TELEFONIA MÓVIL Integrantes: Cobos Sebastian Maigua Juan Sánchez Alexis Trujillo Kelvin 6769 6777 6789 6791 SISTEMA DE TELEFONIA MÓVIL La telefonía celular está diseñada para proporcionar comunicaciones entre dos unidades móviles, llamadas estaciones móviles (MS mobile stations)), o entre una unidad móvil y una unidad estacionaria, a menudo llamada unidad terrestre. Un proveedor de servicios debe poder localizar y rastrear a la persona que llama, asignar un canal a la llamada y transferir el canal de una estación base a la otra estación base de acuerdo cómo la persona que llama se mueve fuera del rango dela señal. Para hacer posible este seguimiento, cada área de servicio celular se divide en pequeñas regiones llamadas células o celdas. Cada celda contiene una antena y está controlada por una estación de red alimentada por energía solar o CA (corriente alterna), llamada estación base (BS base station). Cada estación base, a su vez, está controlada por una oficina de conmutación, llamada oficina de conmutación de telecomunicaciones móvil (MTSO mobile telecommunications switching office). El MTSO coordina la comunicación entre todas las estaciones base y la oficina central telefónica. Es un centro computarizado que se encarga de conectar las llamadas, registrar la información de las llamadas y facturar (ver figura). El tamaño de la celda no es fijo y puede aumentarse o disminuirse dependiendo de la población del área. El radio típico de una celda es de 1,6 a 20 Km . Las áreas de alta densidad requieren más celdas pequeñas para satisfacer las demandas de tráfico que las áreas de baja densidad. Una vez determinado, el tamaño de celda se optimiza para evitar la interferencia de señales de celdas adyacentes. La potencia de transmisión de cada celda se mantiene baja para evitar que su señal interfiera con la de otras celda. FORMA DE OPERAR Principio de reutilización de frecuencia En general, las celdas vecinas no pueden usar el mismo conjunto de frecuencias para la comunicación porque hacerlo puede crear interferencia para los usuarios ubicados cerca de los límites de la celda. Sin embargo, el conjunto de frecuencias disponibles es limitado y las frecuencias deben reutilizarse. Un patrón de reutilización de frecuencia es una configuración de N celdas, siendo N el factor de reutilización, en el que cada celda utiliza un conjunto único de frecuencias. Cuando se repite el patrón, las frecuencias se pueden reutilizar. Hay varios patrones diferentes. La figura muestra dos de ellos. Los números en las celdas definen el patrón. Las celdas con el mismo número en un patrón pueden usar el mismo conjunto de frecuencias. Llamamos a estas celdas, las celdas de reutilización. Como muestra la figura, en un patrón con factor de reutilización 4, solo una celda separa las celdas usando el mismo conjunto de frecuencias. En un patrón con factor de reutilización 7, dos celdas separan las celdas de reutilización. Forma de las celdas Factor de reutilización 4 Factor de reutilización 7 Forma de transmitir Para realizar una llamada desde una estación móvil, la persona que llama ingresa un código de 10 dígitos (un número de teléfono) y presiona el botón de enviar. Luego, la estación móvil escanea la banda, busca un canal de configuración con una señal fuerte, y envía los datos (número de teléfono) a la estación base más cercana usando ese canal. La estación base transmite los datos al MTSO. El MTSO envía los datos a la oficina central telefónica. Si la parte llamada está disponible, se establece una conexión y el resultado se retransmite al MTSO. En este punto, el MTSO asigna un canal de voz no utilizado a la llamada y se establece una conexión. La estación móvil ajusta automáticamente su sintonización al nuevo canal y puede comenzar la comunicación. Recepción Cuando se llama a un teléfono móvil, la oficina central telefónica envía el número al MSC. El MSC busca la ubicación de la estación móvil enviando señales de consulta a cada celda en un proceso llamado paginación. Una vez que se encuentra la estación móvil, el MSC transmite una señal de llamada y, cuando la estación móvil responde, asigna un canal de voz a la llamada, permitiendo que comience la comunicación de voz. Traspaso Puede suceder que, durante una conversación, la estación móvil se mueva de una celda a otra. Cuando lo hace, la señal puede debilitarse. Para resolver este problema, el MSC monitorea el nivel de la señal cada pocos segundos. Si la intensidad de la señal disminuye, el MSC busca una nueva celda que pueda acomodar mejor la comunicación. Luego, el MSC cambia el canal que transporta la llamada (pasa la señal del canal antiguo a uno nuevo). Traspaso suave Los nuevos sistemas utilizan una transferencia suave. En este caso, una estación móvil puede comunicarse con dos estaciones base al mismo tiempo. Esto significa que, durante la transferencia, una estación móvil puede continuar con la nueva estación base antes de separarse de la anterior. Itinerancia Una característica de la telefonía celular se llama roaming. La itinerancia significa, en principio, que un usuario puede tener acceso a la comunicación o puede ser contactado donde hay cobertura. Un proveedor de servicios generalmente tiene una cobertura limitada. Los proveedores de servicios vecinos pueden proporcionar cobertura extendida a través de un contrato de roaming. La situación es similar al correo tradicional entre países. El cargo por la entrega de una carta entre dos países se puede dividir mediante el acuerdo de los dos países. AUMENTANDO LA CAPACIDAD Con el tiempo, a medida que más clientes usan el sistema, el tráfico puede aumentar de tal forma para que no haya suficientes frecuencias asignadas a una celda para manejar sus llamadas. Se han utilizado varios enfoques para hacer frente a esta situación, incluidos los siguientes: •Agregar nuevos canales: por lo general, cuando un sistema se configura en una región, no se utilizan todos los canales, y el crecimiento y la expansión se pueden administrar de manera ordenada agregando nuevos canales. •Préstamo de frecuencia: en el caso más simple, las frecuencias son tomadas de celdas adyacentes por celdas congestionadas. Las frecuencias también se pueden asignar a las celdas dinámicamente. •División de celdas: en la práctica, la distribución del tráfico y las características topográficas no es uniforme, y esto presenta oportunidades para aumentar la capacidad. Las celdas en áreas de alto uso se pueden dividir en celdas más pequeñas. En general, las celdas originales tienen un tamaño de aproximadamente 6,5 a 13 km. Las celdas más pequeñas se pueden dividir; sin embargo, las celdas de 1.5 km están cerca del tamaño mínimo práctico como solución general. Para usar una celda más pequeña, el nivel de potencia utilizado debe reducirse para mantener la señal dentro de la celda. Además, a medida que las unidades móviles se mueven, pasan de una celda a otra, lo que requiere transferir la llamada de un transceptor base a otro. Este proceso se llama transferencia. A medida que las celdas se hacen más pequeñas, estas transferencias se vuelven mucho más frecuentes. La figura siguiente indica esquemáticamente cómo se pueden dividir las células para proporcionar más capacidad. • Sectorización de celdas: con el sectorización de celdas, una celda se divide en varios sectores en forma de cuña, cada uno con su propio conjunto de canales, generalmente tres o seis sectores por celda. A cada sector se le asigna un subconjunto separado de los canales de la celda, y las antenas direccionales en la estación base se utilizan para enfocarse en cada sector. •Microceldas: a medida que las células se hacen más pequeñas, las antenas se mueven desde las cimas de los edificios altos o las colinas hasta las cimas de los edificios pequeños o los costados de los edificios grandes, y finalmente a los postes de luz, donde forman microcélulas. Cada disminución en el tamaño de la celda va acompañada de una reducción en los niveles de potencia radiada desde las estaciones base y las unidades móviles. Las microceldas son útiles en calles de la ciudad en áreas congestionadas, a lo largo de carreteras y dentro de grandes edificios públicos. GENERACIONES DE LA TELEFONÍA CELULAR Primera Generación (1G) La telefonía celular está ahora en su quinta generación. La primera generación fue diseñada para la comunicación de voz utilizando señales analógicas. El sistema móvil de primera generación utilizado es conocido como el sistema avanzado de telefonía móvil (AMPS Advanced Mobile Phone System) es un sistema celular analógico, que utiliza FDMA para separar los canales en un enlace. El sistema utiliza dos canales analógicos separados, uno para la comunicación directa (estación base a estación móvil) en la banda entre 869 y 894 MHz y otro para la comunicación inversa (estación móvil a estación base), en la banda entre 824 y 849 MHz lleva comunicación hacia adelante (ver Figura 16.8). Segunda Generación (2G) Para proporcionar comunicaciones de voz móviles de mayor calidad (menos propensas al ruido), se desarrolló la segunda generación de la red de telefonía celular. Mientras que la primera generación fue diseñada para la comunicación de voz analógica, la segunda generación fue diseñada principalmente para voz digitalizada. Dos sistemas principales evolucionaron en la segunda generación: D-AMPS, GSM D-AMPS El producto de la evolución del AMPS analógico en un sistema digital es el AMPS digital (D-AMPS). D-AMPS fue diseñado para ser compatible con versiones anteriores de AMPS. Esto significa que en una celda, un teléfono puede usar AMPS y otro D-AMPS. D-AMPS utiliza las mismas bandas y canales que AMPS. GSM El Sistema Global de Comunicación Móvil (GSM Global System for Mobile Communication) es un estándar europeo que se desarrolló para proporcionar una tecnología común de segunda generación para toda Europa. El objetivo era reemplazar una serie de tecnologías incompatibles de primera generación. Tercera Generación (3G) La tercera generación de telefonía celular se refiere a una combinación de tecnologías que proporcionan comunicación de voz y datos digitales. Usando un pequeño dispositivo portátil, una persona puede hablar con cualquier otra persona en el mundo con una calidad de voz similar a la de la red telefónica fija existente. Una persona puede descargar y ver una película, descargar y escuchar música, navegar por Internet o jugar juegos, tener una videoconferencia y hacer mucho más. Una de las características interesantes de un sistema de tercera generación es que el dispositivo portátil siempre está conectado; no necesita marcar un número para conectarse a Internet. El concepto de tercera generación comenzó en 1992, cuando la UIT emitió un plan denominado Internet Mobile Communication 2000 (IMT-2000). El plan define algunos criterios para la tecnología de tercera generación como se describe a continuación: a. Calidad de voz comparable a la de la red telefónica pública existente. b.Velocidad de datos de 144 kbps para el acceso en un vehículo en movimiento (automóvil), 384 kbps para el acceso mientras el usuario camina (peatones) y 2 Mbps para el usuario estacionario (oficina u hogar). c. Soporte para servicios de datos con conmutación de paquetes y circuitos. d. Una banda de 2 GHz. e. Anchos de banda de 2 MHz. f. Interfaz a internet Cuarta Generación (4G) La cuarta generación de telefonía celular es una evolución completa en las comunicaciones inalámbricas. Algunos de los objetivos definidos por el grupo de trabajo 4G son los siguientes: a. Un sistema espectralmente eficiente. b. Alta capacidad de red. c. Velocidad de datos de 100 Mbit/s para acceso en un automóvil en movimiento y 1 Gbit/s para usuarios estacionarios. d. Velocidad de datos de al menos 100 Mbit / s entre dos puntos del mundo. e. Transferencia fluida a través de redes heterogéneas. f. Conectividad perfecta y roaming global en múltiples redes. g. Alta calidad de servicio para soporte multimedia de próxima generación. h. Interoperabilidad con los estándares inalámbricos existentes. i. Uso de redes IP, conmutación de paquetes. La cuarta generación solo está basada en paquetes (a diferencia de 3G) y es compatible con IPv6. Esto proporciona mejores capacidades de multidifusión, seguridad y optimización de ruta. Quinta Generación (5G) Desde el 2018 se ha lanzado al mercado, pero aún esta en desarrollo y se espera que desate un ecosistema masivo de IoT (Internet de las cosas) donde las redes pueden satisfacer las necesidades de comunicación de miles de millones de dispositivos conectados, con las compensaciones correctas entre velocidad, latencia y costo. Sus características son: • Una tasa de datos de hasta 10Gbps - > de 10 a 100 veces mejor que las redes 4G • Latencia de 1 milisegundo • Una banda ancha 1000 veces más rápida por unidad de área • Hasta 100 dispositivos más conectados por unidad de área (en comparación con las redes 4G) • Disponibilidad del 99.999% • Cobertura del 100% • Reducción del 90% en el consumo de energía de la red • Hasta 10 años de duración de la batería en los dispositivos IoT (Internet de las Cosas) de baja potencia
