Informe - Escuela de Ingeniería Eléctrica

Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica
IE – 0502 Proyecto Eléctrico
Sistemas de comunicaciones móviles de tercera
generación: beneficios y perjuicios para el usuario
Por:
Jannike Vaglio Garro
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
Diciembre del 2008
ii
Sistemas de comunicaciones móviles de tercera
generación: beneficios y perjuicios para el usuario
Por:
Jannike Vaglio Garro
Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica
de la Facultad de Ingeniería
de la Universidad de Costa Rica
como requisito parcial para optar por el grado de:
BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA
Aprobado por el Tribunal:
_________________________________
Ing. Jhonny Cascante Ramírez. MSc
Profesor Guía
_________________________________
Ing. Javier Cerdas Fallas
Profesor lector
_________________________________
Ing. Eduardo Varela Soto
Profesor lector
ii
DEDICATORIA
A mi familia, ya que siempre me ha apoyado y ayudado durante
todos estos años de estudio, desde el día en que entre a prekinder
hasta el día de hoy, que me estoy graduando de la universidad.
Quienes han estado junto a mí, en todos los momentos buenos y
malos de la vida y seguirán ahí para vivir muchos momentos
más.
A C-L y su familia, pero en especial a C-L, quien también me ha
apoyado y ayudado montones, sobretodo en los momentos más
estresantes de la universidad, los cuales han sido muchos =S.
Al profesor Jhonny Cascante por su guía en la realización de
este proyecto.
Y por último, pero no menos importante, a MÍ, ya que sin mi
paciencia, esfuerzo y dedicación, no habría podido llegar hasta
aquí =D.
iii
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE FIGURAS ...............................................................................vii
INDICE DE TABLAS ............................................................................... viii
NOMENCLATURA.....................................................................................ix
RESUMEN...................................................................................................xv
CAPÍTULO 1: Introducción.........................................................................1
1.1
Justificación......................................................................................2
1.2
Objetivos...........................................................................................6
1.2.1
1.2.2
1.3
Objetivo general..............................................................................................6
Objetivos específicos ......................................................................................6
Metodología......................................................................................7
CAPÍTULO 2: Aspectos generales de los sistemas de comunicación móvil.
........................................................................................................................9
2.1
Historia de los sistemas de comunicación móvil.............................9
2.1.1
2.1.2
2.1.3
Primera Generación ......................................................................................14
Segunda Generación .....................................................................................14
Tercera Generación.......................................................................................15
2.2
Funcionamiento general y arquitectura de las redes de
comunicación móvil.....................................................................................16
2.2.1
2.2.2
3.3.4
2.3
Tecnologías de Acceso Múltiple ....................................................23
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.4
FDMA ...........................................................................................................24
TDMA...........................................................................................................25
CDMA ..........................................................................................................26
GDMA ..........................................................................................................27
Modulación.....................................................................................28
2.4.1
2.5
Terminal Móvil .............................................................................................19
Subsistema de Estación Base ........................................................................20
Centro de Conmutación y Gestión................................................................21
Modulación Digital .......................................................................................29
Handover, Handoff ........................................................................30
iv
2.6
Roaming .........................................................................................32
2.7
Reutilización de Frecuencias .........................................................33
CAPÍTULO 3: Segunda, Tercera y Cuarta Generación de Sistemas de
Comunicación Móvil. ..................................................................................34
3.1
Red GSM ........................................................................................34
3.2
Características de la Red GSM .....................................................34
3.3
Arquitectura de la Red GSM ........................................................37
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5
3.3.6
3.3.7
3.3.8
Terminal Móvil, MS .....................................................................................38
Subsistema de Estación Base, BSS...............................................................39
Subsistema de Conmutación de Red, NSS ...................................................40
Centro de Conmutación de la Red, MSC......................................................40
Registros de Localización Principal, HLR ...................................................40
Registros de Localización de Visitantes, VLR .............................................41
Registro de Identidad del Equipo Móvil, EIR ..............................................41
Centro de Autenticación, AC........................................................................42
3.4
Servicios de la Red GSM ...............................................................42
3.5
Red GPRS.......................................................................................44
3.6
Características de la Red GPRS....................................................45
3.7
Arquitectura de la Red GPRS .......................................................46
3.7.1
3.7.2
3.7.3
3.7.4
3.7.5
3.7.6
Centro de Conmutación Móvil, MSC-VLR..................................................47
Registro de Ubicación Local, HLR...............................................................47
Subsistema de Estación Base, BSS...............................................................48
Nodo Soporte de Servicio, SGSN.................................................................49
Nodo de Soporte de Pasarela, GGSN ...........................................................50
Servicio de Mensajera Corta, SMS...............................................................50
3.8
Servicios de la Red GPRS..............................................................51
3.9
Tercera Generación .......................................................................52
3.10
Características de la 3G.................................................................54
3.11
Arquitectura de la 3G (UMTS) .....................................................56
3.11.1
3.11.2
3.11.3
3.11.4
3.11.5
Equipo del usuario, UE.................................................................................57
UTRAN.........................................................................................................58
El nodo B ......................................................................................................59
Subsistema de red de radio, RNS..................................................................59
Controlador de la red de radio, RNC ............................................................60
5
3.11.6
3.12
Red núcleo, CN.............................................................................................60
Servicios de la 3G...........................................................................61
3.13
Comparación de la primera, segunda y tercera generación.
Ventajas y desventajas de la tercera generación. ......................................63
3.14
Evolución de los sistemas de 2G a EDGE y EGPRS. ...................68
3.15
Perspectivas de los sistemas móviles de 4G. .................................73
CAPÍTULO 4: Conclusiones y recomendaciones ......................................82
BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................87
Ejemplos de celulares de 3G .......................................................................91
6
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2. 1 Evolución de los sistemas de comunicación móvil. .......................................16
Figura 2. 2. Tecnologías de acceso FDMA, TDMA y CDMA.........................................27
Figura 2. 3. Handoff, Handover. .......................................................................................31
Figura 2. 4. Roaming. .......................................................................................................32
Figura 2. 5. Conjunto de celdas o células. ........................................................................33
Figura 3. 1. Estructura de la formación de datos. .............................................................37
Figura 3. 2. Componentes de la arquitectura GSM...........................................................38
Figura 3. 3. Arquitectura de la Red GPRS........................................................................47
Figura 3. 4. Arquitectura de las redes de 3G.....................................................................57
Figura 3. 5. Camino Evolutivo hacia EDGE, mediante GSM/GPRS. ..............................71
Figura 3. 6. Camino evolutivo hacia EDGE, mediante IS-136.........................................72
Tabla 3. 3. Comparación de la tercera generación con la cuarta generación de sistemas de
comunicación móvil..........................................................................................................76
vii
INDICE DE TABLAS
Tabla 3. 1. Esquemas de codificación en GPRS...............................................................46
Tabla 3. 2. Comparación de la primera, segunda y tercera generación de los sistemas de
comunicación móvil..........................................................................................................64
viii
NOMENCLATURA
AC: Authentication Center, Centro de Autenticación.
ACCH: Associated Control Channel, Canal de Control Asociado.
AMPS: Advanced Mobile Phone System, Sistema Telefónico Móvil Avanzado.
ARP: Autoradiopuhelin, Teléfono de Radio para Carro.
ASK: Amplitud Shift Keying, Modulación por Desplazamiento de Amplitud.
ATM: Asyncronous Transfer Mode, Modo de Transferencia Asincrónico.
BCH: Broadcast Channel, Canal de Difusión.
BCCH: Broadcast Control Channel, Canal de Control de Difusión.
BPSK: Binary Phase Shift Keying, Modulación por Desplazamiento de Fase Binaria.
BS: Base Station, Estacion Base o Radio Base.
BSC: Base Station Controller, Controladora de Estación Base.
BTS: Base Transceiver Station, Estación Base Transceptora.
CCCH: Common Control Channel, Canal de Control Común.
CDMA: Code Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Código.
CEPT: European Conference of Postal and Telecommunications Administrations,
Conferencia Europea de Postas y Telégrafos.
CTCH: Common Traffic Channel, Canal de Tráfico Común.
D-AMPS: Digital Advanced Mobile Phone System, Sistema Telefónico Móvil Avanzado
Digital.
DCH: Dedicated Channel, Canal Dedicado.
DTCH: Dedicated Traffic Channel, Canal de Tráfico Dedicado.
ix
DVB: Digital Video Broadcasting, Video Digital de Radiodifusión.
EDGE: Enhanced GPRS, GPRS Mejorado.
EGPRS: Enhanced Datarates for Global Evolution, Mejoramiento de las Tasas de Transmisión
para Evolucion Global.
EIR: Equipment Identify Register, Registro de Identificación del Equipo.
ETACS: Extended Total Access Comunication System, Sistema de Comunicaciones de
Acceso Total Extendido.
FACH: Forward Access Channel, Canal de Acceso Directo.
FACCH: Fast Associated Control Channel, Canal de Control Asociado Rápido.
FAC: Final Assembly Code.
FDMA: Frecuency Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Frecuencia.
FPLMTS: Future Public Land Mobile Telecommunication System, Futuro Sistema de
Telecomunicaciones Públicas Terrestres.
FSK: Frecuency Shift Keying, Modelación por Desplazamiento de Frecuencia.
GGSN: Gateway GPRS Support Node, Nodo Pasarela de Soporte GPRS.
GMSC: Gateway MSC, Pasarela MSC.
GPRS: General Packet Radio Service for Mobile Communications, Servicio General por
Radio Paquetes.
GSN: GPRS Support Nodes, Nodo de Soporte GPRS.
GMSK: Gaussian Minumun Shift Keying, Codificación por Desplazamiento Mínimo
Gaussiano.
GSM: Global System for
Comunicaciones Móviles.
Mobile Communications, Sistema Global para las
HLR: Home Location Register, Registro de Localización Principal.
x
HSDPA: High Spedd Downlink Packet Access.
IMEI: International Mobile Susbcriber Identity, Identidad Internacional de Equipo Móvil.
IMSI: International Mobile Subscriber Identity, Identidad Internacional del Abonado a un
Móvil.
IMTS: Sistema de servicio telefónico móvil mejorado.
IMT-2000: International Mobile Telecommunications 20000, Telecomunicaciones Móviles
Internacional 2000.
IP: Internet Protocol, Protocolo de Internet.
Iu: Interfaz entre UTRAN y CN en UMTS.
Iub: Interfaz entre el Nodo B y RNC.
Iu-CS: Iu-Circuit Switching, Iu-Conmutación de Circuitos.
Iu-PS: Iu-Packet Switching, Iu-Conmutación de paquetes.
Iur: Interfaz entre dos RNC.
MAC: Media Access Control, Control de Acceso al Medio.
M-ASK: Multiple Amplitud Shift Keying, Modulación por Desplazamiento de Amplitud
Multisimbólico.
MCS: Modulation Codification Scheme, Esquema de Codificación de Modulación.
MCS-VLR: Centro de Conmutación Móvil.
MMS: Multimedia Messaging Service, Servicio de Mensajes Multimedia.
MTA: Mobile Telephone System, Sistema de Telefonía Móvil.
MTS: Sistema de Servicio Telefónico Móvil.
NTM: Nordic Mobile Telephone System, Sistema Móvil Telefónico Nórdico.
PBCCH: Packet Broadcast Control Channel, Canal de Control de Difusión de Paquetes.
xi
PCH: Paging Channel, Canal de Localización.
PCCCH: Packet Common Control Channel, Canal de Control Común de Paquetes.
PCU: Packet Control Unit, Unidad de Control de Paquetes.
PDC: Personal Digital Comunications, Comunicación Personal Digitalizada.
PDCCH: Packet Dedicated Control Channels, Canales Dedicados de Control de Paquetes.
PLMN: Public Land Mobile Network, Red Móvil Pública.
PIN: Personal Identification Number, Código de Identificación Personal.
PSK: Phase Shift Keying, Modulación por Desplazamiento de Fase.
PTCCH-D: Packet Timing Advance Control Channel, Canal de Control de Avance de
Temporización de Paquetes.
PTCH: Packet Traffic Channels, Canal de Tráfico de Paquetes.
PUK: Personal Unblocking Key, Código Personal de Bloqueo.
QAM: Quadrature Amplitud Modulation, Modulación de Amplitud en Cuadratura.
RACH: Random Access Channel, Canal de Acceso Aleatorio.
RLC: Radio Link Control, Control de Enlace de Radio.
RNC: Radio Network Controller, Controlador de Red de Radio.
Roaming: Significa vagar o rondar. Es la capacidad de un dispositivo para cambiar de un
área de cobertura a otra sin perder conectividad.
SCH: Signaling Channel, Canal de Señalización.
SDCCH: Stand-Alone Dedicated Channel.
SDR: Software Defined Radios, Sistema de Comunicación por Radio.
SGSN: Serving GPRS Support Node, Nodo Servidor de Soporte GPRS.
xii
SIM: Subscriptor Identification Module, Módulo de Identificación de Subscriptor.
SMS: Short Message Service, Servicio de Mensajes Cortos.
SNR: Serial Number.
SSL: Secure Sockets Layer, Seguridad de la Capa de Transporte.
Streaming: Se refiere a la posibilidad de ver o escuchar un archivo directamente en una
página web sin necesidad de descargarlo.
TAC: Type Allocation Code.
TACS: Total Access Comunication System, Sistema de Comunicaciones de Acceso Total.
TCH: Traffic Channel, Canal de Tráfico.
TCP/IP: Transmission Contro Protocol/Internet Protocol, Protocolo de Control de
Transmisión/Protocolo de Internet.
TDMA: Time Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Tiempo.
UDP: User Datagram Protocol, Protocolo de Datagrama del Usuario.
UE: User Terminal, Terminal de Usuario.
UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones.
UMTS: Universal Mobile Telecommunication
Telecomunicaciones Móviles.
Services,
Sistema
Universal
de
USIM: User Services Identify Module, Modulo de Identificación de Servicios de Usuario.
URI: Unión Radiotelegráfica Internacional.
UTRA: UMTS Terrestial Radio Access-Universal Terrestrial Radio Access, Acceso de
Radio Terrestre de UMTS-Acceso Universal Terrestre de Radio.
Uu: Interfaz de Aire de UMTS.
VLR: Visitor Location Register, Registro de Localización de Visitantes.
WAP: Wireless Access Protocol, Protocolo de Acceso Inalámbrico.
xiii
W-CDMA: Wideband Code Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de
Código de Banda Ancha.
Wi-Max: Worldwide Interoperability for Microwave Access, Interoperabilidad Mundial
para Acceso por Microondas.
1G: First Generation of Comunication Mobile Systems, Primera Generación de Sistemas de
Comunicación Móvil.
2G: Second Generation of Comunication Mobile Systems, Segunda Generación de
Sistemas de Comunicación Móvil.
3G: Third Generation of Comunication Mobile Systems, Tercera Generación de Sistemas
de Comunicación Móvil.
4G: Forth Generation of Comunication Mobile Systems, Cuarta Generación de Sistemas de
Comunicación Móvil.
136HS: 136 High Speed, 136 Alta Velocidad.
8-PSK: 8 Phase Shift Keying, Modulación por Desplazamiento de 8 Fases.
xiv
RESUMEN
El principal objetivo de este proyecto es la comparación de los sistemas móviles de
tercera generación con los sistemas de generaciones anteriores y conocer sus beneficios y
perjuicios.
Para poder realizar la comparación de las tecnologías, se tuvo que estudiar las
características fundamentales, arquitectura y servicios brindados por los sistemas de
segunda generación y los sistemas de tercera generación.
Además en el proyecto, se incluye una posible evolución de los sistemas de 2G
hacia los sistemas EDGE y EGPRS, como un camino más económico, brindando muchos
de los servicios que son posibles encontrar en los sistemas de 3 G.
Se llegó a la conclusión que la tercera generación de sistemas de comunicación
móviles, es una tecnología muy versátil en la prestación de diversos servicios a mayores
velocidades, que las de la segunda generación. Lo cual permite brindar mayor variedad de
servicios como las videoconferencias, video en movimiento, capacidad de controlar
cámaras en tiempo real, entre otros. Sin embargo el mayor problema que presenta, es la
necesidad de implementar una nueva arquitectura y la incompatibilidad de los terminales
con los de la 2G, por lo que tanto usuarios como operadoras deben hacer una inversión, si
se quiere contar con esta nueva tecnología.
xv
1
CAPÍTULO 1: Introducción
Los seres humanos siempre han tenido la necesidad de comunicarse, durante
muchos siglos, el único medio de comunicación fue la relación cara a cara. Sin embargo
esto ha ido cambiando con el tiempo ya que el desarrollo de la comunicación del ser
humano esta ligado a los avances tecnológicos. Así, se paso de transmitir un mensaje por
medio de un simple diálogo, hasta la posibilidad de permitir la comunicación a distancia y
de forma veloz con el desarrollo de las telecomunicaciones.
Los sistemas de comunicación móvil se han visto envueltos en un constante
mejoramiento y cambio, por lo que se puede determinar tres generaciones, donde su gama
de aplicaciones ha ido creciendo con el tiempo.
En los años ochenta, se desarrolló la primera generación de sistemas de
comunicación móvil, la cual se concibió con el fin de brindar servicios analógicos de voz,
entre sus tecnologías se tiene a AMPS y TACS.
El gran desarrollo en lo que se refiere a la comunicación inalámbrica se dio con la
introducción de las generación de redes digitales como lo son la segunda generación y la
segunda generación y media, la cual es una segunda generación mejorada, esto llevó a un
aumento en el número de suscriptores y de aplicaciones ya que se incluyó el servicio de
transmisión de datos a bajos volúmenes, la identificación de llamadas, llamada en espera,
2
correos de voz, acceso a Internet, entre otros. Aquí, se destaca las tecnologías TDMA,
GSM y GPRS.
La tercera generación, ofrece además de las aplicaciones de las generaciones
anteriores, servicios de video en movimiento, video conferencia, video chat, controlar
cámaras de seguridad en tiempo real, televisión móvil, acceso rápido a Internet de manera
segura, capacidad para funcionar de forma itinerante a nivel mundial, entre otras, a grandes
volúmenes y a altas velocidades.
1.1 Justificación
En la actualidad, sobretodo en los últimos diez años, los sistemas de comunicación
móvil, representan un área de mayor desarrollo y evolución dentro de las
telecomunicaciones, en especial lo que se refiere a la telefonía celular. Donde, este
crecimiento tiene que ver con el auge de Internet, la globalización y la necesidad de estar
siempre comunicados con el mundo.
Debido al gran avance tecnológico y a los bajos precios en los equipos y en las
tarifas, los sistemas de comunicación móvil, se han convertido en una herramienta esencial
en la vida cotidiana de gente común y de negocios, lo cual ha llevado a que se vuelvan un
producto de consumo masivo y al desarrollo de nuevas redes de comunicación móvil. Ya
2
3
que se les permite a los usuarios comunicarse a través de edificios, ciudades y países en
cualquier momento y lugar manteniendo la continuidad del servicio.
La UIT define al estándar de los sistemas de comunicación móvil de la tercera
generación como IMT-2000, Telecomunicaciones Móviles Internacionales, su nombre se
debe a que este generación debería operar en la banda de frecuencia de los 2000Hz, la
capacidad del sistema debería ser de 2000Kb/s y que en el año 2000 se debió de tener listo
las especificaciones de radio.
Entre los objetivos de IMT-2000 se tiene:
Reservar una porción del espectro común a nivel mundial, mejorando la calidad y
eficiencia.
Posibilitar el intercambio de información en todo el mundo, maximizando la
compatibilidad de las interfases de radio. Así, se prestaron los servicios de más de
una red en cualquier zona de cobertura.
Utilizar terminales de bolsillo a escala mundial.
Mejorar los niveles de calidad, en comparación con los de una red fija.
Introducir una nueva tecnología que permita ofrecer un costo accesible a miles de
personas en el mundo.
Incorporar de una variedad de servicios nuevos y los de la segunda generación, de
manera que se permita una coexistencia e interconexión en entre ellos.
Calidad de voz comparable con el brindado por los sistemas alámbricos.
3
4
Mejorar la velocidad en la transmisión de datos: 144Kb/s en transmisión de datos
con alta movilidad como en vehículos, 384Kb/s en transmisión de datos con baja
movilidad y hasta 2Mb/s en transmisión de datos fijos.
El estándar IMT-2000 ha permitido el gran desarrollo de la tercera generación ya
que utiliza bandas de frecuencia de 1885MHz a 2025MHz y de 2110MHz a 2200MHz,
apoyándose en las tecnologías de acceso múltiple W-CDMA, Acceso Múltiple por División
de Código de Banda Ancha, y CDMA2000.
Así, con la llegada de la tercera generación lo que se busca es desplegar una nueva
tecnología que de cabida al gran número de usuarios a nivel mundial. Y la razón más
importante es que la nueva tecnología aportará importantes mejoras en flexibilidad y
eficiencia, ofreciendo mayor cantidad de servicios que no necesariamente sean de voz, a un
menor costo. Esto cobra importancia si se considera que el tráfico de voz frente al de datos
en las redes telefónicas está disminuyendo muy rápidamente.
Al incorporar el Protocolo de Internet, IP, se envía la información en paquetes o
datagramas, permite una mayor velocidad de acceso y es orientado a la no conexión para
que no se sature la red. Además puede seleccionar la mejor ruta, para el envío de los
paquetes, mediante algoritmos que se basan en la calidad o velocidad del canal. Presenta la
ventaja de que el usuario solo pagará en función de lo que descargue. Es apto para
4
5
aplicaciones multimedia de voz, transferencia de documentos e imágenes, video de alta
definición, entre otros.
Sin embargo el uso del IP, no solo trae ventajas, ya que la no conexión presenta la
desventaja de que al seguir rutas diferentes para el envío de los paquetes, puede que el
paquete de información no llegue, se duplique, se dañe o desordene, ya que utiliza como
protocolo de transporte el UDP para la tercera generación. El IP es un protocolo que no
cuenta con mucha seguridad.
La futura generación de sistemas de comunicación móvil, conocida como cuarta
generación, pretende ser un complemento de la tercera generación. Se basará en el
protocolo TCP/IP, Protocolo de Control de Transmisión, el cual a diferencia de IP con
protocolo de transporte UDP, cuenta con mayor seguridad ya que TCP es un protocolo
orientado a la conexión y fiabilidad que garantiza entregar los datos y no alterarlos, sin
embargo es más difícil de configurar que IP. Las velocidades de transmisión de datos serán
de 100Mb/s en alto movimiento como vehículos y 1Gb/s en bajo movimiento. Los
dispositivos de 4G, necesitarán memorias con un rango de 20Gb a 100Gb y se brindarán
servicios de videoteléfono, teléfono, navegador de Internet, videocámara, cámara y
descarga de películas en poco tiempo, entre otros.
El enfoque de esta investigación se dirige hacia el estudio de la primera y segunda
generación de sistemas de comunicación móvil para conocer su evolución hacia la tercera
5
6
generación, y poder comparar las ventajas, desventajas y servicios ofrecidos por cada
generación con respecto a las otras. Esto, sin dejar de lado la cuarta generación, para poder
conocer los nuevos servicios y mejoras.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo general
•
Realizar un estudio comparativo del sistema de comunicaciones móviles de tercera
generación con respecto a los sistemas de generaciones anteriores y su evolución, para
determinar los beneficios y perjuicios para el usuario.
1.2.2 Objetivos específicos
•
Investigar acerca de la evolución histórica de los sistemas de comunicaciones móviles.
•
Estudiar las partes constitutivas y el funcionamiento general de un sistema de
comunicación móvil.
•
Conocer las características fundamentales, la arquitectura y los servicios asociados del
sistema de comunicaciones móvil de segunda generación (GSM) y de segunda y media
(GPRS).
•
Investigar las características fundamentales, la arquitectura y los servicios asociados del
sistema de comunicaciones móvil de tercera generación.
6
7
•
Realizar un estudio comparativo entre los sistemas móviles de tercera generación y las
generaciones anteriores y determinar los beneficios y perjuicios en el funcionamiento y
en los servicios ofrecidos a los usuarios.
•
Estudiar la evolución de los sistemas móviles de 2 y 2.5 generación hacia los sistemas
EDGE y EGPRS y determinar la conveniencia de continuar con este desarrollo en
comparación con el sistema de tercera generación.
•
Efectuar una investigación acerca de las perspectivas del sistema móvil de cuarta
generación.
1.3 Metodología
La metodología a usar para el desarrollo del tema será:
Delimitación del objetivo principal y de los objetivos específicos.
Investigación y análisis de proyectos de graduación realizados anteriormente, libros,
revistas y páginas Web.
Recopilación de información acerca de la evolución, características, arquitectura,
servicios de las diferentes generaciones. Para ello se utilizará las fuentes mencionadas
en el punto anterior.
Redacción de la base teórica.
Determinación de los beneficios y perjuicios
en el funcionamiento y servicios
brindados por las tres generaciones de los sistemas de comunicaciones móviles.
7
8
Comparación de las distintas generaciones de los sistemas de comunicación móvil,
mediante el uso de tablas y redacción.
Redacción de las conclusiones y resultados obtenidos.
Revisión general del trabajo.
Elaboración de la presentación.
Presentación del trabajo ante el profesor guía y los lectores.
8
9
CAPÍTULO 2:
Aspectos
generales
de
los
sistemas
de
comunicación móvil.
2.1 Historia de los sistemas de comunicación móvil
En 1793, en Francia se nombra a Claude Chappe ingeniero telegrafista y se aprueba
la construcción de la línea telegráfica óptica, con una longitud de 230 Km., sin embargo es
hasta 1794 cuando se envía el primer mensaje, lo cual llevó al desarrollo de este sistema en
otros países.
Con las primeras pruebas de Schiling y Morse, en 1837 se logró el funcionamiento
del telégrafo eléctrico, lo cual llevo a la sustitución del telégrafo de Chappe.
Así, en 1876 se hicieron los primeros desarrollos de la telefonía eléctrica, con
Alexander Graham Bell y en 1880 con la invención del radio por Nikola Tesla, el cual se
presentó por Guglielmo Marconi en 1894, cuando se empezó a usar por primera vez. Así,
con estos inventos y con la postulación de las ondas electromagnéticas por James Maxwell
y la demostración de su existencia por Heinrich Hertz, se abre el camino a las
telecomunicaciones, por lo que en 1896 se le concede a Marconi la primera patente de
comunicación inalámbrica. Sin embargo se consideró al teléfono un juguete ya que se creía
que el telégrafo era suficiente.
9
En la época predecesora a los teléfonos celulares, la gente que realmente necesitaba
comunicación móvil tenía que confiar en el uso de radioteléfonos en sus vehículos, en este
sistema sólo se contaba con una antena central en cada ciudad y con pocos canales, por lo
que la cantidad de usuarios era limitada.
El primer sistema de radiotelefonía móvil se puso en funcionamiento en los
vehículos policiales de Detroit, Estados Unidos, en 1921. Este sistema era privado, operaba
en la banda de los 2MHz, unidireccional y se utilizaba modulación AM. Con el tiempo se
logró desarrollar dicho sistema hasta lograr que fuese bidireccional, el cual se utilizó por
los bomberos.
En 1932 se creó la UIT la cual buscaba armonizar el sector de la
telecomunicaciones de esa época, para ellos se contaba con miembros que eran reguladores,
operadores, fabricantes, desarrolladores e instituciones financieras. EL 3 de setiembre, en
una reunión con la URI se logra definir a las telecomunicaciones como "Telecomunicación
es toda transmisión, emisión o recepción, de signos, señales, escritos, imágenes, sonidos o
informaciones de cualquier naturaleza por hilo, radioelectricidad, medios ópticos u otros
sistemas electromagnéticos". [11]
Durante la Segunda Guerra Mundial, se introdujeron varios sistemas de
comunicación móvil ya que se veía que era necesaria la comunicación a distancia con
departamentos del gobierno, industrias, sistemas de transporte, entre otros, es por eso que la
compañía Motorola creó un equipo llamado Handie Talkie H12-16, que es un equipo que
permite el contacto con las tropas vía ondas de radio el cual no superaba más de 600 Khz.
En los años cuarenta, se desarrolló la modulación FM, lo cual mejoró la calidad de
las comunicaciones, se instalaron nuevos servicios comerciales en las bandas de los 33MHz
y 150MHz, se empezó a brindar el servicio de comunicaciones móviles en Missouri. Sin
embargo, a pesar de los grandes avances, las conexiones tardaban tiempo en realizarse y los
usuarios debían buscar un canal libre para poder hablar, de forma manual. El primer
sistema de telefonía móvil se utiliza por la policía sueca en 1946, este teléfono no es muy
práctico ya que sólo fue capaz de hacer 6 llamadas telefónicas antes de que la batería del
coche se agotara por completo. Al año siguiente, DH Ring de los Laboratorios Bell propuso
la creación de células hexagonales para teléfonos móviles y torres de celulares para que
transmitan y reciben señales en tres direcciones.
Poco a poco empieza la señalización digital, la búsqueda de canales libres deja pasa
de ser manual a automática, se tienen nuevos sistemas en la banda de los 150MHz y se
desarrolla el MTA, el sistema de telefonía móvil, por Eriksson, en 1950. Sin embargo este
teléfono pesaba más de 80 libras y aunque con el tiempo se crearon teléfonos con un peso
alrededor de 20 libras, aun eran ineficaces para ser considerados dispositivos portátiles.
Otro problema que se presentó es que el usuario debía mantenerse en una sola célula para
mantener la continuidad en la comunicación, por ello. En 1970, Edward Joel Amos,
ingeniero de Laboratorios Bell, desarrolló el sistema de handoff.
En los años setenta las redes privadas, que eran solo para policías, bomberos,
ambulancias, entre otros, empiezan a funcionar para el público en general. Unas de las
primeros sistemas de redes móviles publicas fue el IMTS, el cual se dio en Estados Unidos
y era un sistema analógico con una cobertura de 50Km de radio, así en 1978, en Chicago,
se instaló el primer sistema comercial AMPS, el cual se encontraba en su fase experimental.
Al año siguiente, en la compañía NTT en Tokio, Japón, se da el nacimiento del primer
sistema celular del mundo.
Con el tiempo se fue haciendo más accesible al público la telefonía celular, hasta el
punto de que cualquier persona normal pudiese adquirir uno. En 1981, los países nórdicos
pusieron en operación comercial el NMT-450, el cual operaba en la banda de 450MHz y se
había desarrollado desde mediados de los setenta. Este sistema se fue desarrollando en el
resto de Europa, en el Reino Unido se creo TACS, el cual es una versión del sistema
americano AMPS. En 1983 se puso en operación AMPS en la banda de los 800MHz, en la
ciudad de Chicago, el cual se basaba en la reutilización de frecuencias que permitió
aumentar el número de canales y de usuarios.
La mayoría de los teléfonos celulares no fueron hechos para ser llevado en la mano,
ya que se hicieron para instalación permanente en el coche, también hubo modelos para
bolsas y maletines con grandes baterías para poder hacer llamadas. Por ello, el ingeniero
Rudy Krolopp creo el Motorola DynaTac8000X, en el cual se invirtió 15 años de
investigación con un costo de $100millones. Este teléfono tenía un peso de 1kg, rendía solo
1 hora, costaba $4000 y por su forma se le conocía como el ladrillo. Se presentó en 1984
haciendo a los teléfonos portátiles y a Rudy Krolopp y Martin Cooper los propietarios de la
patente original. A Martin Cooper se le considera el padre de la telefonía celular.
Hasta este momento, todos los sistemas desarrollados eran analógicos y no se tenía
compatibilidad entre ellos, por lo que la CEPT creó un grupo llamado GSM, Grupo
Especial Móvil. Este grupo debía encargarse de desarrollar un sistema que permitiera la
compatibilidad de los sistemas, aumentar el número de usuarios e implementar nuevas y
viejas tecnologías, así con la llegada de los años noventa se empezó a implementar la
modulación digital y marcando el inicio de una nueva generación.
A través de la historia se le han hecho mejoras a los sistemas de comunicación
móvil, por lo que se pueden separar sus avances en diferentes generaciones. En la Fig. 2.1
se muestra un cuadro de la evolución de los sistemas de comunicación móvil.
2.1.1
Primera Generación
La primera generación inicio en 1980 en los países asiáticos. Se caracterizó por ser
una generación analógica ya que solo se permite la transmisión de voz, se utilizaba la
tecnología de acceso múltiple FDMA, se podía operar a frecuencias de 450MHz o
900MHz, se contaba con un número de 666 canales y no se disponía de seguridad. Los
dispositivos móviles eran muy pesados y de gran tamaño, debido a que tenían que realizar
una emisión de gran potencia para poder lograr una comunicación sin cortes ni
interferencias. La calidad de los enlaces era muy baja, la transferencia entre celdas era muy
imprecisa ya que contaban con una baja capacidad. Se tenia una capacidad máxima de
usuarios de 300000 con un costo de aproximadamente $150 al mes. La tecnología
predominante de esta generación es AMPS en Estados Unidos, TACS en el Reino Unido,
JMPS en Japón y ETACS en Europa.
2.1.2
Segunda Generación
La segunda generación inició en 1990 en Europa. Se caracteriza por dar inicio
con las generaciones de telefonía celular digital, se utiliza empieza a usar la tecnología
TDMA o una combinación de ella con FDMA, las velocidades de información por voz
son más altas pero limitados en comunicación de datos y se cuenta con diferentes
niveles de encriptación para la seguridad. Los dispositivos móviles son más pequeños
que los de la primera generación y pesan de 100 a 200 gramos, son los dispositivos
verdaderamente portátiles y que no necesitan una gran batería Las tecnologías
predominantes de esta generación son GSM, IS-136 o también llamado D-AMPS y
PDC, estas tecnologías son diseñadas y optimizadas para un segmento especifico del
mercado. Además se brindan servicios de datos, fax, SMS y WAP.
2.1.3 Tercera Generación
La tercera generación inicio en el 2001 en Japón, en Europa se le conoce como
UMTS. Se caracteriza por utilizar la tecnología de acceso múltiple CDMA por brindar
servicios de voz y datos, acceso rápido a Internet, aplicaciones multimedia, video en
movimiento, videoconferencia. Utiliza bandas de frecuencia de 1885 a 2025MHZ y 2110 a
2200MHZ, con velocidades de transmisión de datos de 2 Mbits en interiores y 384 kbits
para uso al aire libre. La tercera generación y medio es la HSDPA, la cual cuenta con una
banda de frecuencia de 5GHz.
Figura 2. 1 Evolución de los sistemas de comunicación móvil.
2.2 Funcionamiento general y arquitectura de las redes de comunicación
móvil.
Para que un sistema celular cubra un cierto sector, se divide el sector a cubrir en un
conjunto de sectores de menor tamaño, en forma de polígonos, los cuales se conocen con el
nombre de células o celdas. Cada célula es típicamente de un tamaño de 26Km².
Esta división en celdas se debe a que las señales de radio, a las frecuencias usadas
para los sistemas de comunicación móvil, viajan solamente unos cuantos kilómetros desde
el punto que fueron transmitidos, en distancias más o menos iguales en todas las
direcciones, el diseño de la red debe cubrir un área amplia, de manera de que las señales
lleguen a los transmisores. Esto también permite utilizar de manera eficiente el espectro
disponible, ya que cuando se realice una conversación, consumirá una cierta cantidad de
espectro mientras dura la llamada, cuando el subscriptor se aleja de la primera celda, la
señal de radio se debilitará y la misma porción del espectro puede ser reutilizada en otra
celda sin interferir una con otra. Así al dividir la zona a cubrir en un número de pequeñas
celdas se incrementa el número de usuarios que pueden hacer llamadas en todo el territorio.
Esto, dio origen al nombre de celulares.
Cada célula esta compuesta por una estación base cuya función primordial es la de
transmitir y recibir señales permitiendo a los usuarios que se encuentran dentro del área de
cobertura tener acceso a la red celular.
La distribución de las células tiene que hacerse de manera que se cubra, en la
medida de los posible todo el área objetivo sin dejar áreas no cubiertas y evitando áreas que
sean cubiertas por más de una célula, formando solapes.
El modelo más difundido es el de una célula en forma de hexágono ya que permite
cubrir un área mayor con un número menor de estaciones base y con menor número de
celdas se puede cubrir sin formar solapes en la zona de servicio. Las estaciones base de
cada celda pueden colocarse en el centro o en la esquina de los hexágonos. La utilización
de estaciones base en el centro de la celda es útil cuando se usan en ciudades pequeñas
porque son más económicas sin embargo, en ciudades grandes, la utilización de estaciones
base en las esquinas es más apropiado porque esto permite tener diversidad y menor
interferencia entre canales de la misma frecuencia. También se pueden utilizar celdas
circulares, cuadrantes o rectangulares. El problema que se tiene en estos otros modelos es
que en la práctica nunca se pueden cumplir, ya sea por las características topográficas del
terreno o construcciones que podrían alterar la cobertura, haciendo que los modelos se
deformen y no cubran la totalidad del área.
A cada celda se le asigna un número fijo de canales. Puesto que cada estación base
cubre solo una celda, el grupo de canales asignado a cada celda puede usarse en otra celda
cuando están separados por una distancia adecuada. En lugar de cubrir el área total
mediante un transmisor de gran potencia y situado a una gran elevación, se puede
proporcionar el servicio mediante varios transmisores de potencia baja, distribuidos de
manera adecuada en toda el área. Esto permite un gran incremento en la capacidad del
sistema. Aumentando la distancia entre las células con la misma frecuencia se reduce la
interferencia entre los canales. Cada celda en un sistema utiliza un sétimo de los canales de
voz disponibles, así cada celda va a tener un grupo único de frecuencias evitando las
interferencias entre células adyacentes.
La ventaja en el uso de transmisores de bajo poder radica en el consumo de energía
del teléfono, ya que este opera con baterías, lo cual permite el uso de baterías pequeñas y el
uso de teléfonos que caben en la mano. A su vez aumenta en forma considerable el tiempo
en que se puede usar el teléfono entre carga y carga de la batería.
En la arquitectura se consideran tres partes principales que son:
o Terminal Móvil, MS.
o Subsistema de Estación Base, BS.
o Subsistema de Conmutación y Gestión, MSC.
2.2.1
Terminal Móvil
El terminal móvil del usuario puede ser un teléfono celular, un asistente personal
digital, la computadora personal, entre otros dispositivos, cuya función es de servir de
interfaz entre la persona que desea transmitir información en cualquier tipo de formato
como por ejemplo la transmisión de voz o datos a la red, suministrando el servicio en
cualquier en cualquier lugar e instante, permitiendo la total movilidad del usuario y con
servicios de seguridad. Se comunica con la antena transmisora por medio del acceso a la
interfaz de aire que le permite tener el acceso a los servicios de la red, con limitaciones en
el alcance de la señal que transmite. El terminal móvil actúa en modo emisor, receptor o
ambos. Las partes de un teléfono celular son:
Pantalla de cristal liquido
Circuito integrado
Teclado pequeño
Micrófono
Bocina
Batería
Antena
2.2.2
Subsistema de Estación Base
El subsistema de estación base se representa como una torre con antenas y es el
elemento final en el camino de las señales de radio. Se suelen separan entre 1 a 3 Km. en
zonas urbanas y hasta 35Km en zonas rurales. Se divide en:
•
Sistema Transmisor y Receptor Base, BTS.
•
Controlador de Estaciones Base, BSC.
El sistema transmisor y receptor base se compone de uno o más transmisores y
receptores según el número de estos y del tipo de servicio de manera de que se asegure una
total cobertura en cierta área geográfica, encargados de terminar el camino de la señal de
radio del lado de la red, manteniendo el enlace radioeléctrico entre la terminal móvil y la
estación de control de servicio durante la comunicación. Se puede localizador junto a una o
varias estaciones controladoras o estar de manera independiente. Se comunican con el
centro de conmutación y gestión mediante el enlace descendente o inverso, en que la señal
va del BTS al MS o por el enlace ascendente o reverso, el cual es del MS al BTS.
El controlador de estaciones base se encarga de controlador y administrador del
sistema de uno o varios sistemas transmisores-receptores, para que su información se
encamine de manera apropiada, intercambia información con ellos y con el centro de
conmutación y gestión. También se encarga de asignar estaciones base de un sector dentro
de un área de cobertura a las terminales móviles que se desplazan por el sector y el handoff.
3.3.4
Centro de Conmutación y Gestión
El centro de conmutación y gestión se compone de un conjunto de equipos de
conmutación y bases de datos para que se de el enrutamiento, conmutación de los circuitos
y paquetes y para poder manejar las bases de datos del sistema y la facturación. Sirven a un
conjunto de sistemas de estaciones base y se debe estar interconectado a equipos de
verificación de usuarios y a otros centros de conmutación, y a una base de datos en la que
se tenga la ubicación de los usuarios. Además, se encarga de transferir llamadas entre
equipos de la misma red celular o bien de servir de puente para la comunicación de los
móviles con otras redes, gracias a su conexión entre la red de telefonía publica conmutada
con las otras redes de conmutación móviles.
Además de las tres partes principales, las cuales se mencionaron anteriormente, se
tienen los siguientes registros:
Registro de Ubicación Local, HLR.
Registro de Ubicación Visitada, VLR.
Centro de Autenticación, AC.
Registro de Identidad de Equipos, EIR.
El registro de ubicación local se encarga de administrar a las terminales móviles
manteniendo toda la información concerniente a ellos. Puede estar localizado junto a un
centro de conmutación y gestión o de manera independiente.
El registro de ubicación visitada se encarga de almacenar toda la información de los
terminales móviles visitantes, la cual obtenida por medio del HLR del usuario cuando este
está ubicado en una área de servicio cubierta por un MSC.
El centro de autenticación autentica o encripta la información asociada con un
usuario individual y se puede ubicar dentro de un HLR.
El registro de identidad de equipos provee la información sobre la estación móvil
para efectos de registro y se puede localizador dentro de un MSC o de manera
independiente.
2.3 Tecnologías de Acceso Múltiple
Se ha visto la necesidad de investigar en nuevas tecnologías para transmitir
información a las redes de manera de que se pueda incrementar el número de usuarios en un
limitado ancho de banda. De esta forma, es que se introduce la idea del acceso múltiple
para que más de un usuario pueda usar una celda en un tiempo específico y de que la
estación base, de la celda, distinga la señal de su propio transmisor de la señal de otros
transmisores para que no haya interferencias. Las principales tecnologías de acceso
múltiple son:
FDMA, Acceso Múltiple por División de Frecuencia.
TDMA, Acceso Múltiple por División de Tiempo.
CDMA, Acceso Múltiple por Diferenciación de Códigos.
GDMA, Acceso Múltiple por División Geográfica.
La diferencia entre las tecnologías radica en el uso de códigos únicos, frecuencia,
tiempo o división geográfica. A pesar de que las tecnologías de se distinguen por usarse
según la modulación empleada, es común que se use una combinación de ellas. A
continuación se explicará el funcionamiento de cada una de las tecnologías, las cuales se
muestran en la Fig. 2.2.
2.3.1
FDMA
La tecnología de acceso múltiple por división de frecuencias, FDMA, se remonta al
año de 1900 y es mayormente utilizada para la transmisión analógica, aun cuando es capaz
de transmitir información digital no es recomendada para ello. Se basa en la separación del
espectro en distintos canales de menor ancho, uniformes y con una frecuencia central, la
cual es diferente a la de las celdas cercanas. Así cada usuario es asignado a un canal, o sea,
a una banda de frecuencia especifica para que desarrolle su comunicación, durante este
tiempo dicha frecuencia no podrá ser usada por nadie más. De este modo, los usuarios
transmiten al mismo tiempo pero en frecuencias distintas. La cantidad de usuarios que
pueden situarse en una banda es limitada.
2.3.2
TDMA
La tecnología acceso múltiple por división de tiempo, TDMA, se aplica a señales
digitales. Su funcionamiento se basa en el acceso por selección, el espectro es dividido en
frecuencia y tiempo, o sea, lo divide en diferentes canales con un ancho de banda
determinado tal y como lo hace FDMA, pero a su vez también los divide en subcanales, los
cuales son porciones de tiempo. Así cada canal es compartido por varios usuarios en el
tiempo, donde cada usuario tiene un periodo de tiempo para comunicarse con el sistema y
solamente una persona esta realmente usando el canal en cualquier momento dado, ya que
aunque se de la apariencia de que la persona tienen el recurso asignado siempre para ella,
en realidad es que el recurso se va alternando entre varios a una velocidad alta como para
que el efecto pase desapercibido. Con esta tecnología se logra multiplicar el número de
usuarios simultáneos con respecto a FDMA, ya que tiene tres veces la capacidad de un
sistema analógico. Se utiliza en los sistemas de comunicación móvil de segunda
generación. Se utiliza principalmente en América, Nueva Zelanda y en la región Pacifico de
Asia.
2.3.3
CDMA
La tecnología acceso múltiple por diferenciación de códigos, CDMA, es una
tecnología digital, más compleja y ofrece una alternativa eficiente para el uso del espectro
disponible. Se utiliza en los sistemas móviles de tercera generación. Se usó por mucho
tiempo, en 1940, en aplicaciones militares en Estados Unidos, ya que cuenta con un alto
grado de seguridad para permitir una comunicación que no pudiera ser bloqueada o
descifrada por el enemigo y en 1992 se comercializó como IS-95 CDMA. Se basa en el
espectro extendido y en la intención de asemejar la señal con el ruido del entorno. Asigna a
todos los usuarios todo el espectro durante todo el tiempo disponible permitiendo transmitir
en la misma frecuencia y al mismo tiempo, contando con una gran ancho de banda para
mejorar la velocidad en la transmisión de datos, los cuales se transmiten con niveles de
potencia bajos para evitar la interferencia entre ellos mismos, pero para ello se deben
asignar códigos de secuencia únicos para poder distinguir a los usuarios.
Existen dos técnicas de espectro extendido:
1. Salteo de frecuencia: en una señal de banda angosta, la información sigue un patrón
de saltos de una frecuencia a otra sin tener una localización fija dentro del espectro.
En teoría este cambio de frecuencias es aleatorio, pero siempre viene marcado por
secuencias seudo aleatorias, así un receptor no autorizado no podrá ser capaz de
recibir una señal correcta o incluso no darse cuenta de ella.
2. Secuencia directa: los datos a transmitir se deben codificar multiplicándose por un
código repetitivo de 1s y 0s, este patrón es seudo aleatorio y se conoce como código
de seudo ruido.
Figura 2. 2. Tecnologías de acceso FDMA, TDMA y CDMA.
2.3.4
GDMA
La tecnología de acceso múltiple por división geográfica, GDMA, se considera
dentro de lo que se conoce como planificación celular. Su funcionamiento se basa en la
utilización de canales en determinados lugares geográficos buscando relacionar parejas de
frecuencias con localizaciones geográficas, así cada pareja de células se podrá usar al
mismo tiempo en células bastante separadas.
2.4 Modulación
La modulación consiste en transportar información sobre una señal portadora
modificando alguno de sus parámetros según las características de la señal moduladora,
para tener control sobre la portadora. Los parámetros que se varían son la fase, frecuencia o
amplitud. Con la modulación se busca la reutilización del medio de transmisión para
permitir la comunicación simultanea de muchos usuarios mediante el uso del interfaz de
aire, la adaptación de la señal al medio en la transmisión de dicha señal ya que estas
presentan diversas características según la frecuencia y entorno y también se quiere crear
formas de señales con mejores velocidades y robustez en la propagación.
Existen tipos de modulación analógica como AM, FM y PM, en los cuales se busca
modificar la amplitud, frecuencia y fase respectivamente de la portadora y modulación
digital, en donde la señal analógica es convertida en código binario y luego transmitida. Las
modulaciones están ligadas con las tecnologías de acceso múltiple utilizadas.
En los sistemas de comunicación móvil se empezaron a introducir tecnologías
digitales, con la llegada de la segunda generación, ya el sistema analógico tiene limitación
en cuanto al número de canales disponibles para ser usado por los usuarios, y como se
mencionó antes, la capacidad de la tecnología TDMA es triple con respecto a FDMA, la
cual es una tecnología analógica.
2.4.1
Modulación Digital
Entre las modulaciones analógicas se tiene a ASK, donde al igual que en la
modulación analógica AM, se busca modificar la amplitud de la portadora, pero en este
caso la señal moduladora es digital y usa los valores discretos, generalmente 0 y 1. Dentro
de la modulación ASK existen variaciones como M-ASK, la cual no solo usa al 0 y 1, sino
que se tienen múltiples niveles. Y también se tiene al QAM cuyo objetivo se centra en la
combinación de dos señales, una en fase y otra en cuadratura, de manera de que se pueda
asignar una amplitud distinta a cada señal para variarla entre varios valores discretos.
El FSK y PSK mantienen la idea de la modulación analógica FM y PM
respectivamente, pero al igual que con ASK la señal moduladora es digital. En estas
modulaciones también se dan variaciones que usan más de dos valores discretos. En la
modulación PSK se le asigna un cambio de fase a cada valor binario, en el caso de un PSK
binario, llamado BPSK, solo se tiene el 0 y 1 a los cuales solo se les asigna un cambio de
fase de 0º y 180º.
2.5 Handover, Handoff
El handoff es un mecanismo utilizado en comunicaciones móviles celulares para
transferir una comunicación de un canal de una célula a un nuevo canal, en la misma célula
o en otra, cuando la calidad del enlace es insuficiente o el servicio se podría perder.
El traspaso de canal puede ser decidido por el sistema, por el móvil o por ambos y
así se garantiza la continuidad del servicio sin que el usuario se percate del cambio de una
célula a otra.
Existen dos motivos por los que se da el handoff:
o Si la potencia y la calidad de la señal recibida se encuentran por debajo de un
determinado valor. A medida que el teléfono se mueva en la célula, la estación base
notará que la fuerza de la señal disminuye, mientras, la estación base de la célula
hacia la que se está moviendo nota que la señal se hace más fuerte. Las dos
estaciones base se coordinan a través del centro de conmutación y gestión, como se
muestra en la Fig.2.3, y en algún punto el móvil obtiene una señal que le indica que
cambie de frecuencia. En caso de que el teléfono no puede hallar canales
disponibles en la célula, se mostrará un mensaje indicando que se encuentra sin
servicio.
o Si la estación base se encuentra sobrecargada y necesita liberar recursos.
El handoff puede ser un traspaso duro o blando:
•
Handoff
blando: el teléfono permanece conectado al mismo tiempo al canal
anterior y al nuevo hasta que el sistema determina que ha avanzado lo suficiente
dentro de la nueva célula como para que la intensidad de la señal sea la necesaria,
desconectando al teléfono del canal anterior.
•
Handoff duro: el teléfono permanece desconectado por un tiempo al cambiar del
canal anterior al nuevo. No hay un periodo de transición en el que el teléfono está
conectado a ambos canales y se puede dar una perdida de información.
Figura 2. 3. Handoff, Handover.
2.6 Roaming
El roaming es la capacidad de cambiar de un área de cobertura a otra sin
interrupción en el servicio o en la conexión. Permite a los usuarios seguir utilizando sus
servicios de red inalámbrica cuando viajan fuera de la zona geográfica en la que contrataron
el servicio y facilita la facturación en un punto único, sin importar de donde se haya
originado o recibido la llamada. De esta forma, el móvil recibe identificación que le permite
detectar si los servicios que se le brindan son los de su operador. En la Fig.2.4 se muestra
un ejemplo de roaming a través de diferentes países.
Figura 2. 4. Roaming.
2.7 Reutilización de Frecuencias
Se tiene divida la red telefónica celular en un conjunto de células o celdas, lo cual
permite que los usuarios puedan usar los teléfonos al mismo tiempo debido a la
reutilización de frecuencias, ya que estas frecuencias de radio son limitadas. Así, se asignan
frecuencias a un conjunto de células de manera de que no hay interferencia entre ellas y
estas frecuencias pueden ser usada en un área diferente, que se encuentra a una distancia
adecuada, para una transmisión completamente diferente.
Figura 2. 5. Conjunto de celdas o células.
Como se muestra en la Fig.2.5, las frecuencias se asignan según los números que
aparecen en las celdas y estas frecuencias se podrán reutilizar en otra área, lo cual
aumentara la capacidad del sistema en cuanto al número de usuarios, ya que hace un uso
eficiente del espectro, y disminuye las interferencias.
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CAPÍTULO 3: Segunda, Tercera y Cuarta Generación de
Sistemas de Comunicación Móvil.
3.1 Red GSM
En 1982, la Conferencia Europea de Correos y Telégrafos, creó el Grupo Especial
Móvil, con el objetivo de desarrollar las especificaciones para un sistema de comunicación
móvil, el cual fuese capaz de ser digital, permitiese roaming y una fácil conexión con redes
fijas.
Así, se creó el Sistema de Comunicación Móvil Global, GSM, el cual fue adoptado
por varios países europeos. GSM pertenece a lo que se conoce como segunda generación de
sistemas de comunicación móvil, ya que permite una comunicación totalmente digital.
En la actualidad, este sistema se encuentra disponible en más de 203 países
alrededor del mundo.
3.2 Características de la Red GSM
Mediante la interfaz aérea se permite la comunicación mediante radiofrecuencia a la
terminal móvil con las estaciones base transmisoras. Las redes GSM tienen la capacidad de
trabajar en tres tipos de frecuencias principales que son: 900MHz, 1800MHz y 1900MHz.
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El sistema GSM de 900 utiliza las frecuencias de 890-915MHz para transmitir de la
terminal a la red y la de 935-960MHz para llevar información de la red a la terminal, el
sistema GSM de 1800MHz utiliza las frecuencias de 1710-1785MHz para transmitir de la
terminal a la red y de 1805-1880MHz para transmitir de la red a la terminal y por último el
sistema GSM de 1900MHZ utiliza las frecuencias de 1850-1910MHZ y 1930-1990MHZ
para transmitir del móvil a la red y de la red al móvil respectivamente.
El sistema proporciona un cierto número de canales lógicos como los canales de
tráfico, TCH, para llevar información de voz y datos al usuario, y los de señalización, SCH.
Dentro de los canales de señalización se tiene el canal de control común, BCCH, que se usa
como guía para el terminal móvil cercano, el canal de control asociado, ACCH, para llevar
mensajes y señalizaciones al usuario; al igual que el canal de control automático dedicado,
SDCCH, también se tiene el canal de control común, CCCH, para asignar los canales de
señalización de usuarios, recibir contestaciones de usuarios, etc.
El método de múltiple acceso utilizado es una combinación de FDMA y TDMA, lo
cual permite la división de las frecuencias del ancho de banda, 25MHz, en 125 canales con
un ancho de 200KHz, que luego vuelven a ser divididas, pero ahora en tiempo. Tienen una
capacidad de transmisión de alrededor de 270Kbits/s. Este esquema se basa en 8 ranuras o
canales de tiempo por portadora, se utiliza una ranura para la recepción y otra para la
emisión, esto para que el terminal móvil no transmita y reciba a la vez. Con las diferentes
ranuras de tiempo se pueden formar marcos de datos y de estos, estructuras más grandes
E
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llamadas hipermarcos con una duración de 12533.76s. Los hipermarcos, a su vez, se
dividen en 2048 supermarcos, los cuales tienen una duración de 6.12s. Mientras que los
supermarcos se dividen en multimarcos, de los que se pueden dividir en 2 tipos: el primer
tipo es de 26 marcos por multimarco, con una duración de 120ms y se usa para transportar
TCH y FACCH; el segundo tipo es de 51marcos por multimarco con una duración de
235.4ms y se utiliza para transportar BCCH, CCCH y SDCCH. Un marco tiene una
duración de 4.62ms y se divide en 8 ranuras de tiempo, cada una de estas ranuras dura
576.9us y es de 156.25bits, a la cantidad de bits se les suele llamar ráfagas. Existen las
ráfagas normales para transportar información, las ráfagas de corrección de frecuencias
para la sincronización de la frecuencia de la terminal móvil, las ráfagas para la
sincronización en el tiempo de la terminal móvil y las ráfagas de acceso aleatorio. En la
Fig. 3.1 se muestra la estructura de la formación de datos.
Para la codificación de la voz, se utiliza la modulación GSMK, la cual es un tipo de
modulación digital de fase, que representa la transmisión de un cero o un uno por un
cambio de fase.
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Figura 3. 1. Estructura de la formación de datos.
3.3 Arquitectura de la Red GSM
La arquitectura de un sistema GSM no difiere en mucho de la arquitectura genérica
de una red celular. En la Fig. 3.2, se muestran los componentes de una red GSM, las cuales
se explicarán a continuación.
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Figura 3. 2. Componentes de la arquitectura GSM.
3.3.1 Terminal Móvil, MS
Se trata de un dispositivo digital portátil el cual le permite al usuario conectarse con
la red mediante una interfaz de aire y la tarjeta SIM que proporciona el acceso de servicios,
permitiendo la movilidad del usuario e identificación en la red, esto independiente del
dispositivo o localización. Mediante el IMEI, Identidad Internacional de Equipo Móvil, se
identifica cada terminal móvil individualmente.
El IMEI consta de 15 números, los cuales se dividen en 4 partes que son:
♣ Las 6 primeras cifras se denominan TAC, de estas 6 primeras cifras los 2 primeros
dígitos indican el país en donde se obtuvo la tarjeta SIM.
♣ El sétimo y octavo dígito se denominan FAC, para indicar el fabricante del equipo.
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♣ Los siguientes 6 dígitos son el número de serie del dispositivo y se denominan SNR.
♣ El último dígito, se utiliza para verificar el IMEI.
Para proteger la tarjeta SIM, se tiene una identificación secreta llamada IMSI y para
proteger dicha identificación se utilizan 2 códigos que son el PIN y el PUK. El PIN es el
Código de Identificación Personal que consta de 4 dígitos, y se debe marcar cada vez que se
conecta el móvil con el SIM, se tienen 3 oportunidades para marcarlo, en caso de que se
digite mal, la tarjeta se bloquea y para desbloquearlo se debe ingresar el PUK. El PUK es
un código de 8 dígitos y se tiene 10 oportunidades para ingresar su número.
3.3.2 Subsistema de Estación Base, BSS
Está conformado por los transceptores y controladores, los cuales soportan el
interfaz de radio de redes de conmutación. Se encarga de la comunicación con los
terminales móviles por medio. Sus partes son una estación base controladora, BSC y por
cada BSC hay una o varias estaciones base transmisoras, BTS. Así cada BSC controla a una
o varias BTS y las conecta con el subsistema de conmutación de la red, también se encarga
del handoff, del establecimiento de los canales de radio utilizados y de los cambios de
frecuencias. Las BTS albergan el equipo de transmisión y recepción y gestionan los
protocolos de radio con el terminal móvil.
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3.3.3 Subsistema de Conmutación de Red, NSS
Proporciona la conmutación entre el subsistema, junto con las bases de datos
utilizadas para la gestión adicional de la movilidad y de los abonados. Sus partes son el
centro de conmutación de servicios móviles, MSC, los registros de localización principal,
HLR, los registros de localización de visitas, VLR y el subsistema de operaciones, OSS,
para darle mantenimiento y operación a la red.
3.3.4 Centro de Conmutación de la Red, MSC
Es el centro de la red, a través del que se hace la unión entre una llamada realizada
de un móvil hacía las otras redes fijas o móviles. El punto en el que se encuentra posee
además una serie de equipos destinados a controlar varias funciones, como el cobro del
servicio, la seguridad y el envío de mensajes mediante el SMS.
3.3.5
Registros de Localización Principal, HLR
Una red celular puede contener uno o más HLR, lo cual depende del número de
usuarios, de la capacidad del equipo y de la organización de la red. Contiene toda la
información administrativa sobre el cliente del servicio y la localización actual del terminal.
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Permite verificar que un móvil que intente entrar en los servicios de la red, posea un
contrato de servicio válido, en caso positivo envía un mensaje de vuelta al terminal
informándole que está autorizado a utilizar la red. El nombre de la operadora aparece
entonces en pantalla, informando que se puede efectuar y recibir llamadas. Así, todo lo
referente a la administración de la red sucede en este registro.
3.3.6
Registros de Localización de Visitantes, VLR
El VLR contiene información de los usuarios que en un momento dado están
registrados dentro de su zona de influencia y no son sus abonados locales, esta
información se obtiene mediante el HLR. Los datos se conservan mientras el usuario está
dentro de la zona y se eliminan en cuanto abandona la zona o después de un período de
inactividad prolongado. Se tienen datos como la inactividad o actividad del usuario, el
número de identificación, la localización de la terminal móvil que a su vez permite conocer
el BTS que está utilizando la terminal móvil.
3.3.7
Registro de Identidad del Equipo Móvil, EIR
Contiene una o varias bases de datos. Entre ellas se tiene el IMEI de las terminales
móviles, la lista de todos los equipos móviles, el estado del dispositivo como extravío o
hurto.
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3.3.8
Centro de Autenticación, AC
Esta asociado con el HLR. Guarda una identificación por cada uno de los terminales
móviles registrados en el HLR, así se generan datos de seguridad para autenticar el IMSI y
para guardar el código de codificación de la interfaz de aire.
3.4 Servicios de la Red GSM
No todos los servicios ofrecidos por la red se pueden usar en todos las terminales
móviles, a continuación se presentan algunos de los servicios ofrecidos.
→ El servicio de roaming que permite usar el terminal móvil y la tarjeta SIM en varios
países diferentes a donde se contrato el servicio.
→ El servicio de mensajes cortos, SMS, que permite recibir y enviar mensajes de
texto, el cual puede ser palabras, números o una combinación de ambos.
→ Agenda electrónica, según el dispositivo se pueden guardar varios números de
teléfonos
→ Transmisión y recepción de datos y fax con velocidades de hasta 9.6 Kbps.
→ El servicio de acceso a Internet, WAP, el cual es para el uso en terminales móviles.
El protocolo de aplicaciones inalámbricas, WAP, es un estándar que permite el
acceso a contenidos y servicios de Internet a los dispositivos móviles. Con este
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protocolo se les permite a los terminales que utilizan tecnología GSM, acceder a
Internet utilizando el formato WML, en vez de HTML. Así con WAP se permite un
tiempo de acceso real a la información, elementos gráficos de mala calidad y
aplicaciones limitadas
→ Reenvío de llamadas a otro número.
→ Posibilidad de visualizar los costos y créditos, ya que se puede conocer el saldo
disponible o los gastos efectuados. Esto también permite restringir la ejecución de
llamadas en caso de que se haya llegado a un límite fijado por el usuario.
→ Llamada en espera, lo que permite que no se pierda una llamada en caso de que se
este teniendo una conversación, ya que se puede poner a una de las llamadas en
espera mientras que se atiende la otra.
→ Posibilidad de impedir la recepción y transmisión de ciertas llamadas.
→ Llamadas de emergencia, el número 112 puede ser marcado en cualquier red sin
necesidad de la tarjeta SIM o que el teléfono este bloqueado, ya que este número es
el de emergencias internacionales.
→ Buzón de voz, es un servicio de contestadora en caso que no se pueda o quiera
atender la llamada.
→ Desvío de llamadas a un teléfono con otro número o al buzón de voz.
→ Identificación de llamadas, ya que en la pantalla del dispositivo se despliega el
número de la llamada entrante, CLIP.
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→ El servicio de restricción de llamadas para que el número llamante no sea visto por
alguien anónimo, CLIR.
→ Servicio de conferencia o múltiple ya que se da la posibilidad de que varios
usuarios hablen entre sí al mismo tiempo.
3.5 Red GPRS
El servicio general de paquetes por radio, GPRS, o segunda y media generación,
2.5G, es una mejora que se le da a las redes GSM para incorporar nuevos canales de
transmisión de datos en la interfaz de aire, cambios en las BTS para poder diferenciar
tráfico de conmutación de circuitos y de paquetes e incorpora nuevos nodos para el manejo
y transporte de paquetes, de manera que permita un mejor encaminamiento de los datos.
Esto se busca hacer con la 2.5G, ya que con la 2G se buscaba la necesidad de dotar
a los sistemas de mayor capacidad para la transferencia de datos a mayores tasas, sin que se
provocaran grandes cambios en la estructura de la red. El inconveniente en el implementar
una red GPRS sobre la arquitectura de GSM, es que la red GSM está optimizada para la
transmisión de voz.
Los objetivos de la concepción de GPRS son:
El usuario que use este sistema se mantendrá siempre conectado. Con esto el
usuario puede acceder a los servicios de transmisión de datos en el momento que lo
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desee, sin necesidad de iniciar una sesión, lo que permite dar un uso más eficiente a
los recursos disponibles. Así, la transferencia de datos de se cobra por el volumen
de datos descargados y no por el tiempo de conexión.
Ser parte integral de la tercera generación, esto para que la transición a una nueva
generación se de de una manera suave.
3.6 Características de la Red GPRS
La interfaz de aire debe ser capaz de soportar tanto los usuarios de GSM como a los
nuevos de GPRS, de esta manera se mantiene la banda de operación, modulación, el ancho
de los canales de 200KHz, el número de intervalos de tiempo y sus duraciones,
compatibilidad con el sistema GSM, mayor trasferencia de datos de hasta 171.2Kps
teóricos.
Sin embargo con GPRS se definen nuevos canales para la interfaz de aire de GSM,
la asignación de los canales es flexible e incluye cualquiera de las 8 ranuras de tiempo, las
cuales son compartidas entre los usuarios activos de manera dinámica, ya sea para voz o
datos, con esto se asigna el ancho de banda disponible a la transmisión de ráfagas de datos.
Los nuevos canales definidos son el canal de control común de paquetes, PCCCH,
el canal de control de difusión de paquetes, PBCCH, canal de tráfico de paquetes, PTCH,
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canal dedicado al control de paquetes, PDCCH, y el canal de control de temporización de
paquetes, PTCCH/D.
Además, se definen esquemas de codificación de los canales de radio para poder
transferir datos desde los 9Kps hasta los 21Kbps. Cada uno define el nivel de protección de
los paquetes contra interferencias para poder degradar la señal según la distancia entre las
terminales móviles y las estaciones base. En la Tabla 3.1, se muestran los esquemas de
codificación en GPRS.
Tabla 3. 1. Esquemas de codificación en GPRS.
Esquema de
codificación
Rendimiento
Protección
CS-1
9,05 Kbit/s
Normal
CS-2
13,4 Kbit/s
Ligeramente menor
CS-3
15,6 Kbit/s
Reducida
CS-4
21,4 Kbit/s
Sin error de conexión
3.7 Arquitectura de la Red GPRS
Como la red GPRS es una actualización de la red GSM, su arquitectura es muy
similar. Sin embargo se incorporan nuevos nodos, llamados los nodos de soporte GPRS,
GSN. En la Fig. 3.3, se muestra la arquitectura de la red GPRS.
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Figura 3. 3. Arquitectura de la Red GPRS.
3.7.1 Centro de Conmutación Móvil, MSC-VLR
El centro de conmutación móvil se encuentra localizado en el registro de ubicación
de visitantes, se usa como conmutador y base de datos para los servicios de conmutación de
circuitos. EL MSC es usado para conmutar circuitos mientras que el VLR mantiene una
copia temporal del perfil de servicio de los usuarios visitantes.
3.7.2 Registro de Ubicación Local, HLR
El HLR es mejorado con información de enrutamiento y datos del usuario GPRS.
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3.7.3 Subsistema de Estación Base, BSS
La BSS de GSM es actualizada para soportar GPRS sobre la interfaz de aire. La
BSS consiste de la BSC y la unidad de control de paquetes, PCU, esta soporta todos los
protocolos GPRS para comunicaron sobre la interfaz aérea. Su función es configurar,
supervisar y desconectar las llamadas de conmutación de paquetes. La PCU soporta
cambios de celda, configuración de recursos de radio y asignación de canales. La BTS es
una estación relevo sin funciones de protocolo, se encarga de la modulación y
demodulación.
La BSS trabaja con el sistema núcleo de GPRS, GBS, para proveer servicios GPRS
en una manera similar a su interacción con el subsistema de conmutación para los servicios
de conmutación de circuitos. La GBS administra las sesiones de GPRS configurándolas
entre el terminal móvil y la red, dándoles funciones como control de admisión,
administraciones de la movilidad, MM y de servicio, SM.
La información del cliente y del equipo es compartida entre GPRS y las funciones
de conmutación de GSM, por medio del uso común del HLR y la coordinación de datos
entre el VLR y los nodos de soporte de GBS. Los nodos soporte son SGSN y GGSN.
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3.7.4
Nodo Soporte de Servicio, SGSN
El nodo de soporte de servicio sirve al terminal móvil y brinda las funciones de
seguridad y de control de acceso, se conecta al BSS. Provee direccionamiento de paquetes,
administración de movilidad, autenticación y cifrado de y hacia todos los suscriptores
ubicados en el área de servicio de la SGSN. Un subscriptor de GPRS podría ser servido por
cualquier SGSN en la red dependiendo de la localización. El tráfico es dirigido desde el
SGSN a la BSC y al terminal móvil vía el BTS.
El SGSN establece un contexto de administración de la movilidad conteniendo
información sobre la movilidad, seguridad del terminal móvil y hasta puede enviar
información de la localización al MSC-VLR.
Una interfaz especial, Gs, es provista entre MSC-VLR y el SGSN para coordinar la
señalización de las terminales móviles que pueden manejar ya sea conmutación de circuitos
o de paquetes de datos. Sus funciones son similares a las del MSC-VLR pero también
maneja conexiones de conmutación de paquetes.
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3.7.5 Nodo de Soporte de Pasarela, GGSN
El nodo de soporte de pasarela sirve de compuerta a la red externa IP, manejando la
información de seguridad y contabilización así como la ubicación dinámica de direcciones
IP. Contiene la información de dirección asociada a los usuarios GPRS. La información de
ruteo es usada para formar un túnel al punto actual de adición del móvil, SGSN.
El GGSN podría estar conectado con el HLR a través de una interfase opcional Gc.
El GGSN es el primer punto de interconexión de la red pública de datos PDN con una
PLMN GSM soportando GPRS. Desde el punto de vista de la red IP externa, el nodo de
soporte de pasarela es un anfitrión que posee todas las direcciones IP de toso los usuarios
servidos por la red GPRS.
Las funciones de ambos nodos podrían estar combinadas en el mismo nodo físico o
separado aun residiendo en diferentes redes móviles. Estos nodos contiene la mayoría de
capacidades necesarias para soportar la transmisión de paquetes sobre GSM.
3.7.6 Servicio de Mensajería Corta, SMS
EL SMS se comunica con el resto de la red a través del GMSC. Donde la pasarela,
GMSC permite la comunicación con otras redes de circuitos externos.
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3.8 Servicios de la Red GPRS
La tecnología GPRS mejora y actualiza los servicios ofrecidos por la red GSM, a
continuación se listan algunos de ellos.
↔ Servicios de Internet mediante el protocolo IP y WAP. El protocolo IP permite la
interconexión de redes, de manera de que cuando se envíen los paquetes de
información, sea por la ruta más adecuada, hacia su destino. No es un protocolo
confiable ya que estos paquetes pueden llegar alterados, con errores o del todo no
llegar.
↔ Servicios de mensajes cortos, SMS, y multimedia, MMS, por lo que se permite que
los mensajes contengan fotos, textos, música, etc.
↔ Aplicaciones para el intercambio de mensajes y correos electrónicos a los cuales se
podrá acceder sin la necesidad de conectarse a Internet.
↔ Servicios de comercio electrónico que permiten hacer compras de entradas y
artículos, subastas, reservaciones de restaurantes, entradas de conciertos y cines.
↔ Servicios bancarios para hacer transacciones y pago de facturas.
↔ El servicio de punto a multipunto, PTMP, que permite el envío de paquetes de
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información a un grupo de destinatarios.
↔ Servicio de punto a punto, PTP, para poder conectarse en modo cliente-servidor a
un equipo en una red IP.
↔ Además se tienen servicios de noticias, juegos, publicidad, mapas, condiciones de
transito, otros.
3.9 Tercera Generación
A finales de los años ochenta, la Unión Internacional de Telecomunicaciones, UIT,
define el concepto de la tercera generación de comunicaciones móviles con el nombre de
Futuros Sistemas Públicos de Telecomunicaciones Móviles Terrestres, FPLMTS, el cual
pasa a llamarse Sistema de Telecomunicaciones Móviles, IMT-2000, con el cual se busca
crear una arquitectura de telecomunicaciones global para dar servicio a usuarios fijos y
móviles y a redes publicas y privadas en el siglo XX1.
La necesidad en la creación de los sistemas de tercera generación se basa en los
siguientes hechos:
Posible saturación en la capacidad de los sistemas, debido al aumento en la cantidad
de los usuarios de los sistemas de segunda generación.
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Aumento en el uso de Internet y de sus aplicaciones, lo que llevó a volverlo un
servicio de mayor interés para los usuarios. Esto va ligado a la necesidad de un
mayor ancho de banda, lo cual no puede ser cubierto por los sistemas de segunda
generación.
Entre los objetivos de IMT-2000 se tiene:
Reservar una porción del espectro común a nivel mundial, mejorando la calidad y
eficiencia.
Posibilitar el intercambio de información en todo el mundo, maximizando la
compatibilidad de las interfases de radio. Así, se prestaron los servicios de más de
una red en cualquier zona de cobertura.
Utilizar terminales de bolsillo a escala mundial.
Mejorar los niveles de calidad, en comparación con los de una red fija.
Introducir una nueva tecnología que permita ofrecer un costo accesible a miles de
personas en el mundo.
Incorporar de una variedad de servicios nuevos y los de la segunda generación, de
manera que se permita una coexistencia e interconexión en entre ellos.
Calidad de voz comparable con el brindado por los sistemas alámbricos.
Mejorar la velocidad en la transmisión de datos: 144Kb/s en transmisión de datos
con alta movilidad como en vehículos, 384Kb/s en transmisión de datos con baja
movilidad y hasta 2Mb/s en transmisión de datos fijos.
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3.10 Características de la 3G
Para las tecnologías de transmisión de radio, se recibieron propuestas basadas en la
tecnología CDMA, así se hizo un consenso entre varios de los proponentes, ya que muchas
de las propuestas eran muy similares, lo que llevo al a creación de 2 proyectos, los cuales
son:
El proyecto conjunto para la tercera generación, 3GPP. Se basa en las
propuestas de Europa, Estados Unidos y Asia. Se basa en la tecnología WCDMA.
El proyecto conjunto para la tercera generación 2, 3GPP2. Acoge las
propuestas de Estados Unidos y Corea, basadas en tecnología CDMA2000.
Se reservó 230MHz del espectro en las bandas de 1885-2025MHz y 21102200MHz para los sistemas de 3G, para transmitir del terminal móvil a la red en la banda
de frecuencias de 1920-1980MHz y de la red al terminal en 2110-2170MHz. El problema
de esta asignación del espectro es que en muchos países este es el espectro asignado a los
sistemas de 2G, como sucede en América, por lo que esto solo se ha asignado en Europa y
Asia.
La interfaz de aire que se usa es la red de radio acceso terrestre UTRAN, la cual se
divide en 3 capas, que son:
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o La capa física: Los sistemas de 3G utilizan la tecnología de múltiple acceso
WCDMA, que es la división de códigos de banda ancha, lo que permite
mayores ventajas de capacidad, calidad de voz, aprovechamiento del
espectro, permite compartir la banda con otros sistemas. Sin embargo,
WCDMA está limitado por el ruido, así la capacidad del sistema está en
función de la capacidad que tenga para diferenciar el ruido de ambiente y del
usuario. Se usa WCDA de 5MHz, que permite la transferencia de datos
mayores a 2Mbps. Dentro de WCDMA se definen canales de transporte para
proveer los servicios necesarios a loas capas superiores, se tiene el canal de
difusión, BCH, el canal de localización, PCH, el canal de acceso directo,
FACH, todos estos canales son en sentido directo. En sentido inverso se
tiene el canal de acceso aleatorio, RACH. Y el canal dedicado, DCH, que
puede tener sentido directo e inverso.
o El control de acceso al medio, MAC: utiliza los canales de la capa física. Se
encarga de seleccionar y mapear el formato de los canales lógicos para
seleccionar el canal de transporte adecuado, identifica a los usuarios en los
canales de transporte comunes, monitorea el volumen de tráfico, entre otras.
Se tiene canales lógicos de control y trafico, entre los de control se
distinguen al de difusión, control común, dedicado y localización. En los de
tráfico se tienen los canales de tráfico dedicado, DTCH y el de tráfico
común, CTCH. Estos canales lógicos permiten la comunicación entre el
control de acceso al medio y el control de enlace de radio.
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o El control de enlace de radio, RLC: se encarga de transferir los datos de los
usuarios, detección y corrección de errores, transmitir la carga a las capas
superiores en un orden adecuado, verificar el número de secuencia de la
carga, suspender y reanudar las transmisiones de datos.
3.11 Arquitectura de la red 3G (UMTS)
La arquitectura de los sistemas de comunicación de tercera generación, se compone
de 3 elementos principales, los cuales son:
~ UE, que es el equipo del usuario
~ La red núcleo, CN
~ La red de acceso de radio terrestre UMTS, UTRAN
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Figura 3. 4. Arquitectura de las redes de 3G.
3.11.1
Equipo del usuario, UE
Es el dispositivo móvil que se comunica con la UTRAN por medio del interfaz de
aire. Consta de 2 partes:
•
El equipo móvil, ME, la cual es una terminal de radio usada para la
comunicación sobre la interfaz aérea, la cual se conoce con el nombre de
Uu.
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•
El USIM, que es el modulo de identidad del usuario. Es una tarjeta que
almacena la identidad y las claves, de manera segura por medio del
encriptamiento. También se encarga de la autenticación y de soportar la
información de suscripción para la terminal móvil.
3.11.2
UTRAN
Equipo que provee el medio de acceso a la terminal móvil, usando la interfaz aérea.
Se encarga de soportar el handoff suave y la administración de recursos específicos de radio
de la tecnología de múltiple acceso utilizada por los sistemas de tercera generación.
Comparte y reutiliza las interfases de los paquetes de datos y voz, Iu-CS, Iu-PS y la
arquitectura de GSM. Utiliza el mecanismo de transporte llamado ATM.
Consta de 2 elementos que son:
•
El nodo B
•
El controlador de la red de radio, RNC.
Las interfaces de UTRAN se dividen en externas e internas.
Externas: Uu que es la interfaz de aire, Iu-CS interfaz de aire entre UTRAN
y la red núcleo para la conmutación de circuitos, Iu-PS es la interfaz de aire
entre UTRAN y la red núcleo para la conmutación de paquetes.
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Internas: Iub que es la interfaz entre el nodo B y el RCN para intercambiar
información de control y trafico y la Iur que es la interfaz de RNC para
hacer los traspasos dentro del mismo RCN.
3.11.3
El nodo B
Se conectan al controlador de la red de radio por medio de la interfaz Iub. Este nodo
puede controlar a una o más células, traduce el flujo de datos entre las interfaces Iub y Uu.
Detecta errores en los canales de transporte, se encarga de la modulación y demodulación
de los canales físicos, codifica y decodifica los canales de radio, entre otros. Este nodo es la
BTS de los sistemas GSM.
3.11.4 Subsistema de red de radio, RNS
Es una subred dentro de UTRAN que consta de un controlador de la red de radio,
RNC, y de uno o varios nodos B.
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3.11.5 Controlador de la red de radio, RNC
Controla los recursos de la red de radio en su dominio y sirve de punto de acceso
para todos los servicios de radio brindados por la red núcleo. Controla la carga y congestión
de los nodos B, se encarga del control y ubicación de los canales codificados para los
nuevos enlaces de radio que se den con el nodo B. Termina los enlaces Iu e Iub desde la
red núcleo y el equipo del usuario. Permite la diversidad cuando el equipo del usuario se
encuentra en handoff suave, ya que en el handoff el controlador de la red de radio se enruta
transparentemente entre las interfases Iub e Iur, y se encarga en la toma de decisiones
cuando se dan los traspasos de señalización. El RNC corresponde a las controladoras BSC.
3.11.6 Red núcleo, CN
Corresponde al conjunto de elementos que proveen la conmutación, enrutamiento y
el paso para el tráfico del usuario. Almacena las bases de datos y provee las funciones de
administración. Con la red núcleo también se soportan los servicios de GSM y GPRS, esto
se debe a que UMTS se basara en la red núcleo de GPRS, por ello, la red núcleo de UMTS
tendrá los elementos HLR, VLR, GGSN, SGSN y GMSC, lo cual provee la ventaja de de
que se le permite a los sistemas de 3G, tener el servicio de roaming.
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3.12 Servicios de la 3G
Además de abarcar los servicios de la segunda generación, trae servicios nuevos y
mejoras en los servicios anteriores, ya que mejora las velocidades y volúmenes de datos a
transferir.
Servicios multimedia de voz.
Servicios de acceso rápido a Internet basados en el protocolo IP, de manera
segura.
Transferencia de documentos e imágenes.
Identificación de usuarios.
Posibilidad de realizar múltiples conexiones al mismo tiempo como por
ejemplo revisar el correo electrónico al mismo tiempo que se da una video
conferencia.
Video en movimiento de alta definición.
Videoconferencia.
Altas transmisiones de datos 2 Megabits de máxima velocidad de
transmisión de datos en interiores y 384 kbits para uso al aire libre.
Streaming de radio y televisión.
Videochat
Permite controlar cámaras de seguridad en tiempo real
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Itinerancia a nivel mundial.
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3.13 Comparación de la primera, segunda y tercera generación. Ventajas
y desventajas de la tercera generación.
En la Tabla #3.2 se muestra una comparación de los sistemas de comunicación
móvil de primera, segunda y tercera generación. De la siguiente tabla se puede observar
cómo al ir evolucionando en las generaciones se va mejorando en la modulación utilizada,
las velocidades, servicios y tecnologías de múltiple acceso con el fin de dar soporte a mayor
cantidad de usuarios.
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Tabla 3. 2. Comparación de la primera, segunda y tercera generación de los sistemas de comunicación
móvil.
Año y lugar de
introducción
Modulación
Primera
Generación
1980 en los países
asiáticos
Analógica
Segunda
Generación
1990 en Europa
Tercera
Generación
2001 en Japón
Modulación
digital de voz.
Ambientes de
operación
En lugares fijos y
en movimiento.
En lugares fijos y
en movimiento.
Aumenta el uso
de la
modulación
digital.
Operación
multiambientes.
Tecnología de
Múltiple Acceso
FDMA
Frecuencias de
Operación
450MHz o
900MHz
TDMA o TDMA
combinado con
FDMA
900MHz,
1800MHz,
1900MHz
Velocidades de
transmisión de
datos
Menores a
100kps
Servicio de
Roaming
Limitado a una
región específica.
Tecnología
Predominante
AMPS, JMPS,
ETACS
GSM, GPRS, IS136
WCDMA
Uso de una
banda de
frecuencia
global.
Altas
velocidades y
servicio de
datos en
conmutación de
circuitos o
paquetes.
A nivel
mundial.
UMTS
Entre las principales ventajas de los sistemas móviles de tercera generación, que han
llevado a que se de la penetración en el mercado y economías a escala a nivel mundial, se
pueden citar los siguientes:
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Uso de la técnica de múltiple acceso, WCDMA, lo cual permite tener un mayor
espectro radioeléctrico, mejora la calidad de transmisión de voz y datos, eliminación
de los efectos audibles de atenuación multitrayecto, disminución de la potencia
media transmitida, reducción de la interferencia con otros sistemas, bajo consumo
de energía lo cual ofrece más tiempo de conversación y se permitirá baterías más
pequeñas y livianas.
Soporta velocidades de 2.4Mbps en lugares fijos y de 384Kbps en movimiento.
Brindando servicios multimodo y multibanda, con cámara de video incorporada,
pantalla de colores, gran capacidad de memoria, permitiendo el roaming mundial
entre diferentes países y con sistemas de segunda generación. Al mejorarse la
calidad de los servicios se permite utilizar una cantidad de espectro y recursos
necesarios de manera que los servicios de datos sean siempre estables y de calidad.
Permite la integración de todos los servicios ofrecidos por las distintas tecnologías y
redes actuales y se podrá utilizar con casi cualquier tipo de terminal en ambientes
profesionales como domésticos, ofreciendo una mayor calidad de los servicios y
soportando la personalización por parte del usuario y los servicios de multimedia
móviles en tiempo real. De esta manera, la tecnología de tercera generación pueden
funcionar mediante una conmutación automática dentro del área de cobertura de la
red EDGE o GPRS, asegurando a los usuarios el siempre poder contar con los
servicios.
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Ofrece una conexión permanente a Internet, de manera que no se de la necesidad de
conexión cada vez que se vaya a utilizar. Así, al basarse en una tecnología de
paquetes el usuario solo paga por los datos recibidos o enviados y no por el tiempo
de conexión.
Según el fabricante, su arquitectura solo puede necesitar actualizaciones en el
software y tarjetas de canales de las redes de segunda generación ya existentes, lo
cual permite brindar servicios de tercera generación a un precio mas bajo.
Dentro de las desventajas que trae consigo la tercera generación, los cuales han
provocado un retaso en el despliegue de sus servicios, se mencionan los siguientes:
En el aspecto financiero, en el caso de la Unión Europea, los operadores decidieron
realizar inversiones considerables, para la adquisición de la tecnología de tercera
generación, lo cual generó un gran endeudamiento sin capacidad de solventarlo.
Esto, provocó que se reducieran los fondos en dicha inversión, ya que el despliegue
físico de las redes exige recursos financieros importantes. En este contexto
financiero difícil, los operadores han tenido que dar prioridad al reequilibrio de sus
balances. En cualquier caso, esta tendencia ha tenido repercusiones negativas sobre
el despliegue de la tercera generación.
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En el factor tecnológico, se han presentado dificultades técnicas,
como la
interrupción de llamadas, problemas con el software de los terminales e insuficiente
capacidad de las baterías, lo cual es muy importante de considerar cuando se
introducen productos nuevos que suponen una innovación tecnológica considerable.
Esto, ha llevado a grandes avances sobretodo en cuanto se refiere a las terminales
móviles como por ejemplo terminales de 3G con capacidad de modo dual,
funcionan para 2G y 3G, característica decisiva para el consumidor ya que en este
momento la 2G tiene gran dominancia en el mercado mundial.
En el año 2002, se había concluido, o cuando menos iniciado, los procedimientos de
concesión de licencias para la 3G en la Unión Europea. A pesar de ello, en Francia,
Bélgica, Grecia y Luxemburgo no se consiguió atraer a un número suficiente de
interesados para poder conceder todas las licencias disponibles, por lo que parte del
espectro disponible para la 3G sigue sin utilizarse. En el caso de España, Portugal y
Bélgica, se reconsideraron las obligaciones de despliegue, ya antes establecidas, ya
que eran incompatibles con la disponibilidad de equipos o con la perspectiva realista
de que los operadores desplegaran las redes, por lo que se optó por alargar los
plazos de despliegue. En Suecia y Finlandia, los operadores cumplieron sus
obligaciones de despliegue, pero estableciendo unas configuraciones de red
mínimas para fines más experimentales que comerciales.
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3.14 Evolución de los sistemas de 2G a EDGE y EGPRS.
El paso evolutivo de las tecnologías GSM y D-AMPS dio origen a EDGE,
Mejoramiento de las Tasas de Transmisión para la Evolución Global. Con esta evolución se
busca aumentar las velocidades de transmisión de los datos y hacer un uso eficiente del
espectro, brindando múltiples servicios que necesiten de altas velocidades para transferir
datos ya que tiene la capacidad de ofrecer tasas de transferencia de datos de 384kbps y
teóricamente hasta 473.6kbps, ya que permite la coexistencia de trafico de conmutación de
paquetes y circuitos. Existen 2 versiones de EDGE, las cuales son EDGE Classic o EGPRS,
GPRS mejorado, y EDGE Compact. El EGPRS o EDGE Classic es para GSM y el EDGE
Compact para IS-136. Las especificaciones de EDGE se hicieron en dos fases que son:
Fase 1: que es la versión 1999, para servicios de conmutación de paquetes y
circuitos. Soportan velocidades de 384kbps y teóricamente hasta 473.6kbps.
Fase 2: es la versión 2000, se utiliza para servicios en tiempo real usando las
técnicas de modulación que no se incluyeron en la fase 1.
Para lograr mayores velocidades de transmisión de datos, se hicieron mejoras de
GSM y GPRS en cuanto a la modulación, técnicas de transmisión tolerantes a errores, entre
otros.
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Se utiliza la modulación digital de 8-PSK, donde cada uno de los símbolos
representa 3 bits, lo que permitirá multiplicar por un factor de 3 la velocidad de
transferencia de datos de GSM y GPRS, por lo que triplica la capacidad del espectro. Se le
hacen mejoras a la modulación GMSK, utilizando esquemas de codificación que son una
mezcla de GMSK y 8-PSK.
Se definen nueve esquemas e codificación llamados MCS, Esquema de
Codificación de Modulación, los cuales van desde MCS1 a MCS9 y están optimizados para
distintos ambientes de radio, donde los esquemas de MCS1 a MCS4 usan modulación
GMSK y los restantes utilizan modulación 8-PSK. La medición de las condiciones de radio
debe ser rápida, lo cual repercutirá en un aumento en la velocidad, la cual puede ser
detectada por el usuario, esta medición se da dentro del terminal móvil conforme recibe
cada ráfaga, lo cual permitirá hacer una aproximación de la probabilidad de error de bit
para seleccionar el esquema de codificación mas adecuado. Así, se retransmiten paquetes
que no se decodificaron adecuadamente, utilizando un esquema más apropiado, lo cual
permite que no se pierda el tiempo reenviando el mismo paquete como sucede en GSM.
Con EDGE se deben hacer cambios en el software y hardware de GSM y GPRS
para manejar cambios en los protocolos, por lo que se debe introducir una nueva unidad
transceptora. EDGE utiliza la misma banda de frecuencias de GSM y GPRS, en esencia
EDGE es una optimización de la interfaz de aire de GSM y GPRS y los usuarios de estas
tecnologías no tienen acceso a los servicios de EDGE. EDGE ofrece servicios multimedia
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con un nivel óptimo de calidad, ya que logra alcanzar las velocidades de transmisión
necesarias, lo cual no sucede en GPRS. Con EDGE se da un aumento en la capacidad de
usuarios ya que mientras que un único usuario utiliza 3 intervalos de tiempo, en GPRS, en
EDGE utiliza uno, lo cual libera la capacidad para brindar más servicios de datos o voz a
otros usuarios.
Para darle cabida a la tecnología EDGE, solo se necesita hacer pequeños cambios,
optimizaciones y/o actualizaciones de la red de acceso radial, la red central y las antenas
utilizadas por las redes GPRS.
El paso evolutivo de D-AMPS a 3G, también provee el camino por medio de
EDGE. Así, para brindar servicios a altas velocidades se utiliza el 136HS, 136 Alta
Velocidad. Para ello, se cuenta con 2 opciones que son el tener una red de 2G, D-AMPS, o
tener una red GPRS-136. En el primer caso solo se necesita hacer los pequeños cambios y/o
optimizaciones mencionados anteriormente, pero en el caso de tener una red GPRS-136 se
debe hacer un cambio que sea capaz de soportar una nueva interfaz de aire y mejorar los
enlaces para dar cabida a mayor trafico de datos.
Entre los beneficios que presenta EDGE, se encuentra la posibilidad de ofrecer los
servicios de la 3G con bastante anticipación con respecto a las otras tecnologías, permite un
uso eficiente de los espectros existentes, ya que triplica la eficiencia del espectro de la red
GSM. Como EDGE, específicamente EGPRS, es una mejora de GPRS, aprovecha la
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arquitectura de esta red con solo necesitando pequeñas optimizaciones en cuanto a software
y hardware, por lo que no se vera afectada de manera significativa, por lo que esta
tecnología es una manera eficiente de brindar los mismos servios de la 3G utilizando la
arquitectura de la 2G. Permite una migración de los usuarios GPRS, brindándoles servicios
fuera del área de cobertura de la tecnología EDGE, lo cual se debe a que los dispositivos de
esta tecnología funcionan en las redes GPRS. Al mejorar las velocidad permite la
introducción de nuevos servicios que necesitan de grandes velocidades como el streaming
de audio y video, permitirá al usuario permanecer conectado a Internet y pagar solo por los
datos recibidos o enviados, ya que se basa en el tráfico de paquetes.
Figura 3. 5. Camino Evolutivo hacia EDGE, mediante GSM/GPRS.
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Figura 3. 6. Camino evolutivo hacia EDGE, mediante IS-136
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3.15 Perspectivas de los sistemas móviles de 4G.
La cuarta generación de sistemas de comunicación móvil, es la siguiente generación
que se utilizará para reemplazar a la 3G y se espera poder contar con ella a partir del año
2012. La idea de esta nueva generación, es la de mejorar los límites y problemas que la 3G
pueda presentar en cuanto a sus desarrollos e implementaciones.
Esta nueva generación nace producto de las ideas y expectativas de un grupo de
investigadores de Motorota, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo, entre
otros, que buscan satisfacer las perspectivas en cuanto a servicios MMS, aplicaciones de
video y multimedia, en caso de que la 3G no logre cumplir con ellas en su totalidad.
La 3G es una tecnología que no tiene la capacidad de satisfacer las aplicaciones
como multimedia, video en total movimiento, videoconferencia inalámbrica, además, se
establecieron varios estándares para la 3G, que han sido difíciles de cumplir o poner en
marcha, lo que impide una movilidad global.
Los servicios que se espera incluir dentro de esta generación, son el servicio de
mensajería multimedia hasta televisión de alta definición, DVB, vídeo chat, y vídeo. Se
basara en el protocolo de Internet TCP/IP, Protocolo de Control de Transmisión, el cual
busca crear conexiones entre varias computadoras a través de las cuales puede enviarse un
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flujo de datos, este protocolo garantiza que los datos serán entregados en su destino sin
errores y en el mismo orden en que se transmitieron. Mediante el uso de TCP/IP se busca
dar una calidad de servicio e interoperabilidad con Wi-Fi y WiMax. De este modo se tendrá
alta seguridad para permitir ofrecer servicios de cualquier clase, en cualquier momento y
cualquier lugar, con el mínimo costo posible.
En la 4G se contará con velocidades de 1Gbps en lugares fijos y hasta 100 Mbps en
movimiento. Además se utilizará la tecnología HSDPA, la cual es una optimización en la
tecnología WCDMA de la 3G, que permite incrementar la eficiencia espectral y
velocidades permitiendo la introducción de nuevas aplicaciones y en la capacidad de un
mayor número de usuarios. Para la optimización del radio acceso se hará uso del SDR, el
cual es un sistema de comunicación por radio que busca implementar por medio de
software y dispositivos informativos incorporados, los componentes que normalmente se
han implementado por hardware, como por ejemplo filtros y amplificadores.
Dentro de la arquitectura de esta nueva generación, se destacan los nodos
principales que son el Nodo B Evolucionado, que es una evolución de las BTS, y el
Sistema de Acceso mediante Pasarela, cuya función es la de actuar como interfaz a Internet
y esta conectado directamente al Nodo B Evolucionado. También, cabe destacar al
componente RRM, el cual permitirá la interoperabilidad con otras tecnologías.
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Así, la 4G no es una tecnología o estándar definido, sino más bien una colección de
tecnologías y protocolos para permitir el máximo rendimiento de procesamiento con la red
inalámbrica más barata. Entre los problemas que se espera que se presenten con esta nueva
tecnología es la necesidad de terminales móviles con una mayor capacidad de
almacenamiento, lo cual es fundamental en un entorno de semejantes velocidades de
transferencia, que permitirán realizar intercambio de ficheros y descargas. Otro de los
problemas a resolver es el de la duración de las baterías, que seguramente colapsarán ante
un uso permanente de aplicaciones y servicios de la 4G.
En la Tabla #3.3, se muestra una comparación de las principales características de la
tercera y cuarta generación de los sistemas de comunicación móvil.
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Tabla 3. 3. Comparación de la tercera generación con la cuarta generación de sistemas de
comunicación móvil.
Tercera Generación
Cuarta Generación
Servicios
Se da la predominancia
de los servicios de voz,
pero también se cuenta
con servicios de datos.
Presenta servicios de voz
y datos apoyados en el
protocolo IP.
Velocidades
384 Kbps a 2 Mbps
20 a 100 Mbps en
movimiento
Frecuencias de
operación
Depende del país, pero
va de los 1800MHz a los
2400MHz.
De 2GHz a 8GHz
Ancho de Banda
5 MHz a 20 MHz.
Más de 100 MHz.
Transmisión de datos
Conmutación de
paquetes o circuitos.
Conmutación paquetes.
Tecnologías de múltiple
acceso
W-CDMA
HSDPA
Component Design
Utiliza antenas
optimizadas y puede
trabajar en multibanda.
Utiliza antenas
inteligentes y software
multibanda.
IP
IP 5.0 *
IP 6.0*
* EL IP 5.0 y 6.0 se refieren al Protocolo de Internet. Sin embargo el IP 6.0 es una actualización del otro.
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3.16 Penetración de las diferentes tecnologías en el mercado mundial.
Las comunicaciones inalámbricas han tenido un gran desarrollo durante los últimos
10 años, sobretodo en los mercados donde GSM es dominante como Asia y Europa, donde
este desarrollo se ha debido principalmente a la incorporación de servicios como roaming y
servicios de mensajería corta, con 1 billón de mensajes enviados diariamente en octubre
del 2001, en la Fig. 3.7 se muestran la evolución del número de suscriptores desde el año
1991 y el posible aumento para el año 2010, en varios países.
Figura 3. 7. Evolución en el número de usuarios.
En la siguiente figura, Fig. 3.8, se muestra la evolución que se ha tenido en la
incorporación de dispositivos móviles capaces de accesar a servicios de Internet.
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Figura 3. 8. Incorporación de Internet en dispositivos móviles.
Además, se puede observar la evolución en cuanto a los servicios incorporados por
las diferentes tecnologías, reduciendo el uso de los servicios de llamadas y voz de un 89%
a un 68% en tan solo 4 años, como se observa en la Fig. 3.9 En la Fig. 3.10, se muestra la
evolución tecnológica y como el número de tecnologías existentes esta decreciendo con el
objetivo de contar en el futuro con una única tecnología mundial.
Figura 3. 9. Incorporación de nuevos servicios diferentes a los de voz.
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Figura 3. 10. Evolución de las diferentes tecnologías de comunicación móvil.
En cuanto a la inversión por parte de los usuarios para poder cambiarse de una
tecnología a otra, se muestra la siguiente tabla, que compara el precio de los terminales
GSM con un CDMA.
Tabla 3. 4. Comparación de precios de las terminales de las tecnologías GSM y CDMA, datos del 2002
GSM
Precio
Más
promedio
barato
$112
Motorola
Precio
Más caro
Precio
$42
Nokia
$430
T180
CDMA
$164
Qualcom
QCP-820
8850
$58
Kyocera
$580
QCP-6035
En la Fig. 3.11, se observa el gran desarrollo en el mercado que ha tenido GSM,
contando con más de 460 operadoras alrededor del mundo y con un 70% de suscriptores.
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Figura 3. 11. Crecimiento de GSM con respecto a la primera generación.
Según un estudio realizado por la empresa de análisis de telecomunicaciones
llamada The Mobile World, en el Reino Unido, se cuenta con más de 3000 millones de
teléfonos celulares, en 20 años se llegó a los contar con 1000 millones de usuarios y en sólo
40 meses se llegó a los 2000 millones, lanzando 1000 nuevas líneas cada minuto.
Además en el mismo artículo, se menciona que se triplicará el número de
dispositivos de tercera generación contando con 183 millones de usuarios en todo el
mundo.
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De los 3000 millones de usuarios, el 88% de estos utilizan tecnología GSM y se
encuentran en más de 220 países con aproximadamente 700 redes, se cuenta con la
tecnología EDGE en 141 países con más de 291 redes y en 89 países se cuenta 213 redes de
la tecnología UMTS.
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CAPÍTULO 4: Conclusiones y recomendaciones
La tendencia de los sistemas de comunicación móvil es la de brindar nuevos
servicios de transmisión de datos, por lo que se debe contar con sistemas que aseguren la
transmisión de altas tasas de transmisión, lo cual a su vez permitiría ofrecer más servicios.
UMTS es una tecnología muy versátil en la prestación de diversos servicios a
mayores velocidades, que las de la segunda generación. Esto le ha permitido brindar mayor
variedad de servicios como las videoconferencias, video en movimiento, capacidad de
controlar cámaras en tiempo real, entre otros.
Al contar con una mayor cantidad de usuarios en una cierta tecnología, se cuenta
con una mayor oferta de terminales móviles, tanto en cantidad y variedad, lo cual abarata
los precios para proveedores y usuarios. Esto también beneficia a los servicios de roaming,
ya que si se cuenta con una mayor cantidad de usuarios a nivel mundial, se mejorarían sus
recursos para que los usuarios puedan usar sus terminales en más países.
Cuando se introduce una nueva tecnología se busca que los usuarios actuales no se
vean afectados, en cuanto a los servicios con los que cuentan y la cobertura. El hecho de
mantener el número telefónico, al hacer cambio de una tecnología a otra, es un incentivo al
usuario para que decida a cambiarse por una nueva tecnología.
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El espectro radioeléctrico es limitado, por ello si una tecnología nueva presenta una
gran ventaja si se puede adaptar a distintas bandas de frecuencia. En el caso de la 3G, esta
es capaz de funcionar en las bandas de 2G.
La incorporación de servicios de datos e Internet, en los sistemas de comunicación
móvil, han aumentado el éxito de estos, ya que les permite a los usuarios contar con
mayores servicios diferentes a los de voz; esto cobra importancia si se considera que el
tráfico de voz frente al de datos en las redes telefónicas está disminuyendo muy
rápidamente, y en la actualidad representa uno de los mayores ingresos.
Conforme se va evolucionando a nuevas generaciones es posible contar con
mayores velocidades para la transferencia de datos, eficiencia espectral, calidad de servicio,
la posibilidad de utilizarse a nivel mundial mediante roaming y nuevas aplicaciones como
las multimedia. Esto a diferencia de la primera generación, la cual es una generación
limitada en cuanto a servicios que puede ofrecer, ya que fue concebida para brindar
únicamente servicios de voz, e incompatibilidad con otras redes.
Se debe evolucionar hacia nuevas tecnologías, ya que las actualidades presentan
deficiencias en velocidades y soporte de servicios de datos avanzados. Además la
conmutación de paquetes es más eficiente en el uso de recursos y en la tarificación por
volumen de datos transferidos. Al pagar por volumen de datos y no por conexión, el usuario
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puede estar siempre conectado ahorrando tiempo, ya que de este modo no se debe conectar
cada vez que se quiere acceder a la información de la red.
Las tecnologías de segunda generación, GMS y GPRS, son las más difundidas a
nivel mundial, lo que permite que sus equipos de red y terminales móviles tengan precios
muy competitivos en el mercado.
Las tecnologías de EDGE y UMTS son las posibles evoluciones de GSM/GPRS,
actualmente se encuentran iniciando su introducción en el mercado, por lo que se espera
que con el tiempo sus terminales móviles se abaraten, ya que en algún momento
GSM/GPRS van a evolucionar a alguna de estas tecnologías. Además, de mantener como
mínimo los servicios ofrecidos por GSM/GPRS, también se podrá contar con una mayor
cobertura incluso en lugares en donde EDGE y UMTS no la tengan, ya que estas
tecnologías también pueden trabajar en las redes de GSM y GPRS.
En el caso de los sistemas de comunicación móvil, las redes de segunda y segunda y
media generación, GSM y GPRS, pueden evolucionar a EDGE y luego a UMTS o hacerlo
directamente a UMTS.
La evolución de GSM/GPRS a EDGE presenta la ventaja de ser un salto sencillo,
tanto en la interfaz de aire como en la arquitectura, y como desventaja la carencia de oferta
de terminales móviles para EDGE.
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La evolución a la tecnología EDGE es una solución más barata que la evolución a
UMTS, ya que con EDGE se podrá contar con servicios multimedia, eficiencia del espectro
y velocidades, como las ofrecidas por la 3G, con tan solo hacer las modificaciones
necesarias de las redes GSM/GPRS ya existentes. Así, con esta tecnología se aumentará la
capacidad de los sistemas GSM por un factor de 3 veces y se podrá contar de manera
anticipada con los servicios de la 3G.
La tecnología UMTS, se basa en el protocolo IP, permitiendo dar soporte a
aplicaciones de elevado ancho de banda. Sin embargo, la gran desventaja que presenta es la
de necesidad un nuevo espectro de frecuencias para poder brindar sus servicios, por lo que
se debe hacer una nueva inversión para poder contar con esta nueva tecnología y la
necesidad de una nueva red de acceso de radio.
La incompatibilidad de los terminales móviles de GSM/GPRS con UMTS
representa una gran desventaja económica para el usuario, ya que tendrá que incurrir en un
gasto adicional al cambiarse a una nueva tecnología.
Por ello es mejor evolucionar de GSM/GPRS a EDGE y luego a UMTS y no de
manera directa, esto para hacer un cambio de manera eficiente y económica, que a la vez
permita ir ofreciendo los nuevos servicios para atraer a los usuarios y poder conocer la
aceptación de estos dentro del público.
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Con la 4G se plantea satisfacer las necesidades y problemas no cubiertas por la 3G,
aumentando la velocidad de la transmisión de datos y haciendo un uso todavía mas
eficiente del espectro, sin embargo esta tecnología también presenta algunos problemas
como la capacidad de duración de las baterías de los terminales móviles y la capacidad de
almacenamiento, esto también es presentado por los terminales de la 3G, por lo que ante
esta situación el usuario se ve limitado en cuanto a los servicios a los que pueda accesar por
un período muy corto sin necesidad de tener que volver a cargar la batería.
Como recomendaciones se plantea el hacer el debido estudio para conocer la
cantidad de usuarios interesados en utilizar los servicios, la interoperabilidad y los precios a
los que están dispuestos a pagar por los terminales de la 3G. También se recomienda
informar a usuarios y operadores sobre las ventajas y desventajas que presentan los
sistemas de comunicaron móvil de 3G, ya que como se pudo observar se han dado
problemas en algunos países de Europa para poder desplegar dicha tecnología.
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BIBLIOGRAFÍA
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http://www.tecnologiahechapalabra.com/comunicaciones/movil_inalambrico_satelital/a
rticulo.asp?i=1865
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Ejemplos de celulares de 3G
Nokia N95
El Nokia N95 cuenta con acceso a Internet, capacidad de funcionar como un
reproductor musical y soportar mútiples formatos, como MP3, AAC, M4A, WMA con
playlists y teclas musicales especiales, radio FM estéreo (de 87.5 a 108 MHz), altavoz
integrado estéreo para manos libres, auriculares estéreo HS-45 y AD-43 (para música
remota), GPS incorporado para que puedas ubicarte, televisión móvil con streaming de
video, soportar todos los tipos de mensajes de texto e-mail como SMTP, IMAP4, POP3,
MMS y SMS, múltiples opciones de conectividad. Tiene 160 Mbytes de memoria dinámica
interna que puede ser ampliada a través del uso de tarjetas de memoria Micro SD. Tiene
capacidad de 42 minutos de video, puede tomar hasta 450 fotos y disponer de hasta 750
canciones.
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7
6
Nokia N73
El Nokia N73 cuenta con servicio de mensajes breves, servicios de mensajería
MMS, Nokia smart messaging, correo electrónico de teléfono móvil, protocolos admitidos
de correo electrónico como POP3, IMAP4, SMTP, video llamada, radio FM, altavoces
estéreo incorporados, impresión directa pictbridge, marcado rápido, re-llamada al último
número de la lista , re-llamada automática, respuesta automática, llamada en espera,
retención de llamadas, desvío de llamadas y indicación de la hora de llamada y
multiconferencia. Además tiene una cámara Integrada de 3.2 megapixels con una
resolución de 2048 x 1536, zoom digital 20x y flash incorporado.
6
Motorola A1800
El Motorota a1800 cuenta con una pantalla táctil de 2.4, con hasta 262 mil colores y
resolución de 240 x 320px. Tiene una cámara integrada de 3 Megapíxeles. Funciona en
módulo receptor de GPS. Cuenta con bluetooth, una memoria interna de 150MB. Posee
autonomía de hasta 300 minutos en uso sobre redes CDMA y GSM y de hasta 190 horas en
espera en redes CDMA, 225 horas en redes GSM y 110 horas con ambas redes activadas.
6
Sony Ericsson T700
El Sony Ericsson T700 cuenta con una pantalla táctil de 2, con hasta 262 mil
colores y resolución de 240 x 320px, reproductor de audio como AAC, MP3, M4A, WAV,
WMA y vídeo, sintonizador de radio FM con RDS. Tiene una memoria interna de 25MB y
una cámara integrada de 3.2Megapixeles con zoom 3X, grabación de video y flash.
6
Sony Ericsson W595
Motorola MC75
6
Motorola F3
Motorola MotoJewel
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Sony Ericsson K816i
LG KF390
6
Nokia 7390, 7373, 7360