Sistemas de Comunicaciones Capitulo 4

Sistemas de Comunicaciones - 6º año Electrónica – Colegio PIO IX Prof: Ing. Fernando Sirera

CAPITULO 4: SISTEMA DE TELEFONIA CELULAR 1. Evolución de la Tecnología Celular Las tecnologías inalámbricas han tenido mucho auge y desarrollo en estos últimos años. Una de las que ha tenido un gran desarrollo ha sido la telefonía celular. Desde sus inicios a finales de los 70 ha revolucionado enormemente las actividades que realizamos diariamente. Los teléfonos celulares se han convertido en una herramienta primordial para la gente común y de negocios; las hace sentir más seguras y las hace más productivas. A pesar de que la telefonía celular fue concebida estrictamente para la voz, la tecnología celular de hoy es capaz de brindar otro tipo de servicios, como datos, audio y video con algunas limitaciones. Sin embargo, la telefonía inalámbrica del mañana hará posible aplicaciones que requieran un mayor consumo de ancho de banda. 1.1. Breve historia de la telefonía celular Martin Cooper fue el pionero en esta tecnología, a él se le considera como "el padre de la telefonía celular" al introducir el primer radioteléfono, en 1973, en Estados Unidos, mientras trabajaba para Motorola; pero no fue hasta 1979 cuando aparecieron los primeros sistemas comerciales en Tokio, Japón por la compañía NTT. En 1981, los países nórdicos introdujeron un sistema celular similar a AMPS (Advanced Mobile Phone System). Por otro lado, en Estados Unidos, gracias a que la entidad reguladora de ese país adoptó reglas para la creación de un servicio comercial de telefonía celular, en 1983 se puso en operación el primer sistema comercial en la ciudad de Chicago. Con ese punto de partida, en varios países se diseminó la telefonía celular como una alternativa a la telefonía convencional inalámbrica. La tecnología tuvo gran aceptación, por lo que a los pocos años de implantarse se empezó a saturar el servicio. En ese sentido, hubo la necesidad de desarrollar e implantar otras formas de acceso múltiple al canal y transformar los sistemas analógicos a digitales, con el objeto de darles cabida a más usuarios. Para separar una etapa de la otra, la telefonía celular se ha caracterizado por contar con diferentes generaciones. A continuación, se describe cada una de ellas. 2. Funcionamiento del Sistema Celular 2.1. Distribución de la Frecuencia En 1980, la FCC decidió dar una licencia de dos portadoras comunes por área de servicio. La idea era eliminar la posibilidad de un monopolio y proporcionar las ventajas que generalmente acompañan un ambiente competitivo. Subsecuentemente, surgieron dos sistemas de distribución de frecuencia, cada uno con su propio grupo de canales, sistema A y sistema B, para compartir el espectro de la frecuencia distribuida. El sistema A se definió para las compañías inalámbricas y el sistema B se definió para las compañías con líneas alámbricas. El sistema celular AMPS utiliza una banda de frecuencia de 20 MHz compuesta de 666 canales con espacios, entre canales de 30 KHz.


Para las unidades móviles, el canal 1 tiene una frecuencia de transmisión de 825.03 MHz y el canal 666, en 889.98 MHz. Un espectro de frecuencias de 5 MHz adicional, se aumentó posteriormente a la banda de 20 MHz existente, lo cual incrementa el número total de canales disponibles a 832. El estándar celular TACS utiliza una banda de frecuencia de 15 MHz que abarca 600 canales con un espacio, entre canales, de 25 KHz. La frecuencia de transmisión parta el canal 1, es 890.0125 MHz y de 904.9875 MHz, para el canal 600. Los espectros de canales de AMPS y TACS se dividen en dos grupos básicos. Un conjunto de canales se dedica para el intercambio de información de control entre unidades móviles y el sitio de célula, y tienen el término de canales de control. El segundo grupo, con el término de canales de voz o usuario, consiste de los canales restantes y se usa para conversaciones reales. Como el sistema AMPS, los receptores TACS operan a 45 MHz, arriba de la frecuencia de transmisión. Por lo tanto, para las unidades móviles, el canal 1 recibe en 935.0125 MHz y el canal 600, en 959.9875 MHz. Puede observarse que el espectro de frecuencias adicional (TACS no lo implementó) y los canales de control dedicado son para el sistema de 600 canales.

Existen varios tipos de teléfonos celulares: móviles o montables en autos, portátiles o teléfono de bolsillo y de manos o teléfono transportable. Existen tres clases de teléfonos celulares (cuatro para TACS). La clase en que entra un radio en particular se determina por el tipo de teléfono que es y cuanta potencia de transmisión es capaz de producir. Los móviles (clase 1) irradian mayor cantidad de potencia y después lo siguen los equipos transportables (clase 2). Mientras que, los teléfonos de bolsillo (clase 3; clases 3 y 4 para TACS), tienen la capacidad de salida de potencia más baja.


2.2. Componentes Principales Los seis componentes principales de un sistema de radio celular son: 1. Centro de Conmutación Electrónico

El Centro de Conmutación Electrónico es un conmutador telefónico digital y es el corazón del sistema celular. El conmutador realiza dos funciones esenciales:

• controla la conmutación entre la red telefónica pública y los sitios de células para todas las llamadas de línea a móvil, móvil a línea y móvil a móvil.

• procesa información recibida de los controladores de sitio de célula que contiene el estado de la unidad móvil, información de diagnóstico y compilación de facturas.

El conmutador electrónico se comunica con los controladores de sitio de célula con un enlace de datos utilizando el protocolo X.25 y la tasa de transmisión de 9.6 kbps a full-dúplex.

2. Controlador de Sitio de Célula Cada célula contiene un controlador de sitio de célula que opera bajo la dirección del centro de conmutación. El controlador de sitio de célula administra cada uno de los canales de radio en el sitio, supervisa llamadas, enciende y apaga el transceptor de radio, inyecta información a los canales de control y usuario y realiza pruebas de diagnóstico en el equipo de sitio de la célula.

3. Transceptores de Radio Los transceptores de Radio utilizados para la radio celular son FM de banda angosta, con una frecuencia de audio de 300 Hz a 3 KHz y una desviación de frecuencias de +/- 12 KHz para una modulación al 100 %. Esto corresponde a un ancho de banda de 30 KHz usando la regla de Carson. Cada célula contiene un transmisor y dos receptores de radio sintonizados a la misma frecuencia. Se selecciona a cualquier receptor de radio que detecte la señal más fuerte.

4. Interconexiones del Sistema Las líneas telefónicas terminadas a cuatro hilos se utilizan para conectar los centros de conmutación a cada uno de los sitios de la célula. Existe un circuito troncal de cuatro hilos asignado para cada uno de los canales del usuario de la célula. Además, debe haber por lo menos un circuito a cuatro hilos para conectar el conmutador a un controlador de sitio de célula como canal de control.

5. Unidades de Telefonía Móvil Las Unidades de Telefonía Móvil y portátiles son básicamente la misma cosa. La única diferencia es que las unidades portátiles tienen una potencia de salida más baja y una antena menos eficiente. Cada unidad de teléfono móvil consiste de una unidad de control, un transceptor de radio, una unidad lógica y una antena móvil. La unidad de control alberga todas las interfaces de usuario, incluyendo un auricular. El transceptor de radio utiliza un sintetizador de frecuencias para sintonizar cualquier canal del sistema celular asignado. La unidad lógica interrumpe las acciones del suscriptor y los comandos del sistema y maneja al transceptor y las unidades de control

6. Protocolo de Comunicaciones El último componente del sistema celular es el Protocolo de Comunicaciones que gobierna la manera en que una llamada telefónica es establecida. Los protocolos celulares difieren entre países:

• en Estados Unidos y América latina se utiliza el estándar del Servicio de Telefonía Avanzado (AMPS)

• en Canadá se utiliza el sistema AURORA 80B.


Cada país europeo tiene su propio estándar, a saber: • el Sistema de Comunicaciones de Acceso Total (TACS) se usa en el Reino Unido; • el NMT o sistema nórdico en los países escandinavos; • el RC2000 en Francia • el NETZ C-450 en Alemania

En tanto que los países de Asia utilizan el NTT, que es el estándar japonés para la telefonía celular.

2.3. Concepto básico de Radio Celular El concepto básico de radio celular es muy sencillo: cada área se divide en celdas (células) hexagonales que encastran juntas para poder formar un patrón de panal. Se eligió la forma de hexágono porque proporciona la transmisión más efectiva aproximada a un patrón circular, mientras elimina espacios presentes entre los círculos adyacentes. Una célula se define por su tamaño físico y, lo más importante, por el tamaño de su población y patrones de tráfico. A continuación se representa un CLUSTER de siete estaciones.

El número de células por sistema lo define el proveedor y lo establece de acuerdo a los patrones de tráfico anticipados. Cada área geográfica del servicio móvil se distribuye en 666 canales de radio celular. Cada transceptor (transmisor / receptor) con un área envolvente tiene un subconjunto fijo de 666 canales de radio disponibles, basados en el flujo de tráfico anticipado. A continuación se muestra un sistema de telefonía celular simplificado que incluye todos los componentes básicos necesarios para las comunicaciones de radio celular.

Hay una red de radio de FM que cubre un conjunto de áreas geográficas (células) dentro de las cuales las unidades de radio móvil de dos vías, como los teléfonos celulares, se pueden comunicar. La red de radio se define por un conjunto de transceptores de radio frecuencia, ubicados en el centro físico de cada célula. Las ubicaciones de estos transceptores de radio frecuencia se llaman Estaciones Base y sirven como un control central para todos los usuarios dentro de esa célula.


Las unidades móviles se comunican directamente con la estación base, la cual sirve como una estación transmisora de alta potencia. Las unidades móviles transmiten a la estación base y la estación base emite esas transmisiones a una potencia mayor. La estación base puede mejorar la calidad de la transmisión, pero no pueden incrementar la capacidad de canales, dentro del ancho de banda fijo de la red. Debido a que las estaciones están distribuidas sobre un área de cobertura del sistema y se administran, también se controlan por un controlador de sitio de células computarizado que maneja un control del sitio de célula y funciones de conmutación. El conmutador se llama Oficina de Conmutación de Telefonía Móvil (MTSO). Una estación base se compone de un transceptor de FM de baja potencia, amplificadores de potencia, unidad de control y otro hardware, dependiendo de la configuración del sistema. La radio celular utiliza varios transceptores con potencia moderada en un área de servicio relativamente ancha, al contrario de MTS, el cual usa un transceptor de alta potencia en una elevación alta. La función de la estación base es una interfaz entre los teléfonos móviles celulares y el MTSO. Se comunica con el MTSO sobre enlaces de información dedicados (metálicas y no metálicas) y se comunica con las unidades móviles, sobre las ondas de aire, utilizando un canal de control. La función de MTSO es controlar el procesamiento y establecimiento de llamadas así como la realización de llamadas, lo cual incluye señalización, supervisión, conmutación y distribución de los canales de RF. El MTS, también proporciona una administración centralizada y el mantenimiento crítico para toda la red e interfaces con la Red de Telefonía Pública Conmutada. (PTSN), asimismo, acordar las instalaciones de transmisión de voz con líneas alámbricas y servicios de telefonía con líneas alámbricas convencionales. Un MTSO se conoce por diferentes nombres, dependiendo del fabricante y la configuración del sistema:

• MTSO (Oficina de conmutación de Telefonía móvil), fue dado por los laboratorios Bell. • EMX (Intercambio Móvil Electrónico) por Motorola. • AEX por Ericsson. • NEAX por NEC. • SMC (Centro de conmutación Móvil) y MMC (Centro Móvil Maestro), por Novatel.

Cada área geográfica o célula generalmente puede acomodar hasta 70 diferentes canales de usuario simultáneamente. Dentro de una célula, cada canal puede soportar sólo un usuario de telefonía móvil a la vez. Los canales están asignados de manera dinámica y dedicada a un solo usuario, por la duración de la llamada, y cualquier usuario puede ser asignado a cualquier canal de usuario. Esto se llama reuso de frecuencia , y permite que un sistema de telefonía celular, en un área sencilla, maneje considerablemente más de los 666 canales disponibles. Por lo tanto, la radio celular hace un uso más eficiente del espectro de frecuencias disponibles, que un servicio MTS tradicional. Conforme se aleja un teléfono de un transceptor, en el centro de una célula, la intensidad de la señal recibida comienza a disminuir. La máxima potencia de salida de un transceptor celular es de 35 dBm (3 W) y puede ajustarse a incrementos reductores de 4 dB hasta 7.8 dBm (0.7 W). La potencia de salida de las unidades móviles se controla por la estación base, por la transmisión de comandos up/down, lo cual depende de la intensidad de la señal que esté recibiendo actualmente.


Cuando la intensidad de la señal disminuye, por debajo de un nivel umbral predeterminado, el centro de conmutación electrónico localiza la célula en el panal que está recibiendo la señal más fuerte de la unidad y transfiere de la unidad móvil al transceptor en la nueva célula. La transferencia incluye convertir la llamada a una frecuencia disponible dentro del subconjunto de canales distribuidos en la nueva célula. Esta transferencia se llama entrega y es completamente transparente al usuario (el cliente no sabe que su servicio ha sido conmutado). La transferencia toma aproximadamente 0,2 seg. lo cual es imperceptible a los usuarios de teléfono de voz. Sin embargo, un retardo de ese orden puede ser destructivo en una transferencia de datos. 2.4. Plan de Frecuencias Cuando se diseña una red celular, se debe tener en cuarenta la disponibilidad de las frecuencias de radio, según el Ancho de banda (BW) asignado para cada operador. Generalmente, y de acuerdo a lo visto anteriormente, se dispone de un grupo de canales de voz de 395 frecuencias. Dependiendo del tipo de red celular a implementar, se utilizan las siguientes configuraciones: 2.4.1. Configuración 4-12 La misma está compuesta por 4 (cuatro) grupos de frecuencias y 12 (doce) canales de control, según detalle: Radio Bases: 4 Grupos: A, B, C, D. Canales: A1, B1, C1, D1, A2, B2, C2, D2, A3, B3, C3, D3. La disposición física de estas frecuencias y sus grupos será:


2.4.2. Configuración 7-21 La misma está compuesta por 7 (siete) grupos de frecuencias y 21 (veintiuno) canales de control, según detalle: Radio Bases: 7 Grupos: A, B, C, D, E, F, G. Canales: A1, B1, C1, D1, E1, F1, G1, A2, B2, C2, D2, E2, F2, G2, A3, B3, C3, D3, E3, F3, G3. La disposición física de estas frecuencias y sus grupos será:

2.4.3. Reuso de Frecuencias Este concepto permite reutilizar las frecuencias de cada canal de voz (AVCH y DVCH) distribuidos convenientemente en las configuraciones 4-12 y 7-21, tantas veces como sea necesario para cubrir la superficie de la red celular. 2.4.3. Interferencias En todo plan de frecuencias es necesario verificar la distribución de las frecuencias de los canales, de manera de evitar la presencia de interferencias, a saber:

• Co-canal: se da entre canales de audio que estén siendo utilizados en dos comunicaciones y celdas bien diferenciadas, provocando alteraciones en la recepción de datos (pérdida parcial o total de datos).

• Adyacente: se da entre canales del mismo grupo, cuya separación, en valores de frecuencia, sea inferior a lo permitido.

2.5. Asignación de Canales Al momento de generarse un intento de llamada, el sistema deberá asignar un canal de voz, el que puede ser analógico o digital. Previo a esto se debe verificar el estado de funcionamiento del mismo, desde el punto de vista de RF. Para ello, se utilizan unos parámetros que determinarán la calidad del audio y si dichos dispositivos son óptimos.


• SAT: Supervisión Audio Tone Cuando el canal de audio es analógico, el sistema le manda un tono de supervisión de audio (SAT), el cual es devuelto por el dispositivo a utilizar (canal). Si el resultado es correcto el canal está óptimo, caso contrario se deberá asignar otro. Los tonos son tres (SAT0, SAT1, SAT2) y sus valores de frecuencias difieren en 30 Hz.

• DVCC: Digital Verificador Color Code

Este cumple con las mismas funciones que el SAT, pero para los canales de voz digitales. El DVCC es un código de verificación digital que se envía por medio del canal de control digital (DCCH).

2.6. Parámetros de Supervisión de Llamadas Cuando una comunicación es generada con éxito, el sistema se encarga de monitorear determinados parámetros, a fin de garantizar el correcto mantenimiento de la comunicación en cuestión. Para ello se tienen en cuenta:

-55 dBm SSD: Signal Strength to Decrease.

-80 dBm SSI: Signal Strength to Increase. -95 dBm SSH: Signal Strength to Hand-off.

-110 dBm SSB: Signal Strength for Blocking. 2.7. Paging sobre el Canal de Control Cuando un Terminal celular se encuentra encendido, el mismo de registrarse en la red, a fin de saber en qué área de cobertura se encuentra y al momento de generar una comunicación hacia el MS, este pueda ser encontrado. El Paging se realiza por medio de los canales de control ()ACCH y DCCH) y consiste en tener información de los equipos (MS) encendidos y guardar dichos datos en el HLR (Home Location Register). Esto se realiza cada diez minutos. Para ello existen ciertos parámetros que definen esta situación y deben tenerse en cuenta:

• SID: System ID. • ESN: Electronic Serial Number. • MIN: Mobile ID Number.

En el caso de los terminales celulares GSM actuales, los parámetros son:

• SID: System ID. • SIM: Subscriber Identity Module. • IMEI: International Mobile Equipment Identity.

Para solucionar el tema del tiempo y evitar que si un MS se enciende después del Paging, quedando sin registrarse en la red hasta el próximo Paging, se implementó la siguiente función:

• Power UP: fuerza la registración al encender el MS. • Power DOWN: fuerza la de-registración al apagar el MS.


2.8. Procesamiento de Llamadas Una llamada telefónica sobre una red celular requiere del uso de dos canales de voz full dúplex simultáneamente, uno se llama canal de usuario y el otro, el canal de control. La estación base transmite y recibe, y se llama canal de control directo y canal de voz directo, y la unidad móvil transmite y recibe con el control y los canales de voz diversos. La conclusión de una llamada dentro de un sistema de radio celular es muy similar a la de telefonía pública conmutada. Cuando una unidad móvil se enciende, realiza una serie de procedimientos de arranque y después prueba la intensidad de la señal recibida en todos los canales de usuario prescritos. La unidad automáticamente se sintoniza al canal con la intensidad de la señal de recepción más fuerte y se sincroniza para controlar la información transmitida por el controlador de sitio de célula. La unidad móvil interpreta la información y continúa monitoreando el/los canal(es) de control. La unidad móvil automáticamente rastrea periódicamente para asegurarse que está utilizando el mejor canal de control. Dentro de un sistema celular, las llamadas se pueden realizar entre una línea compartida y un teléfono móvil o entre dos teléfonos móviles. 2.8.1. Llamada de línea a móvil El centro de conmutación de un sistema celular recibe una llamada de una línea compartida a través de una línea interconectada dedicada, desde la red telefónica pública conmutada. El conmutador traslada los dígitos marcados y determina si la unidad móvil, a la cual la llamada está destinada, está colgada o descolgada (ocupada). Si la unidad móvil está disponible, el conmutador vocea al suscriptor móvil. Siguiendo una respuesta de voceo de la unidad móvil, el conmutador asigna un canal desocupado e instruye a la unidad móvil que se sintonice en ese canal. La unidad móvil envía una verificación de la sintonización del canal por medio del controlador de sitio de célula y después envía un tono de progreso de llamada al teléfono móvil del suscriptor, causando que éste suene. El conmutador termina los tonos de progreso, cuando recibe la indicación positiva que el suscriptor ha contestado el teléfono y la conversación entre dos personas comienza. 2.8.2. Llamada de móvil a línea Un suscriptor móvil que desea llamar a una línea compartida, primero introduce el número llamado en la memoria de la unidad, usando los botones de tono o de pulso en la unidad del teléfono. El suscriptor, entonces oprime la tecla para enviar, la cual transmite el número marcado, así como el número de identificación del suscriptor móvil al conmutador. Si el número de identificación es válido, el conmutador enruta la llamada sobre una interconexión de línea terminada a la red de telefonía pública, lo cual termina la conexión a la línea compartida. Usando el controlador de sitio de célula, el conmutador asigna a la unidad móvil que sintonice ese canal. Después que el conmutador verifica que la unidad móvil está sintonizada al canal asignado, el suscriptor móvil recibe un tono de llamada en progreso, audible, del conmutador. Después que la persona a la que se llamó levanta el teléfono, el conmutador termina los tonos de llamada en progreso y la conversación puede comenzar. 2.8.3. Llamadas de móvil a móvil Las llamadas entre dos unidades, también son posibles en el sistema de radio celular. Para originar una llamada a otra unidad móvil, el que llama introduce el número marcado en la memoria de la unidad, por medio del teclado en el dispositivo de teléfono y después oprime la tecla enviar. El conmutador recibe el número de identificación del que llama y el número marcado y después determina si la unidad llamada está libre para recibir una llamada. El conmutador envía un comando de voceo a todos los controladores de sitio de célula y el que es llamado (el canal puede estar en cualquier parte del área de servicio) recibe un llamado. Después de un voceo positivo del que fue llamado, el conmutador asigna a cada uno, un canal de usuario desocupado y les instruye que se sintonicen a su canal respectivo. Entonces el teléfono del que se está llamando suena.


Cuando el sistema recibe una noticia de que el que fue llamado ha contestado el teléfono, el conmutador termina el tono de llamada progresiva y la conversación puede comenzar entre las dos unidades. Si un suscriptor móvil desea iniciar una llamada y los canales de usuario están ocupados, el conmutador envía un comando de reintento instruyendo al suscriptor que vuelva a intentar la llamada por medio de una célula vecina. Si el sistema no puede distribuir un canal de usuario por medio de la célula vecina, el conmutador transmite un mensaje de intercepción a la unidad móvil que esta llamando por medio del canal de control. Cada vez que esta llamando a un suscriptor móvil que está ocupado, el que llama recibe una señal de ocupado. Además, si el número que se está marcando no es válido, el sistema envía un mensaje grabado por medio del canal de control o proporciona un aviso de que la llamada no puede procesarse. 2.9. Características del Hand-off Una de las características más importantes de un sistema celular es su capacidad de transferir llamadas, que ya están en proceso, de un controlador de sitio de célula a otro conforme las unidades móviles e mueven, de célula a célula, dentro de la red celular. Este proceso de transferencia se llama Hand-off o Hand-over . Las computadoras en las estaciones del controlador del sitio de célula transfieren llamadas de célula a célula con un mínimo de interrupción y ninguna degradación en la calidad de la transmisión. El algoritmo de decisiones de este proceso se basa en las variaciones de la intensidad de la señal. Cuando una llamada está en progreso, el centro de conmutación monitorea la intensidad de la señal recibida de cada canal de usuario. Si el nivel de la señal de un canal ocupado cae debajo de un nivel de umbral predeterminado, para un intervalo de tiempo dado, el conmutador realiza un Hand-off. Si existe un canal vacante, la operación reenruta la llamada por un sitio de célula nuevo y, para ello, se requiere de aproximadamente 200 mseg . Los parámetros de Hand-off permiten la transferencia optimizada basada en una carga de tráfico del sitio de célula y el terreno que lo rodea. El bloqueo ocurre cuando el nivel de la señal cae a menos del nivel útil y no existen canales utilizables de intercambio. Para ayudar a evitar el bloqueo o la pérdida de una llamada, el sistema emplea un esquema de balanceo de cargas que libera los canales y establece prioridades de Hand-off. Los programadores en el sitio del conmutador central, actualizan continuamente el algoritmo de conmutación para enmendar al sistema hasta acomodar las cargas de tráfico variantes. 2.10. Cobertura de Red La cobertura del sistema se refiere a las zonas geográficas en las que se va a prestar el servicio. La tecnología más apropiada es aquella que permita una máxima cobertura con un mínimo de estaciones base, manteniendo los parámetros de calidad exigidos por las necesidades de los usuarios. La tendencia en cuanto a cobertura de la red es permitir al usuario acceso a los servicios en cualquier lugar, ya sea local, regional, nacional e incluso mundial, lo que exige acuerdos de interconexión entre diferentes operadoras para extender el servicio a otras áreas de influencia diferentes a las áreas donde cada red ha sido diseñada. Respecto al nivel de cobertura que ofrece la red celular, los teléfonos celulares tienen varias desventajas que no son necesariamente defectos o fallas en el diseño de un teléfono celular, sino sólo son parte de la naturaleza del producto. En la mayoría de los casos, estas desventajas tienen que ver con el enlace de radio entre el teléfono celular y una estación de celda y la fisonomía o geografía de lugar.


2.10.1. Pérdidas de Señal Un problema inherente a las señales de radio en la gama de 800 a 900 MHz (banda de comunicaciones celulares) es que las señales tienden a moverse sólo en líneas rectas a partir de su antena. Dichas ondas de radio de alta frecuencia son debilitadas o atenuadas por la humedad de la atmósfera, reflejada por edificios y superficies lisas tales como agua y pueden ser bloqueadas completamente por obstáculos geográficos grandes como montañas y colinas. Cuando el teléfono celular está en movimiento, la intensidad de la señal recibida puede disminuir lo suficiente en algunos casos como para causar interrupciones breves de la señal recibida. Casos más severos pueden impedir que su señal transmitida llegue a la estación de celda. Estas pérdidas de señal se observan como pausas repentinas en la recepción. Podría haber sido una o dos pausas breves, o una serie de pausas de duración variables, dependiendo de la severidad de la circunstancia. Otra causa común de la pérdida de la señal ocurre cuando uno se aproxima a le región fronteriza de un área de servicio en la que no halla otras estaciones que acepten la transferencia de su conversación. En estos casos, se experimenta un debilitamiento gradual de la señal hasta que comienzan pérdidas breves de la señal. Las pérdidas de señal rápidamente empeorarán hasta que el móvil quede completamente desconectado. Los controles de la estación de celdas generalmente están diseñados para pasar por alto pérdidas menores de señal sin interrumpir su conversación. Sin embargo, pérdidas de señal continua o prolongada pueden hacer que la estación de celda lo desconecte. 2.10.2. Zonas Muertas En principio, las zonas muertas ocurren por las mismas razones generales que las pérdidas de señal, aunque el área de cobertura débil se presenta a escala mucho mayor. La pérdida de las señales recibidas puede ser tanto tiempo que la estación de celdas interpreta la pérdida de señal como haber colgado. La estación de celda responde dejando libre el canal perdido, resignando los canales según lo necesiten otras llamadas. Áreas con colinas, montañas o urbes densas, a menudo experimentan zonas muertas. Las señales son absorbidas o reflejadas; evitando que las ondas de radio se propaguen hasta el área deseada. Algunas veces una zona muerta puede eliminarse cambiando la localización de la estación de celda dividiendo la celda para añadir estaciones adicionales que cubran adecuadamente el área afectada. 2.11. Características del Sistema Celular 2.11.1. Capacidad Se refiere a la cantidad de usuarios que se pueden atender simultáneamente. Es un factor de elevada relevancia, pues del adecuado dimensionamiento de la capacidad del sistema, según demanda de servicio, depende la calidad del servicio que se preste al usuario. Esta capacidad se puede incrementar mediante el uso de técnicas tales como la reutilización de frecuencias, la asignación adaptativa de canal, el control de potencia, saltos de frecuencia, algoritmos de codificación, diversidad de antenas en la estación móvil, etc. 2.11.2. Diseño de las celdas La estructura de las redes inalámbricas se diseña teniendo presente la necesidad de superar los obstáculos y manejar las características propias de la radio propagación. Disponer de un radio enlace directo para cada suscriptor, predecir las características de la señal en zonas urbanas donde la densidad de suscriptores es alta y las edificaciones tienen gran influencia en la propagación, son factores que establecen limitaciones fundamentales en


el diseño y ejecución de los sistemas inalámbricos orientados a las necesidades personales y empresariales. Los mecanismos que gobiernan la radio propagación son complejos y diversos, y generalmente se atribuyen a fenómenos que sufren las ondas electromagnéticas en su transporte, tales como reflexión, difracción, dispersión y en general pérdidas de propagación. Los requerimientos para reducir el efecto de estos fenómenos en las comunicaciones son definidos de diversas maneras dependiendo de la tecnología utilizada. Según la capacidad y cobertura requeridas en el área de influencia de las redes, su diseño implicará la utilización de celdas de diferentes radios y las antenas de las estaciones base presentarán diferentes alturas y potencias de transmisión. De allí surgen las definiciones de sistemas macrocelulares, microcelulares y picocelulares. Las macroceldas son los modelos de comunicación más comunes para operación celular. El rango de cubrimiento de éstas se encuentra entre 1 y 30 kilómetros, por lo que son utilizadas principalmente para el manejo del tráfico originado por usuarios que se encuentran en movimiento a gran velocidad, disminuyendo de esta forma el número de handoff y aumentando de esta manera la calidad del servicio al reducir la probabilidad de caída de llamadas. El uso de microceldas (con rango de cubrimiento entre 100 y 1000 metros) incrementa la capacidad de la red, ya que permite hacer un mayor manejo de tráfico y hace posible la utilización de potencias de transmisión muy bajas. Desde el punto de vista del operador, esto se traduce en ventajas adicionales como una mejor cobertura, bajos costos de la red por suscriptor y mayor eficiencia en la operación del sistema. Los requerimientos claves del sistema microcelular incluyen la coexistencia e interoperabilidad con los sistemas ya instalados, necesitándose un desarrollo mínimo de ingeniería para su diseño. Al reducir mucho más el tamaño de las celdas, se logran las picoceldas (cubrimiento menor a 100 metros). Como se sabe, una reducción en el tamaño de una celda implica un aumento en su capacidad (manejo de tráfico), por lo que las picoceldas se utilizan para brindar cobertura en las zonas identificadas como de muy alto tráfico, tales como centros de negocios o centros comerciales, donde los usuarios tienen un patrón de comportamiento de baja movilidad y se encuentran en un ambiente cerrado. 2.11.3. Movilidad En la nueva generación de sistemas de telefonía celular digital, se involucra tanto la movilidad personal como la movilidad del terminal. La movilidad personal se refiere a la posibilidad de que el usuario tenga acceso a los servicios en cualquier terminal (alámbrico o inalámbrico) sobre la base de un número único personal y a la capacidad de la red para proveer esos servicios de acuerdo con el perfil de servicio del usuario. Por otro lado, la movilidad del terminal es la capacidad de un terminal inalámbrico de tener acceso a servicios de telecomunicaciones desde diferentes sitios mientras está en movimiento, y también la capacidad de la red para identificar, localizar y seguir ese terminal. 2.11.4. Calidad. Las consideraciones que un usuario debe tener en cuenta a la hora de suscribirse a un servicio de telefonía móvil tienen que ver con el precio y las características de operación del dispositivo portátil, la disponibilidad de una variedad de servicios, la duración de la batería, la cobertura geográfica y la posibilidad de disfrutar el servicio en áreas diferentes a la que está inscrito, así como una confiable calidad de transmisión de voz y datos. Por otra parte, la calidad es un factor de especial atención desde el punto de vista de los operadores, pues es conveniente lograr la rentabilidad de sus negocios paralelamente a la satisfacción de sus clientes, al dimensionar óptimamente las redes con la adecuada relación costo/beneficio, reducir los costos de operación y mantenimiento, utilizar eficientemente el espectro radioeléctrico, y disponer de mecanismos que permitan mejorar la operación del sistema de acuerdo con los nuevos avances tecnológicos que surjan.


3. Sistemas Analógicos Dos sistemas analógicos de amplia utilización en los países europeos para la presentación del servicio TMA, son los conocidos como NMT (Nordic Mobile Telecommunications) y el TACS (Total Access Communications System). El sistema NMT 450 surge como un servicio normalizado en los países escandinavos (Suecia, Noruega, Dinamarca, Islandia) en el año 1981; éste es un sistema ideal para cubrir la mayor extensión de terreno con la mayor inversión. Otra versión es la denominada NMT 900, que emplea la gama de frecuencias de 911MHZ, permitiendo de esta forma un mayor número de canales, y es utilizado en aquellos puntos en que el NMT 450 se halla saturado. El sistema TACS 900, adoptado primeramente en Inglaterra en 1985, deriva del AMPS, lanzado comercialmente en los Estados Unidos en 1984. Mediante este se obtiene una mejor calidad de servicio, a la vez que mejora la relación señal/ruido al tener un mayor ancho del canal. EN 1995, más del 70% de los teléfonos móviles fabricados en el mundo cumplía una de estas dos normas. 3.1. Sistema NMT 450/900 El sistema NMT tiene dos versiones: una, la conocida como NMT 450, que opera en la banda de 450 MHz, y la otra, NMT 900, que lo hace en la de 900 MHz y proporciona un mayor numero de canales; las características técnicas de una y otra versión son similares salvo las correspondientes a la banda empleada. El NMT 450, es un sistema analógico multiplexado en frecuencia (FDM) de banda ancha, esto significa que la anchura de banda disponible se divide en porciones, cada una de las cuales constituye un semicanal, y hay que considerar que un canal completo consta de un semicanal estación base/móvil y de otro móvil/estación base. Por tanto, y para evitar interferencias, es necesario que cada estación base utilice un juego de frecuencias diferente al de su colateral. 3.2. Sistema de Comunicaciones de Acceso Total (TAC S) El Sistema de Comunicaciones de Acceso Total (TACS) es un sistema de comunicaciones para telefonía móvil celular analógica dúplex en la banda de 900 MHz. Fue desarrollado por el Reino Unido, adaptando el sistema AMPS americano a los requisitos europeos (especialmente en los aspectos de banda de frecuencia y canalización), y puesto en servicio en el año 1985. A principio de esta década de los noventa, otros países europeos entre los que se encontraban España, Austria o Italia adoptaron también este sistema. En el Reino Unido se concedieron dos licencias para operar cada una con su red propia. Para ello, la banda original de 1000 canales (de 890 a 915 MHz y de 935 a 960 MHz) se dividió en dos segmentos de 300 canales cada uno, reservando las sub-bandas de los 905 a los 915 MHz y de los 950 a los 960 MHz para la futura introducción del sistema GSM. Posteriormente, se amplió la banda añadiendo los rangos de 872 890 MHz y de 917 a 935 MHz para otorgar la capacidad requerida. Esta nueva banda toma la denominación de ETACS (extended TACS). Por lo tanto, de forma resumida, el sistema TACS utiliza una banda de frecuencias de 25 MHz que abarca 600 canales con un espacio entre canales de 25 KHz. La frecuencia de transmisión para el canal 1 es 890.0125 MHz y para el canal 600 es de 904.9875 MHz. Hay que puntualizar que el estándar TACS define tan sólo el protocolo de acceso radio entre una estación móvil y su correspondiente estación base. La gestión de la movilidad, o lo que es igual, las facilidades de transferencia y roaming soportadas por el sistema, así como la estructura y comunicaciones entre los distintos elementos de la red quedan a criterio del fabricante. El espectro de los canales TACS se divide en dos grupos básicos (como también ocurre con los canales AMPS). Un primer conjunto de canales, denominados canales de control, destinados para el intercambio de información de control entre las unidades móviles y la celda.


El segundo grupo, denominado como canales de voz o usuario, está compuesto por los canales restantes y es utilizado para el tráfico de voz. Cuando estos sistemas analógicos estuvieron completamente implantados, no tenían capacidad suficiente para dar servicio al potencial mercado que se estaba creando, además de no contar con muchas posibilidades técnicas que, como posteriormente se ha comprobado, eran imprescindibles. Por todo esto es por lo que apareció la llamada segunda generación en telefonía móvil, los sistemas celulares digitales. 3.3. Sistema Avanzado de Telefonía Móvil (AMPS) El servicio AMPS entró en servicio comercialmente en 1983, siendo el pionero de los sistemas celulares mundiales, utilizando la banda desde los 800 MHz hasta los 900 MHz, con una anchura de banda de 30 KHz para cada canal como un servicio telefónico móvil completamente automatizado. Es el servicio celular que primero fue normalizado en todo el mundo y es, actualmente, el estándar más extensamente usado para las comunicaciones celulares. Diseñado para el uso en ciudades, el servicio AMPS más adelante se amplió a las áreas rurales. Maximizó el concepto celular de la reutilización de la frecuencia reduciendo la salida de potencia de radio. Los teléfonos AMPS tienen una interfaz similar a la del teléfono convencional y son compatibles con cualquier estación baja de AMPS. Esto hace posible la movilidad entre los proveedores de servicio (roaming) más simples para los usuarios. Las limitaciones asociadas a AMPS incluyen lo siguiente: - Capacidad baja para llamar - Espectro limitado - Ningún sitio para el crecimiento del espectro - Comunicación de datos pobres - Aislamiento mínimo - Protección inadecuada del fraude Los sistemas AMPS se utilizan en todo el mundo y son bastante populares en Estados Unidos, Sudamérica, China y Australia, por poner un ejemplo. Estos sistemas utilizan la modulación de la frecuencia (FM) para la transmisión de radio. El hijo aventajado del sistema AMPS ha resultado ser, finalmente, el padre de casi todos los sistemas utilizados en Europa, el TACS (Sistema de Comunicaciones de Acceso Total). Desde el momento en que el sistema celular analógico fue desarrollado, los sistemas se pusieron en ejecución extensivamente a través de todo el mundo, denominados como tecnología celular de primera generación. En la segunda generación de sistemas celulares analógicos, NAMPS fue diseñado para solucionar el problema de la capacidad baja para llamar por los usuarios de AMPS. El concepto de NAMPS utiliza la división de frecuencia para conseguir tres canales en la anchura de banda de un solo canal AMPS 30 kHz. NAMPS proporciona espacio de comunicación para tres usuarios dividiendo la anchura de banda de 30 kHz en AMPS en secuencias de tres canales de 10 kHz. Esto aumenta la posibilidad de interferencia ya que se reduce la anchura de banda del canal.


4. Sistemas Digitales Uno de los ejemplos más recientes de sistemas celulares digitales es el GSM. Las primeras generaciones de sistemas móviles celulares eran analógicos, tales como NMT, TACS, AMPS, etc., con una amplia aceptación a nivel mundial. Posteriormente han surgido los sistemas digitales para completarlos o sustituirlos, como el GSM en Europa, TDMA y CDMA en Estados Unidos y PDC en Japón. El sistema GSM es un estándar consensuado para toda Europa y creado con el fin de posibilitar el uso de los mismos terminales por parte de los usuarios, independientemente del país en el que se encuentren. Es decir que es el intento europeo de unificar los distintos sistemas móviles digitales y sustituir a los más de diez analógicos en uso. Hoy, de un mercado celular que supera los 50 millones de usuarios, el GSM supone aproximadamente el 10%, pero se prevé que esta cifra se incremente considerablemente. Los estudios de mercado pronostican una amplia penetración de estos sistemas durante los próximos años, tanto para GSM como DECT, con más de 100 millones de abonados celulares en el mundo para el año 2000 y unos 25 millones de usuarios que utilicen DECT para tener acceso a la red pública. Para que esto sea así, la calidad de la comunicación deberá ser tan buena como en la red de hilos y las tarifas más reducidas y al alcance del consumidor medio. Debido a la calidad técnica del sistema y de los servicios que pueden ofrecer, además del alto número de usuarios que hay en Europa, el estándar de telefonía móvil GSM también ha entrado en los mercados japonés y estadounidense, aunque de forma minoritaria. 4.1. Los servicios El Sistema Digital facilita la existencia de una seria de servicios añadidos a los de la telefonía fija, tales como el envío de datos hasta 9,6 Kbps, sin necesidad de módem externo a través de una tarjeta PCMCIA para conexión con el puerto serie del ordenador, y el envío de fax grupo 3 gracias a la digitalización de las transmisiones de radio. Por otra parte posibilita la creación de redes privadas virtuales, permite la identificación de un abonado bajo dos números distintos, ofrece un servicio de mensajes cortos (SMS) de hasta 160 caracteres alfanuméricos y toda una completa gama de servicios suplementarios (desvío hacia cualquier otro número de la red móvil o de la red fija, restricción y retención de llamadas, indicación de llamada en espera, multiconferencia , identificación de la línea entrante, ocultación de la propia identidad, números de marcación fija, restricción de llamadas, etc.). Utiliza el espectro de forma mucho más eficiente, con células más pequeñas y presenta un menor consumo de energía, lo que permite terminales más pequeños. Su mayor seguridad, al tener acceso por tarjeta inteligente, y el cifrar todas las conversaciones para evitar las posibles escuchas en la red, son otras de sus ventajas. Una facilidad muy útil que ofrece GSM es el disponer de una agenda electrónica en el propio terminal, con capacidad de almacenar hasta 100 números de teléfono en la tarjeta SIM, y una lista de hasta 16 redes de operadores extranjeros preferentes. 4.2. Características técnicas Los sistemas digitales tienen, a diferencia de los anteriores analógicos, un sistema multiplexado en el tiempo (TDM) de banda estrecha, dentro de la banda de 900 MHz y una separación de 200 KHz entre portadores. Dentro de cada una de las frecuencias resultantes de la partición del ancho de banda disponible, se procede a una segmentación en intervalos de tiempo, estableciéndose una trama de semicanales temporales. Cada conversación se asigna a una de las tramas y se transmite digitalizada como un tren de impulsos de datos, cada uno de 577 us, que se entrelaza con los procedimientos de otras, por lo que cada canal puede admitir varias conversaciones en lugar de una sola como ocurre en los sistemas analógicos. Este “salto continuo de frecuencia” evita las interferencias a que pueda estar sometida una única frecuencia en un determinado momento, lo que mejora la calidad de la red. Otro mecanismo para mejorar las interferencias de unos canales sobre otros es el de “control de potencia”, que regula la potencia de emisión del móvil en función de la distancia a la estación base a la que se encuentre enganchado en cada momento.


En cuanto a su capacidad, para zonas urbanas es del orden de diez veces mayor que la conseguida con los sistemas analógicos, resolviendo la congestión existente y obteniendo una utilización más eficiente del espectro. Sus características son:

• Banda de recepción: 935-960 MHz • Banda de emisión: 890-915 MHz • Canales por portadora: 8 full rate, siendo no de control • Número total de portadoras: 124 radiocanales • Separación entre portadoras: 200 KHz • Anchura de banda del canal radio: 25 KHz • Técnica de transmisión: TDMA/FDD • Modulación: GMSK • Voz codificada: RPE-LPT a 13 Kbps • Velocidad binaria de transmisión: 22,8 Kbps

4.3. Arquitectura de una red La arquitectura básica de un sistema digital en donde podemos distinguir los principales bloques que lo constituyen, se detalla a continuación: • MSC (Centro de conmutación de servicios móviles), con la función de interconectar

usuarios de red fija (RTB, RDSI, Iberpac, Internet, RPVs) con los móviles o de éstos entre sí. Mantienen las bases de datos para tratar las peticiones de llamada de los abonados.

• HLR (Registro de localización local), que almacena los datos estáticos más significativos relativos al abonado móvil cuando éste se registra en ella, así como los datos variables asociados a su movilidad.

• VLR (Registro de posiciones de visitantes), que almacena toda la información sobre el abonado móvil que entra en su zona de cobertura temporalmente, lo que permite al MSC establecer llamadas tanto terminales como salientes.

• OMC (Centro de operación y mantenimiento), para realizar las funciones de operación y mantenimiento propias del sistema, estableciendo correctamente los parámetros que controlan los procedimientos de comunicación.

• MS (Estación móvil), es el terminal de usuario/teléfono móvil, que se comunica con la red a través de una interfase radio.

• BTS (estación transceptora base), que contiene los transmisores y receptores para cubrir una determinada área geográfica (una o más celdas).

• BSC (Controlador de estación base), para coordinar la transferencia de llamadas entre distintas BTS, con objeto de mantener la continuidad y la potencia con que éstas emiten, para evitar interferencias y ahorrar baterías.


4.4. Tecnología digital IS-54 IS-54 emplea el mismo espaciado de canales de 30kHz y las bandas de frecuencia (824-849 y 869-894 MHz) como lo hace AMPS. La capacidad se incrementó sobre el diseño analógico anterior dividiendo cada par de canales de 30 kHz en tres ranuras de tiempo y comprimiendo digitalmente los datos de voz, consiguiendo tres veces la capacidad de llamadas en una misma célula. Un sistema digital también hace las llamadas más seguras porque los escáneres analógicos ya no son capaces de acceder a señales digitales. El estándar IS-54 especifica 84 canales de control, 42 de los cuales son compartidos con AMPS. Para mantener la compatibilidad con el sistema de telefonía celular AMPS, los canales de control primarios de subida y de bajada en los sistemas celulares usan las mismas técnicas de señalización y esquema de modulación (FSK binario) que AMPS. Una infraestructura AMPS/IS-54 soporta el uso de teléfonos análogos y digitales. El método de acceso usado por IS-54 es TDMA, que fue el primer estándar digital de los Estados Unidos en ser desarrollado. TDMA subdivide cada uno de los canales AMPS de 30kHz en 3 canales TDMA full-rate, cada uno capaz de transmitir una sola llamada de voz. Después, cada uno de estos canales full-rate a su vez subdividido en dos canales half-rate, cada uno de los cuales, con la codificación y compresión adecuada, soporta también una llamada de voz. Por lo tanto, TDMA puede proveer de 3 a 6 veces la capacidad de los canales AMPS. TDMA fue inicialmente definido por el estándar IS-54 y está ahora especificado en la serie de especificaciones IS-13x de la EIA/TIA. La tasa de transmisión de bits del canal de transmisión para modular la portadora es de 48.6 kbits/s y cada trama tiene seis ranuras de tiempo de 6.67 ms de duración. Cada ranura de tiempo lleva 324 bits de información, de los cuales 260 bits son para los datos de tráfico full-rate a 13 kbit/s. Los otros 64 bits son de encabezado; 28 de estos son para sincronía, y contienen una secuencia de bits específica conocida por todos los receptores para establecer alineación de trama. El sistema IS-54 tiene secuencias de sincronía diferentes para cada una de las seis ranuras de tiempo que componen la trama, permitiendo a cada receptor sincronizar con su propia ranura pre asignada, 12 bits adicionales en cada ranura de tiempo son para información de control del sistema, es decir, SACCH. El esquema de modulación para IS-54 es 7C/4 cuaternario diferencial PSK (DQPSDK), también conocido como 7t/4 diferencial 4-PSK o π/4 DQPSK. Esta técnica permite una tasa de transmisión de 48.6 kbit/s con canales de 30 kHz, para dar una eficiencia de ancho de banda de 1.62 bit/s/Hz. Este valor es 20% mejor que GSM. Las características de seguridad de IS-54 también son de interés pues fue el primer estándar en especificar medidas de seguridad. IS-54 utiliza el algoritmo CAVE para autenticación y CMEA para cifrado. 4.4.1. Procesamiento de llamadas Los bits de datos de una conversación componen un campo de datos, denominado DATA field . Seis ranuras (Time Slot) hacen una trama completa IS-54. Un campo de datos en las ranuras 1 y 4, 2 y 5, y 3 y 6 conforman un circuito de voz. DVCC significa Código de Color de Verificación Digital, terminología vieja usada para un valor de 8-bits asignado a cada célula.


4.5. Tecnología digital IS-136

Un esfuerzo generalizado se lanzó para mejorar IS-54, que eventualmente agregó un canal extra al diseño híbrido de la tecnología IS-54.

La tecnología IS-136 usa TDMA tanto para voz como para el canal de control.

El canal de control digital permite una cobertura residencial y en oficinas, un incremento notable en el uso eficiente de transmisiones, ampliando la duración de la batería, incluyó muchas aplicaciones de mensajes, y más aplicaciones de datos.

Los cambios de IS-136 respecto a IS-54 son la inclusión de SMS, CSD, y un protocolo de compresión mejorado.

IS-136 usa una modulación π/4-DQPSK en un canal de 24.3 kbaudios, dando una tasa efectiva de 48.6 kbit/s para las seis ranuras de tiempo.

4.6. GSM - Introducción de Servicios Adicionales El sistema de telefonía GSM ofrece una seria de servicios añadidos, como son los servicios de datos (envío de fax o intercambio de datos con ordenadores, por ejemplo), el roaming y los mensajes cortos (SMS, Short Messages Service). El servicio de roaming consiste en la posibilidad de que usuarios de una operadora GSM puedan utilizar su teléfono móvil en cualquier país que también utilice GSM, gracias a los acuerdos que tienen suscritos las distintas operadoras, tanto dentro de Europa como, cada vez más, con operadores de otros continentes. El servicio de mensajes cortos o SMS es una forma de enviar pequeñas cantidades de información alfanumérica entre teléfonos móviles. A pesar del hecho de que los mensajes únicamente pueden tener una longitud de 160 caracteres y que tienen que escribirse con el teclado numérico del terminal, el SMS se ha popularizado de manera sorprendente. SMS es una tecnología segura que raramente se ve afectada en las horas pico del uso de la red. Estando vigente la segunda generación de telefonía móvil han aparecido varios protocolos de comunicación inalámbricos que, apoyados en las tecnologías de redes móviles existentes, proporcionan un nivel más complejo de acceso a la información. Algunos ejemplos de estos protocolos son web-clipping (de uso exclusivo en Estados Unidos), i-mode (de uso exclusivo en Japón) y WAP, que han sido creados como un principio de convergencia entre el mundo de las comunicaciones móviles e Internet. a) Web Clipping Es una tecnología de acceso a internet mediante una red propia intermedia y que esta restringida a la utilización de PDA’s y, actualmente, sólo esta implantado en Estados Unidos. b) I-mode Es otra tecnología de acceso a internet que sólo se utiliza en Japón debido a su estrecha relación con el sistema móvil allí empleado. La transmisión de la información se realiza mediante paquetes de datos y se factura a los usuarios por la cantidad de paquetes, enviados y recibidos, no por el tiempo que estén conectados. Otra característica relevante de este sistema es que el lenguaje empleado es una versión reducida del HTML utilizado en Internet. Pese a sólo estar presente en Japón, el número de usuarios es muy alto debido a la gran penetración de la telefonía móvil en la sociedad de dicho país.


c) WAP o Protocolo de Aplicaciones Inalámbricas (Wi reless Application Protocol) Al igual que los anteriores, permite a la telefonía móvil acceder a los contenidos en internet, aunque sin las estrechas restricciones que tienen los otros sistemas, ya que WAP es el estándar universal más aceptado para la comunicación de información a través de teléfonos móviles digitales. Además de los contenidos en internet, proporciona acceso a otros servicios como videoconferencia, video bajo demanda o comercio electrónico. La característica principal de WAP es que funciona independientemente del terminal móvil o del dispositivo receptor, y con la mayoría de los sistemas operativos y de las redes inalámbricas. La información enviada mediante WAP está escrita en un lenguaje particular, el WML o Lenguaje de Marcas Inalámbrico (Wireless Markup Language), y llega al usuario a través de un “micro navegador” que incorpora el terminal, es decir, para poder leer estos contenidos el usuario debe poseer un terminal WAP diferente de los normalmente utilizados. Esta segunda generación ha traído como consecuencia un importante incremento en el número de usuarios de telefonía móvil, que aún se está produciendo en la actualidad. La velocidad de transmisión de la segunda generación se limita a 9,6 kbps, velocidad considerablemente menor que los 56 kbps que permite la telefonía de cable y que el megabit que se puede alcanzar con un cable módem. Las soluciones a estos problemas de escasez de ancho de banda las proporcionan las siguientes generaciones de redes móviles.


APENDICE 4: SISTEMA DE TELEFONIA CELULAR 1. EVOLUCION DE LAS GENERACIONES 1.1. Primera generación (1G) La primera generación de telefonía móvil surgió a nivel mundial en 1979 con la aparición de los teléfonos analógicos. En su implementación las operadoras no unificaron sus decisiones, con lo que cada país siguió distintos caminos. Estos terminales solo tienen capacidad para la transmisión de voz y no son capaces de realizar transmisión de datos. Los primeros eran bastante voluminosos, aunque actualmente han evolucionado igual que sus hermanos digitales. La cobertura estaba limitada a grandes ciudades y carreteras principales. Además, la compatibilidad entre los terminales y las redes de diferentes países no estaba muy extendida. Esta tecnología tuvo su apogeo durante la década de los ochenta y, aunque todavía la siguen utilizando algunos millones de usuarios en el mundo, se ha visto relegada por los terminales digitales de segunda generación y los servicios añadidos que éstos aportan. Con respecto a su funcionamiento, cada estación trabaja con un rango de frecuencias, que delimita el número máximo de llamadas simultáneas que puede soportar, puesto que cada llamada se le asigna un par de frecuencias diferentes: una para cada sentido de la comunicación. Esto se denomina FDM o multiplexación por división en la frecuencia. La mayor parte de las operadoras que ofrecen esta tecnología ya tienen prevista una fecha para dejar de dar servicio a los usuarios que todavía lo estén utilizando. 1.2. Segunda generación (2G) La 2G arribó hasta 1990 y a diferencia de la primera se caracterizó por ser digital. El sistema 2G utiliza protocolos de codificación más sofisticados y se emplea en los sistemas de telefonía celular actuales. Las tecnologías predominantes son: GSM (Global System por Mobile Communications); IS-136 (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136) y CDMA (Code Division Multiple Access) y PDC (Personal Digital Communications), éste último utilizado en Japón. Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan velocidades de información más altas por voz, pero limitados en comunicación de datos. Se pueden ofrecer servicios auxiliares, como datos, fax y SMS (Short Message Service). La mayoría de los protocolos de 2G ofrecen diferentes niveles de encriptación. En Estados Unidos y otros países se le conoce a 2G como PCS (Personal Communication Services). Además de la transmisión de voz, también permite transmitir texto a través de las redes digitales. En el caso europeo, el estándar de segunda generación es el sistema GSM (Global System for Mobile Communications) que fue adoptado como estándar único para la telefonía móvil digital en toda Europa en 1991 y se sigue utilizando en la actualidad. En el caso de América, el estándar de segunda generación es el sistema DAMPS (Digital Advanced Mobile Phone System) que fue adoptado como estándar único para la telefonía móvil digital en toda América en 1995 y se sigue utilizando en la actualidad, en la minoría de los casos. El paso de la primera a la segunda generación se realizó para solucionar los problemas en los sistemas analógicos, como por ejemplo la deficiencia del servicio ante un exceso de número de usuarios que puede haber en cada rango de frecuencia, la falta de calidad, seguridad y confidencialidad. Los sistemas DAMPS y GSM permiten una reutilización de frecuencias para aprovechar así el espectro de la forma más eficiente posible. Además proporciona una mejora sustancial de la calidad, así como de la seguridad gracias a los nuevos sistemas de codificación asociados.


1.3. Generación 2.5 (2.5G) Muchos de los Operadores Celulares se moverán a las redes 2.5G antes de entrar a la 3G, ya que la tecnología 2.5G es más rápida y más económica para actualizar a 3G, creándose un puente entre ambas tecnologías.. La generación 2.5G ofrece características extendidas, ya que cuenta con más capacidades adicionales que los sistemas 2G, como ser:

• IS-136B e IS-95Bm • GPRS (General Packet Radio System) • EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) • HSCSD (High Speed Circuit Switched)

Estos sistemas introducen la conmutación de paquetes en la telefonía móvil. La información se divide en trozos o paquetes, que siguen caminos diferentes hasta alcanzar el destino, de forma similar a como se envían los paquetes por internet.

• GPRS o Servicios Generales de Radio por Paquetes (General Packet Radio Service) Es una tecnología que transmite la información en forma de paquetes a una velocidad de hasta 115 kbps. Ésta tecnología permite conectividad permanente facturándose en función de la información solicitada. La mayor amplitud del ancho de banda del GPRS proporciona servicios como videoconferencia, acceso a internet, comercio electrónico y otras aplicaciones similares a las de los ordenadores portátiles.

• EDGE o Velocidad de Datos Mejorada para la Evolución del GSM (Enhanced Data

Rates for GSM Evolution) Es la última etapa de la evolución de la 2,5G. Ofrece transporte de datos de hasta 384 kbps sobre la misma red de paquetes que el GPRS. Aporta un incremento en el ancho de banda mayor que el GPRS y una capacidad multimedia más compleja.

• HSCSD o Circuito Conmutado de Datos de Alta Velocidad (High Speed Circuit Switched Data) Es una tecnología GSM mejorada que ofrece transferencia de datos a una velocidad de 38 kbps. Únicamente requiere la actualización del software. Está basado en una tecnología de conmutación de circuitos similar a la usada en las líneas telefónicas convencionales, es decir, mientras está establecida una conexión entre dos terminales mediante un camino previamente establecido, ningún otro terminal puede establecer una comunicación por la misma ruta que tiene utilizada.


1.4. Tercera generación (3G) La 3G se caracteriza por contener a la convergencia de voz y datos con acceso inalámbrico a Internet; en otras palabras, es apta para aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos. Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan altas velocidades de información y están enfocados para aplicaciones más allá de la voz como audio (mp3), video en movimiento, videoconferencia y acceso rápido a Internet, sólo por nombrar algunos. Asimismo, en un futuro próximo los sistemas 3G alcanzarán velocidades de hasta 384 kbps, permitiendo una movilidad total a usuarios, viajando a 120 kilómetros por hora en ambientes exteriores. También alcanzará una velocidad máxima de 2 Mbps, permitiendo una movilidad limitada a usuarios, caminando a menos de 10 kilómetros por hora en ambientes estacionarios de corto alcance o en interiores. La tercera generación de redes móviles busca la solución a las limitaciones del ancho de banda disponible que existen tanto en el sistema GSM como en el resto de redes móviles digitales actuales. Para evitar diferentes estándares, la Unión Internacional de Telecomunicaciones ha planificado una familia de estándares compatibles, en vez de definir uno único. A este sistema estándar de comunicaciones móviles de carácter global se le ha denominado IMT-2000. Los objetivos de la creación de este estándar global, así como de la nueva generación de telefonía, son atender el incremento en el número de usuarios de las redes de telefonía móvil, proporcionar la capacidad para manejar el incremento del tráfico generado por las nuevas aplicaciones, proporcionar capacidad multimedia mediante un gran ancho de banda que, además, permita el acceso a internet en el terminal. Un último objetivo sería el conseguir un estándar universal que permitiera, por ejemplo, obtener roaming mundial. La tecnología de tercera generación que más hueco se está abriendo es conocida como UMTS o Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (Universal Mobile Telecommunications System), para el que se está desarrollando un estándar en Europa y otras partes del mundo. El estándar que se está desarrollando en Estados Unidos no coincide completamente con éste. El UMTS permitirá la transmisión de texto, voz digitalizada, video y datos multimedia a velocidades de hasta 2 megabits por segundo, como por ejemplo videoconferencia o televisión. El UMTS está basado en el estándar GSM con la técnica de empaquetamiento de los datos, todo ello con disponibilidad de acceso constante de alta calidad tanto a internet como a otras plataformas multimedia.


2. TECNOLOGIAS DE ACCESO MULTIPLE Uno de los principales conceptos en cualquier sistema de telefonía celular es el de acceso múltiple, que indica la posibilidad de la utilización simultánea de varios usuarios del medio de transmisión, es decir, dentro del conjunto de todos los canales de radio que se utilizan en la comunicación, cualquier usuario tiene la posibilidad de obtener el control de cualquier canal de radio y así poder utilizarlo en una comunicación, aunque no siempre a cada usuario le corresponderá el mismo canal. Se puede definir sencillamente el significado de un canal de radio como una porción de un espectro de radio limitado para una aplicación que puede ser asignado para un propósito específico. La tecnología de acceso múltiple va a definir en primer lugar cómo se divide el espectro de frecuencias de un sistema de comunicación en canales y, a continuación, cómo se van a repartir esos canales entre los diferentes usuarios de dicho sistema. Del mismo modo que existen diferentes tipos de sistemas celulares, existen diferentes tecnologías de acceso múltiple y, por lo tanto, cada sistema va a utilizar una tecnología de acceso diferente e, incluso, una combinación de ellas. 2.1. FDMA (Acceso Múltiple por División en Frecuenc ia) Los sistemas analógicos tradicionales (de primera generación), como el AMPS o el TACS, utilizan Acceso Múltiple por División en Frecuencia (FDMA). Con esta tecnología, cada usuario tiene una canal asociado de forma unívoca. De este modo, este canal no está operativo para otras comunicaciones hasta que el usuario que lo tiene asociado lo libere o, si el sistema de comunicación lo permite, hasta que el sistema realice un cambio de canal para esa comunicación.

Con este método, cada comunicación tiene su frecuencia propia y diferente de cualquier otra. Se podría hacer un símil de su funcionamiento con lo que ocurriría en una habitación con un grupo de personas reunidas que quieren establecer conversaciones privadas dos a dos. Una forma de conseguirlo sería que cada conversación utilizara un canal privado (equivalente a una frecuencia) propio e independiente de los demás, mediante pares de emisores-receptores de radio. Por supuesto, el límite de conversaciones que se podría establecer nos lo daría el número de emisores-receptores disponibles. De forma más técnica, el principio básico es que el rango de frecuencias disponibles se divide en varios sub-rangos que se reparten entre todos y cada uno de los usuarios que lo soliciten. A cada usuario se le asigna una franja discreta del rango de frecuencias disponibles. Esto implica que cada canal solamente pueda ser utilizado por un usuario, debido a que éste método permite que cada usuario utilice el 100% del tiempo dicho canal.


El Acceso Múltiple por División en Frecuencia establece la división de la banda de frecuencia asignada para la comunicación celular en 30 canales cada uno de los cuales con capacidad de transmitir conversaciones de voz, o en el caso de ser utilizado por un servicio digital, datos digitales. 2.2. TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo) Uno de los objetivos prioritarios ha sido la mejora en la utilización del espectro de frecuencias permitiendo a múltiples usuarios compartir el mismo canal de frecuencias físico, es decir, que pueda haber más de una persona manteniendo una conversación en la misma frecuencia sin que se produzcan interferencias. Este método utiliza tecnología digital, que permite obtener esa simultaneidad de utilización de un mismo canal por varios usuarios y es utilizado en los sistemas digitales (D-AMPS, PDC y GSM). Básicamente, el funcionamiento consiste en la limitación del tiempo que puede utilizar cada comunicación del canal e ir cambiando la comunicación que está utilizando dicho canal.

En este método, varios usuarios utilizan la misma frecuencia, pero nunca al mismo tiempo; de modo que van a existir una serie de intervalos de tiempo (time slots) que pertenecerán a cada comunicación y durante los cuales la comunicación correspondiente utilizará todo el canal asignado. Volviendo al símil antes expuesto de la habitación llena de personas intentando establecer conversaciones dos a dos, el funcionamiento de este método equivaldría a que en la reunión se estableciesen turnos consecutivos, donde sólo se podrá comunicar una frase, dando la sensación de que todos hablan a la vez. Técnicamente, el Acceso Múltiple por División de Tiempo es una tecnología de transmisión digital que permite a cierto número de usuarios acceder a un único canal de radiofrecuencia sin interferirse mediante la asignación de intervalos de tiempo individuales a cada usuario de dicho canal. El actual estándar de Acceso Múltiple por División de Tiempo para comunicaciones celulares divide cada canal individual en seis intervalos de tiempo, donde cada señal utiliza dos intervalos diferentes, es decir, que sobre un canal único se van a multiplexar tres señales, obteniendo una ganancia de 3 a 1 respecto a las tecnologías analógicas que utilizaban Acceso Múltiple por División de Frecuencia.


El funcionamiento del TDMA se basa en el hecho de que la señal de audio este digitalizada, es decir, dividida en una serie de paquetes de duración del orden de milisegundos. Asigna un canal determinado durante un breve periodo de tiempo y, a continuación, lo mueve a otro canal. Las muestras digitales de un transmisor sencillo ocupan diferentes intervalos de tiempo en varias bandas de frecuencia simultáneamente. De este modo, un único canal puede llevar la información de varias conversaciones simultáneamente dividiendo cada una en pequeños fragmentos, asignándolas un intervalo de tiempo sincronizado tanto en el emisor como en el receptor. El Acceso Múltiple por División de Tiempo esta diseñado para ser utilizado en un amplio rango de aplicaciones, siendo capaz de ofrecer ciertos servicios al usuario, como voz, datos, fax, mensajes cortos y multidifusión de mensajes, todo ello proporcionando un gran rendimiento debido a la capacidad de cobertura y capacidad de movilidad que ofrece. 2.3. CDMA (Acceso Múltiple por División de Código) Hay una tercera tecnología, el Acceso Múltiple por División de Código (CDMA) empleada en algunas redes PCS norteamericanas siguiendo el estándar americano IS-95. Se diferencia básicamente del resto de tecnologías en que permite la utilización de todo el espectro de frecuencias asignado por todos los usuarios dentro de una célula. Las diferentes llamadas serán separadas mediante un filtrado por los distintos códigos que éstas llevan asociadas.

Este método también permite la utilización simultánea de un mismo canal de comunicación por diferentes usuarios, ya que utiliza tecnología digital. Lo que diferencia las dos técnicas es la manera en que los usuarios comparten los recursos comunes, a saber: Mientras que en el Acceso Múltiple por División de Tiempo se consigue mediante la división del canal en intervalos de tiempo secuenciales, lo que realmente implica que sólo un usuario utiliza el canal en cada momento, aunque durante ráfagas muy breves (de forma similar a como un ordenador ejecuta varias aplicaciones de forma simultánea), en el Acceso Múltiple por División de Código lo consigue separando las diferentes conversaciones mediante códigos. Con esto se consigue que realmente todos transmitan de forma simultánea. Siguiendo con el símil antes expuesto de la habitación llena de personas intentando establecer conversaciones dos a dos, esta tecnología equivale a que todos los pares de conversaciones se realizarán simultáneamente, cada uno en un idioma diferente, de tal forma que cada oyente sólo va a atender a lo que escuche en el idioma que le corresponda. El funcionamiento de esta tecnología consiste en la utilización de diferentes códigos casi aleatorios de modulación de la señales para así distinguir las comunicaciones.


Estos códigos, por lo tanto, deben ser conocidos tanto por la estación móvil (el Terminal) como por la estación base (central con la que se comunica) para así poder codificar o decodificar los datos digitales transmitidos. A estos códigos utilizados en la modulación y la demodulación de la señal se les denomina “secuencias de código pseudo aleatorias”. Todos los usuarios comparten el mismo espectro asignado para la comunicación, siendo este espectro mayor que la señal de información. Con este método, el nivel de interferencia entre señales se va a dar en función del grado de diferenciación de los códigos, siendo los niveles de interferencia entre comunicaciones los que dicten el límite de usuarios simultáneos posibles. Los sistemas de Acceso Múltiple por División de Código ofrecen:

a) mejores características que los sistemas de Acceso Múltiple por División de Frecuencia y Tiempo en cuanto a cobertura, calidad y capacidad.

b) mayor flexibilidad, ya que son capaces de soportar simultáneamente múltiples codificadores de voz en un único sistema, además se pueden incorporar nuevos codificadores sin necesidad de realizar grandes cambios en la infraestructura.

c) una mayor sencillez en la planificación del sistema y una mayor privacidad en las conversaciones.

Una última puntualización sobre este método de división múltiple es que el número máximo de comunicaciones simultáneas que puede haber en estos sistemas, que, como ya se ha dicho, viene definido por el nivel de interferencias, no es fijo, sino que la capacidad del sistema va a variar según los diferentes factores que pueden influir en la calidad de las comunicaciones.

Sistemas de Comunicaciones Capitulo 4

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