ANALISIS DEL IMPACTO DE LOS FENOMENOS DE MULTITRAYECTORIA Y TAMANO DE LA CELDA EN REDES DE TERCERA GENERACION WCDMA

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(1)INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA. “ANÁLISIS DEL IMPACTO DE LOS FENÓMENOS DE M ULTITRAYECTORIA Y TAMAÑO DE LA CELDA EN REDES DE TERCERA GENERACIÓN WCDMA”. TESIS PARA OBTENER EL GRADO DE: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA. P. R. E. S. E. N. T. SONIA JAZMÍN PONCE ROJAS. DIRECTORES DE PROYECTO M. EN C. SERGIO VIDAL BELTRÁN DR. JORGE SOSA PEDROZA. MEXICO, D F. 3 DE DICIEMBRE DE 2009.. A:.

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(3) AGRADECIMIENTOS Al finalizar esta etapa en mi vida el presente trabajo es la culminación de años de esfuerzo y constancia compartidos. Doy gracias a mi Familia quienes con su amor, comprensión y apoyo sin escatimar esfuerzo alguno han estado a mi lado alentándome a ofrecer lo mejor de mí y poner el corazón y un constante compromiso en cada cosa que haga en la vida. Agradezco al Instituto Politécnico Nacional por su preocupación en brindarnos una Institución líder en educación e investigación tecnológica, comprometida con México en la formación de profesionistas. Una organización nacida de los anhelos de ilustres mexicanos orientados a forjar una nación más próspera, equitativa y democrática Agradezco a cada uno de los maestros de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica con los que tuve el privilegio de compartir el aula de clases ya que participaron de manera activa en mi formación académica. En especial a mis Asesores el M. en C. Sergio Vidal Beltrán y al Dr. Jorge Sosa Pedroza quienes con sus conocimientos, experiencia y apoyo enriquecieron esta tesis. De la misma manera que el Ingeniero José Iván Zamudio Castro por su incondicional y valiosa cooperación en el desarrollo de este trabajo. A mis compañeros y amigos los Ingenieros Edgar Alan Degollado Rea y Pablo Abraham Velázquez Ramírez quienes me brindaron el enorme privilegio de trabajar conjuntamente en nuestros diferentes temas de investigación así como a lo largo del camino por esta nuestra querida ESIME Zacatenco. A las personas que con sus consejos y palabras de aliento me motivaron a continuar siempre hacia adelante en esta constante búsqueda de seguir progresando para regresar un poco de lo mucho que este hermoso país nos ha dado poniendo siempre “La técnica al Servicio de la Patria”. Atentamente Ing. Sonia Jazmín Ponce Rojas.

(4) INDICE. ABREVIATURAS. VI. INDICE DE TABLAS. IX. INDICE DE FIGURAS. X. OBJETIVO. XIII. INTRODUCCIÓN. XIV. CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN 1.1 COMUNICACIONES INALÁMBRICAS 1.1.1 EVOLUCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS 1.2 QUE ES WCDMA 1.2.1 ORIGENES 1.2.2 3GPP 1.2.3 TIPOS Y CALIDAD DE SERVICIOS 1.2.3.1 SERVICIOS DE CIRCUITOS CONMUTADOS PERSONA A PERSONA 1.2.3.1.1 FUENTE BASADA EN TASA DE ADAPTACIÓN AMR: 1.2.3.1.2 MAYOR CAPACIDAD DE VOZ 1.2.3.1.3 ANCHO DE BANDA AMR: MEJOR CALIDAD DE VOZ. 1 5 8 9 11 12 13 14 14 14. 1.2.3.2 VIDEO TELEFONIA 1.2.3.2.1 ARQUITECTURA MULTIMEDIA PARA LA CONEXIÓN DE CIRCUITOS CONMUTADOS 1.2.3.2.2 CODIGOS DE VIDEO. 15. 1.2.3.3 SERVICIOS PERSONA A PERSONA POR PAQUETES CONMUTADOS 1.2.3.3.1 MENSAJERIA. 16 16. I. 15 15.

(5) 1.2.3.3.2 MENSAJES DE AUDIO 1.2.3.3.3 MENSAJES INSTANTANEOS 1.2.3.3.4 CORREO ELECTRÓNICO MÓVIL. 17 17 17. 1.2.3.4 SERVICIOS DE CONTENIDO A PERSONAS 1.2.3.4.1 BUSQUEDA 1.2.3.4.2 TRANSMISION DE DATOS EN FLUJO CONSTANTE DE VIDEO Y AUDIO 1.2.3.4.3 DESCARGA DE CONTENIDOS. 18 18. 1.2.3.5 CONECTIVIDAD DE EMPRESAS 1.2.3.6 SERVICIOS DE LOCALIZACIÓN. 19 20. 1.2.4 ASPECTOS GENERALES DE LA TECNOLOGÍA 1.2.4.1 CARACTERISTICAS TECNICAS DE WCDMA 1.2.5 REFERENCIAS. 18 19. 20 22 31. CAPITULO 2 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 2.1 PROPAGACIÓN 2.1.1 PROPAGACION EN EL ESPACIO LIBRE 2.1.2. ATENUACIÓN Y ABSORCIÓN DE ONDAS 2.1.2.1 ATENUACIÓN 2.1.2.2 ABSORCIÓN 2.1.3 PROPIEDADES ÓPTICAS DE LAS ONDAS DE RADIO 2.1.3.1 REFRACCIÓN 2.1.3.12 REFLEXIÓN 2.1.3.3 DIFRACCIÓN 2.1.4 INTERFERENCIA 2.1.5 PROPAGACION SOBRE UNA SUPERFICIE REFLEJANTE 2.1.6 EL EFECTO DE LA SUPERFICE ASPERA 2.1.7 PROPAGACION SOBRE OBSTACULOS DEL TERRENO 2.1.8 DIFRACCION SOBRE OBSTACULOS REDONDEADOS 2.1.8.1 DIFRACCION MULTIPLE EN BORDES AGUDOS 2.1.9 DESVANECIMIENTO 2.1.9.1 MARGEN DE DESVANECIMEINTO 2.1.10 MULTITRAYECTORIA 2.1.10.1 MULTITRAYECTORIA POR REBOTE EN TIERRA. II. 33 35 36 37 37 38 38 38 38 39 39 40 41 42 43 43 45 46 49.

(6) 2.2 TECNICAS DE DIVERSIDAD 2.2.1 DIVERSIDAD DE FRECUENCIA 2.2.2 DIVERSIDAD ESPACIAL 2.2.3 DIVERSIDAD DE POLARIZACIÓN 2.2.4 DIVERSIDAD HIBRIDA 2.2.5 DIVERSIDAD CUÁDRUPLE. 59 59 60 60 61 61. 2.3 MODELOS DE PROPAGACIÓN 2.3.1MODELO DE OKUMURA-HATA 2.3.1.1 MODELO DE HATA 2.3.2 MODELO DE PROPAGACION COST WALFISH – IKEGAMI 2.3.2.1 CASO CON LINEA DE VISTA (CAÑON DE CALLE) 2.3.2.2 CASO SIN LINEA DE VISTA. 61 61 64 65 66 66. 2.4 CALCULO DE PRESUPUESTO DE ENLACE 2.4.1 CALCULO DEL ENLACE DE BAJADA (DOWNLINK) 2.4.2 CALCULO DEL ENLACE DE SUBIDA (UPLINK). 68 68 70. 2.5 TAMAÑO DE CELULA 2.5.1 FEMTO CELULAS 2.5.2 PICO CELULAS 2.5.2.1 SITIOS PICO CELULA 2.5.3 MICRO CELULAS 2.5.3.1 SITIOS MICRO CELULA 2.5.4 MACRO CELULAS. 72 72 73 74 74 75 75. 2.6 MÉTODO DE KRIGE 2.6.1 PROPIEDADES GENERALES DEL MODELO DE KRIGE 2.6.2 ENTORNOS Y PUNTOS OBSERVADOS PARA LA ESTIMACIÓN DE VECINDARIOS 2.7 REFERENCIAS. 76 79 80 81. CAPITULO 3 REDES DE ACCESO DE RADIO WCDMA 3.1 TÉCNICAS DE ESPECTRO DISPERSO 3.1.1TÉCNICAS DE ENSANCHADO DEL ESPECTRO. III. 82 84.

(7) 3.1.1.1 SISTEMAS DE SECUENCIA DIRECTA 3.1.1.2 SISTEMAS DE SALTO DE FRECUENCIA 3.1.1.3 SISTEMAS DE SALTO TEMPORAL 3.1.1.4 SISTEMAS DE FRECUENCIA MODULADA PULSADA (O CHIRPING) 3.1.1.5 SISTEMAS HÍBRIDOS 3.1.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS 3.1.3 RECEPCIÓN Y SINCRONIZACIÓN DE LA SEÑAL 3.1.4 CODIGO DE ENSANCHAMIENTO (SPREADING CODE). 84 85 85 85 85 86 87 88. 3.2 RECEPTOR RAKE 3.3 MODULACIÓN 3.3.1 QPSK MODULACIÓN POR DESVIACIÓN DE FASE BINARIA 3.3.2 QPSK MODULACIÓN POR DESVIACIÓN DE FASE CUATERNARIA 3.3.3 QAM MODULACIÓN POR AMPLITUD EN CUADRATURA. 90 93 93 93 95. 3.4 PARAMETROS DE WCDMA 3.4.1 BANDAS DE OPERACIÓN 3.4.2 ESTRUCTURA DE LA TRAMA 3.4.3 CANALES 3.4.3.1 CANALES FISICOS 3.4.3.2 CANALES DE TRANSPORTE 3.4.3.2.1 CANALES DE TRANSPORTE COMUN. 96 97 98 100 101 103 103. 3.5 CONTROL DE POTENCIA Y ACCESO 3.6 HANDOVER, HANDOFF 3.7 ELEMENTOS 3.7.1 RED PRINCIPAL (CN) 3.7.2 MSC (Mobile Switching Centre; Centro de Conmutación Móvil) 3.7.3 HLR (Home Location Register; Registro de Ubicación Base) 3.7.4 VLR (Visitor Location Register; Registro de Ubicación de Visitante) 3.7.5 SGSN (Serving GPRS Support Node; Nodo de apoyo GPRS para servicio) 3.7.6 GGSN (Gateway GPRS Support Node; Nodo de apoyo GPRS para Gateway) 3.7.7 GR (GPRS Register; Registro GPRS) 3.7.8 RED DE ACCESO DE RADIO TERRESTRE DE UMTS (UTRAN) 3.7.9 CONTROLADOR DE RADIO DE LA RED (RNC) 3.7.10 NODO B 3.7.11 EQUIPO DE USUARIO (UE) O ESTACION MOVIL (MS) 3.8 REFERENCIAS IV. 105 108 112 113 113 114 114 115 115 115 115 116 117 118 119.

(8) CAPITULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES 4.1 PLAN DE MEDICIONES 4.2 CARACTERISTICAS DEL EQUIPO 4.3 ORGANIZACIÓN E INTERPRETACION DE RESULTADOS 4.5 CONCLUSIONES 4.6 FUTURAS LINEAS DE INVESTIGACIÓN. V. 120 121 126 135 136.

(9) ABREVIATURAS AMR. Adaptive Multi-Rate ; Multi-tasa Adaptativa. ASIC. Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas. BCH. Broadcast Channel; Canal de Broadcast. BER. Bit Error Rate; Tasa de Bit Erroneo. BPSK. Binary phase shift keying; Modulació por Desviación de Fase Binaria. BSC. Base Station Controller; Controlador de la Estación Base. BTS. Base Transceiver Station; Transceptor de la Estación Base. CIF. Common Intermediate Format; Formato Intermedio Común. CN. Core Network; Red principal. CPICH. Common Pilot Channel; Canal de Piloto Común. CS. Circuit-Switched; Conmutación de Circuitos. DPCH. Dedicated Physical Channel; Canal Físico Dedicado. DSCDMA. Direct Secuence-Code Division Multiple Access; Directa y Acceso Múltiple por División de Código. DSCH. Downlink Shared Channel; Canal Compartido Descendente. DSL. Digital Subscriber Line; Línea Digital de Abonado. DSP. Digital Signal Processor; Procesador Digital de Señal.. FACH. Forward Access Channel; Canal de Acceso Directo VI.

(10) FER. Frame Error Rate; Tasa de Error de Trama. GGSN. Gateway GPRS Support Node; Nodo de apoyo GPRS para Gateway. HLR. Home Location Register; Registro de Ubicación Base. ISDN. Integrated Services Digital Network, Red Digital de Servicios Integrados. LOS. Line of Sight; Línea de Vista. MS. Mobile Station; Estación Móvil. MSC. Mobile Switching Centre; Centro de Conmutación Móvil. NLOS. Non Line of Sight; Sin Línea de Vista. OMA. Open Mobile Alliance ; Alianza de Apertura Móvil. P-CCPCH. Primary Common Control Physical Channel; Canal Físico Común de Control Primario. PCH. Paging Channel; Canal de Voceo. P-SCH. Primary Synchronization Channel; Canal de sincronización primaria. QAM. Quaternary Amplitud Modulation; Modulación por Amplitud en Cuadratura. QPSK. Quaternary phase shift keying; Modulación por Desviación de Fase Cuaternaria. RACH. Random Access Channel; Canal de Acceso Aleatorio. RNC. Radio Network Controller; Controlador de Radio de la Red. RRC. Radio Resource Controller; Controlador de Recursos de Radio. SF. Spreading Factor; Factor de Dispersión. SGSN. Serving GPRS Support Node; Nodo de apoyo GPRS para servicio. SIP. Session Initiation Protocol; Protocolo de Iniciación de Sesión. SIR. Signal Interference Ratio; Relación Señal Interferencia VII.

(11) SMIL. Synchronised Multimedia Integration Language; Lenguaje de Integración Multimedia Sincronizado. S-SCH. Secondary Synchronization Channel; Canal de Sincronización Secundario. UE. User Equipment; Equipo de Usuario. UE. User Equipment; Equipo del usuario. UMTS. Universal Mobile Telecommunication Services; Servicios de Telecomunicaciones Móviles Universales. UTRAN. UMTS Terrestrial Radio Acces Network; Red de Acceso de Radio Terrestre de UMTS. VAD. Voice Activity Detector; Detector Activo de Voz. VLR. Visitor Location Register; Registro de Ubicación de Visitante. VPN. Virtual Private Networks; Red Privada Virtual. WLAN. Wireless Local Area Network; Red de Acceso Local Inalámbrica. VIII.

(12) INDICE DE TABLAS. Tabla 1.1 Tabla 1.2 Tabla 1.3. Tipos de tecnologías inalámbricas según su ancho de banda Rendimiento del sistema para WCDMA. Principales Diferencias entre WCDMA y GSM. 4 8 31. Tabla 2.1. Restricciones del Modelo Walfish – Ikegami.. 68. Tabla 2.2 Tabla 2.3 Tabla 2.4. Diseño del enlace para el servicio de voz en el enlace de bajada Diseño del enlace para el servicio de voz, en el enlace de subida. Diseño del enlace para el servicio de datos, en el enlace de subida.. 69 70 71. Tabla 3.1 Tabla 3.2. Bandas de frecuencia WCDMA en 3GPP Canales WCDMA. 97 104. IX.

(13) INDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Figura 1.2 Figura 1.3 Figura 1.4. Sistemas Radio Móviles de Segunda generación Evolución de las tecnologías Celulares. Socios de la Organización 3GPP Asignación del Ancho de Banda en WCDMA en el espacio tiempofrecuencia potencia. Estructura del canal WCDMA Dispersión de la señal y correlación en una estación base WCDMA Aunque GSM y WCDMA son diferentes, comparten la misma red núcleo. 6 7 12 21. Figura 2.1. Dos antenas sobre una superficie lisa reflejante. 40. Figura 2.2. Ilustración del criterio de Rayleigh de superficies ásperas. 41. Figura 2.3. Estimación de la separación sobre obstáculos utilizando las zonas de Fresnel. 42. Figura 2.4. Difracción sobre un cilindro. 42. Figura 2.5 Figura 2.6. La propagación multitrayectoria da lugar a un perfil de retraso Modelo de desvanecimiento rápido. 47 48. Figura 2.7. Geometría de reflexión del enlace terreno-rebote. 49. Figura 2.8. Magnitud del coeficiente de reflexión contra ángulo razante para agua de mar usando polarización horizontal. 52. Figura 2.9. Magnitud del coeficiente de reflexión contra ángulo razante para agua de mar usando polarización vertical. 53. Figura 2.10. Ángulo de fase del coeficiente de reflexión contra ángulo razante para agua marina utilizando polarización vertical. 54. Figura 2.11. Grafica de. 62. Figura 2.12. Grafica de factor de corrección de la altura de la estación base para el modelo de Okumura. 63. Figura 2.13. Grafica de. 64. Figura 1.5 Figura 1.6 Figura 1.7. vs frecuencia para el uso del modelo de Okumura. factor de corrección de la altura de la antena móvil X. 23 24 30.

(14) para el modelo de Okumura Figura 2.14. Medición de la altura efectiva del transmisor. 64. Figura 2.15. Parámetros usados en el modelo de propagación Walfish – Ikegami.. 68. Figura 3.1. Comparación de una señal en banda estrecha con una señal modulada en secuencia directa. Ensanchado y Desensancado de la señal Principio del Receptor de correlación para CDMA Árbol de códigos de canalización de 3GPP Diagrama a Bloques de un Receptor Rake WCDMA Forma de onda de la señal BPSK Señal QPSK Diagrama de Constelación QAM Constelaciones de las variantes de QAM Estructura del Canal Dedicado de enlace de subida Estructura de la trama para las partes de control y datos del enlace de subida del PCPCH Estructura de la trama para el enlace de bajada del DPCH Estructura de la trama CCPCH Primario. 85. Figura 3.2 Figura 3.3 Figura 3.4 Figura 3.5 Figura 3.6 Figura 3.7 Figura 3.8 Figura 3.9 Figura 3.11 Figura 3.12 Figura 3.13 Figura 3.14 Figura 3.15. División de Canales en WCDMA. 89 89 90 92 93 94 95 95 99 99 99 100 101. Figura 3.16. Canales Físicos. 102. Figura 3.17. Relación entre canales Físicos y de Transporte Compensación de canal de desvanecimiento en control de potencia de bucle cerrado Handover y actualización de ubicación. Arquitectura general de UMTS. 104. Arquitectura del Plano de Acceso. 114. Figura 4.1 Figura 4.2 Figura 4.3 Figura 4.4 Figura 4.5 Figura 4.6 Figura 4.7. Área de medición Anritsu BTS Master Vista Superior del Anritsu BTS Master Selector de Modo Menú Freq. Parámetros de configuración Medición de CPICH. 121 121 122 123 123 124 125. Figura 4.8. Medición de multitrayectoria. 126. Figura 3.18 Figura 3.19 Figura 3.20 Figura 3.21. XI. 107 109.

(15) Figura 4.9 Figura 4.10 Figura 4.11 Figura 4.12 Figura 4.13. Proceso de Krigeo Configuración de la red LAN Ubicación de estaciones bases que cubren la Unidad Profesional Adolfo López Mateos Niveles de potencia en la Unidad Profesional Adolfo López Mateos Niveles de potencia del SC 226 en la Unidad Profesional Adolfo López Mateos. 127 128 129 129 130. Figura 4.14. Nivel de potencia del RSCP en la Unidad Profesional Adolfo López Mateos. 131. Figura 4.15. Nivel de potencia del RSCP para el SC 226 en la Unidad Profesional Adolfo López Mateos Distribución general de multitrayectoria por área Distribución de mediciones en la zona de edificios Número promedio de Multitrayectorias por área Mediciones en el área deportiva. 131. Figura 4.16 Figura 4.17 Figura 4.18 Figura 4.19. XII. 132 133 133 134.

(16) OBJETIVO Analizar experimentalmente el fenómeno de propagación multitrayectoria en los diferentes escenarios presentes en la Unidad Profesional Adolfo López Mateos entendiendo sus efectos en la transmisión de datos a través de redes WCDMA. Estableciendo una relación entre los parámetros que modifican el desempeño de dicha red.. XIII.

(17) INTRODUCCIÓN La telefonía celular ha tenido una increíble evolución en nuestro país en los últimos 15 años, pasó de ser un servicio elitista, disponible únicamente para las personas con un alto poder adquisitivo, a ser un servicio de primera necesidad, el cual es ampliamente utilizado y está disponible para cualquier usuario que desee comunicarse rápidamente. Tecnológicamente hablando, la evolución de la telefonía celular ha tenido muchos avances importantes. Empezó siendo un servicio analógico, transformándose una década después, a digital. Las limitaciones analógicas de la tecnología móvil ocasionaron que la señal de voz no fuera tan nítida. La inseguridad también era un problema, debido a que no existirán esquemas de encriptación y codificación de la información como los que existen en la telefonía celular digital. La telefonía celular analógica no permitía que muchos usuarios pudieran comunicarse entre sí en una misma radio base, lo que ocasionaba que se bloquearan los intentos de llamada. La telefonía celular digital acabo con todas las limitantes de la telefonía celular analógica, y se agregaron además otros beneficios para los usuarios, como el identificador de llamadas, conferencia tripartita, llamada en espera, transmisión de datos, mensajes cortos, correo electrónico, entre otros. En 1989 la telefonía celular da sus primeros pasos en México cuando la compañía Iusacell empieza a ofrecer el servicio en el Distrito Federal. Un año después, la compañía Telcel inicia sus operaciones ofreciendo también el servicio en la capital del país. Posteriormente ambas compañías comienzan a expandir sus redes a otras latitudes. Para ese entonces el país ya se había dividido en 9 regiones. Cada una de estas regiones se dividen en 2 bandas de frecuencia, la Banda "A" y la Banda "B". En cada una de las 9 regiones habría un concesionario operando en la banda de frecuencias "A" (825-835 MHz, 870-880 MHz) La banda "B" (835-845 MHz, 880-890 MHz) operaría en todas las 9 regiones para un solo concesionario, en este caso, Radiomóvil Dipsa (Telcel). Posteriormente la COFETEL (Comisión Federal de Telecomunicaciones) en 1997 lanza una convocatoria para licitar en México una nueva banda de frecuencias (1850-1970 MHz). Posterior a esta licitación aparecen nuevos operadores en estas bandas como Unefon, Pegaso PCS, Telcel y Iusacell.. XIV.

(18) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. CAPITULO I INTRODUCCIÓN 1.1 COMUNICACIONES INALÁMBRICAS En la actualidad, la comunicación participa en nuestra vida cotidiana de diferentes maneras y por ello es fácil pasar por alto la multitud de sus facetas. Los teléfonos en nuestras manos, los radios y televisiones en nuestras habitaciones, las terminales de computadora con acceso a Internet en nuestras oficinas y hogares, así como nuestros periódicos, son capaces de proporcionar comunicaciones rápidas desde cada rincón del planeta. Las comunicaciones indican el rumbo de los barcos en altamar, los aviones en vuelo, los cohetes y satélites en el espacio. Asimismo, mantienen a un conductor en contacto con su oficina o casa a kilómetros de distancia a través del teléfono inalámbrico y se encargan de informar a un pronosticador del tiempo acerca de las condiciones que miden multitud de sensores. En realidad, la lista de aplicaciones que implican el uso de las comunicaciones de una forma u otra es casi interminable. En sentido fundamental, la comunicación implica en forma manifiesta la transmisión de información de un punto a otro a través de una sucesión de procesos, como se describe aquí: 1. La generación de una señal del mensaje: voz, música, imagen o datos de computadora. 2. La descripción de esa señal del mensaje con cierta medida de precisión, mediante un conjunto de símbolos: eléctricos, auditivos o visuales. 3. La codificación de estos símbolos en una forma que sea adecuada para la transmisión por un medio físico de interés. 4. La transmisión de los símbolos codificados al destino deseado. 5. La decodificación y la reproducción de los símbolos originales. 6. La recreación de la señal del mensaje original, con una degradación definible en la calidad; la degradación la ocasionan las imperfecciones del sistema. 1.

(19) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. Independientemente de la forma del proceso de comunicación que se esté considerando, existen tres elementos básicos para todo sistema de comunicación: transmisor, canal y receptor. El transmisor se localiza en un punto en el espacio, el receptor se ubica en algún otro punto separado del transmisor, y el canal es el medio físico que los conecta. El propósito del transmisor es convertir la señal del mensaje producida por la fuente de información en una forma adecuada para la transmisión por el canal. Sin embargo, como la señal transmitida se propaga a lo largo del canal, se distorsiona debido a imperfecciones de este último. Aún más, el ruido y las señales de interferencia (originadas de otras fuentes) se suman a la salida del canal, como el resultado de que la señal recibida es una versión corrompida de la señal transmitida. El receptor tiene la tarea de actuar sobre la señal recibida de manera que reconstruya para el usuario una forma reconocible de la señal del mensaje original. Existen dos modos básicos de comunicación: 1. Transmisión, que implica el uso de un transmisor poderoso y de numerosos receptores cuya construcción es relativamente económica. Aquí las señales que contienen la información sólo fluyen en una dirección. 2. Comunicación punto a punto, en la cual los procesos de comunicación se llevan a cabo por un enlace entre un solo transmisor y un receptor. En este caso, casi siempre existe un flujo bidireccional de las señales que llevan la información que requiere el uso de un transmisor y un receptor en cada extremo del enlace. El modo de comunicación por transmisión se ejemplifica a través de la radio y la televisión; el teléfono constituye el medio para una forma de comunicación punto a punto. Otro ejemplo de la comunicación punto a punto es el enlace entre una estación en Tierra y un robot que navega en la superficie de un planeta distante. Todos estos diferentes sistemas de comunicación comparten un rasgo común: el proceso de comunicación fundamental en todos es de naturaleza estadística. [1] Las comunicaciones radioeléctricas se caracterizan por el empleo del aire y las ondas de radio como soporte de la comunicación. A diferencia de lo que ocurre con sus homólogas cableadas, no requieren de un medio físico, como un cable de cobre o una fibra óptica, para el establecimiento de la comunicación. En efecto, la idea que subyace a toda red de radio es la de conectividad total, tanto temporal (conexión disponible en cualquier momento) como espacial (conexión disponible en cualquier lugar).. 2.

(20) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. Las ventajas que poseen las redes inalámbricas son: Flexibilidad: dentro de la zona de cobertura de la red inalámbrica los nodos se podrán comunicar libremente y no estarán “atados” a un cable. Poca planificación con respecto a las redes cableadas: antes de cablear una zona se debe de pensar mucho sobre la distribución física de los equipos, mientras que con una red inalámbrica sólo nos tenemos que preocupar de que quede dentro de la cobertura de la red. Robustez frente eventos inesperados (tropezón de un usuario con un cable, terremoto, etc.) ante los que una red cableada podría llegar a quedar completamente inutilizada. En estos casos, la red inalámbrica puede sobrevivir bastante mejor a este tipo de percances. Por lo tanto, los inconvenientes son: Calidad de servicio: las redes inalámbricas ofrecen una peor calidad de servicio que sus homólogas cableadas. Por otra parte, hay que tener en cuenta también la tasa de error debida a las interferencias. Esta se puede situar alrededor de 10 -4 frente a las 10-10 de las redes cableadas, lo que significa que hay 6 órdenes de magnitud de diferencia. Esto puede llegar a ser imposible de implementar en algunos entornos industriales con fuertes campos electromagnéticos y ciertos requisitos de calidad. Mayor coste: aunque, cada vez más, se están abaratando los costes asociados a estas tecnologías, todavía resultan más caras que las redes cableadas en la mayoría de los casos. Restricciones: estas redes requieren de la asignación de una banda dentro del espectro radioeléctrico. Éste está muy saturado hoy en día y las redes deben amoldarse a las reglas que existan dentro de cada país. Seguridad en dos vertientes : o Por una parte, seguridad e integridad de la información que se transmite. Este campo está bastante criticado en casi todos los estándares actuales que, según dicen, no se deben utilizar en entornos críticos en los que un “robo” de datos pueda ser peligroso o Por otra parte, este tipo de comunicación podría inferir con otras redes de comunicación (policía, bomberos, hospitales, etc.) y esto hay que tenerlo en cuenta en el diseño. Las primeras aplicaciones de redes de radio se restringían a entornos WAN en los que se empleaba un enlace radioeléctrico para interconectar dos o más puntos entre sí. Sin embargo, 3.

(21) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. conforme avanzó la tecnología y a medida que los usuarios fueron demandando servicios más interactivos se fue poniendo de manifiesto la necesidad de nuevas redes con mayor ancho de banda y mejor capacidad bidireccional. La solución radioeléctrica a este problema la aportan las redes de acceso vía radio. Pero todas estas redes tienen un inconveniente común: la movilidad de las terminales de usuario, si se soporta, resulta muy compleja. Fue necesario, por tanto, desplegar otro tipo de redes que tomaran la movilidad de los usuarios como premisa fundamental. Así surgieron las redes de telefonía móvil que, en un primer momento, ofrecían comunicaciones de voz (GSM) y, tras la explosión de Internet, también permiten las comunicaciones móviles de datos (UMTS). Las numerosas ventajas de las comunicaciones inalámbricas pronto hicieron que se planteara su utilización en entornos corporativos reducidos, pues ya existían aplicaciones para empresas como redes VSAT sobre satélite o el acceso a Internet a través de un enlace LMDS. Se trataba de conjugar aspectos como el gran ancho de banda de las redes locales, la libertad de movimiento y la flexibilidad típicas de las redes móviles. Pronto se obtuvo la respuesta: las WLAN. El estándar 802.11b, más conocido como WiFi, al principio no tuvo demasiado éxito debido a aspectos económicos y a algunas cuestiones técnicas que quedaban por resolver. Sin, embargo, en los últimos años ha tenido, y se augura que tendrá, un éxito similar al que Internet logró hace 10 años. Existen multitud de tecnologías inalámbricas, cada una con unas particularidades que la hacen más adecuada a un entorno determinado. Desde el punto de vista de la velocidad, encontramos tecnologías de banda ancha y banda estrecha en función del caudal de información que sea capaz de manejar. Sin embargo, para completar esta clasificación se ha definido un grupo más, la banda media, en la que se engloban aquellas tecnologías con características hibridas entre las dos categorías anteriores.. Tabla 1.1 Tipos de tecnologías inalámbricas según su ancho de banda. Denominación Banda Estrecha Banda Media Banda Ancha. Ancho de Banda De 10 a 100 Kbps De 100 a 2000 Kbps De 2 a 100 Mbps (o más). 4.

(22) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. 1.1.1 EVOLUCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS El desarrollo de sistemas de radio móvil pública como los que conocemos hoy en día es un proceso que no ha avanzado de la misma manera en todo el mundo. En cambio, el paso de los primeros sistemas para la segunda generación requiere de tratamientos diferentes de una región a otra. Esto dio lugar a una profusión de sistemas incompatibles. En el pasado, los dos principales sistemas se encontraban establecidos en los Estados Unidos: Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) sistemas IS-54 e IS-136 se basan en una ranura de tiempo y, en parte similar a la europea GSM. TIA Norma interna 54(IS-54) es una mezcla de TDMA / Acceso Múltiple por División de Tiempo y FDMA/Acceso Múltiple por División de Frecuencia con 30 kHz de ancho de banda de canal. En 1991 se presentó por la Asociación de la Industria de Telecomunicaciones (Telecommunications Industry Association TIA) un sistema que era compatible y dejaba atrás a los viejos sistemas analógicos AMPS, que trajeron comunicaciones móviles a los EE.UU. en 1983. De todos los estándares de 2G, el IS-136 es el que mayor facilidad de migración ofrecía desde un sistema 1G. De hecho el IS-136 reservaba la posibilidad de operar en analógico bajo el estándar AMPS a la misma frecuencia que éste, 800 MHz. También operaba en las bandas de 1800 a 2000 MHz. Desde el punto de vista del uso del espectro, cada canal de IS-136 ocupa 30 kHz y permitía hasta tres comunicaciones simultáneas utilizando la misma frecuencia de transmisión gracias a la modulación TDMA que emplea. IS-136 ofrecía además servicios de mensajería, fax y transmisión de datos a 9,6 kbps. Otro sistema es el IS-95, que representan el primer sistema comercial operando con Acceso Múltiple por División de Código (Code Division Multiple Access CDMA). Esta transmisión en la tecnología, que se origino a partir de la tecnología de las comunicaciones militares, también constituye la base para la interfaz del Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (Universal Mobile Telecommunication System UMTS). Japón también ha desarrollado su propio estándar: Celular Digital Personal (Personal Digital Cellular PDC). PDC también utiliza la tecnología TDMA (3 ranuras de tiempo, canales de 25 kHz de ancho de banda) y opera a 800 MHz y 1500MHz.. 5.

(23) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. A mediados de 1980 la segunda generación (2G), conocida como Global System for Mobile Communications (GSM) o Sistema Global para Comunicaciones Móviles fue lanzado para la telefonía móvil. Esta mejoró significativamente la calidad de la conversación sobre los viejos sistemas analógicos, como también fue un estándar internacional, permitió que un solo número telefónico y un teléfono móvil pudieran ser usados por los usuarios alrededor del mundo. Esto resulto en una conectividad y calidad de voz, significativamente mejorada, así como también en la entera introducción de nuevos servicios digitales como transmisión de datos a baja velocidad. Prometiendo ser muy exitoso, el Sistema Global para Comunicaciones Móviles fue oficialmente adoptado por el Instituto Europeo de Estandarización en Telecomunicaciones (ETSI) en 1991. Hoy en día WCDMA es ampliamente usado en más de 160 países alrededor del mundo.. Sistemas de segunda Generación  IS-54 (D-AMPS) Desarrollo de AMPS analógico en América Estructura de tiempo  IS-136 (PCS Digital) Futuro desarrollo de IS-54  IS-95 e IS-95b (cdma One) Basado en N-CDMA (ancho de banda de 1.23MHZ) Primer CDMA-Net comercial  PDC (Celular Digital Personal) Particularmente ampliado en Japón. Figura 1.1 Sistemas Radio Móviles de Segunda generación. El éxito del Sistema Global para Comunicaciones Móviles incito la demanda para el desarrollo futuro en la telefonía móvil, y lo puso sobre una trayectoria evolutiva hacia la tecnología de tercera generación (3G). A lo largo del camino, tal desarrollo ha incluido tecnologías de segunda generación (2G) como el Acceso Múltiple por Division de Tiempo (TDMA) y el Acceso Múltiple por Division de Código (CDMA). TDMA es similar a la naturaleza de GSM, proporciona la facilidad para triplicar la capacidad de la red de los primeros sistemas AMPS (Advanced Mobile Phone System) o Sistema Telefónico Móvil Avanzado. En contraste, CDMA está basado en los principios de la comunicación por espectro ensanchado (Spread Spectrum). El acceso a este es proporcionado mediante un sistema de codificación digital. 6.

(24) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. En 1997 un sistema 2.5G llamado GPRS (General Packet Radio Service) o Servicio General de Paquetes de radio fue introducido para complacer la demanda en el crecimiento de las aplicaciones de internet. Todo lo contrario a los sistemas 2G, este ofrecía altas velocidades de transmisión y características de calidad de servicio (QoS) para los usuarios móviles mediante la asignación de múltiples canales. GPRS instaló una red de conmutación de paquetes por encima de la red de conmutación de circuitos de GSM, sin alterar la interface de radio En 1999, la Unión International de Telecomunicaciones (ITU) empezó a valorar y aceptar las propuestas para los protocolos 3G en un esfuerzo por coordinar la migración mundial hacia las redes móviles de tercera generación (3G). Estas propuestas fueron conocidas como IMT-2000 (International Mobile Telecommunications -2000) o Telecomunicaciones Móviles Internacionales – 2000. Una de las más importantes propuestas de IMT-2000 fue UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) o Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles. Mientras GPRS es considerado el primer paso para mejorar el núcleo de la red GSM en preparación para EDGE y 3G, WCDMA es una tecnología 3G de acuerdo con el estándar 3GPP (Figura 1.2). Este es el sistema de acceso digital para la red UMTS y hoy en día es considerado uno de los principales estándares inalámbricos de tercera generación (3G) a nivel mundial [4]. A finales del año 2007, WCDMA representaba a más del 70% de las redes comerciales 3G, con más de 190 redes en 83 países y más de 160 millones de suscripciones WCDMA. 75 millones de suscripciones fueron añadidas entre Septiembre del 2006-2007 y durante todo el año 2007 experimento un crecimiento de 6.6 millones de suscripciones al mes. Las ventas de teléfonos y equipos WCDMA superan las ventas de 2G en Europa. WCDMA representa un desarrollo muy importante en la evolución de GSM y se han hecho los cimientos sobre las tecnologías más rápidas y espectralmente más eficientes [8].. 7.

(25) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN Figura 1.2 Evolución de las tecnologías Celulares.. 1.2 QUÉ ES WCDMA WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) es una tecnología aprobada de tercera generación (3G) que incrementa las tasas de transmisión de datos mediante la interface de aire por Acceso Múltiple por División de Código, en vez de la interfaz de aire por Acceso Múltiple por División de Tiempo de los sistemas GSM. Este soporta servicios multimedia de muy alta velocidad como video en total movimiento, acceso a internet y videoconferencia. También puede manejar fácilmente aplicaciones que hagan uso de un ancho de banda intensivo, aplicaciones como la transmisión de datos e imágenes mediante internet. WCDMA es una tecnología de detección directa de espectro ensanchado (Spread Spectrum), esta tecnología expande las señales sobre un ancho de banda de 5 MHz y tiene la capacidad de portar simultáneamente voz y datos. Estas características permiten una tasa de datos de 384 kbps, y una velocidad de transferencia en el enlace de bajada (downlink) de 2Mbps y velocidades promedio de procesamiento (en la descarga de archivos) de 220-320 kbps. WCDMA alarde incrementar la capacidad sobre EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) o tecnología de Tasas de Datos Mejoradas para la evolución de GSM, para aplicaciones de gran ancho de banda y características como: aumento de la seguridad, QoS (Calidad de Servicio), soporte multimedia y reducción de latencia. En la Tabla 1.2 se muestran algunos de los principales parámetros de WCDMA. Las redes WCDMA, ofrecen un número significativo de beneficios, entre los que destacan: Gran ancho de banda y baja latencia lo cual contribuye significativamente en la elevada calidad experimentada por el usuario, incrementa el ingreso de datos y mejora la satisfacción del cliente. Soporte para un amplio conjunto de nuevos servicios multimedia. Considera los medios más redituables para añadir capacidad significativa para servicios de voz y datos. Una mejor integración de los componentes de RF en la estación base en comparación con cualquier tecnología de radio o móvil. El gabinete de una estación base WCDMA tienen varias veces la capacidad de RF que los gabinetes GSM. Extrema flexibilidad en la asignación de capacidad para ofrecer una mejor QoS para diferentes tipos de tráfico. Tabla 1.2 Rendimiento del sistema para WCDMA.. PARAMETRO Ancho de Banda Tasa de Chips Velocidad de datos. WCDMA 5 MHz 3.84 Mcps 8.

(26) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. Longitud de la Trama Modulación de Datos Modulación de Dispersión Método de Duplexaje Factor de Dispersión Frecuencia de Control de Potencia Sincronización de Estación Base Búsqueda de Célula Piloto de enlace de bajada Separación entre usuarios Interoperatibilidad 2G. 10, 20, 40, 80 ms Enlace de Bajada: QPSK, Enlace de Subida: BPSK Enlace de Bajada: QPSK, Enlace de Subida: HPSK FDD/TDD 4 512 1500 Hz arriba/abajo No necesaria 3 pasos de enfoque vía principal, búsqueda secundaria de código y CPICH CDM común (CPICH) TDM dedicado (bits en DPCH) CDM/TDM (compartiendo el canal) GSM-UMTS handover (Terminales multimodo). Hasta la fecha, WCDMA ha sido aceptado para su uso en 3G, así como ha sido especificado en el estándar 3GPP por el Instituto Europeo de Normalización en Telecomunicaciones (ETSI) y también por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) bajo el nombre de “IMT-2000 dispersión directa”. NTT DoCoMo lanzo el primer servicio WCDMA en el 2001 y ahora tiene millones de usuarios. WCDMA (BTS) es también la tecnología 3G para muchos operadores GSM/GPRS, actualmente con docenas de pruebas. Más de 100 operadores GSM/GPRS han autorizado el nuevo espectro con el propósito de iniciar servicios WCDMA en los próximos años [1]. 1.2.1 ORIGENES En la primera fase de la normalización de tercera generación, el proceso básico de selección de las mejores tecnologías de acceso múltiple de radio se llevó a cabo en varias regiones. Diferentes organismos de normalización llevaron a cabo trabajos relacionados a la introducción de WCDMA de 3a generación. 3GPP (3rd Generation Partnership Project ó Proyecto de Grupo de 3ª. Generación), es el esfuerzo de normalización común para crear un estándar global para WCDMA. En Europa, tras un largo período de investigación anterior a la selección de la tecnología de tercera generación. El RACE I (Investigación de Tecnologías Avanzadas de Comunicación en Europa) comenzó el programa de tercera generación de trabajos básicos de investigación en 1988. Este programa fue seguido por RACE II, con el desarrollo de CDMA- basado en el banco de pruebas por división de código (CODIT) y TDMA basado en Acceso Móvil Avanzado TDMA en la interfaz del aire durante 1992 a 1995. Además, en la banda ancha las propuestas de interfaz de aire se han estudiado en una serie de proyectos industriales en Europa. Algunos socios en los marcos 9.

(27) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. industriales fueron Nokia, Siemens, Ericsson, France Télécom y CSEM / Pro Telecom, con la participación también de varias universidades europeas. Las propuestas para el acceso de radio terrestre de UMTS (UTRA) interfaz de aire recibido por El hito se agruparon en cinco grupos de concepto en el ETSI en junio de 1997 después de su presentación durante 1996 y principios de 1997. Se formaron los siguientes grupos: CDMA de banda ancha (Wideband CDMA WCDMA) TDMA de banda ancha (Wideband TDMA WTDMA) TDMA/CDMA OFDMA ODMA. CDMA de Banda Ancha (WCDMA) La capa física de WCDMA de enlace ascendente se adoptó principalmente de Tramas/FMA2, mientras que se modificó la solución de enlace descendente siguiendo los principios de las otras propuestas presentadas al grupo concepto WCDMA. Las características básicas del sistema consisten en: WCDMA opera con 5 MHz. la flexibilidad de la capa física para la integración de todos los tipos de datos en una única portadora. Una operación de reutilización Las mejoras aportadas son: Diversidad de transmisión Operación de antena adaptativa Apoyo a las estructuras de recepción avanzada El concepto de WCDMA, logró el mayor apoyo, una de las técnicas de motivación fue la flexibilidad de la capa física para acoger diferentes tipos de servicio simultáneamente. Esto fue considerado como una ventaja, especialmente con respecto a la baja y media tasa de bits. Entre los inconvenientes de WCDMA, se reconoció en ese año el sistema sin licencia en la banda de Duplexaje por División de Tiempo (TDD), con la continua operación de transmisión y recepción, la tecnología WCDMA no facilita las técnicas de prevención de interferencia en los entornos inalámbricos como de funcionamiento.. 10.

(28) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. 1.2.2 3rd GENERATION PARTNERSHIP PROJECT (3GPP) 3rd Generation Partnership Project (3GPP) es un acuerdo de colaboración en tecnología de telefonía móvil, que fue establecido en diciembre de 1998. Esta cooperación es entre ETSI (Europa), ARIB/TTC (Japón), CCSA (China), ATIS (América del Norte) y TTA (Corea del Sur). Una de sus características más importantes introducidas ha sido HSDPA (High Speed downlink packet access). HSDPA representa un avance en WCDMA para obtener mayores velocidades de transmisión de datos. Permitirá actualizar la arquitectura existente para lanzar servicios de alta velocidad con un mínimo de inversión. El 3GPP identifica 3 fases en la evolución de HSDPA. En primer lugar, “HSDPA básica”, definido en la Versión 5 que permite tasas típicas de datos de 10.8Mbit/s (máxima de 14.4Mbit/s). La segunda fase incorpora antenas inteligentes y HSUPA y la tercera fase ya contempla la combinación de OFDM y MIMO. Esta fase, desarrollada en el grupo de estudio RAN LTE, pronostica tasas de transmisión de datos de 100 Mbps en el enlace descendente mediante el uso de múltiples antenas con multiplexaje espacial. El objetivo del 3GPP es hacer global aplicaciones de tercera generación 3G (teléfono móvil) con especificaciones de sistemas ITU's IMT-2000. Los sistemas 3GPP están basados en la evolución de los sistemas GSM, ahora comúnmente conocidos como sistemas UMTS. El 3GPP puede confundirse con 3GPP2 cuyo estándar de especificación está basado en tecnología IS-95 comúnmente conocida como CDMA2000. Como las tecnologías similares se estaban estandarizando en varias regiones alrededor del mundo, se hizo evidente que las especificaciones idénticas que se aseguraran de lograr la compatibilidad del equipo en el mundo serían muy difíciles con los trabajos que se realizaran en paralelo. Además, tener que discutir problemas similares en varios lugares fue, naturalmente, una pérdida de recursos para las empresas participantes. Por lo tanto, se hicieron esfuerzos para crear un foro único para WCDMA y la normalización de las especificaciones comunes. Las organizaciones de estandarización involucradas en la creación de 3GPP fueron ARIB (Japón), ETSI (Europa), TTA (Corea), TTC (Japón) y T1P1 (USA). T1P1 más tarde se convirtió en ATIS. Los socios acordaron esfuerzos conjuntos para la normalización de ULTRA, ahora de pie para Radio Acceso Terrestre Universal, a diferencia de UTRA (UMTS de Acceso Terrestre) de ETSI, también fue presentada por 3GPP. Empresas como los fabricantes y los operadores son miembros de 3GPP a través de las organizaciones de normalización respectivas a las que pertenecen. Esto se muestra en la Figura 1.3. Más tarde, durante el año 1999, El Grupo Chino de Estadarización de Telecomunicaciones Inalámbricas (CWTS) también se unió al 3GPP y aporta la tecnología de TDSCDMA, un TDD-CDMA de tercera generación basada en la tecnología presentada a la UIT-R antes. El nombre fue cambiado posteriormente a CCSA (China Communications Standards 11.

(29) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. Association; Asociación China de Estandarización de Comunicaciones). 3GPP también incluye la representación de los socios de mercado: Asociación GSM, UMTS Forum, Asociación de Proveedores Globales Móviles, IPv6 Forum y Consorcio Universal de Comunicaciones Inalámbricas (UWCC). El trabajo se inició formalmente a finales de 1998 y el trabajo técnico detallado comenzó a principios de 1999, con el objetivo de tener la primera versión de la especificación común, lanzamiento llamado Versión-99, listo para finales de 1999.. Miembros individuales de los socios de organización Figura 1.3 Socios de la Organización 3GPP. 1.2.3 TIPOS Y CALIDAD DE SERVICIO Las redes de Servicios de Telecomunicaciones Móviles Universales (Universal Mobile Telecommunication Services UMTS) están diseñadas desde el principio para la entrega flexible de cualquier tipo de servicio, por lo tanto cada nuevo servicio no requiere de optimización de la red en particular. Además de la flexibilidad el Acceso Múltiple por División de Código (WCDMA)/ Acceso de Paquetes de Alta Velocidad (HSPA) como solución de radio proporciona capacidades avanzadas que permiten los nuevos servicios. Estas capacidades son: Altas tasas de bits, teóricamente 2 Mbps en el Proyecto de Grupo de Asociados de tercera Generación (3GPP) Versión 99 arriba de 14.4 Mbps en 3GPP, Versión 5 arriba de 28.8 Mbps en Versión 7. En la práctica la tasa de bits es de 1 a 2 Mbps con el primer despliegue de la versión 5. Bajos retardos con los tiempos de viaje de paquetes por debajo de 100 ms con la Versión 5 e incluso por debajo de 50ms con la Versión 6. La movilidad perfecta para aplicaciones de paquetes de datos. Calidad de Servicio (QoS) la diferenciación de alta eficiencia de la prestación de servicios. Capacidad simultanea de voz y datos Interoperabilidad con los actuales redes de Sistema Global de Comunicaciones Móviles (GSM)/Sistema de Radio de Paquetes Generales (GPRS). 12.

(30) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. 1.2.3.1 SERVICIOS DE CIRCUITOS CONMUTADOS PERSONA A PERSONA Esta sección considera multi-tasa adaptativa (AMR) para voz y video. Estos servicios fueron provistos inicialmente por conmutación de circuitos (CS) como núcleo de la red en WCDMA pero más tarde también se pudieron proporcionar mediante conmutación de paquetes. Durante una conversación telefónica los participantes alternan de modo que, en promedio cada dirección de transmisión es ocupada alrededor del 50% del tiempo. La AMR tiene tres funciones básicas para utilizar efectivamente actividades discontinuas: Detector activo de voz (VAD) en el sitio de transmisión(TX) Evaluación de los antecedentes de ruido acústico en el sitio del transmisor con el fin de transmitir parámetros característicos del receptor (RX) La transmisión de información de ruido de comonfort a la parte RX se logra por medio de una trama descriptora de silencio que se envía a intervalos regulares. La generación del ruido de comonfort en la parte del receptor durante los periodos cuando se reciben tramas que no son normales. La transmisión discontinua (DTX) tiene algunas implicaciones positivas obvias: en la terminal móvil del usuario se prolonga la duración de la batería o se puede utilizar una batería más pequeña para operar una determinada duración. Desde el punto de vista de la red, la media de la tasa de bits necesaria es reducida, lo que genera un menor nivel de interferencia, por tanto, una mayor capacidad. La especificación AMR también se refiere a ocultar errores. El propósito de la sustitución de tramas es el de ocultar el efecto de pérdida de tramas de voz AMR. El objetivo de silenciar la salida en el caso de varias tramas perdidas es el de indicar la distribución del canal para el usuario y evitar la generación de ruidos molestos, posiblemente como resultado de la sustitución de tramas. El codificador de voz AMR puede tolerar alrededor del 1% de tasa de error de trama (FER) de bits clase A sin ningún tipo de deterioro de la calidad de la voz. Para los bits clase B y C se permiten mayores FER. La correspondiente tasa de bit erróneo (BER) de la clase A es alrededor de . La tasa de bits de la conexión de voz AMR puede ser controlada por la RAN en función de la carga en la interfaz del aire y la calidad de las conexiones de voz. Durante la carga alta, así como durante las horas de disponibilidad, es posible que el bajo uso de la tasa de bits AMR para ofrecer mayor capacidad, mientras que proporciona una calidad de voz ligeramente más baja. Además, si el móvil se está quedando sin la cobertura de la zona de la célula y utilizando su potencia de transmisión máxima, a continuación, una menor tasa de bits AMR se puede utilizar para extender el área de cobertura celular. Con el codificador de voz AMR es posible lograr un equilibrio entre la capacidad de la red, la cobertura y la calidad de voz según las necesidades del operador.. 13.

(31) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. 1.2.3.1.1 FUENTE BASADA EN TASA DE ADAPTACIÓN AMR: MAYOR CAPACIDAD DE VOZ En la actualidad, el codificador AMR utiliza una fuente basada en la tasa de adaptación con VADimpulsado DTX a optimizar la capacidad de la red y el consumo de energía del terminal móvil. En un codificador de voz AMR, VAD se utiliza para reducir la tasa de bits solo durante los periodos de silencio. Sin embargo, la voz activa esta codificada por la tasa de bits fija que es seleccionada por la red de radio de acuerdo a la capacidad de la red y las condiciones del canal de radio. Aunque se ha optimizado la capacidad de la red durante los periodos de silencio mediante VAD/DTX, puede optimizarse aun más durante la conversación activa mediante una fuente de adaptación controlada. Así el modo del codificador AMR es seleccionada para cada trama de voz en función de las características de la fuente de la señal. La fuente de adaptación AMR nos permite proporcionar la misma calidad de voz con un promedio más bajo de tasa de bits. La reducción típica en la tasa de bits es del 20 al 25%. AMR se puede utilizar para reducir la transmisión de energía requerida en el radio enlace y estrechar aún más la capacidad de voz AMR. La capa 1 de WCDMA permite la flexible adaptación de la velocidad de bits y la potencia de transmisión cada 20 ms por trama. Se calcula que el aumento de la velocidad es de 15 a 20%. El formato de flujo de la fuete adaptada AMR es totalmente compatible con el actual formato de tasa fija del codificador AMR, por lo tanto la parte de descodificación es independiente de la fuente. La AMR basada en fuentes de adaptación puede ser añadida como una actualización de software a la red para mejorar la capacidad de enlace de bajada WCDMA sin realizar cambios en el móvil. 1.2.3.1.2 ANCHO DE BANDA AMR: MEJOR CALIDAD DE VOZ La versión 5 del 3GPP introduce el código de voz AMR-WB que lleva sustanciales mejoras a la calidad de la voz en comparación con el AMR-NW, o en comparación con un estándar fijo de línea telefónica. El código AMR-WB también ha sido seleccionado por la ITU-T en la estandarización de la actividad de un codificador de banda ancha alrededor de 16 Kbps. Esto es de gran importancia, ya que es la primera vez que el mismo código se ha adoptado para los servicios inalámbricos como por cable. Esto eliminará la necesidad de transcodificación y facilitara la aplicación de voz a banda ancha para aplicaciones y servicios a través de una amplia gama de sistemas de comunicaciones. El código AMR-WB opera en 9 códigos de voz con tasa de bit entre 6.6 y 23.85 kbps. El término de banda ancha viene de la tasa de muestreo, que se ha aumentado de 8KHz a 16KHz. Esto permite cubrir dos veces el ancho de banda de audio en comparación con la telefonía clásica cuyo ancho de banda de voz es de 4KHz. Si bien todos los códigos anteriores en la comunicación móvil operan con un ancho de banda de audio que se limita a reducir de 200 a 3400Hz, AMR-WB extiende el ancho de banda del audio de 50-7000 Hz. AMR-WB es capaz de mejorar la calidad de audio sin necesidad de aumentar el ancho de banda de radio. La calidad de voz puede ser obtenida debido a una mayor frecuencia de muestreo .. 14.

(32) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. 1.2.3.2 VIDEO TELEFONIA 3GPP ha especificado que la recomendación ITU-T H.324M se utilizará para la video telefonía en conexiones de circuitos conmutados y el Protocolo de Iniciación de Sesión (Session Initiation Protocol SIP) para soportar aplicaciones multimedia IP, incluyendo la video telefonía en 3GPP versión 5 como núcleo de la red. 1.2.3.2.1 ARQUITECTURA CONMUTADOS. MULTIMEDIA PARA LA CONEXIÓN DE CIRCUITOS. Originalmente, la recomendación ITU-T H.324 fue pensada para comunicación multimedia a través de una red de telefonía fija (PSTN). El 3GPP modifico la recomendación H.324 para hacer el sistema más adecuado para el dominio digital y más robusto contra errores de transmisión. H.324M consta de los elementos obligatorios siguientes: H.223 para el multiplexaje y H.245 para el control. Elementos que son opcionales pero están empleados son los H.263/MPEG-4 para código de video y G.723.1/AMR para código de voz. La recomendación define 7 fases de la llamada: puesta en alto, solo se habla, la formación de modem, inicialización, mensaje, término y la compensación. El nivel de multiplexaje 0 de H.223 es exactamente el mismo que el de H.324 proporcionando así compatibilidad con lo terminales posteriores a H.324. Con un estándar en la negociación del procedimiento de la terminal puede adaptarse a las condiciones imperantes del radio enlace seleccionando el nivel adecuado de la capacidad de recuperación de error. Uno de los desarrollos recientes de H.324 es un modo de operación que hace posible utilizar un terminal H.324 a través de un vínculo de RDSI. Este modo de operación se define en el anexo D de la recomendación H.324 y es conocido también como H.324/I. se utilizan terminales I.400 como interfaz de red en lugar de módems V.34. La salida del mutiplex H.223 se aplica directamente a cada bit del canal digital en el orden definido por H.223. Los modos de funcionamiento se definen las tasa de bits que van desde 56 kbps hasta 1920 kbps, de modo que H.324/I permite el uso de varios enlaces de 56 o 64 kbps al mismo tiempo, proporcionando asi la interoperabilidad directa entre terminales H.320 RDSI. 1.2.3.2.2 CODIGOS DE VIDEO Es recomendable que todas las terminales H.324M soporten H.263 y MPEG-4 para los códigos de video. La resistencia de error y la alta eficiencia del código de video MPEG-4lo han hecho particularmente bien adaptado para video de telefonía móvil. MPEG-4 Visual está organizado por perfiles, dentro de un perfil se definen los distintos niveles. Los perfiles definen subconjuntos de conjuntos de herramientas. Los niveles están relacionados con la complejidad computacional. Entre estos perfiles, el perfil simple Visual ofrece capacidad de recuperación de errores (a través de la partición de datos, RVLC, marcador de resincronización y código de extensión de cabecera) y baja complejidad. Se recomienda que en el perfil simple Visual se emplee el nivel 0 en el sistema para lograr la resistencia adecuada para el error de transmisión y 15.

(33) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. la baja complejidad al mismo tiempo. No se recomienda otros perfiles para ser soportados. Los niveles superiores para el perfil simple Visual pueden ser soportados dependiendo de las capacidades del terminal. MPEG-4 permite varios formatos de entrada, incluyendo los formatos generales, tales como Formato Intermedio Común (Common Intermediate Format CIF) y el CIF cuaternario (QCIF). Los codificadores y decodificadores H.324M se recomiendan para soportar el formato de pixeles 1:1 (formato cuadrado). Independientemente del estándar de código de video que sea utilizado, todas las implementaciones del decodificador de video en la práctica, incluyen técnicas básicas de ocultar errores. Estas técnicas pueden incluir la sustitución de partes erróneas de la trama de video con interpolación de imágenes con material de tramas previas decodificadas o en lugares espacialmente diferentes de la trama errónea. El decodificador debe tender a evitar la aparición de partes dañadas de la imagen. En cualquier caso se recomienda que el terminal pueda tolerar cada posible bit sin comportamientos catastróficos (tales como la necesidad de un reinicio por parte del usuario para el restablecimiento del terminal). La video telefonía tiene requisitos de retardo más o menos similares al servicio de voz. Sin embargo debido a la naturaleza de la compresión de video, el factor de compresión más alto, se requiere que la BER sea más exigente que en la voz. Otros posibles servicios de datos por conmutación de circuitos por ejemplo son: Videoconferencia: Una sesión punto a punto o multipunto entre móviles o con un sistema de videoconferencia en la oficina. Video entretenimiento: TV móvil con varios canales de televisión en vivo, video bajo demanda de contenidos tales como noticias o películas. Juegos multimedia multi jugadores: Jugar en tiempo real con otro usuario remoto.. 1.2.3.3 SERVICIOS PERSONA A PERSONA POR PAQUETES CONMUTADOS 1.2.3.3.1 MENSAJERIA Excluyendo el servicio de voz móvil el servicio de mensajes cortos (SMS) es con toda probabilidad el servicio móvil de mayor éxito. Los mensajes de imágenes se desarrollaron en la parte superior de SMS para transmitir simples imágenes de mapa de bits de escala de grises junto con el texto. El servicio de mensajes multimedia (MMS) fue un paso natural de la evolución hacia una rica mensajería persona a persona. Generalmente se trata de una imagen fija tomada con una cámara digital incorporada y un texto descriptivo corto. Un MMS se envía a un servidor donde se almacena hasta que sean obtenidos por el dispositivo del destinatario. La mayoría de los teléfonos hoy en día, soportan el Lenguaje de Integración Multimedia 16.

(34) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. Sincronizado (SMIL) permitiendo a los usuarios crear presentaciones multimedia con varias imágenes o videos, así como texto y conversación. Lo más importante para los usuarios es que el mensaje entregado sea lo más parecido al mensaje enviado. Hay cientos, si no es que miles de modelos de dispositivos capaces de soportar MMS, así como gateways WAP y Centros de Servicio de Mensajería Multimedia disponibles, todos ellos deben trabajar de forma integrada, sin modificar demasiado el mensaje original. A fin de facilitar la interoperabilidad se creó la Alianza de Apertura Móvil (OMA), que trabaja estrechamente con 3GPP para crear especificaciones MMS. La versión de especificaciones MMS 1.2 de OMA define un mínimo conjunto de requisitos para la interoperabilidad extremo a extremo, así como aplicaciones multimedia, servidores y acondicionamiento. Por ejemplo, que limita el tamaño máximo de MMS de 300 KB.. 1.2.3.3.2 MENSAJES DE AUDIO La mensajería de audio es un tipo especial de MMS que consiste únicamente en el componente de audio en una presentación SMIL. A diferencia de correo de voz, los mensajes de audio pueden ser almacenados en el teléfono para escucharse más adelante. También pueden enviarse a otros usuarios con teléfonos habilitados para MMS. La mensajería de audio es fácil de implementar en cualquier red de MMS, porque no requiere ningún hardware o software adicional. Un mensaje de audio de un minuto ocupa sólo 35 kB.. 1.2.3.3.3 MENSAJES INSTANTANEOS La mensajería instantánea es un servicio de Internet muy popular que ahora está también disponible para usuarios móviles. Los principales proveedores de servicios de internet como Yahoo, MSN, AOL, ICQ, Jabber y Google ofrecen servicios a los cuales los usuarios pueden acceder con teléfonos inteligentes. También hay soluciones de mensajería móvil que combinan el acceso a todos los servicios antes mencionados en una sola aplicación. Las principales características del servicio de mensajería instantánea son el chat en tiempo real, envío/recepción de imágenes y otros elementos de los medios de comunicación y envío/recepción de documentos.. 1.2.3.3.4 CORREO ELECTRÓNICO MÓVIL Hay maneras diferentes de conectarse a un servidor de correo electrónico y enviar mensajes de correo electrónico. Ahora, como los navegadores móviles se han convertido en buscadores 17.

(35) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. completos de HTML, es posible conectar directamente con los de un navegador a un servicio de correo electrónico en Internet, por ejemplo, MSN y Hotmail, Gmail, Yahoo. En consecuencia, es posible conectar los servicios de correo electrónico que posee una interfaz XHTML. Se basan en los protocolos del estándar OMA email 1.0. La introducción de Email es muy similar a MMS. Se envía un mensaje a través de paquetes de datos de red al servidor, que le enviará una notificación de inserción a un dispositivo receptor, que a su vez buscará el mensaje. Las principales diferencias entre MMS y correo electrónico móvil son que MMS soporta la presentación SMIL, pero está limitado en tamaño, y el correo electrónico no es compatible con SMIL, pero puede hacer frente a los contenidos de varios megabytes. En un servicio como correo electrónico móvil no es tan importante el retraso.. 1.2.3.4 SERVICIOS DE CONTENIDO A PERSONAS 1.2.3.4.1 BUSQUEDA Desde la perspectiva del usuario, es crucial que la navegación sea fácilmente accesible y rápida. Los requisitos de rendimiento para la navegación son que el tiempo de descarga de la primera página sea inferior a 10s y la descarga de la segunda página sea más bajo, de 4 a 7s. Otro requisito es que el usuario también debe poder utilizar la navegación sin problemas cuando viaja en coche, tren o autobús. Esto requiere un manejo eficiente de la re selección de células a fin de evitar interrupciones en la conexión. Debido a que WCDMA también utiliza traspaso suave de los datos PS, no hay pausas en una nueva selección de la célula. La descarga progresiva es una técnica relativamente nueva utilizada para reproducir contenido multimedia, mientras que los medios de comunicación siguen siendo descargados al jugador. Antes de la aplicación de la descarga progresiva, el archivo completo de los medios de comunicación debía ser cargado en la memoria antes de que se jugara. El beneficio de la descarga progresiva es evidente cuando se juega con grandes archivos de medios. El Podcasting es un tipo bastante nuevo de servicio, donde los usuarios de Internet pueden subir sus archivos de audio o de vídeo a Internet para descargar gratis por los usuarios web. Otro servicio que habitualmente utiliza la tecnología de feed es el blogging. Un blog típico combina texto, imágenes y enlaces a otros blogs, páginas web y otros medios relacionados con su tema. La capacidad de los lectores a dejar comentarios en un formato interactivo es una parte importante de los blogs. La mayoría de los blogs son fundamentalmente textuales, aunque algunas se centran en las fotografías, vídeo o audio (podcast) y forman parte de una red más amplia de medios de comunicación social. 1.2.3.4.2 TRANSMISION DE DATOS EN FLUJO CONSTANTE DE VIDEO Y AUDIO El Multimedia streaming (o transmisión de datos multimedia en flujo constante) es una técnica para transferir datos de manera que pueda tratarse de un flujo regular y continuo. Al igual que 18.

(36) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. con la descarga progresiva, un plug-in de navegador o un reproductor de streaming especial empieza a mostrar los datos después de unos segundos de memoria intermedia. Dado que el contenido no puede ser almacenado y, por tanto, no transmitido y reutilizado, es más fácil ponerse de acuerdo sobre la entrega de contenido multimedia como de los medios de comunicación para descargar. Además, la memoria de la estación móvil puede limitar el tamaño de las descargas. El usuario que recibe los datos debe ser capaz de recoger los datos y enviarlo como un flujo constante a la aplicación que está procesando los datos y su conversión de sonido o imágenes. Esto también significa que que toleran más fluctuaciones en la transmisión, que puede ser fácilmente suavizado por el búfer. 1.2.3.4.3 DESCARGA DE CONTENIDOS Se permiten las descargas de aplicaciones tales como tonos de llamada, video clips y música en MP3. El tamaño de contenido puede variar en gran medida de unos pocos tonos de llamada kilobytes a archivos de música de varios megabytes. Los tiempos de descarga deben preferentemente ser bajos, lo que pone alto nivel de exigencia en la tasa de bits de radio, especialmente para la descargas de gran tamaño con varios cientos de kilobytes. 1.2.3.5 CONECTIVIDAD DE EMPRESAS La conectividad empresarial considera que el acceso a la intranet corporativa o a Internet utilizando computadoras portátiles. Consideramos brevemente dos aspectos de la conectividad de negocio: la seguridad de extremo a extremo y el efecto de la latencia de radio en el rendimiento de las aplicaciones. La seguridad de extremo a extremo se puede obtener mediante una Red Privada Virtual (VPN) para la encriptación de los datos. Una opción es tener un cliente de VPN situada en una computadora portátil y la puerta de enlace de VPN en las computadoras locales de las empresas. Este enfoque es a menudo utilizado por grandes empresas, cuya responsabilidad es la de obtener y mantener los requerimientos de equipos necesarios para el servicio de acceso remoto. Otro método es utilizar una VPN como conexión entre el sitio del operador móvil de núcleo y de la intranet de la empresa. La red móvil utiliza los procedimientos de seguridad estándar UMTS. En este caso, la empresa sólo tiene que suscribirse al servicio del operador de redes VPN y obtener la puerta de enlace VPN. Las aplicaciones de la conectividad empresarial pueden ser, por ejemplo, la navegación web, acceso a correo electrónico o descargar archivo. El rendimiento de la aplicación de preferencia debe ser similar al de DSL o WLAN. El rendimiento de la aplicación no solo depende de la velocidad de bits disponibles, sino también en la latencia de la red. La latencia de la red se mide como el tiempo de ida y vuelta. El tiempo de ida y vuelta es el retraso de un pequeño paquete IP en viajar desde el móvil a un servidor y de vuelta. 19.

(37) CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. 1.2.3.6 SERVICIOS DE LOCALIZACIÓN Los mapas y guías de la ciudad, incluyendo datos de puntos de interés, siempre puede mantenerse al día, lo que también significa un aumento en el tráfico de datos. De hecho, hay una buena lista de servicios de valor añadido que pueden ser actualizados por el aire: nuevos mapas, guías de la ciudad, los nuevos comandos de voz, tiempo, información de tráfico, cámaras de seguridad, cámaras de tráfico, etc. Un servicio de localización se proporciona ya sea por un teleoperador o por un servicio de terceros en el que el proveedor utiliza la información disponible sobre la ubicación de terminales. Dependiendo de la de servicio, los datos pueden ser recuperados de forma interactiva o con anterioridad. Por ejemplo, antes de viajar a una ciudad desconocida en el extranjero se puede solicitar la descarga de ciertos puntos de interés de la ciudad. La información descargada típicamente contiene un mapa y algunos datos. Al hacer clic en el icono del mapa, se obtiene la información desde el punto. Información que debe descargar de fondo o de forma interactiva puede ser limitada por determinados criterios de interés personal. La información de localización puede ser introducida por el usuario o detectada por la red o la estación móvil. 1.2.4 ASPECTOS GENERALES DE LA TECNOLOGIA WCDMA WCDMA es un sistema de Banda Ancha por Secuencia Directa y Acceso Múltiple por División de Código (DS-CDMA). En este sistema la información del usuario es dispersada sobre un amplio ancho de banda mediante la multiplicación entre los datos del usuario y una secuencia de bits cuasi-aleatoria (llamados chips) derivada de los códigos de ensanchado para CDMA. Para soportar tasas de bits muy altas (por arriba de 2 Mbps), se hace uso de un factor de dispersión variable (OVSF) y conexiones multicódigo. Un ejemplo de este arreglo en el espacio tiempo-frecuencia-potencia, se muestra en la Figura 1.4 [6]. La tasa de chips que es de 3.84 Mcps resulta de una portadora con un ancho de banda aproximadamente de 5 MHz. Los sistema DS-CDMA (Direct Secuence-Code Division Multiple Access) con un ancho de banda de aproximadamente 1 MHz, como IS-95, son comúnmente conocidos como sistemas CDMA de banda estrecha. El inherente ancho de banda de la portadora de WCDMA soporta altas tasas de datos y también tiene ciertos beneficios en el rendimiento, como el incremento de la diversidad de multitrayectoria. Sujeto a su licencia operativa, el operador de red puede desplegar múltiples portadoras de 5 Mhz para incrementar la capacidad, posiblemente de forma jerárquica en células por capas. La Figura 1.4 muestra esta característica. El actual espacio entre portadoras puede ser seleccionada sobre una rejilla de 200 KHz entre 4.4 y 5 MHz, dependiendo de la interferencia entre portadoras.. 20.