A. Comunicaciones Celulares

Miguel Andrs Vanegas Guillen

INTRODUCCIONCOMUNICACIONES MOVILES

Lo primero es establecer y dejar en claro que en el rea de comunicaciones se tienen 2opciones para realizar la comunicacin y estas opciones son:

Cableadas. Inalmbricas.

Las comunicaciones inalmbricas se realizan por medio de la propagacin de ondasradioelctricas o electromagnticas.

Estas ondas electromagnticas se propagan por el espacio sin una gua artificial y en unrango de frecuencias comprendidas entre los 30KHz y los 3000GHz .

Estos sistemas al ser inalmbricos se caracterizan por su movilidad y dada la naturaleza dela comunicacin existir una variacin continua del trayecto de propagacin.

Entre las comunicaciones mviles encontramos:Telefona mvil celular Telefona SatelitalRedes mviles privadas o trunking,GPS.Comunicaciones inalmbricas tales como bluetooth o Zigee entre otras.

Ingeniero Electrnico Miguel Andrs Vanegas Guillen

A continuacin se dejara en claro los conceptos que son sumamente importantes eimprescindibles en los sistemas de comunicaciones. Estos son:

ESPECTRO DE FRECUENCIASEl concepto de frecuencia indica la cantidad de ciclos que realiza por segundo una seal y seexpresa en Hertz (Hz).El espectro de frecuencias es un recurso que aunque renovable es muy limitado por lo cualdebe optimizarse su uso con el fin de poder ser utilizado por el mximo numero deestaciones con el mnimo de interferencias mutuas y esta legislado de acuerdo a losservicios que se prestan en los pases y de acuerdo a ello se asigna el espacio en el espectroelectromagntica para que de acuerdo a ello cada servicio funcione en determinadafrecuencia.

El espectro de frecuencias o tambin conocido como espectro radioelctrico esta divididoen bandas de frecuencias, las cuales estn atribuidas por los organismos de control.El espectro radioelctrico se subdivide en nueve bandas de frecuencias.


3 a 30 KHz VLF Ondas miriametricas 300 a 3000 KHz MF Ondas hectometricas 30 a 300 MHz VHF Ondas mtricas 3 a 30 GHz SHF Ondas centimetricas

30 a 300 KHz LF Ondas kilomtricas 3 a 30 MHz HF Ondas decametricas 300 a 3000 MHz UHF Ondas decimetricas 30 a 300 GHz EHF Ondas milimtricas

Las caractersticas de propagacin son diferentes para cada frecuencia.


ANCHO DE BANDASe define como el intervalo de frecuencias en el cual la amplitud de la seal de salida esmayor que la amplitud de la seal de entrada dividida entre la raz cuadrada de 2.Aproximadamente es 0,707 veces la amplitud de entrada.

Dada la banda de frecuencias y el servicio que ser implementado en esta, se determinarauna canalizacin, la cual consiste en una subdivisin de la banda en canales y de este modopoder establecer un mayor numero de comunicaciones de manera simultanea.Un canal se define como la anchura de frecuencias reservadas para una radiocomunicacin.Un radiocanal es una pareja de frecuencias portadoras reservadas para la subida (Uplink) ybajada (Downlink).

Donde:N = # de radiocanales.B = Ancho de banda asignado.f = Modulo de canalizacin.

El concepto de frecuencia de muestreo, nos lleva al teorema de muestreo, quien nos dice:

El canal de voz, funciona en un rango de frecuencias entre los 300 Hz y los 3.4 KHz, por loque su frecuencia de muestreo es de 6,8 KHz. El canal telefnico funciona en la banda de 4KHz, por lo que su frecuencia de muestreo es de 8 KHz.

Las atenuaciones en canales de comunicacin se miden en decibeles (dB). Si la amplitud de

entrada es Ain Volts y la de salida Aout Volts su relacin en decibeles es:

El ancho de banda de una seal es una medida de la velocidad de la seal, es decir siqueremos transmitir mucha informacin en poco tiempo se requiere un ancho de bandagrande.Aunque para medir la velocidad en una transmisin, comnmente esta ser medida en bitspor segundo (bps) o en baudios.

El teorema de Shannon presenta un limite mximo para la capacidad de transmisin de uncanal de comunicacin

Donde:C= Velocidad (bps)BW= Ancho de banda del canal (Hz)SNR = Relacin seal a ruido

La velocidad en una transmisin tiene un limite terico dado por el teorema de Nyquist.

Donde:C= Velocidad (bps)BW= Ancho de banda del canal (Hz)M = # niveles de voltaje



LONGITUD DE ONDAEs la distancia que recorre una onda entre 2 mximos consecutivos.

La longitud de onda medida en metros (metros) tiene la siguiente relacin con la frecuencia.

De manera similar si expresamos la longitud de onda en centmetros tendramos la siguiente relacin.


SEALES ANALOGICAS Y DIGITALESPara la transmisin de datos en los sistemas de comunicacin se utilizan seales, las cualespueden ser analgicas o digitales.Las seales analgicas son aquellas que varan constantemente en el tiempo y puedentomar un numero infinito de valores dentro de cierto intervalo

Las seales digitales son aquellas que solamente pueden tomar un numero finito devalores, que estn codificados en binario y por lo general solo pueden cambiar de valor enperiodos predeterminados.

MODULACIONEs el proceso en el cual se alteran las propiedades de una seal portadora de acuerdo a lasvariaciones de una seal mensaje o moduladora.La seal portadora suele ser de mucha mayor frecuencia que la seal moduladora.A la seal resultante se le llama seal modulada.

La modulacin se realiza sobre un parmetro en particular de la seal y dependiendo deeste, se tienen mltiples tipos de modulacin.Y por supuesto al existir seales tanto analgicas como digitales, tambin existenmodulaciones analgicas como digitales.


MULTIPLEXACIONEs la tcnica por medio de la cual la lnea de transmisin es compartida por diferentes seales.

AMPLIFICACIONEs el proceso mediante el cual se aumenta la potencia de la seal. Aunque se debe tener especial cuidado, pues tanto como se amplifica la seal se amplifica las distorsiones presentes en la seal como el ruido.Se mide en decibeles (dB.)

CONMUTACIONEs la tcnica usada para el enrutamiento de datos.

CONTAMINANTES DE LA SEALEn todos los sistemas de comunicaciones existirn efectos indeseados como el ruido, las atenuaciones, la distorsin y las interferencias.

La atenuacin se conoce como una reduccin de la intensidad de la seal y bsicamente se define como una disminucin de la potencia de la seal a medida que aumenta la distancia.Mientras que la distorsin, la interferencia y el ruido se caracterizan por ser una alteracin de la forma de la seal.

TRANSMISOR

MEDIO DE TRANSMISION

RECEPTOR

Se presenta el esquema bsico de un sistema de telecomunicaciones.El transmisor bsicamente se encarga de pasar al medio de transmisin la informacin quese requiere transmitir. Por lo tanto debe adecuar esta informacin mediante diferentesoperaciones de procesamiento de la seal.Entre estos procesos se encuentran procesos de amplificacin y de modulacin.

El medio de transmisin es el enlace entre el transmisor y receptor y su funcin estransportar esta informacin. Es aqu donde se introducen efectos indeseados en lacomunicacin como el ruido, la distorsin, la atenuacin y las interferencias.

El receptor por su parte se encarga de extraer la informacin del medio de transmisinrealizando procesos inversos a los realizados en el transmisor. Adicionalmente se suelenrealizar procesos de amplificacin para darle la potencia necesaria a la seal pues esta suelellegar muy dbil desde el canal de transmisin.



SISTEMAS DE TRANSMISION

Los sistemas de transmisin son el conjunto de elementos, que interconectados permitenla transmisin de la informacin, en nuestro caso por medio de ondas electromagnticas.

Estos sistemas pueden ser clasificados como: Sistemas Punto a Punto. Sistemas Punto a Multipunto. Sistemas Zonales.

Vale aclarar que esta transmisin puede ser tanto unidireccional como bidireccional.

Basndonos en esto, se tienen que considerar dos tipos distintos de enlaces. Un enlaceascendente y un enlace descendente.El enlace descendente recibe el nombre de Downlink (DL) y el enlace ascendente recibe elnombre de Uplink (UL).

La distancia de cobertura del enlace Downlink (DL) recibe el nombre de alcance, mientrasque la distancia de cobertura del enlace de subida Uplink (UL) recibe el nombre deretroalcance.

Generalmente el alcance es mayor que el retroalcance.


Se aclara que el enlace Downlink es el existente entre la estacin base y el mvil y el Uplinkes el existente entre el mvil y la estacin base.Se debe buscar que el alcance sea igual al retroalcance. Esto recibe el nombre de simetra deenlace.

Los elementos fsicos que soportan estos enlaces son conocidos como estacionesradioelctricas.

Las estaciones pueden clasificarse segn su funcin, su movilidad o su ubicacin.

Segn su funcin estas pueden ser receptoras (RX), transmisoras (TX) o mixtas (TRX).Segn su movilidad estas pueden ser estaciones fijas o estaciones mviles.Segn su ubicacin estas pueden ser terrenales o espaciales.

Todo esto enfocado a la cobertura del servicio prestado. Esta cobertura se define como elalcance til de una emisin radioelctrica dependiente del tipo e intensidad de lasperturbaciones.La cobertura puede estar limitada por ruido o por interferencia.La cobertura limitada por ruido establece un umbral para la mnima seal necesaria parauna calidad de recepcin determinada; mientras que la cobertura limitada por interferenciaestablece el alcance en funcin de la relacin de proteccin a otras seales.


Existen 3 tipos de modos de transmisin, esto corresponde a las clases de transmisiones quepodemos encontrar para la transmisin de datos. Estos son:

Simplex. Half dplex.Full dplex.

La transmisin simplex consiste en una transmisin en un solo sentido. Se puede ver que elreceptor no tiene oportunidad de enviar respuesta alguna al emisor y por lo tanto es usadaen servicios que no requieran esta interaccin.Ejemplo: Televisin, Radio.

La transmisin half dplex consiste en una transmisin en un solo sentido de manerasimilar a la transmisin simplex, salvo que en este caso, la transmisin se realiza de maneraalternativa en ambos sentidos. En esta transmisin tanto el transmisor como el receptorcomparten una frecuencia para realizar la comunicacin, por lo cual debe existir una sealpara realizar el cambio de sentido de TX.Ejemplo: Walkie Talkie.

La transmisin full dplex consiste en una transmisin continua de forma permanente enambos sentidos. A pesar de compartir el canal de comunicacin, tanto el transmisor comoel receptor cuentan con una frecuencia reservada para cada uno cumplir con su funcin.Ejemplo: Telefona.


De manera similar encontramos los modos de explotacin simplex, dplex y semi dplex.Estos modos de explotacin describen los sistemas de comunicacin usados endeterminada aplicacin.

En cuanto a los sistemas simplex, estos pueden realizar la transmisin alternativamente enuno u otro sentido usando un solo canal.En los sistemas dplex, se mantiene una transmisin simultanea en ambos sentidos.En los sistemas semi dplex se introduce la idea de combinar los sistemas simplex y dplex,de modo que se tenga transmisin simplex en una estacin y transmisin dplex en la otraestacin. En esta transmisin se requiere de dos frecuencias para establecer lacomunicacin.


Con el fin de poder optimizar el uso del espectro y de este modo determinar que tantalimitacin de banda tenemos en nuestro servicio de telecomunicaciones es indispensablereconocer que tipo de transmisin requerimos, si de banda estrecha o banda ancha.Para identificar este aspecto usamos la siguiente ecuacin:

De acuerdo al resultado de esta relacin podemos identificar el sistema.Si el resultado es mayor a 1, el sistema es de banda estrecha y tiene como caracterstica el serun sistema sencillo pero sensible a las perturbaciones.Si el resultado es mucho menor a 1, el sistema es de banda ancha y tiene como caractersticael ser un sistema complejo pero resistente a las perturbaciones.

Vale aclarar que el ancho de banda asignado a una estacin o servicio, ser el ancho debanda necesario de acuerdo al servicio de informacin para el que ser destinado, sumadoal doble del valor absoluto de la tolerancia de la frecuencia.

CALIDAD EN SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES

La calidad de un sistema de radiocomunicaciones es un aspecto sumamente importante yse expresa por la tasa de bits errneos o BER (Bit Error Rate).


Ya se sabe que el medio de transmisin introduce perturbaciones de distintos tipos a laseal transmitida. El grado de afectacin que tendr esta depender bsicamente de larelacin entre la potencia de la seal y las perturbaciones que se presenten.

El BER debe superar un valor limite, conocido como umbral de calidad, el cual catalogara alsistema de radiocomunicacin como operativo o no operativo.

Entre los medidores de calidad de un sistema de radiocomunicaciones encontramos la demedida de confiabilidad, la cual esta determinada por la disponibilidad del enlace. Tambinse encuentran la fiabilidad y la accesibilidad del canal.

DISPONIBILIDADEsta definida como la probabilidad que el sistema se encuentre trabajando de manerasatisfactoria. La disponibilidad (D) Puede ser representada como el complemento de laindisponibilidad (I).

FIDELIDADRefleja en que grado la seal recibida es igual a la seal transmitida, independientemente si es en voz o datos.

ACCESIBILIDAD DEL CANALEsta relacionada con el dimensionamiento, es decir con el numero de canales, trafico


Existen relaciones entre la disponibilidad y la mantenibilidad del sistema, la cual esdefinida como la probabilidad de restituir o poner en marcha en un tiempo determinado aun sistema que ha sufrido una falla o interrupcin.

Donde: MTBF = Mean Time Between Failures Tiempo medio entre fallas.MTTR = Mean Time To Restore Tiempo medio para restaurar.

Se puede apreciar que el MTBF es un indicador de confiabilidad, mientras que el MTTR es un indicador de mantenibilidad.

Del mismo modo se puede representar esta relacin mediante la indisponibilidad del sistema.

La disponibilidad tambin puede expresarse en porcentaje y realmente es mucho mas practico de esa manera y solo basta con multiplicar el valor obtenido por 100%.

Una forma de aumentar la disponibilidad es mediante sistemas redundantes.


Se puede observar que estas medidas se pueden relacionar con la confiabilidad del sistema, as como su mantenibilidad.

Una buena recomendacin esta en tratar de reducir lo mximo posible el valor del MTTR del sistema, con el fin de aumentar la calidad y confiabilidad del sistema.Esto es posible mediante la adopcin de diversas determinaciones como el uso de mdulosque sean enchufables e intercambiables, as como buscar que se requiera el mnimo deconocimientos para la realizacin de estos trabajos; la implementacin de alarmas; larealizacin de pruebas de mantenimiento correctivo y preventivo; la organizacin de lossistemas mediante cableados estructurados y dems.

Otro aspecto relacionado con la calidad del sistema es la fidelidad de este. La fidelidad estavinculada a la inteligibilidad y el mean opinin score (MOS).La inteligibilidad esta en funcin de la nitidez y determina el porcentaje de comprensin delos mensajes.El MOS es una nota media de opinin y dado que la calidad de la voz, es algo que dependede la perspectiva de cada usuario, existe un una escala para devaluar este aspecto segn laperspectiva de cada usuario.


TECNICAS DE ACCESO AL MEDIO

Lo primero es dejar en claro que la emisin de ondas ocupa un volumen en algunadimensin, ya sea, espacio, frecuencia, tiempo o cdigo, dentro de la cual no pueden existirotras emisiones por motivos de interferencia.Esto conlleva a que las emisiones deban separarse entre si en alguna de estas dimensiones yes la modalidad de separacin escogida la que definir la tcnica de acceso al medio.

Las tcnicas de acceso al medio son definidas como la manera en que se utiliza el espectrode frecuencias para crear y asignar los canales a los mltiples usuarios del sistema.

Se identifican diversos tipos de tcnicas principales: SDMA (Space Division Multiple Access). TDMA (Time Division Multiple Access). FDMA (Frequency Division Multiple Access). CDMA (Code Division Multiple Access). DAMA (Demand Assigned Multiple Access). OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access).

Se aclara que cada tcnica de acceso tiene sus propias caractersticas y sobresale entre ellasla tcnica de modulacin utilizada.

Se har nfasis en las tcnicas TDMA, FDMA y CDMA pues son las tcnicas mas comunes yusadas en el rea de telefona mvil celular, la cual es el objeto de estudio de este trabajo.


FDMA

Esta tcnica corresponde a acceso mltiple por divisin de frecuencia.

Se realizan transmisiones de manera simultanea e ininterrumpida, empleando distintasfrecuencias portadoras.

En esta tcnica se divide el ancho de banda en un numero fijo de canales y una vez q se leasigna determinado canal a un usuario este es usado por el hasta que no sea necesario elrecurso y se de por terminada la comunicacin.


En FDMA, se divide el ancho de banda del sistema de comunicacin en bandas defrecuencias menores y se deja una separacin suficiente entre cada sub-banda con elobjetivo de evitar interferencias entre los canales adyacentes.Esta tcnica no requiere que los usuarios estn sincronizados para realizar la comunicacin.Se concluye que no es una tcnica optima pues se desperdicia el canal mientras el usuariono transmite informacin.


TDMA

Esta tcnica corresponde a acceso mltiple por divisin de tiempo.

En esta tcnica se le asigna una ranura de frecuencia a un grupo de estaciones quecompartirn el ancho de banda del slot. Cada estacin tiene asignado un tiempo Tdeterminado para transmitir y terminado este deja de transmitir para que lo hagan losdems usuarios del grupo y entra en espera hasta que nuevamente le corresponda su turno.El tiempo T no es necesariamente igual para todos los usuarios y puede que sea asignado demanera fija para cada estacin o sea determinado por el horario en el que se requiera lacomunicacin.


En TDMA como se puede observar un grupo de usuarios comparten un slot de frecuencia,es decir, tienen igual portadora. Pero dado que no podran transmitir todos al mismotiempo, se crean intervalos de tiempo para que cada usuario transmita y pasado este le cedael derecho al siguiente y as sucesivamente hasta que nuevamente sea su turno. Este es unproceso extremadamente rpido por lo cual es invisible al usuario.Se aclara que el usuario podr hacer uso de todo el ancho de banda del slot de frecuencia alque esta enlazado.

En este caso, se hace necesario dejar un espacio de tiempo como separacin entre cadausuario con el fin de evitar interferencias.Adicionalmente en esta tcnica es necesaria una sincronizacin entre todos los usuarioscon el fin de evitar interferencias.


CDMA

Esta tcnica corresponde a acceso mltiple por divisin de cdigo.

Consiste en una transmisin simultanea e ininterrumpida de varias comunicaciones en lamisma frecuencia pero con una asignacin de cdigos para de este modo identificar cadacanal de comunicacin.El receptor acepta seales nicamente que contengan el cdigo de identificacin deseado yexpande las restantes al considerarlas ruido.

Se usa la tcnica de modulacin Spread Spectrum (Espectro ensanchado), con el objetivode optimizar la comunicacin y uso de los recursos.

Es una tcnica totalmente digital.


En CDMA se hace una divisin de las transmisiones tal como en FDMA y TDMA, aunque eneste caso el proceso se basa en la asignacin de un cdigo diferente a cada usuario.Este cdigo es asignado de manera pseudoaleatoria mediante tcnicas como los cdigos deWalsh, los cuales son unos cdigos ortogonales usados para este fin.

Al igual que en TDMA, en esta tcnica se hace necesario que exista una sincronizacinentre los usuarios para un optimo funcionamiento.

La gran ventaja de CDMA, respecto a sus competidores, es la posibilidad de trabajar unmayor numero de usuarios de manera simultanea, con un mayor ancho de bandadisponible. Adicionalmente se tiene una mayor seguridad y privacidad de la informacin,una reduccin importante del ruido y la interferencia, as como la inclusin de control delnivel de potencia, lo cual permite proveer una mayor cobertura.


FDMA

TDMA

CDMA


TELEFONIA MOVIL CELULAR


La telefona mvil celular es una tecnologa de comunicacin inalmbrica que permitecomunicar a travs de una red de comunicaciones compuesta por una estructura robustaun gran numero de usuarios a travs de sus telfonos mviles o terminales.

Se caracteriza por su movilidad y su portabilidad, lo cual la ha convertido como la principaltecnologa de comunicacin en el mundo. Adems tiene como una de su grandes ventajas lafactibilidad de llegar a zonas lejanas que se hacen sumamente complejas para servicioscomo la telefona fija.

A pesar que en cada pas funcionan al tiempo varios operadores que prestan este servicio,gracias a la estandarizacin y la legislacin del sistema, es posible la interconexin de estasredes al igual que con la telefona cableada o fija.

La telefona celular ha recorrido un largo camino pasando por distintas generacionestecnolgicas, las cuales han marcado etapas y se han caracterizado por los serviciosprestados.A medida que se ha evolucionado han cambiado las infraestructuras que han permitidoestablecer una mayor cantidad de servicios con una mejor calidad.

La telefona mvil celular tiene como principio de comunicacin la transmisin deinformacin por radiofrecuencia.La informacin transmitida puede ser de naturaleza analgica o digital y de all lasimplicidad o complejidad del sistema.


Los orgenes de la telefona mvil se remontan a 1946, cuando en St Louis Missouri AT&T ySouthwester Bell crean el primer telfono mvil comercial y se creo la red llamada MTS(Mobile Telephone Service).En 1964 se evoluciona a IMTS (Improved MTS).Entre 1970 y 1971 AT&T disea, prueba y presenta ante la FCC el Servicio de telefona deAlta Capacidad

Y en 1973 se da el pequeo gran paso cuando Martin Copper, gerente general de Motorola,realizo el 3 de abril de ese ao la primera llamada de telefona celular.

En 1983 se puso en funcionamiento la primera red de telefona celular y fue en Chicago yestaba conformada por 135 usuarios. Estuvo a cargo de AT&T.Un ao mas tarde AT&T se retira del mercado de operacin de sistemas de telefona celulary se divide en 8 compaas diferentes.


PRIMERA GENERACION (1G)

La primera generacin de telefona mvil entro en funcionamiento en 1983.Fue de naturaleza analgica y su uso fue exclusivamente para voz.

Como tcnica de acceso al medio uso FDMA.

La primera generacin de telefona mvil estuvo compuesta por dos estndares enfrentadosy dominaron en distintas regiones: AMPS y TACS; los cuales funcionaron de maneraparalela.

AMPS fue implementado en USA y posteriormente en Amrica.Funcionaba en la banda de frecuencias de 800 MHz (825-849 MHz y 869-894 MHz).Usaba canales de 30 KHz.

TACS fue implementado en el Reino Unido y Asia.A diferencia de AMPS, en este estndar se manejaron diversas variantes, las cualesestablecan la frecuencia de funcionamiento del sistema.TACS 6oo Channels, funcionaba en la banda de 900 MHz (890-905 MHz y 935-950 MHz).TACS 1000 Channels, funcionaba en la banda de 900 MHz (890-915 MHz y 935-960 MHz).ETACS 1320 Channels, funcionaba en la banda de 900 MHz (872-905 MHz y 917-950MHz).Usaba canales de 25 KHz.


Los terminales usados en esta tecnologa eran de gran tamao y una de las mayoresaplicaciones que resulto fue la telefona instalada en automviles. Entre los terminales masrepresentativos estn el Motorola Dynatac y el Motorola Startac .

Sus grandes desventajas era la baja calidad de la voz y la inexistente seguridad decomunicaciones.


SEGUNDA GENERACION (2G)

La segunda generacin de telefona mvil entro en funcionamiento en 1990.Represento una verdadera evolucin pues fue de naturaleza digital y adicionalmenteintroduca el concepto de transmisin de datos.

Como tcnica de acceso al medio uso TDMA.

Con esta tecnologa se incrementa la capacidad del sistema, al atender mas usuarios.

La segunda generacin de telefona mvil estuvo compuesta por varios estndares, loscuales estuvieron enfrentados y manejaron el servicio en diferentes regiones del mundo,estos fueron IS-54, IS-136, PDC, GSM y CDMA, aunque esta ultima utiliza su propia tcnicaacceso al medio.

IS-54 e IS-136 tambin son conocidos como D-AMPS (Digital AMPS) o USA TDMA.Funcionaron en USA y Amrica.Funcionaba en la banda de frecuencias de 850 MHz (825-849 MHz y 869-894 MHz), aligual que AMPS, ya que realmente se trato de una tecnologa transitoria, incorporada sobrela plataforma de funcionamiento de AMPS.Usaba canales de 30KHz. Estos canales eran divididos en 6 time slots, lo cual aumentaba lacapacidad del sistema. Adicionalmente se realizaba un proceso de compresin digital de lavoz, con el fin de optimizar la calidad del servicio. Incorporaba una mayor seguridad a lascomunicaciones gracias al uso de diversas tcnicas de codificacin.IS-136 representa una mejora a IS-54, pues agrega caractersticas y servicios como los SMS,datos por conmutacin de circuitos y un protocolo de compresin mejorado.


PDC (Personal Digital Cellular), fue un estndar de uso exclusivo de Japn.Funcionaba en la banda de 800 MHz y 1.5 GHz.

GSM, fue el estndar dominante en esta generacin, pues se calcula que abarco un 82% delservicio 2G. Es usado en Europa, Amrica del Sur, Asia, Oceana y parte de Norte Amrica.Integro el servicio de un numero de emergencias, el 112.Funciona en las bandas de frecuencia de 850 MHz (824-849 MHz y 869-894 MHz), bandade 900 MHz (890-915 MHz y 935-960 MHz; 880-890 MHz y 925-935 MHz; 876-880 MHz y921-925 MHz), banda de 1800 MHz (1710-1785 MHz y 1805-1880 MHz) y banda de 1900 MHz(1850-1910 MHz y 1930-1990 MHz).La banda de 850 predomino su uso en USA, Sudamrica y Asia; la banda de 900 predominosu uso en Europa; la banda de 1900 predomino su uso en Norteamrica.Se usan canales de 200KHz. Estos canales estn divididos en 8 time slots.


Paralelamente funciono CDMA, el cual a pesar de ser considerado como segundageneracin, se diferencio de los dems estndares por usar una tcnica diferente de accesoal medio. La tcnica que uso fue CDMA.

Tambin fue conocido bajo el nombre de IS-95 o CDMA one.

Fue usado en USA, Corea del sur, Australia, Canad, Mxico, India, Israel, Nueva Zelanda,Sri Lanka, China, Guatemala, Per, Chile, Venezuela, Brasil y Colombia. Fue el grancompetidor de GSM.

Funciono en la banda 800 MHz.

Usaba canales de 1.25 MHz y se pueden multiplexar hasta 64 llamadas en un mismo canal.


Hubo una generacin intermedia implementada sobre la plataforma de GSM.

Con ella se introdujeron servicios y caractersticas adicionales a 2G.Estas fueron GPRS (General Packet Radio System), HSCSD (High Speed Circuit Switched),EDGE (Enhaced Data rates for GSMEvolution), IS-136B, IS-95Bm entre otros.

Esta evolucin se trato de un grupo de tecnologas que optimizaban el reciente servicio detransmisin de datos.

Con estas tecnologas se acelero y mejoro notablemente el servicio de transmisin de datosy conectividad a internet mediante la red de telefona celular.

Realmente debemos tomar a GPRS como el punto de partida de esta generacin y a lasdems como evoluciones y optimizaciones del sistema.

Con GSM se manejaban tasas de transmisin de datos de 9.6 Kbps, con GPRS se aumentoesta tasa de transmisin a 20 Kbps para transmisin, pero con la llegada de EDGE, sealcanzan tasas de transmisin de 384 Kbps.

Para las redes CDMA, se adopto como tecnologa intermedia a EDGE.

Se puede considerar a EDGE como una generacin 2.75 G

GENERACION 2.5 G


TERCERA GENERACION (3G)

La tercera generacin de telefona mvil entro en funcionamiento a partir del ao 2000,pero su despliegue ha sido sumamente lento, debido a los altos costos de inversinrequeridos.

El primer pas en implementar una red 3G comercial, fue Japn.

La ITU (International Telecommunications Union) que es el mximo ente rector de lastelecomunicaciones, creo el estndar IMT-2000, para definir las necesidades yespecificaciones de esta generacin de telefona mvil.A partir de esto se crearon dos familias de tecnologas 3G , desarrolladas por lasorganizaciones 3GPP (3rd Generation Partnership Project) y 3GPP2 (3rd GenerationPartnership Project 2).Cada uno de estos desarrollos responde a la evolucin de uno de los dos caminos que nospresenta para elegir 2G. 3GPP responde a la evolucin de GSM, mientras que 3GPP2responde a la evolucin de CDMA 2000, que a su vez es una evolucin de CDMA one.Este sistema es llamado UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).

Esta generacin de telefona mvil es basada en CDMA.

3GPP desarrollo la tecnologa UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) otambin conocida como WCDMA, mientras que 3GPP2 desarrollo la tecnologa EV-DO(Evolution Data Optimized).


UMTS presta tasas de transferencia para downlink de hasta 1.92 Mbps; mientras que EV-DO presenta tasas de transferencia para downlink de hasta 2.4 Mbps.

UMTS funciona en las bandas de 850 MHz, 900 MHz, 1.7 GHz, 1.9 GHz y 2.1 GHz.


UMTS (WCDMA) EV-DO

Tecnologa de radio Highly Optimized CDMA Highly Optimized CDMA

Tasa de transferencia promedio(Downlink)

400 700 Kbps 400 700 Kbps

Mximo terico transferencia (Downlink)

1.9 Mbps3.6 Mbps7.2 Mbps

2.4 Mbps

Tasa de transferencia (Uplink) 384 Kbps 153 Kbps

Simultaneidad Voz y Datos Si No


GENERACION 3.5 G

Posteriormente se desarrollo una evolucin sobre la plataforma 3G, con el fin de optimizar la transmisin y mejorar las velocidades logradas en 3G.

Para el caso de UMTS, esta evolucin a 3.5G estuvo representada por HSDPA y HSUPA.HSDPA es una optimizacin de la tecnologa espectral de UMTS y consiste en un canal compartido para el enlace de downlink, con lo cual se mejora notablemente las tasas de transferencia, llegando a 14Mbps.HSUPA se considera como una generacin posterior a 3.5G, por lo que se considera una generacin 3.75G o 3.5G Plus. Consiste en una optimizacin para el enlace de uplink, por lo cual hace una mejora sustancial en la velocidad para el tramo de subida desde el terminal hacia la red. Se alcanzan tasas de subida de hasta 5.76 Mbps.

HSDPA y HSUPA ofrecen unas altas prestaciones para los servicios de voz y datos y permite la creacin de un mercado de servicios sobre IP.

Existe una evolucin posterior, llamada HSPA+(Evolved High Speed Packet Access). Provee tasas de 56 Mbps para el downlink y 22 Mbps para el uplink. Usa para la transmisin sistemas MIMO (Multiple Input Multiple Output) e implementa una arquitectura sobre el protocolo IP.

Para el caso de EV-DO, esta evolucin a 3.5G estuvo representada por EV-DO Rev. A, EV-DO Rev. B y UM (Ultra Mobile Broadband)


CUARTA GENERACION (4G)

Es una generacin de telefona mvil basada totalmente sobre protocolo IP, por lo cual es considerado un sistema de sistemas y una red de redes.

Se caracteriza por proveer altas velocidades de acceso del orden de los 100 Mbps en movimiento y de 1 Gbps en reposo , adems de mantener una alta calidad de servicio (QoS) de punta a punta.

Hace uso de tcnicas de avanzado rendimiento de radio como MIMO y OFDM.

La 4 generacin de telefona mvil esta compuesta por las siguientes tecnologas: LTE, LTE Advanced y Wimax.

La generacin 4G, apunta hacia la convergencia entre las redes inalmbricas y cableadas.


GENERACIONTECNOLOGIA -

ESTANDAR

1 GAMPSTACSETACS

2 GDAMPS (IS-54; IS-136)CDMA one (IS-95)GSM

2.5 GGPRSEDGECDMA 2000

3 GUMTS (WCDMA)EV-DO

3.5 G

HSDPAHSUPAHSPA+AV-DO Rev. AAV-DO Rev. B

4 GLTELTE AdvancedWiMAX


ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES MOVILES

Los sistemas de comunicaciones mviles se dividen en dos grandes categoras osubsistemas.Estos son:

Subsistema de red. Subsistema de acceso.

Subsistema de red:

El subsistema de red esta compuesto por el conjunto de equipos fijos.Estos equipos son los encargados del manejo de las estaciones base, de la generacin yrecepcin de llamadas, localizacin, transferencia, identificacin, sealizacin, entre otrasactividades.

Controladores de estaciones base (BS). Sistemas de concentracin.Equipos de conmutacin. Registros de usuarios. Centrales de operacin. Centrales de mantenimiento. Pasarelas de redes externas. Entre otros.


Subsistema de acceso:

El subsistema de acceso esta constituido por las estaciones de radio y sus controladores, lascuales son las encargadas de permitir el enlace entre los terminales mviles y los equiposque conforman el subsistema de red.Entre estas estaciones encontramos las estaciones base y las estaciones repetidoras.

Las estaciones base, son equipos fijos de radio, que sirven de punto de acceso a la red ypermiten la comunicacin bidireccional entre la red y los terminales (usuarios) o tambinpara transmitir informacin a travs de la red en el caso de los microondas.Su funcionamiento es controlado por una unidad de control.Las estaciones de control son equipos que controlan automticamente las emisiones yfuncionamiento de determinadas estaciones de radio.Las estaciones repetidoras retransmiten las seales recibidas y por lo mismo son utilizadaspara aumentar la cobertura.


ARQUITECTURA REDES GSM

La red GSM esta compuesta por 3 unidades principales: El subsistema de estaciones base (BSS). El subsistema de conmutacin (NSS). El subsistema de operacin y mantenimiento (OSS).

La funcin del BSS es controlar los enlaces de radio con los terminales mviles.La funcin del NSS es realizar la conmutacin de las llamadas de los diferentes usuarios dela red.La funcin del OSS es supervisar la operacin y configuracin de la red.


BSS (Base Station Subsystem):

Esta compuesto por: El terminal mvil (MS). Las estaciones radio base (BTS). La estacin controladora (BSC). La unidad transcodificadora (TRAU).

La funcin de esta etapa o subsistema, es comunicar a los mviles con el subsistema deconmutacin de la red NSS.

Entre la BSC y el subsistema NSS se encuentra la unidad transcodificadora TRAU.

El terminal mvil es el dispositivo usado para enviar y recibir llamadas y esta compuesto de2 elementos: el terminal y la tarjeta SIM.La tarjeta SIM contiene la informacin relacionada con el usuario.

Las estaciones radio base BTS contiene los transreceptores o transceptores (transmisores-receptores) y las antenas. La potencia de transmisin de los transceptores define el tamaode la celda.Cada BTS contiene entre 1 y 16 transreceptores dependiendo de la densidad de usuarios.Las BTS normalmente tienen 3 celdas o sectores.


La estacin controladora BSC es la encargada del procesamiento y toma de decisiones de laparte de radio.La BSC controla un grupo de BTS y administra los recursos de radio, es decir las frecuencias,potencias, canales de trafico, sealizacin y handover.La BSC se comunica con los terminales a travs de las BTS.

La unidad transcodificadora TRAU, tiene como objetivo adaptar la velocidad de lasmuestras de voz del BSS al NSS y viceversa


NSS (Network Swiching Subsystem):

Esta compuesto por: La central conmutacin mvil (MSC). El registro de datos local(HLR). El registro de datos de visitantes (VLR). El centro de autentificacin (AuC). El registro de identidad de equipos (EIR).

La funcin de esta etapa o subsistema, es establecer la comunicacin entre los usuarios yotros abonados mviles o fijos. Adicionalmente se tienen las bases de datos con lainformacin de los abonados y se maneja su movilidad. Aadido a esto, es el encargado dela conectividad entre la red mvil PLMN (Public Land Mobile Network) y las dems redescomo lo son la red fija PSTN (Public Switched Telephone Network) y la red de datos PDN(Packet Data Network).

Adicionalmente a este sistema se integran:El centro de servicios de mensajes cortos (SMS-C: Short Message Service Center).El servidor de mensajes de voz.La red inteligente para implementar servicios centralizados.La plataforma prepago, para soportar los usuarios prepago.


La central de conmutacin mvil MSC es el principal componente de la NSS. Acta comoun nodo de conmutacin normal pero con las funcionalidades necesarias para manejar unabonado mvil, tales como el registro, la autenticacin, la ubicacin del abonado, loscambios de celda y el enrutamiento de llamadas.La sealizacin usada en el subsistema de red es la SS7.

El HLR es la base de datos en la que e almacena la informacin de los abonados quepertenecen a la red.Contiene la identificacin del abonado, los servicios subscritos por el abonado, derechos deroaming de abonado y la informacin de localizacin (VLR donde esta registrado).La informacin de localizacin es dinmica y depende de los movimientos del usuario, esdecir, cada vez que el usuario se registra en un nuevo MSC/VLR, se actualiza el HLR.

El VLR es una base de datos dinmica que varia de acuerdo a los movimientos del terminal.El VLR esta asociado a una MSC.

El AuC contiene una base de datos utilizada para autenticar al abonado y para proteger suinformacin.

El registro de identidad de equipos, fue creado con el fin de darle seguridad a los terminalesy protegerlos contra robos. Al existir la posibilidad del cambio de IMEI de los terminalesesta unidad es intil para proteger a los terminales de robos.


OSS (Operation Subsystem):

Esta compuesto por: El centro de operacin y mantenimiento para la etapa de radio(OMC-R: Operationand Maintenance Center for Radio part).

El centro de operacin y mantenimiento para la etapa de conmutacin (OMC-S:Operation and Maintenance Center for Switching part).

El OSS, esta conectado a la BSC y a la MSC para gestionar y monitorear el sistema GSM.

La gestin de la red GSM, esta basada en el estndar TMN (TelecommunicationsManagement Network)

En este subsistema, estn definidas 5 funciones principales: Gestin de configuracin. Gestin de fallas. Gestin del desempeo. Gestin de seguridad. Gestin de cuentas.


Arquitectura red de datos GPRS:

Dado que la arquitectura que se ha descrito no contempla la transmisin de datos, esnecesario incluir equipos que se encarguen del manejo de esta etapa.

Es necesario integrar en la BSC la unidad de control de paquetes PCU (Packet ControllerUnit), con lo cual se actualizara el hardware y se deben hacer actualizaciones de software enel HLR para permitir su funcionalidad.

Adicionalmente se deben introducir los nodos SGSN (Serving GPRS Support Node) yGGSN (Gateway GPRS Support Node). Estos nodos son el soporte necesario para el servicioGPRS.El SGSN, realiza mltiples tareas correspondientes a consultas a diferentes entidades de lared, movilidad, manejo de los handover, cifrado, entre otras.El GGSN, realiza la tarea de enrutar hacia la interfase con internet y del mismo modofuncionar como firewall, brindndole proteccin a la red.Adicionalmente se pueden introducir distintos servidores, con el fin de complementar elsistema. Estos son el DNS (Domain Name Server), DHCP (Domain Host ConfigurationProtocol), OMC-G (Operation and Maintenance Center-Gateway).

Adicionalmente y como aspecto de gran importancia, se debe cambiar el terminal mvil delusuario, por uno que soporte estas nuevas funcionalidades y servicios.


Centro de facturacin

Terminal mvil

Subsistema estacin radio base

Subsistema de conmutacin

Subsistema de operacin y mantenimiento


En este grafico se puede apreciarun paralelo entre la arquitectura dela red GSM (Rojo) y la red UMTS(Azul). De este modo se puedenapreciar las similitudes existentesentre las entidades que componencada uno de los sistemas.


Interfases:

Las interfases que conectan los diferentes componentes son otro aspecto supremamenteimportante de la red.

La interfaz encargada de conectar el terminal mvil con la estacin base BTS, es la interfazUM y tambin es conocida como interfaz aire.

La interfaz encargada de comunicar las BTS con la BSC es la interfaz Abis.

La interfaz encargada de comunicar la BSC con el subsistema de conmutacin NSS es lainterfaz A.

La interfaz utilizada para el subsistema de operacin y mantenimiento comnmente es atravs de buses sobre el cual funciona el protocolo IP.

La interfaz encargada de conectar al MSC con el sistema de facturacin BC (Billing Center)es una conexin de conmutacin de paquetes, comnmente X.25

La interfaz encargada de conectar el subsistema de conmutacin con otras redes (PSTN,PDN) es un conjunto de enlaces primarios E1. Se usa sealizacin CAS o CCS.


TEORIA CELULAR & DIMENSIONAMIENTO


El concepto de telefona celular nace de la idea de dividir el rea de cobertura del sistema enpequeas clulas o celdas, las cuales aunque idealmente serian circulares, en la realidadresultan un poco distorsionadas de este modelo, por lo cual se recurre a la consideracin defiguras hexagonales para el modelamiento de estas clulas. Y de este modo se disea el reade cobertura del sistema como una gran rejilla de estos hexgonos, donde cada unocorresponde a una celda.

Ficticia

Ideal

Real

Para permitir atender un mayor numero de usuarios sin interferencias y de este modooptimizar el servicio, es necesario introducir el concepto de re-uso de frecuencias, ya que aloperador se le es entregado un numero limitado de frecuencias o canales y es necesarioplanificar que canal se le asigna a cada una de estas celdas, buscando de manera cuidadosaque no se usen frecuencias adyacentes en celdas contiguas o tambin evitar que en este re-uso se repitan frecuencias (canales) en las agrupaciones de celdas que se usan para ello.Estas agrupaciones de celdas son conocidas como clster. En los clster se agrupan lasceldas de manera planificada y se tendr un patrn de repeticin, el cual deber sercalculado pensando en el re-uso de frecuencias.


De este modo, los sistemas de telefona mvil celular tienen asociada una cobertura zonal,la cual es brindada por un juego de estaciones distribuidas a lo largo del rea de cobertura.Estas estaciones son representadas por celdas.Cada una de estas celdas puede representar el rea cubierta por una antena o por unaestacin base como tal.El tamao de estas celdas es determinado por la potencia usada por los transceptores, lacual depender de las necesidades del operador para atender los aspectos de cobertura ycapacidad de la red.Estos dos aspectos son el engranaje que deben manipular los ingenieros a cargo de laplaneacin de la red celular.La cobertura es el rea que puede cubrir el sistema; la capacidad es la cantidad de usuariosque se pueden atender al tiempo. Aunque realmente estos aspectos son medidos a nivelmas pequeo (celdas), para permitir la planificacin adecuada del sistema.


La razn, es que a mayor potencia en los transceptores, se tienen tamaos de celdas masgrandes y del mismo modo se pueden atender mas usuarios. Pero los transceptoresnicamente pueden atender un numero limitado de usuarios simultneamente o colapsaranllevando al bloqueo, que obviamente es un aspecto indeseado.Por esto es necesario planificar de manera adecuada estos aspectos, catalogando de formacorrecta las zonas que sern dimensionadas, como territorios rurales o urbanos y ladensidad demogrfica de estas zonas para determinar las necesidades de nuestro sistema.Adicionalmente a lo anterior, el aspecto de las potencias de transmisin, debe ser analizadopara evitar complicaciones en el re-uso de las frecuencias.

Como se puede deducir, el numero de canales disponibles por el operador es distribuidosobre cada clster, con el fin de atender al mayor numero de usuarios posible. Perocuidando el aspecto de las interferencias por lo cual, las frecuencias usadas en una celdasern re-utilizadas en varias celdas alejadas unas de otras.


Con el fin, de estandarizar y colaborar en el proceso de dimensionamiento desarrollado porlos ingenieros encargados se han determinado diferentes tipos de celdas, para que de estemodo se asignen segn las necesidades determinadas por este juego cobertura-capacidad.

Estos tipos de celda estn agrupados segn al tamao, a su configuracin jerrquica o eltipo de antena utilizado.

De acuerdo al tamao estas se pueden catalogar como pico celdas, micro celdas, mini celdaso macro celdas.Las pico celdas corresponden a las reas mas densamente pobladas. Se parte de la idea dedividir el rea geogrfica en pequeas celdas con el fin de aumentar el numero de canalesdisponibles. El nivel de potencia utilizado es bajo. Estas celdas tienen un radio de coberturaentre 50 y 100 metros.Las micro celdas corresponden a las reas densamente pobladas. El radio de cobertura esde hasta 300 metros.A estos dos tipos de celdas corresponden reas como centros comerciales, edificios,complejos deportivos, entre otros.Las mini celdas corresponden a reas intermedias como por ejemplo calles. El radio decobertura es de hasta 1 Km.Las macro celdas corresponden a celdas con gran cobertura y son utilizadas en reas conmuy poca densidad de poblacin y en casos de poco trafico. El radio de coberturas puedeser de hasta 35 Km.


Cuando un usuario se encuentra en movimiento y comienza a atravesar los limites de lacelda que lo esta atendiendo debe pasar a ser atendido por otra celda que se encargue debrindarle el servicio, pero esto debe ser transparente al usuario y automtico, sin presentarcadas en el servicio. Este proceso recibe el nombre de handover.

Debido a que el handover introduce una tarea de procesamiento a la red y en el caso deceldas que cubren reas muy pequeas, como lo son las pico celdas y las micro celdas, sepresenta un gran numero de handovers, se introduce el concepto de celda sombrilla.Una celda sombrilla, es una celda que cubre varias pico o micro celdas (usando una mayorpotencia en sus transmisores) y se encarga de aquellos usuarios que estn presentando unavelocidad de movimiento alta, que acarrea continuos handovers y de este modo liberandotrabajo a la red.Las celdas cubiertas por una celda sombrilla, son conocidas como celdas overlaid.Normalmente el operador asigna a las celdas overlaid a trabajar en una banda defrecuencias menor que la usada por la celda sombrilla.


Continuando con la clasificacin de las celdas, en el caso de catalogar por el tipo de antenausado, estas pueden ser clasificadas como celdas omnidireccionales, celdas unidireccionaleso celdas sectorizadas.Las celdas omnidireccionales son usadas cuando la potencia es transmitida hacia todos loslados en la misma intensidad. Son usadas cuando se tiene la misma cantidad de usuariosalrededor de la celda.Las celdas unidireccionales son usadas cuando la potencia se orienta en un lugar especifico.Las celdas sectorizadas, que de hecho son las mas comunes y utilizadas, son usadas cuandose disponen de varios transceptores para cubrir los 360 de cobertura. Normalmente sedivide el rea en 3 sectores de 120 y cada sector es atendido por un grupo de mximo 4transceptores.

De este modo se puede concluir que cada estacin puede cubrir una celda o un grupo deceldas dependiendo del tipo de configuracin que se este usando y de acuerdo a lanecesidad de la red.


Dimensionamiento celular:

El dimensionamiento es definido como la determinacin y distribucin de los recursos deradio, para el despliegue de la red de telefona celular, con el fin de permitir lacomunicacin entre los usuarios, con unas caractersticas de calidad preestablecidas.

Esta calidad esta cuantificada mediante el GoS (Grade of Service) y el QoS (Quality ofService).El GoS es calculado en base del numero de llamadas que no pueden ser establecidas y midela dificultad de utilizar un canal cuando es necesario realizar una comunicacin.El QoS es calculado en base de la calidad de la comunicacin, que se ha establecido.Como se puede apreciar, esta calidad, estar evaluando aspectos como lo son la cobertura,la accesibilidad y la calidad de audio.

Como se puede advertir el objetivo del dimensionamiento es mantener un equilibrio entrela calidad y la cantidad de recursos utilizados para brindar el servicio a los usuarios.Por ello se debe considerar que siempre en los sistemas de telecomunicaciones, el numerode recursos es mucho menor que el numero de usuarios. Pero tambin debido a estapremisa, se presentaran congestiones o bloqueos de red, los cuales ocurren cuandoestando ocupados la totalidad de los canales de comunicacin, se presentan peticiones paraestablecer una o mas comunicaciones, lo cual obviamente no es posible.Dependiendo de la reaccin del sistema ante la peticin de establecimiento decomunicacin en condiciones de congestin, el sistema puede ser catalogado como sistemade perdidas (SP), sistema de espera (SE) o sistema mixto.


En los sistemas de perdida (SP) la llamada se pierde, mientras que en los sistemas de espera(SE) la llamada se pone en cola de espera.Comnmente las rede mviles privadas (PMR , PAMR) se dimensionan como sistemas deespera. Mientras que las redes mviles publicas (PLMN) se dimensionan como sistemas deperdidas o mixtos.

Dependiendo del tipo de tcnica de acceso al medio usado por la tecnologa sobre la cualtrabajamos, se tendrn diferentes interpretaciones en cuanto a los recursos disponibles.

Partamos que por comodidad, cuando nos referimos a los recursos de radio disponibles para la comunicacin, nos estamos refiriendo a los canales disponibles para esta.

Tcnica acceso al medio Recurso de radio (Canal)

FDMA Radio canal (1 o 2 frecuencias)

TDMA 2 intervalos de tiempo

CDMA 1 Cdigo

Tcnica acceso al medio Recurso de radio (Canal) Numero de frecuencias

FDMA N Frecuencias N

TDMA I Ranuras de tiempo N/I

CDMA C Cdigos N/C

De este modo, si se requieren N recursos para establecer comunicaciones, se requieren:


Existen dos formas de realizar el dimensionamiento en sistemas mviles, el cual dependede la metodologa usada para la asignacin de canales.Esta asignacin puede ser rgida (proporcional) o puede ser troncal.

La asignacin rgida o proporcional consiste en asignarle a un grupo de N mviles de unazona de cobertura se le asigna un radiocanal para que dispongan de este para elestablecimiento de la comunicacin.

La asignacin troncal consiste en la creacin de un paquete disponible de N radiocanalesa los que pueden acceder M mviles. En esta asignacin cualquiera de los M mviles puedetomar cualquiera de los N radiocanales.

Obviamente la complejidad del sistema es mayor en los sistemas con asignacin troncal, ascomo la eficiencia es mucho mayor en este caso comparado con los sistemas de asignacinrgida.

Asignacin Rgida Asignacin Troncal


Trafico telefnico:

El modelo clsico para el trafico telefnico establece que se tiene: Un generador o una fuente de llamadas.

Se asume que se tienen M fuentes de llamadas. Un conjunto de N servidores (radiocanales) que cursan las llamadas.

Se debe cumplir que M>>N.

Adicionalmente se tiene un rgimen de llegada de las llamadas a los servidores(radiocanales). Para esto se asume un modelo Poissoniano con una tasa constante dellegada de .

Donde:P(n,t) es la probabilidad de que lleguen n tentativas de llamadas en un tiempo t. es el numero de intentos de llamada esperados por unidad de tiempoEl tiempo entre la llegada de llamadas consecutivas sigue una ley exponencial negativa conmedia .

La duracin media de las llamadas, sigue una ley exponencial negativa con media .


La duracin media de una llamada, estar determinada por:

Las horas pico (Busy hour), son los periodos de mayor trafico de llamadas y son agrupadosen periodos de 1 hora (3600 segundos). Normalmente se toman dos horas pico una en laprimera mitad del da y otra en la segunda mitad.El trafico de una hora pico esta dado por:

Donde: es el trafico de la hora pico.M el numero promedio de mviles.L cantidad de llamadas efectuadas por mvil en el tiempo de referencia.

Mientras tanto la intensidad de trafico o tambin llamado trafico ofrecido, estadeterminada por:

Donde:M es el numero promedio de mviles.L cantidad de llamadas efectuadas por mvil en el tiempo de referencia.H es la duracin media de una llamada.

Esta medida es dada en Erlang (E).


Primero se dejara en claro la definicin de Erlang. El Erlang, es una unidad usada comomedida del volumen de trafico. Es definido como la proporcin de ocupacin de un canalen un tiempo determinado. Si un canal es usado durante todo el tiempo, tenemos 1 Erlang,si solo es utilizado la mitad del tiempo, tenemos 0,5 Erlang. Si tomamos dos canales y estosson usados todo el tiempo, tendremos 2 Erlang, mientras que si son usados la mitad deltiempo, tendremos 1 Erlang.De manera alternativa, un Erlang, puede ser considerado como un multiplicador deutilizacin por unidad de tiempo, tomando que un uso del 100% corresponde a 1 Erlang,una utilizacin del 150%, corresponde a 1,5 Erlang.

Por lo tanto se puede concluir que un conjunto de N canales, nunca podr cursar un traficomayor a N Erlangs.

Dado que en la practica en los sistemas de telefona, no todas las peticiones de serviciotienen xito, se manejan 3 tipos de trafico.

Trafico ofrecido (TO). Trafico cursado (TC) o establecido (TE). Trafico perdido (TP).

El trafico cursado esta dado por la formula:


En el caso de los sistemas de perdida (SP), la probabilidad que una llamada se pierda estadada por la formula de Erlang B.

Donde:N es el numero de radiocanales.A es trafico ofrecido.

El GoS en sistemas troncales, es igual a la probabilidad porcentual.En el caso de los sistemas de perdida (SP), representa la probabilidad de perdida o bloqueo.En el caso de los sistemas de espera (SE), representa la probabilidad de espera superior a untiempo determinado.

Un intento de llamada puede ser frustrado por 2 razones principales:

Por trafico (congestin). Por ausencia de cobertura (sombra radioelctrica).

La probabilidad que una llamada se pierda, esta dada por la expresin:

Donde:Pt es la probabilidad de bloqueo.Pc es la probabilidad de cobertura


En el caso de los sistemas de espera (SE), la probabilidad esta dada por la formula de ErlangC.

Donde:N es el numero de radiocanales.A es trafico ofrecido.

Mientras que, la probabilidad de espera W sea superior a un tiempo W0, para las llamadas en espera estar dada por:

El trafico establecido ser:

El trafico perdido ser:

Y la eficiencia de utilizacin estar dada por:


Bsicamente, el objetivo del dimensionamiento consiste en determinar el objetivo de mviles por canal para un GoS determinado.

Dimensionamiento de redes con asignacin rgida:

La asignacin rgida es usada exclusivamente en redes pequeas PMR y que tienen como caracterstica que solo usan un radiocanal en su zona de cobertura.En estos sistemas no hay cola de llamadas, sino que el usuario escucha y establece la llamada cuando el canal esta libre.

Basado en esto, en este tipo de sistemas la espera la realiza el mismo usuario, por lo que el GoS ser:

El GoS en los sistemas de espera (SE), esta definido como la probabilidad de espera sea superior a un tiempo Wo.

Adicionalmente, se tienen otras parmetros de inters para los sistemas de espera (SE)

Tiempo de espera (Llamadas que esperan) Tiempo de espera (Cualquier llamada)


Dimensionamiento de redes con asignacin troncal:

Como ya se ha dejado en claro, en la asignacin troncal ,un volumen limitado de recursosN, es puesto a disposicin de un numero M de potenciales usuarios. M>>N.En este tipo de asignacin, se le asigna un canal al usuario, nicamente cuando haydemanda y este es usado exclusivamente durante el tiempo de la conversacin.

Este tipo de asignacin es usado en sistemas PMR (Trunking) y en PMT (Celular).En trunking al ser un sistema de espera (SE), las llamadas se ponen en cola de espera y seatienden en el orden de llegada o segn prioridades establecidas. Se dimensiona con ErlangC. En telefona celular, al ser un sistema de perdida (SP), cuando se generan tentativas dellamada con todos los canales ocupados, estas se pierden. Se dimensiona con Erlang B.

Conocidos los valores de GoS, Wo y H, se obtiene A mediante prueba y error a travs de la tabla de Erlang C.Una vez calculado A, se puede obtener el numero de mviles (M).

Donde: INT es la parte entera de (A/a).A se calcula mediante la expresin:


Una expresin que debe ser tenida en cuenta, es la intensidad de trafico mxima que puede ofrecerse a un conjunto de N canales con un valor de probabilidad de perdida (pp) .

La expresin esta determinada por la formula Erlang inversa.

A la hora de realizar ejercicios de dimensionamientos reales se debern considerar muchos mas factores de los analizados hasta este momento. Para un correcto dimensionamiento se debern considerar:

Cuando estamos resolviendo problemas de dimensionamiento, se pueden presentar dostipos de problemas a resolver.

Problema directo.Se debe calcular el numero de radiocanales necesarios (N), para dar servicio a Mmviles con un GoS determinado.

Problema inverso.Se debe calcular el numero de mviles (M) a los que se puede atender con Nradiocanales y un GoS determinado.

Debe tenerse en cuenta que el dimensionamiento se hace para los canales de trafico, por locual deber ser aadido el canal de control

Numero de mviles. rea de cobertura. Tecnologa usada. Normas.Entre otros.

Orografa. Disponibilidad de frecuencias.Presupuesto. Trafico. Interferencias.


Otras variables importantes en los clculos realizados durante el dimensionamiento son:

La separacin entre canales

El numero de canales disponibles:

Si un clster tiene J celdas, el numero de canales estar dado por:

Recordemos que el trafico ofrecido esta determinado por:

Pero, teniendo en cuenta el canal destinado a control o sealizacin:

En ausencia de mediciones, el trafico de un mvil es 25 mE, segn recomendacin de la ITU, pero puede ser calculado con la siguiente expresin:

El rea de cobertura, se puede calcular con la expresin:


La superficie de un clster, esta dada por:

El numero de clusters en el sistema, estn dados por la expresin:

El numero total de canales en la zona de cobertura, se determinan mediante:

El numero total de mviles del sistema, esta dado por la expresin:

Donde m = # mviles por celda.

A. Comunicaciones Celulares

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