El Standard GSM como sistema

Inicialmente lo que se conocía como la generación analógica soporto únicamente voz en sus sistemas, siendo para la tecnología de estos tiempos una aplicación limitada, sobre todo por que los móviles tienen la capacidad de manejar diferentes tipos de información (audio, video, foto, radio, IrDA, bluetooth etc) y no solo conversaciones telefónicas. Por ello con el paso del tiempo en las compañías celulares surgió la necesidad de transmitir adicionalmente estos tipos de información requiriendo un mayor ancho de banda en el sistema y equipos de procesamiento digital. Entonces después de varios años se dio paso a lo que hoy se conoce como la generación digital dejando obsoleta a la era analógica. Los sistemas celulares han tenido un gran éxito debido a que incorporan la ventaja de dividir el área de cobertura en células, lo cual, limitando convenientemente la potencia con que se emite cada frecuencia, permite la reutilización de las mismas a distancias bastante cortas y, por lo tanto, aumenta ampliamente la capacidad de los sistemas. Entonces la idea de un sistema celular esta basado en varios niveles de

células: un transmisor de gran potencia (célula grande) con muchos transmisores de baja potencia (células pequeñas), cada una proporcionando cobertura a sólo una pequeña porción del área de servicio.

Así, un sistema celular consta de una serie de células, cubiertas cada una por un sistema de radio que permite la conexión de los teléfonos móviles al sistema GSM mediante las estaciones base. Estas estaciones base se comunica igualmente mediante un enlace de radio con el sistema de conmutación (centro de servicios móviles) que a su vez permite la interconexión entre las diversas estaciones base de un segmento de red y la conexión del sistema GSM a la red de conmutación pública como se muestra en la Figura 2.6.

En un sistema celular a cada estación base se le asigna una porción del número total de canales disponibles en el sistema completo, y a las BTS cercanas se les asignan diferentes grupos de canales de forma que los canales disponibles son asignados en un número relativamente pequeño de estaciones base vecinas. A las estaciones base vecinas se les asigna diferentes grupos de canales de forma que las interferencias entre ellas (y entre los usuarios móviles bajo su control) se reduzcan.

De esta manera espaciando sistemáticamente las estaciones base y sus grupos de canales a través de un administrador, los canales disponibles pueden distribuirse a través de una región y ser reutilizados tantas veces como sea necesario, siempre y cuando la interferencia entre estaciones con el mismo canal se mantenga por debajo de los niveles aceptables. Se considera un nivel aceptable cuando en el transcurso de una llamada de algún usuario, esta se complete sin sufrir interferencia de ningún tipo y la audición sea de calidad.

Figura 2.6 Esquema de un sistema celular

Se observa que el abonado móvil se conecta con la BTS mediante un enlace vía radio al igual que lo hace la estación base con el controlador de BTS. Este controlador de BTS se enlaza con la central de conmutación generalmente por fibra óptica y así este a su vez con la central local, la cual con un par de cobre enlaza a un abonado fijo. La conexión entre estaciones base que integran un segmento de red se realiza por un enlace dedicado de microondas.

En el caso de una llamada de un teléfono móvil a fijo, después de haber pasado la señal por la BTS y controlador de BTS la central de conmutación direcciona la llamada a la central local, mejor conocida como PSTN, la cual se encarga de rastrear al abonado fijo y lo conecta mediante una línea telefónica con par de cobre.

En el caso de una llamada de un teléfono móvil a otro móvil, la central de conmutación al recibir la señal de radio, direcciona y regresa la información nuevamente vía radio a la estación base que ha localizado en su área de cobertura al móvil buscado.

2.4.1 Características del sistema.

En la siguiente tabla se mencionan las características primordiales de un sistema de telefonía celular con tecnología GSM.

Frecuencia uplink 1850 a 1910 MHz Frecuencia downlink 1930 a 1990 MHz Longitud de onda 16 cm Ancho de banda 60 MHz Separación Duplex 80 MHZ Separación entre canales 200 KHz Velocidad de transmisión 270 kbits/s Esquema de reuso de frecuencia 4/12 Técnica de acceso al medio TDMA Esquema de modulación GMSK

Tabla 2.2 – Características del sistema celular con tecnología GSM 2.4.2 Clasificación de canales en GSM

Canales físicos y lógicos

Cada time slot en una trama TDMA es llamado canal físico, es decir, existen 8 canales físicos por frecuencia. Un canal físico puede ser utilizado para transmitir voz, datos o información de señalización. Un canal físico cuando lleva diferentes mensajes de información, se le denomina canal lógico y se define de acuerdo al tipo de información que transmite.

• Canales de control.

• Canales de tráfico.

2.4.2.1 Canales de control Canales de Difusión (Broadcast)

Los canales de difusión son aquellos que trasmiten al móvil información como el área de localización, información de sincronización e identidad de la red. Sin esta información el

móvil no puede acceder a la red. Esta información se difunde a intervalos regulares de tiempo por la BTS.

Canal lógico Dirección BTS Móvil

Canal de corrección de frecuencia FCCH Downlink Punto a multipunto Transmite la frecuencia de la portadora (carrier).

Identifica la frecuencia del BCCH y se sincroniza con esta frecuencia.

Canal de sincronización SCH Downlink punto a multipunto Transmite información de la estructura de la trama TDMA y la identidad de la BTS (BSIC o Código de identidad de la estación base).

Sincroniza con la estructura de la trama e identifica a la celda servidora.

Canal de control

de difusión BCCH Downlink punto a multipunto.

Difunde información como el área de localización, máxima potencia de salida permitida en la celda y las frecuencias del BCCH de las celdas vecinas.

Recibe el LA y la almacena en la SIM. Ajusta su nivel de potencia de salida en base a la información recibida. Almacena la lista de BCCH de las celdas vecinas y mide sus niveles de señal.

Tabla 2.3 – Tipos de canales de Broadcast Canales de control comunes

Una vez que el móvil tiene toda la información para acceder a la red, si desea realizar o recibir una llamada tiene que hacer uso de los canales de control común.

Canal lógico Dirección BTS Móvil

Canal de búsqueda PCH Downlink punto a multipunto Transmite un mensaje de búsqueda para indicar una llamada o mensaje de texto entrante. El mensaje contiene el número de identidad del móvil buscado.

En ciertos intervalos de tiempo el móvil escucha al PCH, si identifica su propio número de identidad responderá.

Canal de acceso

aleatorio RACH Uplink a punto punto Recibe la solicitud de acceso del móvil para iniciar una llamada, actualizar su localización o enviar un SMS.

Responde al mensaje de búsqueda sobre este canal solicitando un canal de señalización.

Canal de acceso

AGCH punto a punto Downlink Asigna una canal de señalización (SDCCH) al móvil. Recibe el canal de señalización asignado.

Canales de control dedicados

En este punto el móvil y el sistema de estación base están listos para iniciar el proceso de inicio de llamada. Para esto es necesario que ambos utilicen los canales de control dedicados.

Canal lógico Dirección BTS Móvil

Canal de control dedicado autónomo SDCCH Uplink y Downlink punto a punto La BTS conmuta al SDCCH asignado, usado para la señalización del inicio de la llamada. El canal de tráfico es asignado a través de este canal. El canal SDCCH es también usado para SMS al móvil.

El móvil conmuta al SDCCH asignado. El inicio de la llamada se lleva a cabo. El móvil recibe la información de asignación del canal de tráfico (portadora y time slot) Canal de control asociado lento SACCH Uplink y Downlink punto a punto

Indica al móvil la potencia de transmisión permitida y los parámetros para alineación en el tiempo. SACCH es usada para los mensajes SMS durante la llamada.

Envía las mediciones promedio de nivel de señal y calidad de su propia BTS, así como los niveles de señal de las celdas vecinas. El móvil utiliza el canal SACCH para este propósito durante toda la llamada. Canal de control asociado rápido FACCH Uplink y Downlink punto a punto Transmite información de handover.

Transmite información necesaria para handover.

Tabla 2.5 - Tipos de canales de control dedicados

2.4.2.2 Canales de tráfico

Una vez que el procedimiento de inicio de llamada ha sido completado en los canales de control, el móvil se sintoniza al canal de tráfico de inmediato, existen dos tipos de canales de tráfico:

• Canales de tráfico Full Rate: Transmite a una velocidad de 13 Kbits/s, un canal full rate ocupa todo el canal físico (el time slot completo)

• Canales de tráfico Half Rate: Transmite a una velocidad de 6.5 Kbits/s, dos canales half rate pueden compartir el mismo canal físico. Al ser asi se duplica la capacidad de la celda.

En la Figura 2.7 se ilustran los diferentes canales de tráfico utilizados en GSM.

Figura 2.7 Tipos de canales en GSM

2.4.3 Proceso de inicio y terminación de una llamada

A continuación se especifica el proceso de inicio y terminación de una llamada de telefonía móvil.

Caso 1. Cuando el móvil desea realizar una llamada

1. El móvil escanea el canal de control más susceptible. 2. El móvil escanea el MSC y hace una petición de llamada.

3. El móvil escanea su MIN (Número de Identificación de Móvil) y su ESN (Número de Serie Electrónico)

4. El móvil transmite su SCM (Station Class Mark) 5. La BTS recibe los datos y los envía a la MSC.

6. La MSC valida la petición, conecta a la PTSN y le indica a la BTS que asigne un canal de voz al móvil.

7. La BTS le indica al móvil a que frecuencia sintonizarse.

8. Cuando se cuelga todos los enlaces se interrumpen y se liberan.

Caso 2. Cuando el móvil recibe una llamada

1. Se envía el MIN de móvil buscado en un broadcast como mensaje de paging (sistema de proceso de búsqueda)

2. El móvil se identifica con la BTS.

3. La BTS indica al MSC la ubicación del móvil

4. El MSC le indica a la BTS que asigne un canal de voz al móvil

5. La BTS le indica al móvil a que frecuencia sintonizarse y envía un mensaje de datos para enterarlo sobre la llamada.

6. El MSC ajusta la potencia de transmisión y controla el proceso de hand-off.

2.4.4 Estados del móvil

Estado Acciones Idle (disponible) • Registro • Roaming • Roaming intenacional • Actualización de localización • Paging

Active (Activo) o Dedicado • Llamada en progreso

Detached (no disponible) • El teléfono esta apagado