Transición de Redes Móviles 2G a 3G: Arquitectura UMTS, WCDMA y Nodos GPRS

Evolución de 2G a 3G (UMTS)

La transición de la segunda generación (2G) a la tercera generación (3G) de redes móviles se caracterizó por:

• Mayor velocidad de datos.
• Incorporación de nuevos servicios multimedia.
• Búsqueda de eficiencia en capacidades y recursos.

Cambio de Terminal: MS a UE

El cambio de MS (Mobile Station) a UE (User Equipment) representa una evolución en el medio de comunicación utilizado por el usuario.

Incorporación de Nodos GPRS: GGSN y SGSN

GGSN (Gateway GPRS Support Node)

Equipo responsable de interconectar la red GPRS con la red externa de datos (Internet u otras). Actúa como firewall y oculta la red interna.

SGSN (Serving GPRS Support Node)

Responsable de la entrega de los paquetes de datos desde y hacia el móvil. Realiza funciones de tarificación y gestión de movilidad.

Arquitectura y Estándares

• Nueva interfaz de usuario WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), según el estándar 3GPP (Red de Acceso y Core).
• Interoperabilidad con GSM y upgrades en HLR (Home Location Register) y VLR (Visitor Location Register).

Capacidades de la Red

• 2G: Principalmente voz.
• 3G (UMTS): Voz y datos (hasta 384 Kbps en la fase inicial).

Información General de la Tecnología WCDMA

Método de Acceso

CDMA (Code Division Multiple Access): Usuarios distribuidos y separados por códigos dentro de la portadora.

Modulación del Enlace UE

• UE (Transmisor): QPSK
• Receptor: OQPSK

Tipos de Handover (Traspaso)

• Softer Handover: Cambio de celdas en la misma radiobase (Node B).
• Soft Handover: Cambio de radiobase en la misma frecuencia.
• Hard Handover: Cambio de radiobase con diferente frecuencia (o tecnología, ej. de 3G a 2G).

Componentes y Acrónimos Clave

• CDMA: Code Division Multiple Access.
• FDD: Frequency Division Duplex (Doble frecuencia dividida).
• GGSN: Gateway GPRS Support Node.
• UE: User Equipment.
• UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network.
• BS: Base Station.
• RNC: Radio Network Controller.
• BTS: Base Transceiver Station.
• CS: Circuit Switching (Conmutación de Circuitos).
• PS: Packet Switching (Conmutación de Paquetes).

Interfaces UMTS

• Umts
• RNC (Radio Network Controller)
• Node B

Mecanismos de Control en Redes 3G

Control de Potencia (Power Control)

• Respiración Celular: El cambio de carga de tráfico provoca que las células crezcan y se reduzcan.
• Regula la potencia de transmisión del terminal y la estación base.
• Resultado: Menos interferencia y más usuarios en el mismo portador.

Control de Congestión (Congestion Control)

• Reducir la tasa de bits de aplicaciones no en tiempo real.
• Provoca el traspaso (handover) inter o intra-frecuencia de algunos suscriptores a frecuencias menos cargadas.
• Traspaso de algunos abonados a GSM.
• Detener conexiones y proteger las conexiones restantes.

Control de Admisión (Admission Control)

Decide si se permiten nuevas conexiones basándose en la carga actual de la red.

Redes 3G Avanzadas: HSDPA y MIMO

Funcionamiento del canal de datos de alta velocidad (HSDPA) y la tecnología MIMO (Multiple-Input Multiple-Output):

1. A través de un canal HS-DPCCH, el UE informa:
   • Estado del canal (CQI).
   • Ponderación de antena preferida.
   • Preferencia de doble flujo o flujo único.
2. Basándose en el informe del UE, el Nodo-B:
   • Determina el número de flujos de datos.
   • Define el tamaño del Bloque de Transporte (TB), el Esquema de Modulación y Codificación (MCS) y la ponderación de antena.
   • Informa al UE de la decisión a través del canal HS-SCCH.
3. El Nodo-B transmite los datos a través del canal HS-PDSCH.
4. Al recibir los datos, el UE envía ACK/NACK a través del canal HS-DPCCH.