comunicaciones moviles - de Jhon Jairo Padilla Aguilar
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Jhon Jairo Padilla Aguilar PhD. Ingeniería Telemática Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar SERVICIO MÓVIL Definición: Servicio de radiocomunicaciones entre estaciones Móviles y estaciones terrestres fijas, o entre estaciones Móviles sólamente. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Consideraciones Generales Tipos de servicios móviles: Terrestre, marítimo y aeronáutico Característica básica: Movilidad de los terminales. Usan repetidores (Terrestres o espaciales). Tipos de información:Voz, Datos, fax, vídeo, telemando, señalización. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar INFRAESTRUCTURA BÁSICA Una red inalámbrica suele componerse de estaciones base y usuarios móviles. La Estación Base Recoge/Distribuye la información de los móviles. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Organización por capas Capa Funciones Física Transmisión: Modulación, sincronización Recepción: Demodulación, sincronización Acceso al Medio Resolución de colisiones Multiplexación/Demultiplexación de usuarios Enlace de datos Detección y corrección de errores, control de flujo Red Búsqueda de usuarios, enrutamiento, gestión de llamadas Transporte Transporte fiable extremo-extremo Aplicación Voz,Video, datos, control Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar ZONA DE COBERTURA DE UNA RED Es la superficie geográfica dentro de la cual los terminales pueden establecer comunicación con la estación fija o entre sí. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Clasificación redes inalámbricas según su cobertura Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Concepto “Celda” Ideado por D.H.Ring en 1947 División de la zona de cobertura en regiones pequeñas llamadas células (tamaño variable en función de la demanda de tráfico) Las células pueden usar las mismas frecuencias pero distanciadas lo suficiente para evitar interferencias. Comunicaciones Móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Forma de las celdas R R R R (a) Celda ideal (b) Celda real R (c) Diferentes modelos de celdas Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Arquitectura típica de una red móvil Núcleo de Red telefónica Mobile Switching Center (MSC) MSC Terminal Móvil Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Enlaces -Enlace Descendente (Down Link) -Enlace Ascendente(Up Link) (Requiere Técnicas de multiacceso) -Alcance de la estación Base (Talk Out) -RetroAlcance (Talk back, de la estación móvil) Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Modalidad de funcionamiento Sistemas de Radiotelefonía: Son aquellos en que las transmisiones se realizan en ambos sentidos (Up-link y Down Link) Sistemas de radio búsqueda o radio mensajería: Las transmisiones sólo tienen lugar en el sentido down-link (Paging Systems). Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Sector de Aplicación (I) Sistemas de Radio Telefonía Móvil (PMR, Private Mobile Radio): Area: Dominios de una empresa. No hay conexión con la red PSTN. Usos: Gestión de flotas, vigilancia privada, policía, mantenimiento de servicios públicos, ambulancias, etc. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Sector de Aplicación (II) Telefonía Móvil Pública (PMT: Public Mobile Telephony): -Interconectados con la PSTN. -Area: Regiones, Naciones, Continentes. -Prestaciones similares a las del servicio telefónico convencional. PLMN: Public Land Mobile Network Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Sector de Aplicación (III) Cordless Telephony (Telefonía sin hilos): Se usa para el acceso a la PSTN desde terminales inalámbricos de usuario (Teléfonos sin cordón) Tecnología: WLL (Wireless Local Loop) Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Sector de Aplicación (IV) Wireless LAN: Redes de Acceso Inalámbricas (WLAN) Con infraestructura Ejemplo: Wi-Fi. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Sector de Aplicación (V) Mesh Networks (Redes Malladas) Ejemplo: Wi-Max Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Sector de Aplicación (VI) Redes de Sensores (Sensor Networks) Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar La interfaz Radio Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Banda de frecuencias utilizada Ejemplos: Banda VHF Banda UHF Banda Baja 30-80Mhz Banda alta 140-170Mhz Banda III 223-235Mhz Banda baja 406-470Mhz Banda alta 862-960Mhz 1800-1900Mhz Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Técnica de Multiacceso (I) -FDMA (Frequency Division Multiple Access) Tiempo Los terminales usan una frecuencia diferente para cada uno. Todos pueden transmitir simultáneamente. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar frecuencia Tecnicas de multiacceso (II) TDMA: Acceso Múltiple por División de Tiempo Tiempo Cada terminal usa una ranura de tiempo diferente. Todos los terminales usan el mismo rango de frecuencias. frecuencia Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Técnicas de Multiacceso (III) CDMA (Acceso Múltiple por División de Código): Tiempo Usa técnicas de espectro expandido. Usa códigos pseudoaleatorios para expandir y recuperar la señal original. Todos los terminales pueden transmitir simultáneamente y usando el mismo rango de frecuencias código Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar frecuencia Acceso Múltiple OFDMA Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Acceso Múltiple OFDMA Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Modo de Explotación (I) Símplex a una frecuencia: -Utilizan la misma frecuencia para cada sentido -La Tx y Rx se realizan en forma secuencial en un sentido a la vez -Cualquier equipo puede hablar y oir a cualquier otro dentro de la zona de cobertura mutua Ventajas: *Sencillez; Ayuda mutua entre terminales; Buena utilización del espectro Desventajas: Captura de una comunicación por otra; Bloqueo en los receptores Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Ayuda Mutua entre terminales Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Captura de una comunicación Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Bloqueo en los receptores 4.5Mhz Solución: f1 4.5Mhz f2 Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar f3 Modo de Explotación (II) Canales símplex a dos frecuencias: -Soluciona el problema del bloqueo. -Hay una frecuencia para cada sentido de la comunicación (separadas 4 o 5 Mhz). -La Tx y Rx del móvil se hace en momentos diferentes. -Disminuye la interferencia entre estaciones base. -Las estaciones móviles no pueden hablar entre sí y sólo pueden hacerlo con la base. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Modo de Explotación (III) Canales Semidúplex: -Se logra comunicación de todos con todos. -Usa dos frecuencias: una para Tx y otra para Rx. -La estación base retransmite las señales que recibe (Talk Through). -La estación base Tx y Rx simultáneamente gracias a un duplexor. -La estación móvil Tx y Rx en momentos diferentes (no tiene duplexor sino conmutador de antena). -Usado en los sistemas PMR. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Modo de Explotación (IV) Canales dúplex: -Similar al caso anterior. -Las estaciones móviles tienen duplexor (pueden Tx y Rx simultáneamente) -Se requiere una pareja de frecuencias para enlazar cada móvil con la estación base. Separación en frec. > 3Mhz para un buen funcionamiento del duplexor. -No es posible la comunicación móvil-móvil sin pasar por la base. -Se usa en sistemas PMT. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Canales Duplex: Técnicas de Duplexado Permiten la comunicación full-duplex entre móvil y BS Hay dos técnicas: FDD (Duplexado por división de frecuencia) TDD (Duplexado por división de tiempo) Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar FDD: Distribución de frecuencias en la interfaz radio -Cada móvil se comunica a través de un radiocanal UL f1 f2 DL f1’ f2’ -Un radiocanal se compone de dos frecuencias (fi, fi’) f -UL: menor potencia de transmisión en el móvil (menor atenuación a menor frecuencia) Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar TDD El enlace ascendente y descendente operan en la Misma banda de frecuencias, utilizando diferentes slots Down-link up-link Permite asimetría Lo que se presta Para comunicación De datos Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Dimensiones de un proceso de radiocomunicación Tiempo (t) Frecuencia (f) Espacio(s) Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Distribución de frecuencias en el canal móvil B Df Df fI fi fi+1 fs fI’ BW SubBanda Inferior Df = fi+1 – fi N=BW/Df fi’ fi+1 BW SubBanda Superior fn=fI + nDf fn’= fn+B Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar fs’ Entidades y parámetros de la interfaz radio SINAD Signal Noise Distortion Noise Distortion C/N, C/I PRAD ED Pnext EI PSD Rx deseado Tx Deseado Tx Interfer. Pst SINAD BER Pnint PRAD: Potencia radiada aparente del Tx deseado; PSD: Pot. Señal deseada; ED: Campo eléctrico del Tx deseado en la ant. Rx; EI:Campo eléctrico interferente total Perturbaciones: Pnext: Pot. Ruido externo; Pnint: Pot. Ruido Interno; Pst: Pot. Total Señales interferentes en el receptor Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar ARREGLOS DE ANTENAS Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Sistemas MIMO Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar CALIDAD DE LOS SISTEMAS MOVILES Los parámetros de calidad de los sistemas móviles se traducen en objetivos de diseño. Ellos son: Calidad de cobertura Calidad del terminal Calidad de disponibilidad Calidad de Fiabilidad Calidad de Fidelidad Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Parámetros de calidad de cobertura Extensión: local, regional, nacional, internacional. Escenario de cobertura: calles, carreteras, interior de vehículos, interior de edificios, subterráneos y túneles. Grado de cobertura: Porcentaje perimetral, porcentaje zonal de ubicaciones en que se consigue la comunicación. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar COBERTURA RADIOELÉCTRICA (I) Zona de Cobertura de la estación Base: Superficie en torno a dicha estación en la que la señal disponible para los móviles tiene un valor superior a cierto umbral de funcionamiento. Teóricamente debería proporcionarse servicio a los móviles en cualquier punto de la zona de cobertura. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar COBERTURA RADIOELÉCTRICA (II) Importancia de la Predicción de la zona de cobertura: Existe multiplicidad de trayectos, cada uno con variadas situaciones de propagación. Las pérdidas de propagación tienen carácter aleatorio debido a la variabilidad del terreno y la movilidad del Terminal. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar COBERTURA RADIOELÉCTRICA (III) Estudios de Cobertura: Se usan modelos teóricos y empíricos de propagación que pueden ser automatizados por computador. Se habla de cobertura en sentido estadístico. Parámetros: Porcentaje de emplazamientos, Porcentaje de tiempo. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Parámetros de Calidad del terminal Simetría del enlace bidireccional Ideal: Alcance = retro-alcance Tipo de terminal: vehículo, transportable, de mano. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Parámetros de Calidad de disponibilidad Facilidad con que un terminal accesa y toma el canal radio. Depende de la cobertura y de la congestión de los canales radio disponibles. Parámetro: Probabilidad de bloqueo Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Calidad de fiabilidad Porcentaje de tiempo máximo admisible de interrupciones de los enlaces o caídas de llamadas debido a averías en equipos, fallos de alimentación, interferencias intensas externas, etc. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Calidad de Fidelidad Señal de Voz: inteligibilidad, claridad de la señal recibida (ausencia de parásitos, ruido, diafonía). Señal de datos: Tasa de errores Parámetros de medida: SINAD (Signal to Noise and Distortion ratio), Usada para sistemas analógicos BER (Bit Error Rate), usada en sistemas digitales Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Evolución y Panorámica de los sistemas de comunicaciones móviles Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Historia de las redes Móviles Radiotelefonía PMR PLMN Señalización Tonos CTSS, SELCALL Señalización Digital Trunking (PAMR) Analógicos MPT1327 Radiomensajería W-PABX SIMULCAST Teléfonos sin cordón Sistemas Celulares Analógicos 1ªGeneración Digitales (NMT-TACS-AMPS) Trunking Digital TETRA, DSRR Sistemas Celulares 2ªGeneración (GSM) D-AMPS, IS-54,IS-94 JDC, TFTS Sistemas AVL Sistema DCS-1800 DECT Sistemas Públicos Analógicos Tonos/Voz SIMULCAST Alfanuméricos (POCSAG, EUROSIGNAL) Digitales (ERMES) Comunicaciones Personales UMTS-FPLMTS-IMT2000 Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Para la estandarización de 4G se definió como organismo IMT-Advanced Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Evolución hacia 4G Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Evolución Tecnologías 3GPP Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Cronograma estándares de 3GPP Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Evolución en la Modulación y ancho de banda del canal Generación Telefonía Celular 1G 2G 3G 4G Técnica de acceso múltiple FDMA TDMA, TDMA/FD MA CDMA OFDMA Tipo de modulación FM banda estrecha GMSK, PSK PSK coherente Hasta 64 QAM, Uso de MIMO para eficiencia espectral Canalización Normal: PMR 16Khz, PMT 24Khz; estrecha 8.5Khz (PMR) N*25Khz, 200Khz en GSM 1.5 Mhz 20Mhz100Mhz Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Tecnologías por Generación en Móviles Cellular network standards 2G •GSM •CSD 3GPP2 family •cdmaOne (TIA/EIA/IS-95 and ANSI-J-STD 008) AMPS family •D-AMPS (IS-54 and IS-136) •CDPD •iDEN Other •PDC •PHS GSM/3GPP family 2G transitional (2.5G, 2.75G) •HSCSD GSM/3GPP family •GPRS •EDGE/EGPRS (UWC-136) •CDMA2000 1X (TIA/EIA/IS-2000) 3GPP2 family •1X Advanced Other •WiDEN 3G (IMT-2000) •UMTS (UTRAN) •WCDMA-FDD 3GPP family •WCDMA-TDD •UTRA-TDD LCR (TD-SCDMA) 3GPP2 family CDMA2000 1xEV-DO Release 0 (TIA/IS-856) 3G transitional (3.5G, 3.75G, 3.9G) •HSPA •HSPA+ 3GPP family •HSDPA •LTE (E-UTRA) CDMA2000 1xEV-DO Revision A (TIA/EIA/IS-856-A) 3GPP2 family •EV-DO Revision B (TIA/EIA/IS-856-B) •DO Advanced •Mobile WiMAX (IEEE 802.16e) IEEE family •Flash-OFDM •IEEE 802.20 4G (IMT Advanced) 3GPP family •LTE Advanced (E-UTRA) IEEE family •WiMAX-Advanced (IEEE 802.16m) Canalización y anchos de banda en 4G Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Comparativo entre las redes móviles de telecomunicaciones Generación de telefonía móvil 1era generación (1G) 2da generación (2G) 3era generación (3G) 4ta generación (4G) Vida útil 1950’s-1990’s 1990’s-2020 2001 a la fecha Inicio en 2014 Período de vigencia NMT, AMPS… Estandares Propietarios Estandares cerrados Estandares abiertos Integracion de estándares distintos Ancho de banda (teórico) AMPS - 30 KHz D-AMPS 30 KHz y GSM 200 KHz Inicialmente hasta 2Mbps, . WCDMA utiliza 5 MHz. 100 Mbps móvil, 1 Gbps en estado estático. Analógico/Digital Radio analógico, red analógico/digital Digital Digital Digital Conmutacion de paquetes (PS)/Conmutacion de circuitos (CS) CS CS CS y PS PS (“Todo IP”) Radio de la celda 100 km aprox. Kilometros Metros a Kilometros Kilometros Nacional Internacional Global (Con misma tecnologia) Global (Distintas tecnologias) Voz Voz y datos(SMS, MMS, internet banda angosta) Voz y datos (SMS, MMS, internet banda ancha) Multiservicios IP Roaming Servicios GSM, D-AMPS, IMT-Advanced IMT-2000(UMTS,CDMA2000) PDC… (LTE) Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Estándares candidatos de IMT-Advanced para 4G Common Name Family Primary Use Downstream (Mbit/s) Radio Tech Upstream (Mbit/s) 2x2 MIMO 110 (20 MHz TDD) 183 (2x20 MHz FDD) 4x4 MIMO 219 (20 MHz TDD) 365 (2x20 MHz FDD) 2x2 MIMO 70 (20 MHz TDD) 188 (2x20 MHz FDD) 4x4 MIMO 140 (20 MHz TDD) 376 (2x20 MHz FDD) 83 (20 MHz TDD) 141 (2x20 MHz FDD) 37 (10 MHz TDD) 46 (20 MHz TDD) 138 (2x20 MHz FDD) 17 (10 MHz TDD) WiMAX rel 2 802.16m WirelessMAN MIMO-SOFDMA WiMax rel 1.5 802.16-2009 WirelessMAN MIMO-SOFDMA WiMax rel 1 802.16 WirelessMAN MIMO-SOFDMA Wi-Fi 802.11 (11n) Mobile Internet OFDM/MIMO 288.8 (using 4x4 configuration in 20 MHz bandwidth) or 600 (using 4x4 configuration in 40 MHz bandwidth) UMTS-TDD UMTS/3GSM Mobile Internet CDMA/TDD 16 UMTS W-CDMA HSPA(HSDPA+HSUPA) UMTS/3GSM General 3G CDMA/FDD CDMA/FDD/MIMO 0.384 14.4 0.384 5.76 100 Cat3 150 Cat4 300 Cat5 (in 20 MHz FDD)[26] 50 Cat3/4 75 Cat5 (in 20 MHz FDD)[26] LTE 3GPP General 4G OFDMA/MIMO/SCFDMA iBurst 802.20 Mobile Internet HCSDMA/TDD/MIMO 95 36 3GPP 3G Data CDMA/FDD MIMO 21 42 84 672 HIPERMAN HIPERMAN Mobile Internet OFDM 5.8 11.5 22 168 56.9 Flash-OFDM Flash-OFDM Mobile Internet mobility up to Flash-OFDM 200 mph (350 km/h) 5.3 10.6 15.9 1.8 3.6 5.4 EV-DO Rel. 0 EV-DO Rev.A EV-DO Rev.B CDMA2000 Mobile Internet CDMA/FDD 2.45 3.1 4.9xN 0.15 1.8 1.8xN GSM Mobile Internet TDMA/FDD 1.6 0.5 HSPA+ EDGE Evolution Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar GPRS: modulacion PSK EDGE: modulación adaptativa 8PSK/PSK, Asignac. Varias ranuras. Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Finalmente…NGN Applications/ Content Servers Communication Mobility applications & control Mobile data Telephony services Telephony Mobile telephony VoIP Messaging Positioning PMR/SMR Connectivity Other IP/Multi-Service Networks Backbone Network Access Access Access Mobile CATV Fixed Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Other Telephony Networks Arquitectura de una red NGN Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Evolucion UMTS UMTS Release 99 (1999) UMTS Release 5 (2005). Introduce: HSDPA para aumentar las tasas de datos IMS: IP Multimedia Subsystem (Cambios en la arquitectura de red para ofrecer mejor experiencia a usuarios multimedia) IP UTRAN: Mejora la eficiencia en la transferencia de paquetes. UMTS Release 6 (2006). Introduce: HSUPA, [HSUPA+HSDPA]= HSPA (14Mbps en DL y 1.5Mbps en UL) UMTS Release 7 (2007): Evolved HSPA o HSPA+ Introduce: MIMO, CPC (Continuous Packet Connectivity), HOMs (Higher Order Modulations) UMTS Release 8 (2008): Introduce: OFDMA (EUTRAN- Evolved UTRAN) ó LTE (Long Term Evolution), Nueva estructura de red de paquetes (SAE- System Architecture Evolution ó EPS-Evolved Packet System Architecture) Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Evolución de UMTS Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Evolución en el canal radio hacia 4G Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Evolución en la eficiencia espectral Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Crecimiento para diferentes tecnologías Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Qué está haciendo la gente con 4G? El 43 % de sus usuarios están utilizando “menos o ningún punto de acceso wifi público” desde que se mudaron a la tecnología 4G. Además, usan menos la conexión de banda ancha de casa. Un 26 % de estos suscriptores de LTE pasan más de tres horas al día conectados.Y buena parte de este tiempo lo dedican al consumo de vídeo. Como aseguraba hace unos días el CEO de Vodafone UK, Guy Laurence, parece que “el 4G tiene finalmente una razón y es el entretenimiento”21 . Fuente: http://cnmcblog.es/2013/08/27/lte-menos-wifi-ymas-video/ Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar Qué está haciendo la gente con 4G? Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
