INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSTGRADO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES
TESIS: Diseño y construcción de un sistema de telecontrol y telemetría basada
en la telefonía celular
ALUMNO: ING. ENRIQUE LÓPEZ ORTEGA
Diseño y construcción de un sistema de telecontrol y telemetría basada en la
telefonía celular
Referencia de figuras, tablas, glosario
Resumen
6
Abstract
7
Antecedentes
8
Planteamiento del problema
11
Objetivos
11
Justificación
11
Prólogo
12
CAPITULO 1
Conceptos generales de la telefonía celular, telemetría y telecontrol
Introducción
13
1.1 Perspectiva Histórica
13
1.2 La radio celular
14
1.3 Los componentes principales de un sistema celular
17
1.4 Métodos de acceso
29
1.5 Conceptos utilizados en la telefonía celular
32
1.6 Aspectos Básicos de la telemática
41
1.7 Aspectos Básicos del telecontrol
42
1.8 Aplicaciones de telemetría y telecontrol mediante telefonía celular 43
1.9 DTMF
44
CAPITULO 2 Diseño del sistema de Telecontrol y Telemetría
Introducción
47
2.1 Conceptos generales de los sistemas de telecontrol y telemetría
47
2.2 Descripción general del sistema de telecontrol y telemetría
automotriz
49
2.3 Sistema central de procesamiento
53
2.4 Sistema Periférico de Entrada y Salida
65
2.5 Sistema de comunicación celular
75
2.6 Sistema de control de comunicaciones
78
2.7 El sistema MODEM
91
CAPITULO 3 Aplicaciones de telemetría y telecontrol en el prototipo
Introducción
102
3.1 Subsistema de alarma con aviso automático a través de la Telefonía
celular
102
3.2 Subsistema de Telemetría de nivel de iluminación ambiente
104
3.3 Subsistema de Telemetría de frecuencia cardiaca
105
3.4 Descripción funcional del sistema de paro con DTMF
107
3.5 Descripción funcional del sistema de paro con MODEM
109
CAPITULO 4 Programa para telemetría y telecontrol
Introducción
112
4.1 Programa para telemetría de variables analógicas
112
4.2 Pantallas del programa de comunicaciones
113
4.3 Archivo de telemetría Vista y Grafica
116
4.4 Pantalla de paro del automóvil vía MODEM
120
CAPITULO 5 Pruebas del Sistema
Introducción
121
5.1 Verificación de la circuitería (hardware)
121
5.2 Pantalla obtenida con el programa de prueba
124
5.3 Diagrama de flujo del programa de prueba para telemetría
125
Especificaciones Generales
126
Conclusiones
127
Mejoramiento a futuro
128
Apéndice A Comandos y códigos de función
129
Apéndice B El microcontrolador 68HC711E9
133
Apéndice C El puerto serie
140
Apéndice D Programa fuente de telemetría en “C”.
143
Apéndice E Programa fuente del microcontrolador 68HC11
156
Apéndice F Costos del prototipo
185
Glosario
188
Lista de ilustraciones
Figura
Titulo
Página
A.1
Esquema general de un sistema de rastreo satelital-celular
09
1.1
Radio base y células
14
1.3.1
Conmutador de telefonía móvil MSC
17
1.3.2
Radio Bases
19
1.3.3
Diagrama a bloques de un teléfono celular
21
1.3.4
Modulo de RF de un teléfono celular
22
1.3.5
Módulo de AF de un teléfono celular
23
1.3.6
Modulo lógico de control de un teléfono celular
24
1.4.1
Asignación de 4 canales para FDMA
30
1.5.1
Figuras geométricas agrupables sin sombra
33
1.5.2
Footprint de una celda
33
1.5.3
Racimos de 12, 7 y 4 celdas
34
1.5.4
División de celdas “CellSplitting”
36
1.5.5
Ejemplo de cell-spliting disposición inicial de 14 células,
37
1.5.6
Antenas sectorizadas y zonas de cobertura hacia dentro
y hacia fuera de la célula
38
1.5.7
Sistema con Sectorización de Células
38
1.9.1
Espectro Dual Tone Multifrequency (DTMF)
44
1.9.2
Teclado y frecuencias DTMF
45
2.1
A) Esquema general del sistema de telecontrol y telemetría B) Par
transmisor/receptor
celular”
controlador
C)
Sistema
transmisor/receptor de comando basado en PC D) Un simple
teléfono celular como sistema de comando DTMF
48
2.2.1
Diagrama a bloques del sistema de basado en la telefonía celular
50
2.2.2
Perspectiva modular por colores en bloques
51
2.3.1
Posición de los capacitores y disposición de terminales
del DS14C232
56
2.3.2
Esquema interno y encapsulado del MC34064 (TO-92)
56
2.3.3
Voltaje de alimentación contra Voltaje de salida RESET
57
2.3.4
Aplicación típica del MC34064
57
2.3.5
Conexiones de las líneas VRH y VRL del HC11
58
2.3.6
Conexiones para oscilador a cristal con frec. Mayor a 1 MHZ 59
2.3.7
Diagrama eléctrico de la tarjeta del microcontrolador 68HC11 61
2.3.8
Tarjeta de desarrollo del MC68HC711E9
61
2.3.9
Diagrama de flujo del programa principal del microcontrolador63
2.4.2
Impreso del interfaz E/S
67
2.4.3
Teclado en el panel frontal del automóvil
68
2.4.4
Las diferentes matrices del sistema
69
2.4.5
Circuito detector de encendido del automóvil
70
2.4.6
Niveles de respuesta del sistema automático de luces
73
2.4.7
Puertos de E/S y registros importantes de trabajo
74
2.5.1
Señal de voz presente en el micrófono del teléfono celular
76
2.5.2
Señal eléctrica de campana de llamada entrante
77
2.6.1
Módulo Lógico de control de un teléfono celular
78
2.6.2
Matriz encontrada en el teléfono celular NOKIA 980.
79
2.6.3
Oscilograma proveniente de la matriz numérica
80
2.6.4
Circuito integrado 4066 cuádruple interruptor analógico
81
2.6.5
Disposición de las terminales del circuito integrado
MC14067B
82
2.6.6
Diagrama a bloques internos del registro de corrimiento
74HC164
83
2.6.7
Señal Dual Tone Multifrequency correspondiente dígito cero 85
2.6.8
Constitución interna del decodificador DTMF MC145436
86
2.6.9
Diagrama a bloques de la interfaz periférica serie
88
2.6.10
Diagrama eléctrico del sistema de control de comunicaciones 90
2.7.1
Diagrama esquemático de interior del MODEM 74HC943
92
2.7.2
MODEM de 300 baud Acústicamente acoplado
94
2.7.3
Circuito eléctrico del modem de 300 baud.
96
2.8.1
Circuito detector de espiga QRS
99
2.8.2 .
Diagrama a bloques del sistema de telemetría de frecuencia
Cardiaca
99
2.9 .
Diagrama electrónico del prototipo
101
3.1.1
Diagrama a bloques de los sistemas involucrados en el aviso
Remoto vía celular
103
3.2
Diagrama a bloques de los sistemas involucrados en la
Telemetría de nivel de luz
104
3.3
Sistemas involucrados en la telemetría de frecuencia
Cardiaca
106
3.4
Diagrama a bloques del sistema de paro utilizando DTMF
108
3.5. A
Diagrama de flujo de telecontrol del auto (Paro) con DTMF 109
3.5
Diagrama de flujo del sistema de paro con módem
110
3.5.1
Diagrama a bloques del sistema de paro con módem
111
4.2
Pantalla inicial del programa de comunicaciones
113
4.2.1
Pantalla que muestra la frecuencia cardiaca del conductor del auto
114
4.2.3
Vista de la información recaudada en un archivo de telemetría 116
4.3.1
Vista de un archivo binario de telemetría muy pequeño
117
4.3.2
Visualización de un archivo binario (primeros 24 segundos) 118
4.3.3
Última pantalla de telemetría
119
4.4
Vista de la pantalla de telecontrol pagado de motor del automóvil
120
5.1.2.A
Vista del archivo binario con block de notas
122
5.2
Vista del archivo binario de prueba para amplitud y tiempo
124
5.3
Diagrama de flujo del programa de prueba de telemetría
125
B.1
Diagrama a bloques de microcontrolador MC68HC11
134
B.2
Encapsulado del MC68HC11
138
B.3
Encapsulado del 74C922
139
C1
Conexión de Módem Nulo
142
C2
Forma de onda del UART
142
C3
Forma de onda de la Norma RS232
142
D1
Diagrama de flujo del programa de telecontrol y telemetría para PC
143
Tabla
Titulo
Página
1.3.1
Los principales sistemas telefónicos
29
1.4.1
Tabla técnica de TDMA
31
1.4.2
Tabla técnica de CDMA
32
1.5.1
Tabla de clasificación de celdas según su extensión
33
2.3.1
Microcontroladores tomados en cuenta para la realización
del prototipo
54
2.3.2
Configuración del microcontrolador mediante J3 y J 4
60
2.6.1
Tabla de verdad del circuito integrado MC14067B
81
2.6.2
Tabla de verdad del circuito integrado 74HC164
83
2.6.3
Correspondencia entre dato de entrada y tecla conmutada
en el teléfono
84
2.6.4
Tabla de verdad del decodificador de DTMF 14436
87
2.6.5
Tabla de verdad del registro de corrimiento 74HC165
87
2.7.1
Frecuencias que maneja el MODEM de 300 baud
97
B1.1
Familia del microcontrolador MC68HC11E9
135
C1
Niveles lógicos para la norma RS232-C
141
Resumen
En este trabajo se describe el diseño y construcción, de un sistema de telecontrol y telemetría que utiliza una red de telefonía celular como medio de intercomunicación. Con el interés de mostrar el sistema proyectado a manera de prototipo, en un automóvil se implementaron los servicios que se describen:
• Es posible detener el automóvil, bloqueando el sistema eléctrico, en caso de robo, desde
cualquier teléfono con teclado de tonos.
• El auto avisa de forma automática, un acceso no permitido llamando a un teléfono pre
programado
• Se tiene el servicio de comunicación telefónica a manos libres
• Se tiene un servicio en el cual es posible enviar frecuencia cardiaca del conductor a una PC
remota.
El sistema utiliza para ello, el canal de voz del teléfono celular y en él, se utilizaron las tecnologías DTMF y FSK, así al no utilizarse el canal de control del celular no se depende de ninguna tecnología telefónica en particular y no se requiere de acuerdos ó convenios con las empresas prestadoras del servicio. Por otra parte, el sistema desarrollado, ofrece funciones adicionales que pueden ser consideradas de valor agregado; y estas son:
Sistema de código de acceso de arranque de la unidad Sistema de luces automáticas
Sistema de apagado automático por despojo de unidad (asalto). Sistema de alarma
Sistema de reprogramación de parámetros (teléfono de auxilio, clave de acceso, niveles de encendido y apagado de luces, desde un teclado ubicado en el tablero del auto).
El sistema es operado, libre de la contratación de algún servicio especial por parte de cualquier empresa de telecomunicaciones y por lo tanto, el costo se reduce únicamente al de la llamada telefónica requerida para el enlace.
Abstract
This work presents the design, and realization of a telemetry and telecontrol system working over cellular network. As example this system was implementing in a real prototype in a car. The control and telemetry system has the follow functionalities:
• Its possible stops the automobile from any telephone in case of robe.
• The automobile informs by cellular phone, automatically any access not
permitted.
• It has got voice communications service in freehand modality • It is possible sends driver’s cardiac frequency
This is possible using the communication’s acoustic channel in the phone whit DTMF and FSK technologies.
Also the electronic system offers plus functions that can considerate as aggregate value and these are:
• Access code system for unity’s ignition • Automatic lights system
• Auto off machine in assault. • Alarm system
• Parameters re-programation system (Number of telephone for inform about
robe, access code, and others.)
These services are operating using cellular telephony, without contract for any special service and for this reason free of charges (the only one it’s for the call)
Antecedentes
Con el descubrimiento de la telegrafía en 1836 se inicia el desarrollo de las comunicaciones modernas y con ello nacen los primeros sistemas de telecontrol. El telégrafo, es un sistema que transmite información mediante un código de señales, las cuales pueden ser escuchadas o registradas. Este mecanismo controlaba una plumilla a distancia, la cual pintaba puntos y rayas sobre un rollo de papel registrándose el mensaje para su posterior lectura
.
En 1876 Alexander Graham Bell patenta el teléfono como un sistema de comunicación alambrada con la finalidad de comunicar a dos personas a distancia.
Con el descubrimiento de las ondas Hertzianas en 1860, se inicia la creación del primer transmisor inalámbrico en 1896 por Marconi, y después con el desarrollo de la electrónica, los sistemas de radiocomunicación modernos.
En los sistemas satelitales, estos mecanismos son indispensables para ajustar la órbita de los satélites y detectar anomalías a bordo, así como para registrar distintos parámetros dentro del satélite (ejemplo: posición, temperatura, nivel de combustible, etcétera.)
Desde los inicios de las telecomunicaciones modernas la telemetría y el telecontrol han tomado un papel de gran importancia, ya que han sido necesarios por ejemplo para el sistema de tarificacion del sistema telefónico medido, puesto que para esto, se requiere conocer el momento en que se inicia y se termina una comunicación, la ingeniería aplicada resolvió este problema y hoy se utiliza para tarificacion de manera cotidiana. En la actualidad la telemetría y telecontrol vía radio se utilizan en sistemas aeroespaciales, en la medición de la velocidad del cohete y en el control mismo de la dirección del cohete.
Con el desarrollo de tecnologías de telecomunicaciones, cada vez es mas cotidiano realizar actividades de telemática, incluso por personas que no posen conocimientos técnicos, de tal suerte que podremos comunicar con maquinas o ellas se comunican con nosotros para informarnos de algún suceso.
La calidad del servicio de telemetría o telecontrol va en función directa de la calidad de servicio del sistema de telecomunicación del cual se esta haciendo uso para dichas actividades.
En los últimos años, las tecnologías de las telecomunicaciones para usos civiles, han ido creciendo y con ello los servicios que actualmente se ofertan. Por ejemplo actualmente las empresas que ofrecen el servicio de rastreo de automóviles incluyen nuevas facilidades para la logística y paro de vehículos a distancia, como una nueva forma para contrarrestar el robo a vehículos, y en su caso recuperarlos, al momento de ser robados.
celular, todo ello bajo el control de la microcomputadora, la cual es capaz de enviar algún tipo de alarma por ejemplo (pánico, choque etc.)a la central de rastreo. Cuando se envía información del móvil a la central de monitoreo, los paquetes enviados son dirigidos a una empresa intermediaria, la cual administra los números telefónicos de los MODEM, y tarifica los paquetes, cobrando una renta mensual por el servicio de comunicaciones a la empresa de rastreo, esta a su vez cobra una renta al usuario final quién termina pagando el equipo, y las comunicaciones, en un formato de renta por el servicio.
[image:12.612.59.567.268.558.2]En la figura A-1, se ejemplifica la secuencia en que viaja la información del vehículo (dispositivo de rastreo) hacia la compañía prestadora del servicio (Centro de operaciones). Secuencia de la “”A la “D”. Cabe señalar que el usuario final tiene un acceso bastante limitado sobre el número de comunicaciones que pueda tener con el vehículo. Otros equipos que utilizan enlace satelital puro para las comunicaciones del vehiculo con la central tienen mas prestaciones pero son mucho más caros que los que utilizan el sistema telefónico celular.
Figura A-1 Esquema General de un sistema de rastreo satelital-celular
Por otro lado, hablando del prestador del servicio de rastreo, éste puede observar la posición del móvil vía Internet (Pagina Web), donde además se puede tener control sobre el vehículo vigilado para detenerlo en caso de robo, además se cuentan con alarmas de estado como serian eventos de remolque de vehículo, desconexión de batería del vehículo, e impacto del mismo. El prestador de servicio generalmente cuenta con convenios con policía privada y publica para la recuperación de la unidad después de ocurrido un robo, previa localización del vehículo.
A continuación se mencionan algunas de estas compañías y el tipo de servicio que prestan, esto a manera de ejemplificar lo antes mencionado, restringiéndose al territorio nacional.
Propietaria de los modem
A
B C
Omnitracs
Funciones: Comunicación con los operadores vía canal de voz, localización y rastreo de los vehículos, administración de usuarios y recursos del sistema, administración de la información, configuración de alertas (velocidad, cerco virtual **), puntos de interés personalizados Mapas a nivel calle y carretero, consultas y reportes de vehículos y flotillas Implementación en redes de área Local (LAN).
** Cerco virtual defínase como el limite geográfico, que al ser rebasado produce un evento de alerta en una central de recupero de vehículos, dichos cercos son programados en una computadora, a conveniencia del contratante de dicho servicio. [1]
Troncalnet
Funciones: Asistencia en emergencias, Recuperación de vehículos, Localización y rastreo de vehículo, Asistencia en el camino, Cerco GEO-referencial (Cerco virtual), Transmisión de mensajes de voz. [2]
Geostar
Funciones:
Seguridad, b
otón de pánico, Activación y corte de ignición, apertura y cierre de puertas, antirrobo, sensores, alarma de velocidad, GEO-cercas, despliegue de velocidad, rastreo automático, localización en tiempo real, grabación de eventos.[3]Con estos ejemplos se tiene un marco de referencia sobre el tipo de servicios que prestan estas compañías, las cuales utilizan básicamente los componentes siguientes:
Submodulo GPS
Sub modulo MODEM de Acceso Múltiple por división de tiempo (TDMA) y Acceso Múltiple por detección de código (CDMA). TDMA/ CDMA
Tarjeta madre con unidad central de proceso
Todo ello, soportado por infraestructura de mapas geo-referenciados y bases de datos además del software de aplicación para administración de los clientes.
Una constante común de todos los servicios que se están ofertando en el mundo, es que hacen uso de las redes de telecomunicaciones de telefonía celular TDMA y CDMA, en conjunto con tecnologías GPS e Internet, todo ello coordinado para formar un servicio de localización y detención remota. Los equipos electrónicos que son colocados dentro de los vehículos, tienen costos que van desde los $5000 a $30,000 pesos según su complejidad y obligan al contratante al pago de este equipo más el pago de una renta por el servició que prestan y en algunos otros casos obligan al interesado a contratar una póliza de seguro con cobertura contra robo total con alguna compañía miembro de su corporación. [4]
REFERENCIAS:
[1] fuente:http://geostar.com.mx/ [2] fuente: http://200.94.45.114/
[3] fuente: http://www.omnitracs.com.mx/
Planteamiento del problema.
Actualmente en las telecomunicaciones, se requiere de nuevos servicios que de alguna manera involucran la telemetría y el control a distancia para diferentes aplicaciones, y es desventajoso que hasta el día de hoy (México año 2005) este tipo de servicios sean escasos y muy caros, debido a los costos asociados a servicios que son catalogados como especiales.
En México, las aplicaciones de telemetría y telecontrol utilizadas sobre la infraestructura de telefonía celular se reducen al rastreo y recupero de vehículos robados, y en estos servicios, el negocio reside en cobrar una renta por el servicio prestado, además el interesado no tiene el control directo del sistema o vehiculo.
En materia de seguridad de vehículos, las alarmas que dan aviso de robo directamente al teléfono celular del dueño, en México comercialmente no se encuentran.
En aplicaciones donde se requiere de telemetría de variables biológicas (de la ambulancia al hospital) para la mejor atención de accidentados, en México prácticamente el servicio no existe. Por todo lo anterior es que se prende realizar un sistema de telecomunicaciones que permita tener servicios de telemetría y telecontrol, que esté libre de costos por servicios especiales.
Objetivo:
• Mediante el uso de la telefonía celular, desarrollar servicios de telecontrol y telemetría para
la industria, el comercio, hogar y transporte a costos bajos, sin contratar servicios especiales de alguna empresa de telecomunicaciones.
Objetivos Particulares
• Desarrollar y construir un sistema de telecomunicaciones que instalado en un automóvil
permita el paro del motor del vehículo al recibir dicho comando desde una computadora. programada para este fin ó desde cualquier teléfono celular ó fijo.
• Desarrollar un sistema informático para recibir en un sitio lejano mediante una computadora,
la información de la frecuencia cardiaca del conductor.
• Dotar al prototipo de la posibilidad de poder enviar telemetría de alguna variable analógica
(Voltaje).
Justificación del trabajo
Prologo:
El presente trabajo tiene como finalidad explicar como puede utilizarse la red de telefonía celular para implementar servicios de telecontrol y telemetría, con el propósito de poderlo aplicar al hogar, comercio, industria he incluso al sector automotriz. Como muestra de esta posibilidad se realizó un prototipo en un automóvil, por presentar un grado mayor de dificultad comparado con las anteriores (telefonía alambrada), ya que aquí se incorporan dificultades técnicas debido al ruido, consumo de energía, espacios y necesidad de movilidad.
Este trabajo de tesis está organizado de la siguiente forma:
En el Capítulo 1 se establecen los conceptos generales de telefonía celular, telemetría y telecontrol, este sirve de marco teórico para el lector.
En el Capítulo 2 se desarrolla el prototipo que va montado en el automóvil, dividiéndolo para su estudio en bloques funcionales, cada bloque se desarrolla de manera individual, hasta llegar a su diagrama electrónico individual.
Al final de este capítulo se encuentra el diagrama electrónico completo del prototipo, aquí se aprecian todos los bloques y su interconexión eléctrica.
En el Capítulo 3 se discuten las aplicaciones de telemetría y telecontrol desarrollados en este prototipo. Estas aplicaciones se estudian a nivel sistema, cada sistema consta de 2 ó mas bloques funcionales.
El Capítulo 4 muestra “el otro punto del enlace con respecto al prototipo” cuando se utiliza una computadora personal para realizar telecontrol ó telemetría.
Aquí se muestran las pantallas del programa de telecontrol y telemetría, así como un ejemplo de un archivo de telemetría de variable analógica capturado.
En el Capítulo 5 Se habla sobre pruebas realizadas al sistema para verificar su correcto funcionamiento.
El Apéndice “A” Sirve como un instructivo de usuario para operar y programar las distintas funciones del auto
El Apéndice “B” Se concentra en dar una referencia teórica del microcontrolador 68HC11, en la inteligencia que de ninguna manera sustituye al manual de referencia.
El Apéndice “C” Se refiere a teoría concerniente a la norma RS-232
El Apéndice “D” Contiene el código fuente del programa de aplicación de telemetría y telecontrol en lenguaje “C”.
CAPITULO 1
C
C
o
o
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n
c
c
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p
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Introducción
En el capitulo se abarcan conceptos importantes de un sistema telefónico basado en tecnología celular, se inicia por una perspectiva histórica del sistema, sus comienzos y su desarrollo hasta una explicación detallada de cada parte que integra al sistema. Así mismo se explica de manera sencilla como funciona el moderno sistema de telefonía celular, además de abarcar otros temas tales como la tecnología DTMF (Dual-Tone Multifrecuency). y el Protocolo RS232, los cuales son fundamento teórico para el prototipo final.
Se puede señalar que los objetivos de este capitulo son:
1. Describir el sistema telefónico celular, elementos y terminologías 2. Definir telemática, telemetría y telecontrol.
1. El sistema telefónico celular
1.1 Perspectiva Histórica:
La radio móvil fue usada desde el año de 1921, cuando el Departamento de Policía de Detroit utilizó un sistema de radio móvil que operaba a una frecuencia cercana a 2 MHz. En 1940, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) dispuso nuevas frecuencias para la radio móvil en la banda de frecuencia de 30 a 40 MHz. Sin embargo, hasta que los investigadores desarrollaron técnicas para modulación en frecuencia, para mejorar la recepción en presencia de ruido electrónico y desvanecimiento de señales, la radio móvil se convirtió en útil. El primer sistema de telefonía móvil comercial en los Estados Unidos se estableció, en 1946, en St. Louis Missouri, cuando la FCC proporcionó seis canales de telefonía móvil de 60 Khz., en el intervalo de frecuencias de 150 MHz. En 1947 se estableció un sistema móvil público en la carretera entre la ciudad de Nueva York y Boston que opero en el intervalo de frecuencia de 35 a 40 MHz.[1]de cobre normales. Los sistemas IMTS sirven a un área de aproximadamente 60 Km. a la redonda y cada canal opera similarmente a una línea compartida. Cada canal puede asignarse a varios suscriptores, pero sólo un suscriptor puede utilizarlo a la vez. Si el canal preasignado está ocupado, el suscriptor debe esperar hasta que se desocupe, antes de hacer o recibir una llamada.[1]
La demanda creciente en el espectro de frecuencia de un sistema de telefonía móvil saturado impulsó a la FCC a buscar un modo de proporcionar mayor eficiencia del espectro de frecuencia. En 1971 AT&T hizo una propuesta sobre la posibilidad técnica de proporcionar respuesta a lo anterior. Se comenzaba a delinear el principio de la radio celular. En marzo de 1983 se aprobó el plan de licencias para la radio celular.[1]
1.2 La radio celular:
La radio celular corrige muchos de los problemas de los servicios de telefonía móvil de dos direcciones tradicionales y crea un ambiente totalmente nuevo para el servicio telefónico tradicional de líneas alámbricas. Los conceptos claves de la radio celular fueron descubiertos por los investigadores, en los laboratorios de Teléfonos Bell, en 1947. Aquí fue determinado que, subdividiendo un área geográfica relativamente grande en secciones más pequeñas llamadas celdas o células, se podría aplicar un concepto de rehúso de frecuencias para incrementar dramáticamente la capacidad de un canal de telefonía móvil. En la figura 1.2 se observa de forma representativa la forma hexagonal de estas células, que generalmente abarcan desde cientos de metros hasta algunos kilómetros de distancia.[1]Ç
Figura 1.2 Radio base y células
licencia para operar un servicio de radio celular en desarrollo, en Chicago, AT&T subsecuentemente formo el servicio de Telefonía Móvil Avanzado (AMPS)
En 1980, la FCC decidió dar una licencia de dos portadoras comunes por área de servicio. La idea era eliminar la posibilidad de un monopolio y proporcionar las ventajas que generalmente acompañan un ambiente competitivo. Subsecuentemente, surgieron dos sistemas de distribución de frecuencia, cada uno con su propio grupo de canales, sistema A y sistema B, para compartir el espectro de la frecuencia distribuida. El sistema A se definió para las compañías inalámbricas y el sistema B se definió para las compañías con líneas alámbricas.
El sistema celular AMPS usa una banda de frecuencia de 20 MHz compuesta de 666 canales con espacios, entre canales de 30 KHz. Para las unidades móviles, el canal 1 tiene una frecuencia de transmisión de 825.03 MHz y el canal 666, en 889.98 MHz. Un espectro de frecuencias de 5 MHz adicional, se aumentó posteriormente a la banda de 20 MHz existente, lo cual incrementa el número total de canales disponibles a 832. El estándar celular TACS (Sistema de telecomunicaciones de acceso total), utiliza una banda de frecuencia de 15 MHz que abarca 600 canales con un espacio entre canales de 25 KHz. La frecuencia de transmisión para el canal 1, es 890.0125 MHz y de 904.9875 MHz, para el canal 600. Los espectros de canales de AMPS y TACS se dividen en dos grupos básicos. Un conjunto de canales se dedica para el intercambio de información de control entre unidades móviles y el sitio de célula, y tienen el término de canales de control. El segundo grupo, con el término de canales de voz o usuario, consiste de los canales restantes y se usa para conversaciones reales. Como el sistema avanzado de telefonía móvil (AMPS), los receptores TACS operan a 45 MHz, arriba de la frecuencia de transmisión. Por lo tanto, para las unidades móviles, el canal 1 recibe en 935.0125 MHz y el canal 600, en 959.9875 MHz. [1]
El concepto básico de radio celular es muy sencillo: cada área se divide en celdas (células) hexagonales que encastran juntas para poder formar un patrón de panal. Se eligió la forma de hexágono porque proporciona la transmisión más efectiva aproximada a, un patrón circular, mientras elimina espacios presentes entre los círculos adyacentes. Una célula se define por su tamaño físico y, lo más importante, por el tamaño de su población y patrones de tráfico. El número de células por sistema lo define el proveedor y lo establece de acuerdo a los patrones de tráfico anticipados. Cada área geográfica del servicio móvil se distribuye en 666 canales de radio celular. Cada transceptor con un área envolvente tiene un subconjunto fijo de 666 canales de radio disponibles, basados en el flujo de tráfico anticipado.
célula y funciones de conmutación. El conmutador se llama Oficina de Conmutación de Telefonía Móvil (MTSO), también Central de conmutación móvil. Una estación base se compone de un transceptor de FM de baja potencia, amplificadores de potencia, unidad de control y otro hardware, dependiendo de la configuración del sistema. La radio celular utiliza varios transceptores con potencia moderada en un área de servicio relativamente ancha, al contrario de IMTS, el cual usa un transceptor de alta potencia en una elevación alta. La función de la estación base es una interfaz entre los teléfonos móviles celulares y el MTSO. Se comunica con el MTSO sobre enlaces de información dedicada, metálicas y no metálicas, y se comunica con las unidades móviles, mediante microondas, utilizando un canal de control
La función de MTSO es controlar el procesamiento y establecimiento de llamadas así como la realización de llamadas, lo cual incluye señalización, supervisión, conmutación y distribución de los canales de RF. El IMTS, también proporciona una administración centralizada y el mantenimiento crítico para toda la red e interfaces con la Red de Telefonía Pública Conmutada. (PTSN), asimismo, acordar las instalaciones de transmisión de voz con líneas alámbricas y servicios de telefonía con líneas alámbricas convencionales. Un MTSO se conoce por diferentes nombres, dependiendo del fabricante y la configuración del sistema. MTSO (Oficina de conmutación de Telefonía móvil), fue el nombre dado por los laboratorios Bell; EMX (Intercambio Móvil Electrónico) por Motorola; AEX por Ericsson, NEAX por NEC; SMC (Centro de conmutación Móvil) y MMC (Centro Móvil Maestro), por Novatel.[1]
Cada célula generalmente puede acomodar hasta 70 diferentes canales de usuario simultáneamente. Dentro de una célula, cada canal puede soportar sólo un usuario de telefonía móvil a la vez. Los canales están asignados de una manera dinámica y dedicada a un solo usuario, por la duración de la llamada, y cualquier usuario puede ser asignado a cualquier canal de usuario. Esto se llama re-uso de frecuencia, y permite que un sistema de telefonía celular, en un área sencilla, maneje considerablemente más de los 666 canales disponibles. Por lo tanto, la radio celular hace un uso más eficiente del espectro de frecuencias disponibles, que un servicio IMTS tradicional. Conforme se aleja un teléfono de un transceptor, en el centro de una célula, la intensidad de la señal recibida comienza a disminuir.
1.3 Los componentes principales de un sistema celular:
Los componentes básicos en cualquier sistema de telefonía celular son: a) Centro de Conmutación Móvil. (MSC)
b) Las radio bases. c) Los teléfonos celulares
d) Protocolo de Comunicaciones
A continuación se explica cada uno de ellos.
a) El MSC (Mobile Switching Controller)
El Centro de conmutación móvil (MSC) es parte importante del sistema celular ya que es él quien controla todo su funcionamiento. Es un conmutador telefónico digital que realiza dos funciones esenciales: (1) controla la conmutación entre la red telefónica pública y los sitios de células para todas las llamadas de alámbrica a móvil, móvil a alámbrica y móvil a móvil; y (2) procesa información recibida de los controladores de sitio de célula que contiene el estado de la unidad móvil, información de diagnóstico y compilación de facturas. El conmutador electrónico se comunica con los controladores de sitio de célula con un enlace de datos utilizando el protocolo X.25 y la tasa de transmisión de 9.6 kbps a full-duplex.[2]
Figura 1.3.1 Conmutador de telefonía móvil MSC
Las centrales de conmutación móvil manejan las siguientes tareas:
Manejo y control de cada uno de los otros elementos del sistema, es decir, Radio bases, Unidades Móviles y Enlaces.
Establecimiento y supervisión de llamadas en las que intervienen usuarios celulares.
Elaboración, procesamiento y almacenaje de la información relativa a su propio funcionamiento así como la referente a la actividad del resto de los elementos, teniéndose una mayor cantidad en la parte correspondiente a las llamadas (números de usuario, duración, origen y destino, etc.). Con el fin de utilizarla en tiempo real o a través de un post proceso.
Dar soporte a las funciones de radio al manejar: solicitudes de actualización de ubicación de usuario (location update requests), administración de la movilidad sin que el usuario tenga que intervenir (handoff), control de la movilidad aleatoria del usuario (roaming) y solicitudes a la base de datos del visitante (VLR) ò base de datos local (HLR).
Intercambiar la información de señalización y la de los canales de tráfico entre los diferentes componentes interconectados.
Proporcionar facilidades y servicios suplementarios a los diferentes usuarios por ejemplo: Transferencia de Llamadas, llamadas en espera, correo de voz, etcétera.
Administración de varios elementos de la Red al tener incluidas las funciones de tarificacion, enrutamiento y mediciones de tráfico.
Funciones de Seguridad en contra de Accesos ilegales a la red e Intromisiones de llamadas no autorizadas (Autenticación).
En una área de cobertura existe la presencia de "señal" celular, que la Radio base proporciona permanentemente a través del "canal de control", los teléfonos que se encuentren dentro de esa área, encendidos y programados en la banda del Proveedor de servicio, automáticamente se sintonizaran a dicho canal por lo que estarán en posibilidades de usarlo para transmitir y/o recibir a través de él.
El canal de control es utilizado por el MSC para intercambiar información con los teléfonos celulares, la radio base actúa únicamente como medio de enlace entre ambos. Con la información recibida de cada teléfono el MSC se entera de su presencia y además compara los datos de identificación de cada aparato con los que él tiene registrados o dados de alta como propios, de casa o "homers", en caso de coincidir son clasificados como activos o disponibles. Cuando no coinciden son verificados respecto a una tabla de "visitantes autorizados" y si resultan aprobados se les asigna un número de casa y también son clasificados como activos visitantes o “roamers”. En caso de no aparecer en ninguno de los dos grupos su presencia es ignorada y el MSC no realiza registro alguno.
Además de los programas almacenados que controlan y definen su operación, el MSC maneja una gran cantidad de información y datos para, poder establecer las llamadas. Entre otras cosas cada MSC tiene la capacidad de interconectarse con la RTPC, para lo que utiliza enlaces dedicados a 2 Mbps. El sistema de señalización utilizado dependerá de la capacidad de las centrales a las que se conecta el MSC pudiendo así manejarse UIT-T Nº7, R2, DTMF, etcétera. Esta señalización debe ser suficiente para soportar el control de la llamada.
La conexión entre MSCs puede realizarse a través de un protocolo de señalización propietario. Si se requiere introducir centrales de otros fabricantes, o si se necesita que los usuarios propios puedan hacer uso de otra red, es necesario implementar el protocolo estandarizado de señalización IS-41 entre las centrales.
b) Las radio bases
Las Radio bases tienen como función básica comunicar a la central celular con todas y cada una de las unidades móviles y que se encuentren dentro de la cobertura del sistema.
Las radio bases consisten de una antena sectorizada y de un equipo de radio, el cual se encuentra dentro de un contenedor equipado con aire acondicionado además de un sistema de transmisión – y recepción así como sistemas de alimentación ininterrumpida para estos equipos.[2]
En la figura 1.3.2. Se muestra dos vistas externas de una radio base típica.
Figura 1.3.2 Radio bases
Una radio base realiza en esencia las siguientes funciones:
Mantener permanentemente una cobertura de señal celular en una área determinada por medio de la presencia del canal de control a fin de permitir la comunicación MSC-Móviles. Proporcionar canales de voz a los móviles cuando se establecen comunicaciones entre éstos o hacia /desde la RTPC.
Los componentes básicos de una Radio base son los siguientes:
1.- Controlador de sitio de célula: Cada célula contiene un controlador de sitio de célula que opera bajo la dirección del centro de conmutación. El controlador de sitio de célula administra cada uno de los canales de radio en el sitio, supervisa llamadas, enciende y apaga el transceptor de radio, inyecta información a los canales de control y usuario y realiza pruebas de diagnóstico en el equipo de sitio de la célula.
3.- Equipo asociado para transmisión /recepción: Estas son: (por ejemplo antenas, combinadores, acopladores, guía de onda, etcétera)
4.- Sistema de aire acondicionado: Que se ocupa de que todo este equipo opere dentro de las características de temperatura ideales 15 a 20°C
Las radio bases pueden ser clasificadas de varias formas en función de sus características: Por su tipo de cobertura: Omni direccional, Sectorial u Omni / sectorial.
Por su tecnología: Analógicas (hardware compacto / no compacto), Digitales.
Cada radio base y de acuerdo al tipo de cobertura da servicio a una o más áreas denominadas células, las cuales en función de su tamaño se clasifican en:
Macro células Micro células Pico células
5.- Interconexiones del sistema: Las líneas telefónicas terminadas a cuatro hilos se utilizan para conectar los centros de conmutación a cada uno de los sitios de la célula. Existe un circuito troncal de cuatro hilos asignado para cada uno de los canales del usuario de la célula. Además, debe haber por lo menos un circuito a cuatro hilos para conectar el conmutador a un controlador de sitio de célula como canal de control. [2]
c) Los teléfonos celulares
Cada unidad de teléfono móvil consiste de una unidad de control, un transceptor de radio, una unidad lógica y una antena móvil. La unidad de control alberga todas las interfaces de usuario, incluyendo un auricular. El transceptor de radio utiliza un sintetizador de frecuencias para sintonizar cualquier canal del sistema celular asignado. La unidad lógica interrumpe las acciones del suscriptor y los comandos del sistema y maneja al transceptor y las unidades de control
Para los usuarios es la parte móvil y más conocida de los sistemas celulares ya que a través del teléfono obtienen el servicio, esto es, hacer y recibir llamadas.
El teléfono celular es el elemento final del sistema y existe una gran variedad de diseños posibles, pero en general, se distinguen cuatro categorías:
Estaciones montadas sobre vehículos Estaciones transportables
Estaciones portátiles de bolsillo
Estaciones fijas e inalámbricas también denominado (Wireless Local Loop), que complementa a la telefonía fija en zonas de difícil acceso para el par de cobre).
Los teléfonos celulares se pueden agrupar de acuerdo a su tecnología en:
Teléfonos analógicos. Teléfonos digitales.
La diferencia radica principalmente en el método de acceso utilizado, los analógicos utilizan Acceso Múltiple por división de frecuencias (FDMA) y los digitales utilizan Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA/FDMA) ó Acceso múltiple por división de código (CDMA)
Para explicar cómo funciona un teléfono celular es conveniente recordar que lo integran los siguientes elementos:
Unidad de radiofrecuencia: transreceptor y equipo asociado para transmisión (antena y acopladores).
Unidad de control: procesamiento electrónico, teclado y pantalla.; compuesto por circuitería electrónica de alta integración, esta unidad contiene una CPU, para el control de la unidad, mediante el teclado se comunica con la pantalla, para el despliegue de números y mensajes de texto.
Unidad de voz / audio: interfaz con el usuario (monitoreo, altavoz), este sistema integra la circuitería analógica necesaria para la amplificación y filtraje de la voz del micrófono al transmisor como del transmisor a la bocina.
Unidad de alimentación: batería y adaptador., además contiene reguladores de voltaje integrados para los distintos elementos [2]
A continuación se detalla su funcionamiento del teléfono celular desde una perspectiva de bloques.
Funcionamiento del teléfono celular
Los teléfonos celulares pueden descomponerse en tres módulos bien definidos como se muestra en la figura 1.3.3 que son: el módulo de radio (RF radio frecuencia), el módulo de audio (AF audiofrecuencias) el módulo lógico de control, donde radica la Unidad de Procesamiento Central (CPU).
Módulo de RF Módulo de AF
Módulo Lógico de Cont rol
Microfono
Altavoz Anten a
Figura 1.3.3 Diagrama a bloques de un teléfono celular
Módulo de RF
El módulo de RF tiene a su cargo todas las señales de radio que entran o salen del teléfono celular, se muestra en la figura 1.3.4 los submodulos constitutivos.
Duplexor
Circui to Receptor de RF
Sintonizador de frecuencia de canal
Circuito Transmisor de RF
Antena
Señal de FI, al módulo de AF
Señal de información, al módulo lógico de control
Señales de exploración y selección de canal provenientes del módulo lógico de control
Señal de voz proveniente del módulo de AF
Figura 1.3.4 Módulo de RF de un teléfono celular
El circuito receptor de RF filtra y demodula las señales recibidas. La salida del módulo de RF se aplica al módulo de AF. A diferencia de los radiorreceptores tradicionales en los que se usa sintonización manual para definir el canal deseado, el teléfono celular usa un circuito sintonizador de frecuencia de precisión que puede ajustarse a cualquiera de los 666 canales celulares asignados. El canal seleccionado en un momento dado, está determinado por el módulo lógico de control. Conforme su teléfono celular se mueve de una celda a otra, las frecuencias de transmisión y recepción se cambian tomando en cuenta los canales disponibles de la nueva celda. Las instrucciones que indican qué frecuencias cambiar son recibidas como señales de información y son procesados por un módem en el módulo lógico de control del teléfono celular.
Las señales de voz provienen del módulo de AF y las señales de información provenientes de la unidad lógica de control se envían al circuito transmisor de RF que las coloca sobre la portadora de RF apropiada, las filtra, las amplifica y las aplica a la antena. La frecuencia portadora de RF está determinada por la celda particular en que se encuentre.
Modulo de AF
El módulo de AF es responsable de la conversión de las de las señales de FI (frecuencia intermedia) provenientes del módulo de RF en señales de voz que se puedan oír en el receptor del teléfono celular, A continuación se ilustra en la figura 1.3.5 los submodulos que lo constituyen.
Circuito receptor de AF Filtro s y Amplificadores de AF
Cir cuito Tran smisor de AF filtros y Amplificado res de AF
Señales de FI provenientes de RF
Señales de AF enviadas al módulo de RF
Altavoz
Indicador de llamada Piezo eléctrico
Señales de contro l provenientes del modulo lógico de control
Señales de información y DTMF provenientes del modulo lógico de
control
Micrófono
Figura 1.3.5–Módulo de Audio Frecuencia de un teléfono celular
Generalmente se incluye un segundo elemento receptor para producir señales de advertencia, tales como las señales de llamada. Los tonos de DTMF y la voz provenientes de un micrófono se filtran, se mezclan y se aplican al módulo de RF para ser modulados, junto con las señales de control provenientes de un módem en el módulo lógico de control. Una porción de la voz transmitida regresa al receptor como tono local. Las funciones de transmisión y recepción de AF están bajo control directo del módulo lógico de control. Una porción de la voz transmitida regresa al receptor como tono local. Las funciones de transmisión y recepción de AF están bajo el control directo del módulo lógico de control.
M
Móódduulloollóóggiiccooddeeccoonnttrrooll
Como puede verse en el diagrama a bloques de la figura 1.3.6, el módulo lógico de control, es el centro de procesamiento de un teléfono celular.
Se usa una memoria eléctricamente programable (EPROM) para almacenar información que es exclusiva de cada teléfono, tal como el número asignado al teléfono celular. A este tipo de memoria algunas veces se le denomina MAN, o módulo de asignación de número. La CPU tiene el control directo de los módulos AF y de RF, así como el generador de DTMF. Puesto que un teléfono celular es una parte activa de la red celular, debe estar en contacto constante con la red. Además de las señales de voz y de DTMF, el teléfono celular debe transmitir y recibir información de la estación de celda en uso. Un CI. de módem se usa para añadir información a la señal transmitida e interpretar las órdenes e información provenientes de la red celular.
1 2 3
4 5 6
7 8 9
* 0 #
Pantalla d e LC D
Co ntrolador de LCD
C.I. Controlador de Pantalla y Teclado de celular (ASIC)
Teclado Matricial
Modem
RAM PROM
CPU
EPROM
Generador de DTMF
Control Señales de
DTMF hacia el módulo de AF
Señales de control al módulo de RF
Señales de control al módulo de AF
Señales de
informació n al módulo de AF
Señales de
informació n al módulo de AF
Direcciones Datos
Figura 1.3.6 Modulo Lógico de control de un teléfono celular
La CPU también se hace cargo del funcionamiento del CI. del controlador celular. El controlador celular generalmente es un módulo sofisticado que es responsable de interconexión con el sistema de presentación visual y de teclado del teléfono celular. El controlador celular realiza los ajustes de los sintonizadores de frecuencia de transmisión y recepción en el módulo de RF.
Problemas con los teléfonos celulares
celda. Los problemas de los teléfonos celulares pueden agruparse en cuatro categorías fundamentales:
1. pérdidas de señal, 2. Zonas Muertas
3. Problemas de baterías 4. Intimidad
1. Perdidas de Señal:
Un problema inherente a las señales de radio en la gama de 800 a 900 MHz (banda de comunicaciones celulares), es que las señales tienden a moverse sólo en líneas rectas a partir de su antena. Dichas ondas de radio de alta frecuencia son debilitadas o atenuadas por la humedad de la atmósfera, reflejada por edificios y superficies lisas tales como agua y pueden ser bloqueadas completamente por obstáculos geográficos grandes como montañas y colinas.
Cuando su teléfono celular está en movimiento, la intensidad de la señal recibida puede disminuir lo suficiente en algunos casos como para causar interrupciones breves de la señal recibida. Casos más severos pueden impedir que su señal transmitida llegue a la estación de celda. Observará éstas pérdidas de señal como pausas repentinas en la recepción. Podría haber sido una o dos pausas breves, o una serie de pausas de duración variables, dependiendo de la severidad de la circunstancia. Otra causa común de la pérdida de la señal ocurre cuando uno se aproxima a le región fronteriza de un área de servicio en la que no haya otras estaciones que acepten la transferencia de su conversación. Experimentará un debilitamiento gradual de la señal hasta que comiencen pérdidas breves de la señal. Las pérdidas de señal rápidamente empeorarán hasta que quede completamente desconectado.[1]
Los controles de la estación de celdas generalmente están diseñados para pasar por alto pérdidas menores de señal sin interrumpir su conversación. Sin embargo, perdidas de señal continua o prolongada pueden hacer que la estación de celda lo desconecte. Con el tiempo sabrá dónde se localizan las áreas de cobertura débil en la región.
2. Zonas Muertas:
En principio, las zonas muertas ocurren por las mismas razones generales que las pérdidas de señal, aunque el área de cobertura débil se presenta a escala mucho mayor. La pérdida de las señales recibidas puede ser tanto tiempo que la estación de celdas interpreta la pérdida de señal como fin de la conversación. La estación de celda responde dejando libre el canal perdido, resignando los canales según lo necesiten otras llamadas.
3. Problemas de Baterías
Los teléfonos celulares son alimentados por paquetes de baterías recargables de NiCad (Níquel/Cadmio). Aunque las baterías de Nicad son un método conveniente y efectivo para alimentar el teléfono, tienen varias desventajas a saber.
En primer lugar, las baterías de NiCad tienen una densidad de energía algo menor a las baterías no recargables. Puesto que su densidad de energía es relativamente baja, las baterías de esta clase no son muy adecuadas para proporcionar energía a cargas grandes, o a cargas aplicadas por períodos prolongados (sin ser recargadas). De hecho, las celdas de NiCad terminan descargándose por completo por el sólo hecho de dejarlas guardadas a menos que reciban una carga lenta o reserva constante.
Aunque los materiales y la construcción de las baterías de NiCad se han perfeccionado y se cuenta con circuitos integrados refinados que han disminuido el consumo total de energía de las celdas de NiCad, no debe esperar más de unas cuantas horas de servicio de un paquete de baterías de NiCad antes que requieran un recargado. Afortunadamente, pocas llamadas duran tanto tiempo y es conveniente mantener al teléfono celular en una estación de carga cuando no se usa.
Las baterías de NiCad también pueden presentar problemas cuando se descarguen regularmente hasta los mismos niveles y luego se recarguen. Esto puede suceder, por ejemplo, se invierte un promedio de 30 minutos de llamadas varias veces en un día, dejando que el teléfono se recargue entre llamadas. Este modo de operación de descarga parcial puede provocar que las baterías generen memoria, es decir, que las baterías tiendan a funcionar de manera correcta sólo hasta el punto en el que normalmente se descargan. Si las baterías se usan más allá de este punto, no tendrían la cantidad de energía requerida (o esperada) para alimentar el circuito.
Teniendo en cuenta que toma mucho tiempo para que las baterías de NiCad presenten este tipo de problema (no ocurre de un día para el otro). Algunas veces la memoria puede contrarrestarse haciendo pasar la batería por varios ciclos de descarga/recarga completa. Esto puede lograrse simplemente si no se pone el teléfono en su estación de carga durante uno o dos día de uso normal y luego dejando que se recargue completamente. Finalmente, las celdas de NiCad pueden dejar de funcionar simplemente por desgaste normal. La carga y descarga constante pueden originar tensiones físicas en la batería que con el tiempo pueden hacer que deje de servir y sea incapaz de mantener una carga apreciable. Cuando ocurre esto, el paquete de baterías debe reemplazarse. Actualmente se han desarrollado nuevas baterías como las de níquel/metal que poseen muchas mejoras con respecto a las anteriormente mencionadas; mayor capacidad y ausencia de "memoria" son algunas de ellas. El desarrollo de baterías para el uso de celulares sigue en marcha y la comercialización de las nuevas: litio-ión es una muestra de ello.[1]
d) Protocolo de Comunicaciones:
Sistema de Comunicaciones de Acceso Total (TACS) se usa en el Reino Unido; NMT o sistema nórdico en los países escandinavos; RC2000 en Francia; NETA C-450 en Alemania; y Nº es el estándar japonés para la telefonía celular.
Es importante entender como se procesa una llamada en el sistema telefónico celular así que se procede a explicar de forma resumida como sucede esto.[1]
Procesamiento de Llamadas
Una llamada telefónica sobre una red celular requiere del uso de dos canales de voz full duplex simultáneamente, uno se llama canal de usuario y el otro, el canal de control. La estación base transmite y recibe, y se llama canal de control directo y canal de voz directo, y la unidad móvil transmite y recibe con el control y los canales de voz diversos.
La conclusión de una llamada dentro de un sistema de radio celular es muy similar a la de telefonía pública conmutada. Cuando una unidad móvil se enciende, realiza una serie de procedimientos de arranque y después prueba la intensidad de la señal recibida en todos los canales de usuario prescritos. La unidad automáticamente se sintoniza al canal con la intensidad de la señal de recepción más fuerte y se sincroniza para controlar la información transmitida por el controlador de sitio de célula. La unidad móvil interpreta la información y continúa monitoreando el/los canal(es) de control. La unidad móvil automáticamente rastrea periódicamente para asegurarse que está utilizando el mejor canal de control.[2]
Dentro de un sistema celular, las llamadas se pueden realizar entre una línea compartida y un teléfono móvil o entre dos teléfonos móviles.
Llamada de línea a móvil:
El centro de conmutación de un sistema celular recibe una llamada de una línea compartida a través de una línea interconectada dedicada, desde la red telefónica pública conmutada. El conmutador traslada los dígitos marcados y determina si la unidad móvil, a la cual la llamada está destinada, está colgada o descolgada (ocupada). Si la unidad móvil está disponible, el conmutador vocea al suscriptor móvil. Siguiendo una respuesta de voceo de la unidad móvil, el conmutador asigna un canal desocupado e instruye a la unidad móvil que se sintonice en ese canal. La unidad móvil envía una verificación de la sintonización del canal por medio del controlador en el de sitio de célula y después envía un tono de progreso de llamada al teléfono móvil del suscriptor, causando que éste suene. El conmutador termina los tonos de progreso, cuando recibe la indicación afirmativa que el suscriptor ha contestado el teléfono y la conversación entre dos personas comienza.
Llamada de móvil a línea:
de célula, el conmutador asigna a la unidad móvil que sintonice ese canal. Después de que el conmutador reverifica que la unidad móvil está sintonizada al canal asignado, el suscriptor móvil recibe un tono de llamada en progreso, audible, del conmutador. Después que la persona a la que se llamó levanta el teléfono, el conmutador termina los tonos de llamada en progreso y la conversación puede comenzar.
Llamadas de móvil a móvil:
Las llamadas entre dos unidades, también son posibles en el sistema de radio celular. Para originar una llamada a otra unidad móvil, el que llama introduce el número marcado en la memoria de la unidad, por medio del teclado en el dispositivo de teléfono y después oprime la tecla enviar. El conmutador recibe el número de identificación del que llama y el número marcado y después determina si la unidad llamada está libre para recibir una llamada. El conmutador envía un comando de voceo a todos los controladores de sitio de célula y el que es llamado (el canal puede estar en cualquier parte del área de servicio) recibe un llamado. Después de un voceo positivo del que fue llamado, el conmutador asigna a cada uno, un canal de usuario desocupado y les instruye que se sintonicen a su canal respectivo. Entonces el teléfono del que se está llamando suena. Cuando el sistema recibe una noticia de que el que fue llamado ha contestado el teléfono, el conmutador termina el tono de llamada progresiva y la conversación puede comenzar entre las dos unidades.[2]
Si un suscriptor móvil desea iniciar una llamada y los canales de usuario están ocupados, el conmutador envía un comando de reintento instruyendo al suscriptor que vuelva a intentar la llamada por medio de una célula vecina. Si el sistema no puede distribuir un canal de usuario por medio de la célula vecina, el conmutador transmite un mensaje de intercepción a la unidad móvil que esta llamando por medio del canal de control. Cada vez que esta llamando a un suscriptor móvil que está ocupado, el que llama recibe una señal de ocupado. Además, si el número que se está marcando no es válido, el sistema envía un mensaje grabado por medio del canal de control o proporciona un aviso de que la llamada no puede procesarse.
Características del control de Flujos (entregas)
Una de las características más importantes de un sistema celular es su capacidad de transferir llamadas, que ya están en proceso, de un controlador de sitio de célula a otro conforme las unidades móviles se mueven, de célula a célula, dentro de la red celular. Este proceso de transferencia se llama control de flujo o entregas. Las computadoras en las estaciones del controlador del sitio de célula transfieren llamadas de célula a célula con un mínimo de interrupción y ninguna degradación en la calidad de la transmisión. El algoritmo de decisiones de control de flujo se basa en las variaciones de la intensidad de la señal. Cuando una llamada está en progreso, el centro de conmutación monitorea la intensidad de la señal recibida de cada canal de usuario. Si el nivel de la señal de un canal ocupado cae debajo de un nivel de umbral predeterminado, para un intervalo de tiempo dado, el conmutador realiza un control de flujo, si existe un canal vacante, La operación de control de flujo re-enruta la llamada por un sitio de célula nuevo.[2]
