SISTEMAS DE

COMUNICACIONES MOVILES

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INDICE

Introduccin a los Sistemas de Comunicaciones Mviles .......................................................................... 6

Los actores en el mundo de las comunicaciones mviles ...................................................................... 6

Reguladores, nacionales e internacionales ....................................................................................... 6

Fabricantes ...................................................................................................................................... 7

Operadores ...................................................................................................................................... 7

Proveedores de Servicio ................................................................................................................... 7

Clientes y usuarios ........................................................................................................................... 7

Composicin de los Sistemas de Comunicaciones Mviles.................................................................... 8

Calidad de los sistemas de comunicaciones mviles ............................................................................. 9

Calidad de cobertura: se expresa mediante las siguientes calificaciones: .......................................... 9

Tcnicas de multiacceso ..................................................................................................................... 10

Frequency Division Multiple Access (FDMA) ................................................................................... 10

Time Division Multiple Access (TDMA)............................................................................................ 11

Code Division Multiple Access (CDMA) ........................................................................................... 12

Tipos de comunicaciones mviles....................................................................................................... 12

a) Radiotelefona de Corto Alcance RTCA+ ...................................................................................... 13

b) Radiotelefona de Grupo Cerrado RTGC ...................................................................................... 15

FLEX ............................................................................................................................................... 18

ERMES (European Radio Message System) ..................................................................................... 18

DECT .............................................................................................................................................. 24

Personal Handy-phone System (PHS) .............................................................................................. 26

Sistemas de comunicaciones mviles por satlite .................................................................................. 27

Sistemas de rbitas geoestacionarias ................................................................................................. 28

Sistemas de rbitas medias (MEOs) y bajas (LEOs) ............................................................................. 30

Iridium ........................................................................................................................................... 30

Globalstar ...................................................................................................................................... 31

ICO ................................................................................................................................................. 31

Odyssey ......................................................................................................................................... 31

El sistema de radiotelefona celular ........................................................................................................ 32

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Antecedentes ..................................................................................................................................... 32

Conceptos bsicos.............................................................................................................................. 34

Clula o celda ..................................................................................................................................... 34

"Cluster" o "Racimo" ...................................................................................................................... 35

Cobertura....................................................................................................................................... 35

Capacidad ...................................................................................................................................... 36

Reutilizacin de frecuencias ........................................................................................................... 37

ndice de reutilizacin .................................................................................................................... 37

Distancia de reutilizacin................................................................................................................ 37

Sealizacin ................................................................................................................................... 38

"Hand-over"o "Traspaso" ............................................................................................................... 38

HLR ................................................................................................................................................ 39

VLR ................................................................................................................................................ 39

rea de Localizacin ....................................................................................................................... 39

Registro.......................................................................................................................................... 39

"Roaming"o "Itinerancia" ............................................................................................................... 39

La red celular al completo .................................................................................................................. 40

Radio ............................................................................................................................................. 40

Conmutacin.................................................................................................................................. 40

Transmisin ................................................................................................................................... 40

Operacin y Mantenimiento .......................................................................................................... 40

Explotacin .................................................................................................................................... 41

Caractersticas de los sistemas celulares............................................................................................. 41

Planificacin Celular ........................................................................................................................... 43

Tareas de la planificacin celular .................................................................................................... 43

Geometra de redes celulares ......................................................................................................... 44

Evolucin de los sistemas de comunicacin Celular ............................................................................ 45

Sistemas de Comunicaciones Celulares Primera Generacin .................................................................. 45

Telefona Mvil Analgica: la red AMPS - TACS ................................................................................... 45

Antecedentes TACS ........................................................................................................................ 46

Arquitectura ................................................................................................................................... 47

Subsistema de radio ....................................................................................................................... 47

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Subsistema de conmutacin ........................................................................................................... 48

La estacin mvil............................................................................................................................ 49

Procesos bsicos ................................................................................................................................ 49

Registro.......................................................................................................................................... 49

Roaming ......................................................................................................................................... 50

Establecimiento de llamada ........................................................................................................... 50

Hand-over ...................................................................................................................................... 51

Recepcin de llamada .................................................................................................................... 51

Servicios bsicos que soporta el sistema ............................................................................................ 51

Operacin y Mantenimiento .......................................................................................................... 52

Explotacin .................................................................................................................................... 52

Sistemas de Comunicaciones Celulares de Segunda Generacin............................................................. 53

Telefona Mvil Digital: la red GSM .................................................................................................... 53

Antecedentes ................................................................................................................................. 53

Arquitectura ...................................................................................................................................... 54

Subsistema de estacin base (BSS) ..................................................................................................... 55

Subsistema de conmutacin y red (NSS) ............................................................................................. 55

Procesos bsicos ................................................................................................................................ 56

Registro.......................................................................................................................................... 56

Roaming ......................................................................................................................................... 57

Establecimiento de llamada ........................................................................................................... 58

Hand-over ...................................................................................................................................... 59

el handover puede ser: ...................................................................................................................... 59

a. intracelular ............................................................................................................................. 59

b. intra-BSC ................................................................................................................................ 59

c. inter-BSS................................................................................................................................. 59

d. inter-MSC ............................................................................................................................... 60

Recepcin de llamada .................................................................................................................... 60

Gestin de la Seguridad .................................................................................................................. 61

Autenticacin ................................................................................................................................. 61

Cifrado ........................................................................................................................................... 62

Proteccin de la Identidad del Usuario ........................................................................................... 63

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Servicios bsicos que soporta el sistema ............................................................................................ 63

Servicios portadores ....................................................................................................................... 64

Operacin y Mantenimiento .......................................................................................................... 68

Explotacin .................................................................................................................................... 68

General Packet Radio Service (GPRS) ..................................................................................................... 68

Arquitectura de la red ........................................................................................................................ 71

Tipologa del servicio .......................................................................................................................... 74

Tercera Generacin de Mviles .............................................................................................................. 75

Mayor Velocidad y mejores servicios.................................................................................................. 77

VARIOS AUTORES ................................................................................................................................... 78

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Introduccin a los Sistemas de Comunicaciones Mviles Por definicin, el trmino "comunicaciones mviles" describe cualquier enlace de

radiocomunicacin entre dos terminales, de los cuales al menos uno est en movimiento, o

parado, pero en localizaciones indeterminadas, pudiendo el otro ser un terminal fijo, tal como una estacin base. Esta definicin es de aplicacin a todo tipo de enlace de comunicacin, ya

sea mvil a mvil o fijo a mvil. De hecho, el enlace mvil a mvil consiste muchas veces en un enlace mvil a fijo a mvil. El trmino mvil puede referirse a vehculos de todo tipo - automviles, aviones, trenes... - o, sencillamente, a personas paseando por las calles.

El Reglamento de Radiocomunicaciones define el servicio mvil como un servicio de

radiocomunicaciones entre estaciones mviles y estaciones terrestres (fijas) o entre estaciones mviles nicamente. Adems, en funcin de dnde se sita habitualmente el terminal mvil, el

Reglamento diferencia tres tipos de servicio:

Servicio mvil terrestre.

Servicio mvil martimo.

Servicio mvil aeronutico.

Es importante destacar que al hablar de comunicaciones mviles se est pensando,

generalmente, en un sistema de comunicaciones punto a punto. Aunque tambin es posible en

algunas circunstancias efectuar comunicaciones punto a multipunto, se trata de una

configuracin especial del servicio que sirve a aplicaciones particulares.

Los actores en el mundo de las comunicaciones mviles En este seccin se comentar brevemente quin es quin en el panorama global de las

telecomunicaciones y cul es el rol de cada cual.

Reguladores, nacionales e internacionales Son los encargados de establecer "las reglas del juego". Dado que las comunicaciones mviles utilizan un recurso escaso, como es el espectro radioelctrico, y al tratarse de un bien pblico,

se deben dictar unas normas mnimas que protejan no slo a consumidores y usuarios, sino

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tambin que determinen las reglas que aseguren una competencia leal entre empresas.

Tambin se debe asegurar la buena utilizacin del recurso escaso puesto a disposicin de los

operadores.

A nivel mundial, la WRC (World Radio Conference), uno de los brazos de la UIT (Unin Internacional de Telecomunicaciones), determina cada dos aos la utilizacin que se debe hacer del espectro radioelctrico. Cada Administracin nacional, basada en las

recomendaciones de la WRC, determina su propio uso del espectro.

Fabricantes Son los encargados de materializar los productos y sistemas que permitirn que un operador

disponga de una red y que los usuarios dispongan de equipos para conectarse a dicha red.

Juegan un papel importante en la definicin de los sistemas y en el desarrollo de los mismos.

Operadores Se trata de aquellas empresas que han conseguido licencia o autorizacin de su Administracin

nacional y, por tanto, han podido instalar y operar una red de telecomunicaciones. Su misin

consiste en mantener lista la infraestructura que permita el trnsito de trfico. Los operadores

"fabrican" minutos de servicios de telecomunicacin que venden a los proveedores de servicio.

Proveedores de Servicio Son aquellas empresas que funcionan como intermediario entre los operadores de red y los

clientes. Los proveedores de servicio adquieren minutos de trfico a uno o varios operadores de

red y configuran paquetes de servicios de telecomunicacin, con diferentes caractersticas y

precios, que venden a los clientes finales. Los proveedores de servicio deben soportar los

sistemas de facturacin y de atencin al cliente.

Clientes y usuarios Los clientes y usuarios son el ltimo, o primer, eslabn en la cadena. Adquieren servicios de

telecomunicacin a los proveedores de servicio segn sus necesidades. La diferencia entre

cliente y usuario es que el primero es el que adquiere los servicios, siendo el segundo el que los

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utiliza. Los clientes y usuarios son los que definen los requisitos finales de servicios de

telecomunicacin que debe configurar su proveedor de servicio.

Composicin de los Sistemas de Comunicaciones Mviles Estaciones Fijas: Estacin radioelctrica no prevista para su utilizacin en movimiento;

entre estas tenemos:

Estacin Base (BS), su movimiento se controla directamente desde una unidad de control (local o remoto), mediante lneas telefnicas o radioenlaces, caractersticas: son fuentes/destinatarias de trfico y envan informacin

sealizacin.

Estacin de control (CS), utilizada para gobernar automticamente el funcionamiento de otra estacin de radio en un emplazamiento especfico, para

gestionar una BS o repetidora.

Estacin repetidora (RS), estaciones fijas que retransmiten las seales recibidas, obteniendo una mayor cobertura.

Estaciones mviles: estacin radioelctrica prevista para su utilizacin en un vehculo

en marcha o que efecta paradas en puntos indeterminados. El trmino incluye equipos

porttiles y equipos transportables.

Equipos de control: son los equipos necesarios para el gobierno de las estaciones

base, generacin y recepcin de llamadas, localizacin e identificacin de usuarios,

equipos y vehculos, transferencia de llamadas, etc.

UL = Uplink

DL = Downlink

Talk - back = Talk - out

Talk - out = rango o alcance Talk - back = retro alcance

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Calidad de los sistemas de comunicaciones mviles

Calidad de cobertura: se expresa mediante las siguientes calificaciones: a) Extensin: tamao de la zona de cobertura (local, regional, nacional, internacional) b) Escenario de cobertura: describe el entorno en el que se desea la cobertura. Ej: calles, interior de vehculos, interior de edificios, tneles, etc.

c) Grado de cobertura. Especfica el porcentaje (perimetral y zonal) de ubicaciones en el que se debe conseguir la comunicacin.

Calidad de terminal: refleja la simetra del enlace bidireccional, el alcance de cobertura BS--MS debe ser igual retro alcance en el sentido MS a BS, establecindose grados de calidad para

los terminales mviles,

a) Vehculo b) Transportables c) Mano Calidad de fiabilidad: expresa el porcentaje temporal mximo admisible de interrupciones de los enlaces o cadas de llamada, debido a averas de los equipos, fallas de alimentacin,

interferencias intensas externas, etc.

Calidad de fidelidad: se refiere a la claridad de la seal recibida, si es de voz (ausencia de ruido y diafona) o la tasa de errores si la seal es de datos. > Sistemas analgicos (dB), Signal to Noise and Distorsion ratio (SINAD) > Sistemas digitales, Bit error rate (BER)

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> UL (Uplink) MS - BS. Tcnicas de multiacceso o acceso mltiple. > DL (Downlink) BS - MS. Tcnica de multiplexacin con difusin selectiva, parcial o global. Cada usuario ocupa un volumen definido por tres magnitudes: espacio o cobertura, ancho de

banda y tiempo. Por razones de interferencia, la ocupacin por parte de un usuario de un cierto

volumen, prohbe que otro usuario total o parcialmente ocupe el mismo volumen. En

consecuencia las radiocomunicaciones deben separarse en frecuencia (F), tiempo (T) y espacio (S), de forma que el espectro radioelctrico implica la comparticin (F, T, S).

La separacin espacial entre radiocomunicaciones que utilizan las mismas frecuencias

constituye el principio de las tcnicas de reutilizacin de frecuencias que permiten multiplicar la

capacidad de recursos de frecuencias. Las separaciones en frecuencia y en tiempo estn

vinculadas a las tcnicas de multiacceso.

Tcnicas de multiacceso

Frequency Division Multiple Access (FDMA) Se basa en la separacin en frecuencias del volumen espectral, el ancho de banda se divide en

radiocanales, cada radiocanal se asigna a un usuario en la interfaz radio. (Un solo canal por portadora).

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Caractersticas de FDMA

Compatibilidad con modulaciones y seales analgicas y digitales.

Tecnologa madura y experimentada.

Resistencia a las perturbaciones en su variante de banda estrecha.

Adecuado para sistemas de baja/mediana capacidad de trfico. Complejidad de las estaciones base. Escasa versatilidad para acomodar distintas aplicaciones o flujos de trfico. Dificultades para la insercin de la sealizacin asociada a la llamada.

Limitaciones para la mejora de la calidad de la voz.

Time Division Multiple Access (TDMA) TDMA asigna a los usuarios una misma frecuencia durante breves intervalos de tiempo, de

forma peridica, de manera que aquellas efectan transmisiones simultneas pero

discontinuas, en esa frecuencia portadora mediante rfagas o paquetes de informacin.

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TDMA posee las siguientes caractersticas:

Complejidad del Acceso: sincronizacin temporal para evitar colisiones.

Amplificacin de las estaciones base.

Limitacin tamao de la trama, para evitar altas velocidades.

Retardo en la comunicacin, debido a que la transmisin es discontinua, se necesita

usar buffer.

Elevada versatilidad, cambiar intervalos dependiendo de la necesidad de los usuarios.

Facilidad de sealizacin, ms fcil incluir bits dentro de la trama.

Idoneidad, para media/alta capacidad de trfico debido rendimiento del espectro

radioelctrico.

Code Division Multiple Access (CDMA) CDMA otorga a cada canal la totalidad del volumen espectral disponible: todo el ancho de

banda, tiempo y toda la zona de cobertura de forma que permite la transmisin simultnea de

varias comunicaciones que emplean todos los recursos a la vez. La separacin entre ellas se

realiza asignndoles distintos cdigos digitales.

Caractersticas bsicas de CDMA:

Requiere que las seales a transmitir y los cdigos de direccin sean digitales.

Es una tcnica intrnsecamente de banda ancha.

Ofrece gran capacidad de trfico.

Requiere estricta sincronizacin y control de potencia de las transmisiones.

En entornos contiguos, pueden utilizarse las mismas frecuencias, lo cual mejora la calidad de traspaso de una estacin base a otra.

Tipos de comunicaciones mviles Existen muchas formas de clasificar los sistemas de comunicaciones mviles. Una de ellas, tal

como hace el Reglamento de Radiocomunicaciones, es en funcin del entorno en el que se

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utilizan: terrestre, martimo o aeronutico. Otra posibilidad es clasificarlas de acuerdo a los

siguientes criterios:

Por la modalidad de funcionamiento.

Sistemas de radiotelefona: aquellos en los que las transmisiones se realizan en ambos

sentidos, de estacin fija a estacin mvil y viceversa. Two-Way Radio Systems.

a) Radiotelefona de Corto Alcance RTCA+ Tambin denominados radiotelefona convencional o "Walkie-Talkies", son sistemas de

comunicacin simplex, a una o dos frecuencias, o semi-dplex, a los que se les asigna una

serie de frecuencias para que cualquiera pueda utilizar siempre que estn libres. Este sistema,

en principio, no permite ninguna privacidad al usuario.

Hoy en da hay miles de sistemas de radio convencional funcionando en todo el mundo. Estos

sistemas, por su simplicidad, son la manera ms popular de comunicaciones bidireccionales va

radio que existe. En un principio, el protocolo de gestin de las comunicaciones y de la

utilizacin del canal o canales asignados es muy sencilla: se basa en la utilizacin del botn

PTT ("Push To Talk"" o Pulsar Para Hablar) que existe en los equipos terminales y que sirve para conmutar entre receptor y transmisor. Los sistemas convencionales actuales ofrecen

muchas posibilidades adems de los bsicos "hablar y escuchar".

Los sistemas de radio convencional varan en tamao y complejidad. En funcin del tamao, los sistemas se dividen en mono-emplazamiento y multi-emplazamiento. Los sistemas mono-

emplazamiento contienen una nica estacin base o repetidor y operan segn la distancia que

cubre dicha base. Los sistemas multi-emplazamiento contienen mltiples emisores y

transmisores que extienden el rea de cobertura ms all de un sistema mono-emplazamiento

convencional.

Para ello, se utilizan diversas tcnicas:

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Voting - Para extender la cobertura de un rea, se aaden mltiples receptores remotos

al sistema. Dichos receptores pueden incorporarse a reas remotas o edificios que estn

fuera del alcance normal del sistema.

Simulcast - Provee cobertura en un amplio rea introduciendo varios transmisores que

emiten la misma frecuencia de forma simultnea. Dado que los emplazamientos

"simulcast" suelen solaparse, los usuarios pueden recibir- comunicaciones

independientemente de donde se hallen en el sistema.

Multicast - Similar al simulcast", ste proporciona un amplio rea de cobertura a travs

de mltiples emplazamientos que se solapan y que utilizan conjuntos diferentes de frecuencias.

En estos sistemas RTCA, existen bastantes probabilidades de ser interferido o de captar

la seal de un transmisor cercano. La figura siguiente muestra grficamente este hecho.

Por tanto, la aparente simplicidad de este tipo de sistemas trae aparejados otra serie de problemas, como son la seguridad en las comunicaciones, el control de las mismas y la

utilizacin eficiente del espectro radioelctrico.

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b) Radiotelefona de Grupo Cerrado RTGC Tambin denominados sistemas "trunking". Son sistemas en los que un conjunto de canales de radio soporta a todo un colectivo de usuarios mviles, gracias a un sistema dinmico de

asignacin de frecuencias. El concepto es que muchos usuarios utilicen un mismo conjunto de radiocanales. Estos canales se asignan a los usuarios, segn demanda, para el establecimiento

de una llamada y, a medida que las llamadas se completan, se devuelven los canales al

"almacn" para que puedan ser asignados a otros usuarios. Para que este sistema tenga

sentido, el nmero de usuarios debe ser muchas veces el nmero de enlaces o canales

disponibles. Las caractersticas diferenciadoras de este tipo de sistemas podran resumirse en

dos:

La primera, es que, estos sistemas funcionan segn asignacin dinmica de

frecuencias, permitiendo as su utilizacin por un gran nmero de usuarios a la vez.

Adems, estos sistemas permiten al usuario "esperar" cierto tiempo desde que ste

solicita el canal hasta que dicho canal le es asignado: son los denominados sistemas de

colas.

La segunda caracterstica importante en estos sistemas es que posibilitan realizar

llamadas a varios miembros de un grupo de usuarios, hacindolos por tanto muy

convenientes para aplicaciones de gestin de flotas o grupos cerrados de usuarios

(polica, bomberos, cuerpos de seguridad, etc.).

Sistemas de radio bsqueda o radio mensajera: la transmisin se realiza nicamente de la estacin fija a las estaciones mviles. La radio mensajera es una forma barata y popular de comunicaciones mviles. Por definicin, radio mensajera es la transmisin unidireccional de un mensaje desde el origen hasta el terminal destino. Hay varios tipos de mensajes que pueden originarse: desde un nico tono o seal, donde el receptor slo "pita" al recibir- un mensaje, pasando por la radio mensajera numrica, donde el

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terminal recibe un cdigo en forma de dgitos (generalmente, con un mximo de 20 dgitos por mensaje) y, por ltimo, la radio mensajera alfanumrica, donde se pueden enviar al receptor mensajes de hasta 1000 caracteres (dependiendo del sistema elegido y de la configuracin que el operador haya hecho de su red). La arquitectura genera de una red de radio mensajera, para cualquiera de estos sistemas, se basa en:

Unidades de Control, cuya misin es la recogida de avisos y mensajes para su

distribucin, una vez procesados y codificados, hacia los Controladores de Zona,

Estaciones Base u otras Unidades de Control;

Controladores de Zona, que se encargan de sincronizar el funcionamiento de los

transmisores por l atendidos ("simulcast"). Estaciones Base, que son las infraestructuras en las que se ubican los equipos

transmisores dedicados a la emisin radioelctrica de los mensajes.

Transmisores, equipos destinados a la transmisin radioelctrica de los mensajes. Transmiten las seales codificadas en el intervalo de tiempo marcado por la Unidad

de Control a travs de los Controladores de Zona.

Receptores, elementos en poder del cliente en los que se reciben los mensajes. En la figura siguiente se muestra un ejemplo de arquitectura de una red de radio mensajera.

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Por la naturaleza de la radio, hay problemas en la recepcin de seal si dicha seal se recibe a

travs de dos o ms transmisores de manera simultnea fuera de fase. Los lugares donde se

da esta posibilidad se denominan reas de solape. Hay tres maneras fundamentales para

superar este problema. La primera es utilizar divisin en frecuencia, es decir-, cambar la

frecuencia de transmisin en transmisores adyacentes para que no se produzcan solapes de

cobertura en la misma frecuencia.

La segunda posibilidad es transmitir en turnos. En este mtodo, hay varios grupos de

transmisores situados de tal forma que cuando un grupo transmite, sus transmisores no se

interfieren el uno al otro. En la segunda fase, transmite un segundo grupo y as sucesivamente.

Ambas propuestas presentadas tienen como objetivo final evitar que existan reas de solapamiento. La ltima de las soluciones se basa en la sincronizacin de los transmisores y la

emisin simultnea, o "simulcast". Esta es la tcnica ms utilizada actualmente por los sistemas

de radio mensajera. El "simulcast" ofrece dos ventajas: en primer lugar, el radiocanal tendr una capacidad entre 4 y 8 veces superior a la transmisin "por turnos"; en segundo lugar, la

suma de las seales mejorar la recepcin en las reas de solape.

POCSAG (Post Office Code Standard Advisory Group) Es el primer sistema y opera desde los aos N70 (originalmente en Londres operado por la British Post Office). Fue normalizado en CCIR Rc.584 en 1981. Sus caractersticas son las siguientes:

o Opera en la banda de 460-470 MHz con 7 canales separados por 25 kHz.

o Es del tipo simplex (unidireccional) con multiplexacin FDMATDMA. o Trabaja con velocidad desde 320 a 750 b/s por canal, que se eleva hasta 512 a

1200 b/s en la portadora.

o La modulacin es del tipo 2FSK y no posee handoff.

o Emite en forma de broadcasting: todos los mensajes llevan su direccin y se emiten en forma continua y repetitiva.

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FLEX Es una norma de facto de Motorola de gran difusin en toda Amrica. Se aplica en 48 pases y

con 229 operadores (a inicios de 1999) lo que representaba el 92% del mercado mundial. En 1995 dispona del 90% (fue introducido en 1993). Se han optimizado el FLEX-1 para PAGIN de una va en alta velocidad y ReFLEX para dos vas (sistema SkyTel). En la variante InFLEXion se tiene prevista la introduccin de voz comprimida. A continuacin se resumen las

caractersticas:

Dispone de 4 canales de datos de 1600 b/s cada uno por portadora.

Cada canal ocupa una fase y son independientes.

La modulacin es 4-FSK (Fo4,8 kHz y Fo1,6 kHz). El ciclo de multitrama es de 240 seg, conteniendo 128 tramas de 1,875 seg.

Cada trama contiene sincronismo y 11 bloques para direccin y mensaje.

ERMES (European Radio Message System) Es un radio bsqueda para el mbito de Europa. En Europa el sistema Paging tiene menos

xito que en USA. Sus caractersticas son:

Son 16 canales FDMA ubicados entre 169,4125 y 169,8125 MHz con 2 5 kHz de ancho

de banda entre canales.

La velocidad de datos es 3500 b/s que se eleva por formacin de la trama a 6250 b/s en

la portadora.

Utiliza una correccin de errores FEC (30,18).

Utiliza un interleaver de 6 palabras de cdigo para mejorar la respuesta al fading multipath.

La modulacin es 4-FSKcon desviacin de 4,6875 y 1,5625 kHz. Protocolo: 60

ciclos/hora; 1 ciclo son 5 sub-secuencias (1 min); 1 sub-secuencia 16 batche y 1 batche (0,75 seg).

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El batche posee una secuencia de sincronismo, informacin de sistema, direccin y

mensaje.

Por el modo de explotacin, se distinguen tres modos de operacin en comunicaciones

mviles:

a) Sistemas smplex. La transmisin y la recepcin se efectan en forma secuencial, en un sentido cada vez. Para habar, se debe "solicitar permiso", lo que se hace pulsando el botn del

terminal denominado PTT, "Push To Talk" o "Pulsar Para Hablar". Dentro de los sistemas

simplex se encuentran los que funcionan a una o a dos frecuencias. Los primeros son aquellos

que utilizan la misma frecuencia para transmisin y recepcin. Presentan como principal

inconveniente la alta probabilidad de captura de una comunicacin por otra, debido a una alta

interferencia co-canal; sin embargo, permiten la comunicacin entre mviles, sin pasar por la

base. Este tipo de sistemas se utiliza para soportar las comunicaciones de seguridad en los

servicios mviles martimo y aeronutico. Los sistemas a dos frecuencias separan la

transmisin de la recepcin. Ofrecen mayor proteccin a la interferencia co-canal pero obligan a

que todas las comunicaciones pasen necesariamente por la estacin base, al no poder los

mviles hablar entre s.

b) Sistemas semi-dplex. Este sistema utiliza frecuencias diferentes de transmisin y de recepcin. Es una mejora del sistema simplex a dos frecuencias, donde se incorpora un duplexor a la estacin de base. En este caso, la estacin base funciona en dplex y los

terminales mviles lo hacen en simplex. La estacin base se limita a retransmitir las

comunicaciones que recibe, a lo que se denomina "Talk Through" (TT). Para identificar una solicitud de comunicacin frente a posibles interferencias, se manejan tonos de control a frecuencias "sub-audio" (< 300 Hz) que acompaan a la comunicacin. As, slo se activar la estacin base cuando reciba una seal, en la frecuencia de recepcin adecuada, acompaada

del todo "subaudio"

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c) Sistemas dplex. En estos sistemas la estacin base transmite en una frecuencia f1 y recibe en una frecuencia f2 mientras que el mvil transmite en una frecuencia f2 y recibe en f1. Tanto

estacin base como mvil disponen de duplexor que permite la transmisin y recepcin

simultneas. En este sistema no es posible tampoco la comunicacin directa mvil -mvil, sin

pasar por la estacin base. La implementacin de estos sistemas es ms cara y compleja que la de los anteriores.

Por la banda de frecuencias utilizada:

a) Banda VHF Banda "baja" de 30 a 80 MHz (PMR) o Banda "alta" de 140 a 170 MHz (PMR).

Banda "III" de 223 a 235 MHz (PMR). b) Banda UHF

Banda "baja" de 406 a 470 MHz (PMR) o Banda "alta" de 862 a 960 MHz (PMT). Banda de 1800 a 1900 MHz (PMT).

Si bien esta clasificacin es til a la hora de comprender las particularidades de cada sistema

de comunicaciones mviles, para ei desarrollo de esta asignatura se cree ms conveniente

considerar la clasificacin de sistemas segn un conjunto de caractersticas que les confieren cierta operatividad. Adems de las particularidades de la comunicacin - simplex, semi-dplex o

dplex - dentro de este conjunto de caractersticas se consideran otras como el tipo de gestin de la comunicacin y la canalizacin, en definiva, se trata de agrupar los sistemas en relacin

con las facilidades de comunicacin que permiten.

Por el sector de aplicacin, en sentido amplio se dividen en sistemas privados, pblicos y

telefona inalmbrica:

a) Private Mobile Radio (PMR) Public Switched Telephony Network (PSTN)

b) Public Mobile Telephony (PMT)

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Public Land Mobile Network (PLMN) c) Wireless Telecommunications (WT)

Cordless Telephony (CT) La telecomunicacin sin hilos est diseada para usuarios cuyos movimientos estn delimitados

a un rea bien definida. El usuario de la telecomunicacin sin hilos hace llamadas desde un

terminal porttil que se comunica por seales de radio a una estacin de base fija. La estacin de base est conectada directa o indirectamente a la red telefnica conmutada (RTC). El rea restringida cubierta por un sistema de telecomunicacin sin hilos puede ser desde una casa o

apartamento privados hasta un distrito urbano o un bloque de oficinas. Cada aplicacin tiene

sus necesidades especficas.

CTO-CT1 (Cordless Telephone) Ambos sistemas transmiten la informacin telefnica en forma analgica. CT0 es una norma de

USA opera inicialmente en la banda de 46 a 59 MHz. Se trata de telfonos inalmbricos

comunes del mercado actual domstico (aplicacin residencial). No posee handoff. CT1 es una norma europea CEPT que opera en la banda de 900 MHz con

40 portadoras separadas por 50 kHz. La modulacin utilizada es FM con canales analgicos. La

cobertura es menor a 300 mts con potencia de 5 a 10 mw.

CT2 (Cordless Telephone) Fue desarrollado en Inglaterra por GPT-1989 como el primer sistema con duplexin TDD para

radio mvil. Los sistemas posteriores como DECT adoptaron esta estructura. Tiene una

normalizacin europea en ETSI 300-131. Es un sistema de telepunto pblico en ambientes

domsticos o comerciales. Mejora a CT00CT1 por la codificacin digital. Son microceldas de 200 m donde no puede realizarse el handoff. Posee sustanciales mejoras respecto a CT1. Se reduce el dropping sobre los mviles que se mueven a alta velocidad en las esquinas. Se

dispone tambin de las variantes CT2-CAI (Common Air- Interface) o la variante CT2-Plus. CT2-Plus opera en Canad con 100 canales en banda de 940 MHz.

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Sus caractersticas ms interesantes son:

Opera en la banda de 864,1-868,1 MHz. Se tiene una separacin de 100 kHz entre cada

una de las 40 portadoras

Trabaja con un canal por portadora FDMA (no tiene multiplexacin TDMA) a 32 kb/s con codificacin ADPCM (G.721.

El mecanismo de duplexin es en el tiempo TDD con velocidad total sobre la portadora

de72 kb/s.

El uso de TDD elimina la necesidad de dos filtros en el aparato de usuario.

La trama tiene dos intervalos de tiempo con duracin de 2 mseg (1 mseg para cada direccin Forward y Reverse).

La distribucin de datos es: banda de (4,5 bits); canal D (2 bit); canal B (64 bit); canal D (2 bit); guarda (3,5 bit).

El canal D lleva control y sincronismo a 2 kb/s. Sirve para acceso, control de potencia,

localizacin dinmica del canal. o La modulacin utilizada es GMSK, como en el

sistema GSM. La desviacin mxima es de 25,2 kHz (para 72 kb/s). CT3 (Cordeless Telephone) Fue desarrollado en Suecia por Ericsson como un upgrade de CT2 y permite una conexin a

PABX. Originalmente se denomin DCT900 (Digital Cordless Telephone). Posee handoff a baja velocidad del mvil, criptografa y roaming.

Sus caractersticas ms destacadas son:

Trabaja en la banda de 862-864 MHz con 100 portadoras y 100 kHz de ancho de banda. La modulacin es MSK.

Es un sistema TDMA/FDMA-TDD. La tasa de informacin es 640 kb/s por portadora.

La multiplexacin TDMA posee 8 time slot por trama.

El canal vocal se codifica a 32 kb/s mediante el mtodo ADPCM.

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El mximo de portadoras por celda es de 8.

Trama por canal es: burst y sincronismo (32 bits), sealizacin e identificacin (56 bits), datos (512), CRC (16 bits).

Se dispone de un tiempo de guarda entre tramas de 0,037 mseg.

DCS1800 (Digital Celular System) Es conocido como PCN (Personal Communication Network). Es la red de comunicaciones personales en la banda 1710- 1785 (Reverse) y 1805-1880 MHz (Forward). Las celdas son inferiores a 1 km en reas urbanas y menor de 8 km en reas rurales. Sus caractersticas ms

destacadas son:

Se basa en la norma europea GSM para 900 MHz. Es del tipo TDMAFDM/FDD.

El espaciamiento entre canales es de 200 kHz con 374 portadoras.

Cada portadora tiene una velocidad de 271 kb/s con 8 canales. La modulacin es

GMSK.

Puede trabajar a mitad de velocidad con 16 canales de 22,8 kb/s. La codificacin es RPE-LTP a 13 kb/s.

Las denominaciones CT se corresponden con "Cordless Telecommunications". Las

denominaciones CT0 y CT1 corresponden a los estndares de primera generacin de este tipo

de sistemas. Partiendo de una estacin de base, cargador y terminal, y enfocados

principalmente al uso domstico, estos sistemas estuvieron disponibles a primeros de los 80.

Con un radio de cobertura de 100 a 200 metros, utilizan tcnicas analgicas de transmisin

radio sobre dos canales independientes: uno para transmitir y otro para recibir voz. El

inconveniente es que el nmero limitado de frecuencias disponibles para estos sistemas puede

provocar interferencias entre terminales, a pesar de la batea densidad relativa de usuarios.

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Tambin pensado para el usuario residencial, se desarrolla el CT2, que es una versin

mejorada del CT0 y CT1. Utilizando FDMA (Frequency Division Multiple Access) como tcnica de acceso, el sistema CT2 genera capacidad dividiendo el ancho de banda en varios

radiocanales en el dominio de la frecuencia. Al establecer una llamada, el terminal buscar los

canales disponibles y se sintonizar en uno desocupado para esta llamada. Basado en la

tcnica de TDD (Time Division Duplexng), la llamada se dividir en bloques que se alternarn entre transmisin y recepcin.

DECT Opera como evolucin de CT2 para todo el mbito de Europa. Inicialmente se pens como

sistema Cordless privado, pero hoy da est integrado a la red pblica. Se ofrece como

aplicacin para centrales PABX y en el loop de abonado WLL. Es compatible con GSM y la red

ISDN. El DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) se est desarrollando en el ETSI casi desde el principio de la existencia de esta institucin. El DECT es esencialmente una

tecnologa genrica de acceso radio para comunicaciones sin hilos en distancias cortas.

Al ser una tecnologa de acceso radio, el DECT define un interfaz aire diseado para utilizarse

como medio de acceso a muchos tipos de redes distintas - RTC, RDSI, GSM, redes privadas y

centralitas, entre otras. El DECT no define una arquitectura de red de soporte ("backbone"), al contrario que, por ejemplo, GSM. Por ello, para poder conectarse a cualquier tipo de red, el DECT viene provisto de una completa serie de protocolos en su estndar bsico.

El DECT es un sistema diseado para soportar altas densidades de trfico, a distancias

reducidas-tpicamente 300 metros, aunque podra ampliarse considerablemente para

aplicaciones especficas. El DECT se aplica a cualquier tipo de comunicaciones sin hilos, no

slo a telefona convencional. Actualmente, el DECT permite el envo de mensajes de texto, acceso RDSI bsico 2B+D o, utilizando los perfiles de datos de DECT, velocidades de

transmisin de hasta 522 kb/s para aplicaciones multimedia.

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El DECT se dise para ser fcil de construir, fcil de instalar, ofreciendo alta capacidad y

calidad de voz, equivalente a las redes fijas. Algunas de las caractersticas de este sistema son las siguientes:

10 frecuencias entre 1880 y 1900 MHz, con 24 timeslots en cada canal, ofreciendo un

total de 240 timeslots o 120 canales (TDMA).

Alta capacidad: 10.000 E/m2.

Seleccin dinmica de canal; el terminal DECT decide cundo y hacia donde realiza el

handover.

No es necesario planificar frecuencias, lo que permite una instalacin relativamente

sencilla.

Alta calidad de voz gracias al uso de la modulacin ADPCM (Adaptative Differential Pulse Code Modulation) a 32 kbps, segn norma G.736, con control de eco en la parte fija.

Handover automtico.

Uno de los bloques funcionales bsicos del DECT es el denominado GAP (Generic Access Profle). ste define un conjunto mnimo de requisitos para soportar telefona vocal. Tambin define los componentes bsicos del protocolo DECT que son necesarios para permitir que

cualquier terminal DECT pueda conectarse a cualquier parte fija DECT que soporten este protocolo. Este perfil permite movilidad dentro del sistema DECT, adems de encriptacin de la

seal.

ETSI est desarrollando en estos momentos otro proyecto basado en DECT al que denomina

CTM (Cordless Telecommunications Mobility), cuyo objetivo es proporcionar movilidad a las redes fijas existentes. Gradas a este nuevo desarrollo, sern posibles las funcionalidades de roaming y handover entre distintos sistemas y redes DECT. El GAP cubre las funcionalidades

exigidas en la primera fase del CTM. Para la fase 2, se est desarrollando un nuevo perfil

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denominado CAP (CTM Access Profile), donde ya se contienen las facilidades de roaming y handover entre distintas redes DECT.

Personal Handy-phone System (PHS) Mientras en Europa se trabaja sobre el sistema DECT y su evolucin, en Japn ya se est comercializando con bastante xito un sistema de telecomunicaciones sin hilos al que

denominan PHS (Personal Handy-phone System). Como puede identificarse en la figura siguiente, el sistema PHS define algo ms que el acceso

radio, al contrario de lo que hace el DECT. Este sistema identifica elementos de red, tales como

el Servidor PHS, el HLR (Home Location Register), el CDR (Call Detail Recorder) o base de registros de llamada, el NMS (Network Management System) o sistema de gestin de red y la BC/SDM (Billing Centre/Subscriber Data Management).

Este sistema se ha construido sobre la base de tecnologas de acceso radio digital y una

arquitectura de red microcelular. El PHS utiliza una tcnica de asignacin dinmica de canales,

que unido a tcnicas descentralizadas de control de los radiocanales permiten al operador

utilizar las frecuencias de forma flexible y eficiente.

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El interfaz aire est totalmente estandarizado por la Asociacin de Industrias y Empresas de

Radio (ARIB, Association of Radio Industries and Businesses), que es una organizacin japonesa encargada de estos temas. El interfaz de red entre estaciones base y red digital est estandarizado por el Comit Tcnico de Telecomunicaciones, que es el rgano japons responsable de los estndares de red. Este interfaz de red est basado en la RDSI, modificado

para permitir funciones especficas del PHS, tales como el registro, la autenticacin y el

handover. Algunas de las caractersticas bsicas de este sistema son las siguientes:

Funciona en la banda de 1898 a 1918 MHz.

Utiliza la tcnica de acceso TDMA/TDD, igual que el DECT.

Alta calidad de voz gracias al uso de la modulacin ADPCM (Adaptative Diferential Pulse Code Modulation) a 32 kbps.

Seleccin dinmica de canal; el terminal PHS decide cundo y hacia donde realiza el

handover.

No es necesario planificar frecuencias, lo que permite una instalacin relativamente

sencilla.

Handover automtico.

A diferencia del resto de sus competidores, permite la comunicacin entre terminales sin

necesidad de utilizar el resto de la red.

Sistemas de comunicaciones mviles por satlite En la actualidad estn teniendo gran auge los sistemas de comunicaciones mviles va satlite,

gracias al gran desarrollo de la tecnologa y al gran mercado potencial que estos sistemas

parecen tener. Se pueden diferenciar tres tipos de sistemas, en funcin de cul es la rbita en

que han situado, o van a situar, sus satlites. As hay:

Sistemas geostacionarios, con satlites situados en rbitas geoestacionarias, a unos

36.000 km de altura.

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Sistemas de rbitas medias, o MEOs (Medum Earth Orbit), con satlites situados entre los 10.000 y 15.000 km de altura.

Sistemas de rbitas bajas o LEOs (Low Earth Orbit), con satlites situados a menos de 3.000 km de altura.

Todos los sistemas de comunicaciones por satlite basan su funcionamiento en la sustitucin

de la estacin de base terrestre por una "estacin base" situada a varios kilmetros sobre la

Tierra. Por ello, aunque estos sistemas ofrecen una gran superficie de cobertura, son muy

susceptibles a desvanecimientos y a sombras de cobertura debido a obstculos del terreno,

naturales o artificiales.

Sistemas de rbitas geoestacionarias Hasta la fecha, si se omiten los sistemas denominados regionales, que slo dan cobertura a un

pas o grupo de pases determinados, slo existe un consorcio que pueda ofrecer sistemas de

comunicaciones mviles comercialmente a nivel global: Inmarsat. A travs de sus distintos

productos, denominados Standard A, B, C, D, E M y mini-M, Inmarsat ofrece distintos servicios

de comunicaciones, dirigidos bsicamente a instalaciones en vehculos.

Los sistemas Inmarsat estn basados en su constelacin de 4 satlites geoestacionarios, que

ofrecen cobertura en todo el planeta, entre los 70 de latitud norte y sur. El sistema Inmarsat

naci con la necesidad de dotar de comunicaciones a los grandes barcos transatlnticos y de

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aumentar la seguridad en casos de desastre martimo. Es por ello que la mayora de los

usuarios de estos equipos son grandes embarcaciones. Cada uno de los equipos Inmarsat

ofrece unas caractersticas y capacidad de comunicacin diferentes. As tenemos:

Inmarsat-A; introducido en 1982 y proporcionando servicio de telefona, fax, datos, telex

y correo electrnico.

Inmarsat-B; lanzado en 1993, es el sucesor digital del Inmarsat-A (que todava est operativo). Ofrece servicios similares al Inmarsat-A pero a precios ms reducidos, gracias a su mejor aprovechamiento espectral.

Inmarsat-C; considerado el primer servicio de comunicaciones personales va satlite y

uno de los ms populares. Permite enviar mensajes de datos mediante terminales portables.

Inmarsat-D; es un servicio de radiomensajera, por tanto unidireccional, va satlite.

Inmarsat-E; utilizado para dar servicio de alerta en desastres martimos, combinando la

capacidad de comunicacin de los satlites Inmarsat con la determinacin de la posicin

mediante el sistema de satlites GPS.

Inmarsat-M; el primer telfono personal portable va satlite que permite transmisin de

voz, datos, fax y servicios de llamada de grupo a travs de un terminal del tamao de un

portafolios. La versin martima de este sistema incorpora una antena con un radomo de

unos 70 cm de dimetro.

Inmarsat Mini-M; diseado para explotar las posibilidades de la nueva generacin de

satlites Inmarsat-3, con antenas de haces reducidos ("spot-beam"). Es el ms pequeo de los terminales Inmarsat, con un tamao equivalente al de un ordenador porttil

("Notebook").

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Sistemas de rbitas medias (MEOs) y bajas (LEOs) En este grupo se encuentran todas las nuevas generaciones de satlites, que tienen previsto su

lanzamiento comercial entre 1998 y el 2001. La principal diferencia entre MEOs y LEOs es la

altura de la rbita y, por ello, la planificacin en cuanto a nmero de satlites necesarios para

ofrecer cobertura global y la manera de gestionar dicha red.

Al estar los satlites ms prximos a la tierra, esto facilita el disear equipos terminales ms

pequeos y con menor consumo (menor distancia implica antenas de menor ganancia, menor potencia radiada y, por tanto, menor consumo y menor tamao de batera requerido). Adems, al no ser necesario aumentar la ganancia en el equipo mediante antenas directivas, se pueden

utilizar antenas omnidireccionales en los terminales, lo que les confiere verdadera movilidad

personal frente a los ms complejos Terminales de sistemas geoestacionarios. A continuacin se muestran los cuatro proyectos de

sistemas globales que ms posibilidades tienen de convertirse en sistemas comerciales.

Iridium Sistema basado en una constelacin de 66 satlites en rbitas bajas (740 km), situados en 11 planos polares, que pretende dar cobertura global. El sistema Iridium est controlado por una

serie de estaciones de telemetra y control y se comunica con las redes terrestres a travs de

una serie de centrales de conmutacin, que cumplen bsicamente con el estndar GSM.

Los satlites se comunican con los mviles en la banda de 1,6 GHz (banda L), y utilizan como tcnica de acceso el TDMA. El sistema Iridium es el nico capaz de conmutar llamadas entre

sus propios satlites, es decir, una llamada entre dos terminales, Iridium no tiene porqu pasar

a travs de una red conmutada terrestre. Se prev que este sistema est comercialmente

operativo a finales de 1998.

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Globalstar Al igual que Iridium, se trata de un sistema de rbita baja (LEO). Su constelacin la componen 48 satlites a 1.410 km de altitud y situados en 8 planos orbitales inclinados 52 respecto al

ecuador.

En este caso, los satlites actan como meros espejos, haciendo que la seal se transporte entre el terminal y la estacin terrena sin ningn proceso intermedio. En la estacin terrena

existe una central de conmutacin tipo GSM que manejar el trnsito de las llamadas en ambos sentidos.

La comunicacin entre satlites y terminales se realiza en la banda de 1,6 GHz (banda L), mediante la tcnica de acceso CDMA; cada terminal utiliza la seal de dos satlites

simultneamente, lo que mejora considerablemente la calidad de la comunicacin. Este sistema tiene prevista su entrada comercial a principios de 1999.

ICO Este proyecto es el que antiguamente se denominaba Inmarsat P-21, camb el nombre de la

empresa y tambin el nombre del sistema.

El proyecto ICO est basado en una constelacin de satlites en rbitas medias (MEOs). Necesita de 10 satlites (ms dos de reserva) situados en dos rbitas a 10.355 km sobre la tierra e inclinadas a 45 respecto al ecuador.

Al estar situados en rbitas ms elevadas que los MEOs, necesitan de menor nmero de

satlites para ofrecer cobertura global. La comunicacin entre mvil y satlite se realiza en la

banda de 1,6 GHz (banda L) utilizando como tcnica de acceso el TDMA. Se prev que este proyecto entre en fase comercial en el ao 2000.

Odyssey Es un proyecto muy similar al ICO. Tambin se basa el sistema en una constelacin en rbitas

medias (MEO), a 10.354 km de altitud. Consiste dicha constelacin en 12 satlites situados en tres planos orbitales con una inclinacin de 50 respecto al ecuador. La comunicacin entre

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mvil y satlite se realiza en la banda de 1,6 GHz (banda L) utilizando como tcnica de acceso el CDMA. Se prev que este proyecto entre en fase comercial en el ao 2001.

El sistema de radiotelefona celular En los sistemas de telefona mvil celular la zona de cobertura deseada se divide en zonas ms

pequeas llamadas clulas (celdas), a las que se asigna un cierto nmero de radiocanales. Hasta ahora, se han descrito una serie de sistemas que podran englobarse dentro de este

epgrafe. No obstante, slo se considerarn aqu aquellos sistemas que cumplan los siguientes

objetivos: Gran capacidad de abonados.

Calidad telefnica similar al servicio telefnico convencional.

Utilizacin eficaz del espectro.

Conmutacin automtica de radiocanales.

Capacidad de expansin.

Gran movilidad.

Poder constituir una red de comunicaciones completa en s mismos.

Antecedentes La radiocomunicacin pblica requiere tcnicas sofisticadas y, por tanto, su evolucin ha estado

siempre ligada al progreso de la electrnica. La idea de comunicacin instantnea

independientemente de la distancia es parte de los sueos ms antiguos del hombre, y su

sueo se hizo realidad tan pronto como se lo permiti la tecnologa. La primera utilizacin de las

ondas de radio para comunicarse se efectu a finales del siglo diecinueve para radiotelegrafa

(en 1880, Hertz realiza una demostracin prctica de radiocomunicaciones; en 1897, Marconi realiza una transmisin de radio a ms de 18 millas de distancia). Desde entonces, la radio se convirti en una tcnica ampliamente utilizada en comunicaciones militares. Las primeras

aplicaciones pblicas de la radio fueron de difusin (primero sonido, luego imgenes): esto es

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mucho ms sencillo que la radiotelefona, dado que el terminal mvil es slo un receptor. El

auge real de los sistemas pblicos bidireccionales de radiocomunicaciones mviles tuvo lugar

justo despus de la segunda guerra mundial, cuando el uso de la modulacin de frecuencia y de la tecnologa electrnica, como la vlvula de vaco, permitieron el desarrollo de un servicio

de telefona a escala real para vehculos. El primer servicio telefnico mvil real naci

oficialmente en St. Louis (Missouri, EE.UU.) en 1946. Europa, que se estaba recuperando de la guerra, le sigui algunos aos despus.

Las primeras redes mviles de telefona se operaban manualmente; es decir, era necesaria la

intervencin de un operador para conectar cada llamada a la red fija. Adems, los terminales eran muy voluminosos, pesados y caros. El rea de servicio estaba limitada a la cobertura de

un nico emplazamiento de transmisin y recepcin (sistemas unicelulares). Haba muy poco espectro de radio disponible para este tipo de servicios, dado que ste se asignaba

fundamentalmente a propsitos militares y a radiodifusin, en particular, televisin. En

consecuencia, la capacidad de los primeros sistemas era pequea y la saturacin de los

mismos fue muy rpida, a pesar del alto coste de los terminales. La calidad del servicio

empeor rpidamente debido a la congestin y la capacidad de procesar llamadas, algunas

veces hasta paralizar la red.

Entre 1950 y 1980 los sistemas evolucionaron hasta automatizarse y los costos disminuyeron

gracias a la introduccin de los semiconductores. La capacidad se increment un poco, aunque

an era demasiado escasa para la demanda existente: la radiotelefona pblica segua siendo

un lujo para unos pocos. Durante los aos 70, la integracin a gran escala de dispositivos electrnicos y el desarrollo de los microprocesadores abri las puertas a la implementacin de

sistemas ms complejos. Dado que el rea de cobertura de una antena est fundamentalmente limitada por la potencia de transmisin de las estaciones mviles, los sistemas se plantearon

con varias estaciones receptoras para una nica estacin transmisora. Se permita as la

cobertura de un rea mayor a costa de una mayor complejidad en la infraestructura. Pero la

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verdadera revolucin se produjo con los sistemas celulares, donde hay numerosos emplazamientos que tanto transmiten como reciben y sus respectivas reas de cobertura se

solapan parcialmente.

En lugar de intentar incrementar la potencia de transmisin, los sistemas celulares se basan en

el concepto de reutilizacin de frecuencias: la misma frecuencia se utiliza en diversos

emplazamientos que estn suficientemente alejados entre s, lo que da como resultado una gran ganancia en capacidad. Por contra, el sistema es mucho ms complejo, tanto en la parte de la red como en las estaciones mviles, que deben ser capaces de seleccionar una estacin

entre varias posibilidades. Adems, el costo de infraestructura aumenta considerablemente

debido a la multiplicidad de emplazamientos. El concepto celular se introdujo por los laboratorios Bell y se estudi en varios lugares durante los 70s.

Conceptos bsicos A continuacin se describen los conceptos o definiciones bsicas, cuyo concepto debe estar

bien claro a la hora de hablar de telefona celular. En primer lugar, el nombre de telefona

celular proviene de que la zona de cobertura deseada se divide en zonas ms pequeas

llamadas clulas o celdas. Aunque la mayora de los conceptos que se relatarn a continuacin

podran ser aplicables a otros sistemas de radiocomunicaciones, como podra ser la cobertura,

por las caractersticas de la asignatura se ha preferido particularizar estos conceptos para el

caso particular de una red celular.

Clula o celda Clula es cada una de las unidades bsicas de cobertura en que se divide un sistema celular.

Cada celda contiene un transmisor - que puede estar en el centro de la celda, si las antenas

utilizadas son o utilizan un modelo de radiacin omnidireccional, o en un vrtice de la misma, si

las antenas tienen un diagrama directivo - y transmiten un subconjunto del total de canales disponibles para la red celular a instalar. Cada celda, adems de varios canales de trfico,

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tendr uno o ms canales de sealizacin o control para la gestin de los recursos radio y la

movilidad de los mviles a da conectados.

"Cluster" o "Racimo" Lo forman un conjunto de celdas. Entre todas, agrupan la prctica totalidad de las frecuencias disponibles por la red celular. Sumando varios racimos es como se alcanza la cobertura final del

sistema celular, realizndose de esta manera las mismas frecuencias en todos los racimos.

Cobertura En sentido genrico, se entiende por cobertura la zona desde la cual un terminal mvil puede

comunicarse con las estaciones base y viceversa. Es en el primer parmetro en que se piensa

al disear una red de comunicaciones mviles: en qu zonas se va a dar servicio a los

terminales mviles?

En primer lugar, la cobertura o el alcance radio de una red es la composicin del alcance radio

de la suma de todas sus estaciones de base. A la hora de planificar una red, desde el punto de

vista de la cobertura, el primer dato que se necesita saber es la zona que se desea cubrir, o

zona de servicio. Si se parte de esta nica hiptesis, dado un rea a cubrir, sera necesario un

nmero de celdas tal que la suma de las reas cubiertas por dichas celdas, a una aura

determinada h y transmitiendo a su mxima potencia, fuera igual al rea a cubrir.

Ahora bien, debemos tener en cuenta que no basta con realizar el clculo de potencia en el

sentido estacin base a mvil; tambin es necesario que el mvil, en funcin de su capacidad

de transmisin, pueda llegar hasta la estacin base. Por ello, la cobertura de la red debe

planificarse teniendo en cuenta las condiciones de transmisin en las que se encuentra el mvil:

es a lo que se denomina realizar un balance de enlace. Actualmente, las redes se disean

teniendo en cuenta varios tipos de mviles: la mxima cobertura se ofrece para terminales

instalados en vehculos, con antena exterior, y tambin se realizan previsiones para equipos

porttiles en el exterior y en interior de vehculos, sin antena externa.

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Debido a las caractersticas particulares del trayecto radioelctrico, nicamente puede hablarse

de cobertura en sentido estadstico. Esto implica que, las reas que se representan

tericamente cubiertas, lo estn en un determinado porcentaje de ubicaciones y de tiempo. Existen grficas, obtenidas de medidas empricas sobre propagacin, que muestran las

correcciones en atenuacin que se deben realizar para calcular correctamente el rea de

cobertura de un transmisor radio, as como la probabilidad de cobertura asociada a dichas

correcciones.

Hasta aqu todo es aplicable a casi cualquier sistema que tenga la radio como medio de

transmisin. Lo que diferencia a un sistema celular es que, en zonas de tea densidad de trfico,

es capaz de utilizar ms eficientemente que otros sistemas el limitado espectro radioelctrico

que tiene asignado. Esto implica un diseo de red radio denominado "celular", que es lo que le

da el nombre al sistema.

El "truco" consiste en dividir- el rea a cubrir en un nmero de celdas suficientemente grande,

que permita la reutilizacin de frecuencias. Estos conceptos sern explicados con ms detalle

ms adelante. Desde el punto de vista de cobertura, lo que esta divisin en pequeas celdas

implica es que la cobertura de cada celda va a estar limitada por interferencia; es decir, el

diseo se har de forma tal que las clulas que utilizan los mismos canales de radio emitan a

una potencia suficientemente baja para no interferirse entre s y, a su vez, no interferir a los mviles a los que estn dando servicio. En definitiva, el mximo alcance de una clula slo se

podr conseguir- en lugares de poca densidad de trfico, que no son los ms adecuados para

este tipo de sistemas.

Capacidad Es la cantidad de trfico que puede soportar este tipo de sistemas. El diseo de una red celular

est pensado para soportar, gracias a la comparticin de canales y a la divisin celular, una

gran capacidad de trfico.

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Al ser un sistema de concentracin de canales, la capacidad por cada bloque de canales se

calcula mediante la aplicacin de la frmula de Erlang B, es decir, como un sistema de llamadas

perdidas (sin colas). La capacidad que aporta este tipo de sistemas es funcin del nmero de canales utilizado, o

ancho de banda disponible, del tamao de las celdas y de la configuracin en racimos o

"clster". La capacidad ser mayor cuanto mayor ancho de banda se disponga, cuanto menor

sea la clula y cuantas menos clulas sean necesarias por "cluster". Este ltimo parmetro

estar fuertemente ligado a la relacin de interferencia co-canal que el sistema sea capaz de

soportar. Respecto al tamao de la celda, este estar limitado por la capacidad del protocolo de

gestin de la movilidad y por la velocidad a la que se desplacen los mviles en la zona de

servicio.

El diseo de la capacidad de los sistemas se realiza por zonas, tomando cada estacin de base

independientemente, suponiendo el caso de trfico ms desfavorable; es decir-, el trfico en la

hora cargada.

Reutilizacin de frecuencias Esta es la tcnica que permite diferenciar a los sistemas de concentracin de canales frente al

resto. Se trata de tomar todo el grupo de frecuencias asignado a la red y, dividiendo el grupo en

varios subgrupos - celdas - y ordenndolo segn una estructura celular - racimo - se pueden

construir- grandes redes con las mismas frecuencias sin que estas interfieran entre s.

ndice de reutilizacin Es el cociente entre nmero de radiocanales que se ofrecen y el nmero de frecuencias

disponibles.

Distancia de reutilizacin Separacin existente entre 2 celdas o "clulas" que comparten las mismas frecuencias.

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Sealizacin Por sealizacin se entiende toda comunicacin dedicada a gestionar los recursos del sistema

para permitir la comunicacin. Al hablar de comunicaciones celulares, se va a tratar de forma

diferente la sealizacin asociada a la transmisin de radio y la relativa a la propia estructura de

red. Como se ver ms adelante, ambos ""tipos" de sealizacin sirven a los mismos

propsitos, y slo se diferencian por el tipo de entidades a las que ponen en comunicacin.

Funcionalmente, se podra distinguir entre:

Sealizacin destinada a la gestin de los recursos de radio;

Sealizacin destinada a la gestin de la movilidad; y,

Sealizacin destinada al establecimiento de la comunicacin, que, adems, puede ser

comn con otros sistemas de comunicacin y, en particular, debe ser compatible con las

redes fijas a las que las redes celular se conectan.

"Hand-over"o "Traspaso" Es como se denomina al proceso de pasar una comunicacin de un mismo mvil de un canal a

otro. Es lo que diferencia a un sistema celular de otro tipo de sistemas de radiocomunicaciones

de concentracin de enlaces. En funcin de la relacin entre los canales origen y destino de la

comunicacin, los handover pueden clasificarse en:

Handover intercelular, si el canal destino se encuentra sobre otra frecuencia distinta a la

del origen, pero en la misma clula.

Handover interBSC, cuando hay cambio de celda pero ambas celdas se encuentran

dentro del mismo sistema controlador de estaciones base.

Handover interMSC, cuando hay cambio de celda y de controlador de estaciones base

(BSC), pero ambos BSC dependen de la misma central de conmutacin mvil (MSC); y, finalmente,

Handover entre MSCs, cuando hay cambio de celda y ambas celdas dependen de

MSCs distintas.

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HLR Son las siglas de "Home Location Register" o base de datos donde se contiene toda la

informacin del usuario pertinente para la provisin del servicio de telefona mvil. Los sistemas

de altas y bajas de los operadores actuarn contra esta base de datos para actualizar las caractersticas del servicio de cada cliente. Tambin hay en el HLR informacin actualizada

sobre la situacin actual de sus mviles.

VLR Corresponde a las siglas "Visitor Location Register" o base de datos donde se contiene toda la

informacin del usuario necesaria para la provisin de los servicios durante la utilizacin de los

mismos. El VLR tiene una copia de parte de los datos del HLR, referidos a aquellos clientes que

se han registrado en la zona controlada por dicho VLR.

rea de Localizacin Est formada por un conjunto de celdas, y determina el rea donde se encuentra el mvil y las celdas a travs de las cuales se emitir un mensaje de bsqueda para este mvil, en caso de llamadas entrantes al mismo.

Registro Es el proceso mediante el cual un mvil comunica a la red que est disponible para realizar y

recibir llamadas. La red, por su parte, llevar a cabo una serie de intercambios de informacin

con sus bases de datos antes de permitir o "registrar" al mvil. Gracias a este registro, la red

sabr en cada momento dnde localizar dicho mvil en caso de llegarle una llamada entrante.

"Roaming"o "Itinerancia" Es la capacidad que ofrece una red mvil para poder registrarse en cualquier VLR de la red.

Actualmente, este concepto est comnmente asociado al registro de un mvil en una red

distinta de la propia.

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La red celular al completo Se describen a continuacin los diferentes subsistemas de que consta cualquier red celular,

teniendo en cuenta sus caractersticas bsicas.

Radio El subsistema de radio, o la radio, es el que realiza el enlace entre los terminales mviles y las

redes terrenas. El diseo de esta red es tremendamente importante en la configuracin de una

red celular, y gran parte del xito o fracaso de la calidad de una red pasa por la planificacin

adecuada de este subsistema

Conmutacin La conmutacin o estructura de red es el subsistema encargado de llevar las comunicaciones

por tierra desde la estacin base a la que se conecta el mvil hasta su conexin con la red

destino de la llamada (generalmente la red fija) o hacia otra estacin base a la que se encuentra conectado otro mvil. Se incluyen dentro de los sistemas de red todas aquellas bases de datos

que apoyan a las distintas funciones del sistema.

Transmisin Es la estructura de enlaces que soporta las comunicaciones entre los diversos elementos de

red. Es un elemento importante en la planificacin, dado que implica grandes costos de

explotacin, y al que no se presta la debida importancia por ser poco "llamativo" cuando se

explican las funcionalidades y capacidades de una red celular. Este subsistema es comn a

cualquier red de telecomunicacin.

Operacin y Mantenimiento Otro de los subsistemas importantes en una red celular es el subsistema de operacin y

mantenimiento. Suele quedar fuera de todos los planes de estudio, dado que el funcionamiento

terico de la red no necesita de este subsistema. No obstante, no sera posible mantener en un

correcto funcionamiento una red de telecomunicaciones sin un sistema de operacin y

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mantenimiento que permita detectar y corregir o, al menos, ayudar a corregir los posibles fallos

que se producen a diario en cualquier red.

Explotacin Al igual que el anterior, el subsistema de explotacin no suele aparecer en los libros de texto.

Es ms, los fabricantes de equipos de red slo dotan a estos de un interfaz hacia el subsistema

de explotacin, que debe ser comprado o, en el mejor de los casos, desarrollado a medida para el operador.

El subsistema de explotacin es el que permitir al operador cobrar por el uso de su red, as

como administrar la base de datos de sus clientes y configurar sus perfiles de usuario en

funcin de las polticas comerciales desarrolladas.

Caractersticas de los sistemas celulares Gran capacidad

Uso eficiente del espectro radioelctrico

Cobertura nacional

Adaptacin a la densidad del trfico

Prestacin del servicio con telfonos porttiles

Servicios suplementarios a la telefona bsica

Calidad de explotacin (Fidelidad y disponibilidad)

El punto ms importante es Calidad de Servicio (QoS) debido a la competencia entre operadores para mantener la captacin y mantenimiento de los abonados, la calidad se puede

evaluar desde cuatro diferentes puntos, los cuales son:

o Cobertura o Capacidad o Fidelidad o Movilidad

Calidad de Cobertura: se expresa mediante los porcentajes superficiales y poblacional de

prestacin de servicio, depender en gran medida del tamao de la celda y de las

configuraciones (Omnidireccional y Sectorizada)

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Rural

Trfico pequeo

Velocidad de los usuarios grande

Reflexiones en montaa y arboles

Urbano

Topologas variadas

Velocidad pequea hasta cero

Trfico elevado

Propagacin afectada edificios y vehculos

Calidad de Capacidad: es la aptitud de la red celular para cursar la demanda de trfico en

cada zona con un grado de servicio o probabilidad de bloqueo determinada. Se puede incluir

dentro de esta, llamadas perdidas por interferencias excesivas o fallas en los traspasos. De las

consideraciones anteriores se deduce que la cobertura y la capacidad son factores

determinantes del tamao de las celdas, las cuales segn su radio suelen clasificarse:

Macroceldas: radios comprendidos entre 1.5 y 2.0 Km para cobertura

rural, carreteras y poblaciones cercanas

Miniceldas: radios comprendidos entre 0.7 y 1.5 Km para cobertura de medios

urbanos importantes.

Microceldas: radios de 0.3 a 0.7 Km para cobertura de zonas de ciudades

con elevada densidad de trfico y penetracin en interiores de edificios

Picoceldas: radios de 30 a 300 mts para coberturas localizadas en

interiores: aeropuerto, centros comerciales, bancos, etc.

Calidad de Fidelidad

Calidad de portador. Bit Error Rate (BER) o Calidad final

Voz l S/N

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Datos l BER

Calidad de Movilidad: cuantifica el grado de dificultad que experimenta el mvil para

registrarse o ser localizado, as como la bondad de los algoritmos de traspaso y ejecucin.

Planificacin Celular Factores para la realizacin de la planificacin

Cobertura radioelctrica

Limitacin de las frecuencias

Movilidad de los usuarios.

Distribucin del trfico.

Introduccin de nuevos servicios.

Factor econmico l calidad/costo.

Tareas de la planificacin celular 1. Desarrollo modelo de trfico (voz como otros servicios) y movilidad de los clientes. 2. Eleccin del tamao y tipo de clulas en funcin de la distribucin del trfico.

3. Diseo de la red o malla celular con los tipos de clulas establecidas y

orientacin/inclinacin de las antenas, cuando proceda.

4. Eleccin de los sistemas radiantes y sus diagramas de radiacin en el plano horizontal

(Omnidireccional/Sectorizado) y en el plano vertical con la inclinacin del haz (down tilt) cuando proceda.

5. Ajuste de las ubicaciones de las estaciones base (BS) a los emplazamientos disponibles.

6. Determinacin de la cobertura bsica y clulas "mejores servidoras". Deteccin y tratamiento de puntos de cobertura dudosa y entornos especiales.

7. Utilizacin de datos de medidas radioelctricas para apoyo de la fase 5.

8. Asignacin de frecuencias a la estacin base (BS).

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9. Evaluacin de la relacin seal deseada/seal interferente, reajustes necesarios. 10. Determinacin de los planos de interconexin y transmisin entre estaciones y centros

de conmutacin.

Geometra de redes celulares Las coberturas circulares no recubren el plano o producen solapes (bajo rendimiento espectral, mismo punto dos frecuencias). Debido a esto se estudian coberturas de tipo poligonal, que recubran el plano sin solape, existen 3 polgonos regulares que cumplen esta condicin:

tringulo, cuadrado y hexgono. Suponiendo que se coloca la estacin base en el baricentro del

polgono y que el radio de cobertura R es la distancia del baricentro a un vrtice, las superficies

de los polgonos son:

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El polgono que cubre mayor superficie es el Hexgono, por lo que cubre mayor extensin;

debido a eso en los clculos se hace uso de una superficie hexagonal.

Evolucin de los sistemas de comunicacin Celular Primera Generacin

NMT 450 (1981) Nordiska Mobil Telephongruppen, (Noruega, Suecia, Finlandia y Dinamarca) AMPS 800 (1983), USA, Chicago TACS 900 ( 1985) Gran Bretaa NMT 900 ( 1986)

Segunda Generacin

GSM 900 ( 1991) ETSI DAMPS 800 (1991)

Mejora IS-54 IS-95 CDMA

DCS 1800 (1992) ETSI GPRS Generacin 2.5

Tercera Generacin

UMTS/IMT 2000

Sistemas de Comunicaciones Celulares Primera Generacin

Telefona Mvil Analgica: la red AMPS - TACS

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Antecedentes TACS El Sistema de Comunicaciones de Acceso Total (TACS, Total Access Communications System) es un sistema de comunicaciones para telefona mvil celular dplex en la banda de 900 MHz.

El precursor del sistema TACS es el sistema AMPS (American Mobile Phone System), desarrollado en los EE.UU. por los laboratorios Bell en la dcada de los 70, y puesto en servicio

en la primera mitad de la dcada de los 80. El sistema TACS fue desarrollado por el Reino

Unido, adaptando el sistema AMPS a los requisitos europeos (especialmente en los aspectos de banda de frecuencia y canalizacin), y puesto en servicio en 1985. En el Reino Unido se concedieron dos licencias para operar cada una con su red propia. Para

ello, la banda original (890-915 MHz y 935-960 MHz) de 1000 canales se dividi en dos segmentos de 300 canales cada uno, dejando la subbanda 905-915 MHz y 950-960 MHz para la introduccin posterior del sistema GSM. Posteriormente, se ampli la banda aadiendo los

rangos 872-890 MHz y 917-935 MHz para otorgar la capacidad requerida. Esta nueva banda

toma la denominacin de E-TACS (Extended TACS). A principio de esta dcada de los 90, otros pases como Austria, Italia y Espaa adoptaron

tambin este sistema. Algo importante que se debe tener en cuenta es que el estndar TACS

define tan slo el protocolo de acceso radio entre una estacin mvil y su correspondiente

estacin base. La gestin de la movilidad o lo que es igual, las facilidades de "handover" y

"roaming" soportadas por el sistema, as como la estructura y comunicaciones entre los distintos

elementos de la red quedan a criterio del fabricante.

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Arquitectura

AI = Air Interface BS = Base Station

BTS= Base Transceiver OMC= Operations and Management Center

PMS= Porta mobile Station Enlace de voz MSC = Mobile Switching Center

BSC = Base Station Controller MS = Mobile Station

PS = Portable Station (Hand-held) RSU = Remote Switching Unit ___ = Enlace de datos ------ = sealizacin y control

Subsistema de radio La arquitectura de una red TACS se basa en una serie de estaciones de base, cada una de las

cuales se compone de equipos de radio (transmisor y receptor) y un controlador de estacin base (BSC) encargado del interfaz entre el equipo de radiofrecuencia y la central de conmutacin mvil o EMX (Electronic Mobile Exchange). Esta ltima debe proporcionar la capacidad de conmutar llamadas entre las distintas estaciones base y hacer de trnsito entre la

red mvil y otras redes a las que esta ltima se conecte. La separacin entre canales es de 25

kHz.

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Subsistema de conmutacin El sistema de conmutacin est compuesto por una o varias centrales de conmutacin,

denominadas EMX (Electronic Mobile Exchange), cuyas funciones principales son las siguientes:

encaminar las llamadas originadas en los mviles hacia el destino

adecuado;

finalizar en el mvil adecuado las llamadas a l dirigidas;

coordinar el proceso de handover; y,

registrar todo el trfico que gestiona el sistema.

Cada EMX tiene la capacidad de interconectarse con la RTC, para lo que utiliza enlaces

dedicados a 2 Mbps El sistema de sealizacin utilizado depender de la capacidad de las

centrales a las que se conecta la EMX, pudiendo as manejarse UIT-T n7, R2, DTMF, etc. Esta sealizacin debe ser suficiente para soportar el control de la llamada.

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Adems, cada EMX se conecta directamente a otras EMX, formando lo que se denomina una

"red celular cooperante" o DMX (Distributed Mobile Exchange). La conexin entre centrales puede obedecer a un protocolo de sealizacin propietario. Si se requiere introducir centrales

de otros fabricantes, o si se necesita que los clientes propios puedan hacer uso de otra red, es

necesario implementar el protocolo estandarizado de sealizacin IS-41 entre las centrales. Las

funciones de HLR y VLR estn integradas en cada una de las EMX, aunque en los ltimos aos

se ha desarrollado la posibilidad de implementar un HLR independiente.

La estacin mvil Es el elemento final del sistema. Existe una gran variedad de diseos posibles, pero en general,

se distinguen cuatro categoras:

Estaciones montadas sobre vehculos

Estaciones transportables

Estaciones porttiles de bolsillo

Estaciones fijas En todos los casos, en la estacin mvil es necesario programar los datos especficos del

cliente, entre los que se encuentra el nmero de abonado.

Procesos bsicos

Registro Cada telfono mvil posee su propia identidad, y est asignado a un rea de localizacin. Esto

permite que los mensajes de control sean enviados a un solo mvil a travs de los canales de control del rea de localizacin. Cada telfono mvil est asignado a una central EMX (en el HLR) que guarda, adems de los datos relativos a la suscripcin, la informacin de la localizacin (direccin de la EMX/VLR) de sus mviles activos. Cada vez que el telfono mvil se mueve entre reas de localizacin, ste enva automticamente un mensaje para actualizar el rea de localizacin en la que se encuentra. Esto permite un uso eficiente de los canales de

control y mejora la capacidad de tratamiento de las llamadas.

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Cuando se enciende el telfono mvil, ste explora los canales de control del sistema y

sintoniza aqul cuya seal es ms fuerte, permaneciendo sintonizado a dicho canal hasta que