Comunicaciones Digitales Avanzadas EL 7041 UNIDAD No 4

Comunicaciones Digitales Avanzadas EL 7041 UNIDAD No. 4 EL 7041 Comunicaciones Digitales Avanzadas César Azurdia Meza, Ph. D

ELECTROMAGNETIC RADIATION SPECTRUM EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

RADIO FREQUENCY SPECTRUM EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

M ULTIPLEXACIÓN(1) EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Intenta enviar información de distintas fuentes hacia varios destinos por el mismo medio. Existen tres categorías básicas para multiplexación: FDM (Frequency Division Multiplexing). TDM (Time Division Multiplexing). CDMA (Code Division Multiple Access) WDM (Wavelength Division Multiplexing).

M ULTIPLEXACIÓN(2) EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

M ULTIPLEXACIÓN(2) EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

M ULTIPLEXACIÓN(3) FDM (Frequency Divisison Multiplexing). El espectro de frecuencia del canal es dividido en bandas de frecuencia. Cada usuario se le es asignada una de ellas. Ejemplos: EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Transmisión de Radio y TV

M ULTIPLEXACIÓN(3) EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación TDM (Time Division Multiplexing). Cada usuario utiliza un espacio de tiempo determinado para transmitir. Toma el ancho completo del canal por un período de tiempo corto. Sólo puede ser usada para datos digitales. Ejemplos: Telefonía celular, telefonía fija (PCM).

M ULTIPLEXACIÓN(3) EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación CDMA (Code Division Multiple Access). Todos los usuarios utilizan el mismo ancho de banda físico. Todos los usuarios simultáneamente. Cada usuario tiene una un secuencia numérica o pseudo-ruido que lo distingue de los demás. pueden Ejemplos: Redes wireless, y telefonía celular IS-95. transmitir

M ULTIPLEXACIÓN(3) EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Wavelenght Division Multeplexing (WDM) Sistema de multiplexación principalmente en sistemas ópticos. empleado Todos los usuarios simultáneamente. transmitir Cada usuario tiene asignado una longitud de onda de uso exclusivo. Señales son transmitidas mediante una fibra óptica por medio de un láser o un LED. Ejemplos: Redes de fibra óptica. pueden

E VOLUTIONOF C ELLULAR W IRELESS T ECHNOLOGIES EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

EVOLUTIONOF 1 G, 2 G, 3 G, AND 4 G WIRELESS NETWORKS EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

C ATEGORIESOF WIRELESS NETWORKS EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

OFDM EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación ¿Cómo se logró migrar de 3 G a 4 G? Discrete Fourier Transform (DFT) – Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT) • Tecnología existente en forma teórica desde la década de los 50 -60 s • Desarrollo de circuitos integrados capaces de implementar la DFT/IDFT hacen posible la implementación de OFDM.

R EPASO FDMA Frequency-Division Multiple Access (FDMA) W EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación | | | | | f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 Si tuviéramos un ancho de banda de W disponible, podemos dividirlo en X sub-bandas y proveer una conexión dedicada a X usuarios simultáneamente, cada usuario tendría un ancho de banda de ~W/X (en general un poco menos, se deja un pequeño espacio entre las sub-bandas).

R EPASO FDMA Frequency-Division Multiple Access (FDMA) W EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación | | | | | f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 Por muchos años a sido un método muy efectivo de multiplexión en el dominio de la frecuencia, pero la pregunta que nos tenemos que hacer es: ¿Podemos abastecer a más usuarios con el mismo ancho de banda? La respuesta está en la técnica QAM (analógico). Repasemos…

OFDM OFDM: Orthogonal Multiplexing. Se divide un canal de frecuencia en N bandas equiespaciadas. EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Frequency Division En cada banda se transmite una sub-portadora. OFDM se basa en multiplexión en frecuencia, sin embargo se diferencia de la anterior en el hecho de que cada sub-portadora es ortogonal al resto.

R EPASO OFDM EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Orthogonal Frequency-Division Multipling (OFDM) | | f 1 f 2 Si podemos separar dos señales que ocupan exactamente la misma frecuencia, entonces separar dos señales que tienen una frecuencia ligeramente diferente debería ser sencillo, siempre y cuando exista ortogonalidad.

OFDM EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Lo anterior permite que el espectro de cada una estén traslapadas sin causar interferencia. Lo anterior por supuesto aumenta la eficiencia del uso del espectro debido a que no se utilizan bandas de separación entre sub-portadoras.

OFDM EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

OFDM EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

OFDM EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

D ESVENTAJASDE OFDM EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Delay spread produces intersymbol interference (ISI) Frequency offset produces inter carrier interference (ICI) OFDM suffers from high PAPR

OFDM: H IGH PAPR EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

OFDM: H IGH PAPR EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

R EPASO OFDM Orthogonal Frequency-Division Multipling (OFDM) W EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación | | | | | f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 Esto quiere decir que podemos compactar mucho más las señales ocupadas por los usuarios, por lo que usando el mismo ancho de banda W que FDMA, podemos proveer conectividad a muchos más usuarios.

T ECNOLOGÍAS E MPLEADASEN 4 G UNIDAD 1 Introducción a Tecnologías de Redes 1. 1. Arquitectura de Redes 1. 2. Introducción al Modelo de Capas 1. 3. Modelo Jerárquico de Redes 1. 4. Ejemplos de Redes Modernas 1. 5. Capa física 1. 6. Capa de Enlace EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Downlink OFDMA Uplink SC-FDMA

O FDM/OFDMA EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

OFDMA EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Orthogonal Frequency-Division Multiple Access La diferencia más importante entre OFDM y OFDMA es que en OFDM, cada usuario tiene una sub-banda reservada, en OFDMA el usuario puede cambiar de sub-banda entre intérvalos o “slots”, e incluso puede tener más de una sub-banda para un mismo tiempo.

OFDMA EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Orthogonal Frequency-Division Multiple Access El factor principal para la asignación de “slots” en esta matriz de tiempo-frecuencia es la condición del canal del punto de vista de cada usuario tratando de optimizar los recursos. Por la naturaleza móvil del sistema las condiciones cambiarán con el tiempo.

OFDMA EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación ¿Qué tecnología ocupa OFDMA? Una tecnología muy famosa que ocupa esta técnica para multiplexar información es LTE y LTE-A (LTE Advanced). Solo lo ocupa en la dirección de bajada o downlink, en la dirección de subida o uplink ocupa SC-FDMA.

SC-FDMA EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Single Carrier FDMA Es una modificación a OFDMA donde su principal ventaja es reducir el Peak-to-Average Power Ratio (PAPR). Reducir el PAPR implica que el transmisor requiere menos energía para enviar un mensaje. Por este motivo se usa en el uplink, ya que las consideraciones de energía en los dispositivos móviles (e. g. celulares) son mucho más críticas que la energía de las estaciones base.

SC-FDMA EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Single Carrier FDMA, ¿cómo funciona? | | | | | f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 Tomemos una rebanada de tiempo, y estudiemos el comportamiento netamente del punto de vista de frecuencia. Pongamos el caso que tenemos tres usuarios usando OFDMA, como muestra el ejemplo.

SC-FDMA EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Single Carrier FDMA, ¿cómo funciona? | | | | | f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 Si la estación base estuviera enviando estas señales, la información (aún cuando están destinadas al mismo receptor) es enviada a través de canals individuales.

SC-FDMA EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Single Carrier FDMA, ¿cómo funciona? | | | | | f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 Lo que ocurre en SC-FDMA es que el dispositivo móvil agrega/combina digitalmente (software) las señales correspondientes a las bandas que le fueron asignadas. Pero físicamente (hardware) envía una sola señal.

SC-FDMA EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Single Carrier FDMA, ¿cómo funciona? | | | | | f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 El gráfico muestra el espectro de las señales que se envían por el canal usando SC-FDMA.

SC-FDMA/OFDMA EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

SC-FDMA/OFDMA EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación

LTE EN CHILE EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación OFDMA y SC-FDMA son usados en la tecnología celular de LTE y LTE-A En Chile el rango de frecuencias implemetado es: 2500 – 2570 MHz (uplink) y 2620 -2690 (downlink)

LTE EN CHILE En Chile se han dividido estos rangos en 3 bloques de 20 MHz para el uplink, y las licitaciones fueron obtenidas por las siguientes empresas: Bloque EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Frecuencias BW Empresa A 2505 -2525 MHz 20 MHz CLARO B 2525 -2545 MHz 20 MHz ENTEL C 2545 -2565 MHz 20 MHz MOVISTAR

LTE EN CHILE En Chile se han dividido estos rangos en 3 bloques de 20 MHz para el downlink, y las licitaciones fueron obtenidas por las siguientes empresas: Bloque EL 4107 Tecnologías de Información y Comunicación Frecuencias BW Empresa A 2625 -2645 MHz 20 MHz CLARO B 2645 -2665 MHz 20 MHz ENTEL C 2665 -2685 MHz 20 MHz MOVISTAR