Proyecto de digitalización de la red trunking de MOVITEL SA

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA Proyecto de digitalización de la red trunking de MOVITEL SA. Autor: Emmanuel Aguila Méndez Tutor: Ing. Jolver Monzón Rodríguez. Santa Clara 2008 "Año 50 de la Revolución”.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA Proyecto de digitalización de la red trunking de MOVITEL SA. Autor: Emmanuel Aguila Méndez E-mail: [email protected] Tutor: Ing. Jolver Monzón Rodríguez Especialista General Movitel SA Villa Clara E-mail: [email protected] Consultante: M.Sc. Hiram del Castillo Sabido Prof. Dpto. de Telecomunicaciones y Electrónica. Facultad de Ing. Eléctrica. UCLV. E –mail: [email protected] Santa Clara 2008 "Año 50 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicado sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. La ciencia más útil es aquella cuyo fruto es el más comunicable. Leonardo Da Vinci..

(5) ii. DEDICATORIA. A mis padres, que han sido el motor impulsor de mi esfuerzo a lo largo de todos estos años. A mi familia y todos mis amigos, protagonistas también de la culminación de este trabajo..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mi tutor Jolver Monzón Rodríguez por su tiempo, guía y apoyo profesional. A Diamir De Ávila Rodríguez por su ayuda en la confección de este material. A los compañeros de la división centro de MOVITEL SA por el interés mostrado a lo largo de toda la investigación. A mis padres por su constante afán de ver en mí a todo un profesional. A todos los profesores, amigos y compañeros de estudio que me brindaron lo mejor de si a lo largo de todos estos años. A todos los que me han ayudado de una forma u otra en la elaboración de este documento. A todos, muchas gracias..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1. Revisión bibliográfica sobre las tecnologías de acceso al espacio radioeléctrico en las comunicaciones móviles. 2. Analizar las Tecnologías Digitales clásicas de acceso al medio. Determinar sus principales características y mostrar de forma cualitativa su robustez. 3.. Realizar un estudio de los principales estándares que se derivan de dichas tecnologías.. 4.. Investigar sobre sistemas desarrollados e implementados en el mundo atendiendo a las diferentes tecnologías.. 5.. Realizar una investigación para determinar cuál o cuáles tecnologías digitales resultarían más factibles con vista a la evolución tecnológica de la red Trunking MPT 1327 de MOVITEL SA.. 6.. Confección del informe final que soporte la investigación.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. En el presente trabajo se realiza un estudio de las características fundamentales de los sistemas Trunking como subconjunto de los sistemas de radiocomunicaciones móviles privadas (PMR), con vista a una evolución tecnológica de la infraestructura analógica de la Red Trunking de MOVITEL SA, teniendo en cuenta la evolución de los mismos hacia la digitalización. Se ha profundizado en las tecnologías digitales de acceso primario al espacio radioeléctrico más utilizadas y en sus versiones actuales, en las que se han resaltado varios aspectos: el uso eficiente del espectro y las velocidades de transmisión en ambos enlaces. También se muestran los aspectos distintivos de los estándares derivados de estas tecnologías que se están desarrollando en el mundo. Se realiza una documentación de la selección tecnológica que más se identifica con las necesidades de la empresa y se propone el estándar más apropiado. En fin, se busca el aumento del número de usuarios que comparten un mismo ancho de banda, con una mejor calidad y eficiencia espectral..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .......................................................................................................................i DEDICATORIA ...................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................... iii TAREA TÉCNICA ..............................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................v INTRODUCCIÓN ................................................................................................................1 CAPÍTULO 1. 1.1. Introducción a los sistemas PMR............................................................................4 1.1.1. Estructura básica de un sistema PMR.............................................................4. 1.1.2. Composición de un sistema de comunicaciones móviles. ..............................5. 1.1.3. Bandas de frecuencia. .....................................................................................5. 1.1.4. Escasez de frecuencias....................................................................................6. 1.1.5. Subtonos CTCSS. ...........................................................................................7. 1.1.6. Selectividad por cinco tonos (SELCALL)......................................................7. 1.2. 1.3. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. .......................4. Introducción a los sistemas Trunking. ....................................................................7 1.2.1. Tipos de servicios de un sistema Trunking.....................................................8. 1.2.2. Canal de control. .............................................................................................9. 1.2.3. Estructura de un sistema Trunking. ..............................................................10. 1.2.4. Asignación del espectro para Trunking. .......................................................11 Principales normas analógicas y digitales. ...........................................................12. 1.3.1 MPT 1327. ...........................................................................................................13 1.3.1.1 Tipos de llamadas. ........................................................................................13 1.3.1.2 Interconexión telefónica avanzada................................................................14.

(10) vii 1.3.1.3 Señalización. .................................................................................................14 1.3.2. TETRA..........................................................................................................15. 1.3.2.1 Bandas de frecuencia. ...................................................................................15 1.3.2.2 Interfaces TETRA.........................................................................................15 1.3.2.3 TETRA como plataforma PMR altamente sofisticada. ................................16 1.3.2.4 Estructura TDMA en TETRA.......................................................................17 1.3.2.5 Servicios de TETRA V+D............................................................................18 CAPÍTULO 2. 2.1. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G).......................20. CDMA (Code Division Multiple Access). ............................................................20 2.1.1. Principios de CDMA. ...................................................................................21. 2.1.1.1 Espectro disperso o espectro extendido (spread spectrum)..........................21 2.1.1.2 Secuencias directas (Direct Sequences (DS)). .............................................22 2.1.1.3 Salto de frecuencias (Frequency-Hopped). .................................................23 2.1.2. Capacidad......................................................................................................24. 2.1.3. Control de Potencia.......................................................................................26. 2.1.3.1 Control de potencia en el enlace de subida y de bajada................................26 2.2. GSM (Global System for Mobile Communications).............................................27 2.2.1. Características de la red GSM. .....................................................................28. 2.2.1.1 Estructura de los canales...............................................................................28 2.2.1.2 Estructura de una ráfaga normal. ..................................................................29 2.2.1.3 Canales de tráfico..........................................................................................29 2.2.1.4 Canales de control.........................................................................................30 2.2.1.5 Codificación de voz. .....................................................................................30 2.2.1.6 Codificación de los canales de datos. ...........................................................30 2.2.1.7 Codificación de los canales de control. ........................................................31.

(11) viii 2.2.2. Tipo de modulación en GSM........................................................................31. 2.2.3. Arquitectura de GSM....................................................................................31. 2.2.4. GPRS (General Packet Radio Service). .......................................................33. 2.2.5. EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution). ......................................34. 2.3. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). ....................................34 2.3.1. Propiedades de banda ancha de W-CDMA que permiten una mayor. eficiencia. ......................................................................................................................35 2.3.2. Arquitectura del sistema UMTS. ..................................................................37. 2.3.3. HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) en UMTS..........................38. 2.4. CDMA2000. .........................................................................................................38 2.4.1. Rasgos característicos del sistema. ...............................................................39. 2.4.2. Ancho de Banda............................................................................................39. 2.4.3. Servicios en modo de paquetes de datos.......................................................40. 2.4.4. Diversidad de transmisión. ...........................................................................40. 2.4.5. Control de potencia en la transmisión (TPC)................................................41. 2.4.6. Evolución de CDMA2000. ...........................................................................41. 2.4.6.1 CDMA2000 1xEV-DO "Evolution-Data Optimized" o "Evolution-Data only"..........................................................................................................................41 2.4.6.2 CDMA2000 1xEV-DO Rev. 0......................................................................42 2.4.6.3 CDMA2000 1xEV-DO Rev. A.....................................................................42 2.4.6.4 CDMA2000 1xEV-DO Rev. B. ....................................................................43 2.5. Sistema Trunking Digital. Global Open Trunking Architecture (GoTa)..............44 2.5.1. Parámetros técnicos de GoTa. ......................................................................45. 2.5.2. Características PAMR de GoTa....................................................................46. 2.5.2.1 Servicios de despacho de radio.....................................................................46 2.5.2.2 Servicios trunking característicos. ................................................................46 2.5.2.3 Servicios de voz. ...........................................................................................47 2.5.2.4 Servicios de datos. ........................................................................................47.

(12) ix 2.6. EnerG Talkie (GSM-T).........................................................................................48 2.6.1. Parámetros técnicos. .....................................................................................48. 2.6.2. Estructura de la red GSM-T..........................................................................49. 2.6.3. Servicios de despacho GSM-T. ....................................................................50. 2.6.4. Servicios de datos. ........................................................................................51. CAPÍTULO 3.. Variantes tecnológicas. ........................................................................52. 3.1. Rápido avance de las tecnologías 3G. ..................................................................52. 3.2. Rutas de migración de 2G a 3G. ...........................................................................53. 3.3. Ventaja de rendimiento de la EV-DO...................................................................54. 3.4. Comportamiento de CDMA2000 con respecto a GSM y W-CDMA. .................54. 3.5. Relación entre el costo de terminales CDMA2000, GSM y W-CDMA...............55. 3.6. Un camino flexible hacia el futuro .......................................................................55. 3.7. Análisis comparativo. ...........................................................................................56. CONCLUSIONES ..............................................................................................................64 RECOMENDACIONES ....................................................................................................65 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................66 ANEXOS..............................................................................................................................70 Anexo 1 Estructura TDMA en TETRA. ..............................................................................70 Anexo 2 Características principales de GSM. .....................................................................71 Anexo 3 Estructura jerárquica de las tramas en el sistema GSM. .......................................72 Anexo 4 Codificación de los canales de datos y los canales de control en GSM.................73 Anexo 5 Especificaciones básicas en W-CDMA. ...............................................................74 Anexo 6 Terminales GoTa de ZTE.......................................................................................75 Anexo 7 Terminales EnerG Talkie de Huawei.....................................................................79.

(13) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN Los sistemas Trunking, como subconjunto de las comunicaciones móviles, fueron desplegados extensamente como sistema de comunicación profesional antes de constituir en la actualidad un sistema de comunicación pública tan popular. Los sistemas de concentración de enlaces, como también se les conoce, son capaces de proveer servicios de despacho. para. corporaciones,. departamentos. gubernamentales,. congregaciones. comunitarias, emergencias, al ejército, la policía, el transporte, entre otras, con las características de una rápida coordinación y alta eficiencia. Estas características no pueden ser reemplazadas por otros sistemas de comunicaciones móviles, de esta forma permanecerán siendo dominantes en los mercados de comunicación profesional. La Red de Acceso Público en sistemas Trunking consta de los elementos fundamentales de estos sistemas en general. Dentro de estos se encuentran: compartimiento de frecuencias, del canal, de la cobertura, de servicios e inversiones en común. A medida que aumenta el desarrollo de la economía y la comunidad, las Redes de Acceso Público en sistemas Trunking, continúan recobrando más importancia en incidentes de emergencia y servicios públicos, lo que requiere una alta seguridad en la información. Los sistemas de banda estrecha existentes hasta el momento son incapaces de proveer servicios de paquetes de datos a alta velocidad como resultado de la baja eficiencia en los servicios de paquetes de datos. Por lo que en los sistemas de concentración de enlaces, la convergencia con los sistemas de tercera generación (3G) y la próxima generación de redes, así como lograr una oferta con más funciones para satisfacer los requerimientos del mercado, constituyen pilares fundamentales El incremento en la tensión con respecto al uso de la frecuencia, cómo lograr la utilización de la misma y la asignación de sus recursos, ha sido el problema más importante de los sistemas Trunking. Bajo esta situación, las ventajas de las Redes Digitales de Acceso Público han sido cada vez más claras, y esto al mismo tiempo será la tendencia del Sistema de Comunicaciones Digitales Trunking en el futuro..

(14) INTRODUCCIÓN. 2. Este documento se centrará en el estudio de las tecnologías digitales de 2da y 3ra generación (2G y 3G) que sean capaces de hacer un uso eficiente del espectro, para determinar cuál es la que mejor se adapta a las condiciones, tanto económicas como tecnológicas de la empresa cubana MOVITEL SA, institución que constituye el principal proveedor de servicios Trunking y radiomensajes en Cuba y que presenta una infraestructura soportada sobre una red de tecnología analógica de primera Generación (1G). La Red está compuesta actualmente por dos nodos, los cuales soportan máximo 30 estaciones cada uno. La misma entró en saturación al conectarse la última estación en la refinería de petróleo Camilo Cienfuegos en la provincia de Cienfuegos, llegando al máximo de 60 Radiobases conectadas al Sistema. Por otra parte, el espectro radioeléctrico en la banda de trabajo, en la Ciudad de la Habana, está ocupado prácticamente en su totalidad, debido a la cantidad de usuarios y por ende canales, desplegados en ese territorio, siendo imposible con tecnologías de 1G incrementar la cantidad de canales de las estaciones existentes por no contarse ya con nuevas frecuencias disponibles, se hace imprescindible el uso de otras tecnologías ya de 2G o 3G, que con el mismo ancho de banda realicen un uso más eficiente del espectro, en función de incorporar una mayor cantidad de usuarios al Sistema. En el presente trabajo se realiza un estudio de las tecnologías de acceso primario más utilizadas y de los estándares que de ellas se derivan. Además, se hace una propuesta de estándar dado su identificación con las necesidades de la empresa MOVITEL SA. Para el desarrollo del mismo se definen una serie de objetivos. Objetivo General: Proponer cuáles de las tecnologías digitales de acceso primario para las comunicaciones móviles existentes en el mundo son las que mejores se adaptan a las condiciones de nuestro país y de la Empresa de Telecomunicaciones Móviles MOVITEL SA..

(15) INTRODUCCIÓN. 3. Objetivos Específicos: 1. Analizar las tecnologías digitales de acceso más utilizadas en las comunicaciones móviles, ya sea por división de tiempo, frecuencia o código. 2. Investigar sobre las características principales de los estándares más empleados en la telefonía móvil. 3. Comparar los sistemas teniendo en cuenta las diferentes normas y generaciones (2G o 3G). 4. Verificar las potencialidades que podría ofrecer una de estas tecnologías en la Red troncal de MOVITEL SA. 5. Documentar la investigación a la hora de la selección de la tecnología, logrando así extender su valor teórico-práctico. Organización del informe El informe ha sido organizado en tres capítulos: 1. “Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles”, 2. “Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G)” 3. “Variantes tecnológicas”. En el primer capítulo se ofrecen elementos que definen a los sistemas PMR y específicamente los de concentración de enlace (Trunking), las características fundamentales de las normas analógicas y digitales más difundidas a nivel mundial. En el segundo capítulo se realiza un estudio de las principales tecnologías de acceso primario y estándares que se derivan. En el tercer y último capítulo se realiza una valoración de las diferentes tecnologías, y la variante más factible para la evolución tecnológica de la Red Trunking de la Empresa MOVITEL SA..

(16) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. CAPÍTULO 1.. 1.1. 4. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles.. Introducción a los sistemas PMR.. Las radiocomunicaciones móviles profesionales deben satisfacer necesidades de comunicación a sectores muy distintos con respecto a los que pueda proporcionar el uso simple del teléfono móvil. Por su parte, los sistemas de radiotelefonía móvil privada (PMR), permiten el intercambio de información entre terminales móviles, a bordo de vehículos o transportados por personas y terminales fijos, a través de un medio de transmisión radioeléctrico (Sánchez, 1999). En estos sistemas el control se efectúa sobre zonas geográficas limitadas y la red de comunicación no está conectada expresamente a la red telefónica pública (Díez, 2005). Dentro de sus modalidades se encuentran los sistemas convencionales, así como los sistemas de concentración de enlaces (Trunking). En lo adelante encontrarán algunos aspectos que proponen un incremento en el número de usuarios y prestaciones, así como la implementación de una de las formas de señalización para dar solución a los problemas de confidencialidad para la radiotelefonía móvil analógica, aunque la variante actual es migrar hacia sistemas digitales. 1.1.1. Estructura básica de un sistema PMR.. Los sistemas PMR están compuestos básicamente por un Sistema de Control, al que se conectan las estaciones base, las estaciones fijas, y las centrales telefónicas asociadas, en caso de existir. A las estaciones base se conectan los terminales móviles (ver figura 1.1)..

(17) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 5. Figura 1.1. Estructura de un sistema PMR. 1.1.2. Composición de un sistema de comunicaciones móviles.. Elementos •. Estaciones fijas 9 Estaciones Base (BS) 9 Estación de control 9 Estación repetidora (Tunel, valle,...). •. Estaciones móviles 9 Equipos portátiles 9 Equipos portamóviles. •. Elementos de control 9 Señalización 9 Localización 9 Identificación 9 Conexión entre sistemas. 1.1.3. Bandas de frecuencia.. Las bandas de frecuencias utilizadas en los sistemas de radiocomunicaciones móviles pueden ser divididas de la siguiente forma:.

(18) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 6. • VHF (30 MHz - 300 MHz) Banda (136 - 174 MHz) • UHF (300 MHz - 3 GHz) Banda 800 MHz Banda 900 MHz Banda 1800 MHz (1710-1785 y 1805-1880 MHz) y 1900 MHz Estas bandas de frecuencia son usadas indistintamente en muchos países, por ejemplo, en Cuba se usa la banda de 136 MHz – 174 MHz para los sistemas PMR convencionales, y la banda de 800 MHz para los servicios de Trunking, así como la banda de 900 MHz para GSM (Global System for Mobile Communication). Además, en Europa es utilizada la banda de 300 MHz – 450 MHz para los sistemas Trunking, manteniéndose aproximadamente igual el uso de las otras bandas. 1.1.4. Escasez de frecuencias.. En los inicios, para los sistemas PMR, se exigió una separación de frecuencias de 25 KHz entre canales, lo que suponía hasta 40 canales por cada MHz disponible. Para mejorar el aprovechamiento de las bandas de frecuencia se presentaron dos vías que han llegado a ser complementarias. Por un lado se disminuyó la separación de canales, que pasó de 25 KHz a 12.5 KHz, ya no sólo para las nuevas frecuencias concedidas, sino que obligó a usuarios con canalizaciones de 25 KHz a migrar a canalizaciones de 12.5 KHz. (Díez, 2005) El beneficio inmediato fue el aumento de 40 a 80 canales disponibles por cada MHz. La otra vía fue el desarrollo de tecnologías que permitieran la compartición de la frecuencia portadora para varios grupos de usuarios, lo que podrá ser visto más adelante..

(19) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 1.1.5. 7. Subtonos CTCSS.. El sistema de señalización de control de tono continuo (CTCSS, Continuous Tone Code Squelch Signaling) surge con el objetivo de favorecer la compartición de frecuencias portadoras por distintos grupos de usuarios, que son frecuencias por debajo de 300 Hz. Si el receptor no decodifica el subtono que tiene programado, no debe dar salida a la señal de audio en el terminal. Para eliminar las componentes bajas se aplica un filtro pasa banda en la señal de entrada. De esta forma, la misma frecuencia puede estar compartida por varios grupos de usuarios (Díez, 2005). Si un terminal de uno de estos grupos emite un subtono, es decodificado por los terminales de su grupo, y el resto de grupos no pueden escuchar. La frecuencia está en uso y los demás grupos no la pueden utilizar, debiendo esperar a que finalice el uso de la misma por el equipo emisor. 1.1.6. Selectividad por cinco tonos (SELCALL).. La selectividad por cinco tonos consiste en la generación de tonos en la banda audible (300 Hz - 3.300 Hz) de forma secuencial, y con una duración determinada. Se dispone de 15 símbolos o frecuencias audibles (números 0 al 9 y letras A, B, C, D y E) para la composición numérica de la secuencia de cinco tonos. A cada símbolo se le asigna una frecuencia para que pueda ser generada en el emisor y decodificada en el receptor con seguridad a través del gestor de la red (Díez, 2005). El equipo puede generar esta secuencia cuando inicia la emisión, y es también la secuencia que el terminal va a procesar como llamada recibida cuando la decodifique en recepción. Además, el equipo puede seleccionar el código del terminal destinatario de la llamada y lanzarla , para que el equipo receptor, al decodificarla en recepción, la pueda interpretar como llamada recibida. 1.2. Introducción a los sistemas Trunking.. Los sistemas de concentración de enlaces (Trunking), como factor evolutivo PMR, se pueden definir como un sistema de comunicaciones radioeléctricas, donde se utilizan técnicas convencionales o basadas en el uso de frecuencias comunes, las que proporcionan servicios de comunicaciones móviles de voz punto a punto múltiples o viceversa, conocidos comúnmente como servicios móviles de despacho. Esta es una modalidad mediante la cual.

(20) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 8. se trasmite mensajes cortos de control a través de un radiocanal para la señalización, así como la operación y/o comunicación entre los abonados del sistema, sin acceso a la red telefónica pública conmutada (Colombia, 2005). En este sistema un número reducido de canales radioeléctricos es compartido entre un gran número de usuarios, conformando grupos privados de comunicación, en donde cualquier usuario tiene acceso a los diferentes canales a través de selección automática del que se encuentre libre (Colombia, 1998). En estos sistemas la asignación de frecuencias a los usuarios se realiza de forma dinámica, asignándose un canal cuando hay demanda solamente, lo cual minimiza el tiempo de desocupación del canal, pues cada usuario sólo utiliza el canal durante el tiempo de conversación, cuando ésta finaliza, el canal se libera, retornando a la reserva para que pueda ser asignado a otro usuario. Cuando todos los canales están ocupados las llamadas que se producen no se pierden, sino que son puestas en una cola de espera, de donde se efectúan atendiendo al orden de llegada o prioridad de la misma a medida que se liberen los canales (Hernando, 1995). 1.2.1. Tipos de servicios de un sistema Trunking.. El sistema Trunking se creó básicamente para ofrecer servicios móviles de despacho por medio de sistemas analógicos. Como consecuencia del aumento en la demanda por servicios más diversificados y complejos de comunicaciones, se desarrollaron tecnologías para ampliar y mejorar dichos servicios analógicos. Con la técnica de concentración de enlaces se le brindó al servicio un carácter más confidencial, mayor capacidad en el número de canales y eficiencia en el uso del espectro. El acelerado cambio tecnológico que se ha dado en el sector de las telecomunicaciones también le ha permitido al Trunking evolucionar desde la simple transmisión de voz de forma analógica hasta la posibilidad de prestar servicios digitales dentro de los cuales podemos resaltar (Colombia, 1998): •. Conexión de las llamadas a la Red Telefónica Pública Conmutada (RTPC), a una central privada (PABX) para su transferencia a extensiones telefónicas de red.

(21) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 9. privada. Pueden así efectuarse llamadas automáticas teléfono convencional / estación móvil. •. Establecimiento de diferentes modalidades de despacho, por ejemplo: flotas, subflotas, grupos cerrados de usuarios, etc.. •. Realización de llamadas con diferentes niveles de prioridad: ordinario, prioritario, emergencia.. •. Funcionamiento como sistema convencional (fall-back mode) en caso de fallo del sistema de gestión de los canales.. •. Transmisión de voz y datos (radiobúsqueda).. •. Mensajería y fonocorreo.. •. Desviación / transferencia de llamadas.. •. Localización automática del terminal móvil.. 1.2.2. Canal de control.. Todos los terminales de una red Trunking están trabajando sobre un canal de control que es por el que realizan la señalización de establecimiento de la comunicación. A diferencia del sistema de cinco tonos mencionado anteriormente, la gestión de comunicaciones en una red Trunking requiere de un centro de control inteligente que disponga del estado real de equipos conectados a la red, canales utilizados, equipo en comunicación, etc. (Díez, 2005). Cuando se necesita realizar el envío de estados a una central se hace uso del canal de control al cual están enganchados los equipos, esperando enviar o recibir órdenes de establecimiento de llamadas. De esta forma se agiliza el envío de información sin necesidad de utilizar canales de tráfico (voz). El canal de control utilizado para la señalización asociada al sistema puede ser de dos tipos: •. Canal dedicado: Se emplea de forma permanente para la función de control.. •. Canal variable: Cuando todos los canales de tráfico están ocupados, se utiliza el canal de control como un canal más de tráfico. El primer canal que quede libre será.

(22) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 10. asignado como canal de control, al cual accederán los móviles mediante un mecanismo de exploración secuencial (Hernando, 1995). 1.2.3. Estructura de un sistema Trunking.. Dentro de la organización típica de una red Trunking podemos encontrar elementos indispensables como son un nodo central (NC) con la responsabilidad del control de la red y una serie de estaciones bases de zona (EBZ) conectadas al NC a través de los enlaces de control. El sistema de gestión está conectado al NC a través del cual tiene acceso a las informaciones de la red y puede actuar sobre los elementos. A esta configuración se le denomina monoemplazamiento. Las estructuras multiemplazamientos son utilizadas en caso que se requieran coberturas de gran extensión, es decir, varios nodos (Zarazaga et al., 1998). En la figura 1.2 se observa la estructura de una red Trunking de forma general. Terminales que se pueden conectar al nodo: 9 Estaciones bases, conectadas mediante líneas telefónicas o radioenlaces punto a punto. 9 Terminales telefónicos directos, conectados por línea. 9 Centrales privadas (PABX). 9 Terminales de despacho, conectados por línea o radio. 9 Terminal de explotación del sistema, con conexión directa si es local o a través de MODEM si es remoto. 9 Conexiones a otros nodos..

(23) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 11. Figura 1.2. Red Trunking. 1.2.4. Asignación del espectro para Trunking.. La banda de 850 MHz se encuentra ocupada por los sistemas de Telefonía Móvil Celular (TMC) y Trunking (ver figura 1.3).. Figura 1.3. Distribución espectral para TMC y Trunking..

(24) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 1.3 Principales normas analógicas y digitales. Existen diferentes normas analógicas y digitales las cuales se relacionan a continuación: •. Normas analógicas. 1. LTR 2. MOTOROLA − PRIVACY PLUS − SMARTNET − SMARTZONE 3. EDACS 4. MPT 1327 5. PSEUDOTRUNKING − SMARTTRUNK •. Normas digitales. 1. IDEN (MOTOROLA) 2. MIRS (MOTOROLA) 3. EDACS (EAGIS) 4. TETRA 5. MATRACOM 6. GoTa (Global Open Trunking Architecture) 7. EnerG Talkie (GSM-T). 12.

(25) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 13. A continuación se enunciarán las características principales de los estándares analógicos y digitales más difundidos a nivel mundial: MPT 1327 (Ministry of Post and Telecommunication) y TETRA (Trans-European Trunked Radio). 1.3.1 MPT 1327. El estándar MPT 1327 de radios móviles trunking, como norma no propietaria o abierta, cuenta con reconocimiento internacional tanto en sistemas públicos como privados. Resulta altamente flexible y eficiente para los sistemas trunking. A través del canal de control, que puede ser fijo o cíclico, el estándar MPT 1327 posibilita a los usuarios hacer llamadas. Pueden atenderse solicitudes de llamada rápidamente. Es posible hacer llamadas de grupo o individuales, así como anuncios de grupo. Si a quien se llama está ocupado, el usuario puede solicitar que el sistema le llame posteriormente. Los operadores de sistemas ganan control sobre quién está utilizando su sistema. Se puede pedir a los usuarios que se registren usando su número de serie electrónico (ESN). El sistema puede atender varias flotillas y dentro de cada una, pueden identificarse individuos y grupos y a los usuarios puede dárseles prioridad. 1.3.1.1 Tipos de llamadas. Las especificaciones del MPT 1327 estructuran las llamadas dando al usuario la posibilidad de definir los siguientes parámetros (ZETRON, 1998): •. Individual Simple, prioritaria, emergencia, PSTN, PABX, datos no estándar.. •. Grupo. Normal, emergencia, de entrada, al grupo o de conferencia, PSTN, PABX. •. Estado.. •. Prefijo interno individual, de grupo y status.. •. Registro..

(26) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 14. 1.3.1.2 Interconexión telefónica avanzada. La interconexión telefónica integrada ofrece una interfaz valiosa al operador con opciones para PSTN y PABX. Estas son populares en aplicaciones comerciales y rurales. Un conmutador PCM interno permite a cualquier radio conectarse a cualquier puerto telefónico. Con la posibilidad de tener un puerto telefónico por canal, todos los canales de radio pueden tener acceso telefónico al mismo tiempo. Con la interconexión telefónica, muchas características convenientes se hacen disponibles, incluyendo detector de marcaje por pulsos, módem interno, y un balance de híbrido automático y preciso. Los usuarios son guiados por 16 mensajes de voz y notifican si a quien se llama no está disponible o si la llamada no puede ser efectuada. Los mensajes de voz se pueden grabar por el operador del sistema. También se pueden habilitar avisos de tono. Operaciones telefónicas adicionales incluyen marcaje rápido, límite del tiempo de llamada programable por hora o por día, bajo costo de ruteo y restricción de la misma a números prohibidos. MPT 1327 es una norma analógica que se basa en la técnica de multiacceso denominada ALOHA ranurado con longitud de trama dinámica (dynamic frame lenght slotted) (Hernando, 1995). 1.3.1.3 Señalización. El canal de control es digital, siendo la información de señalización modulada, usando una modulación digital del tipo FFSK (Fast Frequency Shift Keying) a una razón de bits de 1.2 Kbps. El canal de control es dividido en intervalos de tiempo de 106.7 ms, que corresponde a paquetes de 128 bits para la velocidad especificada del canal de señalización (Webb, 1999). Este paquete de 128 bits es dividido en dos palabras de código de 64 bits cada una (ver figura 1.4)..

(27) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 15. Figura 1.4. Estructura del paquete de señalización. El campo CCSC (Control Channel System Codeword) contiene un código de 15 bits donde se identifica un móvil específico o un grupo de móviles, además, lleva la información de sincronismo para asegurar que los móviles conozcan cuándo comienza y termina un intervalo de tiempo. El segundo campo (Address Codeword) contiene los mensajes de señalización. 1.3.2. TETRA.. Constituye el primer estándar digital abierto desarrollado para la radio móvil privada por el ETSI (Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones), a partir de 1997 que es cuando se considera 100% completo y con una orientación hacia sistemas de voz y datos móviles. Se pueden transmitir cuatro canales de voz o datos por cada canal físico de RF (Communications, 2005). Es un Sistema totalmente digital de 2G. 1.3.2.1 Bandas de frecuencia. 380-400Mhz / 410-430MHz / 450-470MHz / 800MHz / 900MHz 1.3.2.2 Interfaces TETRA. Como estándar abierto, especifica las siguientes interfaces (ver figura 1.5): •. Interfaz aérea: Asegura la interoperabilidad entre los terminales de diferentes fabricantes. ¾ Operación en modo Trunking (TMO). ¾ Operación en modo Directo (DMO)..

(28) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. •. 16. Interfaz inter-sistemas (ISI): Permite la interconexión de redes TETRA de diferentes proveedores.. •. Interfaz de equipo Terminal (TEI): Facilita el desarrollo independiente para aplicaciones móviles de datos.. •. Interfaz de estación en línea o función de despacho (LSI).. •. Interfaz para la estación central de la red (CNMI).. •. Gateways a PSTN, ISDN y PDN (Packet Data Network).. Todas las interfaces y gateways son obligatorias, excepto CNMI que es una recomendación.. Figura 1.5. Red TETRA típica. 1.3.2.3 TETRA como plataforma PMR altamente sofisticada. Constituye una plataforma técnica bastante avanzada, capaz de proveer servicios integrados de voz y datos TETRA voice and data system (TETRA V+D), de mayor interés por estar más vinculado con las comunicaciones móviles privadas. Esta combinación, acompañada de una excelente conectividad, posibilita establecer un nuevo nivel en la radio móvil profesional, por ejemplo: la conexión a redes telefónicas públicas y privadas, así como a diferentes tipos de redes de datos. Soporta además conmutación de circuitos de datos, así como servicios de conmutación de paquetes. Ofrece niveles de protección ante errores en la transmisión de datos..

(29) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 17. TETRA utiliza la tecnología TDMA (Time Division Multiple Access) con cuatro canales de usuarios intercalados en una misma portadora, con 25 KHz de espaciamiento entre las mismas (ver figura 1.6), lo que significa un aprovechamiento más eficiente en el espectro de frecuencias. Además, el tiempo de establecimiento de una llamada es de 300 ms, crucial para la seguridad pública y los servicios de emergencia.. Figura 1.6. Distribución de usuarios en TETRA. El estándar incluye la encriptación de voz, datos, señalización e identificación de usuarios. Se definen dos mecanismos de encriptación (Comunications, 2005): •. Encriptación de la interfaz aérea: Encripta el enlace entre el terminal y la estación base.. •. Encriptación punto a punto: Se utiliza para las aplicaciones más críticas, como es el caso de las transmisiones del sistema a otro terminal.. Este sistema no implementa procedimiento de traspaso automático de llamada de una celda a otra. Se restablece rápidamente la llamada cuando el móvil se mueve hacia la otra celda. La ruptura en la comunicación está hecha tan corta como el traspaso de llamadas (handover) en el sistema GSM. Sus modos de funcionamiento son: dúplex para las llamadas telefónicas individuales y semi-dúplex para la comunicación eficiente en grupos. 1.3.2.4 Estructura TDMA en TETRA. Para el acceso al medio de forma aleatoria se usa el protocolo ALOHA ranurado. La codificación es de 2 bits/Hz, así como modulación del tipo (D-PSK, Diferencial PSK). La razón de transmisión total es de 36 kbps por portadora, o lo que es lo mismo, 9 kbps por.

(30) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. 18. usuario. También, permite asignar más de una ranura de tiempo a un usuario en particular, incrementando su razón de transmisión. La estructura de la trama se muestra en el Anexo 1. En la misma la elección del canal de control depende principalmente del número de portadoras que estén disponibles. Donde existan varias portadoras, se toma el primer intervalo de tiempo de la portadora principal para formar el canal de control, sin embargo, para zonas donde haya en uso una sola portadora, como puede ser una zona de baja densidad de tráfico, el canal de control quedaría conformado por la trama 18 de cada multitrama (Webb, 1999). 1.3.2.5 Servicios de TETRA V+D •. Servicios de voz (simples/dúplex) Voz (individual y grupo). Posibilidad de cifrado adicional (encriptación).. •. Servicios de datos Mensajes de datos cortos y estados. Datos en modo de conmutación de circuitos. Datos en modo de conmutación de paquetes.. •. Servicios suplementarios esenciales Llamada autorizada por equipo de despacho. Selección de área de trabajo. Cambio de prioridad de acceso. Llamada de prioridad. Llamada de máxima prioridad (emergencia)..

(31) CAPÍTULO 1. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles. Incorporación a llamada en curso. Monitorización discreta de llamada en curso. Activación remota de escucha de ambiente. Asignación dinámica de grupo.. 19.

(32) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). CAPÍTULO 2.. 20. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G).. En el presente capítulo se realiza un estudio de las características esenciales de los sistemas de 2G y 3G que están presentes en las comunicaciones móviles, donde ya no sólo se exige la oferta de servicios de voz a los suscriptores, sino altas razones de transmisión de datos (de 144 Kbps a mayores de 2 Mbps) y conectividad a servicios de multimedia. Debido a estas limitaciones de los sistemas 2G, incluyendo la necesidad de itinerancia (roaming) sobre diferentes operadores, surgen los sistemas 3G, que abarcan a: CDMA, algunas variaciones de GSM y las UMTS, como se verá en lo adelante. 2.1. CDMA (Code Division Multiple Access).. ¿Qué es CDMA? CDMA (Acceso Múltiple por División de Código), es un método de transmisión de espectro extendido que permite a varios usuarios compartir el mismo espectro de radiofrecuencia por asignación de un código único a cada usuario activo. Esta técnica se basa en esparcir el espectro de frecuencias de una señal a un ancho de banda mayor que el mínimo requerido para la transmisión, una situación que se mantiene a lo largo de todo el proceso de transmisión. Posteriormente, al llegar al receptor, la señal se recompone para obtener la señal inicial que se deseaba transmitir. De esta forma, se pueden obtener una serie de enlaces que utilizan la misma banda de frecuencia simultáneamente sin que se generen interferencias (Navas, 2003). Soportan velocidades de datos de hasta 3.1 Mbps vía conmutación de paquetes y vía conmutación de circuitos..

(33) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 21. La tecnología CDMA cambia la naturaleza de la estación del subscriptor de un predominante dispositivo analógico a un predominante dispositivo digital. Con esta técnica los receptores no eliminan el proceso analógico completamente. 2.1.1. Principios de CDMA.. CDMA es un término genérico que define una interfaz de aire inalámbrica basada en la tecnología de espectro extendido. Cada dispositivo que utiliza CDMA está programado con un pseudocódigo, el cual se usa para extender una señal de baja potencia sobre un espectro de frecuencias amplio. La estación base utiliza el mismo código en forma invertida (los ceros son unos y los unos son ceros) para des-extender y reconstruir la señal original. Los otros códigos permanecen extendidos, indistinguibles del ruido de fondo (Hinostroza, 2004). 2.1.1.1 Espectro disperso o espectro extendido (spread spectrum). Técnica o método mediante el cual una señal con un ancho de banda B es alterada para dispersar esta señal con un ancho de banda W, donde W > B. Con esta dispersión la potencia del ancho de banda se distribuye en el ancho de banda W (ver figura 2.1). Hay dos formas de realizar la dispersión de espectro: por medio de “salto de frecuencias” (frequency hopped) y por medio de secuencias directas (direct sequences), o también llamadas de pseudos -ruido (pseudos -noise o PN).. Figura 2.1. Espectro extendido (spread spectrum)..

(34) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 22. 2.1.1.2 Secuencias directas (Direct Sequences (DS)). En esta técnica se combina la señal fuente con una señal conocida como PN o de pseudoruido, única para cada usuario (ver figura 2.2 a). Esta señal tiene una frecuencia de cambio de bit mayor a la señal fuente (ver figura 2.2 b), lo que proporciona como resultado una señal modulada que cambia a una velocidad igual a la señal PN. A la razón de bits de la secuencia PN se les llama chip rate y la frecuencias de estos chips es fc. La señal PN se genera a partir de un código conocido, de manera que en el receptor para demodular esta señal se combinará con una secuencia igual (Karim, 2002). A la relación entre el chip rate y la razón de datos se le denomina factor de esparcimiento o spreading factor (SF). Para el caso de la UMTS el SF varía desde 4 hasta 256 (Hinostroza, 2004).. a). b) Figura 2.2. Dispersión de espectro en secuencias directas: a) Principio de dispersión. b) Señal de usuario y código PN de usuario..

(35) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 23. A continuación se muestra el diagrama de bloques para un receptor CDMA simplificado (ver figura 2.3 a). Los códigos PN cuentan con la característica de que para el caso de una señal esparcida por ellos en el transmisor, sólo puede ser identificada en el receptor multiplicando la señal recibida en banda base por una copia coherente en fase del código PN (ver figura 2.3 b).. a). b) Figura 2.3. Sistema CDMA: a) Receptor CDMA simplificado. b) Recepción de la señal. 2.1.1.3 Salto de frecuencias (Frequency-Hopped). Es la forma de generar una señal de espectro extendido en el cual la señal fuente es modulada por una señal que cambia de frecuencia de acuerdo a una secuencia de bits semialeatorios. Aquí el ancho de banda disponible es dividido en muchos segmentos iguales y continuos en frecuencias. La señal fuente es modulada en frecuencia (FSK), de acuerdo al.

(36) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 24. valor semi-aleatorio de una secuencia PN, de manera que la señal modulada está saltando en la banda de frecuencias disponibles (ver figura 2.4) (Hinostroza, 2004).. Figura 2.4. Salto de frecuencias. En la práctica, el método más comúnmente usado es el de secuencias dispersas (DS). Donde las secuencias PN de cada usuario son ortogonales entre si, de manera que la interferencia entre usuarios es muy baja. 2.1.2. Capacidad.. En el esquema CDMA la interferencia en la comunicación proviene de dos fuentes diferentes: interna y externa. La interferencia externa proviene de las células que son vecinas y que están utilizando las mismas frecuencias. La interferencia interna proviene de las transmisiones que realizan los demás usuarios y que se están haciendo por el mismo canal, al mismo tiempo, con códigos diferentes (Navas, 2003). A diferencia de los esquemas FDMA y TDMA que tienen una capacidad limitada, en el CDMA la capacidad está limitada únicamente por la calidad de la comunicación que se desee prestar. Como todos los usuarios comparten la misma frecuencia al mismo tiempo, lo que ocurre es que al adicionar usuarios nuevos se produce más interferencia. Una pregunta lógica es: ¿Qué se puede hacer para reducir la interferencia, tanto interna como externa? Lo primero es aprovechar las características de las conversaciones.

(37) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 25. telefónicas. Lo segundo es tratar de realizar gestión de potencia. Las conversaciones telefónicas humanas se caracterizan porque el ciclo de actividad de la voz es del orden del 35% al 40%. Si los equipos transmisores detectan períodos de silencio y durante éstos disminuyen la transmisión o simplemente no transmiten, se disminuye la interferencia interna del orden del 60% al 65%. CDMA es la única tecnología que saca provecho de este fenómeno. Para mejorar la calidad de estas conversaciones telefónicas se desarrollan, dentro de otras herramientas, dos codecs fundamentalmente, ellos son: •. QCELP (Qualcomm Code Excited Linear Prediction): Adoptado por los sistemas CDMA. Convierte una señal de audio (donde para el sistema cableado la razón de muestreo es de 64 Kbps) en una que puede ser transmitida a modo de circuito. El principio fundamental del mismo es extraer algunos parámetros característicos de la voz cuando una persona habla y transmitir estos parámetros a la parte semejante, es decir, codificar con una razón menor de forma que se garantice una buena calidad de la voz. Así éste recuperará la voz con estos parámetros de acuerdo a un compromiso establecido entre ambas partes.. •. EVRC (Enhanced Variable Rate CODEC): El motivo inicial de su aplicación no fue ofrecer a los usuarios una mejor calidad de audio, sino acomodar mayor cantidad de ellos en el mismo ancho de banda. Cuando los CODECs anteriores fueron diseñados se necesitaba como mínimo una razón de transmisión de 13 Kbps. EVRC produce una calidad de audio razonable con sólo 8 Kbps. EVRC no sólo enmascara de forma eficiente los errores en la razón de bits de la secuencia, sino que presenta una mejor respuesta ante éstos. Cuando se producen errores, se efectúan pausas breves en el audio de forma que no se degrade el sonido en reproducción. Ante errores de bits demasiado grandes, además de espacios en blanco, se pueden escuchar zumbidos o sonidos suaves.. La gestión de potencia, hay que hacerla en ambos sentidos. Se debe regular la potencia que se está transmitiendo de la base al móvil para tratar de disminuir la interferencia externa. Igualmente, hay que regular la que se está transmitiendo del móvil a la base..

(38) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 2.1.3. 26. Control de Potencia.. La capacidad del equipamiento de usuario (UE), así como la de la estación base (BTS), son requerimientos importantes en los sistemas CDMA. Para entender esta razón, se considera el denominado efecto near-far dado por la variación de las distancias relativas de los móviles con respecto a la BTS. Para superar este problema la estación base mide el nivel de señal de una estación móvil (MS), si está por encima del umbral de los demás usuarios, envía un comando para reducir el nivel de potencia con el fin de que todas las señales sean iguales. En el caso contrario ocurre el proceso inverso, sin embargo, para este caso puede ocurrir en ocasiones un incremento en la interferencia en células vecinas. 2.1.3.1 Control de potencia en el enlace de subida y de bajada. El control de potencia se aplica en el enlace ascendente con el fin de que la estación base reciba una SIR (Relación de Señal Interferente) satisfactoria. La estación base mide la señal recibida, si está fuera de los límites, se ordena al móvil el ajuste de su potencia. A este proceso se le denomina Control de Potencia en Lazo Cerrado (Closed Loop Power) debido a que es basada en mediciones directas de la señal deseada (ver figura 2.5 a). El control se puede llevar a cabo en un canal de subida a través de la medida de diferentes parámetros que sólo brindan una indicación indirecta de la potencia del transmisor. Por ejemplo: un móvil mide la señal recibida desde la estación base, estima las pérdidas en el trayecto del canal directo para ajustar la potencia a transmitir en el canal inverso, proceso conocido como Control de Potencia en Lazo Abierto (Open Loop Power Control) (ver figura 2.5 b). En el enlace descendente también es usado el control de potencia de modo que cada móvil reciba un nivel satisfactorio de señal (Karim, 2002)..

(39) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 27. Figura 2.5. Técnicas posibles de control de potencia. 2.2. GSM (Global System for Mobile Communications).. GSM comienza su desarrollo a partir de 1980, donde en el grupo GSM (originalmente auspiciado por la CEPT) se celebran debates para decidir entre un sistema analógico o digital. Después de múltiples pruebas de campo se decide construir un sistema digital y se elige TDMA como solución de banda estrecha. El esquema de modulación elegido es GMSK. En 1991, GSM constituye el primer sistema celular operado comercialmente en países como Finlandia. El estándar fue diseñado con la posibilidad de que varios operadores pudieran compartir el espectro (sistema multioperador). Así, la señalización y las interfaces permiten que el abonado pueda elegir la red a la que desea conectarse. Los sistemas GSM operan en varias frecuencias de radio, la mayoría en 900 MHz y/o 1800 MHz. La banda de frecuencias en el enlace de subida para 900 MHz es 935-960 MHz. De este modo, en ambos enlaces la banda es de 25 MHz, la cual es subdividida en 124 portadoras, separadas cada una 200 KHz. Posteriormente surge una nueva banda en torno a 1.8 GHz para la variante GSM denominada DCS 1800 (Digital Celular System). El número de portadoras en esta banda es mayor (374 portadoras). La mitad inferior de la banda.

(40) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 28. (1710-1785) se utiliza en el enlace de subida y la superior (1805-1880) en el enlace de bajada (Mishra et al., 2007). El método elegido por GSM es una combinación TDMA / FDMA. Se divide el ancho de banda asignado en 124 frecuencias portadoras espaciadas 200 KHz (Gozálves, 2004). Cada una de estas frecuencias es entonces dividida en tiempo utilizando el TDMA. La unidad de tiempo básica en TDMA se denomina canal o período de ráfaga debido a que dentro de cada intervalo se puede transmitir una ráfaga de bits, tiene una duración de 0.577 ms y se agrupan ocho canales en una trama TDMA de duración 4.615 ms. Estos se denominan canales físicos. Cada uno de estos ocho canales que forman la trama TDMA es asignado a un sólo usuario (Viana, 2004). 2.2.1. Características de la red GSM.. 2.2.1.1 Estructura de los canales. En cada canal se transportan 156.25 bits cada 0.577 ms de una comunicación. Para separar un canal de otro la portadora sube su nivel de energía de forma progresiva, emite y baja su nivel de tensión progresivamente (Viana, 2004). Estos tiempos de subida y bajada en rampa que separan un canal de otro se denominan tiempos de guarda y equivalen a los tiempos de transmisión de 8.25 bits. Cada portadora proporciona 8 canales físicos. Cada canal físico dispone de un intervalo de tiempo en cada trama TDMA. Un mismo canal físico puede soportar varios canales lógicos. Existen varios canales lógicos normalizados en GSM. Estos son: •. Canales de tráfico: son canales dedicados sobre los que los móviles intercambian la información de usuario (voz / datos) con la estación base.. •. Canales de control: de acuerdo a sus funciones pueden subdividirse en: 1. Canales de difusión: utilizados para difundir información general desde las estaciones base hacia todos los móviles que se encuentran en su célula. 2. Canales de control común: a través de estos canales un móvil puede ser alertado de que la red tiene información para él, solicitar a la red un canal.

(41) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 29. dedicado para el inicio de una sesión de radio, y recibir la confirmación del canal asignado por la red. 3. Canales de control dedicados: son canales de señalización bidireccionales que se asignan dinámicamente y de manera exclusiva a los móviles. Se utilizan para el establecimiento y liberación de llamadas, intercambio de información entre móvil y base sobre medidas de nivel de señal, potencia a utilizar, etc. 2.2.1.2 Estructura de una ráfaga normal. Las ráfagas presentan una longitud de 156.25 bits y duración de 0.577 ms. Las ráfagas que transportan voz o datos están constituidas por 114 bits de datos separados en dos grupos de 57 bits cada uno, dos bits de bandera, tres bits de cabecera y tres de cola, 26 bits que constituyen la secuencia de entrenamiento utilizada por el receptor para la sincronización y análisis de las condiciones del canal para el ajuste del ecualizador. En total suman 148 bits a los que se les agrega 8.25 bits de guarda obteniéndose los 156.25 bits de la ráfaga (ver figura 2.6).. Figura 2.6. Estructura de una ráfaga normal de voz o datos. 2.2.1.3 Canales de tráfico. El canal de tráfico se forma usando una multitrama de 26 tramas TDMA. Una multitrama tiene una longitud de 120 ms. Así se forma la supertrama (conjuntos de 50 multitramas) que constituyen una hipertrama de 2048 supertramas (Redl, 1995). Sólo 24 tramas se usan.

(42) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 30. para tráfico, una para el canal de control dedicado (SACCH, Slow Associated Control Channel) y la otra no se usa. 2.2.1.4 Canales de control. Se forman por 26 multitramas de 51 tramas (supertrama). A partir de aquí se forman hipertramas con 2048 supertramas. En el Anexo 3 se puede observar la jerarquía de tramas. Cada multitrama tiene una duración de 235.38 ms (Redl, 1995). 2.2.1.5 Codificación de voz. El muestreo de la voz para la digitalización se realiza con 8000 muestras por segundo de 13 bits cada una. La modulación empleada en los sistemas actuales telefónicos es la PCM (Pulse Code Modulation). La trama de salida del PCM es 64 Kbps, que es una velocidad muy alta para un canal de radio. La voz se divide en muestras de 20 ms, y cada una de ellas con 260 bits de información, dando una velocidad de 13 Kbps. Cada bloque de 260 bits se protege contra errores añadiéndole 196 bits de redundancia. Obteniendo un total de 456 bits por bloque. También existe otra variante donde la razón de transmisión puede reducirse a la mitad, 6.5 Kbps. Para el caso de los datos se puede alcanzar una velocidad máxima de 9.6 Kbps, también son posibles otras velocidades inferiores de 2.4 Kbps y 4.8 Kbps (Cruz, 2000). 2.2.1.6 Codificación de los canales de datos. La codificación del canal se efectúa por medio de un código de bloque y un código convolucional. El código de bloques recibe un bloque de 240 bits a los que añade cuatro ceros en la parte trasera para el reset del decodificador, resultando 244 bits. Un código convolucional añade bits de redundancia para proteger la información. Este código tiene una razón de ½ y una longitud de cinco, obteniéndose a su salida 488 bits, los cuales son reducidos mediante un algoritmo para obtener 456 bits (ver figura A4.1 del Anexo 4). El entrelazado se lleva a cabo de la siguiente manera: los 456 bits son divididos en 16 bloques de 24 bits, dos bloques de 18 bits, dos bloques de 12 bits y dos bloques de seis bits cada uno, extendiéndose sobre 22 ráfagas de la siguiente manera: las ráfagas uno y 22 llevan un.

(43) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 31. bloque de seis bits, la segunda y la 21 llevan un bloque de 12 bits, la tercera y la 20 llevan un bloque de 18 bits, y desde la cuarta hasta la 19 se sitúan bloques de 24 bits en cada ráfaga (Viana, 2004). 2.2.1.7 Codificación de los canales de control. La información de señalización contiene 184 bits a la que se le añaden 40 bits obtenidos de un código, y posteriormente cuatro bits con valor cero. Luego se aplica un código convolucional de razón ½ y longitud cinco, obteniéndose un bloque de salida de 456 bits (ver figura A4.2 del Anexo 4). Para el entrelazado se dividen los 456 bits en ocho bloques de 57 bits cada uno, de los cuales los primeros cuatro bloques se sitúan en los bits pares de cuatro ráfagas y los segundos cuatro bloques se sitúan en los bits impares de las mismas ráfagas (Hernando, 1995). 2.2.2. Tipo de modulación en GSM.. El método de modulación adoptado por GSM es el Gaussian-filtered Minimum Shift Keying (GMSK) con BT (ancho de banda del filtro gaussiano/período de bit) de valor 0.3, logrando una razón de transmisión de 270 Kbps. De esta forma se aumenta la eficiencia espectral así como se limitan las emisiones espurias (necesario para evitar la interferencia en canales adyacentes) (Murota, 1981). En la figura A2.1 del Anexo 2 se pueden observar otras características fundamentales del sistema GSM. 2.2.3. Arquitectura de GSM.. Un sistema de red móvil tiene dos componentes principales: infraestructura fija instalada (red) y suscriptores móviles, que utilizan los servicios de la red. La red fija instalada puede ser dividida en tres subredes: redes de radio, red móvil de conmutación y red de gestión (ver figura A2.2 del Anexo 2) (Redl, 1995). Estas subredes son los llamados subsistemas: •. Subsistema de Estación Base (BSS).. •. Subsistema de gestión y conmutación (SMSS).. •. Subsistema de gestión y operación (OMSS)..

(44) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 32. Subsistema de Estación Base (BSS). Comprende el controlador de estación base (BSC) y el tranceptor de estación base (BTS). La contrapartida a una estación móvil (MS) dentro de una red celular es el BTS, generalmente en el centro de la célula, el cual constituye la interfaz móvil en la red. El BTS provee los canales de radio para señalización y el tráfico de datos de los usuarios en la red (Mishra et al., 2007). Subsistema de gestión y conmutación (SMSS). Comprende los centros móviles de conmutación (MSC) y bases de datos, donde se almacenan los datos necesarios para el servicio de enrutamiento y disposiciones de la red. El MSC o nodo de conmutación de la red móvil, realiza todas las funciones de conmutación de un nodo de red fija de conmutación, ejemplo: enrutamiento de señal. Gateways dedicados a MSC (GMSC). Intercambia tráfico de voz entre redes fijas y móviles. Si la red fija es incapaz de conectar una llamada a la MSC local, ésta enruta la conexión al GMSC, donde solicita la información de ruteo desde el Registro de Localización de Abonado (HLR) y enruta la conexión al MSC local en cuya zona la estación móvil permanece en ese momento. Registro de Localización de Abonado y Visitantes (HLR y VLR). Las redes móviles presentan varias bases de datos. Dentro de éstas, dos unidades funcionales son definidas para el sincronismo de registro de suscriptores y su localización actual: Registro de Localización de Abonado (HLR) y Registro de Localización de Visitantes (VLR). En general, existe una central HLR por cada Red Móvil Publica Terrestre (PLMN) y una VLR por cada MSC (Mishra et al., 2007). •. HLR: Almacena la identidad y los datos de usuario de todos los suscriptores pertenecientes al área relacionada con el GSMC. Estos son datos permanentes, como es el caso de la Identidad para Suscriptor Móvil Internacional (IMSI) para un usuario individual..

(45) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). •. 33. VLR: Almacena los datos de todas las estaciones móviles que permanecen en ese momento en el área administrativa del MSC. Contiene información más precisa que el HLR. Un VLR puede ser responsable de las áreas de una o más MSCs (Garrido, 2007).. Registro de identidades de equipos (EIR) y autentificación de usuario (AUC). Es una base de datos donde el operador puede almacenar información relativa a terminales, identificándolos a través de sus IMEI (International Mobile Equipment Identity). El EIR puede contener, por ejemplo, una relación de IMEI correspondiente a terminales robados, de manera que se prohíba su utilización en la red. Mientras que en el centro de autentificación AUC, son almacenados o generados claves y datos confidenciales de los usuarios (Garrido, 2007). Subsistema de gestión y operación (OMSS). Controla y mantiene la operación de la red. Estas funciones de control son monitoreadas e iniciadas por el Centro de Operación y Mantenimiento (OMC), quien tiene acceso al GMSC y al BSC. Algunas de estas funciones son: Configuración de la red, administración y operaciones comerciales (suscriptores, las estadísticas) (Mishra et al., 2007). Estación móvil (MS). Está formada por el Equipo Móvil (ME) y el módulo de Identidad del Suscriptor (SIM), en la cual se almacenan parámetros del suscritor, junto con sus datos. 2.2.4. GPRS (General Packet Radio Service).. El Servicio General de Paquetes de Radio (GPRS) constituye un servicio de valor agregado de la red GSM. Es implementado por medio de la superposición de un paquete en la interfaz aérea basada en la red conmutada de GSM. En términos de infraestructura, el operador solo necesita agregar un par de nodos y algunos cambios de software para actualizar el sistema de voz existente en GSM a un sistema de voz más datos GPRS. (Mishra et al., 2007) Las velocidades máximas pueden estar por encima de los 171.2 Kbps,.

(46) CAPÍTULO 2. Sistemas digitales de 2da y 3ra Generación (2G y 3G). 34. mantenidas por GPRS usando las ocho ranuras de tiempo simultáneamente. Sin embargo existen algunas limitaciones en las redes GPRS, debido a la baja velocidad (la velocidad práctica es menor que la teórica). 2.2.5. EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution).. La Razón de Datos Mejoradas para la Evolución de GSM (EDGE) elimina la limitante de GPRS. EDGE trabaja en TDMA y sobre sistemas GSM. Se considera como un subconjunto de GPRS ya que puede ser instalado en cualquier sistema que haya desplegado GPRS (Mishra et al., 2007). En EDGE se pueden ofrecer servicios 3G pero a una velocidad menor que UMTS, con una razón de datos por encima de 500 Kbps (teóricamente). Esto se logra introduciendo el nuevo esquema de modulación 8-PSK que coexistirá con GMSK usado en GSM. Dentro de sus características fundamentales incluye mayor rendimiento por ranura de tiempo (8.8-59.2 Kbps/timeslot). Para EDGE no se necesitan muchos cambios de hardware, excepto algunas modificaciones en las BTS y algunas actualizaciones en el software de la red. 2.3. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).. El sistema universal para las telecomunicaciones móviles (UMTS), constituye una de las tecnologías para le telefonía móvil de tercera generación (3G). El mismo se basa en el estándar W-CDMA (Wideband CDMA). Esta tecnología fue desarrollada por el NTT DoCoMo como interfaz para su red de tercera generación. Posteriormente fue propuesta ante la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) como candidato para el estándar internacional de 3G conocido como IMT-2000. Finalmente la UIT acepta a W-CDMA como parte de la familia IMT-2000 de estándares 3G. De esta forma W-CDMA pasa a formar parte de la interfaz aérea del UMTS, el sucesor 3G de GSM. Dentro de sus principales características se encuentra el soporte de dos modos básicos tales como FDD y TDD. Además, facilita razones variables en la transmisión, operación asíncrona entre celdas, control de potencia adaptable a las condiciones de transmisión, aumento en la capacidad (habilidad de acomodar un gran número de usuarios que se comunican a altas velocidades) y la cobertura..