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Canales de Control para GSM (2G)UMTS (3G)
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2015
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
TELECOMUNICACIONES MOVILES I
ANDRS FELIPE ZAMUDIO PEDRAZA
INTRODUCCIN 1
1. CANALES DE CONTROL PARA GSM 3
1.1. CANAL DE DIFUSIN (BCH BROADCAST CHANNEL) 4
1.1.1. CANAL DE CONTROL DE DIFUSIN (BCCH BROADCAST CONTROL CHANNEL) 5
1.1.2. CANAL CORRECTOR DE FRECUENCIA (FCCH FREQUENCY CORRECTION CHANNEL) 6
1.1.3. CANAL DE SINCRONIZACIN (SCH SYNCHRONIZATION CHANNEL) 6
1.2. CANAL DE CONTROL COMN (CCCH COMMON CONTROL CHANNELS) 7
1.2.1. CANAL DE BSQUEDA (PCH PAGING CHANNEL) 8
1.2.2. CANAL DE ACCESO ALEATORIO (RACH RANDOM ACCESS CHANNEL) 8
1.2.3. CANAL DE ACCESO CONCEDIDO (AGCH ACCESS GRANT CHANNEL) 9
1.2.4. CANAL DE DIFUSIN DE LA CLULA (CBCH CELL BROADCAST CHANNEL) 9
1.3. CANAL DE CONTROL DEDICADO (DCCH DEDICATED CONTROL CHANNELS) 9
1.3.1. CANAL DE CONTROL DEDICADO AUTNOMO (SDCCH) 10
1.3.2. CANAL DE CONTROL ASOCIADO LENTO (SACCH SLOW ASSOCIATED CONTROL CHANNEL) 11
1.3.3. CANALES DE CONTROL ASOCIADOS RPIDOS (FACCH FAST ASSOCIATED CONTROL CHANNEL) 12
MAPEO DE LOS CANALES DE CONTROL 13
2. CANALES DE CONTROL PARA UMTS 14
1. CANAL DE CONTROL DE DIFUSIN (BCCH) 16
2. CANAL DE CONTROL DE PAGINACIN (PCCH) 16
3. CANAL DE CONTROL COMN (CCCH) 17
4. CANAL DE CONTROL DEDICADO (DCCH) 17
5. CANAL DE CONTROL, CANAL COMPARTIDO (SHCCH) 17
6. MBMS POINT-TO-MULTIPOINT CONTROL CHANNEL 17
7. MBMS POINT-TO-MULTIPOINT SCHEDULING CHANNEL 18
REFERENCIAS 19
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
1
Introduccin
En las telecomunicaciones inalmbricas, hay un constante intercambio de
informacin entre estaciones prestadoras de servicio, y estaciones
demandantes de servicios; en el contexto de las telecomunicaciones de
telefona mvil, se establece como estaciones prestadoras de servicio, a las
radio bases o estaciones base BS, y las estaciones demandantes son los
terminales mviles o telfonos mviles MS.
En el proceso de comunicar una BS y un MS, existen un gran intercambio
de informacin (Niveles de seal, calidad de seal, solicitudes de servicios,
datos de usuario, datos de ubicacin y recursos, mensaje, etc.), esta
informacin se organiza y se enva a travs de canales de comunicacin, en
GSM se dividen en canales fsicos y lgicos; y en UMTS se dividen en canales
fsicos, lgicos y de transporte.
El canal fsico en GMS y UMTS, es la interfaz que conecta una BS con un
MS; en el cual se establecen canales te transmisin y recepcin, para el
flujo de informacin.
En GSM, la informacin del usuario (voz y datos) y los datos de control de
sealizacin son transmitidos en dos tipos bsicos de canales lgicos en la
estructura del frame TDMA, canal de trfico TCH y canal de control CCH;
los estn empacados dentro de un canal fsico.
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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Los canales de control son en los que se lleva la sealizacin, los protocolos
de comunicacin y las sincronizaciones entre BS y MS; estos canales de
control se subdividen en tres categoras:
Canales de difusin
Canales dedicados
Canales
En UMTS al igual que GSM, los canales lgicos se dividen en canales de
trfico y canales de control, estos ltimos se subdividen en:
Canales de Difusin
Canales Comunes
Canales Dedicados
Canales de Paginacin
Canales Compartidos.
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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1. Canales de Control para GSM
Los canales de control tienen por objeto llevar la sealizacin y sincronizacin
de datos entre la estacin base BS y la estacin mvil MS. Estn
formados por un par de portadoras en sentido ascendente o Uplink que va
desde MS a BS y descendente o Downlink que va desde BS a MS
y, cuyos intervalos de tiempo sustentan una serie de canales comunes de
control.
Hay varias formas de canales de control en GSM, y generalmente se pueden
dividir en tres categoras segn la manera en que se admiten en la interfaz de
radio y el tipo de informacin de sealizacin que llevan.
Ilustracin 1: Divisin de los Canales de Control para GSM
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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1.1. Canal de Difusin (BCH Broadcast Channel)
Los canales de difusin operan en nicamente en enlaces Downlink del
ARFCN (Nmeros de Canales de Radio frecuencia Absolutos) especfico
dentro de cada clula, y transmite datos slo en el primer slot de sincronizacin
(TS 0) de algunas tramas GSM.
El BCH proporciona sincronizacin para todos los mviles dentro de la clula
y se monitoriza ocasionalmente por los mviles de clulas vecinas para recibir
datos de potencia y poder realizar las decisiones de Handover. Aunque los
datos BCH se transmiten en TS0, los otros siete slots de una trama GSM del
mismo ARFCN estn disponibles para datos TCH (Canal de trfico),
DCCH (Canal de control dedicado) o estn fijados como Dummy (rfagas
vacas).
Ilustracin 2: Subdivisin de los Canales de Difusin
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
5
Dentro de los canales BCH se definen tres tipos de canales separados que
tienen acceso al TS 0 durante varias tramas de la multi-trama de control
1.1.1. Canal de Control de difusin (BCCH Broadcast Control Channel)
El BCCH es un canal Downlink que transmite punto-multipunto y se usa
para enviar informacin de identificacin de la clula y de la red, as como
caractersticas operativas de la clula (estructura actual de canales de control,
disponibilidad de canales, y congestin), y el envo de una lista de canales que
estn en uso en una clula.
Estos canales estn permanentemente activos y enviando informacin general
de la red e informacin de control a las MS, que es monitoreada por la MS
aproximadamente cada 30 segundos, cuando est en estado idle (Disponible).
Las BS usan el BCCH, para:
Transmitir la frecuencia a la que transmite y el CGI (Cell Global
Identity Identificacin Global de la Clula).
Transmitir la informacin respecto a las frecuencias y opciones de
secuencia para los saltos que se puedan asignar a las MS de la clula.
Permitir a una MS obtener un canal de portadora disponible para
transmitir con diferentes frecuencias en diferentes saltos y sincronizar
con la BS.
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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1.1.2. Canal Corrector de Frecuencia (FCCH Frequency Correction
Channel)
El FCCH es un canal Downlink que transmite punto-multipunto y tiene dos
propsitos, uno es para asegurarse de que esta es la portadora BCCH, y el
otro es para permitir que la MS sincronice su frecuencia interna de oscilacin
a la frecuencia exacta de la BS, actuando como una bandera para la MS
para identificar Time Slot 0, ya que slo puede enviarlo durante el intervalo
de tiempo 0 en una frecuencia de carga BCCH.
El FCCH es repetida cada 10 segundos y consta de una rfaga de datos
que ocupa el TS 0 para la primera trama dentro de la multi-trama de control,
y que se repite cada diez tramas.
1.1.3. Canal de Sincronizacin (SCH Synchronization Channel)
El canal de sincronizacin SCH es un canal de Downlink punto-multipunto
y ayuda a sincronizar la trama TDMA. La MS supervisa la informacin de
BCCH de las clulas que la rodean y almacena la informacin de las seis
mejores clulas. La informacin SCH en estas clulas tambin se almacena
de manera que la MS pueda volver a sincronizarse rpidamente cuando entra
una nueva clula.
El SCH se enva en el TS 0 de la trama inmediatamente despus del
FCCH y se usa para identificar a la BS servidora mientras que permite a
cada mvil la sincronizacin de las tramas con la BS. El nmero de trama
FN (Frame Number), que oscila entre 0 hasta 2.715.647, se enva con el
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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cdigo de identificacin de la BS BSIC (Base Station Identification Code)
durante la rfaga SCH.
El BSIC es asignado individualmente a cada BTS. Dado que un mvil
puede estar hasta a 30 km de la BTS, es necesario frecuentemente ajustar
la temporizacin de un usuario mvil particular de forma que la seal recibida
en la estacin mvil se sincroniza con el reloj de la estacin base.
1.2. Canal de Control Comn (CCCH Common Control Channels)
El canal de control comn es el responsable de transferir la informacin entre
terminales mviles y estacin base. (MS BS).
En aquellos ARFCN reservados para BCHs, los CCCH ocupan el TS
0 de cada trama que no est ocupada por los BCH o por tramas idle.
Un CCCH usualmente est formado por tres tipos diferentes de canales el
PCH, el AGCH y el RACH; sin embargo, existe un cuarto canal que puede ser
adicionado dentro de la clasificacin de los canales de control comn y es el
canal CBCH.
Ilustracin 3: Subdivisin de los canales de Control Comn
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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1.2.1. Canal de Bsqueda (PCH Paging Channel)
El PCH es un canal Downlink punto a punto y proporciona seales de
bsqueda a todos los mviles de una clula, y avisa a los mviles si se ha
producido alguna llamada procedente de PSTN (Public Switching
Telephone Network), es decir, cuando la informacin del IMSI o TMSI
coinciden con los de la MS, esta responde la llamada.
El PCH transmite el IMSI (Identificacin de Abonado Mvil Internacional) del
abonado destino, junto con la peticin de reconocimiento de la unidad mvil a
travs de un RACH. Alternativamente, el PCH se puede usar para proporcionar
envos de mensajes tipo ASCII en las clulas, como parte del servicio SMS de
GSM.
1.2.2. Canal de Acceso Aleatorio (RACH Random Access Channel)
El RACH es un canal Uplink punto a punto usado por el mvil para confirmar
una bsqueda procedente de un PCH, y tambin se usa para originar una
llamada. El RACH usa un esquema de acceso bajo el protocolo slotted
ALOHA. Todos los mviles deben de pedir acceso o responder ante una
peticin por parte de un PCH dentro del T S0 de una trama GSM.
En la BS, cada trama (incluso la trama idle) aceptar transmisiones RACH
de los mviles durante T S0. Para establecer el servicio, la estacin base
debe responder a la transmisin RACH dndole un canal de trfico y
asignando un canal de control dedicado SDCCH para la sealizacin
durante la llamada. Esta conexin se confirma por la estacin base a travs
de un AGCH.
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1.2.3. Canal de Acceso Concedido (AGCH Access Grant Channel)
El AGCH es un canal Downlink y es usado por la BS para proporcionar o
denegar un enlace de comunicaciones con el mvil; lleva datos que ordenan
al mvil operar en un canal fsico en particular (en un determinado TS y
ARFCN) con un canal de control dedicado.
El ACCH es el ltimo mensaje de control enviado por la BS antes de que el
abonado sea eliminado del canal de control. El ACCH tambin es usado por la
BS para responder a un RACH enviado por una MS en la trama
CCCH previa.
1.2.4. Canal de Difusin de la Clula (CBCH Cell Broadcast Channel)
El CBCH es un canal de Downlik y se utiliza para la entrega simultnea de
mensajes alfanumricos cortos a mltiples abonados de una clula especfica,
mediante el uso del Servicio de Mensajes Cortos punto a multipunto, indicando
el RX Level de la BS que est dando cobertura. En CBCH utiliza la rfaga
normal al igual que en el BCCH y tambin es soportado por UMTS.
1.3. Canal de Control Dedicado (DCCH Dedicated Control Channels)
Los canales de control dedicados, tal como los canales de trfico, son canales
bidireccionales y tienen el mismo formato y funcin en el Uplink y en el
Downlink; de igual manera pueden existir en cualquier slot de cualquier
ARFCN excepto en el TS 0 de los ARFCN de los BCH.
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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Estos canales llevan la informacin de sealizacin entre la BS y la MS
tanto cuando no hay llamada como cuando la hay. Existen tres tipos diferentes
de canales de control dedicados.
Ilustracin 4: Subdivisin de los canales de control dedicados
1.3.1. Canal de Control Dedicado Autnomo (SDCCH)
En algunas situaciones, la informacin de sealizacin debe fluir entre una red
y un MS cuando no hay una llamada en curso, por ejemplo, durante una
actualizacin de ubicacin.
Esto puede ser resuelto mediante la asignacin de cualquier Full-Rate o
Half-Rate de un TCH y mediante el uso ya sea del SACCH o el FACCH
para el envi de la informacin, sin embargo, esto es un desperdicio de los
recursos; de tal modo que para este tipo de requerimiento se define un canal
de baja velocidad de alrededor de 1/8 de TCH / F.
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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El SDCCH es un canal bidireccional, es decir, es un canal de Downlink y de
Uplink que lleva datos de sealizacin siguiendo la conexin del mvil con
la BS (punto a punto), y justo antes de la conexin lo crea la BS.
El SDCCH se asegura que la MS y la BS permanezcan conectados
mientras que la BS y el MSC verifican la unidad de abonado y localiza los
recursos para el mvil. El SDCCH se puede ver como un canal intermedio y
temporal que acepta una nueva llamada procedente de un BCH y mantiene
el trfico mientras que est esperando que la BS asigne un TCH.
El SDCCH se usa para enviar mensajes de autenticacin y de alerta (pero no
de voz). A los SDCCH se les puede asignar su propio canal fsico o pueden
ocupar el TS 0 del BCH si la demanda de BCH o CCCH es baja.
1.3.2. Canal de Control Asociado Lento (SACCH Slow Associated Control
Channel)
El SACCH tambin es un canal bidireccional punto a punto y siempre est
asociado a un canal de trfico o a un SDCCH y se asigna dentro del mismo
canal fsico. Por tanto, cada ARFCN sistemticamente lleva datos SACCH
para todos sus usuarios actuales. El SACCH lleva informacin general entre
la MS y la BTS.
En el Uplink, lleva informacin acerca de la potencia de la seal recibida y
de la calidad del TCH, as como las medidas BCH de las clulas vecinas.
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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En el Downlink, el SACCH se usa para enviar informacin lenta pero regular
sobre los cambios de control al mvil, tales como instrucciones sobre la
potencia a transmitir e instrucciones especficas de temporizacin para cada
usuario del ARFCN.
El SACCH se transmite en el 13er Frame (y la 26ta si se usa Half-Rate) de
cada multi-trama de control, y dentro de esta trama, los 8 slots se usan para
proporcionar datos SACCH a cada uno de los 8 usuarios (o 16) del ARFCN.
Los mensajes SACCH son enviados una vez cada 480ms, es decir,
aproximadamente cada 2 s.
1.3.3. Canales de Control Asociados Rpidos (FACCH Fast Associated
Control Channel)
El FACCH lleva mensajes urgentes (aproximadamente cada 20ms FACCH
enva un mensaje completo), y contienen esencialmente el mismo tipo de
informacin que los SDCCH. Un FACCH se asigna cuando un SDCCH
no se ha dedicado para un usuario particular y hay un mensaje urgente (como
por ejemplo la respuesta de Hand Over).
El FACCH gana tiempo de acceso a un slot robando tramas del canal de
trfico al que est asignado, esto se hace activando dos bits especiales,
llamados bits de robo stealing bits, de una rfaga TCH. Si se activan los
stealing bits, el slot sabe que contiene datos FACCH y no un canal de trfico,
para esa trama.
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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Mapeo de los canales de control
Como se describe anteriormente, cada canal de control, ocupa un Time Slot
dentro de una multi-trama; en el cual enva o recibe la informacin; a
continuacin se muestra como es la distribucin de los canales por intervalo
de tiempo en el Downlink y en el Uplink.
Ilustracin 5: Mapeo de los Canales de Control en GSM para el Downlink y el Uplink, imgen tomada de
http://www.sharetechnote.com/html/FrameStructure_GSM.html
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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2. Canales de Control para UMTS
La estructura de UMTS esta sustenta en un modelo OSI de 7 capas; los
canales de portadora estn presentes en la capa 2 del modelo OSI (Enlace de
Datos), la cual, a grandes rasgos se encarga de hacer un puente entre la capa
1 (capa fsica), y la capa 3 (capa de red).
Un canal portador en UMTS en se divide en tramas de 10ms, cada una de las
cuales tiene 15 intervalos de tiempo (time slot) cada uno de 666s longitud. En
el Downlink el tiempo se subdivide de manera que los time slot contienen
campos que llevan ya sea datos de usuario o mensajes de control.
En la modulacin de doble canal del Uplink se utiliza para que los datos y el
control se transmiten simultneamente. Aqu los elementos de control
contienen una seal piloto, un TFCI (Transport Format Combination
Identifier), Informacin de retroalimentacin FBI (FeedBack Information) y
el Control de Transmisin de Potencia TPC (Transmission Power Control).
Los canales portadores se clasifican en tres:
Canales lgicos
Canales de Transporte
Los canales fsicos
Los canales de lgicos son el puente entre el MAC (Control de Acceso al
Medio Medium Access Control) y el RLC (control de enlace radio Radio
Link Control), y se dividen en Canales de Trfico y Canales de control.
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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Los canales de control, pueden ser comunes o dedicados, comunes cuando el
canal es punto-multipunto (es usado por todos los usuarios de la clula) y
dedicado cuando el canal es punto-punto (es usado por solo un usuario).
Ilustracin 6: Ubicacin de los Canales de Control dentro de la Capa de Enlace de Datos. Imagen tomada de: Herradn D. Rafael UMTS-07.
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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Ilustracin 7: Divisin de los canales Logicos, y su respctiva subdivisin. Imagen tomada de http://www.rfwireless-world.com/Tutorials/UMTS-logical-transport-physical-channels.html
Los canales de control se utilizan para llevar solo el control del plano de
informacin, por ejemplo, informacin del RRC (Radio Resource Control -
Control de Recursos de Radio).
1. Canal de Control de Difusin (BCCH)
Un canal de enlace descendente Downlink para informacin de control de
sistema de radiodifusin (lista de frecuencias, listas de cdigos, nivel de seal
de los vecinos, etc.), es un canal de enlace comn, es decir, punto-multipunto.
2. Canal de Control de paginacin (PCCH)
Un canal de enlace descendente Downlink que transfiere informacin de
paginacin. Este canal se utiliza cuando la red no conoce la clula de ubicacin
de la UE (User Equipment), o, la UE est en estado de conexin a la
clula, o, est en algn protocolo sleep. Es un canal punto-multipunto.
CANALES DE CONTROL PARA GSM Y UMTS
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3. Canal de Control Comn (CCCH)
Canal bidireccional Downlink Uplink para la transmisin de informacin de
control entre la red y los UE. Este canal es comnmente utilizado por los
UE que no tienen conexin RRC con la red y por los UE utilizando
canales comunes de transporte cuando se accede a una nueva clula despus
de re seleccin de clula.
4. Canal de control dedicado (DCCH)
Un canal punto a punto bidireccional Downlink Uplink que transmite
informacin de control dedicada entre un UE y la red. Este canal se
establece a travs de procedimiento de configuracin de conexin RRC.
5. Canal de Control, Canal Compartido (SHCCH)
Canal bidireccional Downlink Uplink que transmite informacin de control
para los canales de enlace Uplink y Downlink compartida entre la red y
los UE. Este canal es para solamente TDD (Time Division Duplex).
6. MBMS point-to-multipoint Control Channel
Un canal de enlace descendente Downlink de punto a multipunto, utilizado
para la transmisin de informacin de control de la red a los UE 175. Este
canal slo es utilizado por los UE que reciben MBMS (Multimedia
Broadcast Multicast Service).
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7. MBMS point-to-multipoint Scheduling Channel
Un canal de enlace descendente Downlink de punto a multipunto utilizado
para la transmisin de informacin de control de la programacin, desde la red
a las UE, para uno o varios MTCH (MBMS point-to-multipoint Traffic
Channel) realizadas en un CCTrCH (Coded Composite Transport Channel).
Este canal slo es utilizado por los UE que reciben MBMS.
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