REDES UMTS (3G) - LTE (Universal Mobile Telecommunication Services) (Long Term Evolution) REDES GSM-UMTS -LTE IMPLEMENTACION PERFORMANCE (QoS) Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
REDES UMTS (3G) - LTE(Universal Mobile Telecommunication Services)(Long Term Evolution)
REDES GSM-UMTS -LTE
IMPLEMENTACION
PERFORMANCE (QoS)
Ing. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
HSxPA = HSDPA and HSUPA High Speed Downlink/Uplink Packet Access
3GSM
3G2.5G2G
TDMATDMA
IS-95IS-95
GSMGSM GPRSGPRS
1xRTT1xRTT
EDGE
1xEV-DO1xEV-DO
1xEV-DV1xEV-DV
W-CDMA
TD-SCDMAPDCPDC
W-CDMAHSxPA
TD-SCDMAHSxPA
1G
Analog
AMPSN-AMPSTACSetc
Analog
AMPSN-AMPSTACSetc
3GSM = W-CDMA & TD-SCDMA & HSDPA & HSUPA
Evolución de las Redes Celulares: GSM-UMTS
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OBJETIVOS GSMPRIVACIDADROAMING ENTRE PAISESDATOSMEJORAR LA EFICIENCIA ESPECTRAL
OBJETIVOS INICIALES UMTS (3G)INTEGRACION DE REDES FIJAS Y MOVILESROAMING GLOBALMAYOR VELOCIDAD DE DATOS (hasta 2Mbps)AUMENTO DE LA EFICIENCIA ESPECTRAL NUEVOS SERVICIOS
Evolución de las Redes Celulares: GSM-UMTS
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3G es la abreviación de tercera generación de transmisión de voz y datos a través de telefonía móvil mediante UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): Estándar europeo miembro de la familia global ITM-2000 (International Mobile Telecommunications-2000), perteneciente a la ITU (International Telecommunication Union)
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) es una tecnología móvil inalámbrica de 3G que aumenta las tasas de transmisión de datos de los sistemas GSM utilizando la interfaz aérea CDMA en lugar de TDMA y por ello ofrece velocidades de datos mucho más altas en dispositivos inalámbricos móviles y portátiles que las ofrecidas hasta el momento.
El estándar de WCDMA fue desarrollado como el proyecto de la sociedad de la tercera generación (3GPP) que apunta a asegurar interoperabilidad entre diversas redes 3G. (3GPP - 3rd Generation Partnership Project)
Evolución de las Redes Celulares: GSM-UMTS
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REQUISITOS DE UN OPERADOR UMTSUMTS tendrá que reutilizar la infraestructura de red de GSMLa primera fase UMTS deberá tener un impacto mínimo en los nodos de GSMDeberá ser posible aumentar la cobertura gradualmente según vaya creciendo la demandaLos terminales tendrán que ser multinorma 2G&3GDisponibilidad de traspasos (handoff ) entre sistemas 2G y 3GTendrá que ser posible la reutilización de los sitios 2G
REQUISITOS DE EVOLUCION DE LA TECNOLOGIAUso más eficiente de los recursos radioFlexibilidad para integrar servicios de distinta naturalezaMayor relación de las TI (Tecnologías de la Información), orientadas a paquetes, en las tecnologías de las telecomunicacionesIntegración paulatina de las redes de acceso vía radio en una plataforma troncal de transporte basada en transmisión y conmutación de paquetes (IP, ATM)La gestión de recursos radio (scheduling) pasa a tener un papel fundamental
Evolución de las Redes Celulares: GSM-UMTS
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HSxPA = HSDPA and HSUPA High Speed Downlink/Uplink Packet Access
3GSM
3G2.5G2G
TDMATDMA
IS-95IS-95
GSMGSM GPRSGPRS
1xRTT1xRTT
EDGE
1xEV-DO1xEV-DO
1xEV-DV1xEV-DV
W-CDMA
TD-SCDMAPDCPDC
W-CDMAHSxPA
TD-SCDMAHSxPA
1G
Analog
AMPSN-AMPSTACSetc
Analog
AMPSN-AMPSTACSetc
3GSM = W-CDMA & TD-SCDMA & HSDPA & HSUPA
Evolución de las Redes Celulares: GSM-UMTS
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Punto de Partida: GSM-GPRS-EDGE Network
GSM Global System for Mobile communications GPRS: General Packet Radio ServiceEDGE: Exchanged Data Rates for Global/GSM Evolution o EGPRS
UE: User EquipmentMS :Mobile Station ( ME+SIM)GERAN: GSM EDGE Radio Access NetworkBSS: Base Station SubsystemBSC: Base Station ControllerBTS: Base Transceiver StationPCU (Packet Control Unit)
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Punto de Partida: GSM-GPRS-EDGE Network
CN: Core Network ( CS + PS)MSC: Mobile service Switching CenterGMSC: Gateway MSCVLR: Visitor Location RegisterHLR: Home Location RegisterEIR: Equipment Identity RegisterAUC: Authentication CenterSMS: Short Message Service CentreSGSN: Serving GPRS Support Node GGSN: Gateway GPRS Support NodeISDN: Integrated Services Digital Network PSTN: Public Switched Telephone NetworkPDN: Public Data Network
GSM Global System for Mobile communications GPRS: General Packet Radio ServiceEDGE: Exchanged Data Rates for Global/GSM Evolution o EGPRS
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Punto de Partida: GSM-GPRS-EDGE Network
GSM Global System for Mobile communications GPRS: General Packet Radio ServiceEDGE: Exchanged Data Rates for Global/GSM Evolution o EGPRS
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GSM-UMTS Network
WCDMA
UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems)WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network
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Radio Network Controller (RNC) ATM link connection with Node B (Iub) / CN (Iu) Termination of control signal from Node B, CN Call connection control with mobile station Traffic data collection/statistics Radio Resource Management Node B concentration
IubNodeB
RNC
Iu
NodeB
NodeB
CoreNetwork
NodeB
NodeB
IubNode B ATM link connection with RNC (Iub) Termination of control signal with RNC Termination of radio interface Call connection with Mobile Station Softer handover control (between sectors) Traffic data collection/statistics
UTRAN NetworkThe major characteristics of UTRAN are: Capacity on demand due to variable spreading factors Support of CS and PS bearer services Open interfaces and standardized network architecture to
allow multi-vendor operation Seamless handover between 2G and 3G networks Channel bandwidth: 5 MHz High data rates up to 384 kbps (FDD) and beyond 2 Mbps
with HSDPA.
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GSM Bands - Argentina
25MHz
60MHz
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CANALES
TS
FDMA TDMA
Métodos de Accesos en GSM: FDMA/TDMA
GSM Air Interface: Canales de Radio
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TS 1
TS 0
TS 2TS 3
TS 4TS 5
TS 6TS 7
TDMA FRAME n
TDMA
FRAME n+1
4,615 ms 0,577 ms
FDMA
11 22 33 123 123 124 124
200 kHz Channel
200 kHz Channel
25 MHz 25 MHz
824 Uplink 849 MHz 869 Downlink 894 MHz
FDMA
TRX
GSM Air Interface: Canales de Radio
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0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 56 7
6 7
MS
TXRX
RXTX
BTS
Trama TDMA = 4,615 msegTS = 577µsegCanal Físico GSM
GSM Air Interface: Canales de Radio
Ts=0,577 msVtx= 156,25 bits / 0,577 ms= 270,833 KbpsTframe=0,577 x 8=4,615 msBits de datos=114 bitsVcanal=114 bits/4,615 ms=24,7 KbpsRendimiento= 114/148=77%
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Canales lógicos
FrequencyCorrection
Burst
AccessBurst
DummyBurstNormal BurstSynchronization
Burst
FCCH FACCHSACCHSDCCHRACHAGCHPCHBCCHSCH CBCH
Control Channels Traffic Channels
BCCH DCCH ACCHCCCH
HalfRate
FullRate
GSM Air Interface: Canales de Radio
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GSM Air Interface: Canales de Radio
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GSM Air Interface: Canales de Radio
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UTRAN Air Interface
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UTRAN Air Interface
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UTRAN Air Interface
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UTRAN Air Interface
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UTRAN Air Interface
CEIng. Agustin R Carrasco – UTN – FRT – ISI – Lab. Comunicaciones
Broadcast Control Channel (BCCH)Paging Control Channel (PCCH)Common Control Channel (CCCH)Dedicated Control Channel (DCCH)Canales de tráfico:Dedicated Traffic Channel (DTCH)Common Traffic Channel (CTCH)
Dedicated Channel (DCHBroadcast Channel (BCH)Forward Access Channel (FACH)Paging Channel (PCH)Random Access Channel (RACH)Uplink Common Packet Channel(CPCH)Downlink Shared Channel (DSCH)
Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH)Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)Physical Random Access Channel (PRACH)Dedicated Physical Data Channel ( DPDCH)Dedicated Physical Control Channel ( DPCCH)Physical Downlink Shared Channel ( PDSCH)Physical Common Packet Channel ( PCPCH)
Canales Lógicos, Físicos y Transporte WCDMA-UTRANUTRAN Air Interface
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GSM-UMTS Bands - Argentina
25MHz
60MHz
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TRXs
CE
TRXs TRXs
UTRAN Air InterfaceLocalización de las bandas GSM-WCDMA
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IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTSObjetivo del operador:Maximizar el número de usuarios para un número fijo de infraestructuras (sitios)Objetivo del usuario:Maximizar la calidad de servicio por la mínima cantidad de dinero.Diseño de la red móvil:Ubicación de las estaciones base para maximizar la cobertura/capacidad con el mínimo número de estaciones base requeridas para garantizar una QoS fija.Gestión de recursos radio:Dadas unas estaciones base, ¿cómo se deben asignar la potencia, las frecuencias y los slots para cumplir los requisitos de QoS del máximo número de usuarios cuando se desplazan a través del sistema?.
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SITIO:NODO BHARDWARESOFTWARE
INFRAESTRUCTURAESTRUCTURAPANELES CELULARES
PA PA
FO
PA
IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
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NODO B•HARDWARECPU1TX/2RXTRAMA (E1, SDH, FO)
•SOFTWARESDR Software Defined Radio
SITIO:INDOOR, OUTDOORALIMENTACION:+24cc,-48cc, 220ca, 380caTRAMA:E1, SDH, FO
IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
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PANELES CELULARES SECTORIALESDUALPOLE
850
DUALBAND 850/1900
DUALPOLE 1900
IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
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DUALBAND
OCTOPOLE
IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTSPANELES CELULARES SECTORIALES
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1900 850
GSM
UTN1 UTN4
UTN2 UTN5
UTN3 UTN6
UMTS
UTNM UTNA
UTNN UTNB
UTNO UTNC
UTN4UTN6
UTN5
SITIO con 3 SECTORESGSM: 3 SECTORES 850 4/4/4 UTN1UTN3
UTN2
UTNMUTNO
UTNN
UTNAUTNC
UTNB
GSM: 3 SECTORES 19004/4/4UMTS: 3 SECTORES 8501/1/1UMTS: 3 SECTORES 19001/1/1
IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
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IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
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1900 850
GSM
UTN1 UTN4
UTN2 UTN5
UTN3 UTN6
UMTS
UTNM UTNA
UTNN UTNB
UTNO UTNC
1900 850
GSM
UTN1 UTN4
UTN2 UTN5
UTN3 UTN6
UMTS
UTNM/P UTNA/D
UTNN/Q UTNB/E
UTNO/R UTNC/F
A
B
C
A
B
C D
E
F
DUALBEAMQUAD POLE
IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
6 SECTORES !!
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IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
GSM: 850GSM:1900
UMTS 850 6 Sectores
UMTS 1900 6 Sectores
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ESTRUCTURAS
TAS MASTIL MONOPOSTE LUMINARIA
IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
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ESTRUCTURAS
FAST SITE
PEDESTALES
PINO CAMUFLADO
IMPLEMENTACION DE REDES GSM-UMTS
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Release 99 Especificación básica.Release 4 Mejoras en Release 99.Release 5 HSDPA. Otras mejoras.Release 6 HSUPA. Mejoras en HSDPA.Release 7 Evolución de HSPA (HSPA+)Release 8 LTERelease 9 Estudio inicial para LTE-Advanced. Otras mejorasRelease 10 LTE-Advanced
EVOLUCION DE REDES UMTS
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Incluye mejoras a la red CORE y en particular la noción de que sea independiente del “servicio”Se incluyo el concepto de “All IP Networks”, redes basadas en Soft Switch (MSC fue reemplazado por MSC Server y el MGW, Media Gateway)
Release 4EVOLUCION DE REDES UMTS
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HSDPA se incluye en la R5 con el objetivo de incrementar la tasa de transmisión del DOWNLINKRealiza mejoras sobre los 5MHz de ancho de banda del canal de DL usando una técnica diferente de modulación y codificación: 16QAM y AMC (Adaptive Modulation and Coding)Implementa un nuevo canal llamado HS-DSCH (High Speed Downlink SharedChannel), este canal es compartido entre todos los usuarios brindando altas velocidades de bajada (14.4 Mbps) y soporta tasas de throughput promedio cercanas a 1 Mbps. mejorando así también el uso del espectro.También implementa el Fast Packet Sheduling y HARQ (Hybrid Automatic Repeat-Request).
Release 5 HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) EVOLUCION DE REDES UMTS
Es la evolución de la tercerageneración (3G) detecnología móvil, llamada 3.5G, y se considera el pasoprevio antes de la cuarta generación (4G), la futura integración de redes.
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HSUPA se incluye en la R6 con el objetivo de incrementar la tasa de transmisión del UPLINKFlexible Coding, cambio dinámico de la codificación, mejora la eficienciaFast Power Scheduling, ajuste de potencia de móviles mas veloz.Utiliza Fast Hybrid Automatic Repeat Request (FHARQ) similar a HSDPA.Se realiza Scheduling de paquetes en el nodo B, al igual que HSDPA.
Release 6 HSUPA (High Speed Up Packet Access) EVOLUCION DE REDES UMTS
El acceso ascendente de paquetes a alta velocidad es un protocolo de acceso de datos para redes de telefonía móvil con alta tasa de transferencia de subida (hasta 5.8 Mbps). Calificado como generación 3.75 (3.75G), es una evolución de HSDPA .
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HSPA+ se especifican diversas mejoras sobre HSDPA/HSUPA, que dan lugar a lo que se conoce como HSPA Evolution o HSPA+.Modulación 16-QAM para HSUPA (11,76 Mbps) y 64-QAM para HSDPA (21,6 Mbps)MIMO (Mltiple Input Multiple Output) en el DL para la modulación 16-QAM (2 TX + 2RX) que permiten duplicar la tasa de transmisión de HSDPA, alcanzando los 28 Mbps. MIMO con 64-QAM no se incluye en R7, pero en teoría podría permitir velocidades superiores a los 40Mbps. Power Enhancements, mejoras como DTX, DRXLess Overhead, mejora en la capa MAC del DL, menos encabezados.
Release 7 HSPA+ (HSDPA+HSUPA)EVOLUCION DE REDES UMTS
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Release 99 Especificación básica.Release 4 Mejoras en Release 99.Release 5 HSDPA. Otras mejoras.Release 6 HSUPA. Mejoras en HSDPA.Release 7 Evolución de HSPA (HSPA+)Release 8 LTERelease 9 Estudio inicial para LTE-Advanced. Otras mejorasRelease 10 LTE-Advanced
EVOLUCION DE REDES UMTS - LTE
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EVOLUCION DE REDES UMTS - LTE
Para HSPA+64 QAM + MIMO para DL, indicando una tasa teorica de 42Mbps.Dual Cell Operation (DC-HSDPA), permite operar 2 portadoras UMTS de 5MHz.Less Uplink Overhead, para reducir mas los encabezados para aumentar la eficiencia.
Release 8: HSPA+ y LTE
Para LTEEnhanced Techniques
OFDMA en DL, robusto frente a las múltiples interferencias y de alta afinidad a las técnicas avanzadas como MIMO.DFTS-OFDMA (single-Carrier FDMA) en UL
Flexible Bandwidth, ancho de banda adaptativo (1.4, 3, 5, 10 y 20MHz)Flexible Spectrum Options, puede trabajar en muchas frecuencias diferentes.High Data Rates, ejemplo: 326.50MHz (4x4 antenas)Very Fast SchedulingImproved Latency, muy baja latencia con valores de 100 ms para el Control-Plane y 10 ms para el User-Plane. Mas de 200 usuarios por celdas.
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EVOLUCION DE REDES UMTS - LTERelease 8: HSPA+ y LTE
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EVOLUCION DE REDES UMTS - LTE
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EVOLUCION DE REDES UMTS - LTE
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Spectrum Overlapping of multiple OFDM carriers
LTE Air Interface: OFDMA
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LTE Air Interface: OFDMA
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LTE Air Interface: OFDMA
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PRB (Physical Resource Block), mínimo elemento de información que puede ser asignado por el eNB a un terminal móvil. Un PRB ocupa 180 KHz de banda equivalente a 12 subportadoras equi-espaciadas 15 KHz entre ellas y en él se transmiten 6 o 7 símbolos OFDMA, dependiendo de la longitud del prefijo cíclico. La duración de un PRB es de 0,5 ms, es decir la duración de un slot o ranura de tiempo
LTE Air Interface: OFDMA
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LTE Air Interface: SC-FDMASimilar a la señal OFDM, pero…OFDMA, cada sub‐carrier solo lleva informacion relativa a un simbolo especifico.SC‐FDMA, cada sub‐carrier contiene información of TODOS los simbolos transmitidos.
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Canales Lógicos, Físicos y Transporte E-UTRANEVOLUCION DE REDES UMTS - LTE
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GSM-UMTS Bands - Argentina
25MHz
60MHz
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LTE Bands - Argentina
45MHz
Banda 4 (AWS 1700 / 2100 MHz.)
UP LINK DOWN LINK ANCHO (MHz) OPERADORA
1710 1720 2110 2120 10 Telefónica
1720 1730 2120 2130 10 Claro
1730 1745 2130 2145 15 Personal
1745 1755 2145 2155 10
Banda 28 (ATP 700)
UP LINK DOWN LINK ANCHO (MHz) OPERADORA
703 748 758 803 45 sin licitar
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IMPLEMENTACION DE REDES:GSM-UMTS-LTE
GSM: 850GSM:1900
UMTS 850 6 Sectores
UMTS 1900 6 Sectores
LTE 2100MHZ
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IMPLEMENTACION DE REDES:GSM-UMTS-LTE
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1900 850
GSMUTN1 UTN4UTN2 UTN5UTN3 UTN6
UMTSUTNM/P UTNA/DUTNN/Q UTNB/EUTNO/R UTNC/F
GSM: 850GSM:1900
UMTS 850 6 Sectores
UMTS 1900 6 Sectores
LTE 2100MHZ
PERFORMANCE (QoS)Se definen distintas características de QoS sobre la base de la:Tecnología.
Percepción del usuario.
Gestión estática de los recursos.
Gestión dinámica de los recursos
QoS basada en la Tecnología Trafico de Voz
Trafico de Datos
Ancho de Banda
Indisponibilidad %
Tasa de errores
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PERFORMANCE (QoS)
UTN1 UTN2 UTN3 UTN4 UTN5 UTN6
UTN1
QoS basada en la Tecnología Trafico de Voz:
CANT. LLAMADAS
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PERFORMANCE (QoS) QoS basada en la Tecnología Trafico de Voz:
CANT. LLAMADAS vs
INTENTOS
UTN1
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QoS basada en la Tecnología Trafico de DATOS:
Cant. De USUARIOS
PERFORMANCE (QoS)
UTNM UTNN UTNO UTNP UTNQ UTNR
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QoS basada en la Tecnología Trafico de DATOS:
Cant. De USUARIOS vs
Disponibilidad
PERFORMANCE (QoS)
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QoS basada en la Tecnología Trafico de DATOS:
Cant. De USUARIOS vs
Disponibilidad
PERFORMANCE (QoS)
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PERFORMANCE (QoS)
UTNA UTNB UTNC UTND UTNE UTNF
UTNA UTNB UTNC UTND UTNE UTNF
QoS basada en la Tecnología Indisponibilidad %
HDSPA - HSUPA
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PERFORMANCE (QoS) QoS basada en la Tecnología Ancho de Banda (ATM)
Ancho de Banda vs Trafico
Total
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PERFORMANCE (QoS) QoS basada en la Tecnología Ancho de Banda (ATM/IP)
Ancho de Banda vs Trafico
Total
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MUCHAS GRACIAS !!
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