Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
CAPÍTULO 1. RESUMEN DE LAS TECNOLOGÍAS GSM Y
UMTS
1.1 Introducción
Las tecnologías inalámbricas han tenido mucho auge y desarrollo en estos últimos
años. Una de las que ha tenido un gran desarrollo ha sido la telefonía celular.
Desde sus inicios a finales de los 70 ha revolucionado enormemente las actividades
que realizamos diariamente. Los teléfonos celulares se han convertido en una herramienta
primordial para la gente común y de negocios; las hace sentir más seguras y las hace más
productivas.
A pesar de que la telefonía celular fue concebida estrictamente para la voz, la
tecnología celular de hoy es capaz de brindar otro tipo de servicios, como datos, audio y vídeo
con algunas limitaciones. Sin embargo, la telefonía inalámbrica del mañana hará posible
aplicaciones que requieran un mayor consumo de ancho de banda.
Los principios teóricos de la tecnología celular fueron establecidos por D. H. Ring
cuando trabajaba en los Laboratorios Bell (Bell Labs) de los Estados Unidos. En un informe
técnico, de ámbito corporativo, fechado el 11 de diciembre de 1947, Ring proponía utilizar
una red de transmisores de baja potencia, instalados siguiendo un patrón de despliegue
hexagonal, de forma que la contribución de todos ellos permitiera cubrir toda el área de
servicio. Asimismo, Ring proponía en su informe la reutilización de frecuencias como medio
para conseguir una mejor eficiencia espectral, así como el traspaso de llamadas entre
transmisores como forma de garantizar la continuidad de una comunicación. Pero ni la
tecnología de la época estaba suficientemente desarrollada, ni el número de frecuencias
necesario para su implementación se encontraba disponible en esos momentos.
Amos E.Joel, también de los Bell Labs, construyó en 1970 un enorme sistema
electrónico con capacidad suficiente como para gestionar una red de telefonía móvil celular
como la ideada por Ring más de veinte años atrás. Fue la base del sistema que pocos años
después llegaría a ser conocido como Advance Mobile Phone Service o AMPS.
En Europa tanto Televerket como NTT, por separado, propusieron en 1967, como
alternativa a sus sistemas de radiotelefonía tradicionales, el despliegue de sistemas celulares
de telefonía móvil.
A finales de los 70 es cuando se comienzan a obtener resultados satisfactorios, sobre
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todo en los países nórdicos y en Japón.
La creación de grupo NMT hizo que otros países europeos reaccionaran creando sus
propios sistemas celulares alternativos. Es el caso de Radiocom 2000 en Francia, RTMS
(Radio Telephone Mobile System) en Italia y C-Netz en Alemania, cuyas penetraciones en sus
respectivos países de origen fueron más bien escasas. Otros, como el Reino Unido, optaron en
cambio por desplegar una versión mejorada del sistema americano AMPS, a la que
denominaron TACS (Total Access Communication System). Y, finalmente, hubo países, como
España, que prefirieron importar directamente el sistema NMT nórdico.
La tecnología tuvo gran aceptación, por lo que a los pocos años de implantarse se
empezó a saturar el servicio. En ese sentido, hubo la necesidad de desarrollar e implantar otras
formas de acceso múltiple al canal y transformar los sistemas analógicos a digitales, con el
objeto de darle cabida a más usuarios. Para separar una etapa de la otra, la telefonía celular se
ha caracterizado por contar con diferentes generaciones.
La demanda del servicio de telefonía móvil en otros países europeos seguía una
pendiente ascendente del mismo orden que en España, cuando no más acusada. Pero dado que
cada operador empleaba su propio sistema, resultaba más que evidente la limitación que esta
situación imponía al crecimiento de la telefonía móvil en Europa, al impedir que los usuarios
pudieran comunicarse con sus terminales al traspasar las fronteras de sus países de origen.
En 1982 se crea un grupo de trabajo denominado GSM (Groupe Speciale Mobile) en
el marco de la CEPT (Conférence Européenne des Administrations des Postes et
Telécommunications), con el cometido primordial de desarrollar las especificaciones de un
sistema de telefonía móvil público de ámbito pan europeo.
Los valores técnicos que movieron los trabajos del grupo GSM fueron los siguientes:
el nuevo sistema debía estar basado en tecnología digital —como ya se ha dicho—, con
itinerancia internacional, gran capacidad de tráfico, utilización eficiente del espectro, empleo
de señalización digital, posibilidad de conexión con la RDSI y utilización de terminales
portátiles y personalizables.
Tenía, asimismo, que garantizar la seguridad y la privacidad de las comunicaciones,
además de ser suficientemente económico como para poder ser utilizado por un gran
número de usuarios.
En junio de 1987, la Comisión Europea adoptó una Recomendación y una Directiva
relacionadas, ambas, con el estándar paneuropeo de telefonía móvil. La primera versaba sobre
las especificaciones generales del sistema, mientras la segunda trasladaba a los reguladores de
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telecomunicaciones de los países miembros de la UE la necesidad de reservar una banda del
espectro radioeléctrico, en la banda de 900 MHz, para localizar el nuevo sistema, el cual debía
entrar en funcionamiento en 1991.
En mayo de 1987, Francia, Italia, Reino Unido y Alemania, solicitaron la firma de un
acuerdo general entre todos los operadores europeos, compromiso que se tradujo en la firma
de un Memorando de Entendimiento (Memorandum of Understanding, MoU) el 7 de
septiembre de ese mismo año.
El MoU fue firmado en Copenhague por operadores y reguladores de trece países
europeos, entre los que se encontraba España y Telefónica, y en él se comprometían a
continuar adelante con el proyecto para lanzarlo comercialmente el 1 de julio de 1991. No
obstante, el retraso en el desarrollo técnico y la necesidad de modificar algunas
especificaciones hicieron imposible alcanzar esta fecha, por lo que hubo de posponerse su
lanzamiento un año más.
En el curso de la definición del sistema, se creó el Instituto Europeo de Normalización
de las Telecomunicaciones, ETSI (European Telecommunications Standards Institute),
organismo al que se traspasó la elaboración de las especificaciones que estaba desarrollando
el grupo GSM y que representa, hoy en día, una organización de estandarización de la
industria de las telecomunicaciones europea (fabricantes de equipos y operadores de redes)
con proyección mundial.
El sistema que resultó de los trabajos de definición del ETSI fue designado también
por las siglas GSM, si bien ahora su significado era distinto al nombre del grupo que lo había
gestado.
Llevados por la certeza de que el nuevo sistema europeo era claramente superior al
AMPS americano y, sobre todo, movidos por una clarividente confianza en las posibilidades
de expansión del mismo allende el continente, a principios de la década de 1990 el ETSI
rebautizó el acrónimo del grupo GSM como Global System for Mobile-communications,
nombre por el cual se conoce desde entonces este popular sistema de telefonía móvil, que ha
conseguido desbordar las fronteras de Europa estableciéndose en países del resto de
continentes como: Australia, Estados Unidos, Indonesia, Kuwait, India o Sudáfrica.
En España, las primeras experiencias GSM fueron desarrolladas por Telefónica, en
1992, merced a dos experiencias piloto: una en Barcelona, con motivo de los Juegos
Olímpicos, y otra en Sevilla, coincidiendo con la Exposición Universal y la celebración del V
Centenario del Descubrimiento de América. Entretanto, el Ministerio de Obras Públicas y
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Transportes trabajaba en la modificación de la LOT y en la ruptura del monopolio en el sector
de la telefonía móvil, en consonancia con los nuevos vientos legislativos que empezaban a
soplar con fuerza desde la Comisión Europea.
En la década de los noventa se suceden en España acontecimientos importantes como
la liberalización del mercado de las telecomunicaciones, tras el que poco a poco fueron
estableciéndose otras compañías que prestaban, al igual que Telefónica, el servicio GSM.
A finales de la década se conceden las licencias para la banda DCS-1800 (Digital
Cellular System), un sistema de comunicaciones móviles muy similar a GSM que funciona
en la banda de 1.800 MHz y que está diseñado, específicamente, para entornos micro
celulares.
Para entonces Telefónica Servicios Móviles alcanzaba la cifra récord de los cinco
millones de clientes con un reparto, aproximado, de cuatro millones de abonados en Movistar
y un millón de abonados en Moviline; Airtel, en las mismas fechas, superaba los dos millones
de clientes; y, en su conjunto, la penetración del móvil en España llegaba ya al 18 por 100.
Retevisión Móvil, antes de terminar su primer año de actividad había superado el
millón de clientes y para cuando finalizaba el segundo, ya tenía en cartera 4 millones de
clientes.
Para hacerse una idea de la magnitud que estas cifras representaban basta recordar las
previsiones que publicaba una revista técnica en 1992. En palabras del propio autor, se
esperaba ”un incremento espectacular de usuarios de servicios móviles en España, pasando de
los 60.000 abonados al TMA-450 y los 50.000 al TMA-900 en 1991, a los 700.000 previstos
en 1995 y cerca de los tres millones en el año 2000”.
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Así las cosas, una vez iniciado el año de 1999, dos hechos habían quedado
suficientemente probados: uno, que las comunicaciones móviles se encontraban en el origen
del fortalecimiento económico de España; y dos, que los servicios asociados a las mismas
estaban transformando profundamente las costumbres sociales y culturales de la población.
De hecho, el binomio Internet-Móviles empezaba a conformar una nueva forma de
organización de la economía y de la sociedad, conocida con el nombre de "Sociedad de la
Información", de la que Jacques Delors ya había dado algunas pistas en su Libro Blanco sobre
crecimiento, competitividad y empleo, en diciembre de 1993.
El primer intento de empezar a andar en esta dirección fue el servicio de acceso a
Internet a través de los sistemas de telefonía móvil de segunda generación, utilizando
tecnología WAP (Wireless Application Protocol). Se trataba, sencillamente, de montar sobre la
red móvil existente un protocolo de comunicación de datos para estandarizar el acceso a
servicios de Internet mediante el teléfono móvil.
El servicio WAP fue lanzado por primera vez en España el 1 de octubre de 1999,
cuando Telefónica Servicios Móviles puso en funcionamiento el servicio en fase
precomercial. En marzo del año siguiente el servicio WAP pasó a fase plenamente comercial.
En principio, el servicio WAP fue recibido con entusiasmo, aunque más tarde se comprobó
que su principal inconveniente era el propio terminal y, sobre todo, la pantalla del mismo cuyo
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Figura 1. Usuarios de tarjeta y contrato en el tiempo
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diseño, según decían sus detractores, "sólo invitaba a hablar".
En aquellas mismas fechas se encontraba en plena efervescencia la fiebre de las "punto
com", compañías relacionadas con Internet y las nuevas tecnologías que se cotizaban a niveles
de mercado muy por encima de su valor real. En esa situación de “euforia tecnológica” a
nadie pareció extrañar que, sin haberse amortizado todavía las multimillonarias inversiones
realizadas en GSM/DCS en sus cinco años de existencia, la clase política europea decidiera
dar el salto a la tercera generación de telefonía móvil, haciendo converger en terminales
ultraligeros y multifuncionales los paradigmas de Internet y de las Comunicaciones Móviles.
El ambicioso nombre que se le dio a este revolucionario proyecto fue el de UMTS (Universal
Mobile Telecommunications System) y su definición empezó a ser desarrollada por el ETSI
europeo a mediados de la década de 1990. Empero, la incorporación al proyecto de otros
organismos como la TIA (Telecommunications Industry Association) en Estados Unidos y la
ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) en Japón, hizo que la Unión
Internacional de Telecomunicaciones (UIT) tomara el relevo y aglutinara todas las iniciativas
bajo de denominación genérica de IMT-2000 (International Mobile Telecommunications).
Pero acelerar el proceso político más allá del desarrollo tecnológico era un craso error.
Basta citar como ejemplo de la diferente política rectora que se dio entre GSM y UMTS:
cuando se concedieron en España las licencias GSM a Telefónica y Airtel, hacía dos años que
se habían montado sendos sistemas experimentales públicos en la Exposición Mundial de
Sevilla y en los Juegos Olímpicos de Barcelona, mientras que cuando se concedieron las
licencias UMTS en 2000, aún no se había probado ni un solo sistema público. Más aún, y
aunque parezca sorprendente, en esa fecha ni siquiera existían teléfonos móviles de tercera
generación.
Las operadoras se concentraron en apurar al máximo todas las posibilidades de la
segunda con soluciones que se dieron en llamar de “generación 2,5 ”.
Una forma de mejorar la capacidad de GSM incrementando al mismo tiempo la gama
de servicios, era incorporar la conmutación por paquetes. Como resultado de ello se llegó a la
definición del estándar de comunicación GPRS (General Packet Radio Service), que permite
transferencias de datos de hasta 114 Kbps y una conexión continua a Internet para los usuarios
de teléfono móvil, los cuales pagan por volumen de datos que transfieren y no por tiempo
de conexión. Con el GPRS se extiende el servicio del SMS al de MMS.
El verdadero anuncio oficial del lanzamiento comercial de la telefonía móvil de tercera
generación no se produjo hasta febrero de 2004. No vino acompañado de la aparición de los
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ansiados nuevos terminales 3G que, a modo de prototipo, los fabricantes habían venido
mostrando en los últimos meses. En esta primera fase se apostó por el mercado empresarial y
profesional a través de tarjetas PCMCIA para ordenadores portátiles, con las cuales venían
realizándose pruebas desde el otoño de 2003.
Varias semanas después comenzaron a comercializarse móviles UMTS, pero
transcurrido el primer mes desde que Telefónica Móviles y Vodafone lanzaran sus servicios de
tercera generación, el UMTS apenas había generado movimientos apreciables de demanda.
Nada que ver con la situación actual, donde la gran mayoría de los móviles vendidos
soportan 3G, y ya últimamente la llamada 3,5G o HSDPA, un nuevo protocolo que permite la
descarga de datos a velocidades que superan los 3 Mbps.
1.2 Tecnología GSM
1.2.1 Introducción
El sistema GSM es un sistema celular. Como tal tiene una serie de características,
comunes a los sistemas celulares:
• Reutilización de frecuencias.
Se pretende que el área de cobertura del sistema esté conseguida gracias a células de
tamaño reducido. En cada una de las células habrá una estación base con una serie de
radiocanales que cursarán tráfico.
Los radiocanales de una célula podrán ser reutilizados en otra célula, siempre que ésta
esté a una distancia superior a la distancia de reutilización. La distancia de reutilización está
en función de la potencia de las estaciones base que utilicen esa frecuencia. Esa distancia D
está calculada de forma que la interferencia de otra estación base que utilice esa frecuencia
(ese radiocanal) sobre la comunicación establecida por ese mismo radiocanal de la estación
base primera sea inferior a un cierto limite.
• División celular.
En el momento que una célula empieza a soportar peticiones para cursar tráfico
superiores a la capacidad que se puede cursar con el número de radiocanales establecidos, ésta
se puede dividir en varias células.
Cada célula tendrá su estación base y sus radiocanales asociados, reduciendo a su vez
la potencia de emisión. A mayor densidad de células, mayor será el tráfico que podremos
cursar. Esto nos lleva a la obligación de tener diferentes tamaños de células en función del
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tráfico (o del número de usuarios), zonas rurales (con células de kilómetros de radio) o zonas
urbanas (donde las células tendrán radios de unos cientos de metros).
• Compartición de recursos radioeléctricos.
Todos los recursos radioeléctricos son compartidos por todos los terminales móviles
existentes en la zona. Esto permite modelar el sistema con modelos Erlang-B y Erlang-C. El
tráfico generado por cada abonado o el grado de servicio se pueden modelar como procesos
estocásticos lo que permite que los cálculos sean más fáciles de abordar.
El sistema se modela como un sistema de llamadas perdidas, donde la probabilidad de
llamada perdida o congestión viene dada por la fórmula de Erlang-B, en función del número
de canales y del tráfico ofrecido por usuario.
• Función de seguimiento o “roaming”.
Un equipo móvil debe estar siempre localizado, esté o no en realizando una
comunicación. Es una característica imprescindible para el funcionamiento del sistema.
Dentro de una red GSM se lleva un registro de localización del móvil en función del
área de localización (que puede ser de una o varias células) y cuando el móvil sale del área de
localización para entrar en otra, la información de situación del móvil en el registro se
actualiza.
Cuando una llamada va dirigida a un móvil, se envía un aviso de llamada en toda el
área de localización en la que se encuentra el móvil (a través del canal de paging).
• Función de traspaso o “handover”.
Esta función permite que una comunicación en curso no se pierda porque el móvil
pase de una célula a otra. Puede ser tan simple como que ocurra dentro de una misma BSC o
tan compleja que implique incluso salto entre MSC.
1.2.2 Características técnicas
El GSM es, a diferencia de los anteriores analógicos, un sistema de multiplexado en el
tiempo (TDM) de banda estrecha, dentro de la banda de 900/1800 MHz (1900 MHz en
EEUU) y una separación de 200 kHz entre portadoras (canalización de banda estrecha), en
cualquiera de las tres bandas, lo que proporciona una selectividad de canal adyacente de
radiofrecuencia dentro del sistema igual a 18 dB.
Para cada uno de los sistemas se reservan las siguientes bandas (subbandas) de
frecuencias y se tienen las características que se muestran en la Tabla 1.1.
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En GSM 900 se dispone de un ancho de banda de 25 MHz para cada sentido de la
transmisión, por lo que teniendo en cuenta que la separación entre portadoras es de 0,2
MHz,resultan un total de 124 portadoras, mientras que para GSM 1800, al ser el ancho de
banda de 75 MHz, resulta aproximadamente el triple, 374.
1.2.2.1 Planificación Celular
El número de llamadas simultáneas en cada célula, o más exactamente el de llamadas
simultáneas por km2 y por MHz, viene a expresar la capacidad del sistema y una manera de
incrementarlo es disminuyendo el tamaño de dichas celdas. En la práctica, se empieza por
formar células de gran tamaño y, conforme se va necesitando, su tamaño se disminuye,
llegando incluso a la sectorización de las mismas en zonas de alta densidad de usuarios, como
son las ciudades. De alguna manera, se puede decir que el tamaño de las células se va
adaptando a la densidad de tráfico.
Cuando se planifica una red celular hay que tener en consideración, al menos, los
siguientes principios:
• Número previsto de usuarios en la zona servida.
• Estimación del tráfico cursado por todos los usuarios.
• Zona de servicio de cada estación base.
• Máxima capacidad de canales en la zona de servicio.
• Grado de servicios requerido y porcentaje de congestión tolerado.
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Tabla 1. Parámetros Bandas GSM
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• Nivel de interferencias permitido.
• Patrón de reutilización elegido (determina el número de canales por
célula).
La asignación óptima de frecuencias es aquella en la que se evitan las posibles fuentes
de interferencias, pero como esto no siempre es posible, hay que intentar evitar las
interferencias “cocanal” (reutilizar entre sectores que no se interfieren) y minimizar las
interferencias “adyacentes”.
La capacidad de tráfico que soporta una red tiene que ver con el ancho de banda
asignado, la canalización, el factor de reutilización, la técnica acceso, etc. Así, por ejemplo, en
el sistema GSM 900 (TDMA con 8 intervalos por portadora), con un ancho de banda en cada
sentido de 25 MHz, y una canalización de 200 kHz, resulta:
• NºPortadoras=BWTotal
BWCanal
−1=25MHz200KHz
−1=124
• Factor de reutilización: 9
• Nº de portadoras por célula: 124/9 = 14 (redondeando)
• Nº de intervalos de tiempo por portadora: 8
• Nº de canales por célula: 14*8 = 112
El método de acceso elegido para GSM es una combinación de Multiplexación por
División en el Tiempo y en Frecuencia (TDMA/FDMA). La parte FDMA lleva a efecto la
división del ancho de banda disponible, máximo de 25 MHz en GSM 900 y de 75 MHz en
GSM 1800, en 124 o 374 portadoras, respectivamente, separadas 200 kHz, y una o varias de
éstas se asignan a cada una de las estaciones base. Cada una de estas portadoras, a su vez, se
divide en el tiempo, utilizando la técnica TDMA.
Como cada una de las portadoras tiene 8 canales TDMA, el número total de canales
(intervalo temporal dentro de una trama) que admite el sistema:
• Para GSM 900 124*8=992 canales
• Para GSM 1800 374*8=2992 canales
• Para GSM 1900 299*8=2392 canales
La distancia entre una frecuencia ascendente y su correspondiente frecuencia
descendente se denomina distancia dúplex. Los canales ascendentes y descendentes van en
parejas. La separación especificada entre portadoras, en las tres bandas de frecuencias, es de
200 kHz y como cada una admite 8 usuarios simultáneos, eso significa que es lo mismo que 1
por cada 25 kHz FDMA, una eficiencia espectral bastante elevada.
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Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
Cada uno de los canales radio se denomina mediante un número entero (ARCN,
Absolute Radiofrequency Channel Number), y las frecuencias centrales de cada uno se
asignan mediante la siguiente fórmula, para el caso de GSM 900:
• Frecuencia uplink (n) = 890 + 0,2*n MHz
• Frecuencia downlink (n) = Fuplink (n) + 45 MHz
• Con valores posibles de n desde 1 hasta 124
Como se dejan dos bandas de guarda, la primera y la última portadora asignables son
las de 890,2 y 914,8 MHz. La parte uplink es la que siempre se asigna a los terminales, que
transmiten con baja potencia, ya que al ser de menor frecuencia las pérdidas son menores,
mientras que la downlink se asigna a las estaciones base, que transmiten hasta con algunos
cientos de watios (potencia máxima).
Todas las portadoras que admite el sistema han de ser distribuidas entre los operadores
con licencia, y, así, si un operador ha conseguido un ancho de banda de 10 MHz, podrá hacer
uso de las correspondientes 50 en su sistema, repartiéndolas entre las distintas células según el
patrón de reutilización o reuso establecido.
1.2.2.2 Trama GSM
La unidad fundamental de tiempo se llama intervalo temporal o TS (Time Slot), que
dura 15/26 ms (aproximadamente 0,577 ms), llamado también período de ráfaga (burst
period) y la información que contiene un TS, dentro de una trama TDMA, constituye una
ráfaga (burst). Las ráfagas, de las que hay 5 tipos, contienen un mínimo de 88 bits (las de
acceso) y un máximo de 148 bits (las otras cuatro). La velocidad del canal físico es de
270,830 kbit/s, con un rendimiento espectral de 1 bit/segundo, aproximadamente.
Para el conjunto del sistema, el rendimiento espectral es la densidad de tráfico por
unidad de anchura de banda, y se expresa en Erlang/ km2/MHz.
Las ráfagas normales de tráfico TCH/F contienen 114 bits de datos de usuario, parte de
los cuales (57) serán de información y parte (57) de redundancia para protección frente a
errores, además de la secuencia de entrenamiento (26) y los bits de cola (TB); y los restantes
bits (vacíos), hasta completar los 156,25 que contiene un TS, se utilizan para separación
(GP/Período de Guarda, con una duración de aproximadamente 30 microsegundos) y para
evitar que exista solapamiento durante la transmisión entre las conversaciones de varios
usuarios.
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Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
En la ráfaga normal hay 57 bits de datos o voz encriptados, más un flag de “modo
robado” que indica si la ráfaga ha sido robada para señalización de FACCH, lo que da un total
de 148 bits. La secuencia de entrenamiento, de 26 bits, es un patrón de voz conocido que
utiliza el ecualizador para crear un modelo del canal, y se coloca en el centro de la trama,
porque como el canal está cambiando constantemente así se ve menos afectado y se puede
ajustar el ecualizador sin mayores problemas.
Las ráfagas pueden ser normales (NB), de corrección de frecuencia (FB), de
sincronización (SB), de acceso (AB) y de relleno (DB), según la información que contengan.
Las ráfagas están formadas por un núcleo en el que se encuentran los bits de información y la
secuencia de entrenamiento, rodeados de bits de cola (tail bits). El periodo entre dos ráfagas
que aparecen en TS consecutivos se llama Periodo de Guarda (GP). La duración completa es
de 156,25 bits.
Ocho de los intervalos temporales se agrupan en una trama TDMA de duración
8*15/26 = 120/26 ms (aproximadamente 4,615 ms) que forma la unidad básica para la
definición de los canales lógicos. Estas tramas TDMA se agrupan en 26 o 51 unidades para
formar una multitrama. Las multitramas - 26 (MF26) se utilizan básicamente para transmitir
los canales de tráfico TCH, mientras que las multitramas - 51 (MF51) lo son para los canales
de control BCCH, CCCH, SDCCH Y SACCH. Estas multitramas, a su vez, se pueden agrupar
para formar supertramas (1326 tramas = 26*51 o 51*26, que dura 6,12 segundos) e
hipertramas (2048 supertramas = 2.715.648 tramas), que dura 3 horas, 28 minutos, 53
segundos y 760 milisegundos, como se puede ver en la figura 2.
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Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
1.2.2.3 Canales físicos y canales lógicos
Un canal físico es un intervalo de tiempo por trama y cada canal TDMA se define por
el número y posición de sus correspondientes intervalos temporales, y es comparable a un
canal en un sistema analógico FDMA, donde cada usuario se conecta al sistema a través de
una frecuencia.
Un canal físico, formado por un intervalo de tiempo por trama, da una capacidad bruta
de 24,7 kbit/s. El empleo de un canal físico para una conversación de voz o datos requiere la
consideración de agrupaciones de 26 tramas, denominadas multitramas. De los 26 intervalos
de tiempo resultantes por multitrama para el canal físico considerado, sólo se puede enviar
voz o datos en 24 de ellos. Si además tenemos en cuenta que, por motivos de protección frente
a errores, sólo 260 de cada 456 bits son de información, el resultado es de 13 kbit/s de
capacidad neta, que coincide con la velocidad de transmisión que requiere la voz, frente a los
22,8 kbit/s de velocidad binaria que resulta. En el caso de los datos la proporción es similar,
resultando una capacidad neta máxima de 9,6 kbit/s.
Si el canal físico se refiere a un time-slot perteneciente a una portadora, el canal lógico
no es más que la información portada por dicho time-slot. No existe una correspondencia
exacta entre canales físicos y canales lógicos, muchos de éstos últimos son mapeados o
multiplexados en uno o diferentes time-slots para transmitir información tanto de señalización
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Figura 2. Formación de tramas GSM
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como de usuario.
Existen dos tipos de canales lógicos en GSM: los canales de tráfico (TCH - Traffic
CHannels), que transportan información (voz o datos) del usuario y los canales de control
(CCH - Control CHannels), que transportan señalización y sincronización entre la estación
base y la estación móvil.
1.2.2.4 Arquitectura de red
La red de GSM está dividida en tres grandes bloques. El sistema de red (SS: Switching
System), el sistema de estación base (BSS: Base Station System) y el sistema de gestión de
red (OSS: Operation Support System).
• Sistema de red
El SS es responsable de realizar el procesado de las llamadas y todas las funciones
relacionadas con el abonado. Incluye las siguientes unidades funcionales:
➢ MSC. Centro de Conmutación de servicios Móviles (Mobile Services Switching
Center) . Interconecta usuarios de la red fija (RTB, RDSI, Iberpac, Internet,
RPVs) con los móviles y éstos entre sí.
➢ HLR. Registro de Posición Base (Home Location Register). El HLR es una base
de datos en la que se almacenan datos de los abonados suscritos locales,
incluyendo la información de posición, y el estado de actividad.
➢ VLR. Registro de Posición Visitante (Visitor Location Register). Está integrado en
el MSC y almacena toda la información sobre el abonado móvil que entra en su
zona de cobertura temporalmente, lo que permite al MSC establecer llamadas tanto
terminales como salientes.
➢ AC. Centro de Autentificación (Authentication Center). Provee parámetros de
autentificación y encriptación que verifican la identidad del usuario y asegura la
confidencialidad de cada llamada.
➢ EIR. Registro de Identificación de Equipos (Equipment Identity Register). Es una
base de datos que contiene información de identificación del equipo móvil.
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Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
• Sistema de estación base
El BSS se encarga de las funciones relacionadas con el interfaz radio. Se compone de
las siguientes unidades funcionales:
➢ BTS. Estación base de transceptores (Base Transceiver Station). Es la encargada
de conectarse con las estaciones móviles a través del interfaz radio. Consta de los
transceptores y las antenas y un grupo de transceptores está controlado por un
BSC.
➢ BSC. Controlador de estación base (Base Station Controller). Realiza todas las
funciones de control y enlaces físicos entre las BTS y las MSC. Controla
operaciones como handovers, niveles de potencia de los canales,... Un grupo de
varias BSC se sirven de una MSC.
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Figura 3. Arquitectura de red GSM
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• Sistema de gestión de red
El OSS es la entidad funcional desde la que el operador de red monitoriza y controla el
sistema. Lo constituye el OMC o centro de operaciones y mantenimiento.
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Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
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Tabla 2. Canales GSM
Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
1.3 Paso de GSM a UMTS
Naturalmente hay muchas diferencias entre los sistemas WCDMA y GSM, pero
también existen muchas similitudes.
El subsistema de estación base de GSM (BSS) y la red de acceso radio de WCDMA
(RAN) están conectados al núcleo de red de GSM. Ambas tecnologías comparten el “core
network”. Como sabemos, los sistemas BSS y RAN se basan en los principios de un sistema
radio celular. El controlador de estación base (BSC) en GSM se corresponde con el
controlador de la red radio (RNC) de WCDMA. La estación base de GSM (RBS) se
corresponde con la de WCDMA, y la interfaz A de GSM fue la base sobre la que se desarrolló
la interfaz lu de WCDMA.
La gran diferencia entre ambos sistemas es que GSM utiliza tecnología TDMA, con
una enorme estructura dedicada al tratamiento de “time-slots”, mientras que WCDMA usa
tecnología CDMA. Lo que significa que las funciones de control y el hardware son diferentes.
Como ya sabemos, CDMA es una tecnología de acceso múltiple donde los usuarios
están separados por códigos únicos, lo que significa que todos pueden usar la misma
frecuencia y transmitir al mismo tiempo.
En cdmaOne y CDMA2000, una señal radio de 1,25 MHz se multiplica por una señal
de ensanchado (que es una secuencia pseudoaleatoria) con una tasa mayor que la señal de
información. La señal resultante es aparentemente aleatoria pero basta con que lo recoja el
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Figura 4. Arquitectura de red compartida GSM UMTS
Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
receptor con el código correcto y le aplique el proceso contrario para obtener la señal original.
Usar códigos únicos significa que en todas las células se repite la misma frecuencia, lo que se
denomina reutilización de una frecuencia.
WCDMA utiliza una señal radio de 5 MHz y una tasa de chip de 3,84 Mcps, que es
como tres veces la tasa de chip de CDMA2000 (1,22 Mcps).
1.3.1 GSM y UMTS como una sola
La nueva generación de sistemas sin cables (más conocido con el término anglosajón
wireless) provee un acceso fácil a servicios de voz, datos, multimedia o una combinación de
ellos. La clave yace en la evolución de redes GSM y WCDMA como una sola, sin costuras,
compartiendo recursos de radio, transmisión, aplicación y núcleo de la red. Todo esto ha sido
posible gracias al trabajo de estandarización de 3GPP.
Evolucionar de 2G a 3G significa añadir más funcionalidad, más posibilidades y más
valor a la red GSM existente.
El proceso comienza con la introducción de GPRS en la red GSM, que la capacita para
ofrecer servicio de datos.
El siguiente paso es la introducción de servicios 3G, que se realiza de dos maneras:
• WCDMA como nuevo acceso radio 3G a la banda ancha.
• EDGE como el acceso radio 3G que usa la banda de GSM.
WCDMA es la nueva y muy eficiente tecnología para conmutación de paquete y de
circuito. Ofrece más capacidad y velocidad de descarga que potencia los servicios tanto de
voz como de datos y que además ofrece nuevos servicios.
EDGE es un conjunto estandarizado de mejoras al interfaz radio de GSM que porta
mayores tasas de bit e incrementa la eficiencia espectral para los servicios de datos. Con
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Figura 5. Evolución 2G->3G
Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
EDGE el operador puede triplicar el numero de abonados o triplicar la velocidad binaria.
EDGE ofrece en principio el mismo tipo de servicios que WCDMA pero con tasas de
transmisión menores.
Implantar EDGE es rápido y económicamente eficiente. Usa la misma estructura de
canales, plan de frecuencias, protocolos y áreas de cobertura que la red GSM. Así que los
operadores son más capaces con los mismo recursos.
Dado que las bandas de frecuencia de GSM son una parte sustancial de los bienes de
una operadora, será altamente recomendable ser capaz de usar las bandas de GSM para
servicios 3G. La cuestión no es elegir entre WCDMA y EDGE sino dar el mejor uso a ambas.
1.4 Tecnología UMTS
1.4.1 Introducción
UMTS, siglas que en inglés hacen referencia a “Servicios Universales de
Telecomunicaciones Móviles”, es uno de los sistemas de comunicaciones móviles de tercera
generación (3G) que conforma la familia IMT-2000 de la ITU. Se trata de un sistema que
tendrá un papel esencial en la creación del futuro mercado para las comunicaciones móviles
multimedia que, según las previsiones, alcanzarán a 2000 millones de usuarios en todo el
mundo en el año 2010. Concretamente, en los últimos diez años, UMTS ha sido objeto de
intensos esfuerzos de investigación y desarrollo en todo el mundo, y cuenta con el apoyo de
numerosos e importantes fabricantes y operadores de telecomunicaciones ya que representa
una oportunidad única de crear un importante mercado para el acceso a la Sociedad de la
Información.
UMTS busca basarse en y extender las actuales tecnologías móviles, inalámbricas y
satelitales proporcionando mayor capacidad, posibilidades de transmisión de datos y una
gama de servicios mucho más extensa, usando una red de acceso totalmente nueva y una red
principal (core network) mejorada.
Se reconocen tres componentes para la evolución hacia la 3G:
• Social: los estilos de vida actual cada vez están más basados en la información y la
movilidad.
• Tecnológica: cada vez están apareciendo nuevos servicios que requieren mayor
velocidad de transmisión y unos parámetros de calidad más estrictos.
• De mercado: esta componente está justificada por el crecimiento acelerado de la
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Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
telefonía móvil pero también de Internet, el comercio electrónico y el uso de portátiles
y palmtops.
Para garantizar el correcto funcionamiento del sistema UMTS, hay que definir un
conjunto de especificaciones que deberán ser respetadas por el equipamiento hardware. Esto
supone un proceso gradual y constante de continuas evoluciones y revisiones. Por ello, el
3GPP (3rd Generation Partnership Project) se propuso proporcionar cada cierto tiempo un
conjunto de normas que constituyeran de por sí el estándar.
Este proceso de normalización se basa en una planificación anual. De este modo se
habla de Release 1999, Release 4 (inicialmente llamada Release 2000), Release 5
(inicialmente Release 2001) y Release 6.
Según esto, la Release 99 debería haber sido terminada en diciembre de 1999. Sin
embargo, no todas las especificaciones se pudieron aprobar a tiempo, quedando aspectos
pendientes de ser concluidos que fueron finalizándose a lo largo del año 2000, al mismo
tiempo que se corregían errores e inconsistencias. Paralelamente a la tarea de finalización,
ajuste y revisión de las especificaciones de la Release 99, llevada a cabo durante 2000, se
acometió la especificación de las nuevas funcionalidades del sistema incluidas en la Release
4.
En cualquier caso, la experiencia en procesos de estandarización indica que es
engañoso hablar de un instante bien definido en el que se "termine" o "cierre" una Release de
las especificaciones, sino que, más bien, se puede hablar de distintas fases de la vida de las
especificaciones.
1.4.2 La red de acceso de UMTS: UTRAN
UMTS es un sistema con una red de acceso totalmente nueva, que en su segmento
terrestre se denomina UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), esta especificación
es necesaria porque UMTS también define una red de acceso de tipo satelital.
UTRAN utiliza una técnica de acceso múltiple diferente al tradicional FDMA/TDMA
de GSM, asimismo se ubica en una nueva franja de frecuencia.
Concretamente, en la conferencia WRC-1992 (WRC’92) de la ITU, se recomendó la
reserva de 230 MHz de espectro para la familia IMT-2000 en las bandas 1885-2025 MHz y
2110-2200 MHz. Esta banda fue ampliamente utilizada en la concesión de licencias de tercera
generación en Europa. Sin embargo, en la mayor parte del continente americano estaba ya
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Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
ocupada por los sistemas 2G y en China gran parte del espectro para 3G estaba ya dedicada a
aplicaciones WLL (Wireless Local Loop). Por ello, uno de los objetivos de IMT-2000, la
reserva de una banda única en todo el mundo, no se ha alcanzado plenamente. En la Figura 6,
donde se muestran en azul oscuro las bandas asignadas a IMT-2000, dentro de WRC'92, y a
rayas azules y blancas las nuevas bandas, identificadas en el año 2000, pueden observarse los
conflictos señalados.
El procedimiento de acceso radio se basa en la tecnología CDMA (Code Division
Multiple Access) de ensanchamiento directo (Direct Spread). Es decir, se trata de una técnica
de espectro ensanchado (frente a los 200 kHz. de cada portadora GSM, cada portadora UMTS
ocupa 5 MHz) en la que todos los usuarios de la célula comparten la misma portadora,
utilizando distintos códigos para distinguir su señal (figura 7).
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Figura 6. Bandas de frecuencia en distintos países
Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
Concreta mente, en el caso de UMTS se utilizan dos tipos de códigos
simultáneamente, los aleatorios y los de canalización:
• Códigos aleatorios: Se trata de familias de códigos (secuencias de Gold, secuencias m)
no perfectamente ortogonales pero con buenas propiedades de correlación cruzada.
Asimismo el número de códigos en una familia es muy elevado.
• Códigos de canalización: En este caso se trata de códigos perfectamente ortogonales.
El número de códigos es más reducido que en el caso anterior.
Concretamente se utilizan los códigos OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor
codes). Esta familia de códigos tiene como características
principales:
➢ Son códigos cortos (Short Codes) y ortogonales entre sí.
➢ La duración de un código de canalización completo es igual a la de un bit, esto
implica tener diferentes códigos en función de la tasa de transmisión.
➢ Se generan árboles de códigos para obtener las diferentes combinaciones.
Hay que tener en cuenta que únicamente se mantienen las prestaciones de los códigos
ortogonales bajo condiciones de sincronización estricta, ya sea mediante señales provenientes
de una misma fuente o fuentes perfectamente sincronizadas.
Respecto al modo de duplexado, UMTS contempla los llamados modos FDD y TDD:
mientras que en FDD se emplean distintas portadoras para el enlace ascendente y el
descendente, en TDD se emplea una única portadora pero dividiéndola en slots temporales
para ambos enlaces.
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Figura 7. Espectro ensanchado
Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
El modo FDD también es conocido como WCDMA. Utiliza una modulación BPSK en el
enlace ascendente (UL) y una QPSK en el descendente (DL).
Lógicamente las bandas son pareadas. En Europa: 1920-1980 / 2110-2170, Total:
60+60 MHz. De este modo, los operadores españoles cuentan con tres portadoras 15 + 15
⇒MHz (15 x 4 operadores 100% de la banda disponible en Europa) para el modo FDD.
El modo TDD es conocida como TD CDMA. Utiliza un esquema de acceso múltiple:
Híbrido W-CDMA + TDMA. En este caso utiliza una modulación QPSK en ambos enlaces y
las bandas no son pareadas. En Europa: 1900-1920 / 2010-2025. Total: 20+15 = 35 MHz. Los
operadores españoles cuentan con una portadora para el modo TDD (5 x 4 = 20 MHz).
La mayoría de las características descritas están incluidas en la primera release de
UMTS (Release 1999). La Release 4 incorpora nuevas funciones, sobresaliendo la definición
de la opción de banda estrecha del modo TDD (1,28 Mchip/s TDD option), propuesta por
China, que supone una capa física distinta (distinta tasa de chip), conservando la señalización
de las capas superiores. Se incluyen también en la Release 4 las especificaciones de los
repetidores, y mejoras en el control de potencia.
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Figura 8. Bandas UMTS
Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
1.4.3 El núcleo de red (core network)
En su fase inicial, el núcleo de red del sistema UMTS es una evolución de los sistemas
GSM/GPRS. Esta visión se concreta en la Release 99. Los elementos principales son la fase 3
de la especificación de CAMEL (red inteligente, que separa los planos de conmutación y de
servicios), la interconexión de redes GSM y UMTS y la primera versión de la arquitectura
abierta de servicios (OSA). Dentro de la Release 99 también se incluyen las especificaciones
requeridas para prestar los servicios ya existentes en GSM/GPRS, la plataforma básica para
los servicios de localización y la definición de un nuevo códec, denominado AMR de banda
estrecha.
Las principales novedades en la Release 4 son la división del MSC (central de
conmutación) en "Media Gateway" para el tráfico y "MSC server" para la señalización así
como el soporte a aplicaciones que requieren streaming de paquetes. Otras funcionalidades
importantes, aprobadas para la Release 4, son el fax, nuevos codecs multimedia, etc.
La Release 5 incluye la fase 4 de CAMEL, que supone diversas funciones nuevas de
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Figura 9. Arquitectura General UMTS
Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
red inteligente, y la introducción de la arquitectura de servicios multimedia sobre transporte
IP, así como la finalización del nuevo códec AMR de banda ancha y calidad de servicio (QoS)
extremo a extremo.
A continuación podemos ver un resumen de las principales características de las
primeras Releases:
• UMTS Release 99
➢ Estándar para la fase inicial de UMTS en todas las operadoras europeas.
➢ Estructura del núcleo de red GSM/GPRS.
➢ Nueva interfaz radio UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network).
➢ En la red de acceso radio y en la interfaz con el Core Network se utilizará ATM
como protocolo de transporte.
• UMTS Release 4 (2001)
➢ La voz se transporta sobre IP.
➢ Separación de las funciones de control y conectividad para voz.
➢ Las MSC´s se dividen en Media Gateways (MG) para conectividad y servidores de
control para señalización (MGC).
➢ El MG proporciona conexión con las redes de conmutación de circuitos, bajo las
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Figura 10. Arquitectura Release 99
Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
instrucciones de un Media Gateway Controller (MGC).
➢ Para la comunicación entre el MG y el MGC se utilizará el protocolo MEGACO
que permite el desdoblamiento de las capas de transporte y de control.
➢ Utilización de Session Initiation Protocol (SIP), protocolo de control de la capa de
aplicación para llamadas y distribución de contenido multimedia en Internet.
• UMTS Release 5 (2002)
➢ Versión Todo IP con soporte en tiempo real de VoIP y servicios multimedia.
➢ Aparición del IP Multimedia Subsystem (IMS) para la gestión de servicios
multimedia utilizando señalización SIP.
➢ La Release 5 identifica ciertos Servicios Avanzados que requerirán identificar al
⇒usuario con una dirección IP pública IPv6 es de implementación obligatoria en
el IMS.
➢ Aparición de nuevas entidades funcionales del IMS:
– HSS (Home Subscriber Server). Contiene los perfiles de suscripción de los
usuarios con control IP multimedia
– CSCF (Call State Control Function). Se encarga del control de la sesión
– MRF (Multimedia Resource Function). Gestiona las funciones de llamada o
sesión con varios participantes y conexiones.
➢ Se mantendrá la interoperabilidad con otras redes 2G y con las entidades que
permiten dicha interconexión: Media Gateways (MG), Media Gateways Controller
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Figura 11. Arquitectura Release 4
Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
(MGC), Signalling Gateway (SGW).
En esta evolución, el protocolo IP desempeñará un papel primordial en el transporte de
todo tipo de contenidos y como base para los nuevos protocolos de control de sesiones
multimedia.
Puede decirse que IP ya está preparado para dar respuesta a este nuevo entorno de
convergencia y movilidad para el que no fue diseñado originalmente, con soluciones que ya
están siendo desplegadas por los operadores (Mobile IP, MPLS, Diff Serv) y con la pila de
protocolos de su versión IPv6, disponible en las nuevas versiones del sistema operativo de una
gran cantidad de equipos de comunicaciones.
1.4.4 Gestión de Recursos Radio en UMTS
Antes de pasar a describir los principales algoritmos para la gestión de recursos radio
será describirá resumidamente los principales elementos que conforman la red de acceso.
La Red de acceso radio se divide básicamente en Nodos B y RNCs que se comunican
entre sí y con el núcleo de red mediante unos interfaces perfectamente definidos en el estándar
(figura 13).
• Interfaz Núcleo de Red – RNC (IU)
• Interfaz RNC – RNC (IUR)
• Interfaz RNC – Nodo B (IUB)
• Interfaz radio (Uu)
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Figura 12. Arquitectura Release 5
Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
• Nodo B
Es equivalente a la BTS (Base Tranceiver Station, estación base) de GSM. Se encarga
de la transmisión y la recepción radio. Sus principales funciones son las de codificación,
modulación, ensanchado, entrelazado, asegurar la calidad de las comunicaciones, realizar el
control de potencia interno (inner loop) en lazo abierto y cerrado (descritos después), etc.
• RNC
Es similar al BSC (Base Station Controller) de GSM. Es el responsable de la gestión
de recursos radio o RRM (Radio Resource Management). Sus funciones principales son las de
control del traspaso de llamadas o handover, control de admisión, control de congestión,
asignación de códigos, etc.
1.4.4.1. Control de potencia
Para asignar las potencias que cada emisor debe transmitir tanto para el enlace
ascendente como descendente o, lo que es equivalente, las potencias recibidas en los extremos
receptores correspondientes, está el control de potencia, el cual es consustancial al acceso
CDMA por dos razones: como mecanismo para asegurar la calidad de un enlace y como
componente básico en la gestión de los recursos radio.
En concreto el control de potencia en UMTS se utiliza para:
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Figura 13. Red de Acceso
Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
• Para resolver el bloqueo cerca – lejos (disminuir o aumentar la potencia de transmisión
del móvil en función de la distancia)
• Para reducir interferencias.
• Para maximizar la duración de baterías.
En UMTS, se definen simultáneamente dos procesos para el control de potencia:
• Outer loop.
• Iinner loop: que puede ser en lazo abierto o cerrado.
• Outer loop
El control de potencia externo, tiene como misión establecer dinámicamente el valor
Eb/N0 necesario para asegurar la calidad de la comunicación. Es decir, UTRAN evalúa los
valores de calidad reales y los contrasta con los requeridos.
Las posibles desviaciones se corrigen con pequeñas variaciones de la Eb/N0.
• Inner loop
➢ En lazo cerrado
Tiene como objetivo que la calidad de un enlace, especificada mediante una relación
SIR o Eb/N0 objetivo, sea independiente de las condiciones de propagación de la propia señal
útil y de las interferencias. Su velocidad de actuación debe ser lo suficientemente alta para
contrarrestar los desvanecimientos rápidos, asociados a usuarios que se mueven a altas
velocidades. La estación base realiza estimaciones de la SIR recibida y la compara con la SIR
deseada, ajustando la potencia del terminal mediante comandos que le envía constantemente
(1500 comandos/segundo).
➢ En lazo abierto
Se utiliza, por ejemplo, para establecer la potencia de transmisión cuando el terminal
accede inicialmente a la red. A través de la medida de una señal piloto en el enlace
descendente se estima el valor medio de la atenuación de propagación y se utiliza ese valor
para intentar compensar las fluctuaciones medias en el enlace ascendente. Actuaría de la
siguiente forma: el móvil calcula la potencia inicial con la que debe transmitir mediante la
fórmula: PRACH = L + IBTS + K. Siendo L la pérdida de propagación (el Nodo-B informa al
UE de la potencia con la que transmitió), IBTS es el nivel de interferencia en el Nodo B
(enviada por un canal de broadcast) y K es un valor constante fijado por el operador.
Posteriormente el terminal va aumentando su potencia (PRACH) hasta obtener respuesta por
parte del nodo B.
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Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
1.4.4.2. Selección de celda: Cobertura CPICH
El canal piloto o CPICH (Common Pilot Channel) es una de las señales de broadcast
del sistema UMTS, es decir, es transmitida a todos los usuarios por igual dentro de una celda
y por tanto, un porcentaje de la potencia disponible en la base siempre será reservada para
ella. El piloto tiene dos misiones básicas. Por un lado, los terminales la utilizan para realizar
una estimación del canal radio. Por otro, es la señal utilizada como entrada en los mecanismos
de selección de celda y handover (este segundo mecanismo será comentado en el apartado
posterior).
La selección de celda por parte de un terminal se realiza de acuerdo a una cierta
medida de calidad sobre la señal CPICH. En concreto se evalúa el valor del Ec/Io (CPICH
Ec/Io) para todas las celdas de modo que cuando el correlador del terminal encuentra el mejor
pico decide conectarse con dicha base. Esto se puede realizar porque cada celda tiene un
código de aleatorización distinto y el número de códigos reservados para las celdas es finito.
Según el 3GPP (3rd Generation Partnership Project) Organismo mundial encargado
del desarrollo del UMTS a nivel global, se define el CPICH_Ec/Io como el cociente entre la
energía media por chip del CPICH y la densidad espectral de potencia total recibida
(incluyendo señal e interferencias) en el conector de la antena del Terminal.
1.4.4.3. Traspaso de llamada o handover
Cuando un terminal móvil esta conectado a una estación base y entra dentro de una
célula a la que da cobertura otra estación base, se produce lo que conocemos como un
traspaso o handover.
Una de las ventajas más sobresalientes de la tecnología UMTS es sin duda, la
implementación del Soft Handover. El Soft H.O. no es otra cosa que la posibilidad que tiene
el terminal o UE (User Equipment) de estar conectado a más de una base (BS)
simultáneamente. Gracias a ello, el traspaso de unas celdas a otras se realiza de una manera
natural y se solventan algunos de los problemas que presentan los traspasos de tipo hard
(como en GSM) donde pueden aparecer, entre otros, microcortes y el denominado “efecto
esquina” (un terminal gira en una esquina y pierde la visibilidad directa con su base servidora,
debido a la fuerte atenuación que introduce el edificio le es muy complicado mantener la
comunicación y no es posible gestionar el traspaso).
Por el contrario, en los handovers de tipo soft se consumen más recursos (varias
conexiones activas para un único terminal). El conjunto de bases con las que un cierto
Captura de Datos y Análisis para la Optimización de Redes GSM y UMTS
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Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
terminal está conectado es el denominado Active Set y será necesario definir un mecanismo
que sirva para determinar a cuales de las BS se conectará el UE. Es en este momento
cuando entra de nuevo en acción la señal CPICH o piloto.
La forma en que se incorporan o eliminan señales provenientes de las diferentes BS
sobre el escenario UMTS, no es otra que la estimación de la calidad (nivel) con que el
Terminal escucha los pilotos provenientes de dichas bases, concretamente se vuelve a utilizar
la medida de Ec/Io. Una señal CPICH de bajo nivel de potencia será rechazada del Active Set,
mientras que una señal CPICH de un nivel aceptable de potencia será añadida e incluso podría
forzar la eliminación de una conexión previa de menor nivel de señal.
En UMTS se especifican dos clases de handover: Soft Handover propiamente dicho y
un caso especial denominado Softer Handover. En el primer caso el terminal se conecta a
distintas células de distintos nodos B simultáneamente. En este caso el RNC será el encargado
de seleccionar la mejor de las dos señales (combinación por selección). Por otro lado, en el
softer la señal del terminal se recibe en celdas de un mismo emplazamiento y se combina la
potencia recibida de ambos caminos (estrategia MRC).
1.4.4.4. Control de admisión
El control de admisión debe preguntarse en un momento dado si con la incorporación
de un nuevo usuario al sistema se le van a poder garantizar sus requisitos de QoS (calidad de
servicio) al tiempo que se respeta la QoS de los usuarios ya incorporados. La respuesta podría
darse a través de una simulación previa de la red en el mayor número de situaciones posibles
para determinar la región de admisión (número de usuarios de cada clase, con unos
parámetros de QoS específicos, que se pueden admitir) y un posterior ajuste dinámico de la
región de admisión mediante herramientas de visualización y medidas de la red real, que
suelen basarse en una medida de la carga del sistema, la cual, habitualmente, es el
denominado “factor de carga”. Dicha medida se trata de de una representación de las
interferencias del sistema entre 0 y 1.
1.4.4.5. Control de congestión
El control de congestión debe actuar cuando los usuarios admitidos no puedan
satisfacer los requerimientos de calidad durante cierto periodo de tiempo debido a una
sobrecarga en la red radio. Los mecanismos de control de congestión incluyen las siguientes
partes:
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Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS
• Detección de la congestión: Se debe establecer algún criterio para decidir si la red está
en congestión o no. Un posible criterio es cuando la carga es superior a cierto umbral,
durante cierto periodo de tiempo.
• Resolución de la congestión: Cuando se asume congestión en la red, se deben llevar a
cabo ciertas acciones para mantener la estabilidad en la red. Existen múltiples
posibilidades para hacerlo, pero en general, se pueden diferenciar tres pasos:
a) Priorización: Se ordenan en una tabla a los diferentes usuarios en función
de su prioridad (por ejemplo en función de los requerimientos de calidad de
servicio (QoS).
b) Reducción de la carga: Durante la congestión no se admiten nuevas
conexiones y se reduce la tasa máxima de transmisión de un conjunto de los ya
admitidos.
c) Chequeo de la carga: Después de llevar a cabo el punto b), se debe volver a
comprobar la condición que activa o desactiva el control de congestión. Si
persiste, se volverá al apartado anterior, limitando el siguiente grupo de
usuarios de la tabla de priorización. Así hasta estar por debajo del umbral del
factor de carga.
Recuperación de la congestión: Resulta necesario un algoritmo de recuperación de la
congestión para restaurar los parámetros de transmisión que tenían los usuarios antes de la
congestión. Es importante este apartado para no volver a caer en congestión. Un mecanismo
sería aumentar la tasa de un usuario y cuando dicho usuario ha completado la transmisión en
curso, se incrementa la del siguiente usuario.
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