tesina - Instituto Politécnico Nacional

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD CULHUACAN
“PLATAFORMA 2.5G PARA LA TERCERA
GENERACIÓN”
TESINA
PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN
COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
SEMINARIO DE TITULACIÓN
“TELEFONIA CELULAR Y PROTECCIÓN DE
SUS ENLACES EN COMUNICACIONES”
NO. DE VIGENCIA D.E.P. FNS35099’/21/2007
PRESENTA
ESPÍNDOLA MARTÍNEZ CARLOS HUEMAC
MÉXICO, D.F.
NOVIEMBRE 2007
ÍNDICE
CAPITULO I
1.
Introducción a 2.5G.
1
1.1
Generación 2.5G.
2
1.2
Conmutación de circuitos versus conmutación de paquetes.
2
1.3
Aplicaciones y servicios.
3
1.3.1 GSM.
4
1.3.2 GPRS.
5
1.3.3 TDMA IS-136.
6
1.3.4 CDMA IS-95.
8
CAPITULO II
2.
Introducción TDMA IS-136.
10
2.1
Tecnología TDMA IS-136.
10
2.2
Estructura del canal de tráfico digital.
12
2.3
Operación básica del DCCH o canal de control digital.
15
2.3.1 Formato de ráfaga del DCCH.
15
2.3.2 Formatos de superframe e hyperframe.
16
2.3.3 Canales lógicos.
17
CAPITULO III
3.
Introducción a la tecnología GPRS.
21
3.1
Antecedentes de la tecnología GPRS.
22
3.2
Tecnología GPRS.
23
3.3
Arquitectura de una red GPRS.
24
3.4
Tipos de la clase de GPRS.
26
3.5
Características de GPRS
27
3.6
Ventajas que ofrece GPRS
28
3.7
Usos de la tecnología GPRS
29
3.8
Introducción a EDGE – Un puente hacia 3G.
29
3.9
EDGE – GSM/GPRS mejorado.
30
3.10 Tecnología EDGE
31
3.11 Manejo de paquetes
32
3.12 Adaptación del enlace
33
3.13 Redundancia incremental
34
3.14 Arquitectura de EDGE/EGPRS
35
3.15 Protocolos del plano de usuario.
35
3.16 Futuro de EDGE
36
3.17 Beneficios de EGPRS O EDGE
36
3.18 Introducción de GERAN
37
3.19 Tecnología complementaria hacia 3G
39
CAPITULON IV
4.
Introducción a WCDMA de 3G
41
4.1
Aspectos Técnicos de WCDMA
41
4.2
Objetivos del acceso FMA2 de WCDMA
43
4.3
Introducción a la UMTS
44
4.4
Antecedentes
44
4.5
Características de UMTS
45
4.6
La Red UMTS
47
4.7
Ventajas del UMTS
49
CONCLUSIONES
51
ACRÓNIMOS
52
BIBLIOGRAFÍA
53
EL TALENTO ES ALGO BASTANTE
COMÚN. NO ESCASEA LA
INTELIGENCIA SINO LA CONSTANCIA
DORIS LESSING
A VECES NO BASTA LA
CONSTANCIA, HABRÁ QUE
ENCAUZAR EL ESFUERZO.
RICARDO HERNÁNDEZ J.
AGRADECIMIENTOS
PARA MIS PADRES QUE ME HAN GUIADO
HACIA EL TRIUNFO, LE AGRADEZCO
A MI QUERIDO PADRE POR LAS ENSEÑANZAS
Y A MI MADRE, QUE HA SABIDO GUIARME
EN CADA UNA DE MIS ETAPAS DE MI VIDA
Y AHORA EN UNA DE LAS MÁS IMPORTANTES.
A MI FAMILIA QUE FORMA PARTE
IMPORTANTE, QUE CON SU AYUDA HE
LLEGADO A ESTE LOGRO, LE AGRADEZCO
A MIS HERMANOS, MIS TÍOS Y PRIMOS POR
ESTAR A MI LADO EN LOS MOMENTOS
IMPORTANTES DE LA VIDA Y EN ESPECIAL
AL TÍO NACHO POR CREER EN MI EN TODO
MOMENTO.
A LOS PROFESORES DE CADA UNO DE LOS SEMESTRES,
QUE ME COMPARTÍAN SUS EXPERIENCIAS,
CONCEJOS Y ENSEÑANZAS,
HAN LOGRADO FORMAR AL INGENIERO
QUE HAY EN MÍ, Y A LOS PROFESORES, AMIGOS
DEL SEMINARIO DE TELEFONÍA CELULAR
QUE CON SU APOYO LES AGRADEZCO MI TITULO
Y EN ESPECIAL AL ASESOR OSVALDO.
Y NO OLVIDO A LOS A LOS AMIGOS
QUE FORMAN PARTE IMPORTANTE,
ELLOS COMPARTIERON LOS LOGROS
Y LAS CAÍDAS EN EL AULA DE CLASES
NOMBRARÍA A TODOS, YA QUE TODOS
APORTARON SU GRANITO DE ARENA
PARA HABER LLEGADO A ESTE MOMENTO,
PERO EN ESPECIAL A LA NIÑA CAMPANITA,
POR AYUDARME CON MÍ TRABAJO FINAL.
TELEFONIA CELULAR
CAPITULO 1.- INTRODUCCIÓN A 2.5G.
Se le llamo segunda generación (2G), no a un estándar o un protocolo sino que es una forma de
marcar el cambio de protocolos de telefonía móvil analógica a digital, la llegada de esta
generación de telefonía móvil fue alrededor de 1990 se caracterizó por su desarrollo derivado de
la necesidad de poder tener un mayor manejo de llamadas en prácticamente los mismos espectros
de radiofrecuencia asignados a la telefonía móvil. En dicho sistema utiliza protocolos de
codificación más sofisticados y se emplea en los sistemas de telefonía celular actuales, permitir
más enlaces simultáneos en un mismo ancho de banda e integrando otros servicios que
anteriormente eran independientes, en la misma señal como es el caso del envío de mensajes de
texto en un servicio denominado SMS (Short Messenger Service - Servicios de Mensajes Cortos)
se muestra en la Figura 1.1; y una mayor capacidad de envío de datos desde dispositivos de fax y
modem. Pero aun no era suficiente se buscaba un mayor rendimiento en manejo de los datos. Y
con ello se logro un mejoramiento de las tecnologías predominantes:
GSM (Global System Mobile Communications)
IS-136 (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136)
CDMA (Code Division Multiple Access)
PDC (Personal Digital Communications) Éste último utilizado en Japón.
Figura 1.1 Envíos de mensaje (SMS).
1
TELEFONIA CELULAR
Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan velocidades de información más altas por
voz, pero limitados en comunicación de datos. Se pueden ofrecer servicios auxiliares, como
datos, fax y mensajes.
1.1
La Generación 2.5G
La digitalización trajo consigo la reducción del tamaño, costo y consumo de potencia en los
dispositivos móviles, esto permitió que las baterías que alimentan a los celulares tengan más
horas de duración. Pero surgió un contratiempo el acceder a la siguiente generación, muchos de
los proveedores de servicios de telecomunicaciones se movieron a una red intermedio antes de
entrar masivamente a la siguiente generación, de esta forma surge la generación 2.5 teniendo el
conocimiento de esta tecnología, que cuenta con bases para ser más rápida, y más económica para
actualizar a 3G.
Esta generación ofrece características extendidas, ya que cuenta con más capacidades adicionales
que los sistemas 2G como son; GPRS (General Packet Radio System), EDGE (Enhanced Data
Rates for Global Evolution) y IS-136B (sistema basado cdma). Estas nuevas tecnologías de
conmutación de paquetes pueden ser superpuestas sobre las redes existentes de TDMA/GSM
permitiendo al sistema mantener su compatibilidad hacia atrás pero siempre encaminando hacia
los nuevos requerimientos de la siguiente tecnología. En este momento se realiza una
comparación de cada una de las tecnologías existentes del 2G, 2.5 y 3G.
1.2
Comparación entre conmutación de circuitos y conmutación de paquetes.
Este tipo de redes establece circuitos continuos de transmisión que permiten a la red enrutar datos
a una localidad específica, una de las redes y tecnologías celulares están basadas en conmutación
de circuitos se muestra ampliamente en Tabla 1.1, de igual manera se observa que requiere de un
canal dedicado, incluso cuando no se estén enviando datos. Las redes de conmutación de
circuitos permiten a los operadores celulares la transmisión de voz y datos a velocidades de hasta
14Kbps. Las redes de conmutación de paquetes trabajan de manera diferente a la conmutación de
circuitos, esta tecnología nos ofrece la capacidad de enviar y recibir ráfagas de datos.
2
TELEFONIA CELULAR
Tabla 1.1 Comparación entre las tecnologías inalámbricas
1.3
Tecnología
Generación
Tipo de transmisión
Velocidad
máxima
TDMA IS-136
GSM
PDC
CDMA IS-95ª
CDMA IS-95B
GPRS
EDGE
CDMA2000 1X
CDMA 2000
WCDMA
2G
2G
2G
2G
2G
2.5G
2.5G
2.5G
3G
3G
Conmutación de circuitos
Conmutación de circuitos
Conmutación de circuitos
Conmutación de circuitos
Conmutación de paquetes
Conmutación de paquetes
Conmutación de paquetes
Conmutación de paquetes
Conmutación de paquetes
Conmutación de paquetes
9.6 Kbps
9.6 Kbps
9.6 Kbps
14.4 Kbps
64 Kbps
115 Kbps
384 Kbps
144 Kbps
2.0 Mbps
2.0 Mbps
Aplicaciones Y Servicios.
La mayoría de los protocolos de este sistema ofrecen diferentes niveles de encripción, como se ve
en la Figura 1.2. Una nueva banda de frecuencias 1.9GHz (1,850 -1,990 MHz), fue abierta para
permitir estos servicios y nuevos competidores, conocida como Servicio Personal de
Comunicación, Communication Services Personnel (PCS), abrió nuevas expectativas para los
usuarios a través de las campañas publicitarias, un ejemplo simple se encuentra en Telcel utiliza
este sistema en nuestro país. En PCS están encasilladas tres tecnologías básicamente:
GSM
TDMA IS-136
CDMA IS-95.
Figura 1.2 Esta tecnología predominante de la segunda generación.
3
TELEFONIA CELULAR
1.3.1
GSM.
Es un sistema estándar para comunicación utilizando teléfonos móviles que incorporan tecnología
digital. Por ello cualquier cliente de este sistema puede conectarse a través de su teléfono con su
computador (una PC o una PC portátil) y puede hacer, enviar y recibir e-mails, faxes, navegar por
Internet, acceso seguro a la red informática de una compañía (LAN/Intranet), así como utilizar
otras funciones digitales de transmisión de datos, incluyendo el Servicio de Mensajes Cortos
(SMS) como se ve en la Figura 1.3, pero claro, a velocidades no satisfactoria para los usuarios.
Figura 1.3 Tecnología basada en GSM (actualidad).
La introducción de esta tecnología de redes celulares abrió el camino a nuevos servicios los
sistemas 3G, esto incluye transmisión por paquetes y la compatibilidad perfecta con una gama de
sistemas digitales desde las consolas de juegos hasta la TV digital con capacidad Web. Es la
tecnología más utilizada a nivel mundial basada en TDMA. Las características principales de
GSM (Sistema Global Móvil para las Comunicaciones-Global System for Mobile
Communications), es la utilización del SIM (El Módulo de Identidad de Subscriptor-Subscriber
Identity Module), calidad de voz digital y el envío de mensajes de texto.Un ejemplo palpable esta
en la siguiente Figura 1.4.
4
TELEFONIA CELULAR
Figura 1.4 Teléfono celular utilizando el SIM.
El estatus actual de la telefonía móvil se muestra a continuación en la Tabla 1.2, como se
especifican los diferentes servicios ofrecidos en cada una de está tecnología:
Tabla 1.2 Características de GSM.
Las tres principales vertientes en la telefonía móvil.
Tecnología
Servicio
Capacidad de datos
GSM
Datos conmutados
por circuitos basados
en el estándar GSM
9.6 Kbps a 14.4 Kbps
Disponible a nivel
mundial
HSCSD
28.8 a 56 Kbps
GPRS
IP y comunicaciones X.25
en el orden de Kbps
Comunicaciones IP a 384
Kbps. compatibilidad con
las redes IS-136
Disponible
actualmente,
operación limitada.
Disponible en el
2001
Periodo de pruebas
en el 2001,
lanzamiento del
servicio en el 2002
Lanzamiento inicial
en el 2002 o 2003
EDGE
W-CDMA
1.3.2
Similar a EDGE pero son
posibles velocidades a 2
Mbps en interiores.
Inicio de
operación
GPRS (General Packet Radio Service)
La transmisión por paquetes de datos es utiliza para el envío de Mensajes Cortos de Datos (SMS),
Multimedia (MMS), Acceso a Internet (WAP) y otras aplicaciones. Se cobra por la cantidad de
datos transferidos y no por tiempo de conexión. La conmutación de paquetes realiza la
transmisión sobre la red GSM que usamos actualmente a este sistema se le conoce también como
GSM-IP ya que usa la tecnología IP (Internet Protocolo) para acceder directamente a los
proveedores de contenidos de Internet se muestre en la figura 1.5.
5
TELEFONIA CELULAR
Figura 1.5 Representa un sistema de GPRS y también la forma el la cual se aprecia en el teléfono celular.
Esta tecnología añade a las redes GSM la posibilidad de transmitir paquetes de datos.
Utilizada la misma infraestructura para enviar la voz y añade una infraestructura de red que
permite utilizar un conjunto de protocolos para la transmisión de paquetes de datos.
Permite transmitir datos a velocidades de hasta 171Kbps.
Esta tecnología se ha implementado fundamentalmente en Europa, aunque se esta
expandiendo a aquellas regiones con sistemas Global de segunda generación.
1.3.3
TDMA IS-136 (D-AMPS)
Figura 1.6 Teléfono basado en TDMA-IS 136.
La tecnología que se usa en el sistema provee un canal para servicios avanzados y mejora la
eficiencia a través del uso de voz digitalizada, compresión de voz (codificación), codificación de
canal, modulación eficiente, incremento del control de potencia RF (radio frecuencia) y una
aproximación flexible al uso del espectro. Claves para el desarrollo de los requerimientos del
sistema se muestran en la Figura 1.6 y Tabla 1.3.
6
TELEFONIA CELULAR
Tabla 1.3 Características de IS-136.
Las t r e s p r in c ip a le s ve r t i e n te s e n l a t e l e fon ía
móv i l
Tecnología
IS-136
Servicio
Datos
conmutados
por circuitos
basados en el
estándar IS135
EDGE
WCDMA(
Wideband
TDMA,
WTDMA)
Capacidad
de datos
9.6 Kbps
Comunicaci
ones IP a
384 Kbps.
Posible
compatibilid
ad con las
redes GSM
Similar a
EDGE pero
incorpora
velocidades
a 2 Mbps en
interiores
Inicio de operación
esperada*
Algunos carriers
ofrecen el servicio, pero
no se ha extendido
como se esperaba
debido a que los
principales carrieres ya
ofreciean CDPD
(Cellular Digital Packet
Data)
Lanzamiento inicial en
el 2002 o 2003
No hay planes de
lanzamiento todavía
definidos
IS-136 introduce los canales digitales de control (DCCH), el cual provee nuevas funcionalidades
para el sistema y soporta características avanzadas como:
Un proceso de ahorro de batería llamado modo „sleep (sueño)‟ o modo espera.
Soporte para múltiples vocoders para tomar ventaja de los mejoramientos en la tecnología
de voz.
Habilidad para funcionar tanto en sistemas celulares (800MHz) y sistemas PCS (1900
MHz) sin ningún problema.
Una característica de teleservicio para aplicaciones de transferencia de datos desde un
teléfono celular, incluyendo el teleservicio de telefonía celular o en sus siglas en ingles CMT
Cellular Messaging Teleservice que entrega mensajes alfanuméricos cortos al teléfono.
Un ambiente jerárquico (macrocélula-microcélula) que provee soporte para operaciones.
Identidades de sistemas privados y residenciales que proveen herramientas para
operaciones.
7
TELEFONIA CELULAR
1.3.4
CDMA IS-195 (Cdma One).
Es una tecnología genérica que puede describirse, a groso modo, como un sistema de
comunicaciones por radio celular digital que permite que un elevado número de comunicaciones
de voz o datos simultáneas compartan el mismo medio de comunicación, es decir, utilizan
simultáneamente un común de canales de radio, de forma que cada usuario puede tener acceso a
cualquier canal.
El protocolo IS-95A soporta servicios de datos en conmutación de circuitos a velocidades
de 9.6 Kbps a 14.4Kbps.
El protocolo IS-95B (basado en conmutación de paquetes).
El cual es una paso transicional hacia la siguiente generación, ofrece velocidades de datos de
hasta 64Kbps manteniendo compatibilidad hacia atrás con los sistemas existentes de IS-95A. A
parte de la eficiencia en espectro, ofreciendo capacidades de seguridad y privacidad al incorporan
un sistema criptográfico de autenticación. A diferencia de ancho de banda de canal de los
sistemas GSM y TDMA, CDMA utiliza un espectro de 1.25MHz donde todos los usuarios
pueden tener acceso a éste y con la variedad que muestran sus vértices que se representan en la
tabla 1.4.
Tabla 1.4 Características de CDMA.
Las tres principales vertientes en la telefonía móvil.
Tecnología
CDMA
Servicio
Datos
conmutados por
circuitos basados
en el estándar IS707
IS-95B
Capacidad de
datos
9.6 Kbps a 14.4
Kbps
Inicio de operación
esperada*
Disponible
actualmente
por
algunos carriers
Comunicaciones
IP a 64 Kbps
Lanzado
en
el
mercado japonés a
principios del 2000
Periodo de pruebas
en
el
2001,
lanzamiento
del
servicio en el 2002
Lanzamiento inicial
en el 2002 o 2003
CDMA2000
1XRTT
Comunicaciones
IP a 144 Kbps
CDMA2000
3XRTT
Comunicaciones
IP a 384 Kbps en
exteriores y 2
Mbps
en
interiores
8
TELEFONIA CELULAR
En la actualidad los usuarios suman más de 100 millones en el mundo; En el caso de México,
TELCEL opera su red celular bajo TDMA, el resto de los operadores celulares (E.G, Movistar,
Unefon-Iusacell) tiene su red bajo la tecnología CDMA, ofreciendo un sin numero de servicios
con dicha tecnología como se ve en la Figura 1.7.
Figura 1.7 servicios CDMA implementado en teléfonos celulares.
Tecnología desarrollada por la empresa Qualcomm.
El gran merito de esta tecnología es que supone una forma de establecer comunicaciones
inalámbricas multiusuario con un aprovechamiento de la capacidad estimada seis veces mejor
que la anterior.
CDMA estuvo lista en 1988.
Posteriormente, con ayuda de AT&T, Motorota y otros fabricantes, se desarrolló una
nueva versión dual (analógica y digital) a la que se llamo IS-95, que ha sido la que se ha instalado
en distintos países.
Ofrece el servicio SMS de mensajes cortos.
La elección de la mejor tecnología para proveer mejores servicios a bajo costo es primordial para
los operadores de servicios inalámbricos. Las inversiones que se están realizando por parte de los
operadores, tanto en infraestructura como la adquisiciones de nuevas frecuencias, son muy altas y
la mayoría de ellos no han recuperado la inversión de la segunda generación y ya viene otra en
camino. Hay que tomar muy en cuenta las necesidades de los usuarios quienes son a última hora
los que deciden el éxito y el fracaso de cualquier tecnología.
9
TELEFONIA CELULAR
CAPITULO 2.- INTRODUCCIÓN TDMA IS-136.
Estándar basado en telefonía celular TDMA y tecnología de interfaces aéreas PCS.El sistema
permite a las compañías de telecomunicaciones ofrecer características y servicios avanzados a
los usuarios. El canal digital de control (DCCH) forma el núcleo de las especificaciones de
IS-136. Es el incremento primario de la tecnología IS-54B y representa la siguiente generación
de operaciones digitales. Las especificaciones del dicho sistema fueron publicadas 1994. La
porción analógica de fue incorporada en las nuevas especificaciones digitales para proveer una
migración progresiva y continuar con la filosofía (analógica y digital). La tecnología es
poderosa en PCS con ayuda de canal digital, ya que
provee
una
plataforma para
características y servicios avanzados y esta diseñado para trabajar sin problema alguno ya
sea en la frecuencia de 800 MHz o 1900 MHz. Estos canales de control tienen el mismo
propósito que un canal de control en AMPS (control de llamada y voceo). Esto tiene el
beneficio de reducir costos y consumo de energía (tamaño de la batería) de Operación de una
radio base celular cuando coexisten GSM & TDMA. Una tecnología poderosa en PCS, ya que
provee una plataforma para características y servicios avanzados y esta diseñado para trabajar sin
problema alguno. A esta transición suave se le conoce como generación 2.5G. Estos sistemas
pueden aprovechar mucha de la infraestructura existente de la 2G para ofrecer nuevos servicios
de datos. Los nuevos estándares basados en IS-136 como permiten transmisiones a mayores
velocidades de información tal es el caso de EDGE y GPRS.
2.1
Tecnología TDMA IS-136.
El estándar antes mencionado usa el mismo esquema Duplexor División de Frecuencia,
Frequency Division Duplex (FDD) de 45 MHz de la misma, tomando estándar es revolucionando
de forma digital, conocido también como Digital AMPS (DAMPS); La porción analógica del
Servicio Avanzado de Telefonía Móvil fue incorporada en las nuevas especificaciones digitales
para proveer una migración suave y continuar con la filosofía de modo dual (Análogo y Digital),
para un mejor servicio del móvil (Teléfono Celular); Figura 2.1. Este estándar es la base de la
telefonía celular y tecnología.
10
TELEFONIA CELULAR
Figura 2.1 Sistema Móvil con diversos servicios.
El sistema permite a las compañías de telecomunicaciones ofrecer características y servicios
avanzado a los usuarios, mejora la eficiencia a través del uso de voz digitalizada, compresión de
voz, codificación de canal, modulación eficiente, incremento del control de potencia RF (radio
frecuencia) y una aproximación flexible al uso del espectro. Claves para el desarrollo de los
requerimientos del sistema se muestran en la Tabla 2.1:
Tabla 2.1 Requerimientos de IS-136.
REQUERIMIENTOS
Permite que un nuevo canal de control
(DCCH o digital control channel)
coexista con los canales actuales de
TDMA
Mantiene el mismo tipo de modulación
que en IS-54.
Mantiene el mismo proceso de llamada
de IS-54.
Hace cambios mínimos al DTC o
digital traffic channel.
Mantiene el mismo conjunto de
tipos de codificación de canal
(Protección de error) para el DCCH
y el DTC.
Capacidad para mezclar un DTC
con un DCCH en cualquier
frecuencia.
BENEFICIOS
Pueden existir múltiples números de
canales de control por estación base(BS).
No se requieren cambios significantes en el
hardware.
Simplifica el diseño del equipo para
sistemas
IS-136.
Los teléfonos IS-54 no se confundirán con
las características avanzadas cuando
operen en el sistema IS-136
Simplifica el proceso de señalización,
reduce la complejidad y el consumo de
energía.
Permite un uso flexible del uso del
espectro.
La tecnología TDMA comprime las conversaciones (digitales), y las envía cada una utilizando la
señal de radio por un tercio de tiempo solamente. La compresión de la señal de voz es posible
debido a que la información digital puede ser reducida de tamaño por ser información binaria
11
TELEFONIA CELULAR
(unos y ceros). Debido a esta compresión, tiene tres veces la capacidad de un sistema analógico
que utilice el mismo número de canales de 200KHz es entonces dividido en 8 ranuras de tiempo
utilizando. Bajo este esquema los sistemas GSM soportan velocidades de hasta 9.6Kbps.
Figura 2.2 Ubicación de frecuencia de IS-136.
Esta modulación fue elegida para mantener una eficiencia de espectro y optimizar la sección de
amplificación radio frecuencia (RF). Operación de una radio base celular cuando coexisten GSM
& TDMA. Usa los radio canales para celular ya existentes en la banda 850 MHz y los canales de
radio en 1,900 MHz. En las dos bandas, los canales tienen un ancho de banda de 30KHz, como se
ve en la Figura 2.2.
2.2
Estructura del canal de tráfico digital.
El canal digital es de frecuencia dúplex esto significa que las operaciones de transmisión y
recepción son en diferentes frecuencias de transmisión y recepción se dividen en ranuras de
tiempo eso también permite la operación Duplexada División de Tiempo, Duplex-Time Division
Duplex (TDD). Los canales de retroceso y envió son separados por 45 MHz en la banda de 800
MHz y por 80.04 MHz en la banda de 1900 MHz. observemos Figura 2.2.
12
TELEFONIA CELULAR
La banda de transmisión para la estación de base (BS) de 800 MHz es 869-894 MHz y
1930-1990 MHz tomando en cuenta que es de 1900 MHz.
La frecuencia de transmisión del móvil es 824-849 MHz para la banda de 800 MHz y
1850-1910 MHz para la banda de 1900 MHz.
Para prevenir la interferencia entre los mensajes de transmisión y recepción, IS-136 separa las
frecuencias y el tiempo de las mismas. El offset o tiempo de separación simplifica el diseño de
transmisores y receptores. La señalización del canal de tráfico es igual en IS-54 e IS-136 como
se muestra en la figura 2.3.
Figura 2.3 Tiempo de separación.
Hay dos tipos de uso del canal disponibles en IS-136.
Full-rate, que permite a tres usuarios compartir el radio canal simultáneamente;
Half-rate que permite a seis usuarios compartir el radio canal, igual que en el estándar
IS-54.
Interleaving (entrelazado): la distribución continúa de bits de datos entre las ranuras adyacentes,
se usa para superar los efectos de las ráfagas de error debido al desvanecimiento Rayleigh.
También en forma diagonal parque la información, se distribuya entre las ranuras adyacentes.
Esta distribución ayuda al proceso de protección contra errores ya que los consecutivos
(ráfagas) se expanden, activando el código de protección contra error para que trabaje mejor.
13
TELEFONIA CELULAR
Ranura de datos forward (ranura de datos de canal directo): esta ranura transfiere tráfico de
voz y datos de la
e s t a c i ó n b a s e al teléfono móvil, Contiene 324 bits de datos de los
cuales 260 están disponibles para el usuario; El campo inicial de la ranura contiene el campo
de sincronización que identifica el número de ranura y provee información de cronometraje
mejor conocido como “timing” para el decodificador es un patrón estándar que puede
también ayudar a la preparación del ecualizador, ajusta al receptor para compensar el cambio
de radio canal (distorsión), como se observa en la siguiente figura 2.4.
Figura 2.4 Muestra la forma física de TX. y RX. (Canal de tráfico).
Ranura de datos reverse (Ranura de datos regreso): esta ranura transfiere voz y datos del móvil a
la BS. Difiere de la ranura da datos directos en el que incluye tiempo de rampa y
guarda.
Durante el periodo de tiempo de guarda, el transmisor del teléfono está apagado. El tiempo
de guarda protege al sistema de las ráfagas recibidas fuera del intervalo de la ranura de tiempo
debido al tiempo de propagación entre el móvil y el sitio de célula.
Figura 2.5 Formato de ráfaga de TDMA
14
TELEFONIA CELULAR
2.3
Operación básica del DCCH o canal de control digital.
Es introducido al sistema inalámbrico definiendo un par de ranuras, en una frecuencia que
contiene existentes Canales de Control Digital-Digital Traffic Channels (DTCs). Los teléfonos
con este medio buscaran estos canales, ganando sincronización, y así pueden decodificar la
información provista sobre un canal de control transmisión. Servirá como un canal de control
del teléfono hasta que este mis mo encuentre otra célula que sea más apropiada. Los
móviles con estas capacidades recibirán voceos, mandarán orígenes y se comunicará con
el sistema. Si no hay ningún canal disponible, el móvil podrá obtener servicio en un Canal de
Control Analógico - Analog Control Cannel (ACC). Los móviles que usan el sistema IS-136
TDMA deben realizar tareas auxiliares para encontrar un control de canal conveniente,
informar al sistema de su presencia (registro), hacer llamadas, mandar y recibir mensajes de
teleservicios. Los móviles deben ser también autorizados y validados (en el proceso de
autenticación) antes de accesar a un sistema esto se observa el la Figura 2.7.
Figura 2.7 Operación del DCCH.
2.3.1
Formato de ráfaga del DCCH.
Generalmente solo un par de ranuras es requerido, en cada sector de la célula para servir como
enlace de control para la información de la llamada. Todas las señalizaciones de control son
realizadas en el mismo ancho de banda como un canal de trafico digital (DTC). Este campo
15
TELEFONIA CELULAR
indica al teléfono cual trama en la supertrama esta siendo transmitido. El campo RSVD
(Reserved Bits- Bits Regreso) es reemplazado por los bits restantes del campo SCF “Shared
Cannel Feed Back”. Copia la estructura básica de una ráfaga de TDMA usada para canales
de tráfico, este sistema es visto como un canal de tráfico normal por un teléfono sin
capacidad para DCCH. Observarse figura 2.8.
Figura 2.8 Formato de ráfaga abreviada del DCCH.
2.3.2
Formatos de Supertrama e Hipertrama.
Son utilizados para multiplexar grupos lógicos de información juntos y para proveer una
secuencia repetible conocida en una interfaz aérea. Esto activa un teléfono para recuperar
información rápidamente y desarrolla un modo sueño en el cual el teléfono sólo necesita
despertar en instantes predefinidos para recibir mensajes. Superframe: está hecho de 16
frames (tramas) continuos de TDMA de 40 ms como lo muestra la figura 2.9, equivalentes a
32 bloques de TDMA full-rate (Porción Llena) consecutivos. Sólo las ranuras 1 y 4 son
usadas para cargar información DCCH; esto crea una secuencia de 32 ráfagas expandidas a
través 96 ráfagas de TDMA.
Figura 2.9 Estructura de superframe.
16
TELEFONIA CELULAR
Cada ráfaga de DCCH en el superframe es designada para transmisión, texto, mensajería,
o acceso a
información de
respuesta. La estructura
del superframe es
repetida
continuamente en el canal.
Hipertrama: Esta hecho de un superframe primario y uno secundario, su longitud consiste de
192 ráfagas de TDMA; 64 de ellas (o cada tercera) son usadas en p o r c i ó n l l e n a para
información para mantener el mismo uso de ráfaga como en un canal de tráfico de TDMA.
Tabla 2.2 Ranuras del superframe.
slots
F-BCCH (F)
E-BCCH (E)
Reserved (R)
SPACH
Full-Rate DCCH
MIN
MAX
3
10
1
8
0
7
1
32- (F-E-R)
Half-Rate DCCH
MIN
MAX
3
10
1
8
0
7
1
16- (F-E-R)
Repitiendo la información en cada hipertrama la estructura de esté móvil leyendo la
información del canal de transmisión adyacente, sin sincronía y escanear a otro a diferente
frecuencia, sin perder algún voceo en su propio DCCH.
2.3.3
Canales lógicos.
Los canales lógicos fueron credos en IS-136 para organizar la información a través de las
interfaces aéreas como se ve en la siguiente figura 2.10.
BCCH: Provee información continuamente sobre la configuración del sistema y las reglas que un
teléfono celular debe seguir en el acceso del sistema, los canales lógicos son multiplexados en el
canal físico DCCH de bajada como parte del superframe.
17
TELEFONIA CELULAR
Figura 2.10 Canales lógicos.
F-BCCH: Es siempre la primera ranura de tiempo de un superframe, la información del es
enviada en su totalidad una vez cada superframe (640ms). También es usado para información
obligatoria, de tiempo crítico del sistema requiriendo una repetición de ciclo fija.
E-BCCH: El conjunto completo de información puede expandirse en varios superframes. El
canal de dicho conjunto es usado por información adicional del sistema que es de menos tiempo
crítico (en términos de un móvil necesitando establecerse) y no requiere una velocidad
garantizada.
SPCH: Provee al móvil con parámetros de información de acceso al sistema y voceo, es usado
como ya se dijo para transferir voceos de establecimiento de llamadas al móvil. Está dividido en:
Un canal de voceo (PCH),
Un canal de respuesta de acceso (ARCH),
Un servicio de mensajes cortos (SMS),
Un canal de mensajería punto a punto (SMSCH).
PCH: Es usado para transferir voceos de establecimiento de llamadas al móvil.
18
TELEFONIA CELULAR
ARCH: Es usado para mandar respuestas (como comandos de asignación de canal) e información
administrativa del sistema al móvil.
SMSCH: Es usado para transferir datos de teleservicios punto a punto desde el móvil. Estos
datos pueden pertenecer a un mensaje de texto, datos, información de roaming inteligente, o
un paquete de teleservicios generales (GUTS).
RACH: Es un canal de recursos compartidos usado por todos los móviles con capacidad
DCCH cuando intentan accesar al sistema, es el único canal lógico de subida. Los mensajes de
este canal pueden ser respuesta de un teléfono a un requerimiento de autentificación.
Soporta ambos accesos de los móviles basados en contención y basados en reservación. El
acceso basado en contención significa que más de un móvil puede intentar un acceso en el
mismo canal al mismo tiempo y el acceso puede colisionarse. Si esto ocurre, los móviles que
lograron acceso entrarán en un estado de retry (reintento).
Figura 2.11 Acceso del sistema IS-136 en el canal RACH.
El acceso basado en reservación puede ser usado durante la transmisión secuencial de un
móvil particular donde el sistema anuncia a todos los móviles en que punto del tiempo se
les permitirá acceso a cada uno de la figura 2.11, anterior.
19
TELEFONIA CELULAR

BRI (ocupado, reservado, desocupado).

PE (eco parcial, una de sus tareas es indicar al móvil que le fue negado el acceso al
sistema) e indicador R/N (reservado/no reservado, que indica si el mensaje fue recibido
correctamente o hace la solicitud automática de retransmisión).
Para
hacer
y
recibir
llamadas,
los
teléfonos
inalámbricos
deben intercambiar
información con el sistema antes del servicio; Algunos de los procesos o tareas que debe
realizar el móvil son: Origen de llamada, Voceo handoff, Liberación de llamada, Autentificación,
Privacidad, encriptamiento de mensajes, privacidad de voz, etc.
20
TELEFONIA CELULAR
CAPITULO 3.- INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA GPRS.
El Servicio General de Radiocomunicaciones por Paquetes, General Packet Radio Service
(GPRS), es una tecnología digital de telefonía móvil. Es considerada como parte de la generación
2.5, entre la segunda generación y la tercera, como se muestra en la figura 3.1. Proporciona altas
velocidades de transferencia de datos (especialmente útil para conectar a Internet) y se utiliza en
las redes anteriores. La tecnología es sólo una modificación de la forma de transmitir datos en
una red GSM, pasando de la conmutación de circuitos (donde el circuito está permanentemente
reservado mientras dure la comunicación aunque no se envíe información en un momento dado) a
la conmutación de paquetes.
Figura 3.1 El puente GPRS
Desde el punto de vista del Operador de Telefonía Móvil es una forma sencilla de migrar la red
desde GSM a una red UMTS puesto que las antenas (la parte más cara de una red de
Telecomunicaciones móviles) sufren sólo ligeros cambios y los elementos nuevos de red
necesarios para migrar dicha tecnología serán compartidos en el futuro. Es básicamente una
comunicación basada en paquetes de datos. Los time slots (intervalos de tiempo) se asignan en la
generación pasada generalmente mediante una conexión conmutada, pero esta tecnología los
intervalos de tiempo se asignan a la conexión de paquetes, mediante un sistema basado en la
demanda. Esto significa que si no se envía ningún dato por el usuario, las frecuencias quedan
libres para ser utilizadas por otros usuarios. Que la conmutación sea por paquetes permite
fundamentalmente la compartición de los recursos radio.
21
TELEFONIA CELULAR
Un usuario de esta tecnología sólo usará la red cuando envíe o reciba un paquete de información,
todo el tiempo que esté inactivo podrá ser utilizado por otros usuarios para enviar y recibir
información, esto permite a los operadores dotar de más de un canal de comunicación sin miedo a
saturar la red, de forma que mientras la anterior sólo se ocupa un canal de recepción de datos de
la red y otro canal de transmisión de datos desde la red a la terminal de GPRS es posible tener
terminales que gestionen cuatro canales simultáneos de recepción y dos de transmisión, pasando
de velocidades de 9.6 kbps a velocidades de 40 kbps en recepción y 20 kbps de transmisión.
Otra ventaja de la conmutación de paquetes es que, al ocuparse los recursos sólo cuando se
transmite o recibe información, la tarificación por parte del operador de telefonía móvil sólo se
produce por la información transitada, no por el tiempo de conexión. Esto hace posible
aplicaciones en la que un dispositivo móvil se conecta a la red y permanece conectado durante un
periodo prolongado de tiempo sin que ello afecte en gran medida a la cantidad facturada por el
operador. Los teléfonos de esta generación pueden llevar un puerto Bluetooth, IrDA, o conexión
por cable para transferir datos al ordenador, cámaras digitales, móviles u otros dispositivos.
Con el servicio general de radio por paquetes, se puede disfrutar de una conexión continua
inalámbrica con redes de datos y acceder a sus servicios favoritos de informaciones y
entretenimiento. La tecnología permite que los Teléfonos celulares se utilicen para enviar y
recibir datos por la red IP (Internet Protocol – Protocolo de Internet). Las aplicaciones que
utilizan son WAP, MMS, SMS, Java y computadoras personales con conexión por teléfono
conmutado (por ejemplo, Internet y correo electrónico).
3.1
Antecedentes de la Tecnología GPRS.
El sistema de comunicación de móviles digital de segunda generación basado en células de radio.
Apareció para dar respuestas a los problemas de los sistemas analógicos. Fue diseñado para la
transmisión de voz por lo que se basa en la conmutación de circuitos, en sus equipos, como se
muestra en un móvil anterior, figura 3.2, aspecto del que se diferencia del sistema evolutivo
GPRS. Donde las redes GSM tienen ciertas limitaciones para la transmisión de datos:
22
TELEFONIA CELULAR
Velocidad de transferencia de 9.6 Kbps.
Tiempo de establecimiento de conexión, de 15 a 30 segundos.
Además las aplicaciones deben ser reinicializadas en cada sesión.
Pago por tiempo de conexión.
Problemas para mantener la conectividad en itinerancia (Roaming).
Figura 3.2 Celular de la anterior generación.
La baja velocidad de transferencia limita la cantidad de servicios que Internet nos ofrece. Al
sistema GPRS se le conoce también como GSM-IP ya que usa la tecnología IP para acceder
directamente a los proveedores de contenidos de Internet.
3.2 Tecnología GPRS
La tecnología permite proporcionar servicios de transmisión de datos de una forma más eficiente
a como se venía haciendo, la cual es una evolución no traumática de la actual red, no conlleva
grandes inversiones y reutiliza parte de las infraestructuras actuales. Por este motivo, tendrá,
desde sus inicios, la misma cobertura que la actual red. Subsanando las deficiencias de GSM y
representa un paso más hacia los sistemas inalámbricos de Tercera Generación o UMTS. Su
principal ventaja radica en la posibilidad de disponer de un terminal permanentemente conectado,
tarificando únicamente por el volumen de datos transferidos (enviados y recibidos) y no por el
tiempo de conexión como hemos podido observar en un punto anterior.
23
TELEFONIA CELULAR
a)
Factores clave de la tecnología GPRS.
La tecnología ha supuesto un cambio muy importante que sí hace fácil y posible la adopción de
este tipo de aplicaciones por parte de las compañías, las cuales se mencionaran a continuación:

Conexión permanente: El usuario se encuentra permanentemente conectado a la red
GPRS, aunque sólo paga por el servicio en cuanto transmite o solicita la recepción de
información (datos).

Más velocidad: Obtiene mayor velocidad y mejor eficiencia de la red. La velocidad
máxima de GPRS se estima en 171.3 Kbps, utilizando los 8 canales de tiempo de GSM. No
sólo la velocidad de transmisión de datos se ve aumentada hasta un mínimo 40 Kbps y un
máximo de 115 Kbps por comunicación, sino que además la tecnología utilizada permite
compartir cada canal por varios usuarios, mejorando así la eficiencia en la utilización de los
recursos de red.

Acceso a nuevas aplicaciones: Permitirá disponer de aplicaciones corporativas similares a
las que se usan hoy en día en Internet (intranets), mensajería instantánea con la capacidad de
imagen, videoconferencia de gama baja, entornos colaborativos y otros.

Multitarea: Una ventaja de la tecnología es la separación total del canal de datos y del
canal de voz, lo que permite simultanear el uso de ambos sin que uno interfiera en el otro.
3.3
Arquitectura de una red GPRS
Figura 3.3 Red GPRS
24
TELEFONIA CELULAR
Es una solución de estándar abierto que proporciona compatibilidad multioperador. Sobre las
redes actuales GSM en operación se implanta muy fácilmente, con baja inversión económica,
añadiendo nuevos nodos de datos por paquetes (SGSN; Nodo de soporte GPRS servidor y
GGSN; Nodo de soporte GPRS pasarela) y actualizando los existentes para proporcionar una ruta
de encaminamiento para los paquetes de datos entre el terminal móvil y un nodo de pasarela
como se presentan en la figuras 3.4 y 3.5. El segundo nodo mencionado hace de pasarela, hace
posible la interrelación con redes externas de datos por paquetes para acceder a Internet y a las
intranets de las empresas. Es necesario incorporar dos nodos lógicos para gestionar las nuevas
aplicaciones en las redes disponibles.
Figura 3.4 Red GPRS
El primer nodo mencionado ofrece encaminamiento de paquetes, incluyendo gestión de la
movilidad, autentificación y cifrado entre todos los abonados GPRS que se encuentren en el área
de servicio SGSN. Cualquier nodo de la red puede prestar servicio a un abonado, dependiendo de
donde éste se halle. El tráfico se dirige desde el nodo al Controlador de la Estación Base (BSC) y
al terminal móvil mediante la Estación Transceptora Base (BTS).
El segundo proporciona la pasarela para las redes de los Proveedores de Servicios de Internet
externas, gestionando la seguridad y las funciones de contabilidad así como la asignación
dinámica de direcciones IP. Desde el punto de vista de las redes externas IP, el GGSN es un
servidor que posee las direcciones IP de todos los abonados a los que presta servicio la red
GPRS. Los nodos se conectan por una red troncal IP.
25
TELEFONIA CELULAR
Figura 3.5 Arquitectura de res Red GPRS
3.4
TIPOS DE LA CLASE DE GPRS
La clase de un teléfono de GPRS determina la velocidad a la cual los datos pueden ser
transferidos, figuras 3.6 y Tabla 3.1. La clase refiere técnico al número de los time slots
disponibles para el upload (que envía datos del teléfono) o la transferencia directa (que recibe
datos de la red).
Los time slots usados para los datos están además de la ranura que es reservada para las llamadas
de voz. Estos time slots están disponibles simultáneamente, cuanto mayor es el número de
ranuras, más rápida es la velocidad de transferencia de datos. Porque, se transmite datos en
paquetes y los time slots se comparten entre todos los usuarios de la red.
Figura 3.6 Terminales GPRS más frecuentes.
26
TELEFONIA CELULAR
Eso aumenta la capacidad de datos total de la red, y la también los medios que te mandan la
cuenta para la cantidad de datos transmitidos, no el tiempo que estás en línea. Puede significar
que durante épocas ocupadas, las tarifas de transferencia de datos retrasaron, porque la red dará
prioridad a las llamadas de voz.
Tabla 3.1 Las clases más comunes de GPRS y velocidad.
3.5
Clase de
GPRS
Ranura
Velocidad de transferencia de datos máxima
Clase 2
3
Clase 4
4
Clase 6
4
Clase 8
5
Clase
10
Clase
12
5
Transferencia directa de 8 - 12 kbps kbps del
upload/16 – 24
Transferencia directa upload/24 de 8 – 12 kbps - 36
kbps
Transferencia directa de los kbps del upload/24 - 36
de 24 - 36 kbps
Transferencia directa upload/32 de 8 - 12 kbps - 40
kbps
Transferencia directa 16 - 24 upload/32 de los kbps
- 48 kbps
Transferencia directa upload/32 de 32 - 48 kbps - 48
kbps
5
Características de GPRS.
Transmisión por Paquetes.
La transmisión de datos se realiza por paquetes, con la misma capacidad de red se pueden obtener
mejores rendimientos en lo que a transmisión de datos se refiere.
Transmisión en Paralelo.
Esta división por paquetes permite que el teléfono móvil pueda recibir en paralelo varios bloques
de datos, lo que en definitiva significa una mayor velocidad de transmisión.
Conexión Permanente.
Con GPRS la conexión es establecida en el momento de encender el teléfono móvil y permanece
activa hasta que se apaga el equipo (característica que se conoce como always on). Además de
esto, la conexión de datos no se realiza a un número de teléfono sino que es establecida con una
dirección de Internet, previamente configurada en el teléfono móvil.
27
TELEFONIA CELULAR
3.6
Ventajas que ofrece GPRS
Concurrencia.
GPRS permite un uso concurrente entre la voz y datos, puesto que en momentos en que el
teléfono móvil no está transmitiendo voz, puede realizar la transmisión de datos. Es decir, en el
momento que se recibe o se realiza una llamada, la comunicación de datos se interrumpe, luego
se vuelve a reanudar en forma automática cuando la llamada de voz se ha terminado.
Conexión Permanente.
Con GPRS los teléfonos móviles desde que se encienden están preparados para realizar
transmisión de datos. No se requiere la conexión y desconexión de una llamada, lo que hace esta
tecnología más cómoda y efectiva.
Velocidad de Transmisión.
Esta tecnología trae consigo un sensible aumento de la velocidad de transmisión de datos,
permitiendo conseguir en condiciones óptimas rendimientos de hasta cinco veces la velocidad
máxima de GSM. Esto permite el desarrollo de múltiples servicios sobre esta tecnología, con un
mayor y mejor contenido de imágenes, sonido y video; posibilitando además en el futuro la
creación de otras muchas aplicaciones en base a esta plataforma.
Facturación por Volumen.
Con GPRS la facturación ya no se establece por tiempo de conexión, sino que se realiza en
función del volumen de datos transferidos. Gracias a esto, la información que se ha recibido
puede mantenerse en pantalla el tiempo que sea necesario. En definitiva, el costo asociado sólo
está relacionado con la información transferida, no siendo cobrado el tiempo en que se lee la
información.
28
TELEFONIA CELULAR
Figura 3.7 ventajas de los Celular de nueva generación (2.5)
3.7
Usos de la tecnología GPRS
La Banda Ancha Móvil de Entel PCS permite el uso de aplicaciones tanto en el ámbito personal
como profesional. A continuación se mencionan algunas de éstas tabla 3.2.
Tabla Cap3.2 Principales uso de aplicaciones
Servicios para Empresas
Productos para Personas
Acceso a Correo Electrónico
Corporativo
Automatización de Fuerzas de
Venta
Acceso Remoto a Redes
Corporativas
Herramientas de Gestión Propias
Acceso a Correo Electrónico por
Internet
Servicios de Mensajería y
Comunicación por Grupos
Servicios de Información
Navegación por Internet
Comercio Electrónico
Juegos
Servicios Financieros
Transferencia de Imagen, Audio y
Video.
3.8
Introducción a EDGE – Un puente hacia 3G.
Es el próximo paso en la evolución de GSM e IS-136. El objetivo de la nueva tecnología es
aumentar las velocidades de transmisión de datos y la eficiencia del espectro y facilitar las nuevas
aplicaciones y el aumento de capacidad para el móvil. EDGE (Enhanced Data Rates for Global
Evolution), es una tecnología que permite mejorar el ancho de banda de la transmisión de datos.
Esta optimización se produce gracias a una nueva modulación en el envío y recepción de la
29
TELEFONIA CELULAR
información. En otras palabras, se incorporan nuevos programas y equipos que permiten codificar
la información de forma más eficiente.
Con el se pueden alcanzar velocidades tres a cuatro veces superiores a la anterior, lo que permite
soportar una más amplia gama de servicios, principalmente acceso a Internet, transmisión de
grandes volúmenes de información, streaming de audio y video, entre otros. Básicamente, Esta
tecnología sólo introduce una nueva técnica de modulación y una nueva codificación de canal
que puede usarse indistintamente para transmitir servicios de voz y de datos por conmutación de
paquetes y de circuitos, por lo tanto, es un agregado y no puede trabajar por separado, produce un
mayor impacto al agregarse la nueva modulación, codificación y al ajustar los protocolos del
enlace de radio, ofrece una mayor capacidad y velocidad.
3.9
EDGE – GSM/GPRS Mejorado
Tal como lo indica la versión basada en paquetes, denominada EGPRS (Enhanced GPRS – GPRS
mejorado), mediante la mejora de la internase de radio entre el aparato móvil y la estación base;
una mejora de GSM/GPRS con solamente algunos pequeños impactos sobre la red móvil
existente. La tecnología mejora el rendimiento de todas las aplicaciones GPRS de abonado y
soporta la tecnología siguiente, como la red WCDMA (Wideband Code Division Multiple
Access-Acceso múltiple de banda ancha por división de código).
Fig. 3.8 EGPRS introduce cambios en GPRS, solamente en la parte de la red.
30
TELEFONIA CELULAR
Esta tecnología tiene diferentes protocolos y diferentes funcionamientos en la parte
correspondiente al sistema de estación base. Sin embargo, sobre la parte correspondiente a la red
central, comparten los mismos protocolos de manejo de paquetes y por lo tanto, funcionan de la
misma manera. La reutilización de la infraestructura del núcleo existente (Nodo Gateway Soporte
del Servicio GPRS/ Nodo Servidor Soporte del Servicio GPRS), remarca el hecho que EGPRS es
sólo un “agregado” a la estación base y por lo tanto es mucho más simple de introducir como lo
muestra la figura 3.8, además de mejorar el rendimiento para cada usuario de datos, también
aumenta la capacidad, el mismo intervalo de tiempo puede soportar más usuarios. Esto disminuye
el número de recursos de radio requeridos para soportar el mismo tráfico, liberando entonces la
capacidad para más servicios de datos o de voz, facilita la coexistencia de tráfico de conmutación
de circuitos y de paquetes y hace un uso más eficiente de los mismos recursos de radio.
3.10
Tecnología EDGE
Al potenciar el conocimiento obtenido a través del uso de la norma existente, esta tecnología
permite generar significativos avances técnicos. La tabla 3.3 compara los datos técnicos básicos
de ambos. A pesar que ambos sistemas comparten la misma velocidad de símbolo, tienen
diferentes velocidades de modulación de bit, puede transmitir tres veces más bits que GPRS
durante el mismo período de tiempo. Esta es la principal razón para las mayores velocidades de
bits, a menudo se menciona la velocidad de datos de 384 kbps.
Tabla 3.3 GPRS y EDGE: comparación de datos técnicos.
31
TELEFONIA CELULAR
La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) ha definido la velocidad de 384 kbps como
el límite de velocidad de datos requerido por un servicio que cumple con la norma IMT-2000
(International Mobile Telecommunications 2000 – Telecomunicaciones Móviles Internacionales2000) en un ambiente peatonal. Esta velocidad de datos de 384 kbps corresponde a 48 kbps por
intervalo de tiempo, asumiendo una terminal de 8 intervalos de tiempo, en la tabla superior se
hace una referencia de la comparación de una y otra tecnología cono lo muestra la Tabla 3.3.
3.11
Manejo de paquetes
Figura 3.10 EDGE con capacidad liberada para voz o datos (intervalos de tiempo)
El manejo de paquetes (voz y datos) es mejor administrado por EDGE, debido a que crea de
mayor espacio como se observa en la figura 3.10. Otra mejora realizada a la norma es la habilidad
para retransmitir con un esquema de codificación más robusto, un paquete que no ha sido
decodificado correctamente.
Para GPRS, la re-segmentación no es posible. Si los paquetes que han sido enviados, deben ser
retransmitidos, esto se realizará usando el esquema de codificación original, aunque el ambiente
de radio haya cambiado, ver figura 3.11.
32
TELEFONIA CELULAR
Figura 3.11 Transferencia y Transmisión de paquetes en GPRS.
3.12
Adaptación del enlace.
La adaptación del enlace utiliza la calidad del enlace radioeléctrico, medida sobre la estación
móvil en el caso de una transferencia descendente o por la estación base en una transferencia
ascendente, para seleccionar el esquema de codificación de modulación más apropiado para la
transmisión de la siguiente secuencia de paquetes. Para una transferencia de paquetes ascendente,
la red indica a la estación móvil que esquema de codificación utilizar para la transmisión de la
siguiente secuencia de paquetes. El esquema de codificación de modulación puede ser cambiado
en cada bloque de radio (cuatro ráfagas), pero se puede iniciar el cambio por nuevas estimaciones
de calidad. Por lo tanto, la velocidad de adaptación práctica se decide por el intervalo de
medición. Hay tres familias: A, B y C. Dentro de cada familia, hay una relación entre los tamaños
de la carga, lo que hace posible la re-segmentación para las retransmisiones, ver tabla 3.4.
Tabla 3.4 Esquema de modulación y codificación.
Tipo de
modulación
G
M
S
K
8
P
S
K
Esquema de
codificación del
canal
MCS9
MCS8
MCS7
MCS6
MCS5
MCS4
MCS3
MCS2
MCS0
Caudal de salida
por intervalo de
tiempo
59.2 Kbps
54.4 Kbps
44.8 Kbps
29.6 Kbps
22.4 Kbps
17.6 Kbps
14.8 Kbps
11.2 Kbps
8.8 Kbps
Familia
A
A
B
A
B
C
A
B
C
33
TELEFONIA CELULAR
3.13
Redundancia incremental.
La redundancia incremental usa inicialmente un esquema de codificación, tal como MCS9, con
muy baja protección de errores y sin considerar la calidad existente del enlace de radio. Cuando
se recibe incorrectamente la información, se transmite una codificación adicional que es
combinada en software en el receptor con la información previamente recibida.
Esta combinación en software aumenta la probabilidad de poder decodificar la información, este
procedimiento será repetido hasta que la información sea decodificada correctamente como se
muestra en la figura 3.12. Esto significa que la información acerca del enlace radioeléctrico no es
necesaria para soportar la redundancia incremental. En la norma, resulta mandatorio para las
estaciones móviles el soporte de la redundancia incremental. Debido a las diferencias menores
entre GPRS y EGPRS, el impacto del EGPRS sobre las redes GSM/GPRS existentes se limita al
sistema de la estación base.
Figura 3.12 Enlace de sistema de estación base basado en GSM/GPRS
Dicha estación base está afectada por la nueva unidad transceptora que puede manejar la
modulación EDGE así como el nuevo software que permite el nuevo protocolo de paquetes sobre
la interface radioeléctrica en la estación base y en el controlador de la estación base. La red
central no requiere ninguna adaptación. Debido a esta simple actualización, se puede desplegar
una red EDGE con inversiones limitadas y dentro de un corto período de tiempo.
34
TELEFONIA CELULAR
3.14
Arquitectura de EDGE/EGPRS.
EGPRS no ocasiona ningún impacto directo sobre la arquitectura mostrada en la figura. 3.13. La
unidad de control de paquetes puede ser instalada ya sea en la estación base, en el controlador de
la estación base o en el nodo de soporte GPRS, mientras que la unidad de control central se
instala siempre en la estación base. Sin embargo, debemos tener en cuenta que del lado de la red,
la función de pedido de repetición del control automático del enlace de radio está localizada en la
unidad de control de paquetes.
Figura 3.13 Arquitetara GRPS
Por lo tanto, cualquier retardo introducido entre la PCU y la interfase de radio afectará
directamente los tiempos de ida y vuelta del Acuse de Recibo del control del enlace de radio.
Esto, a su vez, resulta en un mayor riesgo de detención del protocolo de control del enlace de
radio. En EGPRS, para reducir este riesgo y permitir que el operador pueda optimizar el
comportamiento de la red, se ha extendido el tamaño máximo de la ventana de pedido de
repetición del control automático del enlace de radio.
35
TELEFONIA CELULAR
3.15
Protocolos del plano de usuario.
En la estructura del protocolo del plano de transmisión para GPRS. Se muestra en sombreado los
protocolos que son influidos por la introducción de EDGE. Los más afectados por esta tecnología
son los protocolos más cercanos a la capa física (control de enlace de radio y canal de asignación
móvil). Hay también algunas modificaciones menores en el protocolo del sistema de la estación
base. Aparte de estos cambios, el resto de la pila de protocolo permanece intacto después de la
introducción.
3.16
Futuro de EDGE
E l próximo paso en la evolución del sistema móvil GSM/EDGE incluye una definición de
mejoras dirigidas a una mayor alineación con WCDMA, favoreciendo la evolución de GSM
hacia los sistemas inalámbricos 3G. Estas mejoras están siendo especificadas actualmente para
GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network – Red de Acceso Radioeléctrico GSM/EDGE) en
las próximas versiones de la norma 3GPP GERAN está basada en las técnicas de transmisión de
alta velocidad EDGE, combinada con las interfaces de enlace de radio GPRS y otras mejoras y
proveerá soporte para las clases de servicio conversacional y de flujo continuo de tiempo real, tal
como están definidas para WCDMA. Esto permitirá soportar todo un nuevo rango de
aplicaciones, incluyendo las de IP multimedia. El cambio de paradigma en las
telecomunicaciones de circuitos hacia paquetes está impulsando esta evolución. Esta tendencia es
válida no sólo para los servicios de datos tradicionales, tales como e-mail y navegación web, sino
también para los servicios en tiempo real, tales como vídeo conferencias y voz sobre IP. Tanto la
red central de conmutación de paquetes definida para GPRS como la red de acceso de radio
GSM/EDGE necesitan ser modificadas para soportar los servicios en tiempo real. Una parte de la
solución es adoptar la misma interface hacia la red central 3G, como UTRAN. Esto simplifica la
alineación de los servicios provistos en WCDMA y también permite la conexión a la misma red
central 3G.
3.17
Beneficios de EGPRS O EDGE.
36
TELEFONIA CELULAR
EGPRS introduce una nueva técnica de modulación, junto con mejoras en el protocolo de radio,
lo que permite a los operadores usar los espectros de frecuencia existentes (800, 900, 1800 y
1900 MHz) en forma más efectiva. La simple mejora de los protocolos GSM/GPRS existentes,
hace que EDGE sea una ampliación económica y fácil de implementar.
Las actualizaciones de software en el sistema de la estación base permiten el uso del nuevo
protocolo; las nuevas unidades transceptoras en la estación base permiten el uso de la nueva
técnica de modulación. La tecnología triplica la capacidad de de la red anterior. Este impulso en
la capacidad mejora el rendimiento de las aplicaciones existentes y permite nuevos servicios,
tales como los servicios multimedia. También permite que cada transceptor transporte mayor
tráfico de voz y/o de datos. EDGE permite nuevas aplicaciones a velocidades de datos más altas.
Esto atraerá nuevos abonados y aumentará la base de clientes del operador. El proveer los
mejores y más atractivos servicios también aumentará la fidelidad del cliente.
3.18
Introducción de GERAN
Es el próximo paso en la evolución del sistema celular GSM/EDGE, incluye una definición de
mejoras que llevarán a una mayor alineación con la Red terrestre de acceso radioeléctrico UMTS
(UMTS/UTRAN), favoreciendo la evolución hacia los sistemas inalámbricos de tercera
generación. Actualmente, esas mejoras están siendo especificadas para GERAN (Red de acceso
radio eléctrico GSM/EDGE), en las próximas versiones de la norma 3GPP, basadas en las
técnicas de transmisión de alta velocidad EDGE, combinada con mejoras sobre la interface del
enlace de radio GPRS, también proveerá soporte para las clases de servicio conversacionales y de
flujo continuo, tal como han sido definidas para WCDMA.
De esta manera, se podrá dar soporte adecuado a todo un nuevo rango de aplicaciones,
incluyendo las aplicaciones de IP multimedia. Una parte de la solución es adoptar la misma
interface IU para la red central WCDMA/GPRS de tercera generación, tal como UTRAN. Esto
simplifica la alineación de los servicios que serán prestados en WCDMA y también permite la
conexión a la misma red central de tercera generación. En la normalización 3GPP, la evolución
actual de GSM/EDGE que cubre todos los aspectos mencionados, se llama GERAN. En resumen,
37
TELEFONIA CELULAR
los dos objetivos principales para GERAN son; Una Alineación con los servicios WCDMA
primariamente relacionados con la provisión de clases de servicio conversacional y de flujo
continúo. y la posibilidad de interconectar la red central WCDMA sobre la misma interface, tal
como WCDMA/UTRAN. Además, GERAN incluirá mejoras de rendimiento para los servicios
existentes.
El soporte para los servicios de paquetes en tiempo real y la adopción de la arquitectura de
Calidad de Servicio (QoS) de WCDMA, requieren cambios en la red central GPRS de segunda
generación. En lugar de introducir estos cambios, otra solución atractiva es conectar GERAN a la
red central WCDMA/GPRS de tercera generación, la cual soporta los servicios en tiempo real y
la arquitectura de QoS de WCDMA. Esto permite una red central común para UTRAN y
GERAN, conectados sobre una interface común. Para conectarse a la red central WCDMA/GPRS
de tercera generación, GERAN utilizará la interface Iu, como se muestra en la Figura 3.15.
La interface IU está compuesta de dos partes: la Iu-ps, que se conecta con el dominio de
conmutación de paquetes de la red central y la Iu-cs, que se conecta con el dominio de
conmutación de circuitos de la red central. La figura 3.15; muestra que GERAN también se
conecta con los nodos de la red central de segunda generación.
Figura 3.15 GERAN
Las interfaces A y Gb permanecen intactas, para soportar las terminales de la Versión 99,
haciendo que GERAN sea totalmente compatible para soportar terminales de las versiones
38
TELEFONIA CELULAR
anteriores de GSM, GPRS y EGPRS. La razón principal para soportar las interfaces A y Gb con
las versiones anteriores y no utilizar la interface Iu-ps para las terminales ya propuestas, es que la
separación funcional entre la red de acceso radioeléctrico y la red central, difiere
substancialmente entre Iu y A/Gb.
La interfase de radio entre la estación móvil y GERAN, llamada la interfase Um, está basada en
la interfase del enlace de radio de la versión antes mencionada. Sin embargo, se están
especificando varias mejoras sobre diferentes capas de protocolos de enlace de radio, para
proveer portadores de radio adecuados para los servicios en tiempo real.
También está incluido el soporte para todas las clases de servicio para WCDMA, con los
requerimientos de tiempo real de la clase de servicio conversacional. Además, se consigue un alto
nivel de alineación con la tecnología mencionada, por la interconexión hacia la red central, sobre
la interfase Iu, que es común con UTRA como lo muestra la figura 3.16.
Figura. 3.16 Una red sin frontera entre GSM y WCDMA.
3.19
Tecnología complementaria hacia 3G.
EDGE y WCDMA son tecnologías complementarias que juntas pueden dar apoyo a las
necesidades de los operadores para lograr la cobertura y capacidad global de la red de tercera
generación. La mejora de una red GPRS se logra a través de la evolución hacia EDGE dentro del
39
TELEFONIA CELULAR
espectro existente y con el despliegue de WCDMA en las nuevas bandas de frecuencia. La
implementación de las dos tecnologías en paralelo permite menores tiempos para acceder al
mercado con los nuevos servicios de datos de alta velocidad, así como menores gastos de capital.
Está diseñado para integrarse con la red existente.
EDGE hace que la base instalada evolucione y no es necesario reemplazarla ni construir algo
completamente nuevo. Esto define una implementación sin fronteras. La implementación rápida y
fácil significa un menor tiempo para llegar al mercado, lo que a su vez puede llevar a un aumento
de la participación de mercado, los operadores pueden ofrecer más aplicaciones de datos,
incluyendo multimedia inalámbrica, e-mail, información y entretenimiento en la web y servicios
de posicionamiento, todo esto para consumidores y usuarios de negocios. Los abonados podrán
navegar en Internet sobre sus teléfonos móviles, asistentes personales digitales o laptops a la
misma velocidad que en su computadora personal estacionaria.
40
TELEFONIA CELULAR
CAPITULO 4.- INTRODUCCIÓN A WCDMA DE 3G
El Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha, Wideband Code Division Multiple
Access (WCDMA). Es la tecnología de interfaz de aire en la que se basa la UMTS, que, a su vez,
es un estándar europeo de Tercera Generación (3G) para los sistemas inalámbricos. La tecnología
WCDMA está
altamente optimizada para comunicaciones de alta calidad de voz y
comunicaciones multimedia, como pueden ser las videoconferencias. También es posible
acceder a diferentes servicios en un solo terminal (soportar completamente varias conexiones
simultáneas), por ejemplo, podemos estar realizando una videoconferencia, una conversación
telefónica y al mismo tiempo estar haciendo una descarga de archivos muy grande.
En esta plataforma se emplea estructuras de protocolos de red similares a la usada en GSM, por
lo tanto está en la capacidad de utilizar redes existentes. Además tiene un ancho de banda de 5
MHz con el fin de proporcionar la velocidad límite propuesta por la ITU para servicios de 3G de
2 Mbps y opera con anchos de banda de canal de 1.25, 5, 10 y 20 MHz con chip rates de 1.024,
4.096, 8.192 y 16.384 Mcps respectivamente. La estructura del canal de RF del enlace de bajada
es únicamente en secuencia directa., en el enlace de bajada trabaja con modulación QPSK y en el
de subida con BPSK.
4.1
Aspectos Técnicos de WCDMA
WCDMA ofrece flexibilidad en los servicios, combinando conmutación de paquetes y
conmutación de circuitos en el mismo canal con un promedio de velocidad entre 8 Kbps hasta 2
Mbps. Utiliza muy eficientemente el espectro de radio disponible, mediante la reutilización de
cada celda, la cual requiere de 2 a 5 MHz por cada capa, lo que quiere decir que una red
41
TELEFONIA CELULAR
necesitará de 2 a 15 MHz, en un espectro común de banda de 2GHz. Las terminales de esta
tecnología son menos difíciles de fabricar, debido a que requieren muy poca señal de
procesamiento, ayudando a mantener bajo costos en los terminales. Soporta conectividad IP,
permitiendo accesos más rápidos en Internet, la natural sinergia entre las comunicaciones móviles
y el acceso a Internet, ha estimulado que estas sean integradas.
Los enlaces desde la red de acceso WCDMA y en el núcleo de red GSM utilizan el más reciente
protocolo de transmisión ATM (Asynchronous Tranfer Mode-Modo de transferencia asíncrona)
de mini-celdas, conocido como Capa de Adaptación (AAL2). Esta es la forma más eficiente de
manejar paquetes de datos incrementando la capacidad de un estándar y hace una utilización muy
eficiente del espectro radioeléctrico consiguiendo alcanzar un flujo de datos de hasta 2 Mbit/s en
áreas locales, que queda reducido a 384 kbit/s en áreas de gran extensión.
La tecnología de Tercera Generación establece para sus sistemas, el uso de los denominados
FRAMES (Future Radio Wideband Multiple Access Systems-Sistema de acceso futuro múltiple
de Banda Ancha), estos son Sistemas de Acceso Múltiple para Futuro Radio de Banda Ancha,
los cuales trabajan con dos tipos de acceso:
FMA 1: TDMA Banda Ancha con o sin esparcimiento, con un espaciado de la portadora
de 1.6 MHz
FMA 2: WCDMA, con espaciado de la portadora de 4.4. a 5.0 MHz.
Los FRAMES definen una especificación de una interfaz de aire de acceso múltiple, la cual
servirá como un inicio para el proceso de estandarización del UMTS y tomar toda la
compatibilidad de aspectos anteriores para su consideración. Para la interfaz de aire el ETSI
(European Telecommunications Standards Institute), establece el uso de la técnica de
duplexación, distribuidas según las bandas de frecuencia de la siguiente manera:
WCDMA: FDD (Frecuency Division Duplexing), para operación en bandas de frecuencia
pares, provee dos bandas distintas de frecuencias por cada usuario. La banda delantera provee el
tráfico desde la estación de base hacia el móvil y la banda reversa provee el tráfico desde el
42
TELEFONIA CELULAR
móvil hacia la base.
TD/CDMA: TDD (Time Division Duplexing), para operación en bandas de frecuencia
impares utiliza tiempo en vez de frecuencia para proveer tanto el enlace delantero como hacia
atrás, provee dos ranuras de tiempo simplex en la misma frecuencia.
Se ha considerado los distintos acercamientos a los sistemas de banda ancha de Tercera
Generación, especialmente los propuestos TD/CDMA y WCDMA. En virtud del espectro y la
frecuencia las consideraciones compartidas son más críticas a mayor densidad de usuarios. Para
los ambientes urbanos TD/CDMA, podría ser la opción preferida en ambientes de microceldas,
mientras que WCDMA, podría proveer cobertura de macroceldas. TD/CDMA, podría ser usado
para servicios asimétricos, tales como acceso a internet debido a un buen aspecto de la
duplexación por división de tiempo (TDD) el cual permite que se pueda ajustar el radio de cuanto
espectro será usado para subida y bajada. El rango de frecuencia para servicios de área amplia:
WCDMA, haciendo uso del acceso FMA2 es: 1920 a 1980 MHz (subida) y 2110 a 2170 MHz
(bajada). El rango de frecuencia para internos o privados: TD/CDMA, haciendo uso del acceso
FMA1 es: 1900 a 1920 MHz y 2100 a 2025 MHz
4.2
Objetivos del acceso FMA2 de WCDMA
Soporta alta velocidad de datos (mayor a 384 kbps en cobertura de arrea amplia y hasta 2mbps
para cobertura local o interna, Alta flexibilidad con soporte de servicios múltiples paralelos de
tasa variable en cada conexión, Acceso eficiente de paquetes. Además de alta capacidad inicial y
cobertura con soporte interno instalado para futura capacidad, albergando tecnologías
mejoradas, tales como las antenas inteligentes y las estructuras de receptores avanzados, Soporte
para entrega ínterfrecuencia por operaciones con estructuras de celdas jerárquicas, Fácil
implementación de terminales de modo dual UMTS/GSM, así como entrega entre UMTS y
GSM.
Características técnicas de la interfaz de radio WCDMA:
43
TELEFONIA CELULAR
1
Tasa básica de chip de 4.096 Mcps con espaciado de portadora desde 4.4 a 5 MHz
dependiendo del escenario o situación
2
Espaciado múltiple de la portadora de 200 KHz para la capacidad de la Segunda
Generación (2G)
3
Más altas tasa de chip con 8.192 y 16.384 Mcps
4
Tasa variable de esparcimiento para ambas direcciones
5
Bajas y medias tasas de bit con un código simple
6
Altas tasas de bit con soluciones multicódigo
7
Detección coherente en ambos enlaces: hacia arriba y hacia abajo
8
Longitud de la trama de 10 milisegundos (ms)
9
Operación asíncrona
10
Códigos cortos de esparcimiento y dispersación con códigos opcionales largos de
subida.
11
Esparcimiento híbrido (factor variable de esparcimiento más multicódigo) para
soportar transmisión a tasa variable
12
Soporte flexible para servicios de tasa variable
13
Separación de datos en la capa 1 y control en diferentes canales físicos
14
Tasa de información explícita
15
Rápido control de energía para ambos enlaces: hacia arriba y hacia abajo
4.3
Introducción a la UMTS
El primer estándar mundial para la comunicación desde dispositivos móviles, que representa una
evolución respecto a los actuales sistemas. También se le denomina sistema de comunicaciones
de tercera generación (3G), y GPRS y EDGE (2.5G). La tecnología aventaja a los sistemas
móviles de las anteriores generaciones en su potencial para soportar altas velocidades de
transmisión de datos, que permitirán prestar servicios multimedia interactivos y nuevas
aplicaciones como servicios de vídeo-telefonía.
Esta tecnología permite que los teléfonos transmitan y reciban datos con una velocidad superiores
a la de los actuales. De esta manera, un usuario de esta tecnología podrá, por ejemplo, moverse
44
TELEFONIA CELULAR
por una ciudad que desconoce consultando un callejero en su terminal. Desde su terminal podrá
localizar, sin necesidad de teclear la dirección donde se encuentra, los sitios de interés que desee,
desde un hospital o una farmacia, a un cajero o un restaurante, etc.
4.4
Es
Antecedentes
un
Sistema
Universal
de
Telecomunicaciones
Móviles-
Universal
Mobile
Telecommunications System (UMTS), es una de las tecnologías usadas por los móviles de tercera
generación (3G). Sucesor de GSM, también llamado W-CDMA.
El concepto está ligado al de Telefonía Personal Universal (UPT), que engloba todas las formas
de ofrecer telefonía como un servicio personalizado para cada usuario y accesible en todo
momento y lugar y por todos los medios (redes, aplicaciones y terminales), mientras que UMTS
resuelve la parte correspondiente a redes y terminales móviles, con aplicaciones de voz y datos.
Por tanto, la tercera generación de telefonía móvil consiste en una familia de estándares
reconocidos por ella como "IMT-2000", propuesto por el organismo europeo ETSI. El Consejo
de la Unión y la Comisión Europea, el 15 de Octubre de 1997, fecha en que fue presentada la
primera comunicación sobre la estrategia y la orientación política a seguir para el desarrollo del
marco regulatorio necesario para promover la innovación y flexibilidad en el ámbito de la
telefonía móvil.
Permite introducir muchos más usuarios a la red global del sistema, y además permite
incrementar la velocidad a 2 Mbps por usuario móvil. Está siendo desarrollado por 3GPP (3rd
Generation Partnership Project), un proyecto común en el que colaboran:
ETSI (Europa)
ARIB/TTC (Japón)
ANSI T-1 (USA)
45
TELEFONIA CELULAR
TTA (Korea)
CWTS (China).
Para alcanzar la aceptación global. La primera fue en 1999, describía transiciones desde redes
GSM. En el 2000, se describió transiciones desde IS-95 y TDMA.
4.5
Características de UMTS
En cuanto a los aspectos tecnológicos característicos del UMTS cabe destacar:
1.
Acceso móvil de alta capacidad.
2.
Transmisión rápida de datos, de voz y texto y también de información multimedia, a una
velocidad de 2 Mb por segundo (mientras que el tiempo requerido por la red GSM para transmitir
2 Mb de vídeo es de aproximadamente 30 minutos).
3.
Acceso rápido a servicios basados en el protocolo Internet (IP) (conexión rápida a Internet
o intranets, consulta de información, realización de compras y transacciones bancarias).
4.
Conexión permanente a la red, pagando únicamente cuando se utilice el terminal para
realizar una operación.
5.
Integración de diversos servicios móviles inalámbricos (celular, buscapersonas, datos vía
radio).
6.
Servicios y terminales a medida del usuario, con la posibilidad de elegir entre modelos
generalistas o específicos.
7.
Movilidad universal del terminal, gracias a la existencia de centros de envío tanto
terrestres como vía satélite, que completan la cobertura en áreas rurales o remotas del globo.
8.
Interfaz adaptado al usuario medio, con sencillez y facilidad de procedimiento y uso.
9.
Alta calidad de voz, con grado de servicio y fiabilidad comparable a la red fija.
10.
Mínimo riesgo de fraude al operador y robo de terminales, con aumento de la seguridad
en la información ofrecida al usuario.
11.
Bajo coste de transporte de datos y abaratamiento de las estaciones base del terminal
móvil.
46
TELEFONIA CELULAR
En la actualidad los teléfonos analógicos conviven con los digitales, bajo nombres y formas
distintos. En Europa, por ejemplo el estándar digital es GSM mientras que en EEUU existen dos:
TDMA y CDMA. Para el año 2010 se prevé que haya 2.000 millones de usuarios con teléfonos
móviles UMTS, que podrán utilizar en cualquier parte del mundo.
El funcionamiento también será novedoso, ya que el usuario pagará según la cantidad de
información que se descargue de la red, y no ya por el tiempo de uso del servicio, de esta forma
podremos estar constantemente conectados a la red, lo que permitirá, por ejemplo, acceder al
correo electrónico de forma instantánea.
La máxima velocidad del UMTS es 2 Mbits. Este tope puede alcanzarse solamente si la red está
al máximo nivel, el usuario está parado y sin móviles a su alrededor. Al principio, los operadores
sólo permitirán como velocidad máxima, 384 Kbit. En las grandes ciudades, tendrán ventaja los
proveedores que dispongan ya de redes GSM.
Los operadores, podrán aprovechar las redes para la transmisión de voz, y dejar las UMTS para
transmisión de videoconferencia y otras prestaciones que requieran de banda ancha. Sin embargo,
los operadores que sólo instalen redes UMTS, tendrán que transmitir toda la información a través
de estas redes.
4.6
La red UMTS.
Podríamos dividir la nueva Red UMTS basada en tres capas: La Capa de acceso, la Capa de
conectividad y control y por ultimo la Capa de servicios Las primeras diferencias entre la red
GSM y UMTS se encuentran en la capa de acceso, donde las BTS y las BSC (propias de GSM)
se sustituyen por los Nodos-B y RNC respectivamente y por tanto se hace necesario desplegar
una nueva red de acceso por radio (UTRAN).
Esta nueva red de acceso está basada en la tecnología de acceso radio CDMA que presenta, como
puede verse en la figura 4.1, dos modos de funcionamiento (UTRA-FDD y UTRA-TDD) y en
47
TELEFONIA CELULAR
una nueva interfaz que conecta el subsistema de radio con la red básica.
Figura 4. 1 Modos UTRA-FDD y UTRA-TDD, conecta el subsistema de radio con la red básica.
Dos modos de funcionamiento (UTRA-FDD y UTRA-TDD) y en una nueva interfaz que conecta
el subsistema de radio con la red básica. El modo UTRA-FDD o acceso radio CDMA de banda
ancha (WCDMA) hace que distintos usuarios compartan una misma portadora al mismo tiempo.
En el modo UTRA-TDD se añade la división por tiempo, es decir, se añade el recurso temporal
(Time Slot) al código para diferenciar a un usuario de otro dentro de un mismo radiocanal.
La idea inicial es empezar operando en modo UTRA-FDD para dar cobertura de tipo
macroceldas, soportando servicios de gran movilidad, y posteriormente operar en modo UTRATDD que se usará para dar cobertura tipo micro/picoceldas, es decir, para exteriores de baja
movilidad e interiores. Inicialmente, la nueva red de conmutación (Core Network), distinta de la
existente en senda generación se compone de dos redes independientes, una para voz
(conmutación de circuitos) y otra para datos (conmutación de paquetes).
En la capa de conectividad y control nos encontramos con una red muy similar a la de
GSM/GPRS con la única diferencia de que los nodos han sido modificados para soportar la
interfaz con la nueva red de acceso UTRAN.
48
TELEFONIA CELULAR
Figura 4. 2 La nueva red de conmutación.
En la figura 4.2 se muestra una nueva red distinta de la existente en GSM, se compone de dos
redes independientes, una para voz (conmutación de circuitos) y otra para datos (conmutación de
paquetes). El nodo Wireless Gateway (WG) se encarga de realizar la separación entre circuitos y
paquetes ver Fig.4.3. La 3G MSC realiza la conmutación de circuitos y los nodos SGSN
(funcionalidad incluida en el WG) y GGSN se encargan de la conmutación de paquetes. El 3G
HLR es el equipo que se encarga de gestionar una base de datos permanente que contiene los
perfiles de suscripción de todos los abonados de la red de 3G. La tecnología de tercera generación
UMTS permitirá la transmisión de datos y voz, teniendo abiertos los dos canales a la vez.
Figura 4.3 El nodo Wireless Gateway (WG) se encarga de separación entre circuitos y paquetes.
49
TELEFONIA CELULAR
4.7
1.
Ventajas del UMTS
Integra transmisión de paquetes, con lo que se dispondrá de conexión permanente a la Red
(no sólo al efectuar una comunicación) y se podrá facturar por volumen de datos en lugar de por
tiempo.
2.
Es un sistema global, diseñado para funcionar en todo el mundo, empleando tanto redes
terrestres e inalámbricas como enlaces por satélite.
3.
Mantendrá la compatibilidad con las redes GMS, ya que los terminales deberán funcionar
en ambos los sistemas.
4.
La frecuencia para UMTS es de 2GHz y será posible transmitir datos a 2Mbps, por lo que
las comunicaciones con vídeo serán una realidad.
5.
Capacidad multimedia y acceso a Internet de alta velocidad.
6.
La velocidad de transmisión es adaptable: el ancho de banda de cada llamada se asigna de
forma dinámica (no es lo mismo una llamada de voz que una transmisión de imágenes), con lo
que se optimiza su uso.
7.
Al ser un sistema único, el cambio de red (roaming) es prácticamente instantáneo, sin
cortes en la comunicación.
8.
Si el usuario cambia de operador podrá mantener sus servicios originales como, por
ejemplo, los de la intranet de la empresa.
50
TELEFONIA CELULAR
CONCLUSIONES
En la actualidad, las tecnologías plantean alternativas para el futuro de las comunicaciones
móviles, su función es complementar las existentes, mejorando y satisfaciendo una mayor área de
cobertura y capacidad de envió de datos y paquetes entre otras necesidades, cumpliendo así con
la evolución de la telefonía celular. La generación 2.5G no es más que una antesala para el gran
paso a la tercera generación.
Este trabajo comienza a partir de la 2G, debido a que en esta se encuentra los cimiento de la
tecnología digital y con ello los nuevos estándares de aplicación para la telefonía móvil,
ofreciendo beneficios como fotos, envió de SMS y MMS, música, así como la Sim Card, las
disminución de costo y consumo de energía (tamaño del a batería) y otras comodidades para los
usuarios. Pero esto no era suficiente en nuestros días, ya que se requiere de una mayor velocidad,
seguridad y capacidad de información, por tal motivo era necesario un cambio radical a la
siguiente generación, por el momento no era posible la migración 2G a 3G, no era posible, debido
a los sistemas y tecnologías inadecuados para el soporte del manejo de las nuevas aplicaciones
que conformarían la tercera generación, tomando el alto costo de los equipos (antenas), por tal
motivo hubo la necesidad de crear una plataforma intermedia que diera soporte a las nuevas
aplicaciones, por lo cual el desarrollo de las tecnologías continuo, el sistema GMS evoluciono en
GPRS y a su vez en EDGE, que su misión era aumentar la velocidades de transmisión de datos,
la eficiencia de l espectro y facilitar las nuevas aplicaciones para la siguiente generación, a su vez
como WCDMA a UMTS; la tecnología de interfaz de aire en la que se basa UMTS esta enfocada
para las comunicaciones de alta calidad de voz y comunicaciones de multimedia, como pueden
ser las de conferencia.
Las tecnologías antes mencionadas conforman la generación 2.5 y dan inicio a una transición
suave a la tercera generación dejando a su paso nuevas aplicaciones y futuras innovaciones.
WCDMA que como ya se sabe este ultimo tiene un interfaces de aire por lo que maneja un ancho
de banda superior que los encontrados en 2G, teniendo una evolución de redes celulares con
requerimientos especiales por el cual surge fusiones de tecnologías como es el caso de GERAN y
UTRA. Es de esperar, sin embargo, que persistan zonas grises, en las que podrían competir
activamente algunas tecnologías que seguramente, continuará en la 3G, entre el UMTS y las
versiones más avanzadas de CDMA2000. Todo este sin fin de tecnología aportaran un sinfín de
ventajas y beneficios para los usuarios. El mundo de las comunicación móvil aun esta en
constante crecimiento y por tal motivo a los ingenieros de ESIME CULHUACAN hemos de estar
preparados para afrontar los retos que nos presenta el futuro.
51
TELEFONIA CELULAR
ACRÓNIMOS
Abreviaturas
AMPS
ARCH
BS
BSC
BT S
CDMA
CMT
DAMPS
DCCH
E1
EDGE
EGPRS
FDD
GPRS
GSM
GPS
GUTS
GGSN;
IMT-2000
ITU
IP
Kbps
MMS
MSC
PDC
PCH
SMSCH
PCM
PCU
PCS
QoS
QPSK
RF
SMS
SIM
SGSN;
TDD
UIT
UMTS
UTRAN
UPT
TDMA
TIA
WAP
WAP
WCDMA
3GPP
8-PSK
Significado
Servicio Avanzado de Telefonía Móvil.
Canal de respuesta de acceso.
Estación de Base.
Controlador de Estaciones de Base.
Terminal de Estación Base.
Acceso Múltiple por División de Código.
Transferencia de Datos desde un Teléfono Celular.
Servicio Avanzado de Telefonía Móvil Digital.
Canal de Control Digital.
Estándar Americano de 31 Canales Para un Enlace.
Velocidades de Datos Mejoradas para la Evolución del GSM.
GPRS Mejorado.
Dúplex por División de Frecuencia.
Servicio General de Radiocomunicaciones por Paquetes.
Sistema Global para Comunicaciones Móviles.
Sistema de Posicionamiento Global.
Paquete de Teleservicios Generales.
Nodo de Soporte GPRS Pasarela.
Telecomunicaciones Móviles Internacionales-2000.
Unión Internacional de Telecomunicaciones.
Protocolo Internet.
Kilo Bits Por Segundo.
Servicio de Mensajería Multimedia.
Central de Telefonía Celular.
Comunicación Personal Digital.
Canal de Voceo.
Canal de Mensajería Punto a Punto.
Modulación por Codificación de Pulsos.
Unidad Convertidor de Voltaje.
Sistema de Comunicación Personal.
Calidad de Servicio.
Modulación por Cuadratura de Fase.
Radio Frecuencia.
Servicio de Mensajes Cortos.
Modulo Identificación Subscrito.
Nodo de Soporte GPRS Servidor.
Dúplex por División de Tiempo.
Unión Internacional de Telecomunicaciones.
Sistema de Telecomunicaciones Móviles Universales.
Red de Acceso de Radio Terrestre UMTS.
Telefonía Personal Universal.
Acceso Múltiple Por División de Tiempo.
Asociación de Industrial de Telecomunicaciones.
Acceso a Internet.
Protocolo de Aplicación Inalámbrica.
CDMA de Banda Ancha.
Proyecto de Asociación para la Tercera Generación.
Modulación por Desplazamiento de 8 Fases.
52
TELEFONIA CELULAR
BIBLIOGRAFÍA
http:www. masadelante.com/faq-gsm.htm
http:www. gsmworld.com
http:www. digitel.com.ve
http:www. ewh.ieee.org/r9/panama/eventos/GSM-CDMA.pdf
http:www. canal-ar.com.ar/binario/piezas/15.htm
http:www.gsmworld.com/technology/edge/index.shtml
http:www.de.wikipedia.org/wiki/General_Packet_Radio_Service
http:www. ecojoven.com/02102000/gprs.html
http:www. aie.cl/comites/automat/articulos/octubre-06.pdf
http:www. radioptica.com/Radio/telefonia_movil.asp
http:www. es.wikipedia.org/wiki/Enhanced_Data_Rates_for_GSM_Evolution
http:www. edgeent.com/ - 4k
http.www 2.noticiasdot.com/publicaciones/2002/1102/191102/noticias191102/noticias19110.htm
http:www. alt1040.com/archivo/2007/10/16/¿edge-mas-eficiente-que-3g
http:www en.wikipedia.org/wiki/CDMA
http:www. upv.es/satelite/trabajos/Grupo3_99.00/GlobalStar8.htm
http:www. upv.es/satelite/trabajos/pracGrupo3/ponce.htm
http:www. users.ece.utexas.edu/~jandrews/publications/cdma_talk.pdf
http:www. ericsson.com/technology/tech_articles/WCDMA.shtml
http:www. qualcomm.es/technology/wcdma.html
http:www. catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/fajardo_p_d/capitulo2.pdf
http:www. tecnologiahechapalabra.com/tecnologia/glosario_tecnico/articulo.asp?i=839
http:www. wikipedia.org/wiki/UMTS_Terrestrial_Radio_Access_Network
http:www. w3.iec.csic.es/ursi/articulos_gandia_2005/articulos/CMo3/442.pdf
http:www. umtsworld.com/technology/utran_interfaces.htm
http:www. umtsforum.net/tecnologia.asp
http:www. nt.paginasamarillas.es/descargas/pdf/umts_guia.pdf
http:www. 3gpp.org
http:www. es.wikipedia.org/wiki/Universal_Mobile_Telecommunications_System
http:www. webmovilgsm.com/umts.htm
Anolog and Digital System, William C. Y Lee, Mobile Celular Telecommunications.
LATÍ, Introducción a la Teoría y Sistemas de Comunicación, Editorial Limusa, México 1999.
Telecomunicaciones Moviles y Avances Tecnológicos.Editorial Quillet, México 1998.
53