Tecnología GSM.

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TECNOLOGÍA GSM.

Autores:

Enric Forner Clavijo.Carlos Torrent Cuevas.Rubén Martí Mateu.Francisco Cordobés Gil.Pablo Martínez Dimingo.

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Índice.

1. Introducción.

1.1. Introducción a los sistemas de comunicaciones móviles.

1.2. Topología de un sistema celular.

1.3. Interferencias y Capacidad del Sistema

1.3.1. Interferencia co-canal y Capacidad del Sistema.

1.3.2. Interferencia entre canales adyacentes.

1.3.3. Control de Potencia para reducir las Interferencias

1.4. Tipos de sistemas celulares e impacto en el mercado.

2. GSM.

2.1. Inicios.

2.2. Componentes de GSM.

2.3. Enrutamiento de llamadas.

2.4. Actualización de ubicación.

2.5. GSM 900/DCS 1800: Cimientos de PCS 1900 (TDMA).

2.6. Interfaces GSM.

3. La interfaz de Radio

3.1. Introducción

3.2. Acceso a Sistemas Truncados.

3.2.1. Acceso Múltiple por División en Frecuencia (FDMA).

3.2.2. Acceso Múltiple por División en el Tiempo (TDMA).

3.2.3. Acceso Múltiple por división del Espacio (SDMA).

3.2.4. Acceso Múltiple por División de Código (CDMA).

3.2.5. Acceso Múltiple por Saltos de Frecuencia (FHMA).

3.2.6. Operaciones Dúplex.

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3.2.6.1.Dúplex por división en Frecuencia (FDD).

3.2.6.2. Dúplex por División en el Tiempo (TDD).

3.3. El Canal de Radio.

3.3.1. Características del Canal de Radio.

3.3.2. Condiciones Estáticas.

3.3.3. Condiciones Dinámicas.

3.4. Frecuencias y Canales Lógicos.

3.4.1. Canales de Tráfico.

3.4.2. Canales de Control.

3.4.2.1. Canales "Broadcast" (BCH).

3.4.2.2. Canales de Control Comunes (CCCH).

3.4.2.3. Canales de Control Dedicados (DCCH).

3.5. Estructura de las tramas en GSM.

3.6. Ejemplo de una llamada GSM.

4. Procesado de Señal en GSM.

4.1. Introducción.

4.2. Codificación de la fuente.

4.2.1. Requisitos para la codificación de la voz en GSM.

4.2.2. Funcionamiento de la codificación - descodificación de la voz.

4.2.3. Codificación por Predicción Lineal (LPC) y Análisis por Excitación dePulsos Regulares (RPE).

4.2.4.Análisis por Predicción de Periodo Largo (LTP).

4.2.5. Transmisión Discontinua.

4.3.Codificación del Canal. Detección de Errores.

4.3.1. Introducción a la codificación del canal.

4.3.1.1. Chequeo de Redundancia Cíclica (CRC).

4.3.1.2.Códigos Convolucionales.

4.3.1.3 Entrelazado ("Interleaving").

4.4. Modulación Digital en GSM.

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4.4.1. Modulación MSK ("Minimum Shift Keying").

4.4.2. Modulación GMSK ("Gaussian Minimum Shift Keying").

5. SMS.

5.1. Definición.

5.2. Características.

5.3. Evolución.

5.4. Elementos de red y Arquitectura.

5.5. Operaciones para el envío de SMSs.

5.6. Elementos de Servicio.

5.7. Pasos para el envío. 5.8. Pasos para la recepción.

5.9. Principales aplicaciones.

5.9.1. Aplicaciones Corporativas.

5.10. Clases de mensajes cortos.

5.11. Aplicacion SIM Toolkit.

5.12. Cell broadcast o mensajes de difusión.

5.13. USSD (Unstructured Supplementary Services Data). 6. Glosario de acrónimos. 7. Bibliografía.

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1. Introducción.

1.1. Introducción a los sistemas de comunicaciones móviles.

El propósito de un sistema de comunicaciones móvil es, como su nombre indica, prestarservicios de telecomunicaciones entre estaciones móviles y estaciones terrenas fijas, o entre dosestaciones móviles.

Existen dos formas de comunicaciones móviles: inalámbrica y celular.

- Comunicación inalámbrica: El radio de acción de esta tecnología es muy limitado.De hecho los equipos móviles y los de transmisión-recepción deben estar situadosen zonas geográficas muy cercanas, como por ejemplo, dentro de un mismoedificio.

- Comunicación celular: Tiene una red totalmente definida que incluye protocolospara establecer y despejar llamadas así como rastrear las unidades móviles dentro deáreas geográficas definidas llamadas células, que dan nombre a la tecnología. Dadoque los sistemas celulares operan con una potencia más alta que los inalámbricos, elradio de acción de los primeros es mucho más extenso, siendo el tamaño de lascélulas del orden de kilómetros.

1.2. Topología de un sistema celular.

Los componentes principales de un sistema celular son:- El centro de conmutación móvil ( MSC, Mobile Switching Center), que es el

centro de control de los sistemas celulares; se encarga de conmutar las llamadas alas células, proporcionar respaldo, conectarse con las redes telefónicas, monitorizarel tráfico para fines de cobro, realizar pruebas y diagnósticos, y realizar labores deadministración de la red en general.

- Las células, que son las distintas áreas geográficas en las que se divide el área totalque pretende cubrir el sistema.

- La unidad móvil, que es el transmisor-receptor móvil, casi siempre situado en unautomóvil, camión, embarcación, etc., y que contiene un módem capaz de cambiarde frecuencia que le permite sincronizarse con una frecuencia dada, designada porel MSC:

- La estación de transmisión-recepción base (BTS, Base Transceiver Station).Existe una por cada célula y junto a ésta es la interfaz entre la unidad móvil y elMSC.

Figura 1. Topología representativa de un sistema celular.

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En áreas urbanas muy pobladas, el volumen tan alto de tráfico local puede agotar loscanales de radio disponibles. No obstante, es posible aumentar hasta cierto punto la capacidaddel sistema reduciendo continuamente el tamaño de las células y la potencia transmitida de lasestaciones base. La reducción en el radio de las células permite reutilizar las bandas disponiblesen células no contiguas. La estrategia permite al proveedor de portadora celular reducir yaumentar el tamaño de las células para dar cabida al crecimiento o a la reducción de laspoblaciones de esta base de suscriptores móviles.

Figura 2. División de células.

Debe hacerse hincapié en que la partición de células requiere un diseño cuidadoso duranteel establecimiento inicial del sistema, a fin de minimizar la cantidad de ajustes que es precisohacer al sistema. Además, si las células son pequeñas se requieren transferencias de control másfrecuentes (cuando la unidad móvil pasa de una célula a otra), lo que aumenta el gasto extra dela red.

Figura 3. Ejemplo de reutilización de frecuencias.

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1.3. Interferencias y Capacidad del Sistema

La interferencia es el principal factor que limita el desarrollo de los sistemas celulares. Lasfuentes de interferencias incluyen a otras estaciones móviles dentro de la misma celda, ocualquier sistema no celular que de forma inadvertida introduce energía dentro de la banda defrecuencia del sistema celular. Las interferencias en los canales de voz causan el "cross-talk",consistente en que el abonado escucha interferencias de fondo debidas a una transmisión nodeseada. Sobre los canales de control, las interferencias conducen a llamadas perdidas obloqueadas debido a errores en la señalización digital. Las interferencias son más fuertes en lasáreas urbanas, debido al mayor ruido de radio frecuencia y al gran número de estaciones base ymóviles. Las interferencias son las responsables de formar un cuello de botella en la capacidad yde la mayoría de las llamadas entrecortadas. Los dos tipos principales de interferenciasgeneradas por sistemas son las interferencias co-canal y las interferencias entre canalesadyacentes. Aunque las señales de interferencia se generan frecuentemente dentro del sistemacelular, son difíciles de controlar en la práctica (debido a los efectos de propagación aleatoria).Pero las interferencias más difíciles de controlar son las debidas a otros usuarios de fuera de labanda (de otros sistemas celulares, por ejemplo), que llegan sin avisar debido a los productos deintermodulación intermitentes o a sobrecarcas del terminal de otro abonado. En la práctica, lostransmisores de portadoras de sistemas celulares de la competencia, son frecuentemente unafuente significativa de interferencias de fuera de banda, dado que la competenciafrecuentemente coloca sus estaciones base cerca, para proporcionar una cobertura comparable asus abonados.

1.3.1. Interferencia co-canal y Capacidad del Sistema.

La reutilización de frecuencias implica que en un área de cobertura dada haya varias celdasque usen el mismo conjunto de frecuencias. Estas celdas son llamadas celdas co-canales, y lainterferencia entre las señales de estas celdas se le llama interferencia co-canal. Al contrario queel ruido térmico, que se puede superar incrementando la relación señal ruido ("Signal to NoiseRatio" ó SNR), la interferencia co-canal no se puede combatir simplemente incrementando lapotencia de portadora de un transmisor. Esto es debido a que un incremento en la potencia deportadora de transmisión de una celda, incrementa la interferencia hacia las celdas co-canalesvecinas. Para reducir la interferencia co-canal las celdas co-canales deben estar físicamenteseparadas por una distancia mínima que proporcione el suficiente aislamiento debido a laspérdidas en la propagación.

En un sistema celular, cuando el tamaño de cada celda es aproximadamente el mismo, lainterferencia co-canal es aproximadamente independiente de la potencia de transmisión y seconvierte en una función del radio de la celda (R), y de la distancia al centro de la celda co-canalmás próxima (D). Incrementando la relación D/R, se incrementa la separación entre celdas co-canales relativa a la distancia de cobertura. El parámetro Q, llamado factor de reutilización co-canal, está relacionado con el tamaño del cluster N. Para una geometría hexagonal sería

Un valor pequeño de Q proporciona una mayor capacidad dado que el tamaño del cluster Nes pequeño, mientras que un valor de Q grande mejora la calidad de la transmisión, debido a quees menor la interferencia co-canal. Se debe llegar a un compromiso entre estos dos objetivos a lahora del diseño.

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1.3.2. Interferencia entre canales adyacentes.

Entran en este apartado las interferencias procedentes de señales que son adyacentes enfrecuencia a la señal deseada. Estas interferencias están producidas por la imperfección de losfiltros en los receptores que permiten a las frecuencias cercanas colarse dentro de la bandapasante. El problema puede ser particularmente serio si un usuario de un canal adyacente estátransmitiendo en un rango muy próximo al receptor de un abonado, mientras que el receptor estáintentando recibir una estación base sobre el canal deseado. A esto se le suele llamar efecto"nearfar", donde un transmisor cercano (que puede ser o no del mismo tipo que el usado en elsistema celular) captura al receptor del abonado. Otra forma de reducir el mismo efecto escuando un móvil cercano a una estación base transmite sobre un canal cercano a otro que estáusando un móvil débil. La estación base puede tener dificultad para discriminar al usuario móvildeseado del otro debido a la proximidad entre los canales.

Este tipo de interferencias se pueden minimizar filtrando cuidadosamente, y con unacorrecta asignación de frecuencias. Dado que cada celda maneja sólo un conjunto del total decanales, los canales a asignar en cada celda no deben estar próximos en frecuencias.

1.3.3. Control de Potencia para reducir las Interferencias

En los sistemas celulares de radio, los niveles de potencia transmitida por cada unidad delos abonados, están bajo un control constante por las estaciones base servidoras. Esto se hacepara asegurar que cada móvil transmite la potencia más baja necesaria y así reducir lasinterferencias entre canales.

1.4. Tipos de sistemas celulares e impacto en el mercado.

Tabla 1.1. Resumen de sistemas celulares.

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Estos sistemas son incompatibles entre sí, lo cual dio lugar a plantearse la implantación deun sistema celular a nivel mundial. He aquí la razón de ser del modelo GSM.

2. GSM.

2.1. Inicios.

Los primeros trabajos con GSM los inició en 1982 un grupo dentro del Instituto Europeode Normas de Comunicaciones (ETSI, European Telecommunications Standards Institute).Originalmente, este organismo se llamaba Groupe Sociale Mobile, lo que dio pie al acrónimoGSM.

El objetivo de este proyecto era poner fin a la incompatibilidad de sistemas en el área delas comunicaciones móviles y crear una estructura de sistemas de comunicaciones a niveleuropeo.

GSM se diseño para incluir una amplia variedad de servicios que incluyen transmisiones devoz y servicios de manejo de mensajes entre unidades móviles o cualquier otra unidad portátil.

2.2. Componentes de GSM.

Los componentes principales GSM son:

- El centro de conmutación móvil ( MSC, Mobile Switching Center), es elcorazón de todo sistema GSM y se encarga de establecer, gestionar y despejarconexiones, así como de enrutar las llamadas a la célula correcta. El MSCproporciona la interfaz con el sistema telefónico y presta servicios de determinaciónde cargos y contabilidad.

- La célula, cuyo tamaño es de aproximadamente 35 km.

- La unidad móvil (MS, Mobile Station).

- El controlador de estaciones base (BSC, Base Station Controller). Es unelemento nuevo introducido por GSM. Se encarga de las operaciones detransferencia de control de las llamadas y también de controlar las señales depotencia entre las BTS y las MS, con lo cual releva al centro de conmutación devarias tareas.

- La estación de transmisión-recepción base (BTS, Base Transceiver Station).Establece la interfaz a la unidad móvil. Está bajo el control del BSC.

- La HLR (Home Location Register) es una base de datos que proporcionainformación sobre el usuario, su base de suscripción de origen y los serviciossuplementarios que se le proveen.

- El VLR (Visitor Location Register) es también una base de datos que contieneinformación sobre la situación de encendido/apagado de las estaciones móviles y sise han activado o desactivado cualesquiera de los servicios suplementarios.

- El centro de validación (AC o AUC, Authentication Center) que sirve paraproteger a cada suscriptor contra un acceso no autorizado o contra el uso de unnúmero de suscripción por personas no autorizadas; opera en relación estrecha conel HLR.

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- El registro de identidad del equipo (EIR, Equipment Identity Register) quesirve para registrar el tipo de equipo que existe en la estación móvil y tambiénpuede desempeñar funciones de seguridad como bloqueo de llamadas que se hadeterminado que emanan de estaciones móviles robadas, así como evitar que ciertasestaciones que no han sido aprobadas por el proveedor de la res usen ésta.

Figura 4. Esquema de componentes GSM.

2.3. Enrutamiento de llamadas.

En la figura 5 se muestra un ejemplo de enrutamiento de llamadas GSM. En el paso 1, unusuario de teléfono llama a la unidad móvil a través de la red telefónica pública. La llamada seenruta a un MSC de puerta (paso 2), el cual examina los dígitos marcados y determina que nopuede enrutar la llamada más lejos; por tanto, en el paso 3, interroga el registro de ubicación deorigen (HLR) del usuario llamado a través del SS7 TCAP (transation capabilities applicationpart). El HLR interroga el registro de ubicación de visitante (VLR) que actualmente está dandoservicio al usuario (paso 4). En el paso 5, el VLR devuelve un número de enrutamiento al HLR,que lo devuelve al MSC de puerta. Con base en este número de enrutamiento, el MSC de puertaenruta la llamada al MSC terminal (paso 6). El MSC terminal consulta entonces el VLR paracomparar la llamada entrante con la identidad del suscriptor receptor (pasos 7 y 8). En el paso 9,la BSS recibe una solicitud de notificación del MSC terminal y envía una señal de notificación.Cuando la señal de usuario regresa, la llamada se completa (paso 10).

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Figura 5. Ejemplo de gestión de llamadas GSM.

2.4. Actualización de ubicación.

La figura 6 muestra un ejemplo de cómo un suscriptor puede vagar de una célula a otra yde cómo el sistema sigue la posta de dicho suscriptor. Cuando una estación móvil cruza unafrontera de una célula, la unidad móvil envía automáticamente su solicitud de actualización deubicación (que también contiene su identificación) a la BSS. El mensaje se enruta al MSC de lanueva célula, que examina su VLR (VLR nueva en la figura 6). Si la VLR nueva no tieneinformación acerca de la identidad del mensaje para este usuario (porque el usuario llegó hacepoco a esta área), envía un mensaje de solicitud de actualización de ubicación al registro deubicación de origen del usuario (suceso 2). Este mensaje incluya la identidad del usuario asícomo la identidad del VLR que está enviando el mensaje. En el suceso 3, el HLR almacena lanueva ubicación que está enviando el mensaje. En el suceso 3, el HLR almacena la nuevaubicación del suscriptor como VLR nuevo y luego carga línea abajo la base de datos desuscripción del usuario en el nuevo VLR. Al recibir esta información, el nuevo VLR envía elacuse de recibo de la actualización de ubicación a través del nuevo MSC a la BSS y de vuelta alusuario móvil originador (suceso 4). Por último, en el suceso 5, el HLR envía un mensaje decancelación de ubicación al VLR viejo para borrar los datos del suscriptor de su base de datos.

Importante, sólo un VLR a la vez debe conocer al suscriptor móvil. En este ejemplo,cuando el suscriptor se ha movido a otra área (otra célula), ha sido necesario actualizar el VLR.

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Figura 6. Actualización de ubicación.

Es evidente que el HLR es el maestro de las bases de datos de suscriptores y por tantocoordina los cambios a los VLR y MSC conforme el suscriptor se mueve de una célula a otra.

2.5. GSM 900/DCS 1800: Cimientos de PCS 1900 (TDMA).

En Norteamérica, varios proveedores de servicios han escogido al PCS 1900 de accesomúltiple por división en el tiempo (TDMA, Time Division Multiple Acces) como tecnología desegunda generación para las redes móviles-inalámbricas. PCS 1900 (TDMA) es muy similar aGSM 900/DCS 1800, y utiliza el mismo protocolo Um; opera en el espectro de 1900 MHz.

Estos sistemas móviles-inalámbricos de segunda generación emplean técnicas similarespara establecer los canales físicos y lógicos en la interfaz de radio. Las diferencias principalesson las frecuencias que se usa para los canales físicos, que se muestran en la tabla de la parteinferior de la figura 7. Los canales lógicos (las slots de tiempo) son muy similares y seclasifican como canales de tráfico (TCH) o canales de control (CCH). Los canales físicos sedesignan con n, donde n es el ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number, númeroabsoluto de canal radiofrecuencia).

El sistema GSM 900 emplea dos bandas de 25 MHz para el enlace ascendente y el enlacedescendente. Dentro de ese espectro se asignan canales de 200 KHz. El enlace ascendente y eldescendente están separados por un espaciado de 45 MHz. El ARFCN varía entre q y 124. Laasignación de los canales de 100 KHz varía y depende de los patrones de tráfico y del tamaño decélula del sistema.

El sistema DCS 1800 usa dos bandas de 75 MHz para el enlace ascendente y eldescendente. Al igual que en GSM 900, se asignan canales de 200 KHz dentro de esas bandas.El enlace ascendente y el descendente están separados por un espaciado de 95 MHz. El ARFCNvaría entre 512 y 885.

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En PCS 1900 (TDMA), el sistema usa dos bandas de 60 MHz para el enlace ascendente yel enlace descendente. Al igual que los otros sistemas, PCS 1900 usa canales de 200 KHz con elenlace ascendente y el descendente separados por un espaciado de 80 MHz.

Figura 7. Comparación de los canales de GSM 900, DCS 1800 y PCS 1900.

Como se muestra en la parte inferior de la figura 7, los canales lógicos están numerados del1-124, 512-885 y 512-810 para GSM 900, DCS 1800 y PCS 1900 respectivamente. Los valoresde AFRCN se basan en las bandas de frecuencia derivadas de la sencilla fórmula que se muestraen la figura.

2.6. Interfaces GSM.Figura 8. Las interfaces GSM.

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GSM se diseñó de modo que permitiera la división en particiones funcionales. Dichasparticiones tienen sus fronteras en las diferentes interfaces que la componen. Estas son lassiguientes:

- La interfaz A. Un lado de la interfaz se ocupa de las operaciones de MSC, HLR yVLR, y el otro lado de ella se encarga de las operaciones de BSC y de radio.

- Una segunda interfaz llamada Abis, defines las operaciones entre el BSC y la BTS;se basa en un enlace de transmisión PCM-30 de 2 Mbit/s y LAPD.

- La interfaz de aplicación móvil, MAP (Mobile Application Part) define lasoperaciones entre el MSC y la red telefónica, así como el MSC, el HLR, el VLR yel EIR. MAP se implementa encima de SS7.

- La interfaz de radio Um, a la cual dedicamos un completo apartado debido a sutranscendental importancia.

3. La interfaz de Radio

3.1. Introducción

Un canal de radio es un medio extraordinariamente hostil para establecer y mantenercomunicaciones fiables. Todos los esquemas y mecanismos que usamos para hacer posible lacomunicación en el canal de radio, se agrupan en los procedimientos de la interfaz de radio. Eneste apartado vamos a interesarnos en todos los procesos que se llevan a cabo en la interfaz deradio, y que son la base de este trabajo.

3.2. Acceso a Sistemas Truncados.

Si el número de canales disponibles para todos los usuarios de un sistema de radio esmenor que el número de posibles usuarios, entonces a ese sistema se le llama sistema de radiotruncado. El truncamiento es el proceso por el cual los usuarios participan de un determinadonúmero de canales de forma ordenada. Los canales compartidos funcionan debido a quepodemos estar seguros que la probabilidad de que todo el mundo quiera un canal al mismotiempo es muy baja. Un sistema de telefonía celular como GSM es un sistema de radiotruncado, porque hay menos canales que abonados que posiblemente quieran usar el sistema almismo tiempo. El acceso se garantiza dividiendo el sistema en uno o más de sus dominios:frecuencia, tiempo, espacio o codificación.

3.2.1. Acceso Múltiple por División en Frecuencia (FDMA).

FDMA ("Frecuency Division Multiple Access") es la manera más común de accesotruncado. Con FDMA, se asigna a los usuarios un canal de un conjunto limitado de canalesordenados en el dominio de la frecuencia. Cuando hay más usuarios que el suministro decanales de frecuencia puede soportar, se bloquea el acceso de los usuarios al sistema. Cuantasmás frecuencias se disponen, hay más usuarios, y esto significa que tiene que pasar másseñalización a través del canal de control. Los sistemas muy grandes FDMA frecuentementetienen más de un canal de control para manejar todas las tareas de control de acceso. Unacaracterística importante de los sistemas FDMA es que una vez que se asigna una frecuencia aun usuario, ésta es usada exclusivamente por ese usuario hasta que éste no necesite el recurso.

3.2.2. Acceso Múltiple por División en el Tiempo (TDMA).

TDMA ("Time Division Multiple Access") es común en los sistemas de telefonía fija. Lasúltimas tecnologías en los sistemas de radio son la codificación de la voz y la compresión dedatos, que eliminan redundancia y periodos de silencio y decrementan el tiempo necesario enrepresentar un periodo de voz. Los usuarios acceden a un canal de acuerdo con un esquema

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temporal. Aunque no hay ningún requerimiento técnico para ello, los sistemas celulares, queemplean técnicas TDMA, siempre usan TDMA sobre una estructura FDMA. Un sistema puroTDMA tendría sólo una frecuencia de operación, y no sería un sistema útil.

En los sistemas modernos celulares y digitales, TDMA implica el uso de técnicas decompresión de voz digitales, que permite a múltiples usuarios compartir un canal comúnutilizando un orden temporal. La codificación de voz moderna, reduce mucho el tiempo que selleva en transmitir mensajes de voz, eliminando la mayoría de la redundancia y periodos desilencio en las comunicaciones de voz. Otros usuarios pueden compartir el mismo canal durantelos periodos en que éste no se utiliza. Los usuarios comparten un canal físico en un sistemaTDMA, donde están asignados unos slots de tiempo. A todos los usuarios que comparten lamisma frecuencia se les asigna un slot de tiempo, que se repite dentro de un grupo de slots quese llama trama. Un slot GSM es de 577 µs y cada usuario tiene uso del canal (mediante su slot)cada 4.615 ms (577 µs * 8 = 4.615 ms), ya que en GSM tenemos 8 slots de tiempo.

En GSM existen ciento veinticuatro pares de canales que operan en forma full dúplexasignando al enlace ascendente y al descendente diferentes frecuencias portadoras. En elejemplo siguiente, un canal se asigna a la portadora de 935.2MHz y otro canal se asigna a laportadora de 890.2 MHz. De ahí en adelante, estos canales multiplexados por división en lafrecuencia se multiplexan por división en el tiempo. Como ya hemos dicho, los slots TDMA seasignan con ocho slots por trama. En estos slots operan bits de información y de control. Cadaslot individual comprende 156.25 bits. Sin embargo, el usuario sólo recibe 114 bits de este slot;el resto se usa para sincronización y otras funciones de control.

Figura 9. La interfaz Um.

Obsérvese que los canales de enlace ascendente y de enlace descendente tienen la mismaestructura. Además, las portadoras se dividen en 124 pares de canales con un espaciado de 200KHz para evitar interferencias entre canales. De todos modos, estos conceptos se estudiarán conmás detalle más adelante.

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3.2.3. Acceso Múltiple por división del Espacio (SDMA).

SDMA ("Space Division Multiple Access") se usa en todos los sistemas celulares,analógicos o digitales. Por tanto, los sistemas celulares se diferencian de otros sistemas de radiotruncados solamente porque emplean SDMA. Los sistemas de radio celulares, como ya vimosen la introducción a los sistemas celulares, permiten el acceso a un canal de radio, siendo éstereutilizado en otras celdas dentro del sistema.

3.2.4. Acceso Múltiple por División de Código (CDMA).

El acceso Múltiple por División de Código (CDMA, Code División Multiple Access) unparticipante relativamente nuevo en el mundo móvil-inalámbrico comercial. CDMA es muydiferente de TDMA. En primer lugar, CDMA usa un solo espectro de ancho de banda (norebanadas de ancho de banda) para todos los usuarios de la célula. CDMA transmite las señalesde todos los usuarios por el canal al mismo tiempo, lo que permite a las señales de los usuarios“interferir” unas con otras.

Al igual que en TDMA, la conversación analógica se codifica en señales digitales, pero, adiferencia de TDMA, a cada conversación se le asigna un código único (una “llave” para cadatransmisión individual). La señal codificada puede extraerse en el receptor empleando un códigocomplementario. Los códigos de los diferentes usuarios del canal se diseñan de modo que seantan distintos unos de otros como sea posible.

Cada señal de conversación se modula (“dispersa”) a lo ancho de toda una banda (p.ej., unabanda de 1.25 MHz). El respectivo receptor desmodula e interpreta la señal empleando elcódigo pertinente incorporado en la señal. La señal final sólo contiene la conversaciónpertinente. Cualquier otra señal (las señales codificadas de otros usuarios) se capta como ruido.

Muchas personas describen CDMA haciendo una analogía con el lenguaje. Por ejemplo,imaginemos que estamos sentados en una habitación donde varias personas están hablando unascon otras en diferentes idiomas. Nosotros, actuando como receptores, podemos distinguir ellenguaje o lenguajes que sabemos de los demás. Aunque todos los sonidos (señales) estánllegando a nuestros oídos, la capacidad que tenemos para eliminar por filtrado lasconversaciones superfluas es análoga a la de un receptor CDMA que examina los códigospertinentes de las señales y elimina por filtrado aquellos que no le atañen.

A continuación presentamos un ejemplo de CDMA. Empezamos con dos conjuntos deinformación binaria que son el dato A y el dato B.

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Figura 10. Ejemplo de CDMA.

Queremos transmitir ambas cadenas de datos juntas sobre un canal y separarlas en elreceptor, por lo que le hemos de dar a cada una un canal virtual. Para hacer esto, le damos acada cadena de datos, A y B, sumándole módulo 2 su propia llave: la llave A y la llave B. Ensus respectivos casos, obtenemos las señales A y B. Ahora miramos en el receptor (correlador) yvemos qué ocurre con las dos señales.

La composición de las dos señales aparece en el receptor llamada "Composición de laSeñal A+B". La forma de onda es simplemente la suma algebraica, bit a bit, de las señales A yB. Recuperamos el Dato A de las señal compuesta, en dos pasos. Primero, multiplicamos lasseñal compuesta por una copia de la llave correspondiente, en este caso por la llave A.Obtenemos la señal llamada (A+B)*Llave A. Segundo, integramos esta señal bit a bit,obteniendo la Salida del Integrador. Se comprueba el signo de la señal de salida del integradordespués de 6 bits (ya que por cada bit de datos, le introdujimos 6 bits de llave). El signo de laseñal nos da directamente el dato descodificado. Si el signo es negativo, el dato es un 0, y si espositivo, un 1. Con la señal B se operaría lo mismo excepto que deberíamos utilizar su llavecorrespondiente (Figura en página siguiente ).

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Figura 11. Recuperación de la señal B.

Tal y como hemos dicho, si intentáramos recuperar el dato con una llave incorrecta, seobtendría el resultado expuesto en la figura 12. En ella se aprecia que a la salida del integradorse obtiene una señal que tiene una media de cero voltios.

Figura 12. Recuperación de una señal utilizando una llave incorrecta.

3.2.5. Acceso Múltiple por Saltos de Frecuencia (FHMA).

FHMA es un sistema de acceso múltiple digital, en el cual, las frecuencias de lasportadoras de los usuarios individuales se varían de forma pseudoaleatoria dentro de un canal debanda ancha. Los datos digitales se dividen en ráfagas de tamaño uniforme que se transmitensobre diferentes portadoras.

3.2.6. Operaciones Dúplex.

Excepto en situaciones especiales, la información vía radio se mueve en modo dúplex, quesignifica que para cada transmisión en una dirección, se espera una respuesta, y entonces seresponde en la otra dirección. Hay dos formas principales de establecer canales decomunicaciones dúplex.

3.2.6.1.Dúplex por división en Frecuencia (FDD).

Debido a que es difícil y muy caro construir un sistema de radio que pueda transmitir yrecibir señales al mismo tiempo y por la misma frecuencia, es común definir un canal defrecuencia con dos frecuencias de operación separadas, una para el transmisor y otra para el

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receptor. Todo lo que se necesita es añadir filtros en los caminos del transmisor y del receptorque mantengan la energía del transmisor fuera de la entrada del receptor. Se podría usar unaantena común como un sistema de filtrado simple. Los sistemas de filtrado se llaman duplexoresy nos permiten usar el canal (par de frecuencias) en el modo full-duplex; es decir, el usuariopuede hablar y escuchar al mismo tiempo.

3.2.6.2. Dúplex por División en el Tiempo (TDD).

Muchos sistemas de radio móviles, como los sistemas de seguridad públicos, no requierenla operación full-dúplex. En estos sistemas se puede transmitir y recibir en la misma frecuenciapero no en el mismo tiempo. Esta clase de dúplex se llama half-dúplex, y es necesario que unusuario de una indicación de que ha terminado de hablar, y está preparado para recibir respuestade otro usuario.

3.3. El Canal de Radio.

3.3.1. Características del Canal de Radio.

El espectro de radio es un recurso muy valioso pero fijo. Por ello, los diseñadores desistemas deben basar su estudio en mandar la información en el segmento más estrecho que sepueda del espectro asignado. Hay dos fuentes de problemas dentro del canal: el ruido y lasinterferencias entre los distintos canales.

3.3.2. Condiciones Estáticas.

Primero, vamos a considerar el caso en que ni el móvil se está moviendo, ni hay nada másmoviéndose cerca. El canal es, en este caso inusual, un canal con ruido blanco gausiano yaditivo (AGWN). Todos los datos además, están sujetos al efecto multitrayecto, zonas consombras y retardos que pueden ser de incluso varios microsegundos. La ecualización del canalmediante filtros adaptativos se usa para eliminar la interferencia intersimbólica a velocidadesaltas. Finalmente, el receptor local genera su propio ruido.

3.3.3. Condiciones Dinámicas.

Si suponemos que el móvil se mueve (como es evidente), añadimos los efectos de lapropagación terrestre, que está dominada por la influencia más destructiva de todas: losdesvanecimientos Rayleigh. Dado que las ondas de radio pueden seguir una variedad decaminos hasta el receptor móvil, pueden ocurrir cambios de fase, que son dependientes de lafrecuencia. Este tipo de desvanecimientos ocurren con una distribución estadística llamadadistribución Rayleigh.

3.4. Frecuencias y Canales Lógicos.

GSM utiliza dos bandas de 25 MHz para transmitir y para recibir (FDD). La banda de 890-915 MHz se usa para las transmisiones desde la MS hasta el BTS ("uplink") y la banda de 935-960 MHz se usa para las transmisiones entre el BTS y la MS ("downlink"). GSM usa FDD yuna combinación de TDMA y FHMA para proporcionar a las estaciones base y a los usuariosun acceso múltiple. Las bandas de frecuencias superiores e inferiores se dividen en canales de200 KHz llamados ARFCN ("Absolute Radio Frequency Channel Number" ó Números deCanales de Radio Frecuencia Absolutos). El ARFCN denota un par de canales "uplink" y"downlink" separados por 45 MHz y cada canal es compartido en el tiempo por hasta 8 usuariosusando TDMA.

Cada uno de los 8 usuarios usan el mismo ARFCN y ocupan un único slot de tiempo (TS)por trama. Las transmisiones de radio se hacen a una velocidad de 270.83 kbps usandomodulación digital binaria GMSK ("Gaussian Minimum Shift Keying") con BT=0.3. El BT esel producto del ancho de banda del filtro por el periodo de bit de transmisión. Por lo tanto, la

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duración de un bit es de 3.692 ms, y la velocidad efectiva de transmisión de cada usuario es de33.85 kbps (270.83 kbps/8 usuarios). Con el estándar GSM, los datos se envían actualmente auna velocidad máxima de 24.7 kbps. Cada TS tiene un tamaño equivalente en un canal de radiode 156.25 bits, y una duración de 576.92 µs como se muestra en la figura 13 y una tramaTDMA simple en GSM dura 4.615 ms. El número de total de canales disponibles dentro de los25 MHz de banda es de 125 (asumiendo que no hay ninguna banda de guarda). Dado que cadacanal de radio está formado por 8 slots de tiempo, hacen un total de 1000 canales de tráfico enGSM. En implementaciones prácticas, se proporciona una banda de guarda de la parte más altay más baja de espectro de GSM, y disponemos tan solo de 124 canales. La combinación de unnúmero de TS y un ARFCN constituyen un canal físico tanto para el "uplink" como para el"downlink". Cada canal físico en un sistema GSM se puede proyectar en diferentes canaleslógicos en diferentes tiempos. Es decir, cada slot de tiempo específico o trama debe estardedicado a manipular el tráfico de datos (voz, facsímil o teletexto), o a señalizar datos (desde elMSC, la estación base o la MS). Las especificaciones GSM definen una gran variedad decanales lógicos que pueden ser usados para enlazar la capa física con la capa de datos dentro delas capas de la red GSM. Estos canales lógicos transmiten eficientemente los datos de usuario, aparte de proporcionar el control de la red en cada ARFCN. GSM proporciona asignacionesexplícitas de los slots de tiempo de las tramas para los diferentes canales lógicos.

Figura 13. Una trama de voz y la estructura multitrama.

Los canales lógicos se pueden separar en dos categorías principalmente:

- Los Canales de Tráfico (TCH).

- Los Canales de Control.

Los TCHs llevan voz codificada digitalmente o datos y tienen funciones idénticas yformatos tanto para el "downlink" como para el "uplink". Los canales de control llevancomandos de señalización y control entre la estación base y la estación móvil. Se definen ciertostipos de canales de control exclusivos para el uplink o para el downlink. Hay seis clasesdiferentes de TCHs y un número aún mayor de Canales de Control, que vamos a describirbrevemente a continuación.

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3.4.1. Canales de Tráfico.

Los canales de tráfico en GSM pueden ser de velocidad completa ("full-rate") o develocidad mitad ("half-rate"), y pueden llevar voz digitalizada o datos de usuario. Cuandotransmitimos a velocidad completa, los datos están contenidos en un TS por trama. Cuandotransmitimos a velocidad mitad, los datos de usuario se transportan en el mismo slot de tiempo,pero se envían en tramas alternativas.

En GSM, los datos TCH no se pueden enviar en el TS 0 ("time slot 0") sobre ciertosARFCNs ya que este TS está reservado para los canales de control en la mayoría de las tramas.Además, cada trece tramas TCH se envía un canal de control asociado lento (SACCH) o tramas"idle". A cada grupo de 26 tramas consecutivas TDMA se le llama multitrama. De cada 26tramas, la decimotercera y la vigesimosexta se corresponden con datos SACCH, o tramas "idle".La 26ª trama contiene bits idle para el caso cuando se usan TCHs a velocidad completa, ycontiene datos SACCH cuando se usa TCHs a velocidad mitad.

Los TCHs se usan para llevar voz codificada o datos de usuario. Se definen en GSM dosformas generales de canales de tráfico:

- Canal de Tráfico a Velocidad Completa (TCH/F). Este canal transportainformación a una velocidad de 22.8 kbps.

- Canal de Tráfico a Velocidad Mitad (TCH/H). Este canal transporta informacióna una velocidad de 11.4 kbps.

Para transportar voz codificada se van a utilizar dos tipos de canales:

- Canal de Tráfico a Velocidad Completa para Voz (TCH/FS). Lleva vozdigitalizada a 13 kbps. Después de la codificación del canal la velocidad es de 22.8kbps.

- Canal de Tráfico a Velocidad Mitad para Voz (TCH/HS). Ha sido diseñado parallevar voz digitalizada que ha sido muestreada a la mitad que la de un canal avelocidad completa. En este aspecto GSM se ha anticipado a la disponibilidad decodificadores normalizados de voz a velocidades de unos 6.5 kbps. Después de lacodificación del canal, la velocidad es de 11.4 kbps.

Para llevar datos de usuario se definen los siguientes tipos de canales de tráfico:

- Canal de Tráfico a Velocidad Completa para Datos a 9.6 kbps (TCH/F9.6).Lleva datos de usuario enviados a 9600 bps. Con la codificación de corrección deerrores aplicada según el estándar GSM, los datos se envían a 22.8 bps.

- Canal de Tráfico a Velocidad Completa para Datos a 4.8 kbps (TCH/F4.8).Lleva datos de usuario enviados a 4800 bps. Con la codificación de corrección deerrores aplicada según el estándar GSM, los datos se envían a 22.8 bps.

- Canal de Tráfico a Velocidad Completa para Datos a 2.4 kbps (TCH/F2.4).Lleva datos de usuario enviados a 2400 bps. Con la codificación de corrección deerrores aplicada según el estándar GSM, los datos se envían a 22.8 bps.

- Canal de Tráfico a Velocidad Mitad para Datos a 4.8 kbps (TCH/H4.8). Llevadatos de usuario enviados a 4800 bps. Con la codificación de corrección de erroresaplicada según el estándar GSM, los datos se envían a 11.4 bps.

- Canal de Tráfico a velocidad mitad para datos a 2.4 kbps (TCH/H2.4). Llevadatos de usuario enviados a 2400 bps. Con la codificación de corrección de erroresaplicada según el estándar GSM, los datos se envían a 11.4 bps.

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3.4.2. Canales de Control.

Se definen tres categorías de canales de control: difusión ("broadcast" ó BCH), comunes(CCCH) y dedicados (DCCH). Cada canal de control consiste en varios canales lógicosdistribuidos en el tiempo para proporcionar las funciones de control necesarias en GSM. Loscanales de control downlink BCH y CCCH se implementan sólo en ciertos canales ARFCN y selocalizan en slots de tiempo de una forma específica. Concretamente, éstos canales se localizansolo en el TS 0 y se emiten sólo durante ciertas tramas dentro de una secuencia repetitiva de 51tramas (llamada multitrama de control del canal) sobre aquellos ARFCNs que se diseñan comocanales "broadcast". Desde TS1 hasta TS7 se lleva canales de tráfico regulares.

En GSM se definen 34 ARFCNs como canales "broadcast" estándar. Para cada canal"broadcast", la trama 51 no contiene ningún canal "downlink" BCH o CCCH y se consideracomo una trama idle. Sin embargo, el canal "uplink" CCH puede recibir transmisiones duranteel TS 0 de cualquier trama (incluso la trama "idle"). Por otra parte, los datos DCCH se puedenenviar durante cualquier slot de tiempo y en cualquier trama, y hay tramas completas dedicadasespecíficamente para algunas transmisiones DCCH. Vamos a pasar a describir los diferentestipos de canales de control.

3.4.2.1. Canales "Broadcast" (BCH).

El BCH opera en el "downlink" de un ARFCN específico dentro de cada celda, y transmitedatos sólo en el primer slot (TS 0) de algunas tramas GSM. Al contrario que los TCHs que sondúplex, los BCHs solo usan el "downlink". El BCH sirve como un canal guía para cualquiermóvil cercano que lo identifique y se enganche a él. El BCH proporciona sincronización paratodos los móviles dentro de la celda y se monitoriza ocasionalmente por los móviles de celdasvecinas para recibir datos de potencia y poder realizar las decisiones de handover. Aunque losdatos BCH se transmiten en TS0, los otros siete slots de una trama GSM del mismo ARFCNestán disponibles para datos TCH, DCCH ó están fijados por ráfagas vacías ("dummy").

Dentro de los canales BCH se definen tres tipos de canales separados que tienen acceso alTS0 durante varias tramas de la multitrama de control formada por 51 tramas. La figura 14muestra cómo se colocan las tramas en un BCH. Vamos a describir los tres tipos de canalesBCH.

(a) Canal de Control de "Broadcast" (BCCH)- El BCCH es un canal downlink que seusa para enviar información de identificación de celda y de red, así comocaracterísticas operativas de la celda (estructura actual de canales de control,disponibilidad de canales, y congestión). El BCCH también envía una lista decanales que están en uso en una celda. Desde la trama 2 a la 5 de una multitrama decontrol están contenidos los datos BCCH. Debe notarse que en la Figura 19 el TS0contiene datos BCCH durante tramas específicas, y contiene otro tipo de canalesBCH, canales de control comunes (CCCHs), o tramas idle, en otras tramas hastacompletar las 51 tramas que forman la multitrama de control.

(b) Canal Corrector de Frecuencia (FCCH) - El FCCH es una ráfaga de datos que ocupael TS0 para la primera trama dentro de la multitrama de control, y que se repite cadadiez tramas. El FCCH permite a cada estación móvil sincronizar su frecuenciainterna de oscilación a la frecuencia exacta de la estación base.

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(c) Canal de Sincronización (SCH) - El SCH se envía en el TS0 de la tramainmediatamente después del FCCH y se usa para identificar a la estación baseservidora mientras que permite a cada móvil la sincronización de las tramas con laestación base. El número de trama (FN), que oscila entre 0 hasta 2,715,647, se envíacon el código de identificación de la estación base (BSIC) durante la ráfaga SCH. ElBSIC es asignado individualmente a cada BTS en un sistema GSM. Dado que unmóvil puede estar hasta a 30 km de la BTS, es necesario frecuentemente ajustar latemporización de un usuario móvil particular de forma que la señal recibida en laestación base se sincroniza con el reloj de la estación base.

Figura 14. Mulitramas de control para el downlink (a) y para el uplink (b).

3.4.2.2. Canales de Control Comunes (CCCH).

En aquellos ARFCN reservados para BCHs, los canales de control comunes ocupan el TS0de cada trama que no esté ocupada por los BCHs o por tramas idle. Un CCCH puede estarformado por tres tipos diferentes de canales: el canal de búsqueda (PCH) "downlink", el canalde acceso aleatorio (RACH) "uplink", y el canal de acceso concedido (AGCH) "downlink".Como vemos en la Figura 14, los CCCHs son los más comunes dentro de los canales de controly se usan para buscar a los abonados, asignar canales de señalización a los usuarios, y recibircontestaciones de los móviles para el servicio. Vamos a describir estos tipos de canales.

(a) Canal de Búsqueda (PCH) - El PCH proporciona señales de búsqueda a todos losmóviles de una celda, y avisa a los móviles si se ha producido alguna llamadaprocedente de la PTSN. El PCH transmite el IMSI (Identificación de AbonadoMóvil Internacional) del abonado destino, junto con la petición de reconocimientode la unidad móvil a través de un RACH. Alternativamente, el PCH se puede usarpara proporcionar envíos de mensajes tipo ASCII en las celdas, como parte delservicio SMS de GSM.

(b) Canal de Acceso Aleatorio (RACH) - El RACH es un canal "uplink" usado por elmóvil para confirmar una búsqueda procedente de un PCH, y también se usa paraoriginar una llamada. El RACH usa un esquema de acceso slotted ALOHA. Todoslos móviles deben de pedir acceso o responder ante una petición por parte de unPCH dentro del TS0 de una trama GSM. En el BTS, cada trama (incluso la tramaidle) aceptará transmisiones RACH de los móviles durante TS0. Para establecer elservicio, la estación base debe responder a la transmisión RACH dándole un canal

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de tráfico y asignando un canal de control dedicado (SDCCH) para la señalizacióndurante la llamada. Esta conexión se confirma por la estación base a través de unAGCH.

(c) Canal de Acceso Concedido (AGCH) - El AGCH se usa por la estación base paraproporcionar un enlace de comunicaciones con el móvil, y lleva datos que ordenanal móvil operar en un canal físico en particular (en un determinado TS y en unARFCN) con un canal de control dedicado. El ACCH es el último mensaje decontrol enviado por la estación base antes de que el abonado es eliminado delcontrol del canal de control. El ACCH se usa por la estación base para responder aun RACH enviado por una MS en la trama CCCH previa.

3.4.2.3. Canales de Control Dedicados (DCCH).

Hay tres tipos de canales de control dedicados en GSM, y, como los canales de tráfico, sonbidireccionales y tienen el mismo formato y función en el uplink y en el downlink. Como losTCHs, los DCCHs pueden existir en cualquier slot de cualquier ARFCN excepto en el TS0 delos ARFCN de los BCHs. Los Canales de Control Dedicados (SDCCH) se usan paraproporcionar servicios de señalización requeridos por los usuarios. Los Canales de ControlAsociados Lentos y Rápidos (SACCH y FACCH) se usan para supervisar las transmisiones dedatos entre la estación móvil y la estación base durante una llamada.

(a) Canales de Control Dedicados (SDCCH) - El SDCCH lleva datos de señalizaciónsiguiendo la conexión del móvil con la estación base, y justo antes de la conexión locrea la estación base. El SDCCH se asegura que la MS y la estación basepermanecen conectados mientras que la estación base y el MSC verifica la unidadde abonado y localiza los recursos para el móvil. El SDCCH se puede pensar comoun canal intermedio y temporal que acepta una nueva llamada procedente de unBCH y mantiene el tráfico mientras que está esperando que la estación base asigneun TCH. El SDCCH se usa para enviar mensajes de autenticación y de alerta (perono de voz). A los SDCCH se les puede asignar su propio canal físico o puedenocupar el TS0 del BCH si la demanda de BCHs o CCCHs es baja.

(b) Canal de Control Asociado Lento (SACCH) - El SACCH está siempre asociado aun canal de tráfico o a un SDCCH y se asigna dentro del mismo canal físico. Portanto, cada ARFCN sistemáticamente lleva datos SACCH para todos sus usuariosactuales. El SACCH lleva información general entre la MS y el BTS. En eldownlink, el SACCH se usa para enviar información lenta pero regular sobre loscambios de control al móvil, tales como instrucciones sobre la potencia a transmitire instrucciones específicas de temporización para cada usuario del ARFCN. En eluplink, lleva información acerca de la potencia de la señal recibida y de la calidaddel TCH, así como las medidas BCH de las celdas vecinas. El SACCH se transmitedurante la decimotercera trama (y la vigesimosexta si se usa velocidad mitad) decada multitrama de control (ver Figura 13), y dentro de esta trama, los 8 slots seusan para proporcionar datos SACCH a cada uno de los 8 usuarios (ó 16) delARFCN.

(c) Canales de Control Asociados Rápidos (FACCH) - El FACCH lleva mensajesurgentes, y contienen esencialmente el mismo tipo de información que los SDCCH.Un FACCH se asigna cuando un SDCCH no se ha dedicado para un usuarioparticular y hay un mensaje urgente (como una respuesta de handover). El FACCHgana tiempo de acceso a un slot "robando" tramas del canal de tráfico al que estáasignado. Esto se hace activando dos bits especiales, llamados bits de robo("stealing bits"), de una ráfaga TCH. Si se activan los stealing bits, el slot sabe quecontiene datos FACCH y no un canal de tráfico, para esa trama.

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3.5. Estructura de las tramas en GSM.

Cada usuario transmite una ráfaga de datos durante cada slot de tiempo asignado. Lasráfagas normales se usan para transmisiones TCH y DCCH tanto para el ascendente como parael descendente. La Figura 15 muestra los cinco tipos posibles de ráfagas de datos usadas enGSM. Las ráfagas normales se usan para transmisiones TCH y DCCH tanto para el "uplink"como para el "downlink". Las ráfagas FCCH y SCH se usan en el TS0 de las tramas específicas(como se ha visto con anterioridad) para enviar los mensajes de control de frecuencia ysincronización temporal en el descendente. La ráfaga RACH se usa por todos los móviles paraacceder al servicio desde cualquier estación base, y la ráfaga vacía se usa para rellenarinformación en slots inutilizados en el descendente.

Figura 15. Tipos de ráfagas de datos (slots de tiempo) en GSM.

La figura 16 muestra las estructura de datos dentro de una ráfaga normal. Está formada por156.25 bits que se transmiten a una velocidad de 270.833333 kbps, de los cuales, 8.25 bitsproporcionan un tiempo de guarda al final de cada ráfaga. Otros 114 son bits de informaciónque se transmiten en dos secuencias de 57 bits al comienzo y al final de la ráfaga. En el centrode la ráfaga hay una secuencia de 26 bits de entrenamiento que permiten al ecualizadoradaptativo del móvil o de la estación base analizar las características del canal de radio antes dedescodificar los datos. A cada lado de la secuencia de entrenamiento se encuentran los dos"stealing flags". Estos dos "flags" se usan para distinguir si el ST contiene datos de voz (TCH) ocontrol (FACCH), ambos con el mismo canal físico. Durante una trama, el móvil usa un solo STpara transmitir, uno para recibir, y puede usar seis slots para medir la potencia de la señal decinco estaciones base adyacentes así como la de su propia estación base.

Como se muestra en la figura 16, hay ocho slots por trama TDMA, y el periodo de trama esde 4.615 ms. Una trama contiene 8 x 156.25 = 1250 bits, aunque algunos periodos no se usan.La velocidad de las tramas es de 270.833 kbps/1250 bits/trama es decir 216.66 tramas porsegundo. Las tramas decimotercera y vigesimosexta no se usan para tráfico, sino para tareas decontrol. Cada una de las tramas normales se agrupan en estructuras más grandes llamadasmultitramas que a su vez se agrupan en supertramas y éstas en hipertramas. Una multitramacontiene 26 tramas TDMA, y una supertrama contiene 51 multitramas, ó 1326 tramas TDMA.Una hipertrama contiene 2048 supertramas, o 2,715,648 tramas TDMA. Una hipertramacompleta se envía cada 3 horas, 28 minutos, y 54 segundos, y es importante en GSM dado quelos algoritmos de encriptación relacionan este particular número de tramas, y sólo se puedeobtener una suficiente seguridad si se usa un número suficientemente grande como el queproporciona la hipertrama.

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Figura 16. Estructura de trama.

Las multitramas de control ocupan 51 tramas (235.365 ms), a diferencia de las 26 tramas(120 ms) usadas por los canales de tráfico o dedicados. Esto se hace intencionadamente paraasegurar que cualquier móvil (si está en la celda servidora o en la adyacente) recibirá conseguridad las transmisiones del SCH y el FCCH del BCH.

3.6. Ejemplo de una llamada GSM.

Para comprender cómo se usan los diferentes canales de tráfico y de control, consideremosel caso de que se origine una llamada en GSM [1]. Primero, la estación móvil debe estarsincronizada a una estación base cercana como se hace en un BCH. Recibiendo los mensajesFCCH, SCH y BCCH, el móvil se enganchará al sistema y al BCH apropiado. Para originar unallamada, el usuario primero marca la combinación de dígitos correspondiente y presiona elbotón de "enviar" del teléfono GSM. El móvil transmite una ráfaga de datos RACH, usando elmismo ARFCN que la estación base a la que está enganchado. La estación base entoncesresponde con un mensaje AGCH sobre el CCCH que asigna al móvil un nuevo canal para unaconexión SDCCH. El móvil, que está recibiendo en la TS0 del BCH, recibe su asignación deARFCN y su TS por parte del AGCH e inmediatamente cambia su sintonización a su nuevoARFCN y TS. Esta nueva asignación del ARFCN y del TS es físicamente el SDCCH (no elTCH). Una vez sintonizado al SDCCH, el móvil primero espera a la trama SDCCH que setransmite (la espera será como mucho de 26 tramas cada 120 ms, como se muestra en la Figura13), que informa al móvil del adelanto de temporización adecuado y de los comandos depotencia a transmitir. La estación base es capaz de determinar el adelanto de temporizaciónadecuado y el nivel de señal del móvil gracias al último RACH enviado por el móvil, y envía losvalores adecuados a través del SACCH. Hasta que estas señales no le son enviadas yprocesadas, el móvil no puede transmitir ráfagas normales como se requieren para un tráfico devoz. El SDCCH envía mensajes entre la unidad móvil y la estación base, teniendo cuidado de laautenticación y la validación del usuario, mientras que la PSTN conecta la dirección marcadacon el MSC, y el MSC conmuta un camino de voz hasta la estación base servidora. Después depocos segundos, la unidad móvil está dirigida por la estación base a través del SDCCH quedevuelve un nuevo ARFCN y un nuevo TS para la asignación de un TCH. Una vez devuelto elTCH, los datos de voz se transfieren a través del uplink y del downlink, la llamada se lleva acabo con éxito, y el SDCCH es liberado.

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Cuando se originan llamadas desde la PSTN, el proceso es bastante similar. La estaciónbase envía un mensaje PCH durante el TS0 en una trama apropiada de un BCH. La estaciónmóvil, enganchada al mismo ARFCN, detecta su búsqueda y contesta con un mensaje RACHreconociendo haber recibido la página. La estación base entonces usa el AGCH sobre el CCCHpara asignar un nuevo canal físico a la unidad móvil su conexión al SDCCH y al SACCHmientras la red y la estación base están conectadas. Una vez que el móvil establece sus nuevascondiciones de temporización y de potencia sobre el SDCCH, la estación base gestiona unnuevo canal físico a través del SDCCH, y se hace la asignación del TCH.

4. Procesado de Señal en GSM.

4.1. Introducción.

La figura 17 nos muestra todas las operaciones que se realizan sobre la información atransmitir desde que sale del aparato transmisor hasta que llega al receptor.

Figura 17. Operaciones realizadas a la voz desde su entrada hasta la recepción.

4.2. Codificación de la fuente.

El servicio más importante ofrecido al usuario de GSM es la transmisión de voz. Latelefonía es el principal generador de beneficios para las compañías de móviles, y justifica losenormes esfuerzos e investigaciones que se necesitan para instalar estas redes.

El requerimiento técnico general es simple: transmitir señales de voz con un nivelaceptable de calidad. En los sistemas analógicos de radio, la señal continua de baja frecuencia,también llamada como señal en banda base, modula la portadora de radio frecuencia. En elreceptor, se realiza la demodulación de la señal de forma que se obtiene de nuevo la señal enbanda base más el ruido introducido por el canal.

Debido a la reducida capacidad del canal de radio disponible, es deseable minimizar elnúmero de bits que necesitamos transmitir. El dispositivo que transforma la voz humana en unacadena digital de datos que se puedan transmitir a través de la interfaz de radio y genera unarepresentación analógica audible de los datos recibidos es el codec de voz. El codec de vozforma parte de cada estación móvil diseñado para la transmisión de voz.

El codec de voz en GSM es el denominado RPE-LTP ("Regular Pulse Exciting - LongTerm Prediction"), que quiere decir excitación de pulsos regulares y predicción de periodo

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largo. Habrá, se supone, un codec a velocidad mitad en un futuro. Este codec de velocidadmitad, necesitará la mitad de datos de los necesarios actualmente para representar los sonidos dela voz humana, y por tanto permitirá el doble de usuarios de los actuales compartiendo la mismatrama TDMA.

4.2.1. Requisitos para la codificación de la voz en GSM.

La forma más sencilla para pasar una señal analógica a digital se implementa medianteconvertidores analógicos-digitales, y viceversa. Pero estas técnicas de digitalización no son lasúnicas empleadas en transformar las señales en banda base analógicas, en digitales y viceversa.

La codificación de la voz en GSM debe tener los siguientes requisitos:

- La redundancia inherente a la señal de voz humana se reducirá significativamente.Hay una gran cantidad de redundancia en los sonidos del lenguaje humano, y sieliminamos la mayoría de esta redundancia, quedará una gran cantidad de tiempoútil para otros usuarios en el canal. El proceso de la codificación de voz se basa enquedarnos con la mínima cantidad de información necesaria para reconstruir laseñal de voz en el receptor.

- La calidad de la transmisión de voz bajo la condiciones del canal de radio debe seral menos como la calidad ofrecida en los sistemas convencionales de telefoníacelular bajo las mismas condiciones. - Las pausas en el flujo normal de lasconversaciones telefónicas se deben detectar para suspender (opcionalmente) latransmisión durante estos periodos. Esta característica reducirá el tráfico, lainterferencia entre celdas y la duración de las baterías de los móviles de mano. Estafunción se llama transmisión discontinua (DTX).

4.2.2. Funcionamiento de la codificación - descodificación de la voz.

La Figura 18 nos muestra todos los componentes necesarios en el proceso de codificación ydescodificación de la voz en GSM.

Figura 18. Procesado de la señal de audio.

El sonido se convierte en una señal eléctrica mediante el micrófono. Para digitalizar estaseñal analógica, se tiene que muestrear. Si convertimos esta señal en datos directamente,forzamos al convertidor analógico digital (ADC) a hacer más trabajo del realmente necesario.Para reducir el trabajo, las señal se filtra paso baja, de forma que sólo contenga componentes enfrecuencia por debajo de unos 4 KHz. La señal en banda base de telefonía se reduce al mínimoancho de banda entre 300 Hz y 3.4 KHz, suficientes para el reconocimiento correcto de la voz.Después de filtrar, hemos de muestrear la señal. Muestreamos a una frecuencia de 8 KHz, ycuantizamos la señal en datos de 13 bits, por lo que la velocidad de transmisión en este primernivel es de 104 kbps. Esta interfaz en el proceso de codificación de la voz se llama tambiéninterfaz de audio digital ("Digital Audio Interface" ó DAI). En el caso de una aplicación de

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transcoder de voz en la parte de red (en el BTS o en el BSC) esto es posible, y además práctico(ISDN). Pero, 104 kbps es una velocidad demasiado alta para ser transmitida a través de lainterfaz de radio. El codificador de voz debe hacer algo para reducir significativamente estavelocidad extrayendo las componentes irrelevantes de la DAI.

4.2.3. Codificación por Predicción Lineal (LPC) y Análisis por Excitación dePulsos Regulares (RPE).

Cada 20 ms, 160 valores de muestras del ADC se toman y almacenan en una memoriaintermedia. Un análisis del conjunto de muestras de datos produce ocho coeficientes de filtro yuna señal de excitación para un filtro digital invariante en el tiempo. Este filtro se puede tomarcomo una imitación digital del tracto bucal, donde los coeficientes del filtro representanmodificadores del tracto (como los dientes, lengua, faringe, etc.), y la señal de excitaciónrepresenta el sonido ("pitch", sonoridad, etc.) o la ausencia de este que pasamos a través deltracto bucal (filtro). Un conjunto correcto de coeficientes y una señal apropiada de excitaciónnos dan el sonido típico de la voz humana.

Este procedimiento, hasta ahora, no nos ha dado ninguna reducción de datos. La reducciónse realiza en pasos posteriores, que toma las ventajas de ciertas características del oído humanoy del tracto bucal. Las 160 muestras, transformadas en los coeficientes del filtro, se dividen en 4bloques de 40 muestras cada uno. Cada bloque representa 5 ms de señal de voz. Estos bloquesse clasifican en 4 secuencias, donde cada secuencia contiene un cuarto de las muestras de las160 originales. La secuencia número 1 contiene las muestras 1, 5, 9, 13, ..., la secuencia número2 contiene las muestras 2, 6, 10, 14, ..., y así sucesivamente con las secuencias 3 y 4. La primerareducción de datos viene cuando el codificador selecciona la secuencia con la mayor energía.

Esta codificación por predicción lineal y excitación por pulsos regulares tiene una memoriamuy corta de aproximadamente 1 ms. Las consideraciones sobre una predicción de periodolargo sobre los bloques vecinos o adyacentes, no se consideran aquí. Hay numerosascorrelaciones en la voz humana, especialmente en las vocales largas donde un mismo sonido serepite durante varias secuencias consecutivas. Esta segunda reducción se lleva a cabo mediantela función LTP.

4.2.4. Análisis por Predicción de Periodo Largo (LTP).

La función LTP toma la secuencia seleccionada por el análisis LPC/RPE. Una vez aceptadala secuencia, se mira a las secuencias que previamente pasaron (durante una memoria de 15 ms)y se busca la última secuencia que tuviera la correlación más alta con la secuencia actual.Podemos decir que la función LTP busca la secuencia más similar de las recibidas a la actual.Ahora sólo se necesita transmitir el valor representado por la diferencia entre estas dossecuencias.

El codificador de voz manda un bloque de 260 bits (una trama de voz) cada 20 ms(posición B de la Figura 17). Por tanto se corresponde con una velocidad de 13 kbps, es deciruna reducción en un factor 8 de los 104 kbps.

A los datos procedentes de la codificación de la fuente (Ver figura 17), se les aplica lacodificación del canal que estudiaremos más adelante. La codificación del canal, curiosamenteañade redundancia de nuevo a la señal, pero lo hace de forma que en el receptor se puedaneliminar ciertos errores causados por el canal. La codificación del canal incrementa el bit rate a22.8 kbps.

Antes de la codificación del canal los datos procedentes del codificador de voz, se ordenande acuerdo a su función e importancia, para aplicar una codificación del canal selectiva.Tenemos 3 clases de importancia: la clase Ia, formada por los 50 primeros bits, la clase Ib

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formada por los bits siguientes hasta el 181, y finalmente, los 78 últimos bits que forman laclase II.

4.2.5. Transmisión Discontinua.

Como mencionamos antes, otra característica requerida en el transcoder de voz es ladetección de las pausas en las voz. Cuando se detecta una pausa, suspendemos la transmisión deradio durante la duración de la pausa. El uso de esta característica es una opción de la red. Laopción DTX tiende a reducir las interferencias entre celdas adyacentes y con las estacionesmóviles cercanas a la base. Dado que el tiempo de transmisión se reduce, el consumo depotencia de la estación móvil de mano se reduce, lo cual da a los usuarios la posibilidad de tenerbaterías de menor tamaño. Las pausas el una conversación normal ocurren de forma queaparecen durante un 50% del tiempo aproximadamente. Esto significa que un canal de voz sólose está usando la mitad del tiempo que el locutor lo usa.

La posibilidad de usar DTX han incluido dos características adicionales:

- Detección de la Actividad de Voz ("Voice Activity Detection" ó VAD) quedetermina la presencia o ausencia de voz en el teléfono. Esto no es fácil deimplementar, dado que debe de funcionar bien incluso cuando haya un alto nivel deruido de fondo, como en un coche.

- La ausencia total de sonido puede molestar al usuario en el receptor del canal deradio; el terminal parece como estar muerto, y los usuarios tienden a hablardemasiado alto cuando no escuchan nada. Es necesario que haya un mínimo deruido convencional de fondo durante las pausas, y este ruido de fondo se le suelellamar presencia. Esto se suele hacer enviando un tipo especial de tramas cada 480ms llamadas tramas descriptoras de silencio (SID). Una vez que el receptor detectala llegada de una trama SID genera su propio ruido de fondo llamado ruido deconfort, que da al sistema la presencia.

Figura 19. Funciones de procesado de voz en GSM.

En la Figura 19 podemos ver los bloques implicados en la codificación, transmisión ydescodificación de la voz en GSM.

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4.3.Codificación del Canal. Detección de Errores.

4.3.1. Introducción a la codificación del canal.

La codificación del canal se basa en añadir redundancia a los datos generados por lacodificación de la fuente de forma que se detecten e incluso se corrijan algunos erroresintroducidos por el canal que suponemos que contiene un ruido blanco gausiano aditivo.

Figura 20. Proceso de codificación y descodificación del canal.

En la Figura 20 podemos observar el de codificación y descodificación del canal. Elproceso de codificación del canal normalmente se compone de dos codificaciones sucesivas.Primero se aplica un código bloque y luego se aplica un código convolucional. Para explicar agrandes rasgos en qué consiste un código bloque, vamos a suponer que tenemos k bits deentrada en el codificador a R bps. A la salida de éste, vamos a tener n bits con n > k a unavelocidad de R/Rc bps, en donde el factor Rc es un valor adimensional llamado redundancia, yque es k/n (siempre va a ser menor que la unidad). Un código convolucional implica el conceptode memoria, ya que se forma a partir de un registro de desplazamiento (máquina de estadosfinitos).

En GSM se aplican estas dos técnicas de codificación, pero sólo a unos determinados bits.Como vimos en el apartado anterior, la codificación de la fuente a velocidad completa, da 260bits cada 20 ms (13 kbps). Estos bits nos dan los diferentes parámetros del método decodificación de la fuente RPE/LPC-LTP, que vimos anteriormente. Pero no todos los bits deestos parámetros tenían la misma importancia. Como vimos en la tabla 5.1, estos se ordenabanen 3 clases de importancia. Pues bien, dependiendo de la clase de importancia, vamos a dar unaprotección mayor o no.

Figura 21. Distintas codificaciones para los diferentes bits.

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A los 50 primeros bits (grupo Ia), que son los más importantes, se les aplica un chequeo deparidad, mediante un código cíclico de 3 bits. Estos 53 bits así obtenidos, junto con los 132 bitssiguientes (grupo Ib), más 4 bits de cola, hacen un total de 189 bits a los que se les aplica uncódigo convolucional de razón 1/2 y de profundidad 5, con lo que obtenemos 378 bits de salidaque sumados con los 78 bits que forman el grupo II, y que no llevan ninguna protección, hacenun total de 456 bits cada 20 ms, lo cual nos da una velocidad de salida de 22.8 kbps.

A continuación vamos a pasar a describir en más detalle cada una de las dos codificacionesde los que se componen la codificación del canal.

4.3.1.1. Chequeo de Redundancia Cíclica (CRC).

El código bloque utilizado es un CRC que añade 3 bits al final de la secuencia de 50 bitsdel grupo Ia.

El CRC es una de las herramientas más comunes y potentes para la detección de errores.Dado un bloque de datos de k bits, el transmisor va a generar una secuencia de m bits, de formaque la trama resultante está formada por los k bits más los m bits generados. Para generar estetipo de secuencias existen numerosos métodos, como son la aritmética módulo 2 y los métodospolinómicos. En el caso de GSM se usa una función polinómica cuya fórmula es

g(D)=D3+D+1.

4.3.1.2.Códigos Convolucionales.

En los códigos bloques, el codificador aceptaba un mensaje de k bits y generaba unapalabra código de n bits [6]. Es decir, las palabras código se producen bloque a bloque por loque debíamos de introducir un bloque completo para generar la secuencia código. Hayaplicaciones sin embargo, donde los bits mensaje entran en serie en lugar de en bloques, por loque se deben de usar "buffers" de tamaño considerable para almacenar momentáneamente losbloques a codificar. En estas situaciones, el uso de la codificación convolucional se convierte enel método preferido. Un codificador convolucional opera sobre el mensaje de entrada de formaserie.

4.3.1.3 Entrelazado ("Interleaving").

En la vida real no se suele producir un error en un bit puntual sino que es mucho másprobable que afecten a un conjunto consecutivo de ellos. La codificación del canal que hemosvisto hasta ahora es efectiva en la detección y corrección de pocos errores, pero no cuando lacantidad de información perdida consecutiva es grande. Para ello necesitamos un modo dedispersar los bits consecutivos que forman un mensaje. Esta es la misión del entrelazado.

En GSM, para minimizar el efecto de los desvanecimientos súbitos de los datos recibidos,el total de 456 bits bits codificados que se codifican cada 20 ms en una trama de voz o decontrol, se dividen en 8 sub-bloques de 57 bits. Estos 8 sub-bloques que forman una tramasimple de voz, se esparcen a través de 8 slots TCH consecutivos ( es decir, 8 tramasconsecutivas para un TS específico) [1]. Si se pierde una ráfaga debido a las interferencias o alos desvanecimientos, la codificación del canal asegura que disponemos de suficientes bits paradescodificar la secuencia correcta siempre y cuando tengamos una descodificación como porejemplo el algoritmo de Viterbi. Cada slot TCH, como vimos, lleva dos bloque de datos de 57bits de dos segmentos de voz (o de control) diferentes (cada uno de los segmentos son losbloques de 456 bits).

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Figura 22. Interleaving en GSM.

La Figura 22 muestra exactamente como se produce el "interleaving" en las tramas dentrode los slots. Hemos de significar que el TS 0 contiene 57 bits de datos del subbloque 0 de la n-ésima trama del codificador de voz (denominada como "a" en la figura) y 57 bits de datos de elsub-bloque 4 de la (n-1)-ésima trama del codificador de voz (denominada como "b" en lafigura).

4.4. Modulación Digital en GSM.

El esquema de modulación usado en GSM es 0.3 GMSK, donde 0.3 describe el ancho debanda del filtro Gausiano con relación al bit rate de la señal (BT=0.3). GMSK es un tipoespecial de modulación FM. Los unos y ceros binarios se representan en GSM pordesplazamientos en frecuencia de ±67.708 KHz. La velocidad de datos en GSM es de270.833333 kbps, que es exactamente cuatro veces el desplazamiento en frecuencia. Estominimiza el ancho de banda ocupado por el espectro de modulación y por tanto mejora lacapacidad del canal. La señal MSK modulada se pasa a través de un filtro Gausiano para atenuarlas variaciones rápidas de frecuencia que de otra forma esparcirían energía en los canalesadyacentes.

4.4.1. Modulación MSK ("Minimum Shift Keying").

MSK es un tipo especial de FSK ("Frecuency Shift Keying"), con fase continua y un índicede modulación de 0.5. El índice de modulación de una señal FSK es similar al de FM, y sedefine por kFSK= (2∆F)/Rb, donde 2∆F es el desplazamiento en frecuencia de pico a pico y Rb esel bit rate. Un índice de modulación de 0.5 se corresponde con el mínimo espacio en frecuenciaque permite dos señales FSK para ser ortogonales coherentes, y el nombre MSK implica lamínima separación en frecuencia que permite una detección ortogonal. Dos señales FSK vH (t) yvL (t) se dice que son ortogonales si

MSK es una modulación espectralmente eficiente. Posee propiedades como envolventeconstante, eficiencia espectral, buena respuesta ante los errores de bits, y capacidad deautosincronización. Una señal MSK genérica se puede expresar como

donde mI(t) y mQ(t) son los bits pares e impares de la cadena de datos bipolares que tienenvalores de +1 o de -1 y que alimentan los bloques en fase y en cuadratura del modulador.

La forma de onda MSK se puede ver como un tipo especial de FSK de fase continua ypor tanto la ecuación anterior se puede reescribir usando las propiedades trigonométricas como

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donde φk es 0 ó π dependiendo de si mI(t) es 1 ó -1. De la ecuación anterior se puede deducirque MSK tiene amplitud constante. La continuidad de fase en los periodos de transición de bitsse asegura escogiendo la frecuencia de la portadora como un múltiplo entero de un cuarto del bitrate. Con un estudio más profundo, se puede ver de la ecuación anterior que la fase de la señalMSK varía linealmente durante el transcurso de cada periodo de bit.

La Figura 23 muestra un modulador y demodulador típico MSK. Multiplicando una señalportadora por cos[πt/2T] se producen dos señales coherentes en fase a las frecuencias fc+1/4T ya fc-1/4T. Estas dos señales FSK se separan usando dos filtros paso banda estrechos y secombinan apropiadamente para formar las dos señales en fase y en cuadratura x(t) e y(t)respectivamente. Estas portadoras se multiplican por las cadenas de bits impares y pares, mI(t) ymQ(t) para producir la señal modulada MSK sMSK(t).

Figura 23. Diagrama de bloques de un modulador y demodulador MSK.

En el receptor (demodulador), la señal recibida sMSK(t) (en ausencia de ruido einterferencias) se multiplica por las portadoras respectivas en fase y en cuadratura. La salida delos multiplicadores se integra durante dos periodos de bit y se introduce en un circuito dedecisión al final de estos dos periodos. Basado en el nivel de la señal a la salida del integrador,el dispositivo de decisión decide si la señal es 1 ó 0. Las cadenas de datos de salida secorresponden con las señales mI(t) y mQ(t), que se combinan para obtener la señal demodulada.

4.4.2. Modulación GMSK ("Gaussian Minimum Shift Keying").

GMSK es un esquema de modulación binaria simple que se puede ver como derivado deMSK. En GMSK, los lóbulos laterales del espectro de una señal MSK se reducen pasando losdatos NRZ modulantes a través de un filtro Gausiano de premodulación. El filtro gausianoaplana la trayectoria de fase de la señal MSK y por lo tanto, estabiliza las variaciones de la

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frecuencia instantánea a través del tiempo. Esto tiene el efecto de reducir considerablemente losniveles de los lóbulos laterales en el espectro transmitido.

El filtrado convierte la señal (donde cada símbolo en banda base ocupa un periodo detiempo (T) en una respuesta donde cada símbolo ocupa varios periodos. Sin embargo, dado queesta conformación de pulsos no cambia el modelo de la trayectoria de la fase, GMSK se puededetectar coherentemente como una señal MSK, o no coherentemente como una señal simpleFSK. En la práctica, GMSK es muy atractiva por su excelente eficiencia de potencia y espectral.El filtro de premodulación, por tanto, introduce interferencia intersimbólica (ISI) en la señaltransmitida, y se puede mostrar que la degradación no es grave si el parámetro BT del filtro esmayor de 0.5. Debido que en GSM tenemos que el BT es 0.3, vamos a tener algunos problemasde ISI y es por ello por lo que en GSM la señal no es totalmente de envolvente constante.

La manera más simple de generar una señal GMSK es pasar una cadena de mensajes NRZa través de un filtro gausiano paso baja, seguido de un modulador de FM. Esta técnica demodulación se muestra en la Figura 24 y se usa actualmente en una gran cantidad deimplementaciones analógicas y digitales, así como para GSM.

Figura 24. Diagrama de bloques de un transmisor GMSK usando generación directade FM.

Vamos a utilizar los pasos mostrados en la Figura 25 para ver cómo se puede conseguir unaseñal MSK.

Figura 25. Generación de una señal MSK.

Las formas de onda de la Figura 25 están todas alineadas en fase. Las pequeñas escalasestán para ayudar a comprender mejor las relaciones de fase entre las formas de onda.Empezamos con una cadena de datos, que modulará la portadora según el esquema MSK.Supongamos una cadena de 10 bits de datos, que van a ser 1101011000. Ahora vamos a dividiresta cadena de datos en dos señales: una formada por los bits impares y otra formada por los bitspares. Vamos a mantener el valor de cada una de estas dos señales durante dos instantes detiempo. En el caso de GSM, como el bit rate es de 270.833 kbps, entonces el bit rate de lasseñales impar y par será de la mitad, es decir de 135.4165 kbps.

Las dos siguientes formas que onda que podemos ver en la Figura 25 son las señalesportadoras de frecuencia alta y baja, respectivamente. Dado que MSK es una forma de FSK,necesitamos dos versiones de nuestra portadora con dos frecuencias diferentes. Para crear la

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señal MSK, debemos empezar con el bit número 2, y debemos fijarnos en la tabla 4.1. Para eseinstante de tiempo, en el bit número 2, debemos fijarnos en el valor tanto de los bits imparescomo de los pares, y después hemos de mirar a la tabla 4.2. y hacer lo que nos digan las reglasde decisión. La señal de salida MSK será la que se nos indique teniendo en cuenta si la señalportadora tanto de frecuencia alta como de baja debe estar en fase o en contrafase.

Tabla 4.1.

Tabla 4.2. Tabla de decisión.

Para conseguir una señal GMSK de una señal MSK, necesitamos tan solo filtrar la señalMSK con un filtro gausiano de un ancho de banda definido por su BT=0.3, lo cual nos indicaque el ancho de banda B debe ser de 81.3 KHz aproximadamente dado que T=1/270833.

Las señales GMSK se pueden detectar usando detectores ortogonales coherentes como semuestran en la Figura 25 (parte superior), o con detectores no coherentes como losdiscriminadores normales de FM. Un método no óptimo pero efectivo de detectar señalesGMSK es simplemente muestrear la salida de un demodulador de FM.

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Figura 26. Diagrama de bloques de un receptor GMSK (página anterior) y de uncircuito digital para la demodulación de señales GMSK (página actual).

5. SMS.

5.1. Definición.

SMS - Servicio de mensajes cortos. Es un sistema para enviar y recibir mensajes de textopara y desde teléfonos móviles. El texto puede estar compuesto de palabras o números o unacombinación alfanumérica. SMS fue creado como una parte del estandar GSM fase 1. El primermensaje corto, se cree que fue enviado en Diciembre de 1992 desde un ordenador personal (PC)a un teléfono móvil a través de la red GSM Vodafone del Reino Unido. Cada mensaje puedetener hasta 160 caracteres cuando se usa el alfabeto latino, y 70 caracteres sise usa otro alfabetocomo el árabe o el chino.

5.2. Características.

Hay varias características únicas del servicio de mensajes cortos (SMS), según lo definidodentro del estándar digital de telefonía móvil GSM, un mensaje corto puede tener una longitudde hasta 160 caracteres. Esos 160 caracteres pueden ser palabras, números o una combinaciónalfanumérica. Los mensajes cortos basados en No-texto (por ejemplo, en formato binario)también se utilizan. Los mensajes cortos no se envían directamente del remitente al receptor,sino que se envían a través de un centro de SMS. Cada red de telefonía móvil que utiliza SMStiene uno o más centros de mensajería para manejar los mensajes cortos. El servicio demensajes cortos se caracteriza por la confirmación de mensaje de salida. Esto significa que elusuario que envía el mensaje, recibe posteriormente otro mensaje notificándole si su mensaje hasido enviado o no. Los mensajes cortos se pueden enviar y recibir simultáneamente a la voz,datos y llamadas del fax. Esto es posible porque mientras que la voz, los datos y las llamadasdel fax asumen el control de un canal de radio dedicado durante la llamada, los mensajes cortosviajan sobre un canal dedicado a señalización independiente de los de tráfico. Hay formas deenviar múltiples mensajes cortos:

- La concatenación SMS (que encadena varios mensajes cortos juntos).

- La compresión de SMS (que consigue más de 160 caracteres de información dentrode un solo mensaje corto).

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Para utilizar el servicio de mensajes cortos, los usuarios necesitan la suscripción y elhardware específico:

- Una suscripción a una red de telefonía móvil que soporte SMS.- Un teléfono móvil que soporte SMS.- Un destino para enviar o recibir el mensaje, ya sea una máquina de fax, un PC, un

terminal móvil o un buzón de e-mail.

5.3. Evolución.

No hay duda del éxito conseguido por el Servicio de Mensajes cortos, ya que los últimosdatos conocidos, hablan de 9 billones de mensajes por mes, y creciendo a un ritmo deaproximadamente 500.000 millones por mes. Repasemos un poco la evolución de este servicio.En un principio, el operador de red incorpora Centros SMS de 1ª generación, como parte delplan de comisión de red. Estos primeros centros, pueden ser simples módulos de la plataformade buzón de voz o alternativamente, un centro de SMS independiente. No es posible disponer demensajes cortos sin un SMSC (Centro de Mensajes Cortos), ya que todos los mensajes pasan através del mismo.

El operador de red, ve el SMS como algo para decir que lo tiene incorporado en su red.Ofrece el servicio SMS junto con las notificaciones del buzón de voz, las cuales abarcan las ¾partes del tráfico de SMS en la red. El operador de red lanza el servicio SMS, para dar al clientela capacidad de comunicación en ambos sentidos. Los clientes experimentan con ello, yencuentran nuevas aplicaciones, lo que hace que incremente aproximadamente un 25% elvolumen total del SMSs.

Otro servicio añadido, son las direcciones de correo, los e-mails recibidos en el terminalmóvil son tratados como mensajes cortos; este servicio, intenta hacerse popular en aquellosmercados donde la penetración de Internet es baja y por tanto aún no tienen dirección de correo.Este servicio incrementa aproximadamente un 20% el volumen total de SMSs. A lo anterior, sesuman los servicios de información noticias, viajes, el tiempo, deportes, horóscopo, bromas ....Estos servicios crecen más despacio, ya que es mucho el trabajo que implica la preparación delos contenidos, incrementando aproximadamente un 10% el volumen total de SMSs.

El operador de red, comienza a ver compañías independientes experimentando conaplicaciones SMS y ofreciendo sus servicios a compañías o en regiones específicas. Para alentarestos desarrollos y fomentar su amplio despliegue, el operador de red designa a una personacuya única responsabilidad es contactar con esas empresas y ayudarlas a conseguir el soportetécnico y comercial que necesitan. La finalidad, es que estas empresas desarrollen susaplicaciones usando obviamente sus servicios SMS en vez de usar los de la competencia. Laintroducción de estos programas o aplicaciones conduce pronto al aumento de aproximadamenteun 20% del volumen total de SMSs.

El operador de red ha visto como gradualmente ha incrementado el tráfico de SMSs, con loque en muchas ocasiones se encuentra con que la capacidad de su centro de SMS se quedapequeña y precisa ser sustituido por otro de mayor capacidad. Esta sustitución evita lasaturación que en muchas ocasiones se producía, evitando el descontento de los clientes y porconsiguiente creciendo en aproximadamente un 10% sobre el volumen total de SMSs.La interoperatividad (interworking) entre operadoras que son competidoras en la misma áreageográfica, da al cliente la posibilidad de usar SMS de la misma forma que usa el servicio devoz. De igual manera que puede hacer una llamada de voz de un teléfono a otro teléfono,también puede enviar un mensaje corto de uno a otro teléfono. Permitir esta capacidad hace queel volumen de destinos de mensajes cortos disponibles incremente, incrementando también elvalor y uso de SMS. Como consecuencia, el volumen total de SMS se eleva aproximadamenteun 50%.

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A estas Alturas el uso total de SMS en la red, ha alcanzado cifras críticas. El servicio SMSes ya una parte muy importante en el día a día de muchos clientes. Posibilitar el envío demensajes cortos desde el extranjero, es también muy importante, sobre todo en zonasfronterizas.

El siguiente incremento cuantitativo del volumen en el tráfico de SMSs, es debido a laintroducción de el SMS para clientes de prepago, constituyendo estos los principales usuarios deeste servicio. Elevando el volumen de SMSs en aproximadamente un 100%.Este uso masivo, origina la aparición de algoritmos de texto predictivo como el T9 de Tegic,que facilitan la escritura de mensajes en los terminales móviles. Estos algoritmos estánincorporados en los propios terminales, y anticipan la palabra que el usuario pretende introducir,reduciendo de forma notable el número de teclas a pulsar, soportando además múltipleslenguajes. La aparición de estos logaritmos, incrementa en aproximadamente un 25% elvolumen de SMSs.

La introducción de protocolos estandarizados como la aplicación SIM ToolKit y el WAP(Wireless Application Protocol), contribuye a su vez al incremento en el uso de SMS,proporcionando el ambiente de desarrollo y despliegue de un servicio standar para losdesarrolladores de aplicaciones. Estos protocolos, también facilitan la respuesta por parte de losusuarios de SMS, y por otra parte el acceso al servicio de mensajes a través del menú de suterminal. De esta forma, aunque estos protocolos son sólo un medio, no un nuevo servicio, sonlos responsables de un incremento de entre el 10-15% sobre el volumen total de SMS. .Contribuyendo también a este incremento el desarrollo de nuevos terminales más fáciles de usarcomo el smart y los ordenadores portátiles. Como resultado de la combinación de todos estospasos dados por los operadores y desarrolladores de telefonía móvil para la estimulación del usode SMS, hemos llegado a un crecimiento de los mismos casi exponencial.

5.4. Elementos de red y Arquitectura.

La figura 27 muestra la estructura básica de la red SMS.

Figura 27. Arquitectura de la red SMS.

- SME (Short Messaging Entity) : Entidad que puede enviar o recibir mensajescortos, pudiendo estar localizada en la red fija, una estación móvil, u otro centro deservicio.

- SMSC (Shor Message Service Center): El SMSC, es el responsable de latransmisión y almacenamiento del un mensaje corto, entre el SME y una estaciónmóvil.

- SMS-Gateway/Interworking MSC (SMS-GMSC): es un MSC capaz de recibir unmensaje corto de un SMSC, interrogando al HLR (Home Location Register) sobrela información de encaminamiento y enviando el mensaje corto al MSC visitado de

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la estación móvil receptora. El "SMS-Gateway/Interworking MSC" es un MSCcapaz de recibir un mensaje corto de la red móvil y enviarlo hacia el SMSCapropiado. El SMS-GMSC/SMS-IWMSC está normalmente integrado en el SMSC.

- HLR (Home Location Register): Es una base de datos usada para elalmacenamiento permanente y gestión de los usuarios y el perfil del servicio. Sobrela interrogación del SMSC, el HLR le proporciona la información deencaminamiento para el usuario indicado. El HLR, también informa al SMSC, elcual previamente inició un intento de envío de SMS fallido a una estación móvilespecífica, que ahora la estación móvil es reconocida por la red y es accesible.

- MSC (Mobile Switching Center): Lleva a cabo funciones de conmutación delsistema y el control de llamadas a y desde otro teléfono y sistema de datos.

- VLR (Visitor Location Register): Es una base de datos que contiene informacióntemporal de los usuarios. Esta información, la necesita el MSC para dar servicio alos usuarios de paso (que están de visita).

- BSS (Base Statio System): Formada por el BSCs(base-station controllers) y porBTSs (base-transceiver strations), su principal responsabilidad es transmitir eltráfico de voz y datos entre las estaciones móviles.

- MS (mobile station): terminal sin hilos(wireless) capaz de recibir y originar tantomensajes cortos como llamadas de voz. La infraestructura de la red sin hilos estábasada en SS7 (signaling system 7). El SMS hace uso del MAP (mobile applicationpart), el cual define los métodos y mecanismos de comunicación en las redes sinhilos, y usa el servicio del SS7 TCAP (transation capabilities application part). Unacapa del servicio SMS hace uso del MAP y permite la transferencia de mensajescortos entre el par de entidades.

5.5. Operaciones para el envío de SMSs.

El MAP, define las operaciones necesarias para dar soporte al SMS. Ambos estándares, elamericano y el europeo han definido el MAP usando los servicios del SS7 TCAP (transationcapabilities application part). El estándar americano es publicado por la TelecommunicationIndustry Association y se le conoce IS-41. El estándar internacional está definido por elEuropean Telcommunication Standards Institute y se le conoce como GSM MAP.

Operaciones básicas del MAP necesarias para proporcionar servicio de mensajes cortospunto a punto:

- Solicitud de Información de Encaminamiento: El SMSC extrae esta informacióndel HLR para determinar el servicio MSC para la estación móvil tratada. Esteproceso se realiza antes de entregar el mensaje, y se lleva a cabo usandomecanismos de SMSrequest y sendRoutingInfoForShorMsg en IS-41 y GSMrespectivamente.

- Envío del Mensaje Punto a Punto:Mecanismo que da significado al SMSC paratransmitir un mensaje corto hacia el MSC que sirve a la estación móvil e intentaenviar un mensaje a una MS siempre que la MS está registrada. La operación delenvío del mensaje corto proporciona un servicio de envío confirmado. La operacióntrabaja conjuntamente con el subsistema de la MS mientras el mensaje está siendoremitido del MSC hacia la MS. Por lo tanto el éxito o fracaso de la operación puedeser causado por múltiples razones. El envío del mensaje punto a punto se lleva acabo usando mecanismos de short-message-delivey-point-to-point (SMD-PP) yforwardShorMessage en IS-41 y GSM respectivamente.

- Indicación de Espera del Mensaje Corto: Esta operación se activa cuando elintento de envío por parte del SMSC falla debido a algún incidente temporal. Estoda pie a que el SMSC solicite al HLR que añada una dirección SMSC a la lista deSMSC's para ser informado cuando la estación móvil indicada esté accesible.

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- Alerta del Centro de Servicio: Esta operación hace que el HLR informe al SMSC,el cual previamente ha intentado enviar un mensaje corto sin éxito a la estaciónmóvil especificada, que la estación móvil es accesible en ese momento.

5.6. Elementos de Servicio.

SMS comprende múltiples elementos de servicio para el envío y recepción de mensajescortos.

- Periodo de Validación: Indica el tiempo que el SMSC puede garantizar elalmacenamiento del mensaje corto antes del envío al destinatario deseado.

- Prioridad: Información proporcionada por un SME indicando la prioridad delmensaje.

Además, SMS proporciona un tiempo de más, señalando el que tarda el mensaje en ser

enviado y una indicación al hanset de si hay o no más mensajes que enviar (GSM), o el númerode mensajes a enviar (IS-41). 5.7. Pasos para el envío.

1. El mensaje corto es enviado del SME al SMSC.2. Después de completar su proceso interno, el SMSC pregunta al HLR y recibe del

mismo información de encaminamiento del usuario móvil.3. El SMSC envía el mensaje corto hacia el MSC.4. El MSC extrae la información del usuario del VLR. Esta operación puede incluir un

procedimiento de autentificación.5. El MSC transfiere el mensaje corto al MS.6. El MSC devuelve al SMSC el resultado de la operación que se está llevando a cabo.7. Si lo solicita el SME, el SMSC retorna un informe indicando la salida del mensaje

corto.

5.8. Pasos para la recepción.

1. La MS tranfiere el mensaje corto al MSC.2. El MSC interroga al VLR para verificar que el mensaje transferido no viola los

servicios suplementarios o las restricciones impuestas.3. El MSC envía el mensaje corto al SMSC usando el mecanismo ForwardShortMessage.4. El SMSC entrega el mensaje corto al SME.5. El SMSC reconoce al MSC el éxito del envío.6. El MSC devuelve a la MS el resultado de la operación de envío.

5.9. Principales aplicaciones.

Las principales aplicaciones basadas en SMS son:

- Simples mensajes de persona a persona. - Los usuarios de telefonía móvil, paracomunicarse con otro, utilizan rutinariamente el Servicio de Mensajes Cortos.

- Notificaciones del vuzón de voz y fax - El uso más común de SMS, es para notificaral usuario de telefonía móvil que tiene un nuevo mensaje de voz o fax. Cuando unnuevo mensaje nos llega a nuestro buzón, una alerta en forma de SMS, nos informade este hecho.

- Mensajes Unificados - Se trata de un emergente servicio de red de valor añadidoparticularmente convincente, ya que proporciona una interface a la gente, paraacceder a las diferentes clases de SMSs que recibe (voz, fax, e-mail..). El usuariorecibe un mensaje corto, notificándole que tiene un nuevo mensaje en su buzón de

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mensajes, incluyendo éste a menudo una indicación del tipo del nuevo mensaje queha sido depositado.

- Alertas de e-mail - Uniendo el correo electrónico con SMS, los usuarios pueden sernotificados cada vez que reciben un email.

- Descarga de Melodías.- Chat basado en SMS, se trata de una aplicación que está emergiendo.- Servicios de Información - Solicitas a una fuente pública o privada que te envíe

periódicamente información sobre algún tema en concreto a tu terminal móvil. Elrango de información que puedes recibir es amplísimo.

5.9.1. Aplicaciones Corporativas.

Las aplicaciones corporativas que hacen uso del SMS son actualmente pocas y dispares.

Una de las razones principales, se debe particularmente a que las facturas telefónicas las paga lapropia empresa, con lo que los trabajadores prefieren hacer uso del servicio de voz.

Las principales aplicaciones corporativas basadas en SMS son:- E-mail Corporativo. El Servicio del Mensaje Corto puede usarse para extender el

uso de sistemas de email corporativos, más allá del propio puesto de trabajo. Con un40% de empleados normalmente fuera de sus puestos de trabajo, es importante paraellos guardar el contacto en todo momento con la oficina. Los sistemas del emailcorporativos corren bajo una LAN e incluyen Microsoft Mail, Outlook, OutlookExpress, Microsoft Exchange, Lotus Notes and Lotus cc:Mail.

- Programas de Afinidad. También conocidos como paquetes de estilo de vida. Sonel resultado de la colaboración entre los operadores móviles y otras compañías dediferentes campos, con largas listas de clientes, como compañías de televisión,clubs deportivos, supermercados y otros minoristas, aerolíneas y bancos. SMSpuede usarse para proporcionar toda clase de información y recordatorios. Dentrode este servicio, se encuentra también el servicio de banca móvil.

- Comercio electrónico. Transacciones financieras que se llevan a cabo a través delterminal móvil.

- Servicio de cliente. El Servicio de Mensajes Cortos evita la necesidad de hacercaras llamadas de voz a los centros de servicio del cliente, enviándote éstos a travésdel SMS, información sobre el estado de la cuenta, la configuración de nuevosservicios.., en particular, cuando el estándar SMS se combina con protocolos comoSIM Application Toolkit o WAP.

- Posicionamiento de vehículos. Esta aplicación integra un sistema deposicionamiento mediante satélite, que por medio de un SMS, le dice a la gentedónde está. Cualquiera con un terminal que soporte GPS (Global PositioningSystem) puede recibir información sobre su posición.

- Punto remoto de venta. SMS puede usarse también en la venta al por menor, parala autorización de tarjetas de crédito. Es particularmente conveniente usar latecnología móvil cuando se hacen ventas desde sitios de difícil acceso, donde no esposible una línea fija. El teléfono móvil se conecta al terminal específico del puntode venta, el número de la tarjeta de crédito es enviado al banco, y el código deautorización es devuelto al terminal del punto de venta como un mensaje corto.

- Supervisión remota. El Servicio de Mensajes Cortos, puede usarse para gestionarmáquinas en ambientes de supervisión remota. Esta aplicación proporciona valiosainformación sobre el estado o el suceso de algún evento ocurrido sobre la máquina,que el usuario precisa saber. Un ejemplo puede ser el de las máquinasexpendedoras, el sistema envía un mensaje corto a la compañía cuando detecta unnivel bajo en algún producto.

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5.10. Clases de mensajes cortos. Esta clasificación de SMSs, se hace en base al comportamiento del mensaje al ser recibido

en el teléfono destino. De acuerdo con la recomendación GSM 03.38, puede tomar cuatrovalores:

- Clase 0 ó FlashSMS : El texto del mensaje se presenta automáticamente en lapantalla del teléfono que lo recibe y no se almacena en memoria.

- Clase 1 : El mensaje se almacena en la memoria del teléfono que lo recibe y elusuario debe buscar alguna opción del tipo "Leer Mensaje" para leerlo.

- Clase 2 : El mensaje se almacena en la memoria de la tarjeta SIM del teléfono quelo recibe y el usuario debe buscar alguna opción del tipo "Leer Mensaje" paraleerlo.

- Clase 3: El mensaje se almacena en la memoria de la tarjeta SIM del teléfono quelo recibe y en una aplicación externa que se ejecute sobre un ordenador conectado aeste teléfono.

5.11. Aplicacion SIM Toolkit.

La aplicación SIM Toolkit, ha sido incorporada dentro del estandar GSM. "SIM", denota la

tarjeta inteligente que se inserta dentro del móvil, y que contiene información sobre el usuario.La aplicación SIM Toolkit permite la flexibilidad de poner al día la SIM, para cambiar losservicios y descargar nuevos servicios. Dentro de la especificación de la aplicación SIMToolkit, el Servicio de Mensajes Cortos es un mecanismo clave para la personalización de laSIM en el teléfono de cada usuario.

Las ventajas más grandes de la aplicación SIM Toolkit son:

- Que ha sido completamente ratificado como parte del estándar GSM.- Que ha sido incorporado en un gran número de terminales por los fabricantes.- Que ha sido incorporado en múltiples servicios de red, desde operaciones bancarias

hasta información de servicios.- Que a demostrado ser una herramienta útil para el acceso a la SIM, que contiene

toda la información sobre el usuario final. Esta información personal permitefunciones que requieren un alto grado de seguridad e identificación de usuario parallevarse a cabo, lo cual es esencial para el comercio electrónico.

5.12. Cell broadcast o mensajes de difusión.

Cell Broadcast, está diseñado para el envío simultaneo de mensajes a múltiples usuarios enun área específica. Considerando que el Servicio de Mensajes Cortos es un servicio uno a uno óuno a unos pocos, Cell Broadcast es un servicio de uno a muchos, enfocado geográficamente.Permite que los mensajes sean comunicados a múltiples clientes de telefonía móvil que esténlocalizados en una determinada área de cobertura de la red. Cell Broadcast es semejante a otrosmedios de distribución masiva como el teletexto o RDS (Radio Data System).

Cell Broadcast está definido dentro de la fase 2 del estándar GSM en GSM 03.49. Tienealgunas similitudes con el SMS (ambos utilizan el "signaling path" de la red GSM). Cadamensaje de Cell Broadcast, puede tener de 1 a 15 páginas de longitud. Cada página puede tenermás de 93 caracteres alfanuméricos, adicionalmente más de 15 mensajes Cell Broadcast puedenconcatenarse. Los mensajes Cell Broadcast son transmitidos al BSCs (Base Station Controllers)para la posterior transmisión. El destino del mensaje está descrito en términos de identificadoresde célula los cuales son usados por el BSC para enrutar el contenido del mensaje a la BTSC(Base Transceiver Station Cells). Los mensajes Cell Broadcast pueden ser actualizados oborrados del BSC y posteriormente del BTS/Cells en cualquier momento durante el periodo de

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transmisión del mismo.(Los BTSs son seleccionados para determinar el área sobre la cual elmensaje es transmitido).

Esta tecnología permite crear canales de comunicación con los móviles que se encuentrenen un área geográfica específica, lo que la convierte en un potente instrumento para servicios deinformación locales o asociados a la posición, haciendo posible la selección del tema o canal deinterés para el usuario (Noticias, Deportes, Información Meteorológica, Tráfico, Farmacias deguardia, Taxis, etc.).

5.13. USSD (Unstructured Supplementary Services Data).

USSD (Unstructured Supplementary Services Data) es un medio de transmitir informacióno instrucciones por una red GSM. USSD tiene algunas similitudes con el SMS (ambos utilizanel "signaling path" de la red GSM). Como diferencia, el USSD no es un servicio dealmacenamiento y envío, es una sesión-orientada tal que cuando un usuario accede a algúnservicio USSD, se establece una sesión y la conexión de radio permanece abierta hasta que elusuario, la aplicación o el paso del tiempo la libera. Los mensajes de texto USSD puedensuperar los 182 caracteres de longitud. USSD se define dentro del estándar GSM en losdocumentos GSM 02.90 y 03.90.

USSD tiene algunas ventajas y desventajas como herramienta de despliegue de servicios en

redes móviles:- Los tiempos de respuesta para aplicaciones interactivas son más cortos para USSD

que para SMS debido a las características de una sesión de USSD, y porque no esun servicio de almacenamiento y envio. Según Nokia, USSD puede ser hasta 7veces más rápido que un SMS para llevar a cabo la misma transacción en ambossentidos.

- Los usuarios no necesitan ir a ningún menú particular del teléfono para acceder aservicios USSD, ya que pueden desde la pantalla inicial del móvil acceder a losmismos.

- Debido a que los comandos USSD son dirigidos de vuelta hacia el HLR (HomeLocation Register), los servicios basados en USSD trabajan igual de bien y de lamisma forma cuando los usuarios están en "roaming".

- USSD funciona en todos los teléfonos móviles GSM.- Tanto la aplicación SIM Toolkit como WAP soportan USSD.- Por otro lado, los códigos USSD son normalmente complicados de recordar,

incluyendo el uso de los caracteres "*" y "#" para indicar el principio y el final delcódigo USSD. Sin embargo la posibilidad de almacenar los códigos USSD deservicios que se usan regularmente, en la agenda del teléfono, reduce la necesidadde recordarlos, así como de tener que introducirlos de nuevo.

- Ningún otro mecanismo ha sido tan especificado en el proyecto de tercerageneración "estandar UMTS" para llevar a cabo funciones tales como la iteraciónHLR (Home Location Register) que el USSD facilita. Por lo tanto, es probable queel USSD todavía encuentre aplicaciones en la tercera generación de telefonía móvil.

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6. Glosario de acrónimos.

A:

ACCH (Associated Control Channel). Canal de control asociado en el sistema GSM.Canal de control utilizado siempre en conjunción con un canal dedicado (TCH oSDCCH). Transporta información necesaria para la comunicación Se divide endos clases de canales: FACCH y SACCH.

ADC (American Digital Cellular). Sistema celular digital utilizado en EEUU (IS-54).

AGCH (Access Grant Channel). Canal de acceso. Canal de control común en el sistemaGSM, transmitido en el sentido base-móvil y utilizado para la asignación derecursos al móvil que previamente solicitó el establecimiento de la comunicacióny tras el proceso de autentificación.

AUC Authentification Centre Centre). Elemento que contiene las claves y algoritmosde verificación para el acceso de un usuario a una red de telefonía celular.

ATM (Asynchronous Transfer Mode). Sistema de conmutación de redes de bandaancha.

B:

BCH (Broadcast Channel).

BCCH (Broadcasting Control Channel). Canal de control de difusión. Canal de controlcomún en el sistema GSM. Se transmite en el sentido base-móvil. Estápermanentemente en el aire para permitir la transferencia de parámetros delsistema e información general de la red, la célula actual y las adyacentes, asícomo para el envío de ráfagas de sincronización. Permite a la estación móvil"orientarse" en el entorno del sistema.

BS (Base Station). Estación base.

BSC (Base Station Controller). Controlador de estaciones base.

BSS (Base Station Subsystem). Subsistema de estaciones base.

BTS (Base Trasceiver Station). Trasceptor de estación base.

C:

CCCH (Common Control Channels). Canales de control común en el sistema GSM.Sirven para regular el acceso de los terminales al sistema y utilizan un par deportadoras.

CDMA (Code Division Multiplex Acces) Acceso múltiple por división de código.

CRC (Cyclic Redundancy Check). Código redundante cíclico. Código protector deerrores utilizado en sistemas celulares.

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D:

DCCH (Dedicated Control Channels). Canales de control dedicados en el sistema GSM.Permiten funciones específicas y se asocian a cada comunicación. Utilizan un parde portadoras.

DCS (Digital Cellular System). Sistema de telefonía celular digital de Y generaciónsimilar al sistema GSM, pero que opera en la banda de 1800MHz

DTX En la transmisión disconínua (DTX) la estación móvil desconecta el transmisor odisminuye el nivel de portadora transmitido en las pausas de la conversación.

E:

EIR (Equipment Indentity Register). Registro de identidad de equipo. Base de datosque guarda información relativa al equipo móvil (fabricante, nº de serie,...).

ETSI (European Telecommunication Standard Institute). Organismo de normalizacióneuropeo en materia de telecomunicaciones.

F:

FACCH (Fast Associated Control Channel). Canal lógico de control utilizado en elsistema digital TDNIA IS-54 y en el sistema GSM. Se usa para transmitir órdenesurgentes como una orden de hand-off. Está asociado de forma transitoria a uncanal de tráfico y se materializa mediante "robo" de intervalos de tráfico

FCCH (Frequency Correction Channel). Canal asociado al canal de tráfico en el sistemaGSM transmitido desde la red hasta el móvil. Por él se envía la información decorrección de frecuencia para sincronización de la portadora en el móvil.

FEC (Forward Error Correction). Corrección de errores a partir de los propios datosenviados.

FER (Frame Erasure Rate). Tasa de tramas defectuosas.

FDD (Frequency Duplexion Divisíon). Técnica de separación en frecuencia entre latransmisión en sentido base-móvil y móvil-base.

FDMA (Frequency Division Multiplex Access). Técnica de multiplexación de canalesradioeléctricos por división en frecuencia, utilizada en los sistemas analógicos deprimera generación.

FH (Frequency Hopping). Salto de frecuencia. Se utiliza en GSM. Posibilidad de quelos móviles puedan realizar la transmisión en la modalidad de saltos defrecuencia, bajo mandato de la red, para lograr una mayor protección gracias a ladiversidad de frecuencia.

FM (Frequency Modulation). Modulación analógica de frecuencia, utilizada en lossistemas celulares analógicos.

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FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications Systems) Anteriordenominación del futuro sistema de telefonía móvil de 3 a generación, propuestopor la ITU-R.

FOCC (Forward Control Channel). Canal de control dedicado utilizado en el sistemaTACS en el sentido base-móvil.

FSK (Frequency Shift Keying). Modulación de frecuencia digital utilizada en latransmisión de información de control en el estándar TACS.

G:

GEO Satélite con órbita geoestacionaria.

GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). Modulación digital de frecuencia con filtrogaussiano de premodulación, utilizada en el sistema celular de 2ª generaciónGSM.

GOS (Grade of Service). Grado de servicio. En sistemas con espera es la probabilidadde que una llamada arbitraria tenga una espera superior a un tiempo especificadoen segundos.

GPS (Global Positioning System). Sistema de posicionamiento a nivel mundial.

GSM (Groupe Spéciale Mobile o Global System for Mobile Communications). Sistemade telefonía celular digital de 2' generación estandarizado en Europa pero cuyouso se ha extendido a otras zonas del planeta. 1-1150 Satélite con órbita alta.

H:

HLR (Home Location Register). Base de datos local que contiene información de todoslos abonados móviles, relativa a su subscripción y servicios suplementarios.

I:

IMEI (International Mobile Equipment Identity). Identidad del equipo móvilinternacional.

IMS1 (International Mobile Subscriber Identity). Identidad de abonado móvilinternacional. Se incorpora en el módulo de identidad de abonado (SIM) cuandoun abonado utiliza un terminal.

IN (Intelligent Network). Red inteligente.

ISDN (Integrated Services Digital Network). Red digital de servicios integrados.

ISI (Intersymbol Interference). Interferencia entre símbolos.

IS-54 Norma que recoge las características del sistema celular digital de 2ª generaciónTDMA surgido en EEUU.

Tecnología GSM.

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IS-95 Norma que recoge las características del sistema celular digital de 2ª generaciónCDMA, propuesto por la compañía Qualcomm.

ITU (International Telecommunications Union). Unión Internacional deTelecomunicaciones.

J:

JDC (Japanese Digital Cellular). Sistema de telefonía celular digital de 2ª generaciónTDMA usado en Japón.

L:

LAN (Local Area Net). Red de área local.

LEO Satélite con órbita baja.

LPC (Linear Prediction Codes). Codificadores de predicción lineal de coeficientes,utilizados en la compresión digital de voz en los sistemas digitales celulares.

M:

MAHO (Mobile Assisted Hand Over). Hand-over asistido por el móvil. El terminal móviles capaz por sí mismo de medir la calidad de las señales procedentes deestaciones base adyacentes, enviarla a la red y ayudar así en la ejecución delhand-over.

MAP (Mobile Application Part). Formato que define los métodos y mecanismos decomunicación en las redes sin hilos

MIN (Mobile Identification Number). Registro que contiene el número telefónicocodificado en binario.

MIPS Millones de instrucciones ejecutadas por segundo.

MS (Mobile Station). Estación móvil.

MSC (Mobile Switching Center). Centro de Conmutación de Móviles. Su funciónprincipal es la de conmutación y encaminamiento de llamadas.

N:

NAMPS (Narrowband Advanced Mobile Phone System). Variación del estándar celularanalógico AMPS con canalización estrecha a 10KHz.

NMT (Nordic Mobile Telephony). Sistema celular analógico de primera generaciónsurgido en los países nórdicos.

Tecnología GSM.

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NRZ (Non Return to Zero). Código utilizado en la señal transmitida en el canal decontrol en banda base en los sistemas de primera generación, en el que no seproduce ninguna transición en la mitad del periodo de bit.

O:

OHD (Overhead Data). Información de cabecera. En el sistema TACS, es un mensajepunto-multipunto que necesitan las estaciones móviles para acceder al sistema.Cuando una estación móvil desee realizar una llamada o se conecte al sistemadebe leer este mensaje transmitido continuamente por el canal de control.

OMS (Operation & Maintenance System). Sistema de operaciones y mantenimiento.

P:

PCH (Paging Channel). Canal de búsqueda. Canal de control común en el sistemaGSM. Se transmite desde la base hasta el móvil e informa a la estación móvil deuna llamada destinada a la misma.

PCN (Personal Communications Network). Red de comunicaciones personales.

PIN (Personal Identification Number). Número de identificación personal.

PSTN (Public Switched Telephonic Network). Red telefónica pública conmutada.

PMR (Private Mobile Radio). Red de comunicaciones móviles privadas

Q:

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Modulación digital de fase en cuadratura,utilizada en los sistemas americanos IS-54, IS-95 y japoneses PDC.

R:

RACE (Research on Advanced Telecommunicationsfor Europe). Programa deinvestigación de la Unión Europea cuyo objetivo es el estudio del sistema UMTS.

RACH (Random Access Channel). Canal de acceso aleatorio. Canal de control común enel sistema GSM. Transmite en el sentido móvil-base las peticiones de la estaciónmóvil no programadas de antemano en el sistema, por ejemplo para el registro oestablecimiento de la llamada. Se utiliza el protocolo "ALOHA" ranurado.

RDS (Radio Data System). Sistema para el envío de datos a traves de la interfaz radio.

RECC (Reward Control Channel). Canal de control en el sentido móvil-base en elestándar británico TACS.

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RELP (Residual Term Excited Long Term Prediction). Técnica de compresión LPCutilizada en el sistema celular digital GSM, en la que se codifica la señal error depredicción mediante técnicas vectoriales.

RSS (Received Signal Strength). Nivel de potencia recibida en un canal.

S:

SACCH (Slow Associated Control Channel). Canal de control asociado lento. Se utiliza enlos sistemas TDMA IS-54 y GSM fundamentalmente para transmitir informaciónrecurrente, como ajuste de potencia o de trama, medidas de calidad del canal,información de taríficación.

SAT (Signal A udio Tone). Se trata de un tono modulado en frecuencia transmitido enel canal vocal de los sistemas analógicos TACS que sirve para controlar lacontinuidad del enlace base-móvil y móvil-base.

SCH (Synchronization Channeo. Canal de sincronización asociado al canal de tráficoen el sistema GSM. Su sentido es desde la red al terminal móvil. Cursa lainformación de sincronización de trama e identificación de la estación base.

SCM (Station Class Mark). Clase de estación móvil en función de la potencia quepuede radiar.

SDCCH (StandAlone Dedicated Control Channeo. Canal de control dedicado del sistemaGSM utilizado para transmitir los datos de usuario.

SID (System Identification). Identificación digital del operador celular.

SIM (Subscriber Identity Module). Módulo de identificación de usuario. Tarjeta que seinserta en el terminal móvil y se asocia a una abono celular.

SIM Toolkit Aplicación incorporada dentro del estandar GSM que permite la flexibilidad de

poner al día la SIM, para cambiar los servicios y descargar nuevos servicios. SMD-PP (Short-Message-Delivey-Point-to-Point). Mecanismo que define el envío de

mensaje punto a punto.

SME (Short Messaging Entity). Entidad que puede enviar o recibir mensajes cortos,pudiendo estar localizada en la red fija, una estación móvil, u otro centro deservicio.

SMS Servicio de mensajes cortos.

SMSC (Short Message Service Center). El SMSC, es el responsable de la transmisión yalmacenamiento del un mensaje corto, entre el SME y una estación móvil.

SMS-Gateway/Interworking MSC (SMS-GMSC). Es un MSC capaz de recibir un mensajecorto de un SMSC, interrogando al HLR (Home Location Register) sobre lainformación de encaminamiento y enviando el mensaje corto al MSC visitado dela estación móvil receptora. El "SMS-Gateway/Interworking MSC" es un MSCcapaz de recibir un mensaje corto de la red móvil y enviarlo hacia el SMSCapropiado.

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SS (Swithcing System). Sistema de Conmutación.

SS7 (Signaling System 7). Formato que da base a la infraestructura de la redinalámbrica.

SS7 TCAP (SS7 Transation Capabilities Application Part). Servicio usado por MAP.

ST (Signaling Tone). Tono de Señalización un tono de señalización insertado en elcanal vocal del sistema TACS, que se utiliza para indicar desconexión, peticiónpara enviar número de la llamada, reconocimiento de orden de hand-off

T:

TACS (Total Access Communication System). Sistema celular analógico de primerageneración estandarizado en el Reino Unido, versión modificada del estándaramericano AMPS adaptado a la canalización europea.

TCH (Traffic Channel). Canal lógico de tráfico en el sistema GSM.

TDD (Time Division Duplexion). Técnicas de duplexación en la que cada terminalefectúa la transmisión y recepción en slots o intervalos de tiempo diferente, peroutilizando la misma portadora

TDMA (Time Division Multiplex Access). Técnica de multiplexación de canalesradioeléctricos por división en tiempo, utilizada en algunos sistemas digitales de2ª generación.

TIA (Telecommunication Industry Association). Asociación de Industrias deTelecomunicación norteamericana.

TSC (Transit Switching Center). Central de tránsito que comunica a los MSC entre sí ycon la red telefónica pública conmutada.

U:

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). Sistema que representa a latelefonía móvil de tercera generación enfocado, principalmente, a la realizaciónde transacciones y al acceso a Internet.

USSD (Unstructured Supplementary Services Data). Es un medio de transmitirinformación o instrucciones por una red GSM.

UTACS Banda del sistema TACS que incluye 1000 canales incluyendo los de control.

V:

VLR (Visitor Location Register). Base de datos que utiliza una NISC para todos losabonados que en un momento dado están en su área de servicio.

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VMAC (Voice Mobile Attenuation Code). Código correspondiente al máximo nivel depotencia que puede transmitir una estación móvil en el canal vocal en una céluladeterminada.

VSELP (Vector Sum Excited Long Prediction). Técnica de compresión LPC.

W:

WAP (Wireless Application Protocol). Protocolo basado en los estándares de Internetque ha sido desarrollado para permitir a teléfonos celulares navegar através de Internet.

WARC (WorldAdministrative Radio Conference) Conferencia mundial donde se definenlas normas de uso del espectro radioeléctrico.

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7. Bibliografía.

[1] Theodore S. RappaportWIRELESS communications. Principles & Practice.Prentice Hall PTR, 1996

[2] Siegmund M. Redl, Matthias K. Weber, Malcolm W. OliphantAn Introduccion to GSM.Artech House Publisers,1995

[3] William StallingsData and Computer Communications.MacMillan, 1994

[4] Simon HaykinDigital Communications.John Willey and Sons, 1988

[5] Uyless BlackTecnologías emergentes para redes de computadoras.Prentice Hall, 1997