Sistemas de Segunda Generación

A finales de los años 80's se forma el camino hacia la era digital; es decir el gran salto de la primera generación hacia la segunda se debe principalmente al Procesador Digital

de Señales (DSP: Digital Signal Processor), así como a el uso de de Circuitos Integrados para Aplicaciones Especificas (ASIC´s: Application-Specific Integrated Circuit); logrando con esto que los teléfonos celulares disminuyeran su tamaño y tuvieran al mismo tiempo características importantes de procesamiento. Sus servicios básicos son: voz y mensajes de texto. La segunda generación llegó al inicio de los 90´s y a diferencia de la primera se caracterizó por su naturaleza digital (primeros en emplear técnicas de codificación, tanto de bloques como convolucionales) para la detección y la corrección de errores en los canales de tráfico; ofreciendo con esto mejor calidad de voz.

Además de la naturaleza digital de los sistemas de segunda generación, estos permiten el uso de las técnicas de acceso múltiple por división de tiempo y/o frecuencia como alternativa para separar a los usuarios. Excluyendo el sistema cdmaOne el cual esta basado en CDMA, la técnica TDMA fue incorporada con FDMA para separar a los usuarios dentro de las bandas de frecuencia señaladas.

La segunda generación fue diseñada para operar en la banda celular de los 810 a 960 MHz. Estos sistemas operan por medio de conmutación de circuitos, y así garantizan el enlace de las llamadas telefónicas con mayor eficiencia. CDMA también fue considerado una alternativa para la implementación de los sistemas de segunda generación, sin embargo solamente Qualcomm al desarrollar el sistema de cdmaOne la adoptó como implementación de acceso múltiple.

Subsecuente a la introducción de TDMA se adicionaron modulaciones digitales tales como Modulación por Desplazamiento Gaussiano Mínimo (GMSK: Gaussian Minimum Shift Keying) y PSK Cuaternario (QPSK: Quaternary Phase Shift Keying). Aunque los investigadores sabían las ventajas de CDMA en ese momento decidieron no integrarlas completamente a los sistemas 2G por dos razones:

La tecnología CDMA no fue estandarizada hasta 1993, que era casi el mismo tiempo en que otros sistemas de segunda generación se estaban implementando o instalando.

Las arquitecturas basadas para TDMA eran bastante maduras en ese momento y por lo tanto se les podía desarrollar con el auge requerido.

Para llevar a cabo un mejor análisis de esta generación, estos sistemas se agrupan, dependiendo de la técnica de acceso múltiple que emplean, es decir TDMA y CDMA. Por lo que se hará una breve referencia en la siguiente sección.

1.2.1. Sistemas TDMA

Groupe Special Mobile (GSM): Este sistema se desarrolla en Europa, emergiendo de

Conference Europeenne Postes des et Télécommunication (CEPT), se introdujo comercialmente hasta 1991. Pero en 1992 este estándar tuvo que ser renombrado a Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM: Global System for Mobile Communications) debido a que el mercado que ocupaba GSM se había extendido más allá de las fronteras de Europa. GSM utiliza FDMA y TDMA, y para proveer canales bidireccionales emplea transmisión bidireccional por división de frecuencia (FDD: Frequency Division Duplexing). En el caso de la transmisión del enlace de bajada (FL: Forward Link) opera en la banda de los 935-960 MHz, y para el enlace de subida (RL: Reverse Link) opera en la banda de los 890-915 MHz [4].

En la práctica, emplea un ancho de banda de 25 MHz el cual es dividido en 124 canales de 200 KHz con una banda de guarda de 100 KHz en los extremos superior e inferior del espectro, como se muestra en la Figura 2.2. El esquema de modulación requerido para este sistema es GMSK, que es una forma de modulación digital que reduce los lóbulos laterales para con esto reducir la interferencia de canal adyacente lo cual aumenta la capacidad del canal [5].

Figura 2.2. Estructura de trama TDMA/FDMA en GSM.

AMPS Digital (DAMPS: Digital AMPS): El desarrollo de este sistema es la

consecuencia de convertir el AMPS de la primera generación que era analógico en un sistema digital. Este sistema se describe en el estándar IS-54 establecido en 1990 para un sistema dual AMPS/DAMPS. Proporciona seis veces más la capacidad que tenía en un

principio AMPS, al mismo tiempo que ambos sistemas comparten las frecuencias, las estaciones base y el plan de reutilización de frecuencias.

Al igual que GSM utiliza TDMA con FDMA como técnica de acceso múltiple, así como también FDD. Exactamente divide los 25 MHz que tiene asignados en el espectro, en canales de 30 KHz, que son divididos en el dominio del tiempo en seis ranuras; tres para ofrecer la tasa máxima, o seis para las mismas condiciones pero con la mitad de usuarios. IS-54 usa modulación FSK para los canales de control del enlace de bajada y el enlace de subida como AMPS; sin embargo los canales de voz utilizan QPSK diferencial (D-QPSK: Diferential QPSK), con una tasa del canal de 48.6 Kb/s [5].

Celular Digital Pacífico (PDC: Pacific Digital Cellular): Otro sistema grande de

segunda generación es PDC también conocido como Celular Digital Japonés (JDC: Japanese Digital Cellular) o Celular Digital Personal. Este sistema se desarrollo en 1991, empezando a operar en Japón en el año de 1993 remplazando a NTT y JTACS que eran sistemas analógicos, y al igual que los sistemas mencionados anteriormente utiliza TDMA con FDMA para poner o acomodar a múltiples usuarios. Utiliza canales de 25 KHz y soporta una tasa de datos de 42 Kb/s [6].

1.2.2. Sistemas CDMA

Los Servicios de Comunicación Personal (PCS: Personal Communication Service) afrontan siempre un número creciente de usuarios que comparten una cantidad limitada del espectro.

Para poder hacer frente a este aumento en los servicios de comunicación, los proveedores deben aumentar la capacidad del sistema sin degradar la calidad del servicio a un nivel inaceptable. Un enfoque para atender esta demanda creciente de usuarios es la utilización de CDMA.

1.2.2.1. CDMAOne: IS-95A

CDMAOne: También se le conoce con el nombre de IS-95A y es el único sistema de

segunda generación que usa CDMA de banda angosta. El estándar IS-95A fue liberado en 1996, este permite comunicaciones de manera simultánea en la misma banda de frecuencia debido a CDMA, ya que todas las celdas utilizan el mismo canal de 1.25 MHz. CDMA es producto del uso de Espectro Disperso de Secuencia Directa (DS-SS) que es una técnica para dispersar espectralmente la señal, y que fue discutida en el capítulo 1.

CDMAOne divide los 25 MHz del espectro del enlace de bajada y el de subida en canales de 1.25 MHz, además de que también utiliza FDD. La tasa de datos básica es de

9.6kb/s, pero también existe una tasa que aumenta este valor a 14.4Kb/s. La señal dispersada se modula utilizando BPSK [7].

Es importante mencionar que IS-95 es un estándar que opera en modo dual (CDMA/AMPS), por lo tanto es posible la transferencia de llamada (Handoff) de modo digital a modo analógico. El desarrollo adicional de IS-95 hacia servicios más avanzados se inició en 1996. Esto condujo a la formación del estándar IS-95B en 1998. Mientras que el estándar IS-95A utilizaba solamente un código para separar el canal del tráfico, IS-95B puede concatenar hasta ocho códigos para la transmisión [8]. En la tabla 2.1 se pueden apreciar, algunas características principales del estándar IS-95A.

Tabla 2.1. Características de CDMAOne

Tecnología TIA/EIA-95A/B Rango de frecuencias: (BS)= Estación base (MS)= Estación móvil 824 a 849 MHz (MS: US, Corea) 869 a 849 MHz(BS: US, Corea) 887 a 925 MHz(MS: Japón) 832 a 870 MHz(BS: Japón) 1850 a 1910 MHz(MS: US) 1930 a 1990 MHz(BS: US) 1750 a 1780 MHz(MS: Corea) 1840 a 1870 MHz(BS: Corea) Celular: 800 MHz (México) PCS: 1900 MHz(México)

Tecnología de Acceso Múltiple. CDMA

Separación del canal. 1.23 MHz(banda celular)

1.25 MHz(otras bandas)

Razón de Dispersión 1.2288 Mcps