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Telefonía Celular y Comportamiento de Antenas

INDICE

Pagina

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................1 JUSTIFICACIÓN...............................................................................................................................2

INTRODUCCIÓN, HISTORIA Y PROGRESOS DE LAS RADIOCOMUNICACIONES ......3 I.1 Historia de Antenas...............................................................................................................5

I.2 Procesos en las Radiocomunicaciones Móviles....................................................................6

CAPITULO 1 OBJETIVOS BÁSICOS DE UN SISTEMA DE TELEFONIA MOVIL A GRAN ESTACALA..................................................................................................8

CAPITULO 2 CONCEPTO CELULAR.......................................................................................10

2.1 Rehuso de Frecuencias ......................................................................................................12

2.1.1 Agrupamiento de las Células........................................................................................14

2.1.2 Patrón de Reuso y Relación D/R..................................................................................15

2.2 Transferencia de Llamada (Hand-Off)...............................................................................17

2.3 Subdivisión de Celda..........................................................................................................19

2.4 Determinación de la Forma de una Celda...........................................................................22

2.4.1 La Célula.......................................................................................................................22

2.4.2 Radio de la Célula.........................................................................................................23

2.4.3 Propiedades de Distancia de Células Hexagonales......................................................24

2.4.4 Cobertura de la Célula..................................................................................................24

2.4.5 Sectorización de la Célula............................................................................................25

2.5 Capacidad del Canal...........................................................................................................27

2.6 Interferencia de Co-Canal...................................................................................................28

2.6.1 Calculo C/I Conceptos Básicos....................................................................................29

2.6.2 Calculo C/I Plan Omnidireccional de las Células.........................................................29

2.6.3 Calculo C/I Plan Celular Sectorizado...........................................................................30

2.7 Seguimiento de Llamada (Roaming) .................................................................................31

2.8 Selección de los Parámetros Clave del Sistema Celular.....................................................32

2.8.1 Tolerancia de la Ubicación del Sitio Celular................................................................32

2.8.2 Máximo Radio de la Célula..........................................................................................32

2.8.3 Mínimo Radio de la Célula...........................................................................................33

2.8.4 Razón de Rehuso Co-Canal..........................................................................................33

CAPITULO 3 ELEMENTOS DEL SERVICIO DE TELEFONIA CELULAR.......................34

3.1 La CTC (MTSO) y sus Subsistemas...................................................................................35

3.1.1 Servicios Ofrecidos por la CTC....................................................................................37

3.1.2 Otros Servicios Ofrecidos por la CTC..........................................................................39

3.2 La Estación Base EB o Sitio Celular..................................................................................42

3.3 Protocolos de Comunicación..............................................................................................42

3.3.1 Servicio Celular Llamada de Tierra a Móvil................................................................43

3.3.2 Servicio Celular Llamada de Móvil a Tierra................................................................44

CAPITULO 4 TECNOLOGIAS DE ACCESO............................................................................46

4.1 Acceso Múltiple..................................................................................................................46

4.1.1 Elementos Claves para el Diseño de un Sistema Celular.............................................47

4.2 Técnicas de Acceso Múltiple..............................................................................................48

4.3 Acceso Múltiple por División de Frecuencia AMDF.........................................................48

4.4 Acceso Múltiple por División de Tiempo AMDT..............................................................51

4.5 Acceso Múltiple por División de Código AMDC..............................................................55

4.5.1 Propagación de Ondas de Banda Estrecha...................................................................55

4.5.2 Propagación de Ondas de Banda Ancha.......................................................................56

4.5.3 Técnicas de Ensanchado en Modulación......................................................................56

4.5.4 AMDC..........................................................................................................................57

4.5.5 Capacidad.....................................................................................................................58

4.5.6 Ventajas........................................................................................................................59

4.5.7 Norma para Celulares Digitales AMDC (IS95)............................................................60

4.5.8 Desarrollo de una Llamada...........................................................................................61

CAPITULO 5 GENERALIDADES...............................................................................................63 5.1 La Revolución de la Telefonía Inalámbrica........................................................................63

CAPITULO 6 SISTEMA CELULAR STMA (AMPS)................................................................68 6.1 Antecedentes............... .......................................................................................................68

6.2 Requisitos......................... .................................................................................................68

6.3 Interfase Aérea....................................................................................................................69

6.3.1 El Canal de Control Celular (CCC)..............................................................................70

6.3.2 Descripción del CCD....................................................................................................71

6.3.3 Descripción del CCI.....................................................................................................74

6.3.4 Capacidad del Canal de Control...................................................................................74

6.3.5 Capacidad de Voceo del CCD......................................................................................77

6.4 Especificaciones del Móvil.................................................................................................80

6.5 Red STMA..........................................................................................................................81

6.5.1 La Central Telefónica Celular (CTC)...........................................................................82

6.5.2 Configuración de la EB................................................................................................83

6.6 STMA ( Método de Acceso, Asignación de Frecuencias, Canales y Procesamiento de

Llamadas..............................................................................................................................84

6.6.1 Método de Acceso........................................................................................................84

6.6.2 Procesamiento de las Llamadas....................................................................................85

6.7 El Canal de Voz, el Tas, el Ts y el Receptor Local STMA................................................91

6.7.1 El Canal de Voz............................................................................................................91

6.7.2 El Tono de Audio Supervisor.......................................................................................94

6.7.3 El Tono de Señalización TS.........................................................................................94

6.7.4 Transmisor de Datos Sobre el Canal de Voz................................................................95

6.7.5 El Canal de Localización en STMA ( Receptor Local )...............................................96

CAPITULO 7 SISTEMA MOVIL GLOBAL (GSM)..................................................................97 7.1 Un Poco de Historia del GSM............................................................................................97

7.2 Características del Sistema GSM........................................................................................99

7.2.1 Acceso a sistemas Truncados.......................................................................................99

7.2.2 Operaciones Duplex....................................................................................................101

7.2.3 Frecuencias y Canales Lógicos...................................................................................101

7.3 Estructura del GSM..........................................................................................................107

7.4 La Arquitectura Funcional del Sistemas GSM.................................................................109

7.5 Elementos de un Sistema GSM........................................................................................110

7.5.1 Sistema de Estación Base (SEB)................................................................................112

7.5.2 Central de Conmutación Móvil (CCM)......................................................................114

7.5.3 Unidad de Interfuncionamiento (UI)..........................................................................115

7.5.4 Registro de Ubicación Local (RUL)...........................................................................115

7.5.5 Centro de Autenticación (CAu)..................................................................................116

7.5.6 Registro de Identificación de Equipos (RIE)..............................................................116

7.5.7 Centro de Operación y Mantenimiento (COM)..........................................................117

7.5.8 Centro de Gestión de Red (CGR)...............................................................................117

7.5.9 Enlace de Voz.............................................................................................................117

7.6 Sistema GSM de Ericsson................................................................................................117

7.6.1 El Sistema de Conmutación (SS)................................................................................118



7.6.3 Sistema de Operación y Mantenimiento (SOM)........................................................119

7.7 Sistema GSM de Motorola...............................................................................................119


7.7.2 Sistema de Operación y Mantenimiento (SOM)........................................................119

CAPITULO 8 TECNOLOGIAS CELULARES EN EL MUNDO...........................................121

8.1 Tecnologías Analógicas....................................................................................................121

8.2 Tecnologías Digitales.......................................................................................................121

CAPITULO 9 TELEFONIA CELULAR EN MÉXICO............................................................126

9.1 Sistema Celular en México...............................................................................................126

9.2 Regiones del Servicio de Telefonía Celular.....................................................................132

9.3 Compañías Operadoras de la Telefonía Celular en México.............................................133

9.3.1 Pegaso (Telefónica Movistar )....................................................................................133

9.3.2 Unefon........................................................................................................................137

9.3.3 Telcel..........................................................................................................................138

CAPITULO 10 PARAMETROS DE ANTENAS .....................................................................143 10.1 Partes importantes ..........................................................................................................143

10.2 Diagramas de Radiación.................................................................................................152

10.3 Espectro Electromagnético ............................................................................................154

10.4 Fundamentos de Radiación ............................................................................................156

CAPITULO 11 TIPOS DE ANTENAS ......................................................................................160 11.1 Dipolos ...........................................................................................................................160

11.1.1 Dipolo Elemental......................................................................................................160

11.2.1 Dipolo Resonante......................................................................................................164

11.2 Antenas de Apertura ......................................................................................................164

11.2.1 Apertura Elementales................................................................................................165

11.3 Bocinas Rectangulares ...................................................................................................166

11.4 Antenas Impresas ...........................................................................................................170

11.5 Antenas Multibanda........................................................................................................180

11.5.1 Primer Grupo............................................................................................................181

11.5.2 Segundo Grupo.........................................................................................................182

11.5.3 Tercer Grupo.............................................................................................................182

11.5.4 Cuarto Grupo............................................................................................................183

CAPITULO 12 ARREGLOS DE ANTENAS ............................................................................184 12.1 Factor de Arreglo ...........................................................................................................184

12.2 Interferencia de Ondas ...................................................................................................185

12.3 Arreglo de 2 Antenas .....................................................................................................187

12.4 Arreglos Lineales ...........................................................................................................188

12.5 Representación Grafica del Factor del Arreglo .............................................................189

12.6 Diagrama de Radiación ..................................................................................................190

12.7 El Efecto del Espacio entre Antenas ..............................................................................191

12.8 Numero de Elementos ....................................................................................................191

12.9 Redes de distribución de Potencia..................................................................................192

CAPITULO 13 SELECCIÓN DE TIPO DE ANTENA A DESARROLLAR .......................193 13.1 Selección de Antena ......................................................................................................193

13.2 Selección de Arreglo ......................................................................................................193

13.3 Desarrollo del Programa ................................................................................................193

13.4 Resultados ......................................................................................................................193

CONCLUSIONES .........................................................................................................................198

APÉNDICE “A” CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES DE LOS TELEFONOS MOVILES.......................................................................................................................................199 APENDICE “B” LA COFETEL..................................................................................................209 GLOSARIO.....................................................................................................................................228

BIBLIOGRAFÍA ..........................................................................................................................232


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INTRODUCCION, HISTORIA Y PROGRESOS DE LAS RADIOCOMUNICACIONES.

1680 Teoría de la composición de la luz blanca Newton 1800 Rayos infrarrojos, Rayos ultravioleta Herschel 1801 Rayos ultravioleta Ritter

1805 Teoría de las ondas de luz Tomas Young

1805 Teoría de ondas comprobadas, onda de luz transversal

Fresnel

1831 Relación entre luz, electricidad y magnetismo Faraday 1864 Teoría electromagnética Maxwell 1886 Comprobación de las teorías de Maxwell Hertz 1897 Radio Marconi

Tabla I.1 Principales desarrollos en el descubrimiento de la Radio. El origen de la radio está muy relacionado con los descubrimientos, avances e

investigaciones sobre el origen de la luz (aunque no sea tan obvio). En 1860 Newton postuló que la luz se compone de varios colores. Este postulado

despertó el interés de muchos científicos (especialmente en Europa), de tal manera que la luz se convirtió en un área de estudio.

La Tabla I.1 muestra una serie de descubrimientos que aportaron muchas bases

teóricas para el desarrollo de la radio. Estos descubrimientos son la base (muy fundamental y escondida) de los sistemas de comunicación inalámbrica actuales.

1880 Huella digital Herschel 1895 Rayos X Roentgen

1900 Rayos Gamma Rutherford

1960's Rayos cósmicos

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Tabla I.2 Experimentos con luz.

Fue necesario el paso de varias civilizaciones para desarrollar la radio como resultado

de las investigaciones y experimentos con la luz. Estas investigaciones y experimentos con

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luz, también dieron lugar a muchos otros descubrimientos no relacionados con la radio, algunos de ellos se pueden ver en la Tabla I.2.

Actualmente todavía se realizan fuertes investigaciones sobre la luz, en universidades e industrias.

Uno de los resultados recientes, más sobresalientes, es la fibra óptica (1970).

Actualmente se utiliza para el ''acarreo'' a larga distancia de voz y datos. La fibra óptica es muy importante para las redes de banda ancha de Tx (transmisión)

de voz, datos y video; por ejemplo la RIN (Red Inteligente Avanzada)1 basada en los conmutadores ATM.

Frecuencias extra bajas (ELF) 30 a 300 Hz. Frecuencia de voz (VF) 0.3 a 3 kHz. Muy bajas frecuencias (VLF) 3 a 30 kHz. Bajas frecuencias (LF) 30 a 300 kHz Frecuencias medias (MF) 0.3 a 3 MHz. Altas frecuencias (HF) 3 a 30 MHz Muy altas frecuencias (VHF) 30 a 300 MHz. Frecuencias ultra altas (UHF) 0.3 a 3 GHz Frecuencias súper altas (SHF) 3 a 30 GHz. Frecuencias extra altas (EHF) 30 a 300 GHz Luz infrarroja 0.3 a 300 THz. Luz visible 0.3 a 3 PHz. Rayos UV 3 a 30 PHz. Rayos X 30 a 300 PHz.

Rayos γ (gamma) 0.3 a 3 Ehz.

Rayos cósmicos 3 a30 Ehz.

Tabla I.3 Distribución de las bandas de frecuencias. Nótese en la Figura I.1 que las ondas de radio y las microondas ocupan una pequeña

fracción del espectro electromagnético (Aproximadamente 300 GHz).

Figura I.1 Espectro electromagnético.

1 AIN Advanced Intelligent Network por sus siglas en inglés. En el glosario se presentaran las traducciones de las palabras que por ser tecnicismos no se deban traducir durante el texto.


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Estos 300 GHz son divididos en varias sub-bandas (ver Tabla I.3). La banda celular cae dentro de UHF (300 a 3000 MHz). Únicamente una pequeña fracción de esta banda se utiliza para los sistemas de comunicación celular. I.1 HISTORIA DE ANTENAS

La teoría de las antenas surge a partir de los desarrollos matemáticos de James C.

Maxwell, en 1854, corroborados por los experimentos de Heinrich R. Hertz, en 1887, y los primeros sistemas de radiocomunicaciones de Guglielmo Marconi en 1897.

La primera comunicación transoceánica tuvo lugar en 1901, desde Cornualles a Terranova. En 1907 ya existían servicios comerciales de comunicaciones. Desde la invención de Marconi, hasta los años 40, la tecnología de las antenas se centró en elementos radiantes de hilo, a frecuencias hasta UHF. Inicialmente se utilizaban frecuencias de transmisión entre 50 y 100 kHz, por lo que las antenas eran pequeñas comparadas con la longitud de onda. Tras el descubrimiento del tríodo por De Forest, se puedo empezar a trabajar a frecuencias entre 100 kHz y algunos MHz, con tamaños de antenas comparables a la longitud de onda.

A partir de la Segunda Guerra Mundial se desarrollaron nuevos elementos radiantes (como guía ondas, bocinas, reflectores, etc). Una contribución muy importante fue el desarrollo de los generadores de microondas (como el magnetrón y el klystron) a frecuencias superiores a 1 GHz.

Tras la segunda guerra mundial se produjo un resurgimiento de la radioastronomía. Se construyeron grandes instalaciones de observación. La primera de ellas fue la de Manchester (Jodrell Bank) .En la actualidad destacan varias instalaciones, como el de instituto Max Plan k de radioastronomía, de 100 metros de diámetro y 3200 toneladas. Puede funcionar hasta 30 GHz.

En San Agustín, Nuevo México se encuentra el arreglo VLA (very large array),con 27 antenas cassegrain de 25 Km de largo que se pueden desplazar sobre tres ejes (separados 120 grados) de 21 Km de largo.

El día 4 de Octubre de 1957 la Unión Soviética lanzó el satélite Sputnik I. Los Estados Unidos reaccionaron al reto soviético y se inició una carrera espacial. El 18 de Diciembre de 1958 se lanzó el SCORE (Signal Communicating by Orbiting Relay Equipment). La órbita era elíptica de baja altitud, con un período de 101 minutos. El satélite grababa el mensaje al pasar por una estación y lo reproducía frente a otra estación receptora. La longitud máxima del mensaje era de 4 minutos, equivalente a un canal vocal o setenta canales de teletipo de 60 palabras por minuto. La frecuencia del enlace ascendente era 150 MHz y el descendente de 132 MHz. Había un radiofaro a 108 MHz.

Las baterías del sistema fallaron a los 35 días. Los primeros satélites de comunicaciones que despertaron un interés generalizado fueron los ECHO I y ECHO II, lanzados el 12 de Agosto de 1960 y el 25 de Enero de 1964. Eran globos de 30 metros de diámetro que se utilizaban como repetidores pasivos, sin ningún tipo de baterías o

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repetidores. Los períodos de rotación eran de 118 y 108.8 minutos. La órbita era muy baja, por lo que los satélites só10 eran visibles simultáneamente desde dos estaciones unos pocos minutos. La potencia de los transmisores era de 10 kW, las frecuencias de 960 MHz y 2390 MHz, y las antenas de 25 y 18 m de diámetro.

Los satélites SYNCON II, y III fueron los primeros puestos en órbita geoestacionaria, en 1963 y 1964. El primero de la serie fa11ó durante el lanzamiento. La utilización era militar.

La organización INTELSAT inició sus actividades en 1964, con 11 países miembros, en la actualidad tiene 109 miembros y da servicio a 600 estaciones terrenas en 149 países. Los satélites de la organización son el ejemplo más claro de la evolución tecnológica de las radiocomunicaciones. Las series de satélites van desde los INTELSAT I a INTELSAT VII.

El Early Bird podía transmitir 240 canales vocales o un canal de TV. Los satélites de la serie INTELSAT III se empezaron a lanzar en 1968, podían transmitir 1200 circuitos telefónicos y 2 canales de TV .Los de la serie IV se empezaron a lanzar en 1971, con 4000 canales y 2 de TV.

La mejora de la tecnología en las estaciones terrenas ha permitido que se puedan recibir los satélites de comunicaciones con reflectores parabólicos de diámetro inferior a 1 metro. Dichos satélites distribuían inicialmente la señal a las estaciones locales y redes de cable, pero en la actualidad pueden ser recibidos por usuarios individuales. Destacan los satélites europeos ECS y ASTRA, que trabajan en la banda de 10. 9 a 11.7 GHz y los satélites americanos en la banda de 3.7 a 4.2 GHz.

Los satélites de difusión directa DBS tienen asignadas unas frecuencias diferentes, de 11.7 a 12.5 GHz, y podrán ser recibidos con antenas de diámetro reducido y receptores de bajo coste

I.2 PROGRESOS EN LAS RADIOCOMUNICACIONES MÓVILES.

Después de los trabajos iniciales de Hertz en 1880, Marconi realizó varios trabajos

experimentales y posteriormente llevo a cabo la transmisión por radio hacia un barco en 1897. Durante la primera guerra mundial los sistemas de radio comunicación móvil tuvieron un uso muy limitado. Fue hasta 1921 cuando se instalo el primer sistema de radio telefonía móvil por el Departamento de Policía de la ciudad de Detroit en los Estados Unidos (sistema de despacho). Este sistema operaba en la banda de los 2 MHz; sin embargo, en la medida que los adelantos tecnológicos y la demanda de servicio fueron aumentando, se inicio la tendencia hacia el uso de mayores frecuencias.


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En la Tabla I.4 se puede ver un resumen del desarrollo de las radiocomunicaciones.

Tabla I.4 Primeras radio transmisiones. En los años treinta varios canales se usaron sobre una base experimental. Hacia mediados de los cuarentas se instalaron nuevos sistemas comerciales en las

bandas de los 33 y 159 MHz. La operación de estos sistemas fue en un solo sentido y se requería de un operador de teléfono para poder colocar la llamada. Además, el usuario tenía que buscar manualmente un canal que se encontrara libre.

Hacia mediados de los sesentas se tienen nuevos sistemas en la banda de los 150

MHz con operación en ambos sentidos, búsqueda automática de canales y marcación de y hacia la estación móvil. Sistemas semejantes se tuvieron hacia finales de esa década en la banda de los 450 MHz. Ejemplos de estos sistemas son el sistema MK (en la banda de los 150 MHz) y el sistema MJ (en la banda de los 450 MHz) diseñados por la Bell Telephone. Estos sistemas fueron parte o predecesores de lo que posteriormente se llamó sistema STMM (Sistema Telefónico Móvil Mejorado), el cual se convirtió en una norma para los sistemas de telefonía móvil.

Anteriormente a estos sistemas, hacia fines de la Segunda Guerra Mundial, se

introdujeron muchos otros sistemas de comunicación móvil. Estos sistemas, por lo general, trabajaban en frecuencias menores a los 460 MHz y daban servicio a varios departamentos de gobierno, a la industria y sistemas de transporte, así como también a usuarios privados mediante las llamadas bandas civiles.

En 1978 en la ciudad de Chicago, comenzó a instalarse en su fase experimental el

sistema STMA (Sistema Telefónico Móvil Avanzado), en la banda de los 900 Mhz, disponiendo de 666 canales (capacidad total). Este sistema, el cual es ya un sistema celular, cubrió en su fase experimental una extensión de aproximadamente 5 400 km2 con 10 células y 136 canales para 2 000 abonados y después se instaló en forma comercial con los 666 canales y con una capacidad inicial de 30 000 abonados.

Paralelamente, en Europa se instaló el primer sistema celular de tipo experimental en

la banda de los 450 MHz, denominándolo TMN (Sistema Telefónico Móvil Nórdico). Este sistema entró en operación comercial en 1981 cubriendo gran parte de los países nórdicos y más adelante este mismo sistema se instaló en otros países europeos.

En Japón se instaló el primer sistema celular en 1979, en la banda de los 900 Mhz. En

años recientes, otros sistemas se han instalado o se están instalando en varias partes del mundo.

1914 Primer radio usado para comunicación practica en la 1a. Guerra mundial

1920's Primera radiodifusión 1940's Radar usado en la 2a. Guerra mundial 1950's Primer comercial de Televisión

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CAPITULO 1

OBJETIVOS BÁSICOS DE UN SISTEMA DE TELEFONIA MOVIL A GRAN ESCALA.

Durante los últimos años, los diseñadores de sistemas han propuesto varios objetivos

para el servicio de telefonía móvil a gran escala, basados en los intereses del público, y las compañías operadoras.

Los objetivos principales de los sistemas de telefonía celular, fueron enunciados por

Young, W. R. y son: a) Capacidad de abonados grande. La capacidad de atender una gran cantidad de

tráfico de miles de usuarios móviles dentro de un área de servicio local, tan grande como un área metropolitana, con una asignación fija de canales.

b) Uso eficiente del espectro de frecuencia. La escasez del espectro de radio como

un recurso público demanda que sea usado responsablemente

c) Compatibilidad a nivel nacional. El objetivo es que los sistemas móviles de

dondequiera que sean deben de proveer el mismo servicio básico con las mismas normas de operación.

d) Una gran disponibilidad. Es importante que los usuarios se puedan trasladar lejos

de su área de servicio local y continuar recibiendo el servicio.

e) Capacidad de adaptación al crecimiento de la densidad de tráfico. Dado que la

densidad de tráfico varía de un punto a otro, y esta cambiará con el tiempo, el objetivo es hacerlo adaptable a estas necesidades variables.

f) Servicio a vehículos y a teléfonos portátiles. Los primeros sistemas celulares

fueron concebidos para ser usados en vehículos, el principal objetivo es hacerlo compatible con los portátiles (de mano). Esto debe ser posible sin comprometer casi el diseño de las estaciones base EB.

g) Servicio de telefonía normal y servicios especiales. Además de los servicios de

telefonía regular, se deben proveer servicios especializados, tales como, marcación abreviada, y reconocimiento de voz


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h) Calidad de servicio telefónico. El objetivo es básicamente el mismo que el del servicio de telefonía normal.

i) Accesible a diferentes tipos de usuarios. La meta es hacer el servicio accesible a

gran parte del público.

Varios sistemas pueden ser ideados para satisfacer todos los objetivos arriba

mencionados, excepto por los primeros dos. Los sistemas deben ser capaces de crecer para servir a muchos miles de suscriptores dentro de una área de servicio local. La necesidad de operar y crecer indefinidamente dentro de una ubicación de cientos de canales ha sido el primer punto a atacar detrás de la evolución del concepto celular.

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CAPITULO 2

CONCEPTO CELULAR

Antes de abordar directamente el concepto celular debemos hacernos las siguientes preguntas.

¿Qué es la Teoría Celular? La Teoría Celular se debe a que la cobertura radioeléctrica de una zona geográfica

completa a la que se le pretende dar el servicio se realiza cubriendo las pequeñas regiones que la constituyen, a estas pequeñas regiones se les conoce como células, cada una de las cuales, es atendida por una estación base (EB) restringiendo su cobertura a la misma, al aprovechar la propagación limitada de las ondas de radio a frecuencias elevadas, y utilizando asimismo enlaces de microondas para comunicarse con las estaciones base conectadas a las centrales telefónicas y celulares.

¿Qué es el Servicio de Telefonía Celular? Es un sistema de comunicación de alta tecnología telefónica, que se transmite de

manera inalámbrica, utilizando ondas electromagnéticas aéreas. Y a la vez permiten la movilidad del usuario, sin importar en que parte se encuentre

dentro del área de servicio. ¿Cómo funciona el Servicio de Telefonía Celular? Es un conjunto de elementos cuyo fin es proporcionar el servicio de telefonía celular.

Los elementos que componen el funcionamiento de este sistema, son los siguientes: Centrales de Telefonía Celular CTC (MTSO Mobile Telephone Office "Switch"): una

Central de Telefonía Celular no es otra cosa sino una Central de Telefonía Pública dedicada al servicio de telefonía celular. Su principal función es el manejo y control de los demás elementos del sistema como son las Estaciones Base, Enlaces y los Equipos Terminales.

Estaciones Base: es el equipo que se encarga de comunicar a la Central de Telefonía Celular con todos los equipos terminales ó unidades móviles, que se encuentren dentro de la cobertura del sistema.

Enlaces: son medios de transmisión que sirven para unir o enlazar los componentes

del sistema.


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Equipos Terminales o Móviles: a través de estos, los usuarios finales obtienen el servicio.

Figura 2.1 Elementos básicos de un sistema de comunicación celular. Red de Telefonía Pública Conmutada: a pesar de que no forma parte integral, al

funcionar como interconexión con el Sistema de Telefonía Celular, es considerada como parte para su operación.

La telefonía móvil necesita de dos tipos de redes: Alámbrica RTPC (Red de Telefonía Pública Conmutada)2 Inalámbrica (Sistema celular) En la Figura 2.1 se muestran estos dos sistemas. Se muestra también un grupo o

"cluster" de 7 células. En este caso se está utilizando uno de los planes celulares más comunes y más usados

actualmente: Plan de frecuencias N = 7 a) Los canales se dividen en grupos o “clusters” los cuales están formados por 7

células. b) El proceso se repite en todos los "clusters" del área de servicio.

2 PSTN Public Switched Telephone Network.

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c) Cada célula es un centro de radio comunicación y atiende a los usuarios de su

área. d) Un usuario móvil puede comunicarse con cualquier otro usuario (RTPC o Móvil)

a cualquier hora y desde cualquier punto ubicado dentro del área de servicio. e) Todas las llamadas (hacia / desde RTPC, Móvil) ocurren a través del Central de

Telefonía Celular CTC. f) Diseñar, implementar y mantener este complejo sistema (red de comunicación)

constituye un gran reto e implica mucho trabajo de ingeniería, en diversas áreas:

♦ Propagación de RF. ♦ Antenas. ♦ Planeación de frecuencias. ♦ Ingeniería de tráfico. ♦ Ubicación de la estación base EB ó sitio de célula (cell site).

En la Teoría Celular existen seis elementos claves, estos permiten comprender el porque de su utilización en los sistemas de comunicación telefónica, estos son:

♦ Reuso de frecuencias. ♦ Transferencia de llamada (handoff). ♦ Subdivisión de celda. ♦ Determinación de la forma de una célula. ♦ Capacidad de canal. ♦ Interferencia co-canal ♦ Seguimiento de llamada (roaming).

2.1 REHUSO DE FRECUENCIAS.

En los sistemas celulares el área total donde se presta el servicio se divide, conceptualmente en un conjunto de polígonos, a los que se les llama celdas. Cada célula tiene su propio equipo (estación base, EB) para transmitir y recibir hacia y desde los móviles. Aunque un sistema celular podría usar celdas cuadrangulares o rectangulares, se han escogido celdas de forma hexagonal porque permiten cubrir un área mayor con un número menor de estaciones base (EB). La EB de cada celda puede colocarse en el centro de la celda o en las esquinas de los hexágonos. En el primer caso, la EB utiliza antenas omnidireccionales para comunicarse con los móviles, mientras que en el segundo se utilizan antenas direccionales con un ancho del lóbulo de radiación de 1200, que permiten cubrir parte de tres celdas adyacentes.

A cada celda se le asigna un número fijo de canales. Puesto que cada EB cubre nominalmente sólo una celda, el grupo de canales asignado a cada celda puede usarse en


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otra celda cuando están separados por una distancia adecuada. Esta técnica se conoce como rehúso de frecuencias. Entonces, en lugar de cubrir el área total mediante un transmisor de gran potencia y situado a una gran elevación, se puede proporcionar el servicio mediante varios transmisores de potencia moderada distribuidos de manera adecuada en toda el área.

El rehúso de frecuencias ocasiona que se pueda tener interferencia entre canales que

usan la misma frecuencia. Para controlar este efecto se pude definir el parámetro D como la distancia, mínima entre celdas que utilizan el mismo grupo de frecuencias (distancia de rehúso). Valores grandes de D implican valores menores de interferencia entre canales que usan la misma frecuencia.

Debido a que el número de canales es limitado, los grupos de canales que se forman

son reutilizados a intervalos de distancia regulares (D-Distancia de rehúso). Esta es una tarea de ingeniería muy importante y requiere un buen compromiso entre capacidad y desempeño.

El mecanismo que gobierna este proceso se conoce como Planeación de frecuencias.

Existen varias técnicas de planeación de frecuencias. Una de las más utilizadas es el plan N = 7. En este plan todos los canales disponibles son divididos en 21 grupos. Estos 21 grupos son igualmente distribuidos entre 7 células, 3 grupos por célula, ver la Figuras 3.2 y 3.3. Cada grupo o cluster de 7 células es reutilizado junto con sus respectivos grupos de canales, ver Figuras 2.2 y 2.3. El cluster original es rodeado por 6 clusters.

Figura 2.2 Plan N = 7 para el rehúso de frecuencia.

14

2.1.1 AGRUPAMIENTO DE LAS CÉLULAS.

Como ya se ha estudiado, un "cluster" de células es un grupo de células idénticas, en el cual están repartidas todos los canales disponibles (frecuencias), de manera equitativa. También ya se dijo que el plan de rehúso de frecuencias más utilizado es el plan N = 7, donde un cluster es formado por 7 células y entre ellas se reparten los 395 canales de voz y 21 de control. Son aproximadamente 59 canales por célula.

Debido a que el número de canales es muy limitado, su rehúso debe ser planeado

cuidadosamente. En la geometría hexagonal el plan de rehúso de canales está dado por:

donde: D - distancia de rehúso. R - radio de la célula. (3.4 Determinación de la forma de una célula) N - módulo o plan.

Figura 2.3 (a) Un cluster de 7 células, (b) Un plan de rehúso de 7 células.


15

2.1.2 PATRÓN DE REHUSO Y RELACIÓN D/R.

Figura 2.4 Patrón de rehúso y relación D/R.

Definiendo i y j como los parámetros de cambio o corrimiento de 60 grados. Plan N = 7.

N es el número de células en el cluster. Los parámetros i y j son el número de veces que se repite el radio r de la célula entre

2, distancia de centro a centro de la célula. Pero la j toma en cuenta cuando hay un cambio de dirección y la i es en línea recta. Por ejemplo:

i = 2, j = 1 N = 2^2 + (2 x 1) + 1^2 = 7

El plan N = 7 no es el único plan de rehúso de frecuencias, existen otros planes de rehúso bien establecidos para aplicaciones en telefonía celular: N = 3, 4, 9 y 12.

En la Tabla 2.1 se ve la relación que hay entre la distancia de rehúso D con el plan o módulo N.

16

Capacidad de canal por célula

N

3 3 11 138

4 3, 46 13 104

7 4, 58 18 59

9 5, 19 20 46

12 6 23 34

Tabla 2.1 Capacidad de desempeño como una función de la razón D/R.

Se requieren nuevos mecanismos para mejorar el desempeño celular y la capacidad. Un nuevo mecanismo es el plan de rehúso de frecuencias direccional. Este mecanismo proporciona una ganancia adicional a la relación portadora / interferencia (C/I) determinado o basado en la relación Delantera a Trasera de la antena.

Figura 2.5 Plan de rehúso de frecuencia direccional.

En este método un grupo de canales es reutilizado en la misma dirección en que apunta la antena, de esta manera se aprovecha la relación Delantera a Trasera de la antena (D/T). En una antena direccional típica, D/T ≥ 21 dB, una frecuencia, o un grupo de frecuencias se puede reutilizar más frecuentemente conforme se reutiliza en la misma dirección. Ver Figura 2.5.

Debido al número creciente de usuarios (suscriptores) los planes de frecuencia existentes no son capaces ya de dar un servicio adecuado, esto debido a limitaciones como la interferencia co-canal y la capacidad, temas que se verán más adelante.


17

2.2 TRANSFERENCIA DE LLAMADA (HAND-OFF).

Cada canal activo (en uso por alguna unidad móvil) es muestreado por un "localizador de receptor", la función de éste circuito es tomar muestras de la intensidad de la señal recibida desde el móvil.

Después de tomar cierto número de muestras, éstas son enviadas al CTC (intensidad

de la señal y presencia del TSA Tono Supervisor de Audio). El CTC analiza estas muestras y en base a ellas decide o no cambiar al móvil de

célula, cierto número de estas muestras (IFSR, Indicador de Fuerza de Señal Recibida) debe caer igual o por debajo de cierto valor predeterminado (UTLL, Umbral de Transferencia de Llamada), normalmente es igual a UTLL = -95dBm.

Figura 2.6 El proceso básico de transferencia de llamada.

18

Cada célula debe tener: ♦ Un localizador de receptor si es un sitio OMNI. ♦ Tres localizadores de receptor si es un sitio de tres sectores. ♦ Seis localizadores de receptor si es un sitio de seis sectores. Recuerde que la transferencia de llamada es el proceso de transferir una llamada de

una célula a otra (cambiar de portadora). Un móvil en su célula de servicio (célula A) está realizando una llamada a un teléfono

de PSTN y utiliza la frecuencia fA. Conforme el móvil se mueve hacia la célula B (célula candidata), su NSR (Nivel de

Señal Recibida), desde su célula de servicio, empieza a caer. El NSR es supervisado por el localizador de receptor.

Figura 2.7 Ilustración de transferencia de llamada. (a) Una llamada originada en la célula 1. El CTC (MTX) asigna un canal y el usuario móvil sintoniza la correspondiente frecuencia. (b) El móvil se mueve hasta la célula 2, su señal se debilita, el CTC (MTX) asigna un Nuevo canal desde la célula 2, el móvil se sintoniza a la nueva frecuencia, y la conversación continua sin interrupción del servicio. Esto es conocido como proceso de transferencia de llamada y requiere < 200 ms.


19

Cuando el NSR cae abajo del UTLL, la EB informa al CTC del suceso. El CTC

solicita a todas las EB adyacentes que midan el NSR (una serie de IFSR) y toma nota de estas estadísticas.

Cuando el NSR del móvil se vuelve más fuerte en una determinada célula, el CTC

activa un nuevo canal (fB) de la célula candidata e informa de esto a la célula A. La célula de servicio (A) envía un mensaje al móvil sobre el Canal de Voz Directo CVD (fA) informándole que cambie a sintonizar fB de la célula B.

El CTC arregla estos cambios para no perder la comunicación con el teléfono

terrestre (RTPC). Todo el proceso requiere aproximadamente de 200 ms, tiempo en el que no hay canal

de voz para conversación, esto se escucha como un "clic". Como se puede ver también en la Figura 2.7.

2.3 SUBDIVISIÓN DE CELDA.

Si el número total de canales C se divide en N conjuntos, entonces, cada conjunto tiene S = C/N canales. Sin embargo, es posible que el tráfico en la celda pueda llegar a exceder la capacidad de los S canales de la celda. Para poder atender a este tráfico, la celda se subdivide de manera tal que la celda original contiene ahora varias celdas de menor tamaño, como se muestra en la Figura 2.8.

De esta manera, mediante la reducción del área de cada celda, la subdivisión de

celdas permite al sistema ajustarse al crecimiento de la densidad de tráfico espacial demandada (llamadas simultáneas por unidad de área) sin incrementar el espectro que se utiliza.

El significado práctico de la división de celdas es que la distancia entre sitios

celulares adyacentes se divida a la mitad.

20

Figura 2.8 Subdivisión de celdas.

Como se mencionó, el proceso de subdivisión de celdas es una de las características principales en los sistemas celulares. A continuación se dará un análisis de las características de tráfico y potencia que se generan de este proceso.

Si la densidad de tráfico (tráfico por unidad de área) de la celda Ci es tal que los Fi

canales que tiene asignados no son suficientes, la celda se divide. Generalmente, el radio de la nueva celda es la mitad del radio de la celda original entonces las dimensiones de las nuevas células son:

rr

21

2=

donde r2 = radio de la nueva celda r1 = radio de la celda anterior entonces las áreas de las celdas son:

A cr= 2 (celda original)

A cr

=

2

2

(celda nueva)

por lo que.

AA

n =4

An = área de la nueva celda A = área de la celda original Esto es, el área de la nueva celda es la cuarta parte del área de la celda original. Como

cada nueva celda puede manejar el mismo tráfico que la celda original, y si el proceso de subdivisión se repite m veces, la nueva capacidad de tráfico será:


21

Nueva capacidad de tráfico = 4mM Donde, M es la capacidad de tráfico de la celda original. Lógicamente las nuevas celdas transmitirán sus señales con una potencia menor. Para

determinar el nuevo valor, consideremos que Pt1 es la potencia transmitida de la celda original y Pt2 es la potencia transmitida por la nueva celda.

Si Pr es la potencia recibida en la frontera de la celda, para la celda original:

Pr =P

R

t

n

1

La nueva celda debe recibir la misma potencia en la frontera que la celda original, por lo que:

( )Pr =

P

R

t

n

2

2

Combinado las dos ecuaciones anteriores y despejando para Pt2

PP

t

t

21

16=

donde n se ha encontrado experimentalmente que tiene un valor de alrededor de 4. el resultado anterior implica una reducción de 12 dB por cada proceso de subdivisión. Existen dos técnicas de subdivisión de celdas:

1. Subdivisión permanente. La instalación de cada nueva división de celda tiene que ser planeada; se deben considerar las siguientes características:

♦ El número de canales. ♦ La potencia de transmisión. ♦ Las frecuencias asignadas. ♦ La elección del sitio de celda. ♦ Y la carga de tráfico.

2. Subdivisión dinámica. Este esquema esta basado en la utilización eficiente del espectro distribuido en tiempo real. El algoritmo de la subdivisión dinámica es una tarea difícil ya que depende del tráfico de llamadas en las horas de mayor demanda.

22

2.4 DETERMINACIÓN DE LA FORMA DE UNA CÉLULA.

2.4.1 LA CÉLULA.

Figura 2.9 La célula.

En la Figura 2.9 se puede ver una representación ideal de una célula. ♦ Una célula es un área geográfica cubierta por señales RF. ♦ La fuente de radio frecuencia (RF) está localizada dentro de la célula.

♦ La forma y tamaño de la célula dependen de muchos parámetros:

• Densidad de tráfico • Potencia de Transmisión (PT). • Ganancia y patrón de la antena. • Ambiente de propagación. • Nivel de Señal Recibido (NSR) en el borde de la célula.

♦ Cada estación base tiene diferente potencia de transmisión. ♦ Una célula práctica es irregular.

♦ La fuerza de la señal es idéntica en el borde de una célula analítica. Tiene un

NSR igual en el perímetro de la célula. ♦ Una célula analítica es hexagonal.

♦ Una célula analítica se usa para planear y dimensionar un sistema.

♦ El análisis inicial de una célula analítica está basado en herramientas de

predicción asistidas por computadora que se aproximan a una célula práctica, en un ambiente de propagación.


23

♦ Actualmente la planeación y tamaño de un sistema (# de células, tamaño) son

hechos por software.

Figura 2.10 Comparación de una célula práctica con una analítica.

2.4.2 RADIO DE LA CÉLULA.

R = radio de la célula. r = distancia del centro al vértice, 2r es la distancia entre dos células hexagonales.

Figura 2.11 Radio de la célula

24

Esta fórmula fue desarrollada en 1977 por un empleado de Lucent y se encuentra actualmente en uso.

2.4.3 PROPIEDADES DE DISTANCIA DE CÉLULAS HEXAGONALES.

La distancia entre dos células hexagonales es:

Figura 2.12 Distancia de las células hexagonales

Dos células hexagonales adyacentes son equivalentes a dos círculos traslapados. Se puede ver que r es prácticamente el radio de la célula y la región de transferencia

de llamada Figura 2.12). Esta región de traslape es la región de traslado de llamada.

2.4.4 COBERTURA DE LA CÉLULA.

La cobertura de la célula depende principalmente de dos tipos de parámetros: ♦ Definidos por el usuario - potencia de transmisión Tx, altura de las antenas,

ganancia de las antenas, ubicación de las antenas y direccionamiento. ♦ No definidas por el usuario - ambiente de propagación, colinas, túneles, follaje,

edificios, y/o construcciones.

Ambos tipos de parámetros tienen una gran influencia sobre la cobertura de RF, sin embargo, los no definidos por el usuario son difíciles de predecir y varían de acuerdo al


25

lugar. Debido a estos parámetros es que las células en la práctica son muy irregulares en su cobertura (ver la Figura 2.13).

Debido a estas dificultades, en años recientes, se han desarrollado varios modelos

para predecir la propagación de RF tomando en cuenta los dos tipos de parámetros (sobre todo los no definidos por el usuario). Los modelos más utilizados son:

Okumura-Hata Walfish-Ikegami

Figura 2.13 Una célula practica tiene diferente cobertura en diferentes direcciones

debido a las múltiples trayectorias, colinas, vegetación y otros factores.

La mayoría de las herramientas de predicción basadas en computadora (software), se basan en estos dos modelos, Okumura-Hata y Walfish-Ikegami. Estos modelos de predicción tienen fuertes bases teóricas, pero también se basan en una gran cantidad de datos experimentales (muestras) y en análisis estadísticos. Esto nos permite calcular el nivel de potencia recibida (por lo tanto atenuación) en un medio de propagación dado.

2.4.5 SECTORIZACIÓN DE LA CÉLULA.

♦ Cada sector se trata como una célula OMNI, lógica. ♦ Debido al angosto lóbulo de radiación de cada antena, los canales se pueden

reutilizar más veces en cierta dirección (razón delantera-trasera) y esto mejora la capacidad del sistema.

♦ Estas configuraciones son utilizadas en ambientes urbanos densos.

♦ La sectorización de 60 grados es realizada dividiendo la célula en seis sectores. ♦ Se usan antenas direccionales en cada sector. Una antena de ancho de haz angosto permite más rehúso.

26

Figura 2.14 Sectorización de 60o.

Figura 2.15 Sectorización de 120°.


27

♦ La sectorización de 120° se realiza dividiendo la célula en tres sectores. ♦ Se usan antenas direccionales en cada sector (tres antenas por célula).

♦ El direccionamiento de la antena permite más rehúso que una antena OMNI.

♦ Tiene más capacidad que una antena OMNI. Plan tricelular. ♦ Es una representación alterna. ♦ Tiene la ventaja de usar antenas de ancho de haz angosto.

Tipo de sectorización de las células

Características

120°

Muy utilizada actualmente, requiere en total por célula: 9 antenas (1 Tx, 2 Rx) 2 Rx: 1 principal y 1 diversidad

60° Ya no se utiliza porque tiene un alto costo. Requiere 18 antenas por célula

Tabla 2.2 Características de los dos tipos de sectorización.

2.5 CAPACIDAD DEL CANAL.

La capacidad de canal es la capacidad del sistema para ofrecer canales libres a sus

abonados. La capacidad de canal está determinada por la ingeniería de tráfico. El objetivo de la

ingeniería de tráfico es proveer al sistema con circuitos de comunicación (proporcionar canales bidireccionales) en un área de servicio dada, tomando en cuenta:

♦ El número de abonados. ♦ El grado de servicio GDS.

El GDS se define como la probabilidad de bloqueo de llamada y queda en términos

del porcentaje de llamadas que serán bloqueadas. En Estados Unidos se tiene un GDS = 2%. Otro parámetro de diseño es el tiempo promedio de duración de una llamada TPDLL.

TPDLL es el tiempo promedio que se espera que dure la llamada de cada abonado activo

28

durante la hora pico. TPDLL varía dependiendo del tipo de usuario (ejecutivo, hombre de negocios, personal, etc.):

120seg ≤ TPDLL ≤ 180seg

Una ayuda para determinar la capacidad del sistema celular es la TABLA DE

TRÁFICO (tabla de Erlang3). Esta tabla le indica al ingeniero de tráfico la cantidad adecuada ó necesaria para proporcionar un determinado Grado de servicio (GDS), para un tráfico ofrecido dado de canales.

2.6 INTERFERENCIA CO-CANAL.

Una interferencia co-canal es aquel que está utilizando la misma frecuencia portadora

que la unidad móvil de interés. Este tipo de interferencia ocurre como resultado del múltiple uso de la misma frecuencia (rehúso de frecuencias).

Una EB que radia en todas direcciones, OMNI direccional, (sitio OMNI), se

representa por una razón portadora-a-interferencia de la siguiente manera:

donde: j - cantidad de causadores de interferencia co-canal. γ - constante de propagación. D - distancia de rehúso de la frecuencia. R - radio mayor de la célula. Ver la columna 3, de la Tabla 2.1.

Figura 2.16 Calculo C/I.

3 Las tablas de Erlang pueden ser consultadas en Pérez Espejo, Yudiel, “Redes de Conmutación Telefónica y Sistemas de Llamada Perdida”, Ed. UAM-I, 1995.


29

2.6.1 CÁLCULO C/I: CONCEPTOS BÁSICOS.

Note que ambas C/I son portadoras, por lo tanto C es la portadora que es interferida por la portadora I. Obsérvese que solo hay un interferor (canales de interferencia, j = 1) en la Figura 2.16.

C

I

D

R=

γ

fórmula usada cuando solo hay un interferor donde: γ = constante de propagación y γ = 2 en el espacio libre. γ = 2.5 a 3 en ambiente de propagación sub-urbano. γ = 4 en ambiente de propagación urbano.

Figura 2.17 Cálculo C/I.

2.6.2 CÁLCULO C/I: PLAN OMNIDIRECCIONAL DE LAS CÉLULAS.

N = 7, plan OMNI 6 interferores, 6 vecinos (en el peor de los casos)

30

(el 6 es de j = 6), γ = 4 (urbano) C/I = 18 dB (ver la Tabla 2.1)

2.6.3 CÁLCULO C/I: PLAN CELULAR SECTORIZADO.

♦ Plan sectorizado a 120°. ♦ N = 7, plan sectorizado de 120° . ♦ 3 interferores. (2 interferores son 1, por lo tanto 6 son 3).

Figura 2.18 Cálculo C/I: plan celular sectorizado

ésta fórmula es una buena aproximación y funciona (φ1/φ2 no están incluidos).

γ = 4 (urbano) C/I = 21dB


31

2.7 SEGUIMIENTO DE LLAMADA (ROAMING)

En una ciudad o en una región hay dos operadoras, o más, de radio celular, utilizando diferentes conmutadores o switches de la Central de Telefonía Celular (CTC), diferentes transceptores y distinto equipo de radio-base (pero en la misma banda A ó B). Sin embargo, un suscriptor está registrado sólo a una operadora. Por lo tanto, es necesario un acuerdo entre estas operadoras para dar servicio a cualquier suscriptor sin importar el origen de la llamada.

Esto se realiza a través de un enlace entre los distintos conmutadores, este enlace es

establecido por medio del protocolo IS-41. Un móvil que se mueve o sale de su territorio y entra a un territorio extranjero (de otra operadora) se conoce como roamer (viajero) el proceso de enlazarlo se conoce como seguimiento de llamada (Roaming) y debe ser transparente para el usuario. Esto aumenta la movilidad. Ver la Figura 2.19.

En el seguimiento de llamada se debe de entender que el abonado sale de su área de

cobertura local, para ingresar en un área de cobertura huésped, esto es, hay cambio de áreas de cobertura o regiones. Mientras que en el proceso de transferencia de llamada el cambio se da entre células de la misma área de cobertura

Figura 2.19 Ilustración del seguimiento de llamada. Un móvil que se mueve del sistema huésped hasta un sistema exterior es designado roamer.

32

2.8 SELECCIÓN DE LOS PARÁMETROS CLAVE DEL SISTEMA CELULAR.

En esta sección se discuten los valores recomendados más comunes para algunos parámetros geométricos claves del sistema y la metodología que llevo a estos. Los objetivos más importantes en la configuración de los parámetros son restricción de costos, buena calidad de transmisión, y una gran capacidad de servicio a usuarios. En algunas condiciones, aparecen conflictos entre estos objetivos, se debe elegir que objetivo es más importante pero cuidando de no perjudicar seriamente a los otros.

Los parámetros a considerar son: ♦ Tolerancia de la ubicación del sitio celular. ♦ Máximo radio de la célula. ♦ Mínimo radio de la célula. ♦ Razón de uso co-canal.

2.8.1 TOLERANCIA DE LA UBICACIÓN DEL SITIO CELULAR

Secciones previas han aludido al espaciamiento regular perfecto de los sitios celulares hexagonales. En la práctica, sin embargo, la procuración de espacio para los sitios celulares puede ser uno de los obstáculos más difíciles en la ingeniería e instalación de sistemas celulares.

El diseño común permite a los sitios celulares ser colocados del radio celular nominal fuera de la posición ideal. La tolerancia de la posición del sitio tiene más impacto en la calidad de la transmisión que en el costo o la capacidad. Un análisis de la tolerancia de la posición de la célula sobre la distribución de la probabilidad total de la razón señal-ruido S/I mostró que cae un 10% de la distribución total. Este nivel decrece gradualmente conforme la tolerancia de la posición del sitio celular aumenta de 0 a un 1/4 del radio de la célula, pero la razón S/I decrece rápidamente más allá de este punto de ruptura. Por consiguiente la tolerancia se fijó a un cuarto del radio para darle a los administradores del sistema una tolerancia en el posicionamiento de los sitios celulares sin degradar la calidad de transmisión significativamente.

2.8.2 MÁXIMO RADIO DE LA CÉLULA.

Seleccionar el máximo radio de la célula, el cual es usado en un sistema en sus inicios, es parte del problema general de alcanzar un compromiso satisfactorio entre los objetivos de bajo costo y buena calidad de transmisión. El máximo radio de la célula tiene solamente un efecto indirecto en el objetivo de una gran capacidad de servicio a usuarios en el sistema.

Cuando un sistema es establecido, hay normalmente pequeño reuso de frecuencias,

por lo cual el radio de cada célula inicial es relativamente grande, el número total de células para abarcar el área de cobertura deseada no excede por mucho el número del conjunto de canales asignados. Incluso aunque dos o más sitios celulares puedan ser


33

asignados al mismo conjunto de canales, los subconjuntos mutuamente exclusivos pueden usarse en los sitios co-canal hasta un cierta cantidad de crecimiento en el tráfico telefónico.

2.8.3 MÍNIMO RADIO DE LA CÉLULA.

El radio celular mínimo, el cual es el radio celular después de la etapa final de la subdivisión de celdas, tiene un efecto pequeño en el costo del sistema por usuario o en la calidad de transmisión, pero tiene una parte vital en la configuración de la capacidad del sistema. Cada etapa de la subdivisión de células multiplica el numero de sitios celulares en el área de cobertura desead por un factor aproximado de 4. La capacidad de tráfico total del sistema también aumenta esencialmente el mismo factor. En principio, el proceso de subdivisión de celdas puede ser repetido un número indefinido de veces, pero los diseñadores de sistemas citan un radio celular de 1.6 Km como mínimo práctico.

2.8.4 RAZÓN DE REHUSO CO-CANAL. La discusión de los sitios celulares direccionales explica el incentivo económico para

reducir la distancia D, la distancia entre sitios celulares co-canal, a R, el radio de la célula. La razón de rehúso co-canal (D/R) también tiene un impacto en la calidad de transmisión y la capacidad del sistema. La influencia en la calidad de transmisión surge porque la razón D/R materialmente afecta las estadísticas de la interferencia co-canal. Dado que esta razón determina el número de canales por conjunto de canales, esto limita la capacidad de tráfico, la cual a su vez limita la capacidad del sistema.

El valor mínimo aceptable de D/R es seleccionado de la misma manera que el

máximo radio de la célula. Haciendo D/R tan pequeño como sea posible sirve a los objetivos de bajo costo y una gran capacidad del sistema. Si D/R es tan grande como sea posible se beneficia la calidad de transmisión.

34

CAPITULO 3

ELEMENTOS DEL SERVICIO DE TELEFONIA CELULAR.

En el capítulo anterior se definieron las partes que componen el concepto celular, de esta forma, se mencionaron los elementos que conforman el Servicio de Telefonía Celular (STC), los cuáles son:

♦ Centrales de Telefonía Celular (CTC). ♦ Estaciones base (EB). ♦ Enlaces ♦ Equipos terminales (móviles). ♦ Red de Telefonía Pública Conmutada (RTPC). Hay que notar que aunque la RTPC no es parte integral del STC, estas dos redes

tienen que estar interconectadas. En la RTPC todos los abonados están conectados a una central de conmutación (central local). Actualmente es un sistema de conmutación digital que proporciona las siguientes funciones principales:

♦ Conmutación. ♦ Facturación. ♦ Marcaje de números de emergencia. ♦ Llamado a números 01-800, 01-8XX, 01-9XX ♦ Llamada en espera, transferencia de llamada, L. D. Y conferencia tripartita (tres a

la vez). ♦ Conectividad global. ♦ Conexión a redes de telefonía celular.

Figura 3.1 Red de telecomunicaciones RTPC (PSTN)-STC (MSC).


35

La CTC (MSC Mobile Switching Center) es la base de la red de telefonía celular, ver la Figura 3.1. El corazón de este sistema también es un conmutador-multiplexor digital, el cual ha sido derivado de la RTPC, agregándosele varias funciones necesarias para el sistema de telefonía móvil o radio celular. Al corazón del sistema de radio celular se le conoce como Central de Telefonía Celular (CTC) u Oficina de Conmutación de Telefonía Móvil (OCTM).

De manera general, las principales funciones del CTC son: 1. Proporcionar la conexión entre la RTPC y las radio bases celulares (sitios-

celulares ó Estaciones Base, EB) por medio de troncales (T1). 2. Facilitar la conexión móvil a móvil, móvil a RTPC, RTPC a móvil y CTC a redes

RTPC.

3. Administrar, controlar y monitorear las distintas actividades relacionadas con el procesamiento de llamadas.

4. Llevar un record detallado de cada llamada realizada, para efectos de facturación. Las EB o radio-bases son localizadas de manera adecuada en distintos puntos dentro

del área de servicio y son el corazón de cada célula. El área de cobertura de una radio-base (tamaño de célula) puede variar desde menos

de 1 kilómetro a algunas decenas de kilómetros, esto depende del ambiente de propagación (urbano, rural, semi-urbano, urbano-denso) y de la densidad de tráfico. Por ejemplo, en un ambiente urbano-denso el radio de la célula podría variar desde menos de 1 Km hasta menos de 5 Km.

El sistema celular tiene la capacidad de dar servicio a decenas de miles de

suscriptores dentro de un área metropolitana mayor (de alta densidad de tráfico). A las unidades móviles y portátiles generalmente se les conoce como unidades de

suscriptor, o unidades de abonado o simplemente unidades móviles. Un suscriptor o abonado es un cliente que se suscribe a un servicio de telefonía terrestre y/o a un servicio de telefonía móvil.

La EB (sitio-celular) incluye el equipo necesario, torres, antenas, Tx, Rx,

computadoras.

3.1 LA CTC (MTSO) Y SUS SUBSISTEMAS.

La CTC coordina y controla las actividades de las estaciones base, las interconexiones de los teléfonos móviles con la red telefónica terrestre y mantiene la integridad del sistema por medio del mantenimiento automatizado.

36

La CTC es un conmutador digital para telefonía celular, diseñado por sistemas de comunicación celular en el rango de los 800 MHz. Tiene diferentes acrónimos tales como Digital Multiplex Switch - Mobile Telephone Exchange (DMS - MTX), Mobile Switching Office (MTSO). El nombre depende del fabricante y por lo tanto el nombre viene en inglés, al final en el glosario se encuentran las traducciones de estos nombres, así como también, los demás tecnicismos.

Figura 3.2 Centro de Telefonía Celular (CTC).

La CTC se considera parte de la red RTPC y las funciones celulares que proporciona son:

1. Administra y controla el equipo y las conexiones de los sitios-celulares, EB . 2. Soporta varias técnicas de acceso múltiple como: FDMA, TDMA, CDMA y

CDPD (sólo datos). 3. Proporciona la interfaz con la RTPC. 4. Proporciona y administra el Registro de Ubicación Local (RUL). 5. Proporciona y administra el Registro de Ubicación de Visitantes (RUV). 6. Soporta interconectividad entre sistemas (IS-41). 7. Soporta funciones de procesamiento de llamadas. 8. Proporciona la medición y monitoreo de operaciones. 9. Proveer los centros de conmutación para que el tráfico sea dirigido alrededor de

la red Ver la figura 3.2.

La CTC también proporciona interfase (enlace T1) entre: el sitio-celular ⇔ la CTC⇔ la RTPC.


37

Cada uno de estos bloques se divide en varios elementos funcionales únicos, los cuales soportan el protocolo de comunicaciones especificado por los estándares de la CFC Comisión Federal de Comunicaciones (en México regulado por la COFETEL COmisión FEderal de TELecomunicaciones) y del CCITT (Comité Consultivo Internacional para la Telegrafía y la Telefonía).

3.1.1 SERVICIOS OFRECIDOS POR LA CTC

De los canales asignados hay de dos tipos: ♦ Canales de voz. ♦ Canales de control. En la estación base (EB) se utiliza un transceptor (transmisor-receptor) por canal. Cada canal de voz soporta una sola conversación a la vez. Se Tx 4 diferentes tipos de

señales sobre éste: ♦ Voz. ♦ TAS (Tono de audio de supervisión). ♦ TS (Tono de señalización.). ♦ Datos. Tono de Audio de Supervisión (TAS). El tono de audio de supervisión (TAS) se transmite sobre el canal de voz directo

(CVD), de la estación base (EB) al móvil y se transmite de regreso a la base. Una de las funciones del TAS es indicar la continuidad de la conversación. La

pérdida del TAS indica que la ha terminado la llamada o la transferencia de llamada. Existen tres frecuencias utilizadas para 1 TAS (5970, 6000, 6030 Hz). Cada una de las frecuencias de SAT es asignada en un cluster, de tal manera que el mismo TAS no sea utilizado con el mismo grupo de canales. Las frecuencias del TAS ayudan a diferenciar los sitios co-canal.

# Célula

SAT Grupos de canales Cluster

1 S0 1, 8, 15 1 2 S2 2, 9, 16 1 3 S1 3, 10, 17 1 4 S1 4, 11, 18 1 5 S2 5, 12, 19 1 6 S2 6, 13, 20 1 7 S1 7, 14, 21 1 1 S1 1, 8, 15 2

38

2 S0 2, 9, 16 2 3 S2 3, 10, 17 2 4 S2 4, 11, 18 2 5 S0 5, 12, 19 2 6 S0 6, 13, 20 2 7 S2 7, 14, 21 2

Tabla 3.1 Asignación del TAS

Características del TAS. ♦ El TAS es transmitido a través del canal de voz directo CVD al móvil. ♦ El móvil transmite de regreso a la base con un tono de reconocimiento. ♦ Hay tres tonos de TAS: SAT-1 5970Hz SAT-2 6000Hz SAT-3 6030Hz (estos tonos son válidos para STMA en Estados Unidos). Cada radio base tiene asignado un tono de TAS que es reutilizado por otra célula. Otra manera es asignar en todo un cluster de células el mismo tono de TAS y en el

cluster vecino se asigna un tono diferente de TAS.

Figura 3.3 Clusters

Tono de señalización (TS).

Un TS de 10 KHz es transmitido por el móvil a través del canal inverso de voz como un reconocimiento de algunos comandos recibidos de la célula (sitio celular).

Una ráfaga de 50ms del TS indica un reconocimiento de transferencia de llamada.


39

El TS es similar al tono de supervisión usado en redes de telefonía convencional.

Figura 3.4 Descripción del canal de control.

Transmisión de datos a través del canal de voz.

Durante la transferencia de llamada, el canal de voz, momentáneamente se convierte en un canal modulado en FSK (± 8kHz de desviación) y se comporta como canal de control.

Una transmisión de datos de 10kb/s se hace entre la base y el móvil para asignar canal

y señalización. Después de asignado el canal, continúa la conversación. Durante 200ms el usuario no puede transmitir voz, se escucha un ruido como "clic". Los tonos de TAS y TS se desactivan durante la transmisión de datos. Descripción del canal de control El canal de control está compuesto de un canal de control directo (CCD) y de un

canal de control inverso (CCI). Los canales CCD y CCI están separados por 45MHz y son totalmente bidireccionales (full-duplex).

3.1.2 OTROS SERVICIOS OFRECIDOS POR LA CTC.

Registro de Ubicación Local (RUL). El RUL es una base de datos fija, la cual se utiliza para almacenar la siguiente

información del abonado, del móvil y servicios relacionados con el abonado. ♦ Nombre, dirección y servicios adicionales contratados. ♦ Estado de servicio. ♦ NIM (Número de Identificación del Móvil). ♦ Número de directorio. ♦ NSE (Número de Serie Electrónico).

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♦ Duración de las llamadas. ♦ Información pertinente para negar el servicio. ♦ Datos suplementarios sobre el origen y terminación de las llamadas. ♦ Información sobre el proveedor del servicio. Este registro esta asociado con el centro de reconocimiento (CR) de un suscriptor

intentando usar la red. Todo el equipo usado en la red porta un NIM. Este es usualmente un número de 10 dígitos programado dentro del móvil y registrado por una agencia o proveedor del servicio. Entretanto, un registro de identificación del equipo (RIE) revisa el estado del número de identificación del suscriptor. El tiempo de uso de la red es registrado en un centro de facturación. En general, el cargo hecho es independiente de la distancia física entre los dos usuarios que acceden a la red.

El plan de numeración para la red de telefonía internacional está descrito en el CCITT

Rec. E. 163. En este esquema, a cada país o zona le es asignado un código de país (CP), de uno, dos o tres dígitos, con una longitud total máxima del número internacional de 12 dígitos. Este arreglo sirvió hasta principios de 1980, cuando se dio la necesidad de planes de numeración para la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI). Se reconoció que la numeración para la RDSI debía evolucionar de la numeración RTPC, así que el plan de numeración para RDSI es un desarrollo de la recomendación existente E: 163 del CCITT.

Figura 3.5 Estructura numérica de la recomendación E. 164 y estructura de

numeración móvil.

CP: Código de País. CDN: Código de Red Destino. NS: Número de suscriptor. El numero consiste del código de país o zona CP del país en el cual esta registrado el

móvil, seguido por el número móvil nacional, el cual consiste del código de red destino CRD y el número de suscriptor NS.

El código de identificación del móvil esta limitado actualmente a 10 dígitos,

compuesto del CP; el CRD, y el NS, y es mejor conocido en la teoría celular como número NIM.

CP CRD NS

1 - 3 Hasta 14

15 dígitos máximo

Número móvil Nacional

Número internacional de móvil RDSI


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EL NIM1 es el código de país, el cual es de 3 dígitos. El primer dígito de esta parte se refiere

a la zona numérica mundial, aunque estas zonas no son las mismas que las usadas por la RTPC.

El NIM2 consiste de 7 dígitos y usualmente corresponden a la unidad numérica del

teléfono móvil. El estado de la recomendación E. 213 es la siguiente: ♦ El plan de numeración debe permitir el cargo de telefonía normal. ♦ Cada administración debe ser capaz de desarrollar su propio plan de numeración. ♦ Debe ser posible cambiar la identidad de transferencia de llamada internacional

sin cambiar el número telefónico asignado al móvil. ♦ La transferencia de llamadas sin restricción debe ser posible. ♦ El plan de numeración se refiere solamente a la interconexión con la RTPC (es

decir, que no aplica a los móviles que no están interconectados). El NIM es cargado en el móvil como parte del modulo de asignación del número

(MAN). Este número también contiene datos pertenecientes al RUL y su validez de operación y un número de serie electrónico (NSE). Este número habilita la red para reconocer que el equipo móvil que esta siendo usado es válido y esta registrado.

El RUL también mantiene contacto con el RUV, para que éste le informe cuando un

suscriptor se ha registrado en el sistema. Registro de Ubicación de Visitantes (RUV). El RUV es una base de datos dinámica y se utiliza para almacenar información de los

abonados que actualmente están localizados fuera de su área original (en Seguimiento de llamada). Almacena la información del suscriptor o abonado necesaria para el manejo de las llamadas que el abonado haga o reciba. El RUV almacena información temporal, la cual puede cambiar como resultado de la operación normal del sistema. El RUV se comunica con el RUL a través de una conexión interna a la CTC.

Soporte del protocolo IS-41. La norma internacional 41 (IS-41) es un protocolo especial, cuya principal función es

permitir que varias CTC se comuniquen entre ellas. El IS-41 permite el seguimiento de abonados.

Facturación.

La CTC lleva un registro detallado de cada llamada, incluyendo lo siguiente: ♦ Uso de enlaces aéreos. ♦ Uso de troncales (T1). ♦ Información para descargar pagos (llamadas a 01 800).

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Rastreo y localización de los móviles. La CTC es capaz de rastrear un móvil activo y puede registrar todas las actividades

relativas al procesamiento de las llamadas. Esta característica es útil para mapear la cobertura de las células y de esa manera la capacidad de cobertura.

3.2 LA ESTACIÓN BASE EB O SITIO CELULAR.

Una EB es capaz de soportar varios radios (equipo para Tx/Rx) o transceptores, soporta un radio Tx/Rx por canal full-duplex.

Durante la operación, una EB recibe una señal en banda base bipolar a través del

enlace T1. Esta señal es convertida en datos, luego es demultiplexada y posteriormente entra al radio Tx para ser modulada y amplificada (ver la Figura 3.3). Todas estas señales de radio (de Tx) son combinadas, antes de ser Tx, para formar una sola corriente (señal) de radio de alta potencia, después son filtradas, filtro pasa-banda, en el duplexor y finalmente son transmitidas. El fin es que al duplexor y a la antena de Tx les llegue un flujo continuo de señales.

En el receptor las señales recibidas son filtradas (pasa-banda) en el duplexor y

alimentadas a los radios adecuados (los receptores) a través del separador o "splitter" (varios filtros pasa-banda). Las funciones del separador son:

♦ Amplificar las señales recibidas. ♦ Filtrar y separar las señales Rx. ♦ Separarlas en el número correspondiente de señales (cantidad de

radiorreceptores). Un sistema receptor idéntico, que proporciona diversidad espacial, recupera las

mismas señales. Las dos señales recibidas son comparadas y se utiliza la más fuerte.

3.3 PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN.

La forma en que establecerán los enlaces de comunicación para telefonía celular son: ♦ Llamadas de tierra a móvil. ♦ De móvil a tierra. ♦ De móvil a móvil. Los canales utilizados en los protocolos de comunicación son: ♦ Canal de control: asignación de canal y adquisición de parámetros del sistema. ♦ Canal de voz ♦ Canal de ubicación.


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Figura 3.5 Configuración del sitio celular.

3.3.1 SERVICIO CELULAR: LLAMADA DE TIERRA A MÓVIL.

♦ Se marca de tierra el número celular. ♦ La red local RTPC identifica el sufijo celular y establece una conexión con la

CTC. ♦ La CTC valida la llamada y la manda a la estación base EB. ♦ La EB asigna un número de canal al móvil, a través del canal de control directo. ♦ El móvil se sintoniza a la frecuencia asignada y tono de reconocimiento al canal

inverso. ♦ Se establece la comunicación.

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Figura 3.6 Llamada de tierra a móvil

3.3.2 SERVICIO CELULAR: LLAMADA DE MÓVIL A TIERRA.

♦ El móvil marca a tierra a través del canal de control inverso. ♦ La EB le manda la información a la CTC. ♦ La CT C coordina y le manda el número a la RTPC. ♦ La RTPC provee la conectividad informando a EB a través de la CTC. ♦ La EB asigna un canal de voz a través del canal de control directo CCD. ♦ El móvil sintoniza la frecuencia. ♦ Se establece la comunicación.

Figura 3.7 Llamada de móvil a tierra


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3.3.3 SERVICIO CELULAR: LLAMADA DE MÓVIL A MÓVIL.

♦ El móvil 1 llama al móvil 2 a través del CCI. ♦ La EB le manda la información al CTC. ♦ La CTC encuentra dos canales desocupados, uno para el móvil 1 y otro para el

móvil 2, y le informa a la EB. ♦ La EB le manda éstos al móvil 1 y al móvil 2 a través del CCD. ♦ El móvil 1 y el móvil 2 se sintonizan a sus respectivas frecuencias. Note que en la comunicación de móvil a móvil, no hay un enlace directo entre los

móviles.

Figura 3.8 Llamada de móvil a móvil

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CAPITULO 4

TECNOLOGIAS DE ACCESO.

4.1 EL ACCESO MÚLTIPLE.

Las técnicas de acceso múltiple se utilizan en el ambiente de las comunicaciones para que varios dispositivos (computadoras, teléfonos, radios, etc.) puedan acceder al medio o canal de comunicación de manera ordenada. Sin las técnicas de acceso múltiple, las comunicaciones entre dispositivos serian un caos. Las técnicas de acceso múltiple nos permiten compartir un mismo canal de comunicación para varios usuarios.

Los sistemas móviles celulares, como su nombre lo indica, permiten a un usuario recibir y realizar llamadas telefónicas sin necesidad de estar conectado físicamente a la red telefónica convencional. La transmisión de la información se realiza vía radio y puede ser analógica o digital. Dichos sistemas están compuestos por un conjunto de estaciones, también denominadas celdas, de poca cobertura. En cada estación hay un receptor y un transmisor de baja potencia. Las estaciones, además de estar conectadas entre si, están conectadas a un centro de conmutación inteligente que se encarga de transferir las llamadas entre celdas. El abonado utiliza un equipo de radio móvil, denominado teléfono celular, que le permite comunicarse con una de las estaciones.

La división en celdas permite utilizar mejor el recurso mas limitado: El espectro electromagnético. En un sistema de comunicaciones vía radio, los usuarios compiten por las frecuencias disponibles. Por esto uno de los principales problemas que tiene que resolver un sistema de comunicaciones móviles es sincronizar el acceso simultaneo de usuarios al mismo tiempo. La solución al problema del acceso múltiple tiene grandes implicaciones desde el punto de vista económico pues limita el número de usuarios que pueden utilizar el sistema y por lo tanto, las utilidades que se obtienen.

Existen tres tipos de técnicas de acceso a básicas: AMDF (Acceso Múltiple por

División de frecuencia; FDMA), AMDT (Acceso Múltiple por División de Tiempo; TDMA) y AMDC (Acceso Múltiple por División de Código; CDMA).

En sistemas de radio móviles celulares el problema del acceso múltiple se puede resolver utilizando los esquemas de acceso múltiple mencionados anteriormente. La selección del esquema de acceso múltiple se hace básicamente buscando ampliar la capacidad del sistema celular, y esto se debe al hecho de que las comunicaciones vía radio se están popularizando y el espectro electromagnético disponible es limitado. Los esquemas de acceso múltiple buscan primordialmente permitir que varios usuarios del sistema celular tengan acceso simultáneamente al canal de comunicaciones. La capacidad de un esquema


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de acceso múltiple se mide en número de usuarios que pueden compartir simultáneamente un canal con un ancho de banda fijo. Como es obvio, es preferible un esquema de acceso que permita mas usuarios pues se hace un uso más eficiente del espectro.

En teoría, si se tiene un canal con un ancho de banda x que se quiere compartir entre

diferentes usuarios que requieren cada uno un ancho de banda b, se pueden obtener x/b usuarios simultáneamente en el canal, independiente del esquema de acceso múltiple que se utilice. En la practica esto no es cierto. Los usuarios requieren un ancho de banda b determinado, pero también requieren que la comunicación tenga una calidad mínima la cual va a estar determinada por la relación señal/ruido que se pueda obtener. Para obtener la calidad adecuada tenemos que recurrir a separar los canales (AMDF) o a establecer mecanismos de sincronización que garanticen la calidad de la comunicación (AMDT).

La primera generación (1G) de telefonía celular empleó la técnica de AMDF. Esta

asigna a cada usuario una frecuencia de 30KHz de ancho de banda en el sistema Analógico STMA (Sistema de telefonía móvil avanzado). Como el espectro es limitado, solo se podía acomodar un numero fijo de usuarios, por lo que al ingresar mas usuarios al sistema se empezaron a bloquear los canales.

La segunda generación (2G) se caracterizo por ser digital y emplear la técnica

AMDT, que es un sistema de acceso múltiple que divide el canal de 30 KHz en tres ranuras de tiempo. AMDT vino a triplicar el numero de usuarios en comparación con el sistema analógico STMA de la primera generación de celulares. Al incrementarse el numero de usuarios esta técnica de acceso múltiple también es ineficiente.

La tercera generación conocida como AMDC asigna códigos a los usuarios al

compartir un mismo espectro de frecuencias. Con esta técnica se incrementa considerablemente el numero de usuarios por radio-base.

4.1.1 ELEMENTOS CLAVES PARA EL DISEÑO DE UN SISTEMA CELULAR

En los capítulos anteriores se mencionan los elementos clave para el diseño de un sistema celular, a continuación se hace un breve repaso de estos elementos, elementos que también son necesarios para determinar el tipo de acceso múltiple que cumpla con el sistema.

1. Interferencia cocanal: Es la interferencia producida por células cercanas que están

reutilizando las mismas frecuencias para la comunicación. La distancia mínima entre dos celdas depende de un factor de reducción de interferencia cocanal, que es diferente para cada sistema, y del radio de las celdas.

2. Transferencia de llamada: Es una característica única de los sistemas celulares

que consiste en que si un móvil cruza de una célula a otra en medio de una conversación, ésta no debe afectarse por este hecho. Minimizar los handoffs y

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garantizar que los que se den sean exitosos es una tarea muy importante para los diseñadores de sistemas celulares.

3. Gestión de frecuencias: Tomando como base la distancia mínima entre células, se

puede obtener el número de células K que van a conformar un grupo. El número total de canales que se tienen disponibles se divide por K para obtener el número de canales disponibles por células. La gestión de frecuencias consiste en definir la forma como se van a agrupar las células y como se van a distribuir los canales disponibles entre ellas.

4. Asignación de frecuencias: Es el proceso mediante el cual se le asigna una

frecuencia específica, de las disponibles en una célula, a una llamada. Se asignan diferentes frecuencias a diferentes llamadas.

5. Control de potencia: Se debe hacer en ambas direcciones. De la base al móvil, se

hace con el fin de minimizar la interferencia que genera la base sobre las células vecinas. Del móvil a la base se realiza con el fin de evitar que los móviles que están cerca de la base generen una señal tan potente que impida a la base recibir información de los móviles lejanos.

6. Incremento de la capacidad: Se puede realizar mediante la sectorización

utilizando antenas direccionales, o reduciendo el tamaño de la célula.

4.2 TÉCNICAS DE ACCESO MÚLTIPLE.

Aunque no son todos los esquemas posibles, en la telefonía celular se utilizan AMDF, AMDT y AMDC. Vale la pena notar que en el concepto mismo de la telefonía celular hay implícito un esquema de AMDE (acceso múltiple por división de espacio; SDMA), que consiste en dividir el espacio en unidades independientes (en telefonía celular las llamamos células) cada una de ellas con una antena (estación base) encargada de atender todas las comunicaciones en su área de cobertura.

4.3 ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA AMDF.

Consiste en dividir un canal con un ancho de banda especifico en varios canales virtuales con un ancho de banda menor. Se asigna a cada uno de éstos una frecuencia específica, la cual debe estar dentro del rango de frecuencias que constituyen el canal total. En este esquema, a cada comunicación se le asigna un canal virtual particular. El móvil y la base deben filtrar la información recibida de tal manera que sólo escuchen la conversación que están llevando a cabo. Este esquema de acceso es muy común. De hecho se utiliza en todos los sistemas para dividir el espectro de frecuencias en dos canales: Un canal que lleva información de la base al móvil y que se llama enlace directo, y un canal que lleva información del móvil a la base y que es el enlace inverso.


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El esquema de acceso múltiple AMDF es el único que puede ser utilizado en telefonía celular analógica, aunque ésta no es su única aplicación. También puede ser utilizado para telefonía celular digital.

4.1 Esquema de acceso AMDF.

La multicanalización (o multiplexación) por división de frecuencia AMDF, es una técnica que consiste en transmitir varios mensajes al mismo tiempo a través de un canal de banda ancha modulando primero las señales de mensajes en varias subportadoras y

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formando una señal de bandabase compuesta que consiste en la suma de estas subportadoras moduladas. Esta señal compuesta luego se puede modular en la portadora principal como se muestra en la siguiente Figura 4.1

Se puede usar cualquier tipo de modulación tal como AM, DSB, SSB, PM, PAM,

FM, etc. Es importante resaltar que el espectro de la señal compuesta se debe componer de señales moduladas sin espectros traslapados; de lo contrario, se presentará diafonía entre las señales de mensaje a la salida del receptor.

Figura 4.2 Ejemplo de tres canales de voz en AMDF.

La señal de banda base compuesta enseguida modula un transmisor principal para producir la señal MDF (multicanalización por división de frecuencia; FDM) que se transmite a través del canal de banda ancha.


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La señal MDF recibida primero se demodula para reproducir la señal de bandabase compuesta que se hace pasar a través de filtros para separar las subportadoras moduladas individualmente. Las subportadoras luego se demodulan para reproducir las señales de mensajes originales.

Para el anterior proceso ver un ejemplo ilustrado en la Figura 4.2 para el caso de tres señales de voz.

Características. ♦ Es posible utilizar el AMDF cuando el ancho de banda útil del medio de

transmisión supera el ancho de banda requerido por las señales a transmitir. ♦ Hay simultaneidad en la transmisión de señales porque cada una de ellas se

modula con una frecuencia portadora diferente, tal que éstas frecuencias están suficientemente separadas para que no se solapen significativamente las señales:

♦ La señal compuesta transmitida a través del medio es analógica. ♦ Las señales de entrada siempre deben ser moduladas, para trasladarlas a la banda

de frecuencia apropiada. ♦ Si la señal de entrada es digital, se debe pasar a través de un modem para

convertirla en analógica y posteriormente modularla.

Figura 4.3 Representación Tiempo vs Frecuencia de AMDF.

4.4 ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE TIEMPO AMDT.

Consiste en dividir un canal con ancho de banda determinado en ranuras de tiempo, de manera que los canales virtuales se crean asignando a cada comunicación una ranura de tiempo. Si se tiene, por ejemplo, un canal de 30 Khz y lo dividimos en tres ranuras de tiempo, podemos enviar información de tres comunicaciones que utilicen cada una 10 Khz. La primera comunicación utilizaría siempre la primera ranura, la segunda comunicación la

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segunda y así sucesivamente. Por el canal de comunicaciones se transmiten en secuencia la primera ranura, la segunda, la tercera, de nuevo la primera, la segunda, etc.

El esquema de acceso múltiple AMDT sólo puede ser utilizado en telefonía celular

digital. Requiere que se implementen mecanismos de sincronización, especialmente en el enlace móvil-base, para garantizar que cada móvil está transmitiendo durante el tiempo que le corresponde y que no va a interferir con los otros móviles que están utilizando otras ranuras. En el enlace base-móvil la sincronización se requiere para garantizar que cada móvil esté procesando únicamente la información que va dirigida hacia él.

Normalmente se aplica en conjunto con el AMDF. Se utiliza AMDF para dividir el

canal físico en varios canales lógicos, y cada canal lógico se multiplexa utilizando AMDT. La multicanalización por división de tiempo (MDT) es la intercalación cronológica de

muestras provenientes de varias fuentes de modo que la información que proviene de dichas fuentes de pueda transmitir a través de un solo canal de comunicación.

En la figura, se ilustra el concepto de AMDT tal como se aplica a tres fuentes

analógicas multicanalizadas en un sistema MCP (modulación por código de pulsos; PCM). Por comodidad el muestreo natural se ilustra junto con la forma de onda MDT MAP (multicanalización por división de tiempo con modulación de amplitud de pulso; TDM PAM) accionada correspondiente. En la práctica se utiliza un interruptor electrónico para la conmutación (muestreador) donde fs denota la frecuencia de rotación del conmutador (frecuencia de muestreo) y satisface la velocidad de Nyquist de la fuente analógica con el ancho de banda más grande.

En el receptor, el deconmutador (muestreador) se tiene que sincronizar con la forma

de onda de entrada de modo que las muestras MAP correspondiente a la fuente 1, por ejemplo, aparezcan en la salida del canal 1. Esto se llama sincronización de cuadros (tramas). Se utilizan filtros pasabajas para reconstruir las señales analógicas a partir de las muestras MAP.


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Figura 4.4 Esquema de acceso AMDT.

Características ♦ Se lleva a cabo cuando la velocidad de transmisión alcanzable por el medio es

mayor que la velocidad de las señales a transmitir. ♦ Transporte de varias señales digitales (o analógicas) a través de una única ruta de

transmisión mediante la mezcla temporal de las partes de cada una de ellas, como puede verse en la Figura 4.5.

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Figura 4.5 Representación Frecuencia vs Tiempo de AMDT.

Figura 4.6 Ejemplo de transmisión AMDT.


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♦ La transmisión es generalmente síncrona como se ilustra en la Figura 4.6 (a) y

(c): ♦ Los datos se transmiten mediante formato de tramas (ver Figura 4.6 (b) ). ♦ Independientemente como se lleve a cabo la multicanalización se pueden

incorporar varias formas de estructuras de bits, cada una de las cuales representa la mínima unidad de tiempo en la que todas las señales multicanalizadas se transmiten al menos una vez.

♦ Continuando con la trama, deben agregarse palabras de bits para la estructura y la sincronía para permitir que el sistema receptor se sincronice en el tiempo con el inicio de cada estructura, con cada espacio de ella y con cada bit contenido en estos espacios. Estos bits pueden denominarse en forma colectiva bit de control.

♦ Deben tomarse precauciones que permitan manejar pequeñas variaciones de las velocidades de bits de las señales digitales multicanalizadas que llegan al receptor.

♦ La técnica TDM síncrona obedece su nombre a las ranuras temporales preasignadas y fijadas a las diferentes fuentes.

♦ Dedica una ranura de tiempo a cada estación. ♦ La TDM es eficiente para un número de estaciones pequeñas y tráfico continua. ♦ Las técnicas TDM por lo general son preferidas a las técnicas FDM ya que la

transmisión de datos libres de error e información de voz es fácil.

4.5 ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE CÓDIGO AMDC.

En este esquema de acceso múltiple, los diferentes usuarios transmiten al mismo tiempo utilizando la misma frecuencia. Las distintas comunicaciones son diferenciadas al codificar la información de acuerdo con una clave particular. El emisor, antes de enviar la información, divide cada bit en varias unidades llamadas chips y codifica el bit antes de enviarlo. Esta técnica se denomina secuencia directa y es una de las técnicas de espectro expandido.

Vale la pena notar que mientras que los esquemas de acceso múltiple FDMA y

TDMA tienen una capacidad limitada por el ancho de banda disponible y el ancho de banda de cada uno de los canales múltiples deseados, en el caso del CDMA no existe este limitante. En el CDMA, como se verá mas adelante, se pueden adicionar nuevos usuarios teniendo presente que el precio que se paga es la pérdida de calidad en la comunicación.

4.5.1 PROPAGACIÓN DE ONDAS DE BANDA ESTRECHA.

La señal es transmitida de una base a un móvil y se propaga sobre un terreno con una configuración particular. Las características del terreno afectan la forma como se propaga la onda. Como la antena de un móvil está muy cerca de la tierra, se producen tres efectos principales:

♦ La señal que se recibe en el móvil no es únicamente la que llega por la ruta directa, sino que también incluye señales fuertes que son reflejadas por la tierra.

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Estas rutas alternas generan perdidas excesivas que pueden llegar a ser del orden de 40 dB/sec (aplicando la ley de la cuarta potencia).· 8

1 · ♦ Cuando la antena de la unidad móvil está a muy poca altura, las estructuras

construidas por el hombre que la rodean generan desvanecimientos multiruta en la señal recibida, llamados desvanecimiento Rayleigh. Dichos desvanecimientos causan ráfagas de errores en la comunicación.

♦ Hay un efecto debido a que la transmisión se hace en un medio que es dispersivo

en el tiempo. Esto quiere decir que no sólo se reciben símbolos, sino que adicionalmente se reciben muchos ecos de éstos. Estos retardos de tiempo producen la interferencia entre símbolos (ISI). Para evitar dicha interferencia se debe mantener una velocidad de transmisión que sea inferior al inverso del retardo, o equipar el móvil con ecualizadores que permitan reducirla.

4.5.2 PROPAGACIÓN DE ONDAS DE BANDA ANCHA.

La principal diferencia con la propagación de ondas en banda estrecha radica en el hecho de que el ancho de banda es mucho mayor y esto va a producir un comportamiento diferente.

♦ Las perdidas en la ruta de propagación son aproximadamente las mismas que en

banda estrecha, siempre y cuando se cumpla la condición de que el ancho de banda no sea mayor que la mitad de la frecuencia de la portadora, lo cual es cierto en la mayoría de los casos.

♦ Para el desvanecimiento multiruta, se cumple que a mayor ancho de banda,

menor es el desvanecimiento producido.

♦ En cuanto a los retardos, como éstos son específicos para el tipo de ambiente en el cual se esté realizando la comunicación, se cumple que las señales de banda ancha proporcionan mayor ganancia en diversidad en las áreas urbanas que en las áreas suburbanas.

4.5.3 TÉCNICAS DE ENSANCHADO EN MODULACIÓN.

Estas técnicas tienen su origen en los sistemas militares y buscan evitar que la señal pueda ser interferida. En términos generales existen dos técnicas básicas: Ensanchado de espectro y ensanchado de tiempo.

Técnicas de ensanchado de espectro. ♦ Secuencia Directa: Cada bit de información se representa por una secuencia

grande de bits codificadores llamados chips. Si se tiene una señal de 10 Khz y cada bit es codificado por 100 chips, el ancho de banda necesario para la transmisión de los chips es de 1 Mhz.


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♦ Saltos de Frecuencia: Se asignan N canales a la comunicación y se va saltando entre las diferentes frecuencias de acuerdo con un patrón de saltos predeterminado. Si tenemos una señal de 10 Khz y deseamos 100 canales, el ancho de banda necesario para transmitir la señal es de 1 Mhz.

Técnicas de ensanchado de tiempo. A un mensaje transmitido a una tasa R que requiere un intervalo de tiempo T, se le

asigna un intervalo de tiempo mayor Ts. Durante el intervalo Ts la información es transmitida en ráfagas de acuerdo a un plan de saltos preestablecido. Puede ser mirado como el equivalente de los saltos de frecuencia pero realizado sobre ranuras de tiempo en vez de frecuencias.

4.5.4 AMDC

AMDC proviene de utilizar las técnicas de espectro ensanchado, en particular secuencia directa. La idea general del proceso es muy simple: Dada una señal digital que se desea transmitir, se aplica la técnica de secuencia directa para obtener una señal digital con un ancho de banda mayor. Dicha señal es transmitida y el receptor recupera la señal original mediante el uso de un correlacionador y la misma clave que se utilizó para la transmisión. Los códigos que se usan, sobre todo en aplicaciones militares son códigos pseudoruido, los cuales deben tener, entre otras, las siguientes propiedades:

♦ Balance: Deben tener aproximadamente el mismo número de ceros y de unos. ♦ Sucesiones: Al analizar las veces que aparecen ceros (unos) consecutivos, se debe

tener aproximadamente 1/2 de secuencias de longitud 1, 1/4 de secuencias de longitud 2 y 1/8 de secuencias de longitud 3.

♦ Debe tener una correlación baja. ♦ Es fácil apreciar que la razón de ser de estas características para los códigos es buscar

que la señal sea lo mas parecida posible a un ruido para quien no posea el código. Además, en el proceso de ensanchamiento se adiciona redundancia a la señal, de manera que es mucho más resistente a las interferencias. Esto nos permite condiciones óptimas para aplicaciones militares.

La información de cada canal de comunicación se dispersa y comparte el mismo

espectro de frecuencia con los demás canales, diferenciándose entre sí a través del uso de un código único e irrepetible. Para visualizar este concepto, la Figura 4.7 ilustra los principales modos de acceso utilizados actualmente para canalizar comunicaciones simultaneas.

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Figura 4.7 Representación de los principales modos de acceso AMDF, AMDT y

AMDC en el dominio de tiempo vs frecuencia.

4.5.5 CAPACIDAD.

La capacidad de un sistema se refiere a la cantidad de usuarios que pueden compartir simultáneamente el recurso físico del que se dispone (ancho de banda) manteniendo un nivel de calidad adecuado. En el caso de una comunicación que utiliza el esquema de acceso múltiple AMDC, se tiene que la interferencia en la comunicación proviene de dos fuentes diferentes: Una interna y una externa.

La interferencia externa proviene de las células que son vecinas y que están utilizando

las mismas frecuencias. La interferencia interna proviene de las transmisiones que realizan los demás usuarios y que se están haciendo por el mismo canal, al mismo tiempo, con códigos diferentes.

Los accesos múltiples por división de frecuencia y por división por tiempo delimitan

su operación dentro de parámetros fijos y predeterminados. Ellos fueron concebidos años atrás para la prestación de servicios de voz, en un momento cuando no se anticipaba la necesidad de grandes volúmenes de datos a alta velocidad. Por el contrario, AMDC nació como una tecnología abierta al tratamiento de datos. La dispersión espectral de AMDC permite acomodar dentro del mismo ancho de banda múltiples canales con disímiles requerimientos de velocidad 0 potencia, característica que permite señalarla como la solución más simple para llegar a la llamada Tercera Generación. A diferencia de los esquemas AMDF y AMDT que tienen una capacidad limitada, en el AMDC la capacidad está limitada únicamente por la calidad de la comunicación que se desee prestar. Como todos los usuarios comparten la misma frecuencia al mismo tiempo, lo que ocurre es que al adicionar usuarios nuevos se produce mas interferencia. Una pregunta lógica es: ¿Qué se puede hacer para reducir la interferencia, tanto interna como externa? Lo primero es aprovechar las características de las conversaciones telefónicas. Lo segundo es tratar de realizar gestión de potencia.


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Las conversaciones telefónicas humanas se caracterizan porque el ciclo de actividad de la voz humana es del orden del 35% al 40%. Si los equipos transmisores detectan períodos de silencio y durante estos disminuyen la transmisión o simplemente no transmiten, se disminuye la interferencia interna del orden del 60% al 65%. AMDC es la única tecnología que saca provecho de este fenómeno.

En cuanto a la gestión de potencia hay que hacerla en ambos sentidos. Se debe

regular la potencia que se está transmitiendo de la base al móvil para tratar de disminuir la interferencia externa. Igualmente, hay que regular la potencia que se está transmitiendo del móvil a la base. Esto se hace con el fin de que un móvil que esté muy cerca de la base no presente una señal tan potente que interfiera demasiado con la señal proveniente de equipos remotos. Dicho en otras palabras, la potencia de transmisión del móvil se debe gestionar de manera tal que en la base todos los móviles se reciban con igual intensidad. Esto trae como ventaja adicional mayor economía en la alimentación de los equipos móviles y una mayor duración de las baterías.

Un estudio comparativo entre la capacidad real (canales/célula) que ofrecen el

AMDT, AMDF y AMDC muestra que con AMDC se obtiene capacidad veinte veces mayor que la de AMDF y cuatro veces mayor que la de AMDT.

4.5.6 VENTAJAS.

1. Aprovecha la naturaleza de las conversaciones humanas para proporcionar mayor capacidad.

2. No requiere de un ecualizador. Basta con el correlacionador. 3. Sólo se requiere un radio por célula. 4. Como todas las células utilizan las mismas frecuencias, no hay necesidad de

hacer cambio de frecuencias en la transferencia de llamada. Sólo hay que hacer cambio de códigos.

5. No se requieren los bits de guarda que hay entre las ranuras en AMDT. 6. Al sectorizar, por lo menos en teoría, se obtiene un incremento de la capacidad. 7. Menos desvanecimientos. 8. La transición es más fácil. En AMDC se utiliza un ancho de banda de 1.25 Mhz,

el cual es equivalente al 10% del ancho de banda asignado a las compañías celulares, por lo que se puede hacer una transición lenta y adecuada.

9. Mayor capacidad. 10. No se requiere gestión ni asignación de frecuencias. 11. El efecto de adicionar un usuario extra sobre la calidad se distribuye entre todos

los usuarios. 12. Puede coexistir con sistemas análogos. · 84 ·

60

4.5.7 NORMA PARA CELULARES DIGITALES CON AMDC (IS95).

Tabla 4.1 Funciones de canalización.

El estándar IS95 ha sido definido por la AIT (Asociación de Industrias de Telecomunicaciones) de Estados Unidos, y es compatible con el plan de frecuencias existente en los Estados Unidos para la telefonía celular análoga. Las bandas especificadas son 824-849 Mhz para enlace inverso y 869-894 Mhz para enlace directo. Los canales están separados por 45 Mhz. La velocidad máxima de usuario es de 9.6 Kb/s, y se ensancha a un canal de 1.2288 Mchip/s. El proceso en ensanche es diferente para cada enlace. En el enlace directo los datos son codificados con un código convolucional (1/2), mezclados, y se ensanchan con una secuencia de 64 bits (funciones de Walsh). A cada móvil se le asigna una secuencia diferente. Se proporciona, además, un canal piloto (código) para que cada móvil pueda determinar cómo actuar con respecto a la base. Este canal tiene mayor potencia que todos los demás y proporciona una base coherente que usan los móviles para demodular el trafico. También proporciona una referencia de tiempo para la correlación del código.

En el enlace inverso (reverse-link) se utiliza otro esquema pues los datos pueden

llegar a la base por caminos muy diferentes. Los datos son codificados con un código convolucional (1/3). Después de mezclados, cada bloque de 6 bits se usa como un índice para identificar un código de Walsh. Finalmente se ensancha la señal utilizando códigos que son específicos del usuario y de la base.


61

El control de potencia se lleva a cabo en pasos de 1 dB, y puede ser de dos maneras: Una es tomar como referencia la potencia recibida de la estación base. La otra es recibir instrucciones de la base sobre el ajuste que se debe llevar a cabo.

Finalmente, vale la pena anotar que la señal que se transmite se modula utilizando la

técnica QPSK filtrado de la base al móvil y QPSK filtrando un desplazamiento del móvil a la base. En la Tabla 1 se describen las funciones de canalización.

4.5.8 DESARROLLO DE UNA LLAMADA.

Cuando se enciende un móvil, éste conoce la frecuencia asignada para el servicio AMDC en el área local. Se sintoniza en dicha frecuencia y busca la señal piloto. Puede encontrar varias señales piloto provenientes de diferentes estaciones base, pero éstas pueden ser diferenciadas porque tienen diferentes desplazamientos de tiempo. El móvil selecciona la señal piloto más potente y establece referencias de tiempo y frecuencia a partir de ella.

Una vez realizado este proceso de selección de la base, el móvil comienza a

demodular con el código Walsh 32 que corresponde al canal de sincronización. El canal de sincronización contiene el valor futuro del registro de desplazamiento de código largo (42 bits). El móvil carga dicho valor en su registro y queda sincronizado con el tiempo de la estación base.

Adicionalmente se requiere que el móvil se registre en la base; de esta manera, ésta

sabe que el móvil está disponible para recibir llamadas y cual es su ubicación. Cuando un móvil pasa de una zona a otra y no hay una llamada en curso, realiza un proceso de transferencia de estado inactivo.

Cuando el usuario realiza una llamada, el móvil intenta contactar la estación base con

un acceso de prueba. El código largo que se utiliza está basado en los parámetros de la celda. Si ocurre una colisión el móvil no recibe respuesta y espera un tiempo aleatorio antes de intentar de nuevo. Al establecer contacto con la estación base, esta le asigna un canal de trafico mediante un código Walsh. A partir de este momento el móvil cambia el código largo por uno basado en su número de serie. El código Walsh se utiliza en el enlace directo, mientras que el código largo se utiliza en el enlace inverso.

Cuando un móvil comunicado con una base detecta otra señal piloto suficientemente

potente, solicita un proceso de transferencia de llamada suave. Al móvil se le asigna otro código de Walsh y otra temporización piloto. El móvil debe estar en capacidad de recibir ambas señales y combinarlas. Cuando la señal de la base original haya disminuido lo suficiente, el móvil solicita el fin de la transferencia de llamada suave.

Al finalizar una llamada, los canales se liberan. Cuando el móvil se apaga genera una

señal registro de apagado que se envía a la base para indicar que ya no está disponible para llamadas.

62

En los sistemas AMDC todos los usuarios transmiten en el mismo ancho de banda simultáneamente, a los sistemas que utilizan este concepto se les denomina "sistemas de espectro extendido". En esta técnica de transmisión, el espectro de frecuencias de una señal de datos es esparcido usando un código no relacionado con dicha señal. Como resultado el ancho de banda es mucho mayor. En vez de utilizar las ranuras de tiempo o frecuencias, como lo hacen las tecnologías tradicionales, usa códigos matemáticos para transmitir y distinguir entre conversaciones inalámbricas múltiples. Los códigos usados para el esparcimiento tienen valores pequeños de correlación y son únicos para cada usuario. Esta es la razón por la que el receptor de un determinado transmisor, es capaz de seleccionar la señal deseada.

Uno de los problemas más importantes en el diseño de un sistema de comunicaciones

inalámbricas consiste en proveer facilidades de comunicación a diferentes usuarios, de tal forma que el espectro de radiofrecuencias sea aprovechado de una forma óptima y a un costo razonable. Teniendo en cuenta que el espectro de frecuencias es un recurso limitado es necesario diseñar estrategias de acceso múltiple, de tal forma que se puedan asignar, dentro de las debidas restricciones económicas de un ancho de banda previamente asignado.

Los códigos usados para el esparcimiento tienen valores pequeños de correlación y

son únicos para cada usuario. Esta es la razón por la que el receptor que tiene conocimiento del código de un determinado transmisor, es capaz de seleccionar la señal deseada.

Los sistemas basados en AMDC presentan una reducción de la potencia de

transmisión incrementando la vida de las baterías y reduciendo el tamaño de los transmisores y receptores.

Telefonía Celular y Comportamiento de antenas

63

CAPITULO 5

GENERALIDADES. 5.1 LA REVOLUCIÓN DE LA TELEFONÍA INALÁMBRICA

Las tecnologías inalámbricas están teniendo 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 70s 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 segura y las hace más productivas.

A pesar que la telefonía celular fue concebida para la voz únicamente, debido a las

limitaciones tecnológicas de esa época, la tecnología celular de hoy en día es capaz de brindar otro tipo de servicios tales como datos, audio y video con algunas limitaciones, pero la telefonía inalámbrica del mañana hará posible aplicaciones que requieran un mayor consumo de ancho banda.

Breve historia de la telefonía celular Hacia finales de los 1800's (1887) Hertz se dió cuenta de algo muy extraño y

asombroso para aquella época, que de una chispa eléctrica de suficiente intensidad parecían emanar ondas invisibles de fuerza, las cuales podían ser capturadas a distancia por medio de un dispositivo receptor adecuadamente construido (antena).

Unos años después Guillermo Marconi transmitió estas ondas por varios kilómetro y

empezó a llamarlo radio. En 1891 John J. Carty escribió "Un sistema de telefonía sin alambres puede ser una

posibilidad interesante...el Eter transmitirá la voz". Al principio sólo se consiguió transmitir pulsos grandes, los cuales se adecuaron para

transmitir código Morse, pero en 1905 Reginald Fessenden logró transmitir música y voz (modulando en amplitud).

En 1920 William P. Rutledge (Comisionado de la Policía de Detroit) inició el

proyecto de transmitir mensajes a los autos de la policía (Transmisión Simple en AM), durante seis años el comisionado y su equipo trataron de desarrollar un sistema práctico para transmitir voz con calidad satisfactoria, pero siempre fallaron, el punto de falla era el receptor, ya que en aquella época los receptores eran muy inestables y tenían baja sensibilidad, esto limitaba el área de cobertura.

64

1921 Transmisiones inalámbricas en la banda de 2 Mhz. En 1928 Robert L. Batts, estudiante de la Universidad de Pardue desarrolla el

receptor súper heterodino y fue la pieza final para completar el sistema de transmisión del comisionado Rutledge.

El 7 de abril de 1928 se presentó el primer sistema Simple de comunicaciones

móviles. En 1935 Edwin H. Armstrong presenta en Nueva York (después de muchos años de

investigación) un sistema de comunicaciones que utilizaba una nueva técnica de modulación: FM o Modulación en Frecuencia.

1940 Se asigna una banda de frecuencias para comunicaciones móviles de los 30 Mhz

a los 40 Mhz. 1946 Se depuran las técnicas de FM para mejorar la recepción en presencia de ruido

electrónico. 1946 Se agregan 6 canales más (BW=60 Khz c/u) en el rango de 150 MHz para

comunicaciones móviles. En 1946 se presenta el primer sistema de telefonía móvil comercial (San Luis

Missouri), STM (Sistema de Telefonía Móvil). 1947 Sistema móvil público en la carretera entre NY y Boston en el rango de 35 a 40

MHz . 1949 Se autorizaron 6 canales más para las portadoras de radio Comunes o

"Carriers". 1949 Se incrementó el número de canales de 6 a 11 y el BW se redujo a 30 KHz. 1950 Se asignan 12 canales más en la banda de 450 MHz. En 1971 AT & T presenta a la FCC el Servicio de Telefonía de Alta Capacidad

(posteriormente llamado Telefonía Celular o STMA, Sistema de Telefonía Móvil Avanzado).

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 los Estados Unidos mientras trabajaba para Motorola; pero no fue hasta 1979 en que aparece el primer sistema comercial en Tokio Japón por la compañía NTT (Corporación de telefonos y telégrafos de Japón).

En 1981 en los países Nórdicos se introduce un sistema celular similar a STMA). Por

otro lado, en los Estados Unidos gracias a que la entidad reguladora de ese país adopta


65

reglas para la creación de un servicio comercial de telefonía celular, en octubre de 1983 se pone en operación el primer sistema comercial en la ciudad de Chicago. A partir de entonces en varios países se diseminó la telefonía celular como una alternativa a la telefonía convencional alámbrica. La tecnología inalámbrica tuvo gran aceptación, por lo que a los pocos años de implantarse se empezó a saturar el servicio, por lo que hubo la imperiosa necesidad de desarrollar e implementar otras formas de acceso múltiple al canal y transformar los sistemas analógicos a digitales para darle cabida a más usuarios. Para separar una etapa de la otra, a la telefonía celular se ha clasificado por generaciones. A continuación se describen cada una de ellas.

La primera generación 1G La 1G de la telefonía móvil hizo su aparición en 1979, se caracterizó por ser

analógica y estrictamente para voz. La calidad de los enlaces de voz era muy baja, baja velocidad (2400 bauds), la transferencia entre celdas era muy imprecisa, tenían baja capacidad (basadas en AMDF) y la seguridad no existía. La tecnología predominante de esta generación es STMA.

Protocolos de Comunicaciones (1G):

♦ AMPS (Advanced Mobile Phone System) - U.S.A. Bell Labs ♦ AURORA 800 - Canadá ♦ TACS (Total Access Communications System) - Reino Unido, Italia, España,

Austria, Irlanda. ♦ NMT (Nordic Mobile Telephone) NMT-450 y NMT-900 - Países Escandinavos,

Sistema Nórdico. ♦ RC2000 (RadioCom) - Francia. ♦ C-450 - Alemania y Portugal. ♦ RTMS (Radio Telephone Mobile System) - Italia. ♦ NTT (Nippon Telephone and Telegram) - Japón. ♦ JTACS (Japan TACS) - Japón. ♦ NTACS (Nippon TACS) - Japón. ♦

Todos estos sistemas utilizan FM para modular la voz y FSK para el envío de datos y señalización.

La 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 son los sistemas de telefonía celular usados en la actualidad. Las tecnologías predominantes son: GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles); IS-136 (conocido también como TIA/EIA-136 o ANSI-136) y PDC (Personal Digital Communications), éste último utilizado en Japón.

66

Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan velocidades de información mas altas para voz pero limitados en comunicaciones de datos. Se pueden ofrecer servicios auxiliares tales como datos, fax y SMS [Short Message Service]. La mayoría de los protocolos de 2G ofrecen diferentes niveles de encriptación. En los Estados Unidos y otros países se le conoce a 2G como PCS (Personal Communications Services).

La tercer generación 3G La 3G es tipificada por la convergencia de la voz y datos con acceso inalámbrico a

Internet, aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos. Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan más altas velocidades de información enfocados para aplicaciones mas allá de la voz tales como audio (MP3), video en movimiento, video conferencia y acceso rápido a Internet, sólo por nombrar algunos. Se espera que las redes 3G empiecen a operar en el 2001 en Japón por NTT DoCoMo, en Europa y parte de Asia en el 2002, posteriormente en Estados Unidos y otros países. Entre las tecnologías contendientes de la tercera generación se encuentran STMU (Sistema de Telefonía Móvil Universal), IMT-2000, ARIB[3GPP], UWC-136, entre otras. El impulso de la internacionalización de las normas de la 3G está siendo apoyado por la UTI (Unión Internacional de Telecomunicaciones) y a este esfuerzo se le conoce como IMT-2000 (Telefonía Móvil Internacional).

La cuarta generación 4G La cuarta generación es un proyecto a largo plazo que será 50 veces más rápida en

velocidad que la tercer generación. Se planean hacer pruebas de esta tecnología hasta el 2005 y se espera que se empiecen a comercializar la mayoría de los servicios hasta el 2010.

La Radio Celular y la Distribución de Frecuencias. La radio celular corrige muchos de los problemas de los servicios de telefonía Móvil.

Los sistemas de radio celular, o telefonía celular, permiten que un gran número de usuarios compartan un número limitado de canales de uso común disponibles en una región.

Reutilización de Frecuencias: Es cuando el mismo conjunto de frecuencias (canales) se pueden asignar a más de una célula, siempre y cuando las células estén a cierta distancia de separación.

1974 La FCC agrega un BW de 40 MHz. adicionales para el servicio de radio celular

(825 a 845 MHz y 870 a 890 MHz.) Estaba banda había estado asignada los canales 70 a 83 de TV UHF.

1975 La FCC concede a la AT&T la primer licencia para operar un servicio de radio

celular, en desarrollo, en Chicago. La AT&T crea el Servicio de Telefonía Móvil Avanzado (STMA).


67

1976 La FCC concede al Servicio de Telefonía de Radio Americano (ATRA) la autorización para instalar un segundo sistema de desarrollo en el área de Baltimore -Washington D. C.

1983 (13 de octubre) El sistema celular de Chicago inició operaciones (AT&T).

Inicio oficial de la telefonía celular. 1984 - La AT&T se retira del negocio de operación de sistema celulares, el sistema

Bell instalado se dividió en 8 compañías diferentes. Y se crearon dos sistemas de Telefonía Celular (basados en la banda de 824 - 845 Mhz y 870 - 890 Mhz):

♦ Sistema A: Compañías Inalámbricas o Carriers. ♦ Sistema B: Compañías Alámbricas (servicio PSTN). La idea celular (Reutilización de frecuencias) es dividir el área de servicio en

pequeñas sub-áreas llamadas células. El área de cobertura de cada célula es pequeña, así que los transmisores, ubicados en

las estaciones base, son de baja potencia. La forma del área de cobertura de cada célula es hexagonal Una célula se define por: ♦ Tamaño Físico. ♦ Tamaño de la Población. ♦ Patrones de tráfico de la zona urbana. (La cantidad y el tamaño de las células no lo define la FCC o la COFETEL) Conceptos Básicos de la Radio Celular. ♦ Originalmente las áreas geográficas de cobertura las definió la FCC en base al

censo de 1980. Aunque actualmente no es así. ♦ Cada área geográfica se divide en celdas (células) Hexagonales, con esto la

cobertura es más efectiva. ♦ El tamaño y la cantidad de células se definen por:

• Tamaño del área geográfica de cobertura. • Tamaño de la población. • Patrones de Tráfico.

68

CAPITULO 6

SISTEMA CELULAR STMA (AMPS).

6.1 ANTECEDENTES El predecesor inmediato a AMPS es el servicio de telefonía móvil improvisado

(STMI). STMI es un sistema completamente bidireccional (full-duplex), y daba servicio en dos frecuencias de banda: 150 MHz (conocido como MJ) y 450 MHz (conocido como MK). El espacio entre las frecuencias bidireccionales es de cerca d los 5 MHz y el espacio de canal es de 25 MHz. EN el STMI la estación base (EB) esta usualmente localizada en un área geográfica alta con potencia de transmisión relativamente alta para asegurar un rango arriba de los 40 Km. Algunos sistemas implementaban sistemas de recepción remota para ayudar en la calidad y el rango de recepción de la señal del móvil a la EB. A esto se debe la enorme área de cobertura y la alta potencia de transmisión, STMI no es un servicio celular.

La señalización entre la EB y el móvil toma lugar por medio del uso de varios tonos

de audio. La señalización se puede dar por el encendido y apagado de un tono, o por la conmutación entre dos tonos. La EB usa 2,000 Hz y 1,800 Hz para la señal de estado inactivo y el estado de acceso, respectivamente. La EB usa 1,336 Hz para desconectar la señal, 1,633 Hz para conectar la señal y 2,150 Hz como una señal de supervisión.

Debido a la demanda para el servicio móvil terrestre en los principios de los 60’s, la

Comisión Federal de Comunicaciones (CFC) invitó a la industria a desarrollar un nuevo sistema telefónico móvil. AT&T responde con una propuesta en la cual las frecuencias podían ser “rehusadas” dentro de un sistema de células. Las estaciones móviles podrían atravesar el sistema de células, transferencia de llamada (cambiando la frecuencia) de célula a célula pero manteniendo la conexión.

6.2 REQUISITOS En la creación STMA, lo laboratorios Bell Telephone citaron como los mayores

objetivos del sistema un uso eficiente del espectro y disponibilidad general como metas del sistema. Obviamente, el mayor inconveniente del sistema STMI fue el uso ineficiente del espectro asignado. El rehúso de frecuencias provee los recursos para soportar un número de conversaciones simultáneas excediendo el número de canales de voz derivado de dividir simplemente el espectro asignado. La subdivisión de células, o agregar células entre las células existentes y el rehúso de frecuencias, puede teóricamente continuar por un largo tiempo antes de que el sistema este completamente limitado.

A finales de los 70’s, la CFC emitió licencias en Washington, D. C. y Chicago,

Illinois, para probar los sistemas para validar las especificaciones internas de STMA. Esta


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fase de validación precedió a los permisos de construcción otorgados para un sistema comercial por unos cuantos años. A mediados de los 80’s en casi todo Estados Unidos se prestaba el servicio.

6.3 INTERFASE AÉREA. La interfase de STMA (radiofrecuencia RF) es especificada generalmente por el

Instituto de Normas Nacional Americano, la Asociación de Industrias Electrónicas y la Asociación de Industrias de Telecomunicaciones.

La Figura 6.1 muestra el rango de frecuencias que ocupa STMA. Las bandas de la EB

para transmitir y recibir están separadas por 45 MHz. El espacio del canal es de 30 KHz, y a cada operador dentro de una área geográfica se le asigna exactamente la mitad de los canales disponibles (416) para control y voz. La banda de frecuencias B esta reservada para el operador de telefonía convencional y la banda de frecuencias A para el operador inalámbrico. Los canales en las bandas A’, A’’ y B’ son referidos como canales de espectro expandido, ya que estos fueron agregados después de la etapa de especificaciones y después de la introducción comercial de AMPS. La técnica de modulación para la voz del usuario es la modulación en frecuencia FM.

La banda A: 25 MHz 12.5 MHz Trayectoria directa o enlace de bajada

1.5 MHz Trayectoria inversa o enlace de subida 1.6

La banda B es igual, pero en diferentes frecuencias.

Figura 6.1 Reparto de la Banda celular en STMA.

70

Para cada enlace NES (10 MHz / 30 kHz) = 333 portadoras ES (2.5 MHz / 30 kHz) = 83 portadoras 333 + 83 = 416 canales donde 21 son de control, localización, administración y 395

de voz. Hay dos clasificaciones de los canales en STMA. Los canales de control son usados

por la EB y el móvil para intercambiar información relacionada con la estructura de la llamada. 21 canales son reservados en ambas bandas para la implementación de los canales de control. La EB siempre supervisa los canales de control cuando no hay estado de conversación y bloquea al más fuerte de estos y adquiere localización e información del móvil.

6.3.1 EL CANAL DE CONTROL CELULAR (CCC).

El CCC es un canal bidireccional completamente y se compone de ♦ CCD (Canal de Control Directo). ♦ CCI (Canal de Control Inverso). Hay 21 CCC en la banda A y 21 en la banda B, todas llevan información de datos. El CCD se transmite de la EB hacia el móvil para: 'voceo' o ubicación, asignación de

canal, etc. La transmisión de datos sobre el CCD se basa en: ♦ 28 bits de datos. ♦ Los datos se codifican en BCH (40, 28, 5). ♦ La palabra codificada es Tx en FSK ±8 kHz para 1 y 0. ♦ El ruido, la interferencia y el desvanecimiento reducen la capacidad del CCD. El CCI se transmite del móvil a la EB para originar llamadas, también se conoce

como canal de acceso, se basa en: ♦ 36 bits de control. ♦ Los datos se codifican en BCH (48, 36, 5). Durante el proceso de modulación en FSK se genera un número infinito de bandas

laterales, éstas se atenúan con un filtro, sin embargo, siempre queda presente un residuo, estas señales residuales provocan la interferencia de canal adyacente.

Señal transmitida: S1(t) = A Cos ( wo + ∆wo)t = 1 lógico


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S2(t) = A Cos ( wo - ∆wo)t = 0 lógico donde: wo es la frecuencia de la portadora sin modular.

Figura 6.2 Representación simbólica del canal de control mostrando las trayectorias directa e inversa (FOCC Y RECC).

Figura 6.3 Modulación FSK usada en el canal de control. Las frecuencias obtenidas debido a la modulación FSK es ±8 kHz, donde fo + 8 kHz representa 1 y fo + 8 kHz

representa 0.

6.3.2 DESCRIPCIÓN DEL CCD ♦ La velocidad de Tx es de 10 kbps. ♦ Empieza con una palabra de sincronía de 10 bits para sincronía de bit. ♦ Sigue una palabra de sincronía de 11 bits para sincronía de trama (frame) ♦ Después de la sincronía de trama siguen tres tipos de información:

• Secuencia A = NIM (sí bms = 0). • Secuencia B = NIM (sí BMS = 1).

72

• Bit Activo / inactivo (BAI); Activo = 0, Inactivo = 1. donde NIM = Número de identificación del móvil bms = bit menos significativo BMS = Bit Más Significativo El bit BAI va intercalado entre las palabras A-B, 1 bit BAI cada 10 bits de datos. Este

bit informa a todos los móviles el estado del CCI, el BAI señala si el CCI esta siendo ocupado actualmente o no para comunicarse con el sistema. La longitud de la trama es de 42.1 ms, el bit BAI se envía a 1 kbps. Este mecanismo reduce la probabilidad de choque en el CCI debido a que varios móviles tratan de acceder al sistema al mismo tiempo.

Otra información que es transmitida por el canal de control directo incluye: ♦ VMAC: el máximo nivel de potencia que un móvil puede usar cuando accede al

sistema sobre el CCI. El VMAC es fijado en cada célula y puede variar de célula a célula.

♦ CCD: el código digital de color de la EB es usado por el móvil en los intentos de acceso, la EB debe saber que la acción actual del móvil no es resultado del mensaje de control de co-canal.

♦ El número máximo de intentos autorizados por móvil para acceder al CCI durante un intento de acceso.

Figura 6.4 Estructura del canal de control directo CCD. ♦ Los parámetros relacionados con el registro, tales como la identificación del

sistema, el cual permite al móvil determinar si esta operando en un sistema local o en un sistema externo.


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Figura 6.5 Estructura del canal de control de mensajes.

T1T2 = 00 una palabra es enviada T1T2 = 10 múltiples palabras son enviadas CCD = 00, 01, 10, 11 Diferencia los canales de control co-canal CCS (SCC) = 00 - 5970 Hz, 01 - 6000 Hz, 010 - 6030 Hz, Código de Color del TAS NIM2 – Número de identificación del móvil, Número telefónico de 7 dígitos (24

bits); NIM1 – Código de área de 3 bits; NIM = NIM1 + NIM2 VMAC – Código de atenuación de voz del móvil (Control de potencia del móvil) CAC – Código de asignación de canales P – Bit de paridad Orden, OrdenQ - Describe 11 funciones, incluyendo alarma, desactivar, verificación,

registro.

Figura 6.6 Estructura de la cabecera del mensaje.

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OHD/CMAC – Es un código de 3 bits usado para controlar varias funciones como se describe en la Figura 6.6

REGID - (Registro de Identificación) consiste de una palabra de 20 bits que

representa el campo de registro de Identificación.

Figura 6.7 Estructura del canal de control inverso.

6.3.3 DESCRIPCIÓN DEL CCI

♦ La velocidad de Tx es de 0 kbps. ♦ Empieza con 48 bits de sincronía para sincronización de bit. ♦ Continúa con 5 palabras de 48 bits (A, B, C, D, E), cada una de ellas se repite 5

veces (redundancia). (3 palabras correctas de 5) ♦ Se codifica en BCH. ♦ Velocidad del paquete = 124.8 ms = 1248 bits / paquete.

6.3.4 CAPACIDAD DEL CANAL DE CONTROL

♦ Es un tema muy importante en comunicaciones celulares porque: • Hay un canal de control por sector (120°). • Tres canales de control por célula.

♦ Es importante identificar los factores que limitan la capacidad. ♦ El paquete del CCI se basa en una palabra de sincronía de 48 bits y ésta es seguida

por 5 palabras de 48 bits (cada una de ellas repetidas 5 veces), en total se Tx 1248 bits. Si la decisión de palabra correcta / incorrecta se basa en la obtención (recepción) de 3 palabras correctas de 5 palabras recibidas, la probabilidad de que 3 palabras de 5, sean correctas, es:

donde: WER = Razón de error de palabra (Word Error Rate). Cada palabra codificada se compone de 48 bits y el código es capaz de detectar 2

errores (norma EIA):


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donde: N = 48 i = 3, 4, ..., 48 BER = Razón de Error de Bit 0 ≤ WER BER ≤ 1 Como estamos hablando de un canal de radio celular, el BER depende de la relación

portadora a interferencia (C/I) y de la atenuación de Rayleigh:

De acuerdo a las especificaciones de la EIA; el bit activo / inactivo. Se debe mantener

ocupado por lo menos 30 ms después de la recepción de la última palabra enviada por el móvil. Si el móvil no puede completar la llamada dentro del tiempo de paquete CCI más 30 ms (TR + 30 ms), entonces se le da un tiempo adicional. Este proceso involucra un algoritmo de búsqueda hasta que se obtiene la palabra correcta. El tiempo promedio para lograr una llamada exitosa es:

donde: Tacq = tiempo promedio de adquisición TR = Tiempo de paquete CCI en ms. Dt = 30 ms PF = probabilidad de detección El término:

es el retraso del BAI (estado activo / inactivo), depende de C/I. ♦ El bit BAI (activo = 0, inactivo = 1) se inserta en el flujo de datos del CCD, un

bit BAI cada 10 bits (a 1 kbps). ♦ El bit BAI indica si el CCI está ocupado o no. ♦ La capacidad del CCI se degrada rápidamente para C/I ≤ 1 dB ♦ Para C/I ≥ 14 dB la capacidad del CCI es insensible o no se ve afectada por C/I. ♦ La capacidad del CC se degrada lentamente para 12 dB < C/I < 14 dB.

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♦ La capacidad efectiva del CCI es:

donde: Pd = 1 - PF = probabilidad de detección correcta TR = 124.8 ms constante Dt = 30 ms (mínimo)

Figura 6.8 Capacidad del CCI como función de C/I. Si no hubiera interferencia:

PF = 0, Pd = 1 ♦ Capacidad por hora = 23256 /hr., con retraso de BAI = 30 ms. ♦ Capacidad por hora = 11880 /hr., con retraso de BAI = 175 ms. En un ambiente con poca atenuación el retraso de BAI es el mismo = 30 ms. Tacq = tiempo de ocupación = 124.8 ms + 30 ms = 154.8 ms. La capacidad del CCI es la máxima


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En un ambiente con mucha atenuación el retraso de BAI es máximo = 175 ms. Tacq = tiempo de ocupación = 124.8 ms + 175 ms = 299.8 ms La capacidad del CCI es la mínima

Para obtener la capacidad del CCI y del CCD se utilizó el modelo que se muestra en

la Figura 6.9, donde se dividió el sistema en dos bloques: RF y banda base.

Figura 6.9 Modelo de evaluación del canal de control.

Tanto el CCD, como el CCI son contaminados por C/I: ♦ Ruido. ♦ Interferencia. ♦ Atenuación. Por lo tanto, la capacidad del CCD y del CCI depende de la C/I.

6.3.5 CAPACIDAD DE VOCEO DEL CCD El voceo o paging se interrumpe durante la asignación de canal, una vez cada Tacq.

Por lo tanto, las interrupciones de paging debido a la asignación de canal son: Interrupciones del voceo

donde: TF = 42.1 ms Tacq = TR + retraso de BAI Retraso de BAI = activo / inactivo TR = 124.8 ms Con un retraso de BAI de 30 ms mínimo y 175 ms máximo, la interrupción del voceo

debido a la asignación de canal variará entre: 14% y 27% del tiempo.

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De acuerdo a la EIA el mensaje de cabecera. 19% del tiempo ≤ interrupción del

voceo ≤ 32% del tiempo. Así, el CCI estará ocupado en funciones de voceo: 62% a 81% del tiempo

La capacidad del FOCC se puede expresar como:

♦ Cantidad de voceos originales:

♦ Tiempo ocupado en el voceo:

donde: pd es la probabilidad de una detección correcta y es función de C/I. En la Figura 6.10 se observa que: ♦ Para C/I ≤ 10 dB el CCI está bloqueado por la interferencia, no hay asignación de

canal (Figura 6.10) y por lo tanto, la interrupción del voceo es cero (Figura 6.10). EL número de voces es máximo.

♦ Conforme aumenta C/I, el CCI se libera y aumenta:

• Asignación de canales. • Interrupción del voceo, y se reduce la capacidad de voceo.

Por lo tanto, el desempeño del CCD es inversamente proporcional al desempeño del CCI.


79

Figura 6.10 Capacidad de asignación de canales del CCD como función de C/I. Los canales de voz son usados por la EB y el móvil para llevar información durante

el estado de conversación de una llamada. La frecuencia de cada uno de los 416 canales de cada banda se puede calcular con las

siguientes ecuaciones: Frecuencia de Tx = (0.03 N + 870) MHz NES = 0.03 (N - 832) + 870 MHz ES Frecuencia de Rx = (0.03 N + 825) MHz NES = 0.03 (N - 832) + 825 MHz ES donde N es l número de canal (N = 1, 2, 3,..., 832). De esta forma conociendo el

número de canal, se puede obtener su respectivo par de frecuencias (Tx/Rx).

Figura 6.11 Espectro STMA.

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Sistema Tipo BW (MHz) Número de Canales

A'' ES 1 33

A NES 10 333

B NES 10 333 A' ES 1.5 50

B' ES 2.5 83

Tabla 6.1 Números de los canales. La continuidad de enlace entre la EB y el móvil en un canal de voz es supervisada por

el TAS (Tono de Audio Supervisor), el cual es agregado a la señal de voz previa a la modulación de la portadora de radio frecuencia (RF). Hay tres TAS: 5970, 6000 y 6030 Hz. Las señales son generadas por la EB. El móvil escucha un TAS particular y, después de detectarlo, lo regenera de regreso a la EB. Ambos lados del enlace usan el TAS para conocer el estado de transmisión de la otra parte durante una llamada telefónica. Los transmisores de la EB son deshabilitados después de 5 segundos de ausencia de TAS.

La señalización entre la EB y el móvil toma lugar a través del tono de señal (TS) o de

la señalización de datos 10 Khz FSK. El TS es usado exclusivamente por el móvil para señalar:

♦ Desconectado (1.8 s de tono ininterrumpido). ♦ Petición para enviar dígitos marcados (400 ms de tono ininterrumpido). ♦ Reconocimiento de orden de transferencia de llamada (50 ms de tono

ininterrumpido). ♦ Alerta (tono continuo, retiro de tono en la condición de apagado). La señalización de datos 8 KHz FSK es usada como el método exclusivo de la

transmisión de datos en el canal de control y para todos los métodos de mensajería en el canal de tráfico

6.4 ESPECIFICACIONES DEL MÓVIL. En STMA los móviles están clasificados de acuerdo a su máxima potencia radiada

efectiva (PRE). Cada móvil puede ser puede estar a un nivel de potencia dentro de un rango de operación de distintos niveles; sin embargo, el móvil no puede radiar más potencia de la permitida para su tipo. Los niveles de potencia están separados cada 4 dB. La Tabla 6.2 lista los rangos de los niveles de potencia. Un buen ingeniero siempre diseña sus sistemas (por ejemplo; el tamaño máximo de las células) para la más baja potencia de la clase de móvil que esperan sea usada dentro del sistema.

Cada móvil es identificado por dos números únicos. El primer número es el NIM, el

cual es una representación binaria codificada de 34 bits del número telefónico del móvil. Este número es usualmente programado dentro del móvil cuando un suscriptor inicia su servicio con operador celular particular. El segundo número es el NSE (Número de Serie Electrónico), el cual es un número binario de 32 bits que es programado dentro del móvil


81

en la fábrica al momento de ser fabricado que únicamente identifica el equipo. El número es programado de forma tal que este no pueda ser alterado o borrado. EL NSE contiene un número serial de 18 bits y un código de fabricante de 8 bits.

PRE Nominal Nivel de potencia del

móvil Clase I Clase II Clase III 0 4.000 1.600 0.600 1 1.600 1.600 0.600 2 0.600 0.600 0.600 3 0.250 0.250 0.250 4 0.100 0.100 0.100 5 0.040 0.040 0.040 6 0.016 0.016 0.016 7 0.006 0.006 0.006

Tabla 6.2

La marca de clase de estación (MCE) de un móvil indica el PRE máximo que el

móvil puede rendir, así como la capacidad del móvil considerando la transmisión discontinua y el rango de la frecuencia de operación.

Transmisión discontinua (DTX) es el termino usado para describir un modo de

operación en el cual el rendimiento de la potencia de transmisión del móvil es una función de la actividad de conversación por parte del usuario. DTX no puede ser usado por el móvil a menos que este sea autorizado por el sistema. Dos bits en la cabecera del mensaje del canal de control de STMA indican permiso de DTX en el sistema.

6.5 RED STMA.

Figura 6.12 Red STMA

82

Como se describe en la Figura 6.12, La red STMA hace uso de la red RTPC junto con la CTC, equipo de EB e interconexiones entre estos módulos1. Se muestran los posibles elementos y las posibles interconexiones. Muchos fabricantes ofrecen opciones que permite a sus clientes escalar la configuración de sus sistemas para cubrir la demanda de suscriptores esperada.

Muchos sistemas STMA pueden ser interconectados por la norma conocida como IS-

41. Esta norma especifica comunicaciones entre sistemas idénticos y las interrumpe entre sistemas celulares diferentes a nivel CTC. Entre las mejores características de IS-41 están transferencia de llamadas entre sistemas y seguimiento de llamadas. 6.5.1 LA CENTRAL DE TELEFONÍA CELULAR (CTC).

El principal propósito de la CTC, mostrado con más detalle en la Figura 6.13, es

proveer una trayectoria de conexión de voz entre un móvil y una línea fija o entre dos móviles. La CTC está compuesta de elementos computacionales que controlan la conmutación de funciones, control de llamadas, interfase de datos y bases de datos de los usuarios. La CTC esta usualmente basada en la RTPC.

Figura 6.13 Típica central de telefonía celular de STMA

Con respecto a la RTPC, La CTC debe ser capaz de comunicar información de

control, por ejemplo, señal de canal común y conexiones de conmutación de audio o PCM. El control de llamadas para las conexiones RTPC usualmente toman la forma de una máquina de estados implementada por microprocesadores.

El proceso de una llamada celular realizada por la CTC varía según los fabricantes.

Para las llamadas tierra-móvil, la CTC debe traducir el dígito marcado en la RTPC a un NIM e iniciar la localización en las áreas donde se espera encontrar al móvil. Para llamadas 1 Las especificaciones del fabricante siempre están dadas para las configuraciones de las redes individuales STMA. Esto es debido al hecho de que STMA solamente especifica la interfase aérea. Note que STMA fue desarrollado antes que sistemas como GSM que especifico sus elementos de red y sus interfaces.

Mantenimiento celular

Computadoras de control celular

Equipo de comunicación serial CTC/EB

Conmutador espacio-tiempo

Mantenimiento del conmutador

Computadoras de control de conmutación

Cuenta, estadísticas y almacenamiento del CPI

Canal común de señalización RTPC

RTPC PCM/Audio

PCM/Audio a/de EB

Señal de control celular a/de EB


83

móvil-tierra, la CTC debe interpretar los dígitos marcados por el móvil e iniciar una línea de acceso hacia la RTPC. En la transferencia de llamadas, la CTC puede ser responsable de la determinación de células adyacentes para la demanda de mediciones e implementar un algoritmo para determinar la mejor célula para el objetivo de la transferencia de llamada. Entonces la CTC es iniciada y maneja la secuencia de eventos que terminan con un exitoso arribo del móvil a la célula designada.

Las características típicas de una llamada usualmente disponibles en STMA incluyen:

♦ Conferencia tres a la vez. ♦ Transferencia al no haber respuesta. ♦ Marcación rápida. ♦ Transferencia de estado ocupado. ♦ Llamada en espera.

6.5.2 CONFIGURACIÓN DE LA EB.

Figura 6.14 Configuración de la EB modo-dual basado en radio modo-dual (análogo y

digital).

De la Figura 6.14 las asignaciones de frecuencia en cada radio se realizan durante la ingeniería de sitio de célula. No se pueden hacer cambios de manera dinámica.

Todo el proceso es controlado y supervisado por el sistema inteligente residente en la

CTC.

84

6.6 STMA (MÉTODO DE ACCESO, ASIGNACIÓN DE FRECUENCIAS, CANALES Y PROCESAMIENTO DE LLAMADAS).

El sistema STMA es un sistema de comunicación totalmente bidireccional cuyas

principales características ya fueron presentadas en secciones anteriores de este mismo capítulo, a continuación sólo se presentan estas características:

♦ Enlace directo: de la EB al móvil:

• Canal de control directo. • Canal de tráfico directo.

♦ Enlace inverso: del móvil a la EB: • Canal de control inverso. • Canal de tráfico inverso. •

El receptor local para localizar móviles dentro de una célula o un sector. Este radio como un receptor examinando donde la transmisión es desactivada. Este es usado para medir el IFSR para determinar las células candidatas para realizar el proceso de transferencia de llamada.

Los canales de control son usados para la asignación de canales y para señalización Los canales de tráfico son usados para la comunicación de voz.

Figura 6.15 Sistema de telefonía móvil avanzada (STMA): transferencia de llamada.

6.6.1 MÉTODO DE ACCESO. En el STMA se usa AMDF el acceso múltiple por división de frecuencia. ♦ Cada usuario tiene una frecuencia de la radio separada. ♦ El receptor de la radio recupera al usuario, ignora otros.

• AMDF es el método más viejo y más familiar.


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♦ Usado en cada aplicación de la radio en la historia: • Transmisión, de radio bidireccional tierra-móvil, etc., • Usado en la transmisión del teléfono analógico viejo.

♦ Inherentemente analógico (la frecuencia es una variable analógica)

Figura 6.16 AMDF.

6.6.2 PROCESAMIENTO DE LAS LLAMADAS.

La comunicación entre la EB y el móvil se basa en un protocolo especial de procesamiento de llamadas, el cual se describe en la norma IS-54. Esta norma describe, básicamente, el protocolo para cada uno de estos tipos de llamadas:

1. RTPC a móvil. 2. Móvil a RTPC. 3. Móvil a móvil. 4. Transferencia de llamada. En cada banda hay 395 canales de voz y 21 de control, como se puede ver en la

Figura 6.17, los 42 canales de control están localizados entre la banda A y la B.

Figura 6.17 Ilustración de la posición relativa de los canales de control y de voz. Llamada de tierra a móvil (RTPC-móvil). Al encender el móvil, rastrea los 21 canales de control (Figura 6.18a) y selecciona

('locks on') el más 'fuerte' (Figura 6.18b), usualmente es el más cercano (la EB más cercana).

86

♦ El móvil examina el CCD buscando un posible mensaje de voceo. ♦ Si el móvil reconoce que el voceo es para él, espera hasta que 1 bit activo /

inactivo cambie a 'inactivo' y después responde al mensaje de voceo para indicar su presencia. (El bit activo / inactivo se utiliza para coordinar y controlar el uso de un solo canal de control por varios canales de voz).

♦ El sistema envía la orden de sintonía y el número de canal de voz al que debe sintonizarse.

♦ El móvil manda un 'reconocimiento' sobre el CCI y calcula la frecuencia correspondiente utilizando las ecuaciones de las frecuencias de Rx y Tx.

♦ El móvil se sintoniza al canal asignado (Figura 6.18c).

Figura 6.18 Proceso básico de una llamada.

Llamada de móvil a tierra. Arranque o inicialización de la unidad móvil.

Si el voceo no es para el móvil: ♦ El usuario marca el número y presiona la tecla SEND. ♦ El móvil espera a que el bit activo / inactivo esté en 'inactivo' y envía una

solicitud de acceso sobre el CCI.


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♦ El sistema asigna un canal de voz sobre el CCD. ♦ El móvil manda un 'reconocimiento' sobre el CCI, calcula la frecuencia asignada

y se sintoniza a ella. ♦ Empieza la conversación. Llamada de móvil a móvil. Arranque o inicialización de la unidad móvil. Si el voceo no es para el móvil: ♦ El usuario marca el número y presiona la tecla SEND. ♦ El móvil 1 espera a que el bit activo / inactivo entre el estado de 'inactivo' y envía

una solicitud de acceso sobre el CCI. ♦ El Sistema vocea al móvil 2 (el cual está en modo inactivo, 'enganchado' al canal

de control más fuerte en otra célula). ♦ El móvil recibe el voceo sobre el CCD y responde sobre el CCI. ♦ El sistema asigna un canal de voz a cada móvil. ♦ Los dos móviles mandan el 'reconocimiento' sobre sus respectivos CCI, calcula la

frecuencia del canal asignado y se sintoniza a sus respectivos canales calculados. ♦ La conversación empieza. Transferencia de llamada.

Figura 6.19 Transferencia de llamada.

88

♦ La transferencia de llamada es el proceso de cambiar de frecuencia. ♦ Su principal propósito es asignar una nueva frecuencia cuando el móvil entra a

una célula vecina. ♦ Cada canal activo es muestreado por un receptor local, localizado en cada célula. ♦ La fuerza de la señal recibida es reportado a la CTC. ♦ La CTC determina a donde hacer la transferencia de llamada. La EB remueve el TAS, indicando que una asignación de canal es inminente. La EB

cambia momentáneamente el esquema de modulación de FM a FSK y cambia el canal de voz análogo a un canal digital, similar a un canal de control.

Una nueva asignación de canal toma lugar (canal de voz) sobre el CVD (actuando

como un canal de control). El móvil hace un reconocimiento sobre el CVI actuando como un CCI. El móvil calcula la frecuencia correspondiente y se sintoniza a ella. La conversación

continua con una pequeña interrupción de 100 ms a 200ms. Polarización de la transferencia de llamada (Hand-off bias).

Figura 6.20 Polarización de la transferencia de llamada La polarización de la transferencia de llamada es usada para seleccionar una celda

sobre otra. La polarización de la transferencia de llamada es una herramienta importante que puede ser usada para desviar el tráfico de una celda ocupada a una celda no ocupada. También ayuda a reducir transferencias innecesarias

Procesando una transferencia de llamada. El proceso de transferencia de llamada tiene varias etapas ♦ de medición ♦ de disparo o activación ♦ de proyección


89

♦ de selección ♦ de ejecución. Etapa de ejecución. En esta etapa se realiza el proceso de asignación de canal desde la célula candidata

final. Y notifica al móvil para que sintonice la nueva frecuencia. Etapa de disparo o activación. En un sistema celular totalmente desarrollado hay más células y por lo tanto el

proceso de disparo es más complejo debido a que hay muchas células adyacentes. Por ejemplo, para N = 7 hay 6 vecinos.

Figura 6.21 Concepto básico de activación de transferencia de llamada. Recuérdese que cada célula tiene su respectivo UTLL (Umbral de Transferencia de

Llamada), así, si el IFSRA UTLLA, se enviarán órdenes (del CTC) a los Receptores Locales de las células que cumplan:

IFSRA < UTLLA Pero no a las células en las que: IFSRA > UTLLA En el peor de los casos el UTLL se define con 6 vecinos: { UTLL AB, UTLLAC, UTLLAD, UTLLAE, UTLLAF, UTLLAG} El valor de IFSRI que dispara la transferencia de llamada es:

90

Disparo IFSR (UTLLA) = máx. { UTLLAB, UTLLAC, UTLLAD, UTLLAE, UTLLAF, UTLLAG}

Figura 6.22 IFSR contorno para un disparo de transferencia de llamada en un ambiente multicelular.

Etapa de proyección: Histéresis: Proyección es el proceso de analizar el conjunto de célula vecinas, para obtener de ahí

un conjunto de células candidatas. Generalmente se basa en las mediciones del IFSR, pero también toma en cuenta un factor adicional llamado histéresis, el cual previene una posible 'oscilación' de la transferencia de llamada conocida como efecto ping-pong.

La histéresis es un valor diferencial de IFSR (DIFSR) aplicado durante la etapa de

proyección (Figura 6.23), en esta figura se muestra la histéresis para dos células (A y B). La célula A es la célula de servicio para el móvil A y la célula B para el móvil B. Si el móvil A se dirige a la célula B, al aplicar la histéresis, el móvil A no es elegible para un hand-off de la célula A a la B, hasta que el ISFR del móvil A, en la célula B, sea más fuerte que el IFSR del móvil A en la célula más una cantidad HystAB:

IFSRB > UTLLA + HystAB La histéresis es un 'desplazamiento' artificial en el IFSRA, el cual previene al móvil de

regresar a la célula en otra transferencia de llamada de B a A. Para el móvil B se aplica la misma lógica: IFSRA > UTLLB + HystBA El valor de histéresis se mide en decibeles y: ♦ depende del ambiente de propagación. ♦ 3 dB < Hyst. < 5 dB ♦ Hay un compromiso al fijar el valor, porque:

• Un valor muy grande 'retrasaría' mucho el hand-off.


91

• Un valor muy pequeño no importaría nada y generaría una excesiva actividad en el Receptor Local debido al efecto ping-pong, provocando excesiva actividad en el CTC.

Figura 6.23 Disparo de la transferencia de llamada mostrando el uso de histéresis.

6.7 EL CANAL DE VOZ, EL TAS, EL TS Y EL RECEPTOR LOCAL EN STMA. 6.7.1 EL CANAL DE VOZ.

En FM: ♦ La portadora de alta frecuencia, C(t), varía de acuerdo con la señal modulante de

baja frecuencia, m(t) y se produce la señal portadora modulada S(t). ♦ En el proceso de modulación en FM (mover la portadora C(t) hacia atrás y hacia

delante de su frecuencia original wc) se generan bandas laterales con las siguientes frecuencias: • (fc ± fm) • (fc ± 2fm) ... etc.

donde: fm es la frecuencia de la señal modulante m(t). ♦ Para una señal modulante de tono único, m(t), cada banda lateral generada está

separada de su vecino por una cantidad igual a la frecuencia de la señal modulante, fm.

92

♦ Después de la modulación, parte de la potencia de la señal portadora es distribuida entre las bandas laterales, ver Figura 6.26. Las bandas laterales adyacentes (más cercanas a wc) toman parte de la potencia.

♦ Las bandas laterales de más alto orden son más débiles (toman menos potencia de la portadora) y por lo tanto, son atenuadas (casi eliminadas) por medio de filtros de post-modulación. Por esta razón los canales adyacentes pueden coexistir con un nivel aceptable de interferencia, C/I.

Figura 6.24 Frecuencia modulada (FM).

♦ Una señal modulante de baja intensidad (bajo voltaje) toma menos energía de la portadora y generará pocas bandas laterales.

♦ Una señal modulante de alta intensidad (voltaje grande) toma más energía de la portadora y generará muchas bandas laterales.

Figura 6.25 FM de banda lateral.


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Figura 6.26 Potencia de FM de banda lateral debida a una señal modulante débil y a una fuerte.

El ancho de banda de Tx en FM depende de: ♦ El voltaje de la señal modulante. ♦ La frecuencia de la señal modulante. Por lo tanto, es necesario controlar el voltaje y frecuencia de la señal modulante para

mantener el espectro de potencia dentro de los 30 kHz de BW de Tx. FM es usado por STMA en los canales de voz.

Figura 6.27 FM es usado por STMA en los canales de voz.

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Dos señales modulan simultáneamente el canal de voz celular de STMA ♦ La forma de onda de la voz del usuario

• Compleja, muchas frecuencias aproximadamente 300Hz to 3500 Hz. • Desviación de pico limitada a ±12 kHz.

♦ Tono de Audio Supervisor (TAS). • Frecuencia del tono 5970, 6000, o 6030 Hz. • Desviación pico puesta a ± 2.0 kHz.

La FM resultante esta compuesta de señales que se ajustan dentro de los 30 kHz asignados al ancho del canal. El tono de señal a 10 kHz con ± 8 kHz de desviación también es transmitido en ráfagas ocasionales para llamar al control

6.7.2 EL TONO DE AUDIO SUPERVISOR

El TAS es Tx: ♦ Sobre el CVD (EB a móvil) ♦ Sobre el CVI (Móvil a la EB) El objetivo del TAS es indicar la continuidad de una llamada. ♦ La pérdida del TAS indica:

• Terminación de una llamada. • Transferencia de llamada.

♦ Sólo hay tres frecuencias de TAS: 5970 Hz, 6000 Hz, 6030 Hz. ♦ Cada TAS es asignado a un 'grupo' de células de tal manera que el mismo TAS

no sea asignado a un canal reutilizado. Las frecuencias del TAS distinguen sitios co-canal.

♦ A cada EB se la asigna un TAS. ♦ El TAS se Tx sobre el canal de voz. ♦ El móvil Rx el TAS y lo retransmite a la EB. ♦ El TAS es continuo durante cada llamada. ♦ Si el SAT es distinto a CCT (Código de Color TAS), se silencia la voz (implica

que esa señal Rx no es de esa célula o grupo). ♦ Si el TAS es inválido el Tx se apaga. ♦ Si no se recibe un TAS válido en 5 seg., se apaga el Tx.

6.7.3 EL TONO DE SEÑALIZACIÓN TS

♦ El móvil Tx el TS (10 kHz) sobre el CVI. ♦ Indica un 'reconocimiento' a algunos comandos recibidos de la EB. ♦ Una ráfaga de TS de 50 ms indica un reconocimiento de transferencia de llamada.


95

6.7.4 TRANSMISIÓN DE DATOS SOBRE EL CANAL DE VOZ

Figura 6.28 Estructura de la trama del canal de voz durante la transferencia de llamada.

♦ Ocurre durante la transferencia de llamada. ♦ Se utiliza para Tx datos de asignación de canal. ♦ La voz, el TAS y el TS son silenciados. ♦ Se utiliza FSK con ± 18 kHz de desviación (igual que el canal de control) ♦ La velocidad es de 10 kbps. ♦ Se Tx 40 bit's de datos (word) codificados en BCH. ♦ El hand-off dura aproximadamente 200 ms. ♦ En el CVD la palabra se repite, se Tx, 11 veces. ♦ En el CVI la palabra se repite, se Tx, 5 veces. Estas dos últimas características, son para asegurar que se reciban los datos, ya que al

estar el móvil en la región de transferencia de llamada, la señal es débil.

96

6.7.5 EL CANAL DE LOCALIZACIÓN EN STMA (RECEPTOR LOCAL). Cada canal de voz es 'muestreado' por un detector' receptor, conocido como:

''Receptor Local de Canal'' (RL).

Figura 6.29 El mecanismo de receptor de canal local de STMA localizado en cada célula o sector El transmisor es desactivado de cada radio local.

♦ El Receptor Local se ubica en la EB. ♦ Al recibir un comando del CTC, los RL supervisan las unidades móviles y miden

sus respectivas intensidades de señal (IFSR), detectan la presencia del TAS. ♦ Los RL juegan un papel muy importante en el proceso de transferencia de

llamada ya que: reportan al CTC las IFSR detectadas. Con estos reportes el CTC: • Determina la ubicación y dirección de movimiento de un móvil. • Instruye al móvil a sintonizarse a la frecuencia de una célula adyacente. • La ausencia del TAS indica transferencia de llamada o llamada caída.

♦ Las actividades del RL también se conocen como ''supervisión de llamadas''. ♦ El RL está activo durante toda la duración de llamada de cada móvil, por lo tanto,

está sujeto a límites en su capacidad. ♦ La cantidad de mensajes debido a las transferencias de llamadas (actividad del

RL), podría superar la capacidad del RL y saturarlo, esto ocasionaría llamadas caídas (en transferencias de llamadas), por lo tanto sería necesario agregar otro RL en la EB.

♦ Antes de agregar otro RL, es necesario analizar a fondo la capacidad del actual.


97

CAPITULO 7

SISTEMA MOVIL GLOBAL SMG (GSM) 7.1 UN POCO DE HISTORIA DEL SMG.

La historia la podemos situar en 1982 cuando la Conferencia de Administraciones de

Correos y Telecomunicaciones de Europa, (CEPT) tomó dos decisiones. La primera fue, establecer un equipo con el nombre de Grupo Especial Móvil

(Groupe Special Mobile,) de aquí viene la abreviatura GSM, que desarrollaría un conjunto de estándares para una futura red celular de comunicaciones móviles de ámbito pan-europeo.

La segunda fue recomendar la reserva de dos sub-bandas de frecuencias próximas a

900 Mhz para este sistema. Estas decisiones fueron tomadas para tratar de solventar los problemas que habían creado el desarrollo descoordinado de sistemas móviles celulares individualmente en los diferentes países de la CEPT y que eran incompatibles.

Dos de estos problemas eran, el no poder disponer de una misma terminal al pasar de

un país al otro y el otro el no disponer de un mercado propio suficientemente extenso que dificulta una industria europea de sistemas móviles competitiva a nivel mundial.

En 1984 empieza a surgir otro factor adicional, los sistemas celulares de la primera

generación, y en particular en los países del norte de Europa, experimentan una aceptación y penetración en el mercado extraordinariamente superior a la prevista.

En 1986 las cifras indicaban la saturación de la capacidad de estos sistemas para

principio de la década de los 90. Ante esto surgió la tentación de utilizar parte de las sub-bandas de frecuencias destinadas al GSM como ampliación de las usadas por los sistemas móviles celulares de primera generación. (sistema 900)

En consecuencia la Comisión de las Comunidades Europeas emitió una Directiva en

la que reservaban dos sub-bandas de frecuencias en la banda de 900 Mhz, para el sistema pan-europeo, que empezaría a funcionar en 1991, pero más pequeñas que las recomendadas por la CEPT. Asimismo contemplaba que las frecuencias en estas sub-bandas que estuvieran siendo utilizadas por sistemas móviles celulares de la primera generación (analógicos), deberían abandonarlas en los próximos diez años (o sea hasta el 2001), que es la vida que les queda a los TMA (teléfonos móviles analógicos).

Mientras tanto los miembros del GSM realizaban excelentes progresos en el

desarrollo y acuerdo de estándares.

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Se adoptó la decisión de que el sistema sería digital, en lugar de analógico lo que redundaría en mejorar la eficiencia espectral, mejor calidad de transmisión, posibilidades de nuevos servicios y otras mejoras como la seguridad.

También permitiría la utilización de tecnología VLSI, pudiendo fabricar terminales

móviles más pequeños y baratos, y en definitiva el uso de un sistema digital complementaría el desarrollo de la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) con la que GSM debe tener una interfase.

Se siguieron haciendo progresos y el 7 de septiembre de 1987 trece operadores de red

europeos formaron un MoU (Memorandun of Understanding) para continuar con el proyecto y lanzarlo el 1 de julio de 1991.

Esto fue seguido con la invitación simultanea hecha el 29 de febrero de 1988 a todos

los operadores de red involucrados en el sistema. Pronto se dieron cuenta de que había más problemas de los previstos. Por lo que se

acordó que se efectuaría el desarrollo de la especificación en dos fases. Además la implantación en términos geográficos se vislumbró que debía realizarse en

fases, empezando por ciudades importantes y aeropuertos y se seguiría con autopistas, calculando que se tardarían años en lograr un servicio completo a todo Europa.

En 1988 se inició una intensa actividad en pruebas de validación particularmente en

relación con el interfase radioeléctrico. Como resultado se ajustaron ligeramente las especificaciones GSM y se pudo

comprobar que el sistema funcionaría. No se alcanzó la fecha acordada de 1 de julio de 1991 para el lanzamiento comercial

del sistema GSM. A ello contribuyeron el retraso del desarrollo y acuerdo de pruebas de certificación, la necesidad de modificar algunas especificaciones GSM ya que la complejidad técnica del desarrollo de terminales portátiles se tardó en resolver más de lo previsto. Fue en junio de 1992 cuando aparecieron los portátiles de mano.

El servicio comercial del sistema GSM llegó en 1992, si bien el tamaño de las áreas

de cobertura y el número de usuarios era bastante dispar. Las redes que estaban funcionando se basaban en las especificaciones de la fase 1 y no todos los servicios contemplados en la fase 1 estaban disponibles.

A finales de 1993 el número de operadores que habían firmado el MoU había

aumentado de trece a cuarenta y cinco, entre los que estaban la mayor parte del mundo excepto América del Norte y Japón.

Treinta redes GSM estaban en servicio con cerca de un millón de abonados en todo el

mundo.


99

A finales del 1994 el número de miembros del MoU había crecido a 102 operadores de red y Administraciones reguladores de Telecomunicaciones de 60 países.

El mercado de redes y equipamientos GSM se ha extendido más allá de las fronteras

de Europa occidental. Europa del Este, la Commomwealth, Oriente, Asia, Africa y Oceanía son áreas donde existen sistemas GSM operativos. Actualmente la mayor parte de los firmantes del MoU no pertenecen a países europeos. Esta amplitud del mercado es la razón por la que las siglas GSM han tomado otra acepción Sistema Global para Comunicaciones Móviles SGM (Global System for Mobile Comunications GSM) que es diferente de la original de 1982.

7.2 CARACTERISTICAS DEL SISTEMA GSM. El sistema GSM permite la conexión con la red conmutada (RTPC) y con la RDSI

(Red de servicios digitales integrados) y permite ofrecer al usuario telefonía, transmisión de datos (hasta 9.600 bit/s), facsímil del grupo III, conexión a sistemas de correo electrónico (X-400) y envío de mensajes cortos (alfanuméricos) que permite tanto su envío como su recepción desde un terminal móvil, leyéndolos en este último caso en el visor correspondiente.

Soporta igualmente otras prestaciones adicionales, como son, desvío de llamada,

restricciones de llamadas entrantes o salientes, conferencias a tres, llamada en espera y otras más.

El móvil a su vez, ofrece prestaciones adicionales como marcación abreviada,

repetición del último número marcado, bloqueo del terminal, etc. El tema de la seguridad ofrece en este servicio novedades importantes respecto a los

actuales (TMA), el uso de tarjeta de usuario para la autentificación de la validez de la llamada; encriptado, que facilita una confidencialidad total (voz, datos e identidad del abonado) e imposibilidad de utilización de equipos robados mediante la asignación previa de un número de serie a cada estación móvil.

En su componente radio se utiliza la banda de frecuencias de 900 Mhz con el método

de acceso múltiple por división de tiempo (AMDT) que proporciona ocho canales telefónicos en una misma portadora y una codificación de voz a 13 Kbps, destinándose un octavo de tiempo a cada canal. Esta prevista para un futuro una codificación de voz a velocidad media, lo que permitiría la utilización de 16 canales por portadora.

7.2.1 ACCESO A SISTEMAS TRUNCADOS

Vamos a ver varias formas de acceso a la interfaz de radio de una forma intuitiva. Si el número de canales disponibles para todos los usuarios de un sistema de radio es

menor que el número de posibles usuarios, entonces a ese sistema se le llama sistema de radio truncado. El truncamiento es el proceso por el cual los usuarios participan de un determinado número de canales de forma ordenada. Los canales compartidos funcionan

100

debido a que podemos estar seguros que la probabilidad de que todo el mundo quiera un canal al mismo tiempo es muy baja. Un sistema de telefonía celular como GSM es un sistema de radio truncado, porque hay menos canales que abonados que posiblemente quieran usar el sistema al mismo tiempo. El acceso se garantiza dividiendo el sistema en uno o más de sus dominios: frecuencia, tiempo, espacio o codificación.

Acceso Múltiple por División de Frecuencia (AMDF) AMDF es la manera más común de acceso truncado. Con AMDF, se asigna a los

usuarios un canal de un conjunto limitado de canales ordenados en el dominio de la frecuencia. Los canales de frecuencia son muy preciados, y son asignados a los sistemas por los cuerpos reguladores de los gobiernos de acuerdo con las necesidades comunes de la sociedad. Cuando hay más usuarios que el suministro de canales de frecuencia puede soportar, se bloquea el acceso de los usuarios al sistema. Cuantas más frecuencias se disponen, hay más usuarios, y esto significa que tiene que pasar más señalización a través del canal de control. Los sistemas muy grandes AMDF frecuentemente tienen más de un canal de control para manejar todas las tareas de control de acceso. Una característica importante de los sistemas AMDF es que una vez que se asigna una frecuencia a un usuario, ésta es usada exclusivamente por ese usuario hasta que éste no necesite el recurso.

Acceso Múltiple por División en el Tiempo (AMDT) AMDT es común en los sistemas de telefonía fija. Las últimas tecnologías en los

sistemas de radio son la codificación de la voz y la compresión de datos, que eliminan redundancia y periodos de silencio y decrementan el tiempo necesario en representar un periodo de voz. Los usuarios acceden a un canal de acuerdo con un esquema temporal. Aunque no hay ningún requerimiento técnico para ello, los sistemas celulares, que emplean técnicas AMDT, siempre usan AMDT sobre una estructura AMDF. Un sistema puro AMDT tendría sólo una frecuencia de operación, y no sería un sistema útil.

AMDT es un concepto bastante antiguo en los sistemas de radio. En los sistemas modernos celulares y digitales, TDMA implica el uso de técnicas de

compresión de voz digitales, que permite a múltiples usuarios compartir un canal común utilizando un orden temporal. La codificación de voz moderna, reduce mucho el tiempo que se lleva en transmitir mensajes de voz, eliminando la mayoría de la redundancia y periodos de silencio en las comunicaciones de voz. Otros usuarios pueden compartir el mismo canal durante los periodos en que éste no se utiliza. Los usuarios comparten un canal físico en un sistema AMDT, donde están asignadas unas ranuras de tiempo. A todos los usuarios que comparten la misma frecuencia se les asigna una ranura de tiempo, que se repite dentro de un grupo de ranuras que se llama trama. Una ranura GSM es de 577 µs, y cada usuario tiene uso del canal (mediante su ranura) cada 4.615 ms (577 µs 8 = 4.615 ms), ya que en GSM tenemos 8 ranuras de tiempo.


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Acceso Múltiple por división del Espacio (AMDE) AMDE se usa en todos los sistemas celulares, analógicos o digitales. Por tanto, los

sistemas celulares se diferencian de otros sistemas de radio truncados solamente porque emplean AMDE. Los sistemas de radio celulares, permiten el acceso a un canal de radio, siendo éste reutilizado en otras celdas dentro del sistema. El factor que limita AMDE es el factor de reutilización de frecuencia (interferencia co-canal).

Acceso Múltiple por Saltos de Frecuencia (AMSF) AMSF es un sistema de acceso múltiple digital, en el cual, las frecuencias de las

portadoras de los usuarios individuales se varían de forma pseudoaleatoria dentro de un canal de banda ancha. Los datos digitales se dividen en ráfagas de tamaño uniforme que se transmiten sobre diferentes portadoras.

7.2.2 OPERACIONES DUPLEX

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

Dúplex por División en Frecuencia (FDD) Debido a que es difícil y muy caro construir un sistema de radio que pueda transmitir

y recibir señales al mismo tiempo y por la misma frecuencia, es común definir un canal de frecuencia con dos frecuencias de operación separadas, una para el transmisor y otra para el receptor. Todo lo que se necesita es añadir filtros en los caminos del transmisor y del receptor que mantengan la energía del transmisor fuera de la entrada del receptor. Se podría usar una antena común como un sistema de filtrado simple. Los sistemas de filtrado se llaman duplexores y nos permiten usar el canal (par de frecuencias) en el modo bidireccional; es decir, el usuario puede hablar y escuchar al mismo tiempo.

Dúplex por División en el Tiempo (TDD) Muchos sistemas de radio móviles, como los sistemas de seguridad públicos, no

requieren la operación full-dúplex. En estos sistemas se puede transmitir y recibir en la misma frecuencia pero no en el mismo tiempo. Esta clase de dúplex se llama semi-bidireccional (half-dúplex), y es necesario que un usuario de una indicación de que ha terminado de hablar, y está preparado para recibir respuesta de otro usuario.

7.2.3 FRECUENCIAS Y CANALES LÓGICOS

GSM utiliza dos bandas de 25 MHz para transmitir y para recibir (FDD) . La banda de 890-915 MHz se usa para las transmisiones desde el móvil hasta el EB y la banda de 935-960 MHz se usa para las transmisiones entre la EB y el móvil. GSM usa FDD y una combinación de AMDT y AMSF para proporcionar a las estaciones base y a los usuarios un

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acceso múltiple. Las bandas de frecuencias superiores e inferiores se dividen en canales de 200 KHz llamados ARFCN ("Absolute Radio Frequency Channel Number" ó Números de Canales de Radio Frecuencia Absolutos). El ARFCN denota un canal de subida y uno de bajada separados por 45 MHz y cada canal es compartido en el tiempo por hasta 8 usuarios usando TDMA.

Cada uno de los 8 usuarios usan el mismo ARFCN y ocupan una única ranura de

tiempo (Slot Time, ST) por trama. Las transmisiones de radio se hacen a una velocidad

de 270.833 kbps usando modulación digital binaria GMSK ("Gaussian Minimum Shift

Keying") con BT = 0.3. El BT es el producto del ancho de banda del filtro por el periodo

de bit de transmisión. Por lo tanto la duración de un bit es de 3.692 ms, y la velocidad

efectiva de transmisión de cada usuario es de 33.854 kbps (270.833 kbps/8 usuarios).

Con el estándar GSM, los datos se envían actualmente a una velocidad máxima de 24.7

kbps. Cada ST tiene un tamaño equivalente en un canal de radio de 156.25 bits, y una

duración de 576.92 µs , y una trama AMDT simple en GSM dura 4.615 ms. El número

de total de canales disponibles dentro de los 25 MHz de banda es de 125 (asumiendo que

no hay ninguna banda de guarda). Dado que cada canal de radio está formado por 8

ranuras de tiempo, hacen un total de 1000 canales de tráfico en GSM. En

implementaciones prácticas, se proporciona una banda de guarda de la parte más alta y

más baja de espectro de GSM, y disponemos tan solo de 124 canales. La combinación de

un número de ST y un ARFCN constituyen un canal físico tanto para el canal de subida

como para el canal de bajada. Cada canal físico en un sistema GSM se puede proyectar

en diferentes canales lógicos en diferentes tiempos. Es decir, cada ranura de tiempo

específico o trama debe estar dedicado a manipular el tráfico de datos (voz, facsímil o

teletexto), o a señalizar datos (desde el CTC, la EB o el móvil). Las especificaciones GSM

definen una gran variedad de canales lógicos que pueden ser usados para enlazar la

capa física con la capa de datos dentro de las capas de la red GSM. Estos canales lógicos

transmiten eficientemente los datos de usuario, a parte de proporcionar el control de la

red en cada ARFCN. GSM proporciona asignaciones explícitas de las ranuras de tiempo

de las tramas para los diferentes canales lógicos.

Los canales lógicos se pueden separar en dos categorías principalmente:

Los Canales de Tráfico (CT) y Los Canales de Control Los CT llevan voz codificada digitalmente o datos y tienen funciones idénticas y

formatos tanto para el enlace directo como para el enlace inverso. Los canales de control llevan comandos de señalización y control entre la estación base y la estación móvil. Se definen ciertos tipos de canales de control exclusivos para el enlace directo o para el inverso. Hay seis clases diferentes de CT y un número aún mayor de Canales de Control, que vamos a describir brevemente a continuación.

Canales de tráfico Los canales de tráfico en GSM pueden ser de velocidad completa ("full-rate") o de

velocidad media ("half-rate"), y pueden llevar voz digitalizada o datos de usuario. Cuando transmitimos a velocidad completa, los datos están contenidos en un ST por trama. Cuando


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transmitimos a velocidad media, los datos de usuario se transportan en la misma ranura de tiempo, pero se envían en tramas alternativas.

En GSM, los datos del CT no se pueden enviar en el ST 0 ("slot time 0") sobre ciertos

ARFCNs ya que este ST está reservado para los canales de control en la mayoría de las tramas. Además, cada trece tramas del CT se envía un canal de control asociado lento (CCAL) o tramas "inactivas". A cada grupo de 26 tramas consecutivas AMDT se le llama multitrama. De cada 26 tramas, la decimotercera y la vigesimosexta se corresponden con datos CCAL, o tramas "inactivas". La vigésimosexta trama contiene bits inactivos para el caso cuando se usan CT a velocidad completa, y contiene datos CCAL cuando se usa CT a velocidad media.

Los CT se usan para llevar voz codificada o datos de usuario. Se definen en GSM dos

formas generales de canales de tráfico: ♦ Canal de Tráfico a Velocidad completa (CT/C). Este canal transporta información

a una velocidad de 22.8 kbps. ♦ Canal de Tráfico a Velocidad Media (CT/M). Este canal transporta información a

una velocidad de 11.4 kbps. Para transportar voz codificada se van a utilizar dos tipos de canales: ♦ Canal de tráfico a velocidad completa para voz (CT/CV). Lleva voz digitalizada a

13 kbps. Después de la codificación del canal la velocidad es de 22.8 kbps. ♦ Canal de tráfico a velocidad media para voz (CT/MV). Ha sido diseñado para

llevar voz digitalizada que ha sido muestreada a la mitad que la de un canal a velocidad completa. En este aspecto GSM se ha anticipado a la disponibilidad de codificadores normalizados de voz a velocidades de unos 6.5 kbps. Después de la codificación del canal, la velocidad es de 11.4 kbps.

Para llevar datos de usuario se definen los siguientes tipos de canales de tráfico: ♦ Canal de Tráfico a velocidad completa para datos a 9.6 kbps (CT/C9.6). Lleva

datos de usuario enviados a 9600 bps. Con la codificación de corrección de errores aplicada según el estándar GSM, los datos se envían a 22.8 bps.

♦ Canal de Tráfico a velocidad completa para datos a 4.8 kbps (CT/C4.8). Lleva datos de usuario enviados a 4800 bps. Con la codificación de corrección de errores aplicada según el estándar GSM, los datos se envían a 22.8 bps.

♦ Canal de Tráfico a velocidad completa para datos a 2.4 kbps (CT/C2.4). Lleva datos de usuario enviados a 2400 bps. Con la codificación de corrección de errores aplicada según el estándar GSM, los datos se envían a 22.8 bps.

♦ Canal de Tráfico a velocidad media para datos a 4.8 kbps (CT/M4.8). Lleva datos de usuario enviados a 4800 bps. Con la codificación de corrección de errores aplicada según el estándar GSM, los datos se envían a 11.4 bps.

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♦ Canal de Tráfico a velocidad media para datos a 2.4 kbps (CT/M2.4). Lleva datos de usuario enviados a 2400 bps. Con la codificación de corrección de errores aplicada según el estándar GSM, los datos se envían a 11.4 bps.

Canales de Control Se definen tres categorías de canales de control: difusión (canal de difusión, CD),

comunes (canal de control común, CCC) y dedicados (canal de control dedicado, CCD). Cada canal de control consiste en varios canales lógicos distribuidos en el tiempo para proporcionar las funciones de control necesarias en GSM. Los canales de control CD y CCC en el enlace de bajada (de la EB al móvil) se implementan sólo en ciertos canales ARFCN y se localizan en ranuras de tiempo de una forma específica. Concretamente, éstos canales se localizan solo en el ST 0 y se emiten sólo durante ciertas tramas dentro de una secuencia repetitiva de 51 tramas (llamada multitrama de control del canal) sobre aquellos ARFCNs que se diseñan como canales "difusión". Desde ST1 hasta el ST7 se lleva canales de tráfico regulares.

En GSM se definen 34 ARFCNs como canales "difusión" estándar. Para cada canal

"difusión", la trama 51 no contiene ningún canal de "bajada" CD o CCC y se considera como una trama inactiva. Sin embargo, el canal de enlace de subida (del móvil a la EB) CC puede recibir transmisiones durante el ST 0 de cualquier trama (incluso la trama "inactiva"). Por otra parte, los datos CCD se pueden enviar durante cualquier ranura de tiempo y en cualquier trama, y hay tramas completas dedicadas específicamente para algunas transmisiones CCD.

Canales de "Difusión" (CD) El CD opera en el enlace de bajada de un ARFCN específico dentro de cada celda, y

transmite datos sólo en la primera ranura (ST 0) de algunas tramas GSM. Al contrario que los CT que son bidireccionales, los CD solo usan el enlace directo. El CD sirve como un canal guía para cualquier móvil cercano que lo identifique y se enganche a él. El CD proporciona sincronización para todos los móviles dentro de la celda y se monitoriza ocasionalmente por los móviles de celdas vecinas para recibir datos de potencia y poder realizar las decisiones de transferencia de llamada. Aunque los datos CD se transmiten en el ST 0, las otras siete ranuras de una trama GSM del mismo ARFCN están disponibles para datos CT, CCD ó están fijados por ráfagas vacías.

Dentro de los canales CD se definen tres tipos de canales separados que tienen acceso

al ST 0 durante varias tramas de la multitrama de control formada por 51 tramas. ♦ Canal de “Difusión" y Control (CDC)- El CDC es un canal directo que se usa

para enviar información de identificación de celda y de red, así como características operativas de la celda (estructura actual de canales de control, disponibilidad de canales, y congestión). El CDC también envía una lista de canales que están en uso en una celda. Desde la trama 2 a la 5 de una multitrama de control están contenidos los datos CDC.


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♦ Canal Corrector de Frecuencia (CCF) - El CCF es una ráfaga de datos que ocupa el ST0 para la primera trama dentro de la multitrama de control, y que se repite cada diez tramas. El CCF permite a cada estación móvil sincronizar su frecuencia interna de oscilación a la frecuencia exacta de la estación base.

♦ Canal de Sincronización (CS) - El CS se envía en el ST 0 de la trama inmediatamente después del CCF y se usa para identificar a la estación base servidora mientras que permite a cada móvil la sincronización de las tramas con la estación base. El número de trama (NT), que oscila entre 0 hasta 2,715,647, se envía con el código de identificación de la estación base (CIEB) durante la ráfaga CS. El CIEB es asignado individualmente a cada EB en un sistema GSM. Dado que un móvil puede estar hasta a 30 km de la EB, es necesario frecuentemente ajustar la temporización de un usuario móvil particular de forma que la señal recibida en la estación base se sincroniza con el reloj de la estación base.

Canales de Control Comunes (CCC) En aquellos ARFCN reservados para CD, los canales de control comunes ocupan el

ST 0 de cada trama que no esté ocupada por los CD o por tramas inactivas. Un CCC puede estar formado por tres tipos diferentes de canales: el canal de búsqueda (CB) en el enlace de bajada "directo", el canal de acceso aleatorio (CAA) en el enlace de subida "inverso", y el canal de acceso concedido (CAC) "directo".

♦ Canal de Búsqueda (CB) - El CB proporciona señales de búsqueda a todos los

móviles de una celda, y avisa a los móviles si se ha producido alguna llamada procedente de la RTPC. El CB transmite el IAMI (Identificación de Abonado Móvil Internacional) del abonado destino, junto con la petición de reconocimiento de la unidad móvil a través de un CAA.

♦ Canal de Acceso Aleatorio (CAA) - El CAA es un canal "inverso" usado por el móvil para confirmar una búsqueda procedente de un PC, y también se usa para originar una llamada. El CAA usa un esquema de acceso ranurado ALOHA. Todos los móviles deben de pedir acceso o responder ante una petición por parte de un CB dentro del ST0 de una trama GSM. En la EB, cada trama (incluso la trama inactiva) aceptará transmisiones CAA de los móviles durante ST 0. Para establecer el servicio, la estación base debe responder a la transmisión CAA dándole un canal de tráfico y asignando un canal de control dedicado (CCD) para la señalización durante la llamada. Esta conexión se confirma por la estación base a través de un CAC.

♦ Canal de Acceso Concedido (CAC) - El CAC se usa por la estación base para proporcionar un enlace de comunicaciones con el móvil, y lleva datos que ordenan al móvil operar en un canal físico en particular (en un determinado ST y en un ARFCN) con un canal de control dedicado. El CAC es el último mensaje de control enviado por la estación base antes de que el abonado es eliminado del control del canal de control. El CAC se usa por la estación base para responder a un CAA enviado por un móvil en la trama CCC previa.

Canales de Control Dedicados (CCD)

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Hay tres tipos de canales de control dedicados en GSM, y, como los canales de tráfico, son bidireccionales y tienen el mismo formato y función en e enlace directo y en el enlace inverso. Como los CT, los CCD pueden existir en cualquier ranura de cualquier ARFCN excepto en el ST 0 de los ARFCN de los CD. Los Canales de Control Dedicados De Señalización (CCDS) se usan para proporcionar servicios de señalización requeridos por los usuarios. Los Canales de Control Asociados Lentos y Rápidos (CCAL y CCAR) se usan para supervisar las transmisiones de datos entre la estación móvil y la estación base durante una llamada.

♦ Canales de Control Dedicados (CCDS) - El CCDS lleva datos de señalización

siguiendo la conexión del móvil con la estación base, y justo antes de la conexión lo crea la estación base. El CCDS se asegura que el móvil y la estación base permanezcan conectados mientras que la estación base y el CTC verifican la unidad de abonado y localiza los recursos para el móvil. El CCDS se puede pensar como un canal intermedio y temporal que acepta una nueva llamada procedente de un CD y mantiene el tráfico mientras que está esperando que la estación base asigne un CT. El CCDS se usa para enviar mensajes de autenticación y de alerta (pero no de voz). A los CCDS se les puede asignar su propio canal físico o pueden ocupar el ST 0 del CD si la demanda de CD o CCC es baja.

♦ Canal de Control Asociado Lento (CCAL) - El CCAL está siempre asociado a un canal de tráfico o a un CCDS y se asigna dentro del mismo canal físico. Por tanto, cada ARFCN sistemáticamente lleva datos CCAL para todos sus usuarios actuales. El CCAL lleva información general entre el móvil y la EB. En el enlace directo, el CCAL se usa para enviar información lenta pero regular sobre los cambios de control al móvil, tales como instrucciones sobre la potencia a transmitir e instrucciones específicas de temporización para cada usuario del ARFCN. En el enlace inverso, lleva información acerca de la potencia de la señal recibida y de la calidad del CT, así como las medidas CD de las celdas vecinas. El CCAL se transmite durante la decimotercera trama (y la vigesimosexta si se usa velocidad media) de cada multitrama de control , y dentro de esta trama, las 8 ranuras se usan para proporcionar datos CCAL a cada uno de los 8 usuarios (ó 16) del ARFCN.

♦ Canales de Control Asociados Rápidos (CCAR) - El CCAR lleva mensajes urgentes, y contienen esencialmente el mismo tipo de información que los CCDS. Un CCAR se asigna cuando un CCDS no se ha dedicado para un usuario particular y hay un mensaje urgente (como una respuesta de transferencia de llamada). El CCAR gana tiempo de acceso a una ranura "robando" tramas del canal de tráfico al que está asignado. Esto se hace activando dos bits especiales, llamados bits de robo ("stealing bits"), de una ráfaga CT. Si se activan los bits de robo, la ranura sabe que contiene datos CCAR y no un canal de tráfico, para esa trama.


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Ejemplo de una llamada GSM

Para comprender cómo se usan los diferentes canales de tráfico y de control, consideremos el caso de que se origine una llamada en GSM . Primero, la estación móvil debe estar sincronizada a una estación base cercana, lo cual se hace en un CD. Recibiendo los mensajes CCD, CS y CD, el móvil se enganchará al sistema y al CD apropiado. Para originar una llamada, el usuario primero marca la combinación de dígitos correspondiente y presiona el botón de "enviar" del teléfono GSM. El móvil transmite una ráfaga de datos CAA, usando el mismo ARFCN que la estación base a la que está enganchado. La estación base entonces responde con un mensaje CAC sobre el CCC que asigna al móvil un nuevo canal para una conexión CCDS. El móvil, que está recibiendo en la ST 0 del CD, recibe su asignación de ARFCN y su ST por parte del CAC e inmediatamente cambia su sintonización a su nuevo ARFCN y ST. Esta nueva asignación del ARFCN y del ST es físicamente el CCDS (no el CT). Una vez sintonizado al CCDS, el móvil primero espera a la trama CCDS que se transmite (la espera será como mucho de 26 tramas cada 120 ms), que informa al móvil del adelanto de temporización adecuado y de los comandos de potencia a transmitir. La estación base es capaz de determinar el adelanto de temporización adecuado y el nivel de señal del móvil gracias al último CAA enviado por el móvil, y envía los valores adecuados a través del CCAL. Hasta que estas señales no le son enviadas y procesadas, el móvil no puede transmitir ráfagas normales como se requieren para un tráfico de voz. El CCDS envía mensajes entre la unidad móvil y la estación base, teniendo cuidado de la autenticación y la validación del usuario, mientras que la RTPC conecta la dirección marcada con el CTC, y el CTC conmuta un camino de voz hasta la estación base servidora. Después de pocos segundos, la unidad móvil está dirigida por la estación base a través del CCDS que devuelve un nuevo ARFCN y un nuevo ST para la asignación de un CT. Una vez devuelto el CT, los datos de voz se transfieren a través del enlace inverso y del enlace directo, la llamada se lleva a cabo con éxito, y el CCDS es liberado.

Cuando se originan llamadas desde la RTPC, el proceso es bastante similar. La

estación base envía un mensaje CB durante el TS0 en una trama apropiada de un CD. La estación móvil, enganchada al mismo ARFCN, detecta su búsqueda y contesta con un mensaje CAA reconociendo haber recibido la página. La estación base entonces usa el CAC sobre el CCC para asignar un nuevo canal físico a la unidad móvil su conexión al CCDS y al CCAL mientras la red y la estación base están conectadas. Una vez que el móvil establece sus nuevas condiciones de temporización y de potencia sobre el CCDS, la estación base gestiona un nuevo canal físico a través del CCDS, y se hace la asignación del CT.

7.3 ESTRUCTURA DEL GSM En lo que se refiere a la estructura básica del GSM el sistema se organiza como una

red de células radioeléctricas continuas que proporcionan cobertura completa al área de servicio. Cada célula pertenece a una estación base (EB) que opera en un conjunto de canales de radio diferentes a los usados en las células adyacentes y que se encuentran distribuidas según un plan celular.

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Un grupo de EB's se encuentran conectado a un controlador de estaciones base (CEB), encargado de aspectos como la transferencia de llamada (traspaso del móvil de una célula a otra) o el control de potencia de las EB's y de los móviles.

En consecuencia el CEB se encarga del manejo de toda la red de radio y supone una

auténtica novedad respecto a los anteriores sistemas celulares. Una o varias CEB's se conectan a una central de conmutación de móviles (CTC). Este

es el corazón del GSM como responsable de la inicialización, enrutamiento, control y finalización de las llamadas, así como de la información sobre la facturación. Es también la interfase entre diversas redes GSM o entre una de ellas y las redes públicas de telefonía o datos.

La información referente a los abonados se encuentra almacenada en dos bases de

datos que se conocen como registro de ubicación local (RUL, HLR) y registro de ubicación de visitantes (RUV).

El primero analiza los niveles de subscripción, servicios suplementarios y

localización actual, o más reciente de los móviles que pertenecen a la red local. Asociado al RUL trabaja el centro de autentificación (CAu), que contiene la información por la que se comprueba la autenticidad de las llamadas con el fin de evitar los posibles fraudes, la utilización de tarjetas de abonado (SIM's) robadas o el disfrute del servicio por parte de deudores.

El RUV contiene la información sobre los niveles de subscripción, servicios

suplementarios y área para un abonado que se encuentra o al menos se encontraba recientemente en otra zona visitada. Esta base de datos dispone también de información relativa a si el abonado se encuentra activo o no, lo que evita el uso improductivo de la red (envío de señales a una localización que se encuentra desconectada)

El registro de identidad de los equipos (RIE) almacena información sobre el tipo de

estación móvil en uso y puede eludir que se realice una llamada cuando se detecte que ha sido robada, pertenece a algún modelo no homologado o sufre de algún fallo susceptible de afectar negativamente a la red.

En cuanto a las comunicaciones en la red, se ha desarrollado un nuevo esquema de

señalización digital.

Para la comunicación entre CTC's y registros de posición se utiliza la parte de aplicación para móviles del Sistema de Señalización número 7 del CCITT, fórmula casi imprescindible para la operación de redes GSM a nivel internacional.


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Figura 7.1 Estructura del sistema GSM.

Entre las diversas entidades de la red se encuentran definidos interfaces estándar que

aseguren un método común de acceso para todos los móviles, tanto los de diferentes países como los de diferentes suministradores.

7.4 LA ARQUITECTURA FUNCIONAL DEL SISTEMA GSM La norma GSM únicamente especifica entidades funcionales e interfaces

normalizados. Con ello se consigue la utilización de cualquier sistema por cualquier estación móvil, aunque no pertenezcan al mismo suministrador, y la interconexión de equipos de distintos suministradores a través de los interfaces normalizados, evitando influir de forma excesiva sobre los desarrollos particulares de cada uno de los fabricantes de equipos.

Vamos a describir en primer lugar las entidades funcionales e interfaces que

constituyen el sistema GSM, describiendo su funcionalidad y las relaciones entre ellas. Y por último para poder tener una idea de la estructura física del sistema.

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7.5 ELEMENTOS DE UN SISTEMA GSM Móvil: Un móvil se compone funcionalmente de dos partes: ♦ El equipo terminal (ET): El equipo terminal realiza funciones semejantes a las de

un terminal RDSI y realiza las siguientes funciones : • Transmisión de radio. • Gestión de canales de transmisión de radio. • Capacidad del terminal, incluyendo la interfaz hombre-máquina. • Codificación de voz. • Protección de errores. • Control del flujo de datos de usuario. • Adaptación de velocidad de datos de usuario y velocidad del canal. • Soporte de terminales múltiples. • Gestión de movilidad.

♦ La terminal móvil (TM): Hay tres tipos de TM: • TMO Realiza las funciones anteriormente mencionadas, sin incluir ningún

interfaz. • TM1 Incluye además una interfaz RDSI. • TM2 Incluye además interfaces CCITT series X y V.

Utilizando estos tres tipos de TM se pueden establecer las configuraciones necesarias para acceder al sistema GSM.

Una estación móvil puede además clasificarse en distintos tipos según varias

características ♦ Por su utilización. ♦ Equipo móvil. ♦ Equipo portátil. ♦ Equipo transportable. ♦ Por la potencia de salida. ♦ Clase 1 20 w - Móvil y transportable. ♦ Clase 2 8 w - Vehículo y transportable. ♦ Clase 3 5 w – Portátil. ♦ Clase 4 2 w – Portátil. ♦ Clase 5 0.8 W – Portátil. ♦ Las características de las estaciones móviles se clasifican en cuatro tipos ♦ Características Básicas obligatorias de la estación móvil.

• Visualización del número llamado. • Indicación de señales de progreso de la llamada.


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• Indicación de país / sistema. • Gestión de la identidad de suscripción (MIU). • Indicador de PIN (clave de acceso) no válido. • Identidad internacional de equipo de estación móvil (IEMI). • Indicador de servicio.

♦ Características básicas opcionales. • Indicación y reconocimiento de mensajes cortos. • Indicación de saturación de memoria para mensajes cortos. • Interfaz para equipo terminal de datos. • Interfaz para terminal RDSI. • Función de acceso internacional (tecla +). • Conmutador encendido / apagado. • Interfaz analógica. • Auto prueba.

♦ Características suplementarias. • Aviso de facturación. • Control de servicios suplementarios.

♦ Características adicionales. • Marcación abreviada. • Limitación de llamada a números fijos. • Repetición del último número marcado. • Operación manos libres. • Restricción de todas las llamadas salientes. • Bloqueo electrónico del terminal. • Indicador de calidad de recepción. • Indicador de unidades de tarificación. • Estación móvil multi-usuario.

Módulo de identificación del usuario (MIU): Para que una estación móvil GSM pueda funcionar necesita tener introducido el

módulo de identificación del usuario. Existen dos tipos distintos de módulo de identificación del usuario: ♦ una tarjeta inteligente que puede ser retirada de la estación móvil cuando el

usuario termina de utilizarla. ♦ Un módulo que es incorporado dentro de la estación móvil, con el fin de estar

instalado permanentemente, aunque siempre sería posible retirarlo abriendo la carcasa de la estación móvil.

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Este módulo es el que contiene toda la información necesaria para realizar la función de autentificación del usuario, además de otras informaciones necesarias para el sistema.

El MIU debe contener la siguiente información: ♦ Número de serie. ♦ Estado del MIU (bloqueado o desbloqueado). ♦ Clave del algoritmo de autentificación. ♦ Algoritmo de Autentificación (A3). ♦ Identificación internacional del usuario móvil (IIUM). ♦ Identificación temporal del usuario móvil (ITUM). ♦ Algoritmo de generación de claves de cifrado (A8). ♦ Clave del algoritmo de cifrado de señalización y datos (A5). ♦ Número de secuencia de la clave del algoritmo de cifrado. ♦ Clase de control de acceso del usuario.

7.5.1 SISTEMA DE ESTACION BASE (SEB)

Es la entidad responsable del establecimiento de las comunicaciones con las estaciones móviles que se encuentran dentro de su área de influencia.

Esta área de influencia puede ser constituida por una o más células radio cada una de

ellas con una estación base. Hay ocho clases de estaciones base en función de la potencia que van desde los 320

W a 2.5 W. Un sistema de estación base está constituido por un controlador de estación base CEB

del que dependen una o más estaciones base EB. Una estación base está constituida por un conjunto de transceptores (transmisor-

receptor, TRX) que cubren la misma área. La estación base incluye además de los tranceptores un módulo que realiza la función de control común de estos transceptores(FCC)

Tomando como base esta estructura existen dos tipos de sistemas de estación base: ♦ -El sistema de estación integrado donde el CEB y una EB están integrados en un

mismo equipo. ♦ -El sistema de estación base separado donde el CEB es una entidad distinta de las

estaciones base, a las que se conecta mediante una interfaz normalizada, denominado interface A-bis.

♦ Esta última estructura, es la más general.


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El transcodificador es un elemento que pertenece funcionalmente al SEB pero que puede estar situado físicamente en la EB, en el CEB o externo al SEB (junto a la central de conmutación móvil).

La función del transcodificador es convertir la velocidad neta utilizada en los canales

radio (inferior a 16 Kb/s) a la velocidad normalmente utilizada en la red fija (que es de 64 kbit/s).

El que esta conversión no se realice hasta el final posibilita que se puedan multiplexar

4 canales de 16 Kb/s en uno de 64 Kb/s ahorrando capacidad de transmisión, en el interfaz entre la EB y el CEB y en el interfase entre el CEB y la central de conmutación (interfase A).

A partir de los tipos básicos anteriormente definidos pueden distinguirse 7 estructuras

finales distintas, teniendo en cuenta además la situación del transcodificador, y la utilización de submultiplexación en la interface A-bis. (SEB del 1 al 7).

Además de esta clasificación existen otras características funcionales, opcionales

dentro de la especificación GSM, que determinan dentro de cada uno de estos tipos diferentes sistemas de estación base. Hay unas características funcionales que son fundamentales, función de salto de frecuencia (SF), función de control de potencia (CP) y la función de transmisión discontinua (TXD).

La interconexión del SEB con las demás entidades del sistema GSM se define

utilizando un modelo basado en el modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (ISA) recogido en las recomendaciones CCITT X200 y X210.

Dentro de cada capa están las entidades. Las entidades de distintos sistemas que

pertenecen a la misma capa, pueden intercambiar información entre sí. Las entidades de un mismo sistema situadas en capas adyacentes interactúan entre

ellas a través de su frontera común. De esta forma las capas inferiores prestan sus servicios a las capas superiores.

Todos los sistemas del SEB: La interfase radio, la interfaz A y la interfase A-bis se

han definido utilizando un modelo de tres capas : ♦ La capa 1 (capa física), coincide con la capa inferior del modelo OSI, y soporta

todas las funciones necesarias para la transmisión de una secuencia de bits sobre un canal establecido en un medio físico de transmisión.

♦ La capa 2, es la capa de enlace de datos, y tiene como misión permitir el intercambio de tramas de información entre dos entidades conectadas a través de un medio físico.

♦ La capa, 3 en realidad comprende las capas 3 a 7 del modelo OSI, llegando por lo tanto hasta definir la naturaleza de la comunicación requerida para satisfacer las necesidades de los usuarios de la comunicación.

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Para definir totalmente la interconexión del sistema, además de esa estructura de

capas es necesario también utilizar funciones de gestión del sistema. Estas funciones pueden incluir funciones que son comunes a varias capas.

Funcionalidad del SEB. Funciones del CEB. ♦ Gestión de canales en el enlace CEB-CTC ♦ Gestión de canales radio ♦ Configuración de los canales radio (recibe del OMC) ♦ Gestión de secuencias de salto de frecuencia (CEB, OMC) estas secuencias son

enviadas por el CEB hacia la EB ♦ Selección de canal, supervisión del enlace y liberación de canal ♦ Control de potencia en el móvil. ♦ Determinación del nivel de potencia necesario en el móvil ♦ Control de potencia en la SEB. ♦ Determinación de la necesidad de realizar cambio de canal. Funciones de la EB

♦ Gestión de canales radio ♦ Supervisión de canales libres, y envío de información de estos hacia la CEB ♦ Temporización de bloques BC/CCC. Edición de mensajes de aviso ♦ Detección de accesos al sistema por parte de móviles ♦ Codificación y entrelazado para protección de errores ♦ Determinación del avance de temporización que hay que utilizar para una

comunicación con el móvil ♦ Medidas de intensidad de campo y calidad de las señales recibidas de los

móviles. Recepción de medidas enviadas por los móviles sobre condiciones de intensidad y calidad.

♦ Opcionalmente la EB puede realizar un pre-procesamiento ♦ Construcción de los mensajes de aviso a partir de la información recibida desde la

CEB ♦ Detección de acceso por traspaso de un móvil, y comprobación de la

identificación de referencia de este traspaso de acuerdo con la información recibida desde CEB.

♦ Encriptación de la información de señalización y tráfico. 7.5.2 CENTRAL DE CONMUTACION MOVIL (CCM)

Es una central de conmutación encargada de todas las funciones de conmutación para las estaciones móviles situadas en su área de influencia (área CTC).


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Las principales diferencias de esta central respecto a una central de la red fija, consisten en que esta central debe tener también en cuenta el impacto de las funciones de asignación de los recursos radio y la naturaleza móvil de los usuarios. Por lo tanto este tipo de central implementa ciertos procedimientos adicionales a los de una central de red fija, como pueden ser por ejemplo la actualización de la posición de las estaciones móviles, y lo que tienen que ver con las funciones de traspaso de llamadas en curso, cuando los móviles se van desplazando entre las células de la red móvil.

7.5.3 UNIDAD DE INTERFUNCIONAMIENTO (UI)

Es una entidad funcional asociada con la central de conmutación móvil. Esta unidad es la encargada de proporcionar la funcionalidad necesaria para permitir el interfuncionamiento del sistema GSM con las redes fijas (RDSI, RTC, y RTPCP). Las funciones incluidas en esta unidad dependen por lo tanto de los servicios que se implementen y de las redes fijas a las que se conecten.

Su principal cometido es convertir los protocolos utilizados en el sistema GSM a los

utilizados en las redes fijas.

7.5.4 REGISTRO DE UBICACIÓN LOCAL (RUL)

Es una base de datos cuya misión es la gestión de los usuarios móviles. Una red GSM puede tener uno o varios RUL, dependiendo del número de usuarios

móviles, de la capacidad del equipo y de la organización de la red. El RUL almacena dos tipos de información: ♦ La información de suscripción de los abonados: compuesta de los siguientes

elementos: • dos números de identificación • El identificador internacional de la estación móvil IMSI • El número RDSI internacional de la estación MSISDN • Servicios portadores y teleservicios que el usuario puede usar • Restricciones de servicios por ejemplo limitación de seguimiento • Servicios suplementarios que el usuario puede usar y las tablas de par metros

necesarios para dichos servicios. • Características del equipo móvil utilizado por el usuario

♦ La información de localización de los abonados, permitiendo de esta forma la función de seguimiento es decir la actualización automática de la posición del móvil para que se le pueda encaminar las llamadas que reciba.

Todas las funciones de administración de los abonados se realizan sobre esta base de

datos.

116

7.5.5 CENTRO DE AUTENTICACION (CAu)

Es una base de datos, con la misión de controlar a los móviles que se encuentran en su área de influencia.

Este área de influencia puede comprender una o varias CTC. Cuando una estación móvil aparece en un área de localización lo primero que hace es

iniciar un proceso de registro comunicando a la CTC local su identidad. La CTC comunica este registro hacia su Registro de Ubicación Visitado. Si el móvil no estaba ya registrado en otra área de localización dependiente también del mismo RUV es necesario enviar también esta información hacia el RUL del móvil, para indicarle que actualice su posición, y encamine las llamadas recibidas hacia el área donde se encuentra actualmente el móvil.

El VRL contiene también la información necesaria para gestionar las llamadas

originadas o recibidas por los móviles registrados en su base de datos. Esta información incluye los siguientes elementos:

♦ El identificador internacional de la estación móvil (IMSI) ♦ El número RDSI internacional de la estación móvil (MSISDN) ♦ El identificador temporal de la estación móvil (RMSI) ♦ El identificador local de la estación móvil ♦ El área de localización donde el móvil se ha registrado. Esta información es intercambiada entre el RUL y el RUV El RUV también puede contener los siguientes elementos: ♦ Parámetros de servicios suplementarios ♦ Características técnicas de los equipos móviles.

7.5.6 REGISTRO DE IDENTIFICACION DE EQUIPOS (RIE)

Este registro se utiliza para almacenar las identidades de los equipos móviles clasificadas en tres tipos de listas:

♦ La lista blanca contiene todos aquellos identificadores de equipos que han

obtenido la homologación. ♦ La lista gris contiene los identificadores de los equipos que es necesario localizar

debido a alguna razón técnica. ♦ La lista negra contiene los identificadores de los equipos robados o utilizados de

forma ilegal y también la de aquellos equipos que no pueden acceder al sistema porque podrían producir graves problemas técnicos.


117

Este registro es consultado cuando un móvil se registra en el sistema, o bien cuando realiza una llamada.

7.5.7 CENTRO DE OPERACION Y MANTENIMIENTO (COM)

Es un sistema de operación que se encarga de las funciones de explotación de una o varias entidades del sistema GSM

7.5.8 CENTRO DE GESTION DE RED (CGR)

Es un sistema de operación que constituye la máxima jerarquía dentro del sistema de explotación. De este centro depende todos los demás Centros de Operación y mantenimiento

7.5.9 ENLACE DE VOZ

Para transmitir la señal de voz por el canal digital del GSM se utiliza un codificador de voz que convierte la voz en una señal digital con la velocidad de 13 kbit/s. El codificador trabaja con bloques de duración de 20 ms, es decir, con bloques de 260 bits.

Codificación de canal

Dado el hecho de que el móvil esté en movimiento y las irregularidades del terreno

producen variaciones y desvanecimientos en la señal recibida por el móvil y éstas variaciones producen errores en las transmisiones digitales, en el entorno rural cuando estos desvanecimientos son muy grandes descendiendo demasiado el nivel de señal, en el entorno urbano el nivel de interferencia por canal, puede superar el límite tolerado.

Para proteger la transmisión contra errores, el sistema GSM utiliza un Corrector de

Error Delantero (CED) que consiste en la adición de bits redundantes de paridad a los datos transmitidos, siendo capaz el sistema de detectar que ha habido un error y corregirlo. También utiliza codificación convolucional.

La codificación de voz subdivide los bits del enlace en dos clases, aplicándosele a

cada una de ellas una codificación de canal diferente. El resultado de ello es una señal digital de velocidad 22.8 kbit/s. Por tanto, el bloque primario del codificador de voz de duración 260 bits se transforma a la salida del codificador de canal en uno de 456 bits.

7.6 SISTEMA GSM DE ERICSSON.

Ericsson ha diseñado una estructura basada en controladores de estación base de gran capacidad, colocados junto a las centrales de conmutación y utilización de estaciones bases simples. Estas estaciones base utilizan la interface A-bis para conectarse al CEB. El transcodificador/adaptador de velocidad está situado en el CEB para ahorrar medios de transmisión.

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El sistema GSM de Ericsson, se divide en tres sistemas que siguen el modelo general GSM:

♦ Sistema de conmutación (SC). ♦ Sistema de Estación Base (SEB). ♦ Sistema de operación y mantenimiento (SOM).

Las funciones relacionadas con el proceso de llamadas y los abonados están implementadas en el sistema de Conmutación mientras que las funciones relacionadas con la radio se concentran en el Sistema de Estaciones Base.

El sistema de Operación de mantenimiento atiende las actividades necesarias para la

gestión de la red celular y del sistema del GSM 7.6.1 EL SISTEMA DE CONMUTACIÓN (SS)

El sistema de conmutación realiza las funciones normales en telefonía, como son el control de tráfico, el análisis de números, la facturación y las estadísticas de llamadas, e incluye las siguientes funcionalidades.

♦ Central de Conmutación de Servicios Móviles (CCM) ♦ Registro de abonados locales (RUL) ♦ Registro de abonados visitantes (RUV) ♦ Centro de Comprobación de identificación (CAu) ♦ Registro de identidad del equipo (RIE) 7.6.2 SISTEMA DE ESTACIÓN BASE (SEB) El sistema de Estación Base, fundamentalmente es responsable de las funciones de

radio, gestiona las comunicaciones por radio con las unidades móviles, maneja con autonomía el paso de llamadas activas entre células en el área que está bajo su control. El SEB controla también los niveles de la potencia de la señal de radio tanto de las estaciones base como de los móviles.

El sistema de Estaciones Base de Ericsson puede manejar, no solamente el tráfico

ordinario sino también situaciones de averías normales, sin tener que estar bajo el control del sistema de Operación y Mantenimiento (SOM). Esto significa que el SOM no entra en el tratamiento de tráfico.

El controlador de estaciones base (CEB) del sistema de Estación Base de Ericsson

tiene la flexibilidad de trabajar en toda la gama de capacidad, desde aplicaciones rurales pequeñas a las metropolitanas grandes.

Por ejemplo una CEB puede controlar hasta 512 transceptores.


119

7.6.3 SISTEMA DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO (SOM)

Las funciones de operación y mantenimiento de la red GSM de Ericsson se realizan ambas localmente, en los nodos de la red GSM y centralmente mediante el COM. Juntos los dos juegos de funciones proporcionan los medios necesarios para poder llevar una eficiente gestión de la red.

Cada elemento de la red GSM de Ericsson lleva incorporadas funciones de

mantenimiento que supervisan e informan sobre el estado operativo del elemento. Los errores que se detectan se clasifican según su gravedad. En muchos casos las funciones locales de operación y mantenimiento pueden resolver con autonomía el problema, por ejemplo, conmutando el tráfico a una unidad de reserva.

Las funciones dentro de SOM se basan en el nuevo Sistema de Operación y Gestión

de Redes de Telecomunicación. Consiste en una "familia" de aplicaciones individuales que utilizan ordenadores normalizados, RISC y el sistema operativo UNIX. Se ha elegido un subconjunto de las funciones de gestión para construir el Sistema TMOS como soporte operativo del GSM de Ericsson.

7.7 SISTEMA GSM DE MOTOROLA Motorola ha diseñado una estructura basada en controladores de estación base de

menos capacidad que en el caso de Ericsson y que están colocados cerca de las propias estaciones base. Esta estructura permite dar al sistema una mayor agilidad y más flexibilidad de configuraciones.

El transcodificador/adaptador de velocidad está situado o bien cerca de la CCM o

bien en el CEB, dependiendo de la configuración del sistema.

7.7.1 SISTEMA DE ESTACIÓN BASE (SEB)

El sistema de estación base puede tener varias configuraciones. Hay dos tipos básicos de bastidores en el sistema SEB, el llamado CSEB que realiza funciones de CEB y también puede realizar funciones de transcodificación y el llamado EB que realiza funciones propias pero también puede realizar funciones de CEB e incluso de transcodificador, aunque sea un bastidor propio de EB.

El SEB utiliza solo 6 tipos de tarjetas distintas que realizan todas las funciones

propias del mismo. Utiliza dos tipos de combinaciones para el salto de frecuencia.

7.7.2 SISTEMA DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO (SOM)

El sistema de operación y mantenimiento se realiza localmente en los SEB y centralmente en el Centro de Operación y Mantenimiento (COM)

En el SEB se emplean unas 3/4 partes del SW a la operación y el mantenimiento.

120

Las conexiones entre el CEB y EBS se realizan mediante RS232. Se generan estadísticas, alarmas, etc.

Debido a los pocos tipos de tarjetas diferentes que existen los repuestos son

reducidos. El COM centraliza la Operación y Mantenimiento. Utiliza interfaces estándares

sistema UNIX y base de datos INFORMIX. El interfaz hombre máquina es fácil con el X-Windows.


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CAPITULO 8

TECNOLOGÍAS CELULARES EN EL MUNDO 8.1 TECNOLOGÍAS ANALÓGICAS

♦ STMA (Sistema de Telefonía Móvil Avanzado) Tecnología desarrollada por Bell Labs en la década de los 70, fue la primera en comercializarse en Estados Unidos en el año 1983. AMPS opera en la banda de los 800 MHz

♦ C-405 Conocido en la actualidad como Motorphone y comercializado por Vodacom SA, este estándar se instaló en Sudáfrica en la década de los 80. Opera en la banda de los 450 MHz, al igual que el C-Netz

♦ C-Netz Es la tecnología celular más primitiva. Se utiliza principalmente en Alemania y Austria. Opera en la banda de los 450 MHz.

♦ Comvik Estándar lanzado en Suecia en agosto de 1981 por la red Comvik ♦ A-STMA (STMA de Banda Angosta) Desarrollado por Motorola como una

tecnología intermedia entre la analógica y la digital. Tiene una capacidad tres veces mayor que el AMPS y opera en la banda de los 800 MHz

♦ TMN450 (Telefonía Móvil Nórdica/450) Desarrollado especialmente por Ericsson y Nokia para dar servicio en los terrenos escarpados característicos de los países nórdicos. Tiene un alcance de 25 Km. y opera en los 450 MHz. Utiliza FDD FDMA

♦ TMN900 (Telefonía Móvil Nórdica/900) Versión actualizada a 900 MHz del NMT 450, desarrollada por los países nórdicos para adaptarse a una mayor capacidad y a los portátiles. Tiene un alcance de 25 Km. Utiliza tecnología FDD FDMA

♦ TMN-F Es la versión francesa del TMN900 ♦ NTT (Nipón Telegrafía y Telefonía) Es el estándar análogo más primitivo de

Japón. Existe una versión con mayor capacidad, denominada HICAP ♦ RC2000 (Radiocom 2000) Sistema francés lanzado en noviembre de 1985 ♦ SCAT (Sistema de Comunicación de Acceso Total) Desarrollado por Motorola,

es similar al AMPS. Se utilizó primero en el Reino Unido en 1985. En Japón se denomina JSCAT. Opera en el rango de frecuencia de los 900 MHz

8.2 TECNOLOGÍAS DIGITALES

♦ A1-Net Es la denominación austriaca de las redes GSM 900 ♦ B-CDMA CDMA de banda ancha. En la actualidad se conoce como W-CDMA.

Es el estándar para UMTS

122

♦ CDMA/TDMA Tecnología inalámbrica que utiliza los estándares CDMA y TDMA. Para aplicaciones en banda con licencia para células grandes y banda sin licencia para células pequeñas.

♦ CDMA (Code Division Multiple Access) Desarrollado por Qualcomm, CDMA se caracteriza por una alta capacidad y un radio de pequeñas células. Emplea tecnología de amplio espectro y un esquema de codificación especial. Fue adoptado por la Asociación de Industrias de Telecomunicaciones (AIT) en 1993. En la actualidad existe un gran número de variantes del CDMA (conocido también como IS-95 en EEUU), tales como B-CDMA, W-CDMA y CDMA/TDMA.

♦ CDMAOne es un nombre comercial de marca registrada, reservado para uso exclusivo de las empresas que son miembros de CDG. El mismo describe un sistema inalámbrico completo que incorpora la interfaz aérea IS-95 CDMA y la norma de la red ANSI-41 para la interconexión por conmutación, además de muchas otras normas que integran el sistema inalámbrico completo. Primera generación de CDMA de banda estrecha (IS-95)

♦ CDMA2000 identifica la norma AIT para tecnología de tercera generación, que es un resultado evolutivo de CDMAOne, el cual ofrece a los operadores que han desplegado un sistema CDMAOne de segunda generación, una migración transparente que respalda económicamente la actualización a las características y servicios 3G, dentro de las asignaciones del espectro actual, tanto para los operadores celulares como los de PCS. La interfaz de red definida para CDMA2000 apoya la red de segunda generación de todos los operadores actuales, independientemente de la tecnología: CDMAOne, IS-136 TDMA o GSM). La TIA ha presentado esta norma ante la ITU como parte del proceso IMT-2000 3G. Nueva especificación de segunda generación CDMA MoU concebido para su inclusión en UMTS.

♦ CT-2 Estándar para teléfonos inalámbricos digitales de segunda generación. Tiene 40 canales de voz.

♦ CT-3 Estándar para teléfonos digitales inalámbricos de tercera generación, muy similar y precursor del DECT

♦ CTS Sistema para teléfonos inalámbricos GSM. En los hogares, los teléfonos GSM-CTS se comunican con una CTS Estación Base Local (EBL), que ofrece una perfecta cobertura de radio en el interior. El CTS-EBL se conecta a la red fija y ofrece lo mejor de ambas tecnologías la fija y la móvil, es decir un coste bajo, la calidad de la red telefónica pública de conmutación (RTPC), y los servicios y movilidad del GSM.

♦ D-STMA El STMA digital, es una variante del STMA. Utiliza tres intervalos de tiempo a diferencia del TDMA. También se le conoce como IS-54. Es una actualización del estándar analógico STMA. Diseñado para utilizar los canales existentes de una manera más eficiente, DSTMA (IS-54) emplea los mismos intervalos de canal de 30 KHz y las mismas bandas de frecuencia (824-849 y 869-894 MHz) que el STMA. Usando TDMA en lugar de FDMA, IS-54 incrementa el número de usuarios de 1 a 3 por canal (pudiendo elevarse a 10 con TDMA incrementado). La infraestructura


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STMA/D-STMA puede soportar la utilización de teléfonos analógicos STMA o digitales D-STMA. Esto se debe al mandato de la CFC (Comisión Federal de Comunicaciones) por el que los celulares digitales en Estados Unidos deben tener capacidad dual. Ambos operan en la banda de los 800 MHz

♦ EDI 1800 (Estándar Digital Inalámbrico) Conocido en la actualidad como GSM 1800, opera en el rango de los 1.800 MHz. Es una versión de GSM a diferente frecuencia, en cuyo caso los teléfonos GSM (900 MHz) no pueden usarse en las redes EDI 1800 a menos que sean duales.

♦ TEDI (Telefonía Europea Digital Inalámbrica) Comenzó como tecnología CT-3 de Ericsson pero desarrollada por el Estándar Digital Europeo Inalámbrico de la ETSI. Se ha concebido para que sea un estándar más flexible que el CT-2 y tenga más canales RF, alcanzando hasta 120 canales duplex de voz. Tiene además un mejor rendimiento multimedia ya que puede soportar 32kbit/s concatenados. Usa 12 intervalos de tiempo TDMA. Ericsson ha desarrollado un móvil dual GSM/TEDI.

♦ GEDM (GSM de Evolución para Datos Mejorados) UWC-136, próxima generación de datos dirigido a la tercera generación y a entornos multimedia construidos con GPRS. Permitirá a los operadores GSM utilizar las bandas de radio existentes para GSM y ofrecer servicios IP multimedia inalámbricos y aplicaciones a un máximo de velocidad teórica de 384 kbps con un rango de bits de 48 kbps por intervalo de tiempo y posibilidad de aumentar a 69.2 kbps en buenas condiciones de radio.

♦ E-Netz Denominación alemana de las redes GSM 1800 ♦ ESMG (Estándar Satelital Móvil Geoestacionario) Estándar de interfaz de aire

para satélites desarrollado a partir del GSM y creado por Ericsson, Lockheed Martin, Matra Marconi Space y los operadores de satélites Asia Cellular Satellite y Euro-African Satellite Telecommunications.

♦ GSM (Sistema Global para las Comunicaciones Móviles) Es el primer estándar digital europeo, desarrollado para establecer la compatibilidad móvil europea. Su éxito se ha extendido a todo el mundo y en la actualidad existen mas de 80 redes GSM en funcionamiento. Opera en la banda de los 900 MHz

♦ RMDI (Red Mejorada Digital Integrada) Lanzado por Motorola en 1994, es un sistema de radio móvil privado para el Sector de Productos Móviles Terrestres (SPMT) de Motorola que utiliza esta tecnología. Está disponible para las bandas 800 y 900 MHz y en los 1.5 GHz. Utiliza una variedad de tecnologías avanzadas como modulación M16QAM y TDMA. Permite a los operadores de Servicio Radio Móvil Comercial (SRMC) maximizar la capacidad de entrega y proporciona flexibilidad para añadir servicios opcionales tales como interconexión telefónica bidireccional, búsqueda alfanumérica y servicios de comunicación datos / fax.

♦ IMT DS CDMA de banda ancha o WCDMA ♦ MT MC Conocido como cdma2000, basado en los componentes 1X y 3X ♦ IMT TC Denominado UTRA TDD o TD-SCDMA ♦ IMT SC Llamado UWC-136 y conocido como GEDM

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♦ IMTFT Mas conocido como TEDI ♦ IS-54 Tecnología basada en TDMA y utilizada en el sistema D-AMPS a 800

MHz ♦ IS-95 Tecnología basada en CDMA utilizada a 800 MHz ♦ IS-136 Tecnología basada en TDMA ♦ JS-008 Estándar basado en CDMA para 1.900 Mhz ♦ A-CDMA (CDMA Angosto) Conocido en estados Unidos como IS-95.

Desarrollado por Qualcomm y caracterizado por su alta capacidad y radio de pequeñas células. Tiene un interfaz aéreo de amplio espectro a 1.25MHz. Utiliza la misma banda de frecuencia que el AMPS y soporta la operación de AMPS, empleando una tecnología de amplio espectro y un sistema de codificación especial. Fue adoptado por la Asociación de Industrias de Telecomunicaciones (AIT) en 1993. En la actualidad, las primeras redes basadas en CDMA están operativas

♦ PACS-TDMA Estándar basado en la tecnología TDMA de 8 intervalos de tiempo, concebido primariamente para uso personal. Soportado por Motorola, tiene su origen en la especificación para acceso inalámbrico de Bellcore para aplicaciones en bandas con licencia.

♦ SCP (Servicios de Comunicaciones Personales) La banda de frecuencia del SCP es de 1.850 a 1,990 MHz, abarcando un amplio rango de nuevos estándares digitales móviles como el A-CDMA y el GSM 1900. Los teléfonos para una única banda de 900 MHz no pueden ser utilizados en las redes SCP. Este estándar se utiliza en Norteamérica y Latinoamérica.

♦ CDP (Celular Digital Personal) Estándar japonés basado en TDMA que opera en la banda de los 800 y 1500 MHz

♦ SMP (Sistema Manual Personal) Adaptación japonesa del TDD TDMA que ofrece servicio de datos a alta velocidad y calidad de voz. En realidad es un sistema de bucle local inalámbrico (WLL) con una cobertura de 300 m. hasta 3 Km solamente.

♦ Telecentre-H Sistema propietario WLL de Krone. Tiene un alcance de 30 Km. y opera en la banda de 350-500 MHz y 800-1000 MHz. Utiliza tecnología FDD FDM/FDMA y TDM/TDMA

♦ UltraPhone 110 Sistema propietario WLL de IDC. Tiene un alcance de 30 km. y opera en la banda de 350-500 MHz. Utiliza tecnología FDD FDM/TDMA. Este sistema permite 4 conversaciones simultaneas por cada canal distribuido en los 25 MHz. Un sistema típico WLL UP de 24 canales puede soportar 95 circuitos bidireccionales de voz en el espectro de los 1.2 kHz

♦ ETMU (Estándar de Telefonía Móvil Universal) Estándar para la tercera generación de telefonía móvil. Ofrece una capacidad (velocidad) de datos de <2Mbps, usando una combinación de TDMA y W-CDMA. Opera en los 2GHz

♦ W-CDMA Uno de los últimos componentes del UMTS, junto a TDMA y cdma2000. Tiene un interfaz aéreo de 5 MHz y constituye la base para una velocidad de datos con mayor ancho de banda.

♦ WLL El sistema de bucle local inalámbrico se utiliza generalmente en áreas remotas en las que es imposible el uso de líneas fijas. Los sistemas WLL


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más modernos tienen tecnología CDMA. Muchos países europeos están otorgando o en proceso de otorgar licencias WLL para permitir la competencia en la denominada última milla, como última fase del proceso de apertura a la competencia.

Aunque todos estos sistemas celulares puedan diferir en gran parte en su tecnología,

todos funcionan bajo los principios del CONCEPTO CELULAR, concepto que puede ser revisado en EL CAPITULO 2 de este trabajo.

Tabla 8.1 Sistemas celulares en América.

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CAPITULO 9

TELEFONIA CELULAR EN MÉXICO. 9.1 SISTEMA CELULAR EN MÉXICO

Dado que México es un país que esta en desarrollo es necesario que se tenga una red de comunicación, la cual satisfaga de manera útil, las necesidades que exige la modernización de un territorio a lo largo y ancho.

En México la red telefónica es la mas usada, ya que día con día el tráfico en este

medio de comunicación aumenta. A mediados de 1989 se solicito a la Gerencia de la Red Superpuesta Pública de

TELMEX la atención de un proyecto prioritario para dar servicio a DIPSA S. A. de C. V. Dicho proyecto contemplaba la creación de una red de Radio Telefonía Móvil con

Tecnología Celular, constituida por una Central Telefónica Celular (Oficina de Conmutación de Telefonía Móvil, OCTM), un edificio administrativo y 26 radio bases distribuidas en toda el área metropolitana que atendería a 20, 000 abonados. En los subsecuentes años otras empresas han elaborado proyectos para emplazar sistemas de telefonía celular en toda la República Mexicana.

Así se eleva la potencialidad de tener un servicio funcional y confiable de

comunicaciones celulares en México. Los beneficios que aporta la telefonía celular en un país en vías de desarrollo son

innumerables. Por ello el gobierno federal a través de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes, invitó, en noviembre de 1989, a grupos fuertes de empresarios a concursar para obtener concesiones y así poder brindar el servicio de telefonía celular.

Los interesados, en particular en el suministro del servicio de radio telefonía móvil

con tecnología celular se inscribieron, teniendo como base la regionalización del servicio, a nueve regiones que cubren el 100% del territorio nacional.

Cuatro meses después, en marzo de 1990, la SCT dio a conocer los nombres de las

empresas seleccionadas en las nueve regiones a prestar el servicio telefónico. Cabe mencionar que concursaron más de 100 participantes y que para efectuar la elección se tomaron en cuenta la organización empresarial; sus antecedentes y características técnicas y económicas; los aspectos generales y tecnológicos del proyecto; el cronograma de instalación de la infraestructura; análisis de mercado y estrategia de comercialización, entre otros puntos.


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La radiocomunicación pública se ha convertido en un medio extraordinario para mejorar el enlace personal y la eficiencia de muchas empresas e industrias de México. La radiotelefonía móvil con tecnología celular, los servicios de radiolocalización móvil de personas y de radiocomunicación especializada de flotillas, y los nuevos servicios de provisión de capacidad para el establecimiento de enlaces de microondas punto a punto y de provisión de enlaces de microondas punto a multipunto, son parte de la nueva era de las telecomunicaciones que se está aprovechando en nuestro país, con cada vez más atractivas tarifas y distintas modalidades de servicios.

Es importante mencionar que la expansión de estos servicios se continuó realizando

con base en licitaciones públicas de bandas de frecuencias del espectro radioeléctrico, con lo que el desarrollo de la radiocomunicación en México se da bajo un esquema ordenado y transparente.

Con relación a los distintos servicios, debe destacarse que la demanda por telefonía

celular en México se ha incrementado considerablemente en los últimos años. El número de suscriptores se incrementó en cerca de cinco veces hasta alcanzar más de tres millones 349 mil suscriptores. Con tal ritmo de crecimiento al concluir 1999, el número de usuarios ascendió a seis millones 272 mil en 187 localidades, lo que representaría un crecimiento del 87.3 por ciento con respecto a 1998. La penetración de este servicio se ha hecho patente en el crecimiento de la densidad telefónica celular, la que pasó de 3.5 usuarios por cada 100 habitantes en 1998 a 6.7 a fines de 1999.

El dinámico desarrollo de este servicio ha obedecido, entre otras causas, al ambiente

de competencia al que está sujeto, lo que ha repercutido en atractivos paquetes tarifarios. Actualmente el servicio lo ofrecen 10 empresas, una a nivel nacional y nueve a nivel regional.

Como consecuencia de otras medidas propuestas y adoptadas por la autoridad con el

consenso de los concesionarios, entró en vigor a partir del 1° de mayo de 1999 para los usuarios del servicio celular la modalidad "el que llama paga", la cual en sus primeros dos meses de inicio ha logrado incrementar el número de usuarios en aproximadamente 16.4 por ciento, y el número de minutos en 23 por ciento.

Para adoptar esta modalidad, se determinó la tarifa de interconexión que paga Telmex

a los operadores celulares y que estará vigente durante los primeros seis meses de operación de la medida, así como la tarifa que pagan los usuarios de la red fija por llamar a un teléfono celular. Este nuevo esquema aplicable a la interconexión entre redes fijas y móviles está orientado a promover el aumento de la penetración del servicio telefónico móvil en los diferentes sectores de la población.

En cuanto al servicio de radiolocalización móvil de personas, éste también presenta

un crecimiento dinámico y sostenido del número de usuarios, el cual fue de 34.9 por ciento entre 1998 y 1999. Actualmente, existen 107 concesionarios: 62 de carácter local, 30 regionales y 15 nacionales.

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Por lo que se refiere al servicio móvil de radiocomunicación especializada de flotillas (trunking), actualmente existen 48 concesionarios que proporcionan este servicio, 12 de carácter local y 36 regionales. En diciembre de 1998 existían 138 mil usuarios, para finales de 1999, esta cifra aumentó a 163.9 miles de suscriptores, lo que representa un incremento de 18.8 por ciento.

Para continuar fomentando la entrada de nuevos operadores a este tipo de servicios,

en septiembre de 1998 se publicó en el Diario Oficial de la Federación la adición al programa de licitaciones de bandas de frecuencias del espectro radioeléctrico para usos determinados.

Derivado de los procesos de licitación, se otorgaron 17 títulos de concesión de bandas

de frecuencias y dos de redes publicas de telecomunicaciones para los servicios de radiocomunicación móvil terrestre; 16 títulos de concesión de bandas de frecuencias para servicios de comunicación personal de banda angosta y cinco de redes públicas de telecomunicaciones asociadas; asimismo, se otorgaron 25 concesiones regionales de bandas de frecuencias y cuatro nacionales para prestar el servicio de radiolocalización móvil de personas, así como 10 de redes públicas de telecomunicaciones para este servicio.

También como parte del proceso de subasta del espectro radioeléctrico, se otorgaron

tres títulos de concesión de bandas de frecuencias y uno de red pública de telecomunicaciones para la prestación del servicio de provisión de enlaces de microondas punto a multipunto, contando a la fecha con un total de 44 y 13 concesiones, respectivamente.

Para la prestación del servicio telefónico local, y también como resultado de los

procesos de licitación, se otorgaron a seis empresas 39 títulos de concesión de bandas de frecuencias para servicios de acceso inalámbrico fijo o móvil, así como cinco de red pública de telecomunicaciones.

Por lo que toca a frecuencias de uso oficial, se ha continuado con la asignación

directa de radiofrecuencias a diferentes dependencias, organismos e instituciones de los gobiernos federal, estatal y municipal para el desarrollo de sus propias funciones. En este rubro destaca la asignación de una banda de frecuencias destinada a la operación del Sistema Nacional de Seguridad Pública, coordinado por la Secretaría de Gobernación.

En particular, durante el periodo que se informa, se asignaron 30 frecuencias para

diversas entidades de la Administración Pública Federal, gobiernos estatales y municipales. Con ello, a partir de la entrada en vigor de la Ley Federal de Telecomunicaciones se han asignado un total de 109 frecuencias.

Por otra parte, y con el propósito de actualizar las bases para el uso eficiente y

explotación del espectro radioeléctrico, así como para el desarrollo planificado de las redes y servicios de telecomunicaciones que utilizan dicho recurso, se publicó, en enero del presente año, el Cuadro de Atribución Nacional de Frecuencias.


129

En las comunicaciones, la coordinación internacional es fundamental dado el alcance transfronterizo de la industria. Por ello, se han establecido acuerdos y tratados de carácter bilateral y multilateral con gobiernos extranjeros y organismos internacionales y se han tomado medidas conjuntas de coordinación con otros países.

Bajo el marco de apertura comercial en México, en materia de telecomunicaciones se participó en negociaciones para la suscripción de acuerdos comerciales con Panamá, el Triángulo del Norte (Guatemala, El Salvador y Honduras) y la Unión Europea.

Se participó en los trabajos de la 3ª Reunión Bilateral para la Cooperación en Materia

de Telecomunicaciones México-Japón celebrada en la Ciudad de México. Durante la reunión se abordaron temas como el proceso internacional de normalización, telemedicina, comercio electrónico, e interconexión, entre otros.

Por otra parte, se ha mantenido una constante comunicación con las autoridades de

los Estados Unidos de América para el correcto uso y aprovechamiento de frecuencias en la frontera común. Además, se suscribió un memorando de entendimiento para el uso de radiofrecuencias, coordinación y cooperación en caso de emergencias.

También con la República de Guatemala se han sostenido diversas reuniones

tendientes a la firma de documentos de coordinación de frecuencias a lo largo de la frontera, principalmente para casos de emergencia y para sistemas de telefonía celular.

El caso de México es también muy interesante, debido a que cuando se inició el

servicio, las tecnologías ya habían sido ampliamente probadas en otros países y se tenía un buen estimador de la demanda que podría ser esperada. En 1989 se convocó a las empresas del ramo a presentar solicitudes para ofrecer este servicio en las nueve diferentes regiones en que fue dividido el país. Cada región recibiría servicio de dos operadores en competencia. Comercialmente los servicios se iniciaron en 1990. En los pocos años que han transcurrido desde entonces, la aceptación ha sido extraordinaria. A fines de 1992, el número aproximado de suscriptores al servicio, sumando ambos operadores de cada región, era el siguiente:

Región Número aproximado de suscriptores

Baja California 10,000

Noroeste 8,000

Norte 16,000

Noreste 30,000

Occidente 26,000

Centro 16,000

Golfo y Sur 16,000

Sureste 11,000

Distrito Federal y alrededores 181,000

Total 314,000

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Tabla 9.1 Número de abonados para 1992.

Cada uno de los dos operadores regionales tiene asignadas dos bandas en la región que le corresponde: una para la comunicación del equipo móvil hacia las bases y otra para la comunicación de las bases hacia las unidades móviles. La asignación se muestra en el siguiente cuadro:

Banda Móvil (MHz) Base (MHz)

A 824-835, 845-846.5 869-88O,89O-891.5

B 835-845, 846.5-849 88O-89O, 891.5-894

Tabla 9.2 Asignación de frecuencias para los dos proveedores del servicio celular en

1992. Cada una de las bandas, está dividida en canales que ocupan 3O kHz cada uno, por lo

cual, en cada banda caben 333 canales (o conversaciones simultáneas). Vale la pena resaltar que en cada región puede haber cualquier cantidad de células, usando cada una de ellas un determinado conjunto de estos 333 canales, siempre y cuando no sean utilizados los mismos canales en células adyacentes. Estos canales funcionan como acceso a la red para los usuarios, por medio de equipos terminales que son teléfonos portátiles, consistentes en una unidad de control, un radio receptor, un radio transmisor y su antena. Por otra parte, las oficinas de conmutación contienen todos los elementos necesarios para control de llamadas, interconexión con la red telefónica, contabilidad y facturación.

El 7 de mayo de 2001, la Comisión Federal de Telecomunicaciones inició el

programa de evaluación de calidad a las redes de telefonía móvil en 19 ciudades del país, mediante el cual se efectúa un monitoreo de los servicios que prestan las concesionarias de telefonía móvil (Bajacel, Cedetel, Iusacell, Movitel, Norcel, Pegaso, Portatel, Telcel y Unefon), con el objeto de promover una mejoría general en la provisión de los mismos, así como fomentar la competencia entre los distintos operadores.

Las mediciones consisten en determinar los porcentajes de intentos de llamadas no

completadas y de llamadas caídas, así como el tiempo de establecimiento de las mismas, para cada una de las redes. Para ello, se efectúan 1,825 llamadas por concesionaria desde vehículos en movimiento, los cuales se desplazan en rutas predeterminadas que incluyen tanto avenidas principales, como vías de acceso secundarias de cada localidad.

. Segunda Medición

Ciudad

(1) Cobertura

de Prueba (km2)

Operador Móvil

Fecha de Evaluación

(2) Cobertura

Garantizada (km2)

(3) %Llamadas

Caídas (Estándar

Cofetel 6%)

(4) %Intentos de Llamadas No Completadas

(Estándar Cofetel 5%)

Movitel 95 1.0 1.1 Hermosillo

95 Telcel

Del 27 al 31 de agosto 94 0.1 0.7

Toluca 265 Iusacell Del 27 al 31 de 220 0.5 0.4


131

Pegaso 202 0.1 0.0 Telcel 180 0.2 0.9

Unefon

agosto

187 0.4 0.9

Norcel 130 0.5 4.4 Chihuahua

130 Telcel

Del 10 al 14 de septiembre 122 0.5 0.7

Iusacell 432 0.2 1.3 Pegaso 381 0.1 0.2 Telcel 355 0.1 0.2

Guadalajara

455

Unefon

Del 10 al 14 de septiembre

398 0.0 0.7

Iusacell 115 0.2 1.1

Telcel 139 0.0 0.1 León

150

Unefon


108 0.0 0.5

Bajacel 60 0.6 0.3

Pegaso 50 0.5 1.4 Ensenada

60

Telcel


60 0.2 0.2


Telcel 210 0.2 0.9 Puebla

410

Unefon

Del 8 al 12 de octubre

235 0.0 1.1

Cedetel 222 0.4 2.5 Saltillo

230 Telcel

Del 8 al 12 de octubre 208 0.3 0.7


Pegaso 1168 0.2 0.4

Telcel 926 0.1 1.4 México

1455

Unefon

Del 22 al 26 de octubre

1130 0.2 0.9

Portatel 121 0.5 0.7 Mérida

185 Telcel

Del 22 al 26 de octubre 185 0.2 0.6

Movitel 114 0.9 1.7 Culiacán

114 Telcel

Del 5 al 9 de noviembre 111 0.0 0.9

Iusacell 79 0.2 1.2

Telcel 87 0.1 0.2 Morelia

100

Unefon

Del 5 al 9 de noviembre

58 0.0 0.9

Norcel 229 0.7 2.0 Ciudad Juárez

292 Telcel

Del 19 al 23 de noviembre 250 0.6 1.5


Telcel 80 0.2 0.7 Acapulco

135

Unefon


104 0.7 2.3

Bajacel 230 0.9 1.7

Pegaso 205 0.4 0.5 Tijuana

230

Telcel


218 0.2 0.6

132

Iusacell 75 0.3 1.6

Telcel 76 0.1 0.5 Querétaro

100

Unefon


76 0.1 1.0

Cedetel 478 0.3 1.1

Pegaso 450 0.2 1.1

Telcel 480 0.2 0.9 Monterrey

500

Unefon

Del 3 al 7 de diciembre

400 0.1 0.8

Portatel 46 0.7 0.2 Cancún

55 Telcel

Del 3 al 7 de diciembre 55 0.0 0.1

Tabla 9.3 Medición de la calidad del servicio para el 2001.

(1) Cobertura de Prueba (km2). Área geográfica máxima de evaluación establecida

por la Cofetel. (2) Cobertura Garantizada(km2). Área de cobertura de servicio garantizada por el

operador móvil evaluado dentro de la Cobertura de Prueba. Cabe destacar que ciertos operadores ofrecen servicios más allá de la Cobertura de Prueba.

(3) % Llamadas Caídas. Porcentaje de llamadas que una vez establecidas tuvieron la imposibilidad de continuar con la comunicación.

(4) % Intentos de Llamadas No Completadas. Porcentaje de intentos de llamadas en los cuales, habiéndose realizado adecuadamente el proceso de marcación respectivo, no se logra establecer la comunicación con el destino final en un tiempo menor a 12 segundos.

9.2 REGIONES DEL SERVICIO DE TELEFONÍA CELULAR. La República Mexicana fue subdividida en 9 regiones donde se atenderá al abonado de

telefonía celular y terrestre, esta se presentan en la Tabla 9.4.

Región Estados que opera 1 Baja California, Baja California Sur y el municipio de San

Luis Río Colorado en Sonora. 2 Sinaloa y Sonora, excluyendo el municipio de San Luis

Río Colorado en Sonora.

3 Chihuahua y Durango y los siguientes municipios de Coahuila: Torreón, Francisco I. Madero, Matamoros, San Pedro y Viesca.

4

Nuevo León, Tamaulipas y Coahuila, excluyendo los municipios de Torreón, Francisco I. Madero, Matamoros, San Pedro y Viesca en Coahuila.

5 Campeche, Chiapas, Quintana Roo, Tabasco y Yucatán.

6

Colima, Michoacán, Nayarit y Jalisco, excluyendo los municipios de Jalisco: Huejúcar, Santa María de los Ángeles, Colotlán, Tecaltiche, Huejuquilla El Alto, Mexquitic, Villa Guerrero, Bolaños, Lagos de Moreno, Villa Hidalgo, Ojuelos de Jalisco y Encarnación de Díaz.

Aguascalientes, Guanajuato, Querétaro, San Luis Potosí


133

7

y Zacatecas, y los municipios de Jalisco: Huejúcar, Santa María de los Ángeles, Colotlán, Tecaltiche, Huejuquilla El Alto, Mexquitic, Villa Guerrero, Bolaños, Lagos de Moreno, Villa Hidalgo, Ojuelos de Jalisco y Encarnación de Díaz.

8 Guerrero, Oaxaca, Puebla, Tlaxcala y Veracruz. 9 Distrito Federal y los estados de México, Hidalgo y

Morelos.

Tabla 9.4 Asignación de las regiones en el país La Central de Telefonía Celular para el proveedor TELCEL se localiza en Céfiro No.

14 colonia Pedregal de Carrasco.

9.3 COMPAÑÍAS OPERADORAS DE LA TELEFONÍA CELULAR EN MÉXICO.

9.3.1 PEGASO ( TELEFÓNICA MOVISTAR ) Definiciones ♦ Asistencia Pegaso: ofrece asistencia médica, servicio vial básico, asistencia en

accidentes, asistencia administrativa en problemas de viaje, asistencia médica en el extranjero, referencia de servicio de taxi y referencia de asistencia en el hogar, las 24 horas durante los 365 días del año.

♦ Bloqueo de Llamadas: permite a los usuarios de Pegaso bloquear en su teléfono ciertas llamadas entrantes.

♦ Cargo de Activación: importe inicial que se le cobra al usuario por activarlo en el sistema.

♦ Cargo por Minuto de Llamada: se calcula dependiendo de la duración de la llamada, se redondea al minuto inmediato superior y, a menos que se especifique lo contrario, se facturará por minuto completo.

♦ Cargo Inicial por Llamada: cargo único por llamada independiente de la duración de la misma.

♦ Cargo por Renta: importe periódico fijo anticipado que se le cobra al usuario por uso del servicio.

♦ Cargo por Transferencia de Llamada (Roaming) Internacional: es el cargo que genera el usuario de Pegaso si hace o recibe llamadas en los Estados Unidos de América, vía la red móvil de Sprint PCS.

♦ Cargo por Transferencia de Llamada (Roaming) Nacional: es el cargo que genera el usuario de Pegaso si hace o recibe llamadas fuera de su área de cobertura local contratada, vía la red móvil de Pegaso.

♦ Cargo por Tiempo Aire: es el cargo básico para los usuarios de Pegaso por hacer o recibir llamadas desde sus teléfonos móviles. El cargo por tiempo aire varía de acuerdo al plan contratado. Planes post-pagados incluyen una cantidad especifica de minutos de tiempo aire en la renta mensual.

♦ Conferencia de Tres: permite a los usuarios de Pegaso agregar una segunda llamada a una llamada en proceso.

134

♦ Correo de Voz Pegaso: permite a los usuarios de Pegaso recibir mensajes aún cuando el teléfono esté apagado, ocupado con una llamada en proceso, fuera del área de cobertura o cuando el teléfono no sea contestado.

♦ Facturación Detallada: consiste en presentar al cliente una factura o estado de cuenta que muestre la información a detalle de los créditos y cargos ocasionados por el uso de los servicios de telefonía de Pegaso.

♦ Facturación Mensual: consiste en el pago anticipado de un mes de renta y el pago por los cargos de uso u otros servicios del el mes anterior.

♦ Horario de la Tarifa: cuando se especifique, varía durante las 24 horas del día. ♦ Identificador de Llamadas: esta función permite al usuario ver en la pantalla de su

teléfono el número de origen de la llamada entrante, o bien, el nombre de la persona, (si está programado en la memoria del teléfono) antes de contestar la llamada.

♦ Llamada en Espera: permite a los usuarios de Pegaso retener una llamada en proceso sin perder la señal y recibir una segunda llamada.

♦ Minutos Incluidos: es el tiempo aire al que el usuario tiene derecho a utilizar sin cargo adicional dependiendo del plan contratado. Este tiempo no es acumulable al vencer el período límite para su consumo.

♦ Modalidad “El Que Llama Paga: modalidad en la que el usuario que origina la llamada, paga la tarifa por la terminación de la misma y donde el usuario que lo recibe no tiene cargo alguno. Bajo la modalidad de “El Que Llama Paga", el usuario que origina el tráfico público conmutado deberá marcar el prefijo “044 con antelación a la marcación del número de ocho dígitos correspondiente (Esta modalidad se aplica exclusivamente para el servicio local).

♦ Prepago: pago por adelantado que efectúa el usuario por el servicio de telefonía fija o móvil.

♦ Región: área geográfica de cobertura autorizada en los Títulos de Concesión de los concesionarios de servicio local que utilizan bandas de frecuencia del espectro radioeléctrico para la prestación del servicio de acceso inalámbrico fijo o móvil.

♦ Servicio local fijo: servicio local que de acuerdo a los Títulos de Concesión correspondientes, se presta a través de equipos terminales que tienen una ubicación determinada.

♦ Servicio de Mensajes Cortos: es el servicio que permite a los usuarios recibir mensajes alfanuméricos directamente en su teléfono digital.

♦ Servicio local móvil: servicio local que de acuerdo a los Títulos de Concesión correspondientes, se presta a través de equipos terminales que no tienen una ubicación geográfica determinada.

♦ Tarifa de Prepago: es el cargo básico en el que incurren los usuarios de Pegaso cuando hacen o reciben llamadas a través del sistema de Prepago. Aplica en todas las llamadas que se hacen o se reciben a través del sistema de prepago, a menos que se indique lo contrario.

♦ Tiempo Aire: período de tiempo que permanece el usuario conectado con el equipo terminal de destino.

♦ Transferencia de Llamadas: enruta las llamadas que entran al teléfono móvil del usuario al número que éste designe, ya sea otro móvil o teléfono convencional.


135

♦ Zona de Servicio Local: es aquella por la que se conduce tráfico público conmutado entre usuarios de una misma central, o entre usuarios de centrales que forman parte de un mismo grupo de centrales de servicio local, en donde no se requiere de la marcación de un prefijo de acceso al servicio de larga distancia.

♦ Usuario: persona física o moral abonada al servicio de Pegaso. Descripción del servicio de telefonía local móvil Por servicio de telefonía local móvil, se entiende el que se requiere para establecer

comunicación entre dos o más usuarios pertenecientes a la misma zona de servicio local en movimiento e incluso a alta velocidad.

Este servicio, se establece por medio de ondas de radio, utilizando el espectro

radioeléctrico en una determinada frecuencia entre la EB, y el equipo terminal de los usuarios.

El conjunto de EB´s a su vez, forma lo que se conoce como la red pública de

telecomunicaciones de Pegaso, cubriendo un área de cobertura en una determinada zona geográfica de servicio local.

Este servicio, esta disponible para usuarios con o sin equipo propio, sujetos o no, a un

determinado plazo forzoso de contratación, mediante los sistemas de prepago o postpago seleccionados por el usuario, en los planes o paquetes ofrecidos por Pegaso.

Reglas de aplicación ♦ Tiempo: Se calcula dependiendo de la duración de la llamada en segundos y, a

menos que se especifique lo contrario, se facturará por fracciones de minuto. El tiempo se computa cuando la llamada es completada.

♦ Distancia: La distancia es independiente para la tarificación, siempre y cuando la llamada se efectúe dentro de una misma área local, cuando esta sea fuera del área local, se aplicará adicionalmente la tarifa de larga distancia correspondiente.

♦ Facturación: El procedimiento para la facturación del servicio de telefonía local móvil es el siguiente: • Precio de la llamada = Tarifa correspondiente X Duración de la llamada

♦ Descuentos: Las tablas de descuentos por volumen, horario o por promociones especiales se especifican en cada plan, paquete o promoción.

♦ Precios: Los precios incluidos en el presente libro son en pesos moneda de curso legal de los Estados Unidos Mexicanos, sin incluir IVA (impuesto al valor agregado).

A menos que se especifique lo contrario, la unidad de facturación será de un centavo

de peso, cualquier unidad se redondeará a la unidad inmediata superior.

136

♦ Tarifa hora pico: La aplicación de la tarifa de hora pico cuando se especifique será de: • Lunes a Viernes de 8:00 am a 7:59 pm

♦ Tarifa hora no pico: La aplicación de la tarifa de hora no pico cuando se especifique será de: • Lunes a Viernes de 8:00 pm a 7:59 am y de Viernes 8:00 pm a Lunes 7:59

am (fin de semana) Vigencia y duración de la tarifa En cada plan o paquete tarifario de Pegaso se hará mención sobre el Inicio de

vigencia y/o la duración de la tarifa. Otros servicios.

Servicio Tarifa Identificador de llamadas S/Cargo Bloqueo de llamadas $ 10.00 mensuales Asistencia Pegaso $ 24.00 mensuales Re-activación del servicio $ 100.00 por evento Reimpresión de factura $ 25.00 por evento Centro de servicio al cliente "*611

SEND" S/Cargo

Venta de accesorios "*211 SEND" S/Cargo Servicio de información "*3463

SEND" Tiempo aire

Tabla 9.5 Otros servicios ofrecidos por Pegaso.

La Transferencia de Llamadas estará incluida en el cargo mensual. La llamada

transferida generará los cargos de uso correspondientes. La Llamada en Espera estará incluida en el cargo mensual. Al uso de minutos tiempo

aire se le aplicará la tarifa correspondiente. El Correo de Voz estará incluido en el cargo mensual. Se aplicarán las tarifas

correspondientes al recuperar los mensajes. El tiempo para este servicio se comienza a computar después de los primeros 20 segundos.

El cargo de Conferencia de Tres estará incluido en el cargo mensual. La entrada de

una llamada adicional a una en progreso tendrá un cargo por el tiempo aire, más cargos adicionales aplicables a la llamada.


137

9.3.2 UNEFON

Introducción. Los operadores establecidos han implantado sus redes tras muchos años de

despliegue de infraestructuras. La parte de la red que permite el acceso al abonado, lo que se conoce como "la última milla", se ha acometido tradicionalmente utilizando pares de cobre.

Las liberalizaciones del mercado de las telecomunicaciones que han tenido lugar en

los últimos años en muchos países y las nuevas licencias para operadores de servicios de telefonía fija y/o móvil, unido a la demanda de mayor ancho de banda, han sido los dos principales factores que han propiciado la aparición de nuevas tecnologías que optimicen el costo de "llegar" hasta el cliente.

Existe por tanto una necesidad de productos con los que el nuevo operador pueda

acceder al usuario final con un despliegue rápido frente a los competidores y que garantice, no sólo los servicios clásicos de telefonía para STVP (Servicio Telefónico del viejo Plan) sino también otros servicios más avanzados para Internet o telefonía digital como la RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) ya sea BRA (Básico, dos canales) o PRA (Primario, treinta canales), o servicios de datos a velocidades de Nx64Kbps, superiores a las que hasta ahora se ofertaban.

La solución para no utilizar cable ya sea cobre, coaxial o fibra óptica, es utilizar un

sistema vía radio. Técnicamente se trata de utilizar una red de Estaciones Base que concentran el tráfico

que le envían mediante radio enlaces los diferentes terminales instalados en los abonados. Las Estaciones Base llevan dicho tráfico hasta la central de Conmutación a través de

las Redes de Transporte ya sea por fibra óptica o radio enlace. Tecnología unefon. La red de Operadora Unefon, S.A. de C.V., para proporcionar servicios de telefonía

local inalámbrica a través de la tecnología de Acceso Múltiple por División de Código (CDMA) se basa en el estándar ANSI J-STD-008 para la banda de 1900 MHz. La Comisión Federal de Telecomunicaciones (COFETEL) ha definido que el uso determinado de esta banda, sea para dar el servicio de telefonía inalámbrica fija y/o móvil.

La red ha sido planeada para dar servicio en cada una de las 9 regiones en que, de

acuerdo a lo dispuesto por la COFETEL, ha sido dividido el territorio de los Estados Unidos Mexicanos, y por lo tanto consta de 9 redes zonales distintas que pueden interconectarse con otros sistemas telefónicos existentes, mediante enlaces hacia estas redes locales, de larga distancia u otras, usando interfaces de señalización estándar basadas en la norma oficial mexicana NOM-112-SCT1 y en lo establecido en las recomendaciones de la

138

Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), en lo referente a la Señalización por Canal Común Número 7 (SCC# 7).

El sistema incluye básicamente centros de conmutación, registros de localización,

controladores de estaciones base y estaciones base transreceptoras. Este sistema asegura el cumplimiento del estándar, con los beneficios de interfaces abiertas, completa seguridad (disponible con los sistemas digitales), tasación segura y eficiente.

El sistema de conmutación con sus diferentes plataformas cumple con los estándares

de transmisión, conmutación, señalización y sincronía de acuerdo a las normas NOM, ETSI, ANSI, y las recomendaciones UIT-T.

El sistema de transmisión instalado soporta cualquier medio de transmisión como la

fibra óptica, cable de cobre o microondas. Además, el sistema maneja tramas de información 32 canales de acuerdo con la

norma NOM-152-SCT1 y las recomendaciones UIT-T G.703 y G.704. El estándar de señalización soportado es, así mismo, el establecido por la NOM-112-

SCT1 (UIT-T SCC # 7). En cuanto a la sincronía, se contará en cada MSC y en cada BTS con un Sistema de

Posicionamiento Global (GPS) de sincronización de Estrato I, cumpliendo con las siguientes recomendaciones UIT-T: G.811, G.812, G.822 y G.823.

9.3.3 TELCEL

Definiciones. La presente sección de tarifas aplica para los siguientes servicios: ♦ Radiotelefonía Móvil con Tecnología Celular. ♦ Acceso Inalámbrico. ♦ Radiotelefonía Móvil a Bordo de Vehículos. ♦ Radiolocalización de Vehículos. Tarifas. ♦ Cuota de Activación: Es el importe que se cobra al usuario por la contratación del

servicio. ♦ Renta: Es un importe fijo que se cargará mensualmente a la cuenta del usuario

por concepto de uso del servicio, este será exigido al momento de la contratación para que se considere como cubierto por anticipado.

♦ Minutos Incluidos: Es la cantidad de minutos libres que el usuario puede disponer ya sea en hora pico o no pico según las características del plan contratado, sin cargo alguno a su cuenta. Si en el mes no son consumidos el total de estos minutos, no se considerarán como acumulables para meses posteriores.


139

♦ Tarifa por Minuto Adicional: Solamente se cobra el tiempo de llamada por minuto, cuando se hace una llamada y no contestan o el número se encuentra ocupado no habrá cargo por la llamada.

El minuto de llamada efectiva empieza a contabilizarse a partir de que se oprime la

tecla “SENDó (o su equivalente) y termina cuando se oprime la tecla “ENDó (o su equivalente ) o si por algún motivo la llamada se corta. La única excepción es cuando el usuario marque desde su celular a un número de acceso a roamers, aún cuando no haya contestación, se realizará el cobro de la llamada incluyendo cargos de larga distancia (en caso de ser aplicables), ya que se considera como una llamada concretada desde el momento en que se recibe el tono de marcación del número de acceso a roamers.

Si por alguna razón no se oprime la tecla “ENDó al terminar la llamada, el sistema

detectará que la otra persona ha colgado y da por hecho que la llamada terminó. ♦ Roaming Nacional: Cargo por hacer o recibir llamadas fuera de la región en la

que el usuario contrato el servicio. Sistema de Facturación Mensualmente se emitirá la factura, que está compuesta de tres partes básicas: la

Factura Fiscal, el Talón de Pagos y el Estado de Cuenta. En la factura se encontrará un resumen de gastos y la cantidad que el usuario debe

pagar ya sea en el banco, en cajas de Telcel o por medio de cargo automático a su tarjeta de crédito.

En la factura se cargará la renta mensual y los minutos adicionales de tiempo aire en

horario pico y no pico, así como los servicios adicionales contratados. En caso de utilizarse, vendrán las llamadas de larga distancia y los cargos de renta y minutos de visitante (roamer).

El talón de pago servirá para que en caso de que el usuario pague en ventanilla de

Telcel o en el banco, el talón se presente en la caja respectiva. En el caso de pagar en alguna sucursal bancaria, se debe de anotar la línea de captura de la institución bancaria donde realiza el pago, la cual viene anotada en el talón de pago.

En el estado de cuenta el usuario podrá encontrar el desglose de todos sus cargos, la

fecha de corte, su saldo anterior y actual, sus pagos, su importe a pagar, etc. En la primera factura vendrán los siguientes cargos: Cuota de activación, fianza, una

renta adelantada y parte proporcional de la primera renta, que depende de la fecha de contratación y de la fecha de corte.

Estos cargos pueden variar dependiendo del plan tarifario contratado.

140

Servicios Adicionales ♦ Son todos los servicios que pueden o no estar incluidos dentro de la contratación

y que son opcionales para el usuario, estos pueden ser: ♦ Transferencia de Llamada: Con este servicio el usuario puede transferir las

llamadas entrantes hacia otro teléfono celular o convencional. Incluso puede transferir las llamadas a cualquier número telefónico del país. Existen tres modalidades de Transferencia de Llamada: • Directa: Con esta opción todas las llamadas se transfieren automáticamente

hacia el número telefónico previamente seleccionado. • En No Contestación: Con esta modalidad el teléfono timbrará cuatro veces

antes de realizar la transferencia, con lo que el usuario tiene la opción de contestar antes de que la llamada sea transferida. Si el teléfono se encuentra apagado o fuera del área de servicio la transferencia será inmediata.

• En Ocupado: Con esta modalidad las llamadas se transfieren solamente cuando el teléfono del usuario está ocupado.

Si el usuario cuenta con el servicio de Transferencia de Llamada y durante sus viajes

no desea recibir llamadas, puede transferirlas a cualquier otro número dónde le indiquen a la persona que le llama, cómo puede comunicarse con él, a través de los Números de Acceso a Roamers nacionales o internacionales.

Nota: El servicio de Transferencia Directa tiene prioridad sobre el servicio de Buzón

Telcel y éste a su vez tiene prioridad sobre las opciones de Transferencias de Llamada en “No Contestación “ y “En Ocupado.

♦ Llamada en Espera: Con el servicio de Llamada en Espera, el usuario no pierde

ninguna comunicación ya que cuando está ocupando su celular atendiendo una llamada, se escucharán dos señales de tono que le indican que tiene otra llamada en ese momento, así puede retener la primera llamada y contestar la segunda.

♦ Conferencia Tripartita: Comunicación con dos personas en la misma llamada sin importar si el usuario de telcel recibe u origina la primera llamada.

♦ Facturación Detallada: Informe detallado de todas las llamadas entrantes y salientes, hora y día, origen y destino, número telefónico llamado, duración, costo de la llamada, cargo por larga distancia y cargo por las llamadas realizadas o recibidas en caso de que el usuario haya viajado.

♦ Mensajes Escritos: Servicio que permite a los usuarios recibir mensajes de texto corto directamente en su teléfono digital. (El servicio requiere que el usuario cuente con teléfono digital)

♦ Números de Servicio Social: Es una serie de números telefónicos de Marcación Abreviada, que le permiten al usuario comunicarse directamente a las Instituciones Públicas o de Servicio Social más importantes.

♦ Renta Diaria de Transferencia de Llamada (Roaming): No se cobrará renta por estar de (visita) en otra región, únicamente se cobrara el tiempo aire consumido en llamadas.


141

♦ Identificador de Llamada: Permite al usuario saber el origen de la llamada antes de contestar, ya que en el display del teléfono aparece el número telefónico de donde se está originando la llamada, o bien, el nombre de la persona siempre y cuando se encuentre programado en la memoria del teléfono.

♦ Usuario: Persona física o moral abonado del servicio. ♦ Modalidad El Que Llama Paga: Esta modalidad, forma parte de una disposición

Gubernamental emitida por la Comisión Federal de Telecomunicaciones, y consiste en que la persona que origina la llamada paga por el tiempo aire de la misma, así los clientes móviles celulares de Telcel que se encuentren dentro de éste esquema, sólo pagarán las llamadas que originen y donde el usuario que recibe no tiene cargo alguno.

Bajo la modalidad “El que llama paga el usuario que origine el tráfico público

conmutado deberá marcar el prefijo “044 ó con antelación a la marcación del número local correspondiente.

Esta modalidad aplica exclusivamente para el servicio local. ♦ Los Minutos Aire y los Horarios: El tiempo de las llamadas se mide en minutos

o fracción, de acuerdo a ello es que se cobra cada llamada. Por ejemplo una llamada que dura 67 segundos, es decir, un minuto con siete segundos, es cobrada como una llamada de dos minutos, ya que los siete segundos se cobran como el segundo minuto.

En todas las regiones los minutos son cobrados de acuerdo a tarifas de “Horario Pico

y “Horario No Pico. Regiones: Baja California y Noreste; Horario Pico de 7:00 a 20:59; No Pico de 21:00

a 6:59 de Lunes a Viernes, inclusive Sábado, Domingo, 1 de Enero y 25 de Diciembre. Regiones: Noroeste, Norte, Occidente, Centro, Golfo y Sur, Sureste y México;

Horario Pico de 8:00 a 21:59; No Pico de 22:00 a 7:59 de Lunes a Viernes, inclusive Sábado, Domingo, 1 de Enero y 25 de Diciembre.

♦ Buzón Telcel: Es un Centro de Mensajes que saluda a las personas que llaman al

usuario, grabando sus mensajes. Funciona las 24 horas todos los días del año de manera precisa y segura. Con el Buzón Telcel se escucharán de manera confidencial todos los mensajes depositados en una casilla personal, utilizando la contraseña que se le asigne. Aunque básicamente funciona como una contestadora, el Buzón Telcel tiene muchas funciones y posibilidades.

♦ Rescatel 100 Send: Telcel ofrece a todos sus usuarios Rescatel 100 Send sin costo de renta o contratación para brindarles asistencia en caso de emergencia, en su lugar de residencia y en viajes por México y el mundo. Rescatel 100 Send sin costo es un servicio integrado a Telcel y es válido para todos los usuarios del país que estén al corriente en sus pagos.

142

♦ Acceso Inalámbrico: Es el servicio de enlace radioeléctrico bidireccional fijo o móvil entre la red pública de telecomunicaciones y el usuario final, para la transmisión de signos, señales, escritos, imágenes, voz, sonidos e información de cualquier naturaleza.

Las tarifas son en pesos moneda de curso legal de los Estados Unidos Mexicanos, sin

incluir IVA (Impuesto al Valor Agregado). Todas las telecomunicaciones están basadas en una norma, para nuestro sistema

utilizamos la norma STMA en la interfaz de aire analógica y AMDT, D-AMPS 136 (Digital - STMA) en la digital como método de acceso en la red, lo que permite desarrollar la más amplia gama de servicios con los más altos niveles de calidad en su comunicación como son los servicios "SCP" (Servicios de Comunicación Personal). Aunque recientemente Telcel ha introducido en México la tecnología GSM.

Los componentes más importantes de nuestro sistema son: ♦ La Central de Telefonía Celular. ♦ Las Radiobases o Estaciones Base. (EB) ♦ Los Teléfonos Celulares también conocidos como: Equipo terminal, Unidades

móviles ♦ El sistema de telefonía de telcel funciona en interconexión con la Red de

Telefonía Pública Conmutada (RTPC) el cual no forma parte integral del mismo, pero es considerado como un elemento más de su operación.

La telefonía inalámbrica se transmite a través de ondas de radio, por lo que en

algunos casos puede existir cierta interferencia o causar la terminación súbita de una llamada, especialmente cuando el teléfono celular se encuentra en túneles, elevadores, sótanos, zonas topográficas accidentadas, etc.

Se han establecido convenios con diversas compañías telefónicas para que en caso de

que el usuario viaje fuera del País este pueda utilizar su teléfono para realizar y recibir llamadas; únicamente el usuario tendrá que ponerse en contacto con un asesor de servicio a clientes marcando 111 “SEND , quien le indicará las ciudades que cuentan con el servicio, así como toda la información que requiera.


143

CAPITULO 10

PARÁMETROS DE ANTENAS

10.1 PARTES IMPORTANTES Una antena de radio es un elemento que realiza dos funciones primordiales:

• Convierte la energía electromagnética, procedente de un generador a través de una línea de transmisión, en energía electromagnética que se propaga libremente en el espacio.

• Adapta la impedancia interna del generador a la impedancia del espacio.

La antena esta constituida por un conductor de dimensiones convenientes y formas diversas, en el cual coexisten una serie de parámetros inherentes a dichas dimensiones.

Impedancia Característica

Es un parámetro que depende de la relación longitud / diámetro del conductor y de la frecuencia de trabajo.

La Zo de cada punto del conductor es también función de su distancia al punto de alimentación de la antena, por lo que la misma varia a lo largo del conductor.

Al referirse a la Zo, se puede hablar de la correspondiente a un punto determinado o al valor medio de la misma. Este último concepto es el utilizado comúnmente en el calculo de antenas.

La impedancia característica de un punto cualquiera de un dipolo delgado es:

r = distancia del punto considerado al punto de alimentación del dipolo a = radio del conductor

El valor mas próximo al real del dipolo viene dado por la expresión:

144

Ho = semilongitud o altura física del dipolo o monopolo a = radio del conductor λ = longitud de onda de la frecuencia de trabajo. Coeficiente de Onda

Este coeficiente es un ángulo unidad de valor 2π/λ radianes. También recibe el

nombre de constante de fase. Son los radianes que corresponden a cada metro de longitud de onda y viene dado por:

Longitud Eléctrica.

En los estudios de la distribución de la corriente en un dipolo de media onda, o monopolo de cuarto de onda, teóricamente la corriente en los extremos alejados del punto de alimentación es cero.

Experimentalmente se sabe que esto no es así y que en realidad los nulos o nodos de corriente están en longitudes físicas algo mas largas. Este efecto se conoce como efecto terminal. Esto se debe a un aumento de La y una disminución de Ca en las proximidades de los extremos, dando lugar a una disminución de la Zo puntual y un aumento de corriente en esa zona terminal lo que produce un alargamiento aparente del conductor por lo que para que , al final de una longitud eléctrica de cuarto de onda para monopolos y media onda para dipolos, aparezca el cero de corriente, la longitud física debe ser algo menor.

La longitud eléctrica de una antena viene a ser con buena aproximación un 5% mas larga que la longitud física, por lo que:

H =Ho X 1.05 y se expresa en radianes 2βH

Factor de Atenuación

Este coeficiente determina la perdida de energía que se produce en cada punto de la antena.

Es función de su longitud, resistencia de radiación y Zo, su unidad es el neper .

Viene dada por:

Rvr = resistencia de radiación en el vientre de corriente


145

H = altura o semilogitud eléctrica

La atenuación total de una antena dipolo o monopolo, será:

Resistencia de Radiación

Este es un parámetro que viene determinado por la capacidad que tiene la antena de

disipar la energía que recibe del generador, radiándola al espacio.

Su valor en ohmios es el equivalente a una resistencia física que disipara la misma energía que radia la antena, cuando por las dos circula una corriente de igual intensidad.

Este valor esta referido normalmente al punto en el que existe en la antena el máximo valor de corriente y es función directa de la potencia radiada, o al punto de alimentación, donde este valor es la componente activa del valor complejo de la impedancia de entrada.

La resistencia de radiación es función de la longitud del conductor de la frecuencia de trabajo.

La expresión general de la resistencia de radiación de un dipolo de semilongitud eléctrica H, referida a un vientre de corriente es:

siendo

Inductancia

Es un valor intrínseco del conductor y su valor depende de Zo y la frecuencia de trabajo viene dada por :

siendo Zo = ohmios F = hercios

146

Capacidad

Es la resultante de todas las capacidades entre puntos del conductor por lo que, al igual que la inductancia, es un valor intrínseco del conductor y también función de Zo y la frecuencia de trabajo.

Se determina por

donde Zo = ohmios F = hercios

Q y Ancho de Banda

El Q de una antena o factor de calidad es un parámetro función de Zo y la resistencia

de radiación. Determina la variación de frecuencia, respecto a la de trabajo, permitida por la antena

para que esta tenga un rendimiento aceptable ( que la potencia radiada disminuya en un 50 % ) y viene dado por.

Reactancia

Es la resultante de la suma vectorial de la inductancia y la capacidad de la antena. Es función de la longitud del conductor, el radio del mismo y la longitud de onda de la frecuencia de trabajo.

La reactancia de un dipolo se determina por la siguiente formula general.

siendo H = semilongitud del dipolo

a= radio del conductor γ = constante de Euler = 0.5772157


147

Densidad de Potencia Radiada

La densidad de potencia radiada se define como la potencia por unidad de superficie en una determinada dirección. Las unidades son watios por metro cuadrado. Se puede calcular a partir de los valores eficaces de los campos como

La relación entre el módulo del campo eléctrico y el módulo del campo magnético es la impedancia característica del medio

Por lo tanto, la densidad de potencia radiada también se puede calcular a partir de las

dos componentes del campo eléctrico.

La potencia total radiada se puede obtener como la integral de la densidad de potencia

en una esfera que encierre a la antena.

La intensidad de radiación es la potencia radiada por unidad de ángulo sólido en una determinada dirección. Las unidades son watios por estereoradián. Dicho parámetro es independiente de la distancia a la que se encuentre la antena emisora.

La relación entre la intensidad de radiación y la densidad de potencia radiada es

La potencia total radiada se puede calcular integrando la intensidad de radiación en todas las direcciones del espacio.

148

Directividad

La Directividad de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección, a una distancia, y la densidad de potencia que radiaría a la misma distancia una antena isotrópica,, a igualdad de potencia total radiada.

Si no se especifica la dirección angular, se sobreentiende que la Directividad se

refiere a la dirección de máxima radiación

La directividad se puede obtener en general a partir del diagrama de radiación de la

antena

Simplificando términos, resulta

e W se define como el ángulo sólido equivalente. Para antenas directivas, con un solo lóbulo principal y lóbulos secundarios de nivel

despreciable, se puede obtener una directividad aproximada considerando que se produce radiación uniforme en el ángulo sólido definido a partir de los anchos de haz a –3dB en los dos planos principales del diagrama de radiación.

Ganancia La ganancia de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia

radiada en una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena isotrópica, a igualdad de distancias y potencias entregadas a la antena.


149

Si no se especifica la dirección angular, se sobreentiende que la Ganancia se refiere a

la dirección de máxima radiación.

En la definición de Directividad se habla de potencia radiada por la antena, mientras

que en la definición de ganancia se habla de potencia entregada a la antena. La diferencia entre ambas potencias es la potencia disipada por la antena, debida a pérdidas óhmicas.

La eficiencia se puede definir como la relación entre la potencia radiada por una

antena y la potencia entregada a la misma. La eficiencia es un número comprendido entre 0 y 1.

La relación entre la ganancia y la directividad es la eficiencia

Si una antena no tiene pérdidas óhmicas, la Directividad y la Ganancia son iguales. Polarización La polarización de una antena es la polarización de la onda radiada por dicha antena

en una dirección dada. La polarización de una onda es la figura geométrica determinada por el extremo del

vector que representa al campo eléctrico en función del tiempo, en una posición dada. Para ondas con variación sinusoidal dicha figura es en general una elipse. Hay una serie de casos particulares.

Si la figura trazada es una recta, la onda se denomina linealmente polarizada, si es un

círculo circularmente polarizada. El sentido de giro del campo eléctrico, para una onda que se aleja del observador,

determina si la onda está polarizada circularmente a derechas o a izquierda. Si el sentido de giro coincide con las agujas del reloj, la polarización es circular a derechas. Si el sentido de giro es contrario a las agujas del reloj, la polarización es circular a izquierdas. El mismo convenio aplica a las ondas con polarización elíptica.

Se define la relación axial de una onda polarizada elípticamente, como la relación

entre los ejes mayor y menor de la elipse de polarización. La relación axial toma valores comprendidos entre 1 e infinito.

150

Los campos se pueden representar en notación fasorial. Para determinar la variación

temporal es suficiente con determinar el valor real de cada una de las componentes. Los ejemplos que se citan a continuación son para ondas planas que se propagan en la dirección del eje z.

Las expresiones siguientes representan campos con polarización lineal

Las expresiones siguientes representan campos con polarización circular, la primera a

izquierdas y la segunda a derechas

Finalmente los siguientes ejemplos corresponden a polarizaciones elípticas

Se produce una polarización lineal cuando las fases de dos componentes ortogonales

del campo eléctrico difieren un múltiplo entero de p radianes. Se produce polarización circular cuando las amplitudes son iguales y la diferencia de fase entre las componentes es p/2 o 3p/2. La polarización es elíptica en los demás casos.

Cualquier onda se puede descomponer en dos polarizaciones lineales ortogonales, sin

más que proyectar el campo eléctrico sobre vectores unitarios orientados según dichas direcciones. Aplicando el mismo principio, cualquier onda se puede descomponer en dos ondas polarizadas circularmente a derechas o izquierdas.

Por ejemplo la siguiente expresión representa una onda polarizada elípticamente a

derechas, con relación axial 3.

Se puede descomponer en dos ondas polarizadas linealmente de amplitudes 3 y –1, o

bien en dos ondas polarizadas circularmente a derechas e izquierdas

Resolviendo el siguiente sistema de ecuaciones se determinan los valores de A y B A + B = 3 A - B = 1


151

Los valores son A=2, B=1. Adaptación Las antenas receptoras tienen un circuito equivalente de Thevenin, con una

impedancia de antena y un generador de tensión. La transferencia de potencia entre la antena y la carga es máxima cuando ambas impedancias son complejas conjugadas.

En general, si no hay adaptación, la potencia recibida por una carga Rl + jXl

conectada a una antena de impedancia Ra + jXa se puede calcular como

Se define el coeficiente de adaptación como la relación entre la potencia recibida y la

potencia que se recibiría en el caso de máxima transferencia de potencia. Toma valores entre 0 y 1.

Area y Longitud Efectivas El área efectiva se define como la relación entre la potencia recibida y la densidad de

potencia incidente en una antena. La antena debe estar adaptada a la carga, de forma que la potencia transferida sea la máxima. La onda recibida debe estar adaptada en polarización a la antena.

La longitud efectiva de una antena linealmente polarizada se define como la relación

entre la tensión inducida en una antena en circuito abierto y el campo incidente en la misma.

152

10.2 DIAGRAMAS DE RADIACIÓN El diagrama de radiación de una antena se define como la representación gráfica de

las características de radiación en función de la dirección angular.

Sistema de Coordenadas Se utilizará habitualmente un sistema de coordenadas esférico. Las tres variables de

un sistema esférico son ( r, q , φ) En un sistema coordenado esférico las superficies r=cte son esferas, q=cte son conos,

mientras que φ=cte son semiplanos. La intersección de las tres superficies determina la orientación de los tres vectores unitarios, que son perpendiculares a las superficies respectivas.

Figura 10.1

Diagramas Tridimensionales Se puede representar el campo eléctrico, magnético o la densidad de potencia radiada.

Dado que los campos son magnitudes vectoriales se pueden representar el módulo o la fase de sus componentes. Las formas de representación pueden ser tridimensionales o bidimensionales, en escalas lineal o logarítmica. La siguiente figura es la representación tridimensional de los campos radiados por una antena.

Figura 10.2


153

Dada la dificultad de representar gráficamente el diagrama tridimensional se opta por

representar cortes del diagrama en coordenadas polares o cartesianas. Los cortes corresponden a la intersección del diagrama 3D con planos.

Diagramas Bidimensionales Un corte bidimensional en coordenadas polares se representaría figura 10.3

Figura 10.3

En coordenadas cartesianas y escala logarítmica figura 10.4

Figura 10.4

154

10.3 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Las ondas electromagnéticas se caracterizan por su frecuencia y longitud de onda. El

conjunto de todas las frecuencias se denomina espectro.

Figura 10.5

Las ondas se clasifican por bandas. Las denominaciones de las bandas de frecuencia

se pueden realizar por décadas, como por ejemplo MF, HF, VHF, UHF tabla 10.1

Tabla 10.1


155

En Televisión y FM se utilizan otras denominaciones como Banda I, Banda II, Banda III, IV y V en la tabla 10.2

Tabla 10.2

A frecuencias de microondas se utilizan otras denominaciones, como bandas L,C,S,X,

que provienen de los primeros tiempos del radar.

Tabla 10.3

A frecuencias superiores nos encontramos con la parte del espectro electromagnético correspondientes al infrarrojo, visible y ultravioleta. A frecuencias superiores tenemos los rayos X y los rayos Gamma, de energía mayor y longitudes de onda más reducidas.

Tabla 10.4

156

10.4 FUNDAMENTOS DE RADIACIÓN

Ecuaciones de Maxwell Los fenómenos electromagnéticos se pueden describir a partir de las ecuaciones de

Maxwell.

Ecuaciones de Continuidad De las ecuaciones anteriores se deduce la ecuación de continuidad. Para ello se toma

la divergencia de la ley de Ampère. Teniendo en cuenta que la divergencia del rotacional es cero, se obtiene la relación entre las cargas y las corrientes.

En medios materiales hay que considerar la relación entre los vectores intensidad , E

H e inducción , D B r utilizando la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética, que en el espacio libre toman los valores

En general


157

Los valores relativos de la permitividad y permeabilidad pueden ser reales o complejos, escalares o matrices , constantes o variables(dependientes de la posición). En cada caso los medios se denominan como:

Ecuación de Onda para el Campo Eléctrico Tomando el rotacional de la Ley de Faraday se obtiene la ecuación de onda para el

campo eléctrico

Ecuación de Onda para el Campo Magnético

Tomando el rotacional de la Ley de Ampère se obtiene la ecuación de onda para el

campo magnético.

10.5 ONDAS PLANAS, CILÍNDRICAS Y ESFÉRICAS

Los campos eléctricos y magnéticos y los potenciales están relacionados mediante la

ecuación de onda vectorial in homogénea. La ecuación de onda escalar homogénea, (en ausencia de fuentes) se puede escribir

como

La ecuación de onda se puede resolver de forma analítica en diversos sistemas de

coordenadas (cartesianas, cilíndricas, esféricas, etc). Se puede resolver mediante el método

158

de separación de variables, en forma de productos de series. Los coeficientes de las series se determinan a partir de las condiciones de contorno del problema.

Ondas Planas En algunos casos la ecuación de onda se puede resolver directamente. Por ejemplo en

coordenadas cartesianas, cuando no existe variación respecto a x e y la ecuación de onda tiene la solución conocida de ondas planas unidimensionales.

Ondas Cilíndricas La solución de la ecuación de onda en coordenadas cilíndricas, con la condición de no

variación en las direcciones φ,z se puede obtener fácilmente a partir de la expresión de Ñ2 en cilíndricas y de las soluciones de la ecuación diferencial de Bessel.

Las funciones H que se obtienen son las funciones de Hankel modificadas de primera

y segunda especie, que tienen un comportamiento asintótico como

Representan ondas cilíndricas que se propagan en la dirección radial en el sentido de

radios crecientes y decrecientes


159

Ondas Esféricas En coordenadas esféricas en el caso de que haya simetría en trono al origen, sin

variación respecto a las variables angulares, la solución de la ecuación de onda en con la condición de no variación en las direcciones q,φ es

La solución se obtiene como superposición de dos ondas esféricas, progresiva (desde

el origen a infinito) y regresiva, en sentido contrario.

160

CAPITULO 11

TIPOS DE ANTENAS

11.1 DIPOLOS 11.1.1 DIPOLO ELEMENTAL

Un dipolo elemental es un elemento de corriente de longitud h, recorrido por una

corriente uniforme, cuyas dimensiones son pequeñas comparadas con la longitud de onda.

Distribución de corrientes

La distribución de corrientes se puede estudiar a partir de las ondas estacionarias que se forman en la línea. En el extremo abierto la condición de contorno es que la corriente sea nula, con lo que expresión de las corrientes será.

Figura 11.1

Vector de radiación

El vector de radiación se puede calcular a partir de la transformada de Fourier de la

distribución de corrientes.

La distribución de corrientes es par, por lo que la transformada de Fourier de una

función par se puede calcular como.

La expresión final es


161

Campos radiados

La relación entre la frecuencia espacial kz y la dirección angular es

Por lo tanto el vector de radiación, para un dipolo orientado en la dirección del eje z

es

El potencial vector se obtiene multiplicando el vector de radiación por un término de

onda esférica

Los campos radiados se obtienen a partir de las componentes esféricas del potencial

vector

Los campos radiados lejanos, en la región de Fraunhofer serán

El campo eléctrico radiado será

La polarización de la antena es lineal, como en el dipolo elemental. El plano H es perpendicular al dipolo, y el plano E es un plano que contiene al dipolo.

162

Longitud efectiva

La longitud efectiva de un dipolo se puede calcular a partir del vector de radiación.

En la dirección normal al dipolo, la longitud efectiva se puede calcular como

O bien directamente a partir del vector de radiación particularizado en dicha dirección

En un dipolo elemental, de longitud l, en su dirección normal

Potencia radiada, Resistencia de radiación

La densidad de potencia radiada es

La potencia total radiada se obtiene integrando la expresión anterior en una esfera que encierre al dipolo


163

La resistencia de radiación, referida al máximo de la distribución de corriente será.

La integral se puede calcular utilizando técnicas numéricas. La gráfica de la

Resistencia de Radiación es la figura 11.2.

Figura 11.2

La resistencia de radiación referida a la entrada es

La relación entre la corriente a la entrada y la corriente máxima se obtiene a partir de la expresión para la distribución de corrientes

La resistencia a la entrada será

Directividad

La directividad se puede calcular como

164

La Directividad en la dirección perpendicular al hilo de corriente es

La directividad toma valores comprendidos entre 1.5 (dipolo corto), hasta valores

máximos de 3.3 (dipolo de semibrazo 5λ/8). La Directividad máxima en dipolos largos se produce en la dirección donde el

diagrama es máximo. Los saltos en la curva de Directividad están relacionados con la aparición de nuevos lóbulos de difracción. 11.1.2 DIPOLO RESONANTE

El dipolo de longitud total 2H=λ/2 es un caso especial que merece ser estudiado por separado.

La distribución de corrientes, para un dipolo resonante alineado según el eje z es

El vector de radiación se puede escribir como

El campo eléctrico radiado es

El campo máximo se produce en la dirección perpendicular al dipolo el valor de su

modulo es

Su longitud efectiva máxima es

11.2 ANTENAS DE APERTURA

En las denominadas antenas de apertura se conocen con un cierto grado de aproximación los campos en la antena. El caso más simple es la guía de ondas rectangular,


165

que propaga el modo fundamental y que se deja en circuito abierto. Se puede suponer que los campos en la boca de la guía son los mismos que en el interior.

Figura 11.3 Principio de Huygens

En el principio de Huygens se plantea que cada punto de un frente de onda se

comporta como un radiador secundario de ondas esféricas, de forma que la envolvente de estas ondas forman a su vez un nuevo frente de onda.

Mediante el principio de Huygens se puede explicar la formación de franjas de interferencia en una cámara oscura con una pequeña abertura. También se puede explicar el efecto de las zonas de penumbra en los eclipses.

Una antena se puede encerrar en un volumen que contenga todas las fuentes, aplicando a continuación los conceptos de superposición de ondas a cada punto de la superficie. 11.2.1 APERTURAS ELEMENTALES

En una apertura elemental en el espacio libre, con polarización horizontal

Los campos se pueden calcular teniendo en cuenta que los desfases son despreciables

166

Calculando las integrales y sustituyendo la impedancia de la onda por la del espacio libre, queda

La densidad de potencia radiada es máxima en la dirección perpendicular a la

apertura, con un nulo en la dirección opuesta. El diagrama es tipo cardioide.

Figura 11.4

La potencia total radiada se calcula a partir de la integral de la densidad de potencia

en una esfera que encierre a las fuentes

11.3 BOCINAS RECTANGULARES

Una bocina electromagnética es una antena que se utiliza de forma generalizada a frecuencias de microondas, por sus características de gran ancho de banda y por su facilidad de construcción y diseño.

Se utiliza como antena individual, en forma de agrupaciones, o como alimentador primario de reflectores o lentes.


167

Una bocina se alimenta a partir de una guía de onda que propaga uno o varios modos.

Las dimensiones van aumentando progresivamente hasta que la apertura equivalente tenga unas dimensiones suficientes para conseguir la directividad deseada.

Las guías de onda rectangulares que propagan el modo fundamental TE10, se pueden abrir en el plano horizontal, dando lugar a las denominadas bocinas de plano H; en el plano vertical, formando las bocinas de plano E; o bien en ambos planos simultáneamente dando lugar a bocinas piramidales.

Figura 11.5

Las guías de onda circulares, que propagan el modo fundamental TE11, alimentan a

las bocinas cónicas

Figura11.6

Estas antenas se pueden analizar como aperturas, suponiendo que la distribución de

los campos es aproximadamente la misma que los modos de las guías rectangulares o circulares.

168

Campos en la apertura

La distribución de campos boca de guía rectangular en el modo fundamental TE10 es

En las bocinas de plano E se aumentan las dimensiones verticales de la apertura.

Figura 11.7

Para aumentar la directividad, se puede aumentar las dimensiones verticales de la

apertura, apareciendo una diferencia de fase en la bocina de plano E.

Si se aumentan las dimensiones en el plano horizontal, la bocina se denomina de

plano H, en este caso el error de fase cuadrático depende de la posición x. La distribución de amplitudes es la misma del modo fundamental de la guía de ondas.

Figura 11.8


169

En una bocina de forma piramidal aumentan las dimensiones horizontales y verticales

de la bocina, el error de fase aparece en ambos planos.

Figura 11.9

En la siguiente tabla se comparan las distribuciones de campos en las bocinas.

Tabla 11.1

El máximo error de fase en el extremo de la bocina con respecto al centro

170

11.4 ANTENAS IMPRESAS

Las antenas impresas, de tipo parche también denominadas antenas microstrip (microtira) se diseñan a partir de líneas de transmisión o resonadores sobre substrato dieléctrico.

Las dimensiones se eligen de forma que la estructura disipe la potencia en forma de radiación.

Figura 11.10

Las ventajas más importantes son su bajo perfil, se pueden adaptar a la forma de la

estructura (plana o curvada), su fabricación es sencilla y barata, son robustas, combinables con circuitos integrados de microondas, y se pueden diseñar para trabajar a diversas frecuencias y con distintas polarizaciones.

Los inconvenientes más importantes son su baja eficiencia, limitada potencia, alto factor de calidad, pobre pureza de polarización, son de banda estrecha y además la radiación de las líneas puede modificar los parámetros de las antenas.

Las aplicaciones más importantes son para antenas de los sistemas de teledetección (sistemas de radar a bordo de satélites), sistemas de posicionamiento global, antenas de móviles.


171

Figura 11.11 Forma de los parches

Se pueden encontrar radiadores de las formas más diversas, aunque las geometrías

más habituales son las circulares y rectangulares.

Figura 11.12

Alimentación

Las antenas se pueden alimentar a través de líneas impresas, o bien a través de

ranuras, sondas coaxiales, o bien por acoplamiento a las cavidades.

Una de las formas más habituales es la alimentación a través de una línea de transmisión en el mismo plano del parche.

Figura 11.13

La alimentación a través de un conector coaxial también es bastante frecuente, sobre

todo en antenas poco directivas figura 11.14.

Figura 11.14

172

Otras formas de alimentación son el acoplamiento por proximidad, en una estructura multicapa figura 11.15.

Figura 11.15

Y finalmente el acoplamiento a través de una ranura figura 11.16

Figura 11.16

Funcionamiento

La línea de transmisión impresa consiste en un conductor separado por un dieléctrico sobre un plano de masa.

Figura 11.17

El modo fundamental es quasi-TEM, estando la mayor parte del campo confinado en

el dieléctrico figura 11.17.


173

Línea de transmisión

La radiación aparece en las discontinuidades y circuitos abiertos de la estructura, especialmente si su tamaño es comparable a la longitud de onda.

Figura 11.18

No obstante el efecto de bordes se manifiesta en el contorno de la estructura y

depende del grosor y la permitividad del dieléctrico.

La radiación de los flancos laterales del parche se cancela entre sí.

Figura 11.19

El circuito equivalente es una línea de transmisión de longitud L, con dos

impedancias que simulan las pérdidas de radiación y la capacidad de la discontinuidad y el circuito abierto.

Figura 11.20

174

Desde el punto de vista de la antena el equivalente son dos ranuras con distribución de campos uniformes.

Figura 11.21

Los campos radiados se pueden calcular a partir de las corrientes magnéticas

equivalentes a los campos en la apertura

El vector de radiación se puede calcular a partir de dos corrientes magnéticas

separadas una distancia d.

Figura 11.22

El potencial vector magnético es

El problema es el dual de una agrupación de dos dipolos paralelos al eje z, en este

caso la polarización será horizontal.

Los campos radiados tienen polarización lineal. El plano E es el plano XY, y su diagrama es el debido a la agrupación de dos antenas separadas una distancia inferior a media longitud de onda. El plano H es el ortogonal al anterior, YZ, y el diagrama es el debido a la corriente magnética uniforme de longitud W.


175

Figura 11.23

El modelo de línea de transmisión permite analizar las antenas de forma rectangular.

Modelo de cavidad

Las antenas impresas se comportan como una cavidad resonante.

Figura 11.24

En el interior de la “cavidad” se producen ondas estacionarias entre las paredes

eléctricas y magnéticas

Para analizar los campos en el interior de la cavidad hay que resolver la ecuación de onda, sujeta a las condiciones de contorno de los campos tangenciales.

Figura 11.25

El parche admite varias distribuciones de campo (modos) de acuerdo con las

soluciones de la ecuación de onda homogénea

Junto con las condiciones de contorno para los campos tangenciales en las paredes eléctricas y magnéticas

176

Figura 11.26

La solución de la ecuación diferencial es

La frecuencia de resonancia depende del modo

El comportamiento de la antena es similar a un circuito resonante con pérdidas

Figura 11.27

A la frecuencia de resonancia la potencia se consume en la resistencia de radiación.

El modo dominante coincide con la frecuencia de resonancia más baja, que aparece

cuando la longitud L equivale a media longitud de onda en el dieléctrico.

La frecuencia de resonancia del modo 010 es

La distribución del campo eléctrico en el modo fundamental tiene una variación en la

dirección y, siendo constante en la dirección z


177

Figura 11.28

Si las dimensiones de W son superiores a media longitud de onda, el modo 001 tiene

la frecuencia de resonancia

La distribución del campo Ez es

Figura 11.29

Para calcular el diagrama de radiación es necesario considerar las corrientes

magnéticas equivalentes en el contorno de la cavidad. Las paredes de la cavidad que contribuyen a la radiación son aquellas en las que las corrientes magnéticas no se cancelan entre sí.

Los diagramas de radiación del modo dominante (TM010) y del primer modo de orden superior (TM020) son

Figura 11.30

178

Parámetros de antena Utilizando el modelo de línea de transmisión en la antena rectangular, el circuito equivalente es

Figura 11.31

A la frecuencia de resonancia

La conductancia de radiación se puede calcular a partir de la potencia total radiada, integrando el diagrama de radiación.

Para conseguir una buena adaptación es necesario que coincidan la impedancia característica de la línea de transmisión y la impedancia de entrada de la antena. Esto se puede conseguir teniendo en cuenta que la distribución de tensiones en la antena es proporcional al campo eléctrico vertical Vα E

En el modo fundamental el campo tiene una variación cosenoidal

Realizando un balance de potencias

Se llega a la conclusión de que la impedancia de entrada depende del punto de alimentación


179

Figura 11.32

Factor de calidad y ancho de banda

La potencia consumida por la antena se reparte entre las pérdidas por radiación, las

pérdidas en el dieléctrico y las pérdidas por conducción en el metal.

El factor de calidad se define como

El factor de calidad está relacionado con los parámetros de la cavidad, especialmente

con el grosor (h) y con la constante dieléctrica (år).

Para aumentar las pérdidas por radiación es conveniente aumentar el grosor y disminuir la constante dieléctrica. En estas condiciones aumenta el ancho de banda.

Por el contrario, para espesores pequeños o constantes dieléctricas elevadas se favorece el almacenamiento de energía en la cavidad, y el factor de calidad aumenta, disminuyendo el ancho de banda.

Polarización

Las antenas en su modo fundamental equivalen a corrientes magnéticas con polarización lineal

180

Figura 11.33

Para conseguir polarización circular es necesario combinar un modo vertical y un modo horizontal en cuadratura.

El desfase se puede conseguir mediante líneas de alimentación de distinta longitud o bien mediante circuitos híbridos que consiguen el mismo efecto.

Figura 11.34

11.5 ANTENAS MULTIBANDA

Las antenas que son resonantes a distintas frecuencias, reciben el nombre de multibanda. Pueden distribuirse en cuatro grupos:

Primero. Aquellas que por tener un Q muy bajo permiten trabajar en varias frecuencias de un margen determinado sin cambiar sustancialmente sus parámetros. El dipolo de Nadenenko visto en el apartado 4.1, permite trabajar en un margen que va desde la frecuencia para la que está cortado, hasta 1 octava más alta (frecuencia doble), sin cambiar significativamente sus características.

Segundo. Las que por tener las longitudes de sus radiadores unas dimensiones

determinadas, éstos son múltiplos de cuarto o medias ondas de diversas frecuencias.


181

Tercero. Las que constan de varios radiadores en paralelo, cada uno de ellos resonante a una frecuencia determinada.

Cuarto. Las que mediante determinados dispositivos permiten modificar su longitud

eléctrica.

11.5.1 PRIMER GRUPO

Además del dipolo de Nadenenko como antena de bajo Q, tenemos a la disco-cono (fig. 11.35) en la que el disco equivale a un monopolo con plano de tierra. El radiador es el disco en el que la relación Ho/a es muy pequeña y, por tanto, su Zo. El cono es el plano de tierra y el ángulo formado por sus generatrices determina la impedancia de entrada. Permite trabajar hasta 4 octavas de su frecuencia de diseño. La reactancia capacitiva del disco está compensada por la reactancia inductiva del cono.

Fig 11.35

Un paso intermedio de la evolución de esta antena desde el monopolo es la antena que

se muestra en la figura 11.36, en la que con una adecuada relación de l1 y l2, y un determinado diámetro del radiador y del manguito se consigue un ancho de banda de F ±15%.

Para la antena disco-cono, las dimensiones idóneas, determinadas experimentalmente, son:

Fig 11.36

182

a / λmax = 0.175 b /λmax = 0.25 c / λmax = 0.275

En un dipolo doblado se puede aumentar el ancho de banda de trabajo shuntando los

dos dipolos tal como muestra la figura 11.37.

Fig 11.37

11.5.2 SEGUNDO GRUPO

Se trata de radiadores que resuenan en la frecuencia fundamental, que es la más baja, y en determinados armónicos pares o impares, sin cambiar su impedancia de entrada aunque varíe su diagrama de radiación. Son ejemplos la antena Marconi y la antena Windom.

Cualquier dipolo trabaja con sus armónicos impares igual que con la frecuencia

fundamental.

11.5.3 TERCER GRUPO

Estas antenas están compuestas por formaciones de dipolos en paralelo, con diferentes longitudes para que cada uno o varios de ellos trabajen en una frecuencia determinada. La figura 11.38 da idea de esta formación.

Fig. 11.38

La ganancia de esta antena es aproximadamente la de un dipolo. Si se desea obtener una ganancia adicional, se puede disponer de una formación de dipolos cuyas longitudes y separaciones tienen una progresión logarítmica, y las frecuencias de trabajo son todas las comprendidas entre una máxima y una mínima.


183

11.5.4 CUARTO GRUPO

Los dispositivos empleados en este grupo de antenas pueden ser: trampas, o bucles de

fase.

Estos dispositivos se emplean normalmente en antenas verticales multibanda, una de las cuales se representa en la figura 11.39.

Fig 11.39

Se trata de radiadores de cuarto de onda conectados al mástil que está resonando en la frecuencia más baja de las utilizadas (por lo que el resto es un radiador largo), en los puntos en que existe un nulo de corriente en la distribución de la misma a lo largo del mástil y para cada frecuencia de utilización.

184

CAPITULO 12

ARREGLOS DE ANTENAS Un arreglo es una antena compuesta por un número de radiadores idénticos ordenados

regularmente y alimentados para obtener un diagrama de radiación predefinido.

Figura 12.1

Los arreglos lineales tienen los elementos dispuestos sobre una línea. Los arreglos planos son agrupaciones bidimensionales cuyos elementos están sobre un plano.

Los arreglos tienen la ventaja de que se puede controlar la amplitud de las corrientes y la fase de cada elemento, modificando la forma del diagrama de radiación.

12.1 FACTOR DE ARREGLO

El factor de arreglo es el diagrama de radiación de una agrupación de elementos isotrópicos.

Cuando los diagramas de radiación de cada elemento del arreglo son iguales y los elementos están orientados en la misma dirección del espacio, el diagrama de radiación de la agrupación se puede obtener como el producto del factor de arreglo por el diagrama de radiación del elemento.


185

12.2 INTERFERENCIA DE ONDAS

El arreglo más simple es el de dos radiadores iguales, alimentados con la misma amplitud y la misma fase.

Ambos radiadores producen ondas esféricas que se sumarán de forma constructiva en determinadas direcciones, y se producirá cancelación en otras.

La amplitud total de la onda será proporcional a

En el caso de que estemos suficientemente lejos de las fuentes, y suponiendo que el primer radiador se encuentra en el origen de coordenadas, la diferencia de caminos recorrida por ambas ondas será.

Se podrá escribir la amplitud total de la señal como el producto de una onda esférica por un factor de interferencia.

Se producirá interferencia constructiva cuando la diferencia de caminos sea un múltiplo entero de longitudes de onda, siendo la amplitud de la señal el doble.

Cuando la diferencia de fase sea un múltiplo impar de π, la interferencia será destructiva.

Si la separación entre los dos radiadores es cero, no existirá ningún tipo de desfase, por lo que la señal se radiará isotrópicamente en todas las direcciones del espacio.

186

Figura 12.2

Si los dos elementos están separados una semilongitud de onda, se producirá un máximo en la dirección perpendicular a la recta que une sus posiciones, obteniendo un nulo de radiación en la dirección de dicho eje, ya que las señales se sumarán en oposición de fase.

Figura 12.3

Si la separación entre los dos radiadores es de una longitud de onda se producirán máximos de radiación en las direcciones del eje y perpendiculares a él, produciéndose cancelación para un ángulo en el que ambas señales esté en oposición de fase, lo que sucede para la dirección que forma un ángulo de 60° con el eje de la agrupación.


187

Figura 12.4

Cuando la diferencia de fases es de -π/2 y la separación es l/4, las ondas se suman en la dirección del eje z en fase, y en –z en oposición de fase.

Fig 12.5

12.3 ARREGLO DE DOS ANTENAS

El vector de radiación de una antena se puede escribir como

Si la antena se desplaza a un nuevo punto, manteniendo su alimentación, el vector de

radiación vendrá dado por.

El vector de radiación es el mismo, con un término de fase adicional. Para una

alimentación de dos antenas iguales, estando una de ellas situada en el origen, el vector de radiación del conjunto será.

188

El vector de radiación del conjunto es el producto del vector de radiación de la antena

por el factor de arreglo.

Si las corrientes son diferentes, con una relación de alimentación A y una diferencia de fases

Las antenas están separadas una distancia d, el factor de arreglo es

Podemos definir un nuevo ángulo eléctrico ψ como la diferencia de fase entre las

ondas producidas por los radiadores, debida a la diferencia de caminos y a la diferencia de fase de la alimentación.

En el caso tener las corrientes iguales A=1, resulta que el módulo del factor de arreglo

es

12.4 ARREGLOS LINEALES

En los arreglos lineales las antenas están situadas sobre una misma línea. El factor de la agrupación se puede obtener como la suma de las corrientes multiplicadas por sus términos de retardo. Para una agrupación de N antenas equiespaciadas, con la primera de ellas situada en el origen de coordenadas se tiene el vector de radiación

Las corrientes en general serán complejas, y las podemos escribir como el producto de un número complejo por un factor de desfase progresivo

El vector de radiación se puede calcular como

Se puede definir un ángulo eléctrico que tenga en cuenta el desfase progresivo y la

diferencia de camino recorrido por las ondas


189

También se puede definir la variable compleja z, cuyo módulo es 1 y cuya fase corresponde a la fase de la señal (diferencia de caminos y red de alimentación). El factor de la agrupación se puede expresar como un polinomio complejo.

12.5 REPRESENTACIÓN GRAFICA DEL FACTOR DEL ARREGLO

El factor de arreglo se puede evaluar asignando valores a la variable compleja z, y calculando el valor del polinomio. Otra posibilidad es descomponer el polinomio a partir del conocimiento de sus ceros.

El factor de arreglo se puede calcular como el producto de las distancias en el plano

complejo de cada uno de los ceros al punto z, correspondientes a

Fig 12.6

El factor de arreglo es una función periódica, de período 2π, que define

completamente las características del arreglo.

La curva que representa al FA es la misma para todos los arreglos que tengan los mismos coeficientes del polinomio, con independencia de la separación, frecuencia o fase progresiva.

190

12.6 DIAGRAMA DE RADIACIÓN

Se define como margen visible el conjunto de valores del ángulo eléctrico ψ que se corresponden con direcciones del espacio real tridimensional.

El margen visible se corresponde con los valores que toma la variable angular θ. Teniendo en cuenta la relación

Se obtiene el margen visible

Si los coeficientes del polinomio de arreglo son reales y positivos, el máximo del

factor de arreglo se produce para ψ =0 , que corresponde con aquella dirección del espacio real que cumple la condición

Si la fase progresiva es cero, el máximo del diagrama de radiación es perpendicular al

eje de la agrupación (dirección broadside).

Si la fase progresiva es α = -kd , el máximo está en la dirección del eje de la agrupación (dirección endfire).

En general variando el valor de α se puede controlar la dirección del máximo de radiación. Gráficamente se puede estudiar la variación del margen visible y su relación con la posición de los máximos y nulos del diagrama de radiación.

Fig 12.7


191

12.7 EFECTO DEL ESPACIO ENTRE ANTENAS

El número de máximos de radiación en el espacio real depende de la separación entre las antenas. Si dicha separación es menor que λ/2, tan sólo aparece un máximo principal.

Si el espaciado entre las antenas d>λ el diagrama de radiación tendrá más de un

máximo principal. Estos máximos adicionales se denominan lóbulos de difracción o grating lobes.

En el caso intermedio, la aparición de lóbulos de difracción depende del desfase

progresivo. El espaciado máximo será

En la gráfica se muestran varios ejemplos de diagramas de una agrupación uniforme

de 4 antenas, en fase, con espaciados variando entre d=λ/2 y d=2λ

12.8 NUMERO DE ELEMENTOS

Para un espaciado constante, un aumento del número de elementos de la agrupación supone unas mayores dimensiones, y por lo tanto un aumento de la directividad o disminución de los respectivos anchos de haz.

Las agrupaciones uniformes con fase variable pueden variar desde el caso broadside

al endfire.

Fig 12.8

192

12.9 REDES DE DISTRIBUCIÓN DE POTENCIA

Las agrupaciones de antenas requieren que se distribuya potencia a las diversas antenas, controlando su amplitud y su fase.

Las técnicas de distribución de potencia se pueden clasificar en tres tipos: serie,

paralelo y redes espaciales. También pueden realizarse diseños con redes de varios tipos combinadas entre sí.

La redes de distribución paralelo consisten en una serie de circuitos divisores de

potencia unidos mediante líneas de transmisión. Al final de la red se pueden incluir una serie de atenuadores y desfasadores para ajustar las amplitudes y fases de las corrientes en las antenas.

Las redes tipo serie utilizan una línea de transmisión y un conjunto de acopladores

direccionales que extraen una fracción de potencia de la línea. Al final de la línea se suele colocar una carga para evitar reflexiones de señal.

Las redes de distribución espaciales utilizan la radiación de una antena para distribuir

señal a un conjunto de radiadores secundarios. La señal recibida se amplifica y se ajusta en amplitud y fase.

Redes de distribución de potencia serie y paralelo

Red de distribución serie en una agrupación de antenas impresas.


193

CAPITULO 13

SELECCIÓN DE TIPO DE ANTENA A DESARROLLAR

13.1 SELECCIÓN DE LA ANTENA La selección de la antena a simular en el programa, fue la que cumpla con el diagrama

de radiación y se necesitaba, que trabajara a la frecuencia deseada para este caso se propuso 800 Mhz que es una de las frecuencias de operación de los teléfonos móviles (celulares) y que esta antena sea sencilla para poder simularla .

De acuerdo con lo anterior seleccionamos al dipolo simple que su descripción se

encuentra en la sección 11 de este trabajo ,específicamente en la sección 11.1.1. “ Dipolo elemental “

13.2 SELECCIÓN DEL ARREGLO

El arreglo que se selecciono es el arreglo lineal y se propuso con dos antenas esto porque su patrón de radiación depende de la distancia entre estas dos antenas, la descripción del tipo de arreglo lineal se encuentra en la sección 12 de este trabajo, específicamente en la sección 12.2 “Interferencia de ondas” y 12.3 “ Factor de arreglo “ 13.3 DESARROLLO DEL PROGRAMA

El programa se desarrollo en Matlab por la facilidad de este lenguaje para obtener los patrones de radiación en forma grafica como el diagramas de dos dimensiones “ coordenadas polares “ .

La forma de obtener el patrón de radiación del arreglo con la antena es mediante la multiplicación del factor de radiación de la antena con el factor de radiación del arreglo. 13.4 RESULTADOS Estos resultados son para una antena de longitud igual a la longitud de onda de 40 cm aproximadamente y una potencia de 1 watt para el dipolo , las figura se obtuvieron del programa que realizamos en matlab. Los resultados obtenidos son los sig Diagrama de radiación para el dipolo con señal coseno en la figura 13.1:

194

Factor del arreglo del dipolo

0.073054

0.14611

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Diagrama de radiación para el dipolo con señal seno en la figura 13.2

Factor del arreglo del dipolo

0.058563

0.11713

0.17569

0.23425

0.29282

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Caso 1

En este el arreglo de las antenas, están las dos en el mismo lugar y estas se comportan como una sola antena y tiene una radiación isotrópica .

Caso IIa

En este el arreglo de las antenas se encuentran separado a 2 veces λ que es aproximadamente 80 cm y con una señal coseno en el dipolo y sus diagramas de radiación son arreglo de las antenas figura 13.3 , resultado del factor de arreglo con la señal figura 13.4.

Factor del arreglo de las antenas

0.5

1

1.5

2

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Radiacion del arreglo de las antenas

0.073125

0.14625

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Figura 13.1

Figura 13.2

Figura 13.3 Figura 13.4


195

Caso IIb

En este el arreglo de las antenas se encuentran separado a 2 veces λ que es aproximadamente 80 cm y con una señal seno en el dipolo y sus diagramas de radiación Son, arreglo de las antenas figura 13.5 , resultado del factor de arreglo con la señal figura 13.6.


0.5

1

1.5

2

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0


0.11713

0.23425

0.35138

0.4685

0.58563

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Como podemos ver las diferentes señales que se le aplican al dipolo hacen que se comporte diferente el arreglo en total Caso III En este el arreglo de las antenas figura 13.7, se encuentran separado a 4 veces λ que es aproximadamente 1.60 mts, resultado con radiación de una señal coseno figura 13.8 y después radiación de la señal seno figura 13.9 y sus diagramas de radiación son.


0.5

1

1.5

2

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Radiac ion del arreglo de las antenas

0.058443

0.11689

0.17533

0.23377

0.29222

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0



196


0.11713

0.23425

0.35138

0.4685

0.58563

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Caso IV En este el arreglo de las antenas figura 13.10 se encuentran separado a 6 veces λ que es aproximadamente 2.40 mts, resultados con una señal coseno figura 13.11 y resultados con la señal seno figura 13.12.


0.5

1

1.5

2

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0


0.051441

0.10288

0.15432

0.20576

0.25721

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0


0.11713

0.23425

0.35138

0.4685

0.58563

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Figura 13.9


Figura 13.12


197

Caso V En este se proponen 4 antenas en 2 arreglos separadas a 6 veces λ figura 13.13 que es aproximadamente 2.40 mts pero cada arreglo esta perpendicular al otro para poder lograr el patrón de radiación se propuso como factor de arreglo un coseno mas un seno y desfasado el segundo por π/2 para orientar el patrón de radiación del arreglo como se deseaba, con una señal coseno figura 13.14 y después la señal seno figura 13.15 en el dipolo , sus diagramas de radiación son


0.10288

0.20576

0.30865

0.41153

0.51441

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0


0.23425

0.4685

0.70276

0.93701

1.1713

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Figura 13.13


1

2

3

4

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Figura 13.14

Figura 13.15

198

CONCLUSIONES

En general podemos concluir de los resultados en las antenas que :

• El patrón de radiación del dipolo depende de la señal con la que este alimentado este

• El patrón de radiación del arreglo total ( antena + arreglo lineal ) se hace mas

selectivo cuando las antenas están mas separadas , en múltiplos pares de λ esto sirve para un mejor diseño del arreglo .

• En el ultimo caso con las 4 antenas vemos que también depende el patrón de

radiación total el desfasamiento que se le de a cada arreglo y también a cada antena para así lograr el patrón deseado

El desarrollo de este trabajo tienen limitantes porque los resultados no se lograron comparar con un arreglo comercial de antenas en operación.

Lo mas importante es que se logro el objetivo que es observar el comportamiento de los arreglos de las antenas de estaciones base para la telefonía móvil (celular), y con esto tener una idea mas amplia de cómo operan están antenas en México y como se plantea una antena inteligente para un mejor aprovechamiento de esta.

Este trabajo se deja abierto para poder continuarse por otros compañeros de la carrera y tratar de realizar algunas pruebas en los laboratorios de la universidad , para observar realmente como funcionan.


199

APÉNDICE A

CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES BASICAS DE LOS TELEFONOS MOVILES.

Figura A.1 Diagrama a bloques general de un radio celular

A.1 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

Todos los teléfonos móviles poseen una serie de características que lo hacen cómodo y útil. Peso, dimensión, antena, autonomía, batería y teclado son as características físicas que definen la facilidad de uso y su funcionalidad. Otra característica esencial es el precio, que varia conforme las calidades del terminal. Regla a tener en cuenta: cuando más reciente

200

sea el modelo, más leve y compacto será, pero también más caro, y podrá no tener las funciones avanzadas de un tope de gama más antiguo.

♦ Autonomía: indica el tiempo que se puede utilizar el móvil desconectado, tras

haber sido total y correctamente cargado. Puede ser dividida en dos, la autonomía en conversación (o tiempo que el móvil aguanta hablando por teléfono) y la autonomía en espera (o período que el teléfono móvil puede estar ligado sin hablar). El tipo, la calidad y la condición de la batería son factores esenciales para la autonomía.

♦ Batería: almacena la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento del

aparato. Existen actualmente tres tipos de baterías: NiCd (Níquel / Cadmio), NiMH (Hidreto Metálico de Níquel) y Li-Ion (Iones de Litio). Cada teléfono móvil trae consigo un cargador de batería.

♦ Peso: un valor superior a 200 gramos es excesivo para el usuario. Un peso

inferior a 100 gramos está de acuerdo con los cánones actuales. El peso debe ser medido teniendo en cuenta la batería.

♦ Antena: capta y emite las transmisiones de radio. Puede ser interna o externa y,

si es externa puede estar insertada, puede ser fija o telescópica.

♦ Tarjeta SIM: es el elemento esencial de un teléfono móvil GSM. Es necesario inserirla dentro del terminal para que el teléfono móvil se pueda ligar a una red GSM. La tarjeta SIM (Subscriber Identity Module) identifica el cliente del servicio móvil dentro de la red y almacena una serie de informaciones, como el número de teléfono personal, la facturación etc. Puede también ser usado para guardar mensajes SMS y otros números de teléfono. También es responsable por todas las funciones de seguridad, al controlar el acceso a través del PIN y de contener el código necesario para tenerse acceso a la red GSM.

♦ Existen además toda una serie de accesorios disponibles: bolsas de protección,

cargadores para el automóvil, sistemas manos libres, cables de conexión a computadoras, teclados para escrita de mensajes SMS, etc.

A.2 FUNCIONES DE LOS TELÉFONOS MÓVILES

Dependiendo de las marcas y modelos, existen varias funciones dentro de un terminal. Enumerar todas las funciones existentes seria una tarea gigantesca, pero las más importantes son:

♦ Bloqueo de teclado: evita que un movimiento no intencional active su móvil o, peor, haga una llamada sin que el utilizador lo perciba. Existen móviles que se bloquean automáticamente pasado algún tiempo, otros en que es necesario utilizar una combinación de teclas y, finalmente, modelos en los que simplemente se cubre el teclado con una tapa activa.


201

♦ Código PIN: número de identificación personal constituido por cuatro números que funciona como código de acceso al SIM. Impide el uso de la tarjeta SIM en situación de robo o a utilizadores no autorizados. Si se introduce el PIN equivocado tres veces, es necesario utilizar otro código, el PUK, para poderse utilizar el teléfono móvil.

♦ Marcaje Rápida: permite, presionando una o dos teclas, marcar automáticamente un número predefinido.

♦ Toque por vibración: en vez de utilizar una señal sonora para señalar que el

teléfono está llamando, el terminal vibra, no haciendo ruido.

♦ Escritura inteligente de mensajes: el terminal está equipado con software que, mientras se escribe el mensaje SMS o e-mail, detecta cual la palabra que queremos introducir, bastando apenas un toque en cada tecla. Un ejemplo de este software es el T9.

♦ Repetición de los últimos números marcados / recibidos: permite conocer los

números recientemente recibidos o marcados. ♦ Control de Sonido: permite ajustar el volumen del sonido de la llamada. ♦ Reconocimiento de voz: al pronunciarse un número o un nombre anteriormente

memorizado con el micrófono, la terminal marca automáticamente. También es utilizado para activar determinadas funciones del teléfono móvil.

♦ Aviso de llamada en espera: cuando el receptor está utilizando el teléfono, esta

función le indica si una tercera persona está intentando contactar, pudiendo coger esa llamada simultáneamente.

♦ Teclas programables: dan acceso rápido a funciones que sean utilizadas con

mucha frecuencia por el utilizador del terminal. ♦ Reenvío de llamadas: puede darse un número alternativo para el cual son

reencaminadas todas las llamadas recibidas caso el teléfono móvil que se pretendía alcanzar no esté disponible.

♦ Otros: algunas de las funciones más comunes que se pueden encontrar en los

teléfonos móviles incluyen Juegos, Calculadora, Alarma, Agenda, Acceso a Internet por WAP, etc.

A.3 ARQUITECTURA DE UNA UNIDAD MÓVIL

Un teléfono móvil está compuesto de cuatro elementos básicos que son : ♦ Transceptor de Radio (transmisor-receptor). ♦ Antena Móvil.

202

♦ Unidad Lógica y unidad de Control. La unidad de control es el primer contacto que tiene el abonado con el sistema

STMA. El transceptor esta conectado a la unidad de control y a la antena. La unidad lógica funciona como el control maestro del teléfono móvil. Ya que codifica y decodifica la información transmitida entre la EB y la unidad móvil, y ejecuta las funciones de control del transceptor y otros dispositivos, con ayuda de un microprocesador

A.3.1. Unidad de control. La unida de control está formada por dos secciones: un teléfono portátil y su soporte.

En la parte posterior del teléfono portátil esta el micrófono y el audífono. El audífono es similar en funcionamiento al de un teléfono convencional, pero un micrófono dinámico reemplaza al transmisor de carbón.

En sentido general, todos estos teléfonos son móviles, porque pueden usarse en

vehículos ó durante traslados. Así mismo, los transportables son un tipo de teléfono portátil, con características comunes a los portátiles y los móviles. El teléfono personal es algo más que un portátil porque tiene diseño anatómico y cabe en un bolsillo.

Un teléfono MÓVIL es aquél cuya instalación es permanente en un vehículo, se

alimenta con la batería del vehículo, y sus componentes básicos se instalan en varias partes del mismo y se conectan con cable.

Un teléfono CARRY PHONE ó TRANSPORTABLE, puede llevarse de un sitio a

otro, pero también puede montarse temporalmente en un vehículo (TRANSPORTABLE). Puede tener su propia batería recargable, ó usar la batería del vehículo mediante el encendedor de cigarrillos, con un adaptador.

Un teléfono PORTÁTIL puede llevarse de un sitio a otro; generalmente no se instala

en un vehículo, pero puede adaptarse para montarlo en él. Tiene su propio paquete de baterías recargables (de Níquel Cadmio ó de Hidruro metálico de Níquel) y puede usar kla batería del automóvil para recargarse.


203

Figura A.2 Unidad de control.

Tabla A.1 Potencias para un teléfono móvil en sistema STMA

204

Tabla A.2 Potencias para un teléfono móvil en sistema TACS

El teléfono celular PERSONAL, es aquél cuyo diseño es anatómico, de peso muy ligero, fácil de portar en el bolsillo ó en el bolso de mano. Funcionan principalmente con baterías que ya vienen incluidas en el paquete ó con los accesorios adicionales para conectarlo al vehículo.

Los teléfonos tipo MÓVIL, así como los TRANSPORTABLES, trabajan a una

potencia de 3 Watts, y son recomendables principalmente para zonas en donde la señal es un poco débil.

Los teléfonos tipo PORTÁTIL así como los personales, trabajan a una potencia de .6 Watts, y son recomendables, principalmente para zonas en donde la cobertura es garantizada al 100%.

La unidad lógica maneja al transceptor. El transceptor utiliza un sintetizador de frecuencia para sintonizar cualquier canal del sistema asignado.

A.3.2 Unidad lógica.

La unidad lógica de un teléfono móvil puede dividirse en dos secciones: la sección digital y la sección analógica.

La sección analógica ejecuta funciones analógicas tales como:


205

♦ Recepción de datos a razón de 10 Kb/s y generación de reloj. ♦ Supervisión de tono de audio (TAS), detección, reconstrucción y transmisión-

recepción. ♦ Conversión de la intensidad de la señal analógica recibida por medio de un

convertidor A/D. La sección digital ejecuta todas las operaciones lógicas necesarias para el

procesamiento de llamadas.

Figura A.3 Circuitos de la unidad lógica en un radio celular.

A.3.3 El transceptor.

El transceptor es un transmisor-receptor de FM formado por varios bloques básicos que operan de la siguiente manera. Primero el sintetizador de frecuencias genera una de las 666 portadoras asignadas (STMA). Esta es multiplicada en frecuencia 6 veces y amplificada en potencia a 12 watts por un modulador multiplicador amplificador transistorizado. La señal resultante después de que se filtra de armónicas y señales parásitas, por medio de un filtro pasa bandas de 7 etapas (T-FPB) con una banda de paso de 870 a 890 MHz, es radiada por una antena transmisora-receptora polarizada verticalmente.

La señal recibida entra a la antena y al receptor (R) y llega a dos filtros pasa banda de 7 etapas (R-FPB), con una banda de paso de 870 a 890 MHz, que ejecutan dos funciones: uno asegura que la señal reflejada por el transmisor a la antena no sobrecargue al mezclador, el otro protege al mezclador de señales fuera de banda tal como la banda de VHF.

206

A.3.4 Sintetizador de frecuencia. El sintetizador de frecuencias es el encargado de generar una de las 666 portadoras

que vienen de la unidad lógica. Un oscilador controlado por voltaje (VCO 1) genera una frecuencia de la portadora de salida f0. Una parte de la potencia de la portadora entra al divisor de frecuencia, de ahí se dirige hacia el detector de fase donde es comparada con una señal proveniente de un cristal oscilador de referencia, señal que es previamente pre-escalada, después pasa al filtro pasa-bajas, la portadora pasa al modulador de frecuencia en el transmisor. En la Figura A.4 se puede ver un diagrama a bloques del sintetizador de frecuencias.

Figura A.4 Diagrama a bloques del transmisor celular


207

Figura A.5 Diagrama a bloques del sintetizador de frecuencia

A.3.5 El receptor.

Un diagrama a bloques del receptor de un teléfono celular se muestra en la Figura A.6. El primer bloque es un duplexor de ahí pasa a un amplificador de RF; estas señales entran a un primer mezclador donde son heterodineadas con el sintetizador de frecuencias de 825 a 845 MHz y convertidas a los 45 MHz de la primera frecuencia IF. Un transistor FET de fuente común es el primer amplificador IF con una ganancia de 10 dB.

El segundo mezclador es un circuito balanceado construido con dos MOSFETS. Ya

que ningún canal real de filtración se ha colocado aún, este segundo mezclador debe ser muy resistente a la generación indeseada de modulación cruzada y productos intermodulados.

La segunda señal IF resultante de 10.7 MHz pasa por 8 cristales de cuarzo y filtros

pasa banda. Estos filtros tiene un ancho de banda de 6 dB a 28 KHz y 60 dB de rechazo de señales a 60 KHz desde el centro de la banda de paso.

El amplificador IF logarítmico consiste de amplificadores diferenciales en cascada.

Se colocan diodos detectores a la salida de cada etapa del amplificador, de tal forma que salida de esos detectores es sumada en un circuito produciendo el voltaje de salida del amplificador logarítmico llamado indicador de fuerza de señal recibida (IFSR, RSSI).

208

Figura A.6 Receptor celular.


209

APÉNDICE B.

LA COFETEL.

La Comisión Federal de Telecomunicaciones (COFETEL) es un organismo gubernamental encargado del buen funcionamiento de la telecomunicaciones en México, parte de su función es coordinarse con la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones)para hacer un reparto del espectro de frecuencias, entre todos los países, conveniente y sin interferencias entre uno y otro.

La COFETEL también se encarga de la administración del espectro en frecuencias

dentro del territorio nacional. Para el buen entendimiento de la distribución de las frecuencias se ha creado un cuadro, mismo que se mostrará más adelante, pero antes hay que entender cada uno de los términos que aparecen en este cuadro.

B.1 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS. ♦ Las definiciones siguientes son aplicables para la interpretación del Cuadro, y son

consistentes con el Convenio y el Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT.

♦ Telecomunicación: Toda transmisión, emisión o recepción de signos, señales, escritos, imágenes, sonidos o informaciones de cualquier naturaleza por hilo, radioelectricidad, medios ópticos u otros sistemas electromagnéticos.

♦ Ondas radioeléctricas u ondas hertzianas: Ondas electromagnéticas, cuya frecuencia se fija convencionalmente por debajo de 3 000 GHz, que se propagan por el espacio sin guía artificial.

♦ Radiocomunicación: Toda telecomunicación transmitida por medio de las ondas radioeléctricas. Entre muchas más, la radiodifusión y la radiotelefonía se incluyen en esta definición.

♦ Radiocomunicación terrenal: Toda radiocomunicación distinta de la radiocomunicación espacial o de la radioastronomía.

♦ Radiocomunicación espacial: Toda radiocomunicación que utilice una o varias estaciones espaciales, uno o varios satélites reflectores u otros objetos situados en el espacio.

♦ Radió determinación: Determinación de la posición, velocidad u otras características de un objeto, u obtención de información relativa a estos parámetros, mediante las propiedades de propagación de las ondas radioeléctricas.

♦ Radionavegación: Radió determinación utilizada para fines de navegación, inclusive para señalar la presencia de obstáculos.

♦ Radiolocalización: Radió determinación utilizada para fines distintos de los de radionavegación.

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♦ Radiogoniometría: Radió determinación que utiliza la recepción de ondas radioeléctricas para determinar la dirección de una estación o de un objeto.

♦ Radioastronomía: Astronomía basada en la recepción de ondas radioeléctricas de origen cósmico.

♦ Aplicaciones industriales, científicas y médicas (de la energía radioeléctrica) (ICM): Aplicación de equipos o de instalaciones destinados a producir y utilizar en un espacio reducido energía radioeléctrica con fines industriales, científicos, médicos, domésticos o similares, con exclusión de todas las aplicaciones de telecomunicación. Es decir, las aplicaciones ICM no se catalogan como servicios de radiocomunicación.

♦ Atribución (de una banda de frecuencias): Inscripción en el Cuadro de atribución de bandas de frecuencias, de una banda de frecuencias determinada para que sea utilizada por uno o varios servicios de radiocomunicación terrenal o espacial o por el servicio de radioastronomía en condiciones especificadas. Este término se aplica también a la banda de frecuencias considerada.

♦ Adjudicación (de una frecuencia o de un canal radioeléctrico): Inscripción de un canal determinado en un plan, adoptado por una conferencia competente de la UIT, para ser utilizado por una o varias administraciones para un servicio de radiocomunicación terrenal o espacial en uno o varios países o zonas geográficas determinados y según condiciones especificadas.

♦ Asignación (de una frecuencia o de un canal radioeléctrico): Autorización para que una estación radioeléctrica utilice una frecuencia o un canal radioeléctrico determinado en condiciones especificadas

B.2 MODALIDADES DE SERVICIOS DE RADIOCOMUNICACIONES. Para una banda de frecuencias atribuida a un servicio de radiocomunicaciones en

particular, puede existir una diversidad de aplicaciones específicas para fines de telecomunicación. Algunas de estas aplicaciones o modalidades de servicio, son factibles de explotarse comercialmente.

Por ejemplo, la radiocomunicación móvil especializada de flotillas, es una aplicación

o modalidad del servicio móvil, particularmente del servicio móvil terrestre; la cual puede ser utilizada por el gobierno para propósitos de seguridad, o puede explotarse comercialmente por personas que obtengan la concesión correspondiente. Lo mismo ocurre con la telefonía celular y radiolocalización móvil de personas, que son modalidades del servicio móvil terrestre.

A continuación se presentan algunos ejemplos de modalidades de servicios de

radiocomunicación que están en operación en nuestro país y que dependen de la banda de frecuencias utilizada:

♦ Fijo (Televisión restringida por microondas, radiotelefonía fija, radiotelegrafía, enlaces estudio-planta para los sistemas de radiodifusión en AM y FM, música continua, enlaces de microondas punto a punto y punto a multipunto, radió transmisión de datos, etc.).


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♦ Móvil Aeronáutico (Control de tránsito aéreo, telecomunicaciones aeronáuticas, etc.).

♦ Móvil Terrestre (Radiotelefonía celular, radiocomunicación móvil especializada de flotillas, radiolocalización móvil de personas, búsqueda de personal, radiotelefonía privada, banda civil, Servicios de Comunicación Personal (PCS), etc.).

♦ Radiodifusión (Sonora en amplitud modulada AM, sonora en frecuencia modulada FM, de televisión en VHF y en UHF, etc.).

♦ Fijo por Satélite (Radiocomunicación bidireccional entre estaciones de satélite y estaciones terrenas, de redes de satélites Solidaridad, Intelsat, etc.).

♦ Móvil Marítimo (Comunicaciones costera - costera, costera - barco, barco - barco, etc.).

Se debe considerar que en una casilla de la parte Internacional, a menudo aparecen

dos o más servicios primarios, por lo que la COFETEL, dependiendo de las necesidades e intereses nacionales, determina los servicios que deberán ser operados en el país,. En los casos en que la COFETEL decida que técnicamente es factible operar dos o más servicios primarios en el país, establecerá los procedimientos y condiciones pertinentes que aseguren que no ocurrirán problemas de interferencia perjudicial entre tales servicios

B.3 CATEGORÍA DE LOS SERVICIOS Y DE LAS ATRIBUCIONES. Los servicios que se ofrecen tienen diferentes categorías y dependiendo de su

categoría son las atribuciones que se le dan a cada servicio y se dividen en dos, servicios primarios y secundarios.

♦ Cuando, en una casilla del Cuadro, una banda de frecuencias se atribuye a varios

servicios, ya sea en todo el mundo ya en una Región, estos servicios se enumeran en el siguiente orden: • servicios cuyo nombre está impreso en el Cuadro en «mayúsculas» (ejemplo:

FIJO); éstos se denominan servicios «primarios». • servicios cuyo nombre está impreso en el Cuadro en «caracteres normales>>

(ejemplo: Móvil); éstos se denominan servicios «secundarios». ♦ Las observaciones complementarias deben indicarse en caracteres normales

(ejemplo: MOVIL salvo móvil aeronáutico). ♦ Las estaciones de un servicio secundario:

• no deben causar interferencia perjudicial a las estaciones de un servicio primario a las que se les hayan asignado frecuencias con anterioridad o se les puedan asignar en el futuro;

• no pueden reclamar protección contra interferencias perjudiciales causadas por estaciones de un servicio primario a las que se les hayan asignado frecuencias con anterioridad o se les puedan asignar en el futuro;

• pero tienen derecho a la protección contra interferencias perjudiciales causadas por estaciones del mismo servicio o de otros servicios secundarios a las que se les asignen frecuencias ulteriormente.

212

♦ Cuando en una nota del Cuadro se indica que una banda está atribuida a un servicio «a título secundario» en una zona menos extensa que una Región o en un país determinado, se trata de un servicio secundario.

♦ Cuando en una nota del Cuadro se indica que una banda está atribuida a un servicio «a título primario» en una zona menos extensa que una Región o en un país determinado, se trata de un servicio primario en dicha zona o en dicho país únicamente.

B.3.1 ATRIBUCIONES ADICIONALES.

♦ Cuando en una nota del Cuadro se indica que una banda está «también atribuida»

a un servicio en una zona menos extensa que una Región o en un país determinado, se trata de una atribución «adicional», es decir, de una atribución que se agrega en esta zona o en este país al servicio o a los servicios indicados en el Cuadro.

♦ Si la nota del Cuadro no impone ninguna restricción al servicio o servicios en cuestión, excepto la obligación de funcionar en una zona o en un país determinado, las estaciones de este servicio o servicios funcionan sobre la base de igualdad de derechos con las estaciones del otro o de los otros servicios primarios indicados en el Cuadro.

♦ Si a una atribución adicional se le imponen otras restricciones, además de la de funcionar en una zona o en un país determinado, se hacen constar tales restricciones en la correspondiente nota del Cuadro.

B.3.2 ATRIBUCIONES SUSTITUTIVAS.

♦ Cuando en una nota del Cuadro se indica que una banda está «atribuida» a un

servicio en una zona menos extensa que una Región o en un país determinado, se trata de una atribución «sustitutiva», es decir, de una atribución que reemplaza en esta zona o en este país a la atribución que se indica en el Cuadro.

♦ Si la nota del Cuadro no impone ninguna restricción a las estaciones del servicio o de los servicios en cuestión, excepto la obligación de funcionar en una zona o en un país determinado, las estaciones de este servicio o servicios funcionan sobre la base de igualdad de derechos con las estaciones de los otros servicios primarios indicados en el Cuadro y a los cuales está atribuida la banda en otras zonas o en otros países.

♦ Si a las estaciones de un servicio que es objeto de una atribución sustitutiva se les imponen ciertas restricciones, además de la de funcionar únicamente en una zona o en un país determinados, se hacen constar tales restricciones en la correspondiente nota del Cuadro.

B.3.3 DISPOSICIONES VARIAS.

♦ Cuando en el presente Cuadro se indica que un servicio puede funcionar en una

banda de frecuencias a reserva de no causar interferencia perjudicial ello implica,


213

además, que este servicio no puede reclamar protección contra interferencias perjudiciales causadas por los otros servicios a los que, está atribuida la banda.

♦ El término «servicio fijo», cuando figura en el Cuadro, no incluye los sistemas que utilizan la propagación por dispersión ionosférica, excepto si se dispone lo contrario en una nota del Cuadro

B.4 Regiones Geográficas de la UIT. Con el fin de planificar, atribuir y asignar las bandas de frecuencias del espectro

radioeléctrico, de manera tal que todos los países puedan compartir este recurso limitado en forma adecuada, la UIT ha dividido al mundo en tres Regiones. Con base en esa división, la parte internacional del "Cuadro" consta de tres columnas, denominadas: Región 1, Región 2 y Región 3, respectivamente. Dichas regiones se refieren a distintas zonas geográficas, como se indica a continuación:

♦ Región 1: La Región 1 comprende la zona limitada al este por la línea A (más adelante se definen las líneas A, B y C), y al oeste por la línea B, excepto el territorio de la República Islámica del Irán situado dentro de estos límites. Comprende también la totalidad de los territorios de Armenia, Azerbaiyán, Georgia, Kazakstán, Mongolia, Uzbekistán, Kirguistán, Rusia, Tayikistán, Turkmenistán, Turquía y Ucrania, y la zona al norte de Rusia que se encuentra entre las líneas A y C.

♦ http://www.agitec.gob.mx/cuadro/index_espectro1.html ♦ Región 2: La Región 2 comprende la zona limitada al este por la línea B y al

oeste por la línea C. En esta región se encuentra México. http://www.agitec.gob.mx/cuadro/index_espectro2.html

♦ Región 3: La Región 3 comprende la zona limitada al este por la línea C y al oeste por la línea A, excepto el territorio de Armenia, Azerbaiyán, Georgia, Kazakstán, Mongolia, Uzbekistán, Kirguistán, Rusia, Tayikistán, Turkmenistán, Turquía y Ucrania, y la zona al norte de Rusia. Comprende, asimismo, la parte del territorio de la República Islámica del Irán situada fuera de estos límites. http://www.agitec.gob.mx/cuadro/index_espectro3.html

Las líneas A, B y C se definen en la forma siguiente: ♦ Línea A: La línea A parte del Polo Norte; sigue el meridiano 40° Este de

Greenwich hasta el paralelo 40° Norte; continúa después por un arco de círculo máximo hasta el punto de intersección del meridiano 60° Este con el Trópico de Cáncer y, finalmente, por el meridiano 60° Este hasta el Polo Sur.

♦ Línea B: La línea B parte del Polo Norte; sigue el meridiano 10° Oeste de Greenwich hasta su intersección con el paralelo 72° Norte; continúa después por un arco de círculo máximo hasta el punto de intersección del meridiano 50° Oeste con el paralelo 40° Norte; sigue de nuevo un arco de círculo máximo hasta el punto de intersección del meridiano 20° Oeste con el paralelo 10° Sur y, finalmente, por el meridiano 20° Oeste hasta el Polo Sur.

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♦ Línea C: La línea C parte del Polo Norte; sigue el arco de círculo máximo hasta el punto de intersección del paralelo 65° 30' Norte con el límite internacional en el estrecho de Bering; continúa por un arco de círculo máximo hasta el punto de intersección del meridiano 165° Este de Greenwich con el paralelo 50° Norte; sigue de nuevo un arco de círculo máximo hasta el punto de intersección del meridiano 170° Oeste con el paralelo 10° Norte; continúa por el paralelo 10° Norte hasta su intersección con el meridiano 120° Oeste y, finalmente, por el meridiano 120° Oeste hasta el Polo Sur.

En la Figura B.1 se muestra el mapa de las 3 diferentes regiones en que se divide el

mundo. A continuación se describe como están repartidas las frecuencias dentro del cuadro

nacional de frecuencias, sólo para dar una idea de la administración del mismo. Pero hay que recordar que esta descripción es sólo para el territorio nacional tomando en cuenta que la COFETEL está consciente de que este reparto debe ser compatible a nivel internacional, sobre todo con la región 2 que es la región a la cual pertenece México.

En la siguiente descripción se describen diferentes rangos de frecuencias dentro de

los cuales actúan los diferentes servicios que se pueden prestar siempre y cuando cumplan con las normas que se especifican por COFETEL y que se describen en las notas MEX y en el artículo S5.

En caso de que se desee consultar el artículo S5 se puede consultar la siguiente

página. http://www.agitec.gob.mx/cuadro/menu15.html En caso de que se desee consultar las notas nacionales MEX. http://www.agitec.gob.mx/cuadro/menu14.html


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Figura B.1 Regiones en que se divide al mundo según la UIT.

En caso de que se desee consultar el artículo S5 se puede consultar la siguiente página.

http://www.agitec.gob.mx/cuadro/menu15.html En caso de que se desee consultar las notas nacionales MEX. http://www.agitec.gob.mx/cuadro/menu14.html Por cuestiones de espacio no se incluyen gráficamente el cuadro nacional de

atribución de frecuencias, ni la atribución de frecuencias dentro de las tres diferentes regiones pero de ser necesario puede consultarlo en:

Atribución Nacional :

http://www.agitec.gob.mx/cuadro/index_espectro.html

Región 1: http://www.agitec.gob.mx/cuadro/index_espectro1.html Región 2: http://www.agitec.gob.mx/cuadro/index_espectro2.html Región 3: http://www.agitec.gob.mx/cuadro/index_espectro3.html En caso de querer ampliar toda esta información se puede consultar el libro de

atribución de frecuencias nacional e internacional que se encuentra en la página:

216

http://www.agitec.gob.mx/cuadro/pdf/libro.pdf

B.5 SERVICIOS DE RADIOCOMUNICACIÓN.

De conformidad con el Convenio y el Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT, se deberá entender por servicio de radiocomunicación: servicio definido en esta sección, que implica la transmisión, la emisión o la recepción de ondas radioeléctricas para fines específicos de telecomunicación.

♦ Servicio Fijo: Servicio de radiocomunicación entre puntos fijos determinados. ♦ Servicio Fijo por Satélite: Servicio de radiocomunicación entre estaciones

terrenas situadas en emplazamientos dados cuando se utilizan uno o más satélites artificiales; el emplazamiento dado puede ser un punto fijo determinado o cualquier punto fijo situado en una zona determinada; en algunos casos, este servicio incluye enlaces entre satélites que pueden realizarse también dentro del servicio entre satélites; el servicio fijo por satélite puede también incluir enlaces de conexión para otros servicios de radiocomunicación espacial.

♦ Servicio entre Satélites: Servicio de radiocomunicación que establece enlaces entre satélites artificiales.

♦ Servicio de Operaciones Espaciales: Servicio de radiocomunicación que concierne exclusivamente al funcionamiento de los vehículos espaciales, en particular el seguimiento espacial, la telemedida espacial y el telemando espacial. Estas funciones serán normalmente realizadas dentro del servicio en el que funcione la estación espacial.

♦ Servicio Móvil: Servicio de radiocomunicación entre estaciones móviles y estaciones terrestres o entre estaciones móviles.

♦ Servicio Móvil por Satélite: Servicio de radiocomunicación: entre estaciones terrenas móviles y una o varias estaciones espaciales o entre estaciones espaciales utilizadas por este servicio, o entre estaciones terrenas móviles por intermedio de una o varias estaciones espaciales. También pueden considerarse incluidos en este servicio los enlaces de conexión necesarios para su explotación.

♦ Servicio Móvil por Satélite: Servicio móvil entre estaciones de base y estaciones móviles terrestres o entre estaciones móviles terrestres.

♦ Servicio Móvil Terrestre por Satélite: Servicio móvil por satélite en el que las estaciones terrenas móviles están situadas en tierra.

♦ Servicio Móvil Marítimo: Servicio móvil entre estaciones costeras y estaciones de barco, entre estaciones de barco, o entre estaciones de comunicaciones a bordo asociadas; también pueden considerarse incluidas en este servicio las estaciones de embarcación o dispositivo de salvamento y las estaciones de radiobaliza de localización de siniestros.

♦ Servicio Móvil Marítimo por Satélite: Servicio móvil por satélite en el que las estaciones terrenas móviles están situadas a bordo de barcos; también pueden considerarse incluidas en este servicio las estaciones de embarcación o dispositivo de salvamento y las estaciones de radiobaliza de localización de siniestros.


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♦ Servicio de Operaciones Portuarias: Servicio móvil marítimo en un puerto o en sus cercanías, entre estaciones costeras y estaciones de barco, o entre estaciones de barco, cuyos mensajes se refieren únicamente a las operaciones, movimiento y seguridad de los barcos y, en caso de urgencia, a la salvaguardia de las personas. Quedan excluidos de este servicio los mensajes con carácter de correspondencia pública.

♦ Servicio de Movimiento de Barcos: Servicio de seguridad, dentro del servicio móvil marítimo, distinto del servicio de operaciones portuarias, entre estaciones costeras y estaciones de barco, o entre estaciones de barco, cuyos mensajes se refieren únicamente a los movimientos de los barcos. Quedan excluidos de este servicio los mensajes con carácter de correspondencia pública.

♦ Servicio Móvil Aeronáutico: Servicio móvil entre estaciones aeronáuticas y estaciones de aeronave, o entre estaciones de aeronave, en el que también pueden participar las estaciones de embarcación o dispositivo de salvamento; también pueden considerarse incluidas en este servicio las estaciones de radiobaliza de localización de siniestros que operen en las frecuencias de socorro y de urgencia designadas.

♦ Servicio Móvil Aeronáutico *(R): Servicio móvil aeronáutico reservado a las comunicaciones aeronáuticas relativas a la seguridad y regularidad de los vuelos, principalmente en las rutas nacionales o internacionales de la aviación civil.*(R): en rutas.

♦ Servicio Móvil Aeronáutico **(OR): Servicio móvil aeronáutico destinado a asegurar las comunicaciones, incluyendo las relativas a la coordinación de los vuelos, principalmente fuera de las rutas nacionales e internacionales de la aviación civil. **(OR): fuera de rutas.

♦ Servicio Móvil aeronáutico por Satélite: Servicio móvil por satélite en el que las estaciones terrenas móviles están situadas a bordo de aeronaves; también pueden considerarse incluidas en este servicio las estaciones de embarcación o dispositivo de salvamento y las estaciones de radiobaliza de localización de siniestros.

♦ Servicio Móvil aeronáutico *(R) por Satélite: Servicio móvil aeronáutico por satélite reservado a las comunicaciones relativas a la seguridad y regularidad de los vuelos, principalmente en las rutas nacionales o internacionales de la aviación civil.

♦ Servicio Móvil Aeronáutico **(OR) por Satélite: Servicio móvil aeronáutico por satélite destinado a asegurar las comunicaciones, incluyendo las relativas a la coordinación de los vuelos, principalmente fuera de las rutas nacionales e internacionales de la aviación civil.

♦ Servicio de Radiodifusión: Servicio de radiocomunicación cuyas emisiones se destinan a ser recibidas directamente por el público en general. Dicho servicio abarca emisiones sonoras, de televisión o de otro género.

♦ Servicio de Radiodifusión por Satélite: Servicio de radiocomunicación en el cual las señales emitidas o retransmitidas por estaciones espaciales están destinadas a la recepción directa por el público en general. En el servicio de radiodifusión por satélite la expresión «recepción directa» abarca tanto la recepción individual como la recepción comunal.

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♦ Servicio de Radió determinación: Servicio de radiocomunicación para fines de radió determinación.

♦ Servicio de Radió determinación por Satélite: Servicio de radiocomunicación para fines de radió determinación, y que implica la utilización de una o más estaciones espaciales. Este servicio puede incluir también los enlaces de conexión necesarios para su funcionamiento.

♦ Servicio de Radionavegación: Servicio de radió determinación para fines de radionavegación.

♦ Servicio de Radionavegación por Satélite: Servicio de radió determinación por satélite para fines de radionavegación. También pueden considerarse incluidos en este servicio los enlaces de conexión necesarios para su explotación.

♦ Servicio de Radionavegación Marítima: Servicio de radionavegación destinado a los barcos y a su explotación en condiciones de seguridad.

♦ Servicio de Radionavegación Marítima por Satélite: Servicio de radionavegación por satélite en el que las estaciones terrenas están situadas a bordo de barcos.

♦ Servicio de Radionavegación Aeronáutica: Servicio de radionavegación destinado a las aeronaves y a su explotación en condiciones de seguridad.

♦ Servicio de Radionavegación Aeronáutica por Satélite: Servicio de radionavegación por satélite en el que las estaciones terrenas están situadas a bordo de aeronaves.

♦ Servicio de Radiolocalización: Servicio de radió determinación para fines de radiolocalización.

♦ Servicio de Radiolocalización por Satélite: Servicio de radió determinación por satélite utilizado para la radiolocalización. Este servicio puede incluir asimismo los enlaces de conexión necesarios para su explotación.

♦ Servicio de Ayuda a la Meteorología Servicio de radiocomunicación destinado a las observaciones y sondeos utilizados en meteorología, con inclusión de la hidrología.

♦ Servicio de Exploración de la Tierra por Satélite: Servicio de radiocomunicación entre estaciones terrenas y una o varias estaciones espaciales que puede incluir enlaces entre estaciones espaciales y en el que: se obtiene información sobre las características de la Tierra y sus fenómenos naturales, incluidos datos relativos al estado del medio ambiente, por medio de sensores activos o de sensores pasivos a bordo de satélites de la Tierra; se reúne información análoga por medio de plataformas situadas en el aire o sobre la superficie de la Tierra; dichas informaciones pueden ser distribuidas a estaciones terrenas dentro de un mismo sistema; puede incluirse asimismo la interrogación a las plataformas. Este servicio puede incluir también los enlaces de conexión necesarios para su explotación.

♦ Servicio de Meteorología por Satélite: Servicio de exploración de la Tierra por satélite con fines meteorológicos.

♦ Servicio de Frecuencias Patrón y de Señales Horarias: Servicio de radiocomunicación para la transmisión de frecuencias especificadas, de señales horarias, o de ambas, de reconocida y elevada precisión, para fines científicos, técnicos y de otras clases, destinadas a la recepción general.


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♦ Servicio de Frecuencias Patrón y de Señales Horarias por Satélite: Servicio de radiocomunicación que utiliza estaciones espaciales situadas en satélites de la Tierra para los mismos fines que el servicio de frecuencias patrón y de señales horarias. Este servicio puede incluir también los enlaces de conexión necesarios para su explotación.

♦ Servicio de Investigación Espacial: Servicio de radiocomunicación que utiliza vehículos espaciales u otros objetos espaciales para fines de investigación científica o tecnológica.

♦ Servicio de Aficionados: Servicio de radiocomunicación que tiene por objeto la instrucción individual, la intercomunicación y los estudios técnicos, efectuado por aficionados, esto es, por personas debidamente autorizadas que se interesan en la radiotecnia con carácter exclusivamente personal y sin fines de lucro.

♦ Servicio de Aficionados por Satélite: Servicio de radiocomunicación que utiliza estaciones espaciales situadas en satélites de la Tierra para los mismos fines que el servicio de aficionados.

♦ Servicio de Radioastronomía: Servicio que entraña el empleo de la radioastronomía.

♦ Servicio de Seguridad Todo servicio radioeléctrico que se explote de manera permanente o temporal para garantizar la seguridad de la vida humana y la salvaguarda de los bienes.

♦ Servicio Especial: Servicio de radiocomunicación no definido en en otro lugar de la presente sección, destinado exclusivamente a satisfacer necesidades determinadas de interés general y no abierto a la correspondencia pública

B.6 SISTEMA DE NORMAS DE CALIDAD.

A partir de la aplicación de la modalidad tarifaria “el que llama paga” la telefonía celular ha experimentado en general un notable auge, sin embargo la percepción de la calidad del servicio por parte de los usuarios se ha deteriorado desde entonces.

Conscientes de este hecho y con el fin de identificar los factores que estaban

afectando la calidad de los servicios, la COFETEL creó en Julio de 1999 un grupo técnico con la participación de los Concesionarios que trataría asimismo de establecer algunos parámetros internacionales de calidad de servicio, susceptibles de ser medidos y monitoreados regularmente y de proponer medidas concretas de solución para los problemas detectados.

Los principales factores identificados durante las primeras reuniones del grupo,

fueron el inesperado incremento en el número de usuarios activos en las redes, la diversidad de aparatos terminales en el mercado, los cambios efectuados en las redes para su actualización tecnológica, la saturación de las células por las dificultades administrativas para instalar nuevas estaciones base y los problemas relacionados con la compatibilidad de los sistemas de señalización en la interconexión.

Las investigaciones de este grupo condujeron asimismo a proponer, teniendo como

referencia las regulaciones internacionales y experiencias específicas de países con redes

220

similares en tecnología y cobertura, aquellos parámetros mínimos de calidad de servicio que debieran cumplir las redes de telefonía celular que operan en nuestro país.

Con estos elementos técnicos en Noviembre de 1999 se acordó con las concesionarias

el Sistema de Normas de Calidad que contiene los índices de calidad bajo los parámetros de “intentos de llamadas no completadas”, “proporción de llamadas caídas” y “tiempo de establecimiento de llamadas”.

Con el fin de fijar los parámetros mínimos de calidad que deben cumplir las redes

celulares, el 20 de octubre de 1999 se acordó con Telcel y Iusacell el Sistema de Normas de Calidad que ambas concesionarias deberán cumplir en la Región Celular número 9.

El Sistema de Normas de Calidad suscrito contiene: ♦ Los índices de calidad, bajo los parámetros de:

• Intentos de llamadas no completadas • Cantidad de llamadas caídas • Tiempo de establecimiento de llamadas

♦ La metodología de verificación del cumplimiento de dichos parámetros. ♦ La determinación de compensaciones en caso de incumplimiento por parte de los

concesionarios. En el mismo acuerdo se estableció que en un plazo máximo de 45 días, debería de

concertarse el procedimiento de verificación y la determinación de compensaciones. La finalidad del presente documento es la de establecer la metodología que deberá

aplicarse a los dos concesionarios, para realizar la verificación del cumplimiento de los índices de calidad establecidos.

Un documento similar adicionalmente deberá ser preparado para determinar las

compensaciones en caso de incumplimiento. Consideraciones preliminares Los valores de los parámetros de calidad acordados son los siguientes: ♦ Intentos de llamadas no completadas: 7% máximo. Intento de llamada no

completada significa la imposibilidad de que un usuario que ha realizado adecuadamente el proceso de marcación respectivo, logre establecer la comunicación deseada con el destino final, siempre y cuando dicha imposibilidad no fuere motivada por alguna de las siguientes circunstancias: (i) que la línea de destino se encuentre ocupada; (ii) que en el número de destino marcado no se conteste; o, (iii) que habiéndose logrado el acceso con el destino final, la llamada sea enrutada hacia un sistema de respuesta automática u a otra red.

♦ Llamadas caídas: 7% máximo. Llamada caída significa la imposibilidad de continuar una comunicación ya establecida con el destino final correspondiente al


221

número marcado, siempre y cuando, tal imposibilidad hubiere sido motivada por cualquier causa ajena a la voluntad de los usuarios en el origen o en el destino de dicha comunicación y ésta última se hubiere mantenido en forma continua dentro del área de cobertura de la red del Concesionario.

♦ Tiempo de establecimiento de llamada: 20 segundos máximo. Tiempo de establecimiento de llamada, significa el tiempo que transcurre desde el momento en que el usuario que pretende originar una llamada mediante la realización del proceso de marcación respectivo oprime la tecla “send”, o su equivalente, hasta el momento en que recibe la señalización que le indique el estado de la línea destino, que podría ser: (i) llamando; (ii) línea ocupada; o (iii) enrutamiento hacia un sistema de respuesta automática en la línea de destino.

De lo anterior se deriva que toda llamada que no sea establecida en el tiempo máximo

dispuesto en el numeral 3 anterior, será considerada como un intento de llamada no completada computable dentro del porcentaje aplicable al índice de calidad establecido en el numeral 1.

Los índices de calidad establecidos serán aplicables desde la fecha de firma del

presente instrumento hasta el 1° de septiembre del 2000. A partir de esta última fecha y hasta el término de la vigencia del presente documento, los índices de calidad que deberán cumplir los Concesionarios, en los mismos términos y condiciones establecidos en este instrumento, serán los siguientes:

♦ Intentos de llamadas no completadas: 5% máximo. ♦ Llamadas caídas: 6% máximo. ♦ Tiempo de establecimiento de llamada: 12 segundos máximo. Por otra parte, la metodología de verificación deberá tomar en cuenta, cuando menos,

los siguientes principios: ♦ Con anterioridad a que la Comisión inicie las verificaciones, se evaluarán los

sistemas de medición de calidad del Concesionario, ya sea por un tercero o por la Comisión.

♦ Los valores que se utilizarán para realizar las verificaciones por parte de la Comisión, deberán representar el promedio de una muestra proporcional al tráfico en las siguientes categorías: • Llamadas originadas y terminadas en la misma red celular. • Llamadas originadas en una red celular y terminadas en una red fija.

♦ Las verificaciones que lleve a cabo la Comisión consistirán en la originación de diversas llamadas dentro de las categorías señaladas en el párrafo anterior.

Para efecto de las verificaciones que se realicen, no se llevarán a cabo mediciones de

llamadas que se originen en la red celular del Concesionario con destino a otras redes celulares, así como tampoco llamadas que se originen desde otra red, ya sea fija o celular, con destino a la red celular del Concesionario.

222

♦ Para determinar los valores obtenidos en las verificaciones, únicamente se realizarán mediciones sobre llamadas locales originadas desde la red celular. Asimismo, no se realizarán mediciones respecto de llamadas originadas desde o hacia un aparato terminal contratado bajo un sistema de prepago o que se encuentre bajo la modalidad de “ abonado visitante” .

♦ Las verificaciones supondrán la aplicación de mecanismos que la Comisión y el Concesionario convengan a fin de identificar si las diferencias que en su caso impidan el cumplimiento de los índices de calidad aplicables respecto de llamadas que requieran de interconexión con otras redes, son imputables a la red del Concesionario sujeto a verificación o a la red interconectada de que se trate.

♦ Las verificaciones que realice la Comisión se llevarán a cabo de conformidad con lo dispuesto en la Ley Federal de Procedimiento Administrativo y la Comisión permitirá en las mismas, la presencia de representantes del Concesionario y/o de un Notario Público autorizado.

♦ Para efectos del presente sistema de índices de calidad, no se dará valor alguno a mediciones realizadas por el Concesionario o por cualquier otra persona física o moral ajena a la Secretaría o a la Comisión.

♦ En la elaboración de la metodología de verificación, deberán identificarse las limitaciones inherentes a la radiocomunicación.

♦ Para llevar a cabo las verificaciones, el Concesionario deberá poner a disposición de la Comisión el equipo especializado de medición que sea necesario; así como el número de aparatos terminales que se determine en la Metodología de Verificación y Determinación de Compensaciones, absorbiendo los costos de los mismos, incluyendo el tiempo aire utilizado durante las mismas. Asimismo, absorberá los costos del tiempo aire utilizado con otros equipos que para el efecto, y de manera aleatoria habilite la Comisión durante un periodo de verificación determinado.

♦ La Comisión y el Concesionario acordarán de entre la lista de aparatos terminales que comercializa el Concesionario, un modelo de calidad media o superior con tecnología analógica y uno con tecnología digital, para ser utilizados en las verificaciones. Su cantidad en el muestreo dependerá proporcionalmente del número de usuarios que utilicen el servicio con dichas tecnologías.

♦ Para que las mediciones realizadas tengan validez comparativa, deberán elegirse condiciones técnicamente controladas, entre las que de una manera enunciativa más no limitativa, se incluyen los momentos en los que se originarán las llamadas (horas pico y no pico), y los lugares en los que las mismas se realizarán (únicamente en exteriores).

♦ Debido a que el servicio que proporciona el Concesionario es un servicio móvil, las mediciones que se realicen deberán incluir llamadas originadas desde vehículos en movimiento, en los que se recorrerán rutas predeterminadas, ya sea en toda su extensión o en parte.

♦ La duración promedio de las llamadas de medición, en principio deberá ser equivalente a la duración promedio de las llamadas de la base de usuarios del Concesionario, desde el momento en que se origine la llamada hasta la terminación de la misma por parte de quien la originó.


223

La COFETEL consideró la conveniencia de establecer en el futuro, mecanismos adecuados de presentación de información sobre los siguientes aspectos a fin de contemplar mejoras a la metodología propuesta:

♦ Características de sus sistemas de medición de calidad. ♦ Distribución de terminales de usuario analógicas y digitales. ♦ Minutos promedio de uso por usuario. ♦ Tráfico en horas pico. ♦ Duración promedio de llamadas por tipo de usuario (prepago o de paquete). ♦ Distribución de usuarios (prepago o paquete). ♦ Partición y canalización de frecuencias analógicas y digitales en las estaciones

base. ♦ Esquemas de interconexión con la red fija. ♦ Número de centrales y estaciones base. ♦ Cobertura geográfica de servicio. ♦ Distribución de tráfico entrante, saliente e interno. A partir de la información intercambiada, la COFETEL llevó a cabo el análisis y el

establecimiento de un modelo estadístico, el cual representa la base técnica para la presente propuesta de metodología de verificación.

Propuesta de metodología La metodología de verificación propuesta tiene un carácter general y puede ser

aplicable sin mayor diferencia a una u otra empresa, aunque el propósito no es la comparación.

Considera además que una red telefónica se diseña bajo el supuesto de que no todos

los usuarios requieren servicio a la vez y por lo tanto las llamadas telefónicas son eventos individuales e independientes. Esto significa que las redes celulares están diseñadas como sistema de pérdida, es decir, si algún recurso de la red está ocupado, la llamada se libera.

De acuerdo a la información recibida en términos de unidades de tráfico por

suscriptor en “erlangs” y bajo la premisa de que la metodología pueda ser aplicable a ambas empresas, se estableció una duración promedio de llamada de 60 segundos, que considera la media estadística y la composición de usuarios según el tipo de contratación.

Igualmente, según lo manifestado por los operadores, el comportamiento del tráfico

durante el día es dinámico y la integración de las horas pico de todas las radió bases dan como resultado una distribución casi uniforme entre las 8 y las 20 horas, de lunes a viernes, que corresponde al 96% del tráfico total diario de la red.

Por otra parte, para cumplir con los principios del acuerdo suscrito, en el que se

establece que la metodología considerará únicamente llamadas locales, el grupo de trabajo convino en limitar el área de cobertura de las verificaciones a el área Metropolitana de la

224

Ciudad de México, y cuya extensión geográfica será la resultante de la intersección de las coberturas declaradas de las dos empresas involucradas.

Unidad estadística de análisis

Para fines de la presente metodología, se define la unidad de análisis como sigue: ♦ Cobertura.- Según lo acordado, se verificará la calidad de los sistemas celulares

en el área metropolitana de la ciudad de México (AMCM). Por lo tanto, la verificación analiza estadísticamente el comportamiento de cada una de las redes en dicha área, como un sólo fenómeno.

♦ Tiempo.- Las pruebas de campo se deben realizar dentro de la ventana de prueba de las 8 a las 20 horas de cualquier día de la semana entre lunes y viernes.

♦ Período de análisis.- El período de análisis para la verificación será de cuatro semanas.

♦ Unidad de Muestreo.- Llamada de 60 segundos.

Determinación del Tamaño de Muestra

Tomando en cuenta que los parámetros a estimar son del orden del 7%, la metodología de verificación deberá garantizar un buen nivel de precisión y confianza en la estimación de los mismos. Se propone que el nivel de precisión sea de al menos el ±0.46%, con un nivel de confianza del 95%.

El tamaño de la muestra necesario para cumplir con el nivel de precisión y confianza

exigidos, para la estimación de los índices de calidad en toda el AMCM, para cada mes, y tomando como universo las llamadas realizadas entre las 8 y las 20 horas de los días lunes a viernes del mes, está dada por:

donde: n : tamaño de muestra N : tamaño del universo k : determinado por el nivel de confianza deseado ( 95% en este caso, lo que implica

que k = 1.96 ) P : valor real del porcentaje de interés que se desea estimar ( 0.07 en este caso) d : máxima diferencia aceptable entre P y su estimación proveniente de la encuesta (

0.0046 en este caso). Para universos muy grandes, el tamaño de la muestra no depende del tamaño del

universo, es decir, para N>100000 se cumple lo siguiente:


225

entonces,

es lo mismo que,

Consecuentemente, el tamaño de muestra requerido para cada corte de análisis

mensual debe contar al menos con el siguiente número de mediciones:

Para fines prácticos se propone una muestra mensual de 12,000 llamadas porcada

concesionario. Lógica de trabajo de campo Con el propósito de evaluar cada red celular de manera global y reflejar lo mejor

posible el comportamiento y la distribución del tráfico, el AMCM se dividió en cinco zonas geográficas: norte, centro, sur, este y oeste. La cantidad de radió bases en cada zona es transparente al proceso de prueba. De tal forma que, aún cuando la zonificación permite conocer el grado de servicio de manera particular, los datos obtenidos reflejarán la calidad de las redes a nivel de toda el AMCM.

La lógica de trabajo en todas las zonas será exactamente la misma. Básicamente se

generarán llamadas desde una unidad móvil que se desplaza dentro de una zona, recorriendo rutas predeterminadas acordadas con los concesionarios. Esto significa que para toda el AMCM se requerirán 5 unidades móviles en total, una para cada zona, que se desplazarán simultáneamente durante el período de medición.

Cada unidad móvil deberá estar equipada de una antena externa para cumplir con la

condición de verificación únicamente en exteriores, 2 terminales móviles analógicas y 2 terminales móviles digitales.

Las llamadas originadas por cada móvil serán realizadas en su totalidad por solo una

terminal móvil analógica y una terminal móvil digital. Las dos terminales restantes solo recibirán llamadas originadas en las unidades móviles, es decir:

226

La descripción anterior se refiere a cada concesionario, por lo tanto, se requieren 8 terminales por unidad móvil para evaluar a los dos operadores.

En resumen, para llevar a cabo la verificación por muestreo de ambas redes operando

en el AMCM, se requieren 5 unidades móviles equipadas de antenas externas, 20 terminales analógicas y 20 terminales digitales.

Las terminales a utilizar deberán corresponder a un modelo de calidad media

utilizados por los concesionarios para la prestación del servicio, tanto analógico como digital, y deberán estar activadas bajo la modalidad tarifaria de contrato.

Para cumplir con el escenario de prueba referente a llamadas originadas en la red

celular y terminadas en la red fija, se requieren 5 terminales fijas por concesionario, equipadas de contestadoras automáticas, calibradas o programadas para responder en un número determinado de tonos de llamada. Éstas se ubicaran en las instalaciones de la COFETEL.

Como se mencionó anteriormente, la lógica de trabajo de campo es idéntica para cada

zona, por lo tanto, el perfil de las llamadas a realizar por cada unidad móvil será el mismo. En otras palabras, existe una sola y única secuencia de llamadas a realizar durante un día por cualquier unidad móvil.

El número de llamadas a realizar por día se determinó al dividir el tamaño total de la

muestra o sea 12,000 llamadas por mes, por concesionario, entre 20 días y 12 horas por día, obteniéndose así 120 llamadas por unidad móvil por día para cada concesionario.

Así pues, el 17 de enero del 2000, la metodología de verificación propuesta fue

implementada con el objeto de determinar la certeza y fiabilidad de la prueba y de los propios sistemas de medición de cada operador. Al término de la prueba los resultados fueron comparados de tal suerte que se obtuvieron conclusiones que confirmaron el diseño y la calidad estadística de la metodología.

Los resultados detectaron claramente deficiencias en la prestación del servicio en los

dos concesionarios medidos y tanto IUSACELL como TELCEL reconocieron estar por debajo de los parámetros técnicos convenidos y otorgaron una compensación a sus usuarios de la región analizada.


227

Sin embargo lo mas importante de la aplicación de la metodología de verificación fue que los propios operadores detectaron el origen de algunos problemas técnicos, en su mayoría debidos a la necesidad de hacer frente demasiado rápido a una demanda creciente de nuevos usuarios y mas modernos servicios.

Si bien la metodología cumplió inicialmente con las expectativas del grupo de trabajo

de la COFETEL, requirió para su perfección aplicarse bajo otras circunstancias de tiempo y espacio. Esto aunado a diversos brotes de inconformidad por la mala calidad de servicio de las compañías celulares en las distintas regiones, llevó a la COFETEL a implementar y mejorar la metodología descrita en otras ciudades del país.

En particular se extendió la prueba a interiores de edificios públicos, centros

comerciales y aeropuertos y se incluyeron todos los casos de tráfico como llamadas originadas en la red local fija con destino a terminales móviles de los concesionarios celulares.

Sin duda alguna, las conclusiones derivadas de los estudios de calidad implementados

son consideradas sumamente útiles para el entendimiento de las redes en cuestión y sus posibles deficiencias, sin embargo debe considerarse el hecho de que dichas redes se encuentran en continuo crecimiento y migración a nuevas tecnologías, por lo cual, lo observado hace unos meses no necesariamente es consistente con la calidad actual.

Por otra parte, los resultados y la experiencia de los mecanismos de verificación

implementados han abierto la pauta para que la COFETEL incluya en su plan de trabajo estudios de calidad en todo tipo de redes.

228

GLOSARIO

A Abreviated address word: Palabra de dirección abreviada. AIN (Advanced Intelligent Network): Red Inteligente Avanzada (RIA). AMTS (Advanced Mobile Telephone System): Sistema de Telefonía Móvil Avanzado

(STMA). Analytical cell: Célula Analítica. As viewed on a spectrum analyzer: Como se ve en el analizador de espectros. As viewed on an oscilloscope: Como se ve en el osciloscopio. ATM (Asynchronous Transfer Mode): Modo de Transferencia Asíncrono (MTA). B Bandgap: Banda vacía. Bandpass filter: Filtro pasabanda. Baseband: Banda base. Billing: Cuenta, facturación. BS (Base Station): Estación Base (EB). BW (Band wide): Ancho de banda. C C (Carrier): Portadora. Call progress: Progreso de llamada Candidate cell: Célula candidata. CDMA (Code Division Multiple Access): Acceso Múltiple por División de Código

(AMDC). CDPD (Cellular Digital Packet Data): Paquete de Datos Digital Celular. Cell: Célula. Cluster: Grupo, agrupamiento. Composite: Compuesto. Combiners: Combinadores. Cross point switch: Conmutador de punto cruzado. Corrected by the base: Corregido por la base. Corrected by the mobile: Corregido por el móvil. D Data: Datos, base de datos. Demodulator: Demodulador. Demultiplexer: Demultiplexor. Distance: Distancia. Diversity antena: Antena de diversidad DMS-MTX (Digital Múltiple Switch – Mobile Telephone Exchange): Conmutador

Digital Múltiple-Conmutador de Telefonía Móvil (CDM-CTM). Downlink: Enlace de bajada.


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E EMTS (Enhanced Mobile Telephone System): Sistema de Telefonía Móvil Mejorado

(STMM) Expanded spectrum: Espectro expandido. Extended address word: Palabra de dirección extendida. F FDMA (Frequency Division Multiple Access ): Acceso Múltiple por División de

Frecuencia (AMDF). FM: Modulación en Frecuencia. FOCC (Foward Control Channel): Canal de Control Directo, Delantero (CCD). Forwardlink: Enlace directo. Forward path: Trayectoria directa. Forward Traffic Channel: Canal de Tráfico Directo (CTD). Frequency domain: Dominio de la frecuencia. Front to back: Razón delantera a trasera de la antena. G Global actino: Acción global. GSM (Global System Mobile Corporation): Corporación del Sistema Móvil Global

(SMG). H Handoff: Transferencia de llamada. Handoff trigger point: Punto de disparo de la transferencia de llamada. Handover: Transferencia de llamada. HLR (Home Locate Register): Registro de Ubicación Local (RUL). Holt: Umbral de transferencia de llamada (UTLL). I I (Interference): Interferencia. Infrared ray: Rayos infrarrojos. M Main antena: Antena principal. Main receiver: Receptor principal, primario. Microwave: Microondas. Mobile Station Control Message: Mensaje de control de la estación base. Modulating: Modulada. Modulator: Modulador. MSC (Mobile Switching Center): Centro de Conmutación Móvil (CCM, CTC). MTSO (Mobile Telephone Switching Office): Oficina de Conmutación de Telefonía

Móvil (OCTM, CTC). Multiplexer: Multiplexor.

230

N NMT (Nordic Mobile Telephone): Telefonía Móvil Nórdica (TMN). Noise: Ruido, inteferencia. Non expanded spectrum: Espectro no expandido. NTACS (Nippon Total Access Communication System): Sistema de Comunicación de

Acceso Total de Nipón (SCAT-N, Japón). O Operator: Operador Overhead message: Mensaje de cabecera. P PAM (Pulse Amplitude Modulation): Modulación por Amplitud de Pulso (MAP). PCM (Pulse Code Modulation): Modulación por Código de Pulso (MCP). Practical cell: Célula práctica. PSTN (Public Switching Telephone Network): Red de Telefonía Pública Conmutada

(RTPC). R Radio wave: Ondas de radio. Roaming: Transferencia de llamada (abonado visitante). RECC (Reverse Control Channel): Canal de Control Inverso (CCI). Registration ID: Registro de identificación Reverse link: Enlace inverso. Reverse path: Trayectoria inversa. RF: Radio frecuencia. RSL (Receive signal Level): Nivel de Señal Recibida (NSR) RSSI (Receive Strenght Signal Indicator): Indicador de Fuerza de la Señal Recibida

(IFSR). RX: Receptor. S SAT (Supervisory Audio Tone): Tono de Audio Supervisor (TAS). Send: Enviar. Slot: Ranura Space diversity: Diversidad de espacio. Splitter: Divisor, separador. ST (Signal Tone): Tono de señal. Subcarrier modulator: Modulador de subportadora. Sync bit: Bit de sincronía. System parameters: Parámetros del sistema. T TDMA (Time Division Multiple Access): Acceso Múltiple por División de Tiempo

(AMDT). TX (Transmitter): Transmisor.


231

U Up link: Enlace de subida. V Visible light: Luz visible. VLR (Visitor Locate Register): Registro de Ubicación de Visitantes (RUV). Óbice: Voz.

232

BIBLIOGRAFÍA SISTEMAS DE COMUNIACACION MOVIL Domingo Lara Rodríguez, David Muñoz Rodríguez, Salvador Rosas García Alfaomega 1992. MOBILE COMMUNICATIONS SERIES “CELLULAR RADIO SYSTEMS” D. M. Balston, R. C. V. Macario Artech House Publishers 1993. SISTEMAS DE TELEFONÍA CELULAR DIGITAL Rubén Vázquez Medina, Ricardo Marcelín Jiménez, Oreste Téllez Analco UAMI 1993. SISTEMAS ELECTRONICOS DIGITALES “FUNDAMENTOS PARA PROCESAMIENTO Y TRANSMISIÓN DE DATOS” Rafael Sánchez L Alfaomega 1993 ANTENAS Ángel Cardama, Luis Jofre ANTENAS M. Ferrando, A. Valero Universisdad Politécnica de Valencia ANTENA THEORY: ANÁLYSIS AND DESIGN. Constantine A. Balanis ANTENNA THEORY AND DESIGN Warren L. Stuzman, Gary A thile MOBILE ANTENNA SYSTEMS HANDBOOK K. Fujimoto, J.R. James RADIACION , PROPAGACION Y ANTENNAS Maria José Salmeron CALCULO DE ANTENAS A. García Domínguez MANUAL DE REFERENCIA MATLAB5.1


233

3GPP Tercera generación proyecto Partnership www.3gpp.org/

ETSI Instituto de Estandares de Telecomunicaciones Europeo www.etsi.org/

GAA GPRS Aplication Alliance www.gprsworld.com/

GSM Sistema Móvil Global www.gsmworld.com/

IMT 2000 Telefonía Móvil internacional Norma 2000 www.itu.int/imt/

NTT DoComo www.nttdocomo.net/

UMTS Forum Sistema de comunicaciones Móvil Universal www.umts-forum.org/

UWCC Consorcio de Comunicaciones Inalámbrico Universal www.uwcc.org/

WDF Foro de Datos Inalámbrico www.wirelessdata.org/

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