 Se encarga de:
 Enrutamiento de llamadas.
 Traspasos inter-BSC e inter-MSC.
 Se conecta con el OMC para operación y
mantenimiento. Recoge estadísticas y alarmas.

14. 3. Subsistema de conmutación
y de red (NSS)

15. El Subsistema de Red es una parte de la red GSM que
se ocupa de las siguientes funciones:
Control de la Llamada
Interfuncionamiento de redes
Datos del abonado y Gestión de los Servicios
Tarificación
Recogida de Material Estadístico
Gestión de la Movilidad
Gestión de la Seguridad
Señalización
Control del BSS
3. Subsistema de conmutación
y de red (NSS)

16. Elementos del subsistema de conmutación y de red (NSS)

17. HLR
 Base de datos (registro) general de
usuarios.
 Es única (funcionalmente) en cada red
(físicamente puede estar distribuida, o
duplicada por motivos de redundancia).
 Para cada usuario contiene información:
 Estática: IMSI, servicios contratados
 Dinámica: zona de VLR (MSC) actual

18. VLR
 Base de datos (registro) de usuarios
itinerantes (otros operadores).
 Existe uno por cada MSC.
 Contiene información para cada
usuario que esté en su zona:
 Dinámica: TMSI (identidad temporal del
usuario) y LA (área de localización)
actuales.
 Copia de información del HLR para el
usuario.

19. AuC
 Base de datos de autentificación.
 Asociado al HLR.
 Contiene para cada usuario:
 IMSI
 Clave secreta de autentificación, ki
(contenida también en la SIM)

20. EIR
 Base de datos de equipos (terminales
móviles).
 Contiene para cada terminal móvil:
 IMEI de cada terminal (también contenido
en el terminal)
 Lista blanca: terminales permitidos
 Lista negra: no permitidos (por ejemplo por
robo)
 Lista gris: en observación (por ejemplo por
fallos o irregularidades).

21. 4. Subsistema de operación
y mantenimiento (OMC)

22. Las acciones de operación y mantenimiento
se llevan a cabo con el fin de conseguir el
buen funcionamiento del sistema GSM en su
conjunto, ya sea solucionando los
problemas y los fallos que aparezcan o
monitoreando y mejorando la configuración
de los equipos para un mayor rendimiento.
4. Subsistema de operación
y mantenimiento (OMC)

23. Las funciones más relevantes llevadas a
cabo por el OMC son:
•Proporcionar la operación integrada de
toda la red al tener información de la
misma como conjunto.
•Monitorear las alarmas de alto nivel de la
red
•Presentar el estado de todas las redes
regionales

24. •Proporcionar una gestión del tráfico en
toda la extensión de la red
•Monitorear el estado de los controles
automáticos aplicados a los equipos de la
red como respuesta a una condición
sobrecargada.
•Puede tomar responsabilidades
regionales
•Ayudar a la planificación del conjunto de
la red.

25. GPRS (2.5G)
General Packet Radio Service
•Evolución del sistema GSM para
transmisión de datos a ráfagas, mediante
conmutación de paquetes.

26. UWC-136 Cdma2000
3X
2G
3G
CdmaOne
TDMA*
(IS-136)
W-CDMA
GPRS
Cdma2000
1X
Cdma2000
3X
GSM
EDGE
2.5G
*D-AMPS
Cdma2000
1XEV DO/VD
UWCC
UWC-136
Evolución Sistemas -
Tecnología
1G Analógicos

27. GPRS
 Red de conmutación de paquetes
 Se aprovecha gran parte de la estructura
de red GSM
 Reserva flexible de canales radio
 Adecuado para tráfico a ráfagas
 Tarificación por bytes y no por segundo.

28. ARQUITECTURA GPRS

29. SGSN (Serving GPRS Support
Node)
SGSN se encarga de toda la gestión de movilidad y de
mantenimiento del enlace lógico entre el móvil y la
red, es decir, hace las veces del MSC para la red de
datos
Funciones:
 Enrutamiento y transferencia de paquetes de datos
 Salida de datos de tarifación
 Entidad responsable de la comunicación entre la
red GPRS y los usuarios GPRS de su área de
servicio.
 Seguridad en el acceso radio: cifrado y
autenticación.

30. GGSN( Gateway GPRS Support
Node)
GGSN es el dispositivo que proporciona el
acceso a las redes de datos y en particular
Internet .
Funciones:
 Gateway hacia redes externas, ej. IP, X.25.
 Traducir los paquetes que recibe desde el
SGSN al formato de la red externa.
 Puede traducir las direcciones IP en la
dirección del móvil destino

31. EDGE
Enhanced Data for Global Evolution
Con la introducción de EDGE servicios
existentes como GPRS, es mejorado al ofrecer
una nueva capa física. EDGE es introducido
dentro de las especificaciones y descripciones
existentes en lugar de crear nuevas.

32. EDGE
EDGE es un método para aumentar las
velocidades de datos sobre el enlace de
radio de GSM. Mientras que GPRS
permite tasas de transmisión de
115kbps y teóricamente 160 kbps en la
capa física, con la implementación de
EDGE el sistema sería capaz de
alcanzar tasas de 384kbps y
teóricamente 473.6kbps.

33. EDGE
 Usa modulación 8PSK
la cual coexiste con
GMSK.
 Con 8PSK es posible
proveer mayores ratas
de bits en áreas
reducidas
 GMSK al ser mas
robusto se usa para
cobertura en grandes
zonas

34. New HW
BTS
SGSN GGSN
BSC MSC/VLR
Gi (IP)
Gn
Gr (MAP)
Gs
Gb
Gn
A
A’’
HLR
IP
Network
Backbone
Network
IP
SOG
BGW
MS
Modificaciones en la red para introducir EDGE
New SW

35. EDGE
El cambio de GPRS a EDGE
simplemente consiste en una
actualización de software en el
controlador de la BTS y la adición de un
elemento que se llama EDGE TRU
(Unidad de Transceptor) en el
transceptor de la BTS

36. GPRS Y EDGE
GPRS EDGE
MODULACION GMSK 8-PSK/GMSK
TASA DE SIMBOLO 270Ksim/s 270 Ksim/s
TASA DE BITS 270Kb/s 810Kb/s
TASA DE DATOS DE RADIO
POR RANURA DE TIEMPO 22,8Kb/s 69,2 Kb/s
TASA DE DATOS DE
USUARIOPOR RANURA DE
TIEMPO 20 Kb/s (CS4) 59,2 kb/s (MCS9)
TASA DE DATOS DE
USUARIO(8 RANURAS DE
TIEMPO) 160Kb/s 473,6 Kb/s

37. UMTS (3G)
 Chip Rate: 3.84Mcps
 Ancho de Banda: 4.2MHz - 5MHz
 Esquemas de acceso a radio Dúplex:
WCDMA / FDD ó TDD
 Estructura de transmisión: 15 Slots/frame
 Duración de Trama: 10 -80 ms
 SF: UL: 4-256 DL: 4-512
 Rata de Bit: 384kbps, 256kbps, 144kbps,
128kbps, 64kbps.

38. W-CDMA

39. SF= Factor de ensanchamiento
C8,1=(1,1,1,1,1,1,1,1)
C4,1=(1,1,1,1)
C2,1=(1,1)
C1=(1)
C2,2=(1,-1)
C4,2=(1,1,-1,-1)
C8,2=(1,1,1,1,-1,-1,-1,-1)
C8,3=(1,1,-1,-1,1,1,-1,-1)
C8,4=(1,1,-1,-1,-1,-1,1,1)
C8,5=(1,-1,1,-1,1,-1,1,-1)
C4,3=(1,-1,1,-1)
C4,4=(1,-1,-1,1)
C8,6=(1,-1,1,-1,-1,1,-1,1)
C8,7=(1,-1,-1,1,1,-1,-1,1)
C8,8=(1,-1,-1,1,-1,1,1,-1)
SF = 2
SF = 4
SF = 8
SF= Factor de
ensanchamiento

40. Aleatorización (Scrambling)
Usa códigos Pseudo-ruidosos

41. Principios de CDMA
• Control de potencia
Pmax
KBT
Pmax
Transmisión Recepción
Celda
Móvil
Transmisión
Pcch

42. Principios de CDMA
• Recursos CDMA
Pmax
KBT
Pmax
Transmisión Recepción
Celda
Móvil
Transmisión

43. Principios de CDMA
• Recursos CDMA
Pmax
KBT
Pmax
Transmisión Recepción
Celda
Móvil
Transmisión

44. Principios de CDMA
• Recursos CDMA
Pmax
KBT
Pmax
Transmisión Recepción
Celda
Móvil
Transmisión

45. Principios de CDMA
• Recursos CDMA
Pmax
KBT
Pmax
Transmisión Recepción
Celda
Móvil
Transmisión

46. Arquitectura UMTS

47. MSC GMSC
HLR AuC
EIR
BSC
BTS
BTS
VLR
Abis
Core Network
C
D
F
MS
Um
A
RAN
De GSM a UMTS

48. MSC GMSC
SGSN GGSN
HLR AuC
EIR
BSC
BTS
BTS
VLR
Abis
Core Network
C
D
F
MS
Um
Gb
A
Gn
Gc
RAN
Gr
Gf
Gs
De GSM a UMTS

49. UE
NodeB
NodeB
RNC
MSC GMSC
SGSN GGSN
HLR AuC
EIR
BSC
BTS
BTS
VLR
Iu-PS
Iu-CS
Iub
Abis
Core Network
RNS
C
D
F
MS
Um
Gb
A
Gn
Gc
RAN
Gr
Gf
Gs
Uu
De GSM a UMTS

50. Equipos de Usuario UE

51. Red de Acceso a Radio UMTS (UTRAN)
La red de acceso radio proporciona la conexión entre los terminales
móviles y el núcleo de red. En UMTS la red de acceso radio se
denomina UTRAN, y se compone de un conjunto de sistemas de red
radio o RNS (Radio Network System), constituidos a su vez por un
controlador radio RNC (Radio Network Controller) y una serie de Nodos
B (estaciones base) dependientes de él. El RNC se encarga de
controlar a uno o varios Nodos B bajo su cargo.

52.  Nodo B
El Nodo B es el equivalente en UMTS de la BTS de GSM
(Base Tranceiver Station). El Nodo B puede dar servicio a
una o más celdas.
 RNC (Radio Network Controller)
El RNC controla a uno o varios Nodos B. El RNC se
conecta con el MSC mediante la interfaz luCS o con un
SGSN mediante la interfaz luPs. La interfaz entre dos
RNC’s es lógica y es la interfaz lur, por lo tanto una
conexión directa entre ellos no es necesario que exista. Si
comparamos al RNC con la red de GSM, éste es
comparable con el BSC (Base Station Controller)

53. Interfaz Iu
 La interfaz Iu entre el sistema de red de radio RNS y la red troncal CN
se considera dividida en dos interfaces funcionales:
- Iu-CS. Interfaz con el dominio de conmutación de circuitos (Circuit
Switching).
- Iu-PS. Interfaz con el dominio de conmutación de paquetes (Packet
Switching).
 No debe existir mas de una interfaz Iu-CS e Iu-PS entre un RNC y la
red troncal.

54. Estructura de protocolos de Iub

55. TECNOLOGIA ATM

56. CAPA DE ADAPTACION

57. HSDPA (3.5G)
High Speed Downlink Packet Access
 Esencialmente esta tecnología provee
velocidades altas en el canal de bajada
(downlink), en teoría hasta 14.4 Mbps en
su primera versión, superando altamente
a los 384 kbps de UMTS, y aumentando
así su eficiencia espectral, lo que permite
brindar mejores tiempos de respuesta en
aplicaciones en tiempo real.

58. HSPA (3.5G)
Velocidades teóricas

59. HSPA
Velocidades practicas planteadas

60. HSPA

61. 14.4 Mbps Telstra (Australia)
5.76 Mbps Sk Telecom (Corea del Sur)
•Capacidades
• Latencia
25 ms ~ 60 ms
El oído humano es capaz de detectar latencias entre 200 y 250 ms
VoIP: 150 ms
64

62. Especificaciones 3GPP
Versión 5 (Release 5) Versión 6 (Release 6) Versión 7 (Release 7)
Versión totalmente IP.
IMS (IP Multimedia
Subsystem) todo IP, correr
aplicaciones multimedia IP
al interior de la red UMTS.
HSDPA, Nuevo canal
compartido en Downlink,
hasta 16Mbps en teoría.
Mejora en QoS
Red compartida,
reducir costos
compartiendo recursos
de red
Servicios IMS
MBMS (Multimedia
Broadcast and Multicast
Service)
Interoperabilidad
WLAN
MIMO
HSUPA
Servicios en tiempo real,
VoIP
Transición transparente de
GSM a UMTS.
TISPAN Release 1.
Convergencia fijo móvil a
nivel de la red
65

63. Arquitectura HSPA

64. a. Transmisión por canal compartido y
multi-código
El concepto de HSDPA ha introducido varios
canales físicos adicionales. Estos son:
 Canal físico compartido de downlink de alta
velocidad (HS-DSCH)
 Canal dedicado de control físico (HS-DPCCH).

65. LTE: la evolución a 4G.
LTE, responde a los términos “Long Term
Evolution”, es decir, evolución a largo
plazo.
Mientras que en Latinoamérica todavía se
están desplegando las tecnologías 3G
(UMTS-WCDMA) y 3,5G (HSDPA), los
países desarrollados industria ya tiene
puestos los ojos en el próximo paso, el
llamado 4G.

66. Evolución

67. Que nos ofrece LTE.
Felxibilidad Espectral.
Permite la utilización de nuevos espectros o la re-utilización de otros
ya existentes.
Tecnología FDD y TDD.
Posee un ancho de banda variable.
Desempeño.
Mayor Velocidad.
Mayor Ancho de Banda
Diseñado para soportar todas las aplicaciones.

68. LTE: la evolución a 4G.
Esta tecnología ofrece mejores
capacidades y rendimientos a partir de
tres pilares:
• OFDM
• Antenas MIMO
• Flat IP (Arquitectura Plana IP)

69. Arquitectura de LTE

70. Arquitectura de LTE

71. MME(Mobility Management Entity)
- Permite acceso a la red.
- Es responsable del modo de inactividad,
del seguimiento incluyendo
retransmisiones del UE.
- Escoge el SGW y realiza el proceso de
Handoff.
- Realiza la autentificación del usuario
interactuando con el HSS

72. MME(Mobility Management Entity)
- Es responsable de la generación y
asignación de identidades temporales a
los UEs.
- Gestiona la seguridad mediante el
cifrado.
- Proporciona la función de plano de
control para la movilidad con las redes
2G/3G

73. SGW (Serving Gateway)
- Envía los paquetes de datos de usuario
y enruta la información.
- Se encarga de la movilidad entre LTE y
tecnologías 3GPP mediante la interfaz
S4.
- Administra parámetros del UE como:
servicios IP, enrutamiento, etc.

74. PGW (PDN Gateway)
- Proporciona conectividad con las redes
externas.
- Un UE puede tener conectividad
simultánea con más de un PGW para
acceder a múltiples PDN.
- Aplica políticas como: filtrado de
paquetes, carga que soporta.
- Actúa como soporte para la movilidad
entre las tecnologías 3GPP y no 3GPP,
como WiMAX y (CDMA 1X y EVDO).

75. Acceso en LTE
- Enlace DL usa OFDMA
- Enlace UL usa SC-FDMA

76. OFDMA

77. OFDMA
OFDMA son las siglas de "Orthogonal
Frequency Division Multiple Access“. Es
la versión multiusuario del ampliamente
reconocido esquema de modulación
OFDM. En donde se comparte el dominio
del tiempo y la frecuencia.

78. OFDMA
Para implementar OFDMA se asignan
subconjuntos de portadoras a cada
usuario individual. Se puede variar la
asignación de subportadoras por usuario
de acuerdo a información realimentada
sobre las condiciones del canal utilizado,
lo cual permite aumentar la robustez
frente al fading y la interferencia co-canal.

79. OFDMA
Se puede variar la cantidad de
subportadoras asignadas a cada usuario
en base a la Calidad de Servicio (QoS)
requerida por cada uno.

80. SC-FDMA
LTE utiliza una sola frecuencia portadora
con FDMA (SC-FDMA) para la
señalización de enlace ascendente, ha
sido teóricamente diseñado para trabajar
más eficientemente que OFDM con
dispositivos de usuario final de menor
potencia.

81. Un problema importante con OFDM se
basa en los altos picos de potencia de
sus sistemas. OFDMA tiene un promedio
de picos de potencia de unos 10 dB,
mientras que SC-FDMA tiene picos de
potencia alrededor de 5 dB.
SC-FDMA

82. MIMO

83. MIMO