Canales Moviles

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    Esquema general de un sistema de comunicaciones digitales

    Se muestran las diferentes funciones que se llevan a cabo en un sistema de comunicaciones digitales. Todos estos bloques realizan una tarea comn: una transformacin, es decir lo que se tiene a la salida de cada uno es la entrada transformada por medio de la aplicacin de una transformacin muy especfica de cada bloque; en realidad cada transformacin es una etapa de procesamiento de seal.

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    FormatoLas fuentes de informacin pueden ser muy variadas y de naturaleza distinta; por ejemplo la fuente puede ser la voz humana en cuyo caso es una fuente analgica; o los datos pueden originarse en una computadora, con lo cual tenemos una fuente digital. En cualquier caso, la informacin proveniente de la fuente debe transformarse en smbolos que representen al mensaje, a fin de que sea entendida por las etapas posteriores de la cadena de transmisin del sistema. La etapa de Format se encarga justamente de realizar dicha transformacin.

    Por ejemplo, si la fuente de seal es analgica, entonces la etapa de FORMAT se encarga de realizar el procedimiento de conversin analgico-digital que incluye muestreo, retencin y cuantificacin, para luego codificarse de acuerdo a un alfabeto particular del sistema. La codificacin consiste en asignar una serie de dgitos binarios a cada una de las muestras tomadas de la seal analgica

    Si la fuente es una PC, por ejemplo, y los datos son de tipo texto entonces se pasa directamente a la codificacin donde cada carcter del texto se convierte a dgitos binarios de acuerdo a un alfabeto especfico para este caso, por ejemplo: ASCII, EBCDIC, Baudot, etc.

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    Codificacin de FuenteEste proceso se refiere bsicamente a realizar una descripcin eficiente de la fuente de informacin y a crear una representacin fiel de la fuente de informacin con la menor tasa de bits posible al tiempo que demanda un uso eficiente de la memoria del sistema. Una etapa importante en la codificacin de fuente es la compresin de la cantidad de bits a fin de tener a su salida una menor cantidad de bits con relacin a la entrada. La compresin es un proceso complejo que involucra diversas etapas con diferentes procedimientos.

    Por ejemplo, los CODECs que se utilizan para convertir a digital las seales de voz y de video, son ejemplo de procesos de codificacin de fuente. Los CODECs de voz G.711 (usado en telefona PSTN), G.729, AMR 12.2 Kbps (CODEC usado en GSM) son casos concretos basados en algoritmos de compresin de fuente, en ese caso la voz. De igual manera los estndares de MPEG (Motion Picture Express Group) definen una serie de algoritmos para codificar y comprimir imgenes en movimiento y el audio asociado.

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    Cifrado de la informacinEn general los mecanismos de seguridad pretenden proteger la informacin contra intrusos. Existen dos procesos bsicos en cuanto a la seguridad de la informacin: el Cifrado y proteccin de la integridad.El cifrado es un proceso que tiene como objetivo evitar que terceros que tengan acceso a la informacin puedan descifrarla mientras la misma es transportada a travs del canal de comunicacin. El cifrado cobra mucha importancia en comunicaciones mviles en particular, y en general en comunicaciones inalmbricas, donde las ondas electromagnticas pueden ser captadas fcilmente por terceros. El cifrado consiste en el uso de claves secretas para esconder la informacin que se enva sobre el canal; dichas claves son generadas a partir de nmeros primos difciles de obtener a travs de algoritmos computacionales. Aunque el algoritmo de cifrado es conocido, lasclaves no lo son.La proteccin de la integridad permite determinar si la informacin fue alterada en el canal, bien sea porque se modific o porque se agregotra informacin.

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    Codificacin de Canal en WiMAxLa codificacin de canal pretende darle robustez a la seal de manera que los efectos de las imperfecciones del canal sean mnimos; entre estas imperfecciones tenemos: ruido, desvanecimiento e interferencia. La codificacin de canal contribuye a mejorar la calidad de la seal mejorando as el desempeo general del sistema. Por ejemplo, en el estndar IEEE 802.16 2009, sobre el cual est basado WiMAX, la codificacin de canal incluye varias etapas, como se muestra en la Fig. 1.3. La codificacin de canal se realiza en la capa fsica, y tiene como entrada el flujo de bits definidos en la capa de enlace.

    Sin embargo, es bueno aclarar que el trmino codificacin de canal o ChannelCoding, no siempre se usa para describir los mismos procesos. Por ejemplo, en el estndar de LTE ETSI TS 136 212 V8.6.0 (2009-04), Channel Coding se refiere slo a los mtodos usados para FEC, y de manera separada se incluye el Interleaver y la modulacin.En los sistemas de comunicaciones mviles existe un esquema de codificacin de canal para el canal de bajada o DL, y otro para el de subida o UL.Independientemente de su significado todos los sistemas digitales modernos incluyen de una manera u otra los bloques descritos en la Fig. 1.3. A continuacin se describen los bloques funcionales que forman parte de la codificacin de canal.

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    Aleatorizador

    La funcin del aleatorizador es romper con estas grandes cadenas de 1 y de 0, esto se logra a travs de un generador de secuencias seudoaleatorias cuya salida se aplica, por ejemplo a los datos de usuarios a ser transmitidos, tal comos e muestra en la Fig. 1.4 para WiMAX. El estndar indica cual es el valor inicial con el cual se carga el aleatorizador.

    los datos a ser transmitidos se mezclan con aquellos provenientes del generador de secuencias seudo aleatorias a travs de un XOR. En el receptor se lleva a cabo el proceso contrario.

    Los sistemas digitales necesitan tener una referencia de tiempo o de reloj, esta informacin se puede obtener a partir de las transiciones de la seal recibida. Por lo tanto, es deseable que la seal que se enva tenga la mayor cantidad posible de transiciones; sin embargo, pueden aparecer en el flujo bits grandes cadenas de 1 o de 0, que contribuyen a dificultar la extraccin de la seal de reloj.

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    FECFOWARD ERROR CORRECTION

    El FEC es un codificador cuyo objetivo principal es agregar una cantidad de bits adicionales a los bits de entrada en transmisin, estos bits adicionales crean cierta redundancia que permite corregir una determinada cantidad de errores en el receptor. De esta forma se protege la seal contra los errores que pudiera introducir el canal, pero al mismo tiempo se hace un uso menos eficiente del mismo, ya que se agregan los bits adicionales pero de manera efectiva se transmite la misma informacin til. Si embargo, es bueno a clarar que la ineficiencia del canal es relativa ya que si no existiera el FEC las tramas con errores no se pudieran corregir y por tanto hay que pedir retransmisin de las mismas; al final siempre hay una ganancia debido al uso del FEC.

    Se han desarrollado diversos algoritmos para codificacin FEC, entre los cuales podemos mencionar Cdigos Convolucionales, Reed-Solomon (RS), Cdigos Turbo, Bose-Chadhuri-Hocquenghem (BCH), Hamming, etc.

    ETSI TS 136 212 V8.6.0, Rate 1/3

    LTE usa Cdigos Convolucionales y Cdigos Turbo, al igual que WiMAX es una capa fsica OFDMA, las tasas de codificacin en cada caso varan en funcin de la modulacin y tambin si se trata de sealizacin o datos de usuarios.Dado que en mviles existe dos grupos importantes de canales, los de control ylos de datos, cada grupo puede usar tasas de codificacin diferentes.En el receptor, una vez demodulados y decodificado los bits entran al decodificador de canal a fin de corregi rposibles errores, si es el caso. El decodificador est disenado para corregir una cantidad limitada de errores, la cual depende de que tanta redundancia se incorpora en el transmisor.

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