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Aplicaciones de la tecnología de Radio definida por Software en los Sistemas Móviles

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Academic year: 2020

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(1)FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Aplicaciones de la tecnología de Radio definida por Software en los Sistemas Móviles. Autor: Anoul LOUIS Tutor: MSc. Frank Zurbano Quintana Consultante: MSc. Hiram del Castillo Sabido Santa Clara Curso 2010-2011. 1.

(2) Universidad Central “Marta Abreu “ De Las Villas FACULTAD DE INGENERÍA ELÉCTRICA. Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. Aplicaciones de la tecnología de Radio definido por Software en los Sistemas Móviles Autor: Anoul LOUIS alouis@uclv.edu.cu anouldo@yahoo.fr. Tutor: MSc. Frank Zurbano Quintana Asistente Adjunto del Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica de la UCLV e Instructor Adjunto Del Centro Nacional De Capacitación de ETECSA. Especialista de la filial de Servicios Móviles de ETECSA Gerencia Villa Clara.. frank.zurbano@cubacel.cu. 2.

(3) Hago constar que el presente trabajo fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas como parte de la culminación de los 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 publicados 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 Dpto. Donde se defiende el trabajo ____________________ Firma del Responsable de Información Científico- Técnica. 3.

(4) PENSAMIENTOS Lo que veo en la Naturaleza es una Estructura Magnificente que podemos comprender solo muy imperfectamente, y eso debe llenar a una persona pensante con un sentimiento de humildad. Albert Einstein. Pues conozco, dice el señor, los proyectos que he formado para ti, proyecto de paz y de bendición para darte un futuro seguro de esperanza. Jer. 29v11.. 4.

(5) DEDICATORIA A la memoria de mi tío Wilson BALDE, mi primo Forest LOUIS, mis abuelos Sully BALDE y Occe LOUIS y mis abuelas Charitable Altagrace MARCADIEU y Charite BOSQUETTE. A la memoria de todas las víctimas del terremoto del 12 de enero 2010, especialmente a mi profesor Dieufort REGISTRE, Kerton Marautière y los jóvenes de Lascahobas Antoine, Nicholson, Catía, los hijos de la Sra. Yvette y el niño de Mirleine y Vilson.. 5.

(6) AGRADECIMIENTOS Primero quiero agradecer a DIOS por la salud que me da, la convicción y la determinación de poder caminar en el camino del estudio y de la inteligencia que me permite llegar a ser ingeniero en este día de Hoy. A mis queridos padres Anilus LOUIS y Eliana BALDE, por sacrificarse para educarme y orientarme para ser útil a la sociedad. Algunas palabras de honor a mi papá por la educación que me ha dado, su enseñanza y por asumir su responsabilidad de padre, y por haber escogido a su lado a mi mamá, una mujer llena de amor para sus hijos. Al CRESFED, a la cooperación haitiano-cubano y al pueblo cubano por su gesto de amor al permitirnos estudiar en Cuba. A mi tutor Frank Zurbano Quintana por todo el sacrificio, su ayuda y dedicación que me ha brindado en la realización de este trabajo, sin él este trabajo no hubiera sido posible ¡mil Gracias Profesor! A mis hermanos y hermanas: Edwich LOUIS y su esposa Thomacine JEAN, Adius LOUIS, Wesly LOUIS, Claude LOUIS, Frantz LOUIS, Anise LOUIS, Adline LOUIS, Natacha LOUIS, Wood Senthia Issamay LOUIS. Agradezco de forma especial a mi hermano Adius LOUIS, que me ofreció su apoyo durante toda la carrera ¡Gracias Hermano! También quiero agradecer de forma especial mi hermano Edwich LOUIS. Muy especialmente a mi novia Yves Merline LAFALAISE por brindarme su compañía aunque estuvo lejos de mí durante los estudios. A mis primos Frisner Marcadieu, Renald GUERRIER y Jean Petty MARCELLUS por todo su apoyo durante mi carrera. A mis tios(as): Cedieu Louis, Dieuseul Louis, Getro BALDE, Joel BALDE, Judel BALDE, Cliford BALDE, Jacqueline BALDE mi madrina, Juslene BALDE, Alda ISSALEM. Agradezco de manera exclusiva a Karlyne St JUSTE, por todo el apoyo que me ha brindado en mis preparaciones y luchas constantes para ser universitario. Gracias por tus consejos y apoyo psicológico.. 6.

(7) A Nichole Edouard y Zusie CASTOR de La CRESFED. Sem LAPAIX, Carline Espera, Odnord. A todos los haitianos que estudian o han estudiado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, especialmente: Jean Petty Marcellus, Nathanael CLAIRVEAU, Marinice PAUL, Yvena LACOMBE, Elide CHARLES, Calixte Luckenson, Gustave Geannel, Rose Philomene PIERRE. A todos los compañeros de la preparatoria, principalmente a Mc Donald SIMEUS, Jim Junior Pierre, Yves Merline Lafalaise, Dominique Valentin, Maxime DORSONNE, Luberisse Lormil, Lafontant Ludsonde, Ricardin Orel y a otros compañeros estudiando en Cuba: Martine PRADIEU por su confianza en mí y a Welbry y Edson por su espíritu de sacrificio y solidaridad de estudiante. A todos los compañeros de la carrera especialmente a: Eduardo Sánchez De las Vega, Rebeca, Heidy, Araly, Dayana, Rolando, Carlos de la Guardia, Raúl Gallo y todos los compañeros extranjeros especialmente: María del Carmen Cadenas, Robert-Serge Ghuibinga, Shaun Mac Claude WARREN, Chi Le Van. A todos los profesores que me formaron para llegar a ser ingeniero y profesional, especialmente a José Domínguez, Pedro Arco, Juan Curbelo, Hiram del Castillo Sabido, Ibis, y de forma especial a estos profesores no solo por su mérito también por su apoyo después del terremoto Siempre me han mostrado sus preocupaciones por mí, mi país y especialmente para mi familia: Dr. Chaljub Duarte, Dr. Félix Alvares Paliza, Msc. Darién Morales y el Decano Dr. Juan Pablo Barrios, la Dra. Ileana Moreno Campdesuñer, al Decano de la Facultad de Química Farmacia Ronaldo Santos Herrero y su esposa Teresa Cárdenas Ferrer. Gracias por su atención. A la Dra. Iris Medora y su hija Yanira Rodriguez y su familia por todo el apoyo, amor, cariño que me han brindado durante mis estudios, recuerdan que voy a llevar a ustedes en mi Pensamiento. A la doctora Lucy y su Familia, a mi amiga la señora Ana y su familia por su apoyo y sus consejos. A todos los estudiantes extranjeros de la UCLV, especialmente a mi Hermano Issaka Adamou Kodo de Niger por su apoyo incondicional, A Zulú Khetwayo de Zambia.. 7.

(8) Al Departamento de Atención a los estudiantes Extranjeros y al de Relaciones Internacionales de la UCLV, especialmente a los profesores Luis Romero Castillo, Ángel Moreno y Amelia Sánchez por todo el apoyo que me dieron no sólo a mi sino a todos los haitianos del centro. Al centro de Bien Estar de la UCLV especialmente al profesor Boris y Yolanda por su apoyo, A Mayumi López-silverio Robaina. En fin gracias a todos los que de una forma u otra han contribuido a mi formación como profesional.. 8.

(9) TAREAS TÉCNICAS  Establecimiento de los referentes teóricos sobre la tecnología de SDR.  Caracterización de las tecnologías que actualmente están involucradas en este proceso.  Determinación de los organismos internacionales que rigen el funcionamiento de la tecnología de SDR y las especificaciones para las aplicaciones en la estación base del teléfono celular.  Establecimiento de las ventajas que esta tecnología puede brindar fundamentalmente en la migración y coexistencia de tecnologías móviles, aplicada a las estaciones base de .  Elaboración del informe de forma que constituya una información introductora, de referencia y de actualización de las técnicas móviles actuales para nuestra comunidad científica.. 9.

(10) RESUMEN En este trabajo abordamos el estudio de la tecnología de Radio Definida por software (SDR). Donde se trata las generalidades de esta tecnología así que sus aplicaciones en la telefonía móvil, específicamente las ventajas que esta tecnología puede brindar en la migración y coexistencia de varias tecnologías móviles en una plataforma común en las estaciones base. Lo que permita al usuario final que tiene acceso a la conexión inalámbrica, acceder a los servicios de la red y comunicarse donde quiera, con quien quiera, con el mínimo costo de servicio.. 10.

(11) ANTECEDENTES En el proceso de evolución de las telecomunicaciones inalámbricas especialmente en los sistemas celulares, se han producidos gran cantidad de tecnologías con el objetivo de facilitar y optimizar el intercambio de información entre entidades dispersas geográficamente, sin embargo las diferencias técnicas existentes entre estas tecnologías utilizados crean incompatibilidades entre los estándares desarrollados , dificultando aspectos que van desde el roaming internacional hasta la evolución, actualización, coexistencia y substitución de tecnologías con el menos coste posible. La tecnología SDR surge para solucionar en gran medida estos problemas de compatibilidad e interoperabilidad mediante nuevas técnicas que minimiza la parte de hardware y maximiza nuestros sistemas con actualización e implementación de software.. 11.

(12) TABLAS DE CONTENIDO. PENSAMIENTOS ............................................................................................................................................ 4 DEDICATORIA ................................................................................................................................................ 5 AGRADECIMIENTOS ...................................................................................................................................... 6 TAREAS TÉCNICAS ......................................................................................................................................... 9 RESUMEN .................................................................................................................................................... 10 ANTECEDENTES ........................................................................................................................................... 11 1.1 Aspectos históricos .............................................................................................................................. 20 1.2 Definiciones y Generalidades ............................................................................................................. 21 1.3. Principales características de la Tecnología SDR ...................................................................... 22. 1.4. ¿Porque una radio definida por Software? ................................................................................ 24. 1.5 Arquitectura de SDR ............................................................................................................................. 24 1.6 Organismos Internacionales que rigen las especificaciones de SDR .............................................. 29 1.7 Beneficios de Radio Definida Por Software ...................................................................................... 30 1.8 Objetivo de SDR para Los Usuarios ................................................................................................. 31 1.9 Radio Definida Por Software - Tasa de Aprobación........................................................................ 31 1.10 Radio Definida por Software - Cadena de Valor: .......................................................................... 32 1.11 SDR y la Tendencia Actual de la Evolución ................................................................................... 33 1.12 Visión y Metas del Proyecto de SDR. .............................................................................................. 36 2.1 Tecnologías Móviles involucradas en SDR. ..................................................................................... 38 2.1.1Tecnología GSM ............................................................................................................................ 38 2.1.2 Tecnología WCDMA.................................................................................................................... 41. 12.

(13) 2.1.3 Tecnología LTE ............................................................................................................................ 45 3. Capitulo 3.............................................................................................................................................. 50 3.1 Aplicaciones de la Tecnología SDR en las Estaciones Base de los sistemas celulares ................... 50 3.2 Papel de SDR en la Estacion Base .................................................................................................... 50 3.3 SDR y el Problema de Coexistencia e Interoperabilidad de los Sistemas Inalámbricos .............. 51 3.4 Arquitectura de Referencia para una Estación Base SDR ............................................................. 53 3.4.1 Modelo de Referencia de estación base ..................................................................................... 54 3.4.2 Elementos del Modelo de Referencia ......................................................................................... 55 3.5 Principales fabricantes Proveedores de Estación base de SDR ..................................................... 58 3.5.1 Familia de Estación Base SDR de ZTE ...................................................................................... 58 3.5.1.1 ZXSDR BS8800 ..................................................................................................................... 59 3.5.1.2 (ZXSDR BS 8900 ................................................................................................................... 60 3.5.1.3 ZXSDR BS8700 ..................................................................................................................... 61 3.5.1.4 ZXSDR BS8906 ..................................................................................................................... 61 3.5.1.5 ZXSDR BS8908 ..................................................................................................................... 62 3.5.2 Situación Actual de la Tecnología SDR de ZTE ....................................................................... 63 3.5.3 Consecuencia de la tecnología SDR de ZTE .............................................................................. 65 3.5.4 Huawei y la tecnología SDR. ....................................................................................................... 65. 13.

(14) INTRODUCCIÓN En el orden mundial actual, las comunicaciones móviles tienen un papel fundamental en la vida diaria del ser humano y los cambios aportados en el ámbito de las comunicaciones celulares son cada vez más importantes. La primera generación de teléfonos móviles llegó al público en los años 80 del pasado siglo con la transmisión de voz únicamente analógica. Esta primera generación tiene numerosos estándares tal como: NMT-450, NMT-900, TACS/ETACS, AMPS, C-NETZ y RADIOCOM.2000. Cada país o región desarrollaba su propio sistema que en general no era compatible entre ellos, una situación no favorable con el contexto europeo con su idea de unificación. El móvil tenia uso solamente en los límites nacionales lo que traía consigo limitaciones en el mercado de los equipos móviles. Después, con la aparición de la tecnología digital, empezaron a operar las llamadas redes de segunda generación, y a partir de 1982 la conferencia de CEPT(Conference Of European Posts and Telegraphs) fundó el grupo de estudio llamado GSM (Groupe Special Mobile) a fin de que se estudiara y desarrollara un sistema que abarcara a toda Europa y unificara criterios y sistemas en el campo de telefonía móvil con mejor calidad de voz, bajos costos del servicios y del terminal móvil y que fuera compatible con la RDSI (Red Digital de Servicio Integrado). Estos avances dotaron a los equipos móviles la capacidad de transmitir voz y datos digitales, mensaje corto (SMS) mediante estándares nuevos y técnicas de acceso al medio. La red GSM (Global System Mobile), además de ser un estándar propio de Europa, ha conocido una expansión tal que en al año 2000 ya existían 361.7 millones de usuarios con 372 redes GSM y que se extendió finalmente a todas partes del mundo y constituye le tecnología clave y dominante de la segunda generación. En la misma línea de evolución la llamada generación 2.5 se considera como el puente entre la segunda y la tercera generación, donde se mejora el ancho de banda y se implementa una o todas 14.

(15) las tecnologías siguientes para la transmisión de datos en la red de GSM existente: el Sistema de Transmisión de datos de alta velocidad por conmutación de circuitos (HSCSD) y el Sistema General de Radio por Paquetes (GPRS) que servirá a los operadores para comenzar a implantar aplicaciones, servicios e infraestructuras, que serán plenamente desarrolladas con los sistemas 3G, como es el caso de UMTS. GPRS básicamente añade una red de conmutación de paquetes de datos a todos los niveles de la red GSM (radio, nodos de conmutación, red de transmisión, tarificación, etc.), optimizando de este modo, la utilización de los canales de radio para el tráfico a ráfagas (por ejemplo, la navegación por Internet) lo que facilita un uso más eficaz de los recursos de la red, de manera que el canal de radio solo se mantiene mientras dure la transferencia de datos, liberándose a continuación con un incremento de velocidad de transmisión de 9.6 Kbps a 20 Kbps mientras que el EDGE (Velocidad de Datos para la Evolución de GSM) permite un incremento de velocidad de transmisión hasta los 384 Kbps. Después del lanzamiento de GSM, el Instituto de Estándares para las Telecomunicaciones Europeas (ETSI) comenzó a trabajar con la estandarización de la siguiente generación de telecomunicaciones móviles (3G), este nuevo sistema fue llamado Estándar de Telefonía Móvil Universal (UMTS: Universal Mobile Telecomunicación System). Más tarde, las compañías de telecomunicaciones más importante unieron sus esfuerzos en el programa 3GPP con el objetivo de producir especificaciones para el sistema de 3G basado en el ETSI, el acceso de radio terrestre universal (UTRA) y el mejorado GSM/GPRS MAP (Mobile Aplication Part). Finalmente, en 1996 y 1997 la ARIB (Association of Radio Industries and Bussines) junto con la ETSI seleccionaron a WCDMA como interfaz de área de UMTS para las bandas de frecuencia FDD. La estandarización de la evolución del 3G está funcionando tanto en 3GPP como 3GPP2. La especificación correspondiente a la evolución del 3GPP en su versión 8 se llama LTE una tecnología de cuarta generación. LTE (Long Term Evolution) es considerado como el próximo paso en la evolución de las comunicaciones móviles y de las redes sobre la evolución del estándar de comunicación de Tercera Generación WCDMA que representa la base del Sistema UMTS.. 15.

(16) El contexto en que interactúan los operadores, proveedores y las empresas de telecomunicaciones de los sistemas móviles es resultado de las exigencias de demanda creciente de servicios que son más exigentes en cuanto a sus requerimientos tecnológicos y la posibilidad de tener mejor servicio, bajo costo, movilidad y seguridad. Lo anterior trae consigo la necesidad de evolucionar los sistemas móviles y también la necesidad de poder coexistir tecnologías, es decir, pasar de una generación de móvil a otra, o hacer uso de distintas generaciones en una misma plataforma en dependencia de la existencia de estándares diferentes que rigen el funcionamiento de determinada red. Este impone la necesidad de diseñar sistemas capaces de soportar distintos accesos de radio que hacen posible compartir una misma infraestructura, satisfaciendo a la vez un enorme número de necesidades de usuario. Por otra parte, el uso de diferentes tecnologías en la Estación Base hace imprescindible el uso de tecnologías con un alto grado de reconfigurabilidad, capaces de satisfacer no solo las actuales necesidades sino también las de un futuro cercano y lejano. Una solución eficaz y actualizada a estos problemas puede ser la implementación eficiente en las estaciones base de la tecnología de radio definida por Software (SDR) donde el transceptor se reconfigurará automáticamente en función del sistema con el que se deba comunicar y de las funciónabilidades que deba soportar. La tecnología de Radio Definida por Software es una tecnología de última actualidad en el campo de las comunicaciones, con respecto a la tecnología inalámbrica, se ve como el facilitador del roaming global y una plataforma para la introducción de nuevas tecnologías y servicios en las actuales redes existentes. La necesidad de determinar las posibilidades de la tecnología SDR da lugar a este trabajo de diploma cuyo objetivo general es el siguiente: Determinación de las posibles aplicaciones de la tecnología SDR en los sistemas móviles considerando las ventajas que puede brindar en la migración y coexistencia de tecnologías.. Para dar cumplimiento a este objetivo se elaboran las siguientes interrogantes científicas: ¿En qué consiste la tecnología de SDR?. 16.

(17) ¿Cuáles son los alcances que se pueden lograr aplicando la tecnología SDR a los sistemas móviles? ¿Cuál es la contribución real de la tecnología SDR en la evolución de la telefonía móvil? ¿Cuál es la consecuencia de esta tecnología en el coste de evolución? Para responder estos interrogantes se proponen los objetivos específicos siguientes:  Establecer los referentes teóricos sobre la tecnología de SDR.  Caracterizar las tecnologías que actualmente están involucradas en este proceso.  Determinar los organismos internacionales que rigen el funcionamiento de la tecnología de SDR y las especificaciones para la estación base del teléfono celular.  Plantear las ventajas que esta tecnología puede brindar fundamentalmente en la migración y coexistencia de tecnologías móviles desde su aplicación en las estaciones base.  Elaborar un material de referencia que aborde el estudio de las principales características de la tecnología SDR y sus aplicaciones especificas en la telefonía móvil, considerando las actuales tecnologías que pueden ser involucradas a este proceso desde el contexto de evolución y coexistencia de diferente tecnología móvil en las estaciones base.. Organización del informe Este trabajo queda estructurado de la siguiente manera: introducción, capitulario, conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos. En la introducción queda definida las generalidades, actualidad y necesidad del tema que se aborda y dejan explícitos los elementos del diseño teórico. El capitulo 1 titulado’’Concepciones y Definiciones de la tecnología SDR’’ aborda la historia, definiciones y las generalidades de la tecnología de SDR.. 17.

(18) En el capítulo 2 titulado”Tecnologías Móviles involucradas en SDR” se hace una breve descripción de las diferentes tecnologías donde se aplicará la tecnología SDR según la línea de evolución que interesa en el marco de este trabajo. En el capítulo 3 titulado “Aplicaciones de la Tecnología SDR en las Estaciones Base de los sistemas celulares” se desarrollan los aspectos específicos y particulares de la aplicación de esta tecnología en la telefonía móvil. En las conclusiones y recomendaciones: se valora de forma sintética las soluciones o las estrategias orientadas en los diferentes capítulos del trabajo de acuerdo a los objetivos planteados y en las recomendaciones dejamos abiertos sugestiones y interrogaciones que pueden servir de orientación y comienzo para otros trabajos futuros en esa esfera.. 18.

(19) CAPÍTULO I. 19.

(20) 1. Concepciones y Definiciones de la tecnología SDR 1.1 Aspectos históricos El término SDR (Software Defined Radio) que significa Radio Definida por Software, fue acuñado en 1991 por Joseph Mitola, quien publicó el primer artículo sobre el tema en 1992 para referirse a la clase de “radios “re-programables o re-configurables y que significaba, una misma pieza de hardware que puede realizar diferentes funciones en diferente tiempo. Lo que en el ámbito de las comunicaciones equivale a decir, un dispositivo de hardware de propósito general. Aunque el concepto fue expuesto por primera vez en 1991, los radios definidos por software ya tienen su origen en el sector de la defensa desde finales de 1970 tanto en los EE.UU. como en Europa. Por ejemplo, Walter Tuttlebee describe una radio VLF que se utiliza un conversor ADC y un microprocesador 8085). Una de las primeras iniciativas de software de la radio pública fue un proyecto militar de EE.UU. llamado Speakeasy[71]. El objetivo principal del proyecto Speakeasy fue el de tratar de programar un dispositivo para emular a más de 10 radios militares existentes, que funcionaban en bandas de frecuencia entre 2 y 2000 MHz. Además, otro objetivo de diseño fue poder incorporar fácilmente nuevas normas de codificación y modulación futuras, para que las comunicaciones militares pudieran seguir el ritmo de los avances en las técnicas de codificación y modulación. El proyecto se presento en dos fases: La primera fase, entre 1992 y 1995, tenía el objetivo de producir una radio para el Ejército de los EE.UU. que pudiera funcionar desde 2 MHz hasta 2 GHz, y que operara con radios VHF, FM, y SINCGARS con agilidad de frecuencia, de la fuerza terrestre, con aquellos radios de la Fuerza Aérea (VHF AM), los navales (VHF AM y teletipos HF SSB) y los satélites (microondas QAM). Algunos objetivos particulares fueron los de proporcionar un nuevo formato de la señal en dos pudieran insertar partes y software. El proyecto cumplió su objetivo con algunos descontentos debido a rasgos sin especificar. El procesador criptográfico por su parte, no cambiaba su contenido con suficiente velocidad para permitir que se mantuvieran en el aire varias 20.

(21) conversaciones al mismo tiempo. Por este motivo se paso a una segunda fase del proyecto dirigida principalmente a lograr una arquitectura con mayor velocidad de reconfiguración sobre un software abierto y con una conectividad de canal tal que sirviera de puente entre protocolos de radio diferentes. La demostración fue un éxito tal que se inicio su producción inmediata en la banda desde 4 MHz hasta 4oo MHz. Este proyecto fue el primero en utilizar arreglos de compuertas programables en el terreno (FPGAs) para el procesamiento digital de los datos, lo que permitía a la tecnología SDR cambiar los protocolos de transmisión en el orden de un cincuentavo de segundo [43], [44]. 1.2 Definiciones y Generalidades. Una serie de definiciones se pueden encontrar para describir la radio definida por software, El Foro de SDR, en colaboración con el Instituto de Ingenieros Eléctricos e Ingenieros Electrónicos (IEEE) P1900.1, ha trabajado para establecer una definición de SDR que proporciona coherencia y una visión clara de la tecnología y sus beneficios asociados. Jeffrey H. Reed define el término de software definido por radio como una radio definida sustancialmente mediante software y con un comportamiento de la capa física que puede ser alterado de forma significativa mediante cambios en su software. En pocas palabras Software Defined Radio se define como: "La radio en la que algunas o la totalidad de las funciones de la capa física son definidas por software”. [38], [45] Por ejemplo, una radio que definiera por software su modulación, algoritmos de corrección de errores y encriptación, mostrará cierto control sobre el hardware de RF y pudiera ser reprogramada. Aunque SDR no es un sistema sino una tecnología, algunos autores describen a SDR como Sistema de Radio Definido Por Software y la definen en estos términos: un sistema de radiocomunicaciones donde los componentes típicamente implementados en hardware (mezcladores, filtros, amplificadores, moduladores/demoduladores, detectores, etc.) son implementados en Software, utilizando una computadora personal (PC) u otros dispositivos de computación embebida. Aunque el concepto de SDR no es nuevo, la reciente evolución de la electrónica y circuitos digitales ha hecho posible, desde el punto de vista práctico, muchos de los procesos que tiempo atrás eran solamente posibles desde el punto de vista teórico. Un SDR básico puede estar conformado por una computadora (PC) equipada con una tarjeta de sonido u otro conversor analógico-digital, precedido de algún adaptador de radio frecuencia 21.

(22) (RF). Una gran parte del procesamiento de las señales se realiza en procesadores de propósito general, en lugar de utilizar hardware de propósito específico. Esta configuración permite cambiar los protocolos y formas de onda simplemente cambiando el software. Los SDR son de gran utilidad tanto en los servicios de telefonía celular como en el ámbito militar, pues en ambos se manejan varios protocolos en tiempo real, que cambian a necesidad casi constantemente. A largo plazo, se prevé que los radios definidos por Software se conviertan en la tecnología dominante en radiocomunicaciones, pues es la vía que permite llegar a la radio cognitiva. El radio tradicional como dispositivo, transmite o recibe señales en forma inalámbrica en una frecuencia de radio (RF). En el mundo actual, existen técnicas de radio en una multitud de elementos tales como teléfonos celulares, computadoras, aparatos para abrir la puerta del coche, vehículos y televisión. Dispositivos tradicionales de hardware basados en radiocomunicaciones están limitados en cuanto a la múltiple funcionalidad y sólo se pueden modificar a través de la intervención física. Esto se traduce en mayores costos de producción y reducción de la flexibilidad para el soporte de múltiples estándares de formas de onda y protocolos. Por el contrario, la tecnología de radio definida por software proporciona una solución eficiente y de bajo costo en para esta problemática, lo que permite varios modos de funcionamiento, multibanda y / o dispositivos inalámbricos multi-funcionales que puede ser mejorada posteriormente mediante actualizaciones de software. SDR define una colección de hardware y tecnologías de software donde algunas o todas las funciones de operación de radio (también denominada como capa física de procesamiento) se implementan o ejecutan a través de software sobre tecnologías de procesamiento programables Estos dispositivos incluyen matrices de puertas programables de campo (FPGA), procesadores de señal digital (DSP), procesadores de propósito general programables (GPP), System on Chip (SoC) u otra aplicación específicas de procesadores programables. El uso de estas tecnologías permite nuevas funciones inalámbricas y capacidades para ser añadidas a los sistemas de radio existentes sin necesidad de nuevo hardware. 1.3 Principales características de la Tecnología SDR. 22.

(23)  Reconfigurabilidad: el SDR permite la existencia de múltiples módulos de software juntamente, empleando diferentes estándares en el mismo sistema lo que permite la configuración dinámica únicamente a través de la selección apropiada del módulo de software para poder funcionar. Tal configuración es posible tanto en equipos portátiles como en la infraestructura de los equipos.  Conectividad. Ubicua:. una. de. los. principales. retos. para. los. sistemas. de. telecomunicaciones es conseguir una conectividad ubicua la cual se refiere a la capacidad que tiene el usuario para acceder transparentemente a cualquier servicio, en cualquier lugar y en el cualquier momento, lo que permite fácilmente la realización del roaming mundial. En caso de que el usuario dispone de una terminal compatible con la tecnología de red en una región particular, de hecho es necesario instalar un módulo de software apropiado (posiblemente desde el aire) en el equipo portátil; que permita el acceso de conexión transparente a través de diferentes áreas geográficas. Si el equipo portátil usado por el subscriptor es de un modelo anterior, la infraestructura del equipo puede emplear un módulo de software que utilice también estándares anteriores que le permitan comunicarse con el equipo portátil. Lo que hace esta tecnología es facilitar la realización de sistemas de radio de arquitectura abierta.  Multifuncionalidad: que es la capacidad de reconfiguración de un SDR para soportar una variedad casi infinita de capacidades de servicio en un sistema.  Facilidad de Actualización: durante el despliegue de una red, los servicios requieren actualizarse o en algunos casos deben introducirse nuevos servicios. Tales cambios se deben realizar sin la interrupción de la operación de la infraestructura existente.  Movilidad Mundial: la necesidad de transparencia, así como la capacidad de los radios para operar con algunos o preferentemente con todos los estándares en diferentes regiones geográficas del mundo, ha influenciado el crecimiento del concepto de Radio Definido por Software.  Comparación y Eficiencia de uso de Potencia: SDR ofrece propuesta de diseño compacto, lo que permite un manejo eficiente de la potencia, especialmente cuando el número de sistemas incrementa. 23.

(24)  Facilidad de Manifactura: la digitalización de la señal antes de entrar en la cadena del receptor puede resultar en un diseño que incorpora significativamente pocas partes, lo que da como consecuencia un inventario reducido para el fabricante.. 1.4 ¿Porque una radio definida por Software? Con el crecimiento exponencial de las formas y medios por los cuales la gente necesita para comunicarse: comunicaciones de datos, comunicaciones de voz, comunicaciones de vídeo, transmisión de mensajes, mando y control de las comunicaciones, las comunicaciones de respuesta a emergencias, etc. La modificación de dispositivos de radio fácil y rentable se ha convertido en negocios críticos. Además, a lo largo de la evolución de la telefonía móvil los Ingenieros se confrontan con la existencia de diferentes estándares y protocolos incompatibles, que impone la necesidad de diseñar sistemas capaces de soportar distintos accesos radio que permitan compartir una misma infraestructura de tecnologías distintas con importante grado de reconfigurabilidad. En otro termino la necesidad de coexistir varias tecnologías en la estación base. En esto constituye la inspiración de la nueva tecnología de radio definido por software , un concepto que está revolucionando la tecnología de las telecomunicaciones inalámbricas proporcionando la flexibilidad, costo eficiente,. rentabilidad y el poder para impulsar las. comunicaciones adelante, con grandes beneficios obtenidos por los proveedores de servicios y desarrolladores de productos a los usuarios finales. 1.5 Arquitectura de SDR En el diseño convencional del radio, los algoritmos de procesamiento de señal en banda base y el control del software son programados al momento de fabricación. En la SDR deben estar disponibles mecanismos eficientes y confiables que permitan al nuevo software descargarse e instalarse en el equipo de radio. Para que sea realizado con éxito debe disponerse de arquitecturas apropiadas de hardware y software, así como sus interfaces correspondientes.. 24.

(25) La arquitectura del software es una consideración importante para asegurar la expansibilidad, mantenibilidad, escalabilidad y compatibilidad para los SDR. Idealmente la arquitectura debería permitir al hardware independencia a través del uso apropiado de software intermedio (middleware), el cual sirve como una interface entre el software orientado a aplicaciones y la capa de hardware. El software necesita estar informado de las capacidades del hardware en ambos extremos del enlace de comunicación para asegurar la compatibilidad y hacer el uso máximo de los recursos de hardware. Una arquitectura ideal de SDR consiste en un subsistema digital y un simple subsistema analógico. Las funciones analógicas son restringidas a aquellas que no pueden ser mejoradas digitalmente, que son: antena, filtro de RF, preamplificador en recepción, transmisor de potencia de amplificación y generador de frecuencia de referencia. La separación de portadoras y la conversión de frecuencias altas y bajas en banda base es mejorada por los medios de procesamiento digital. De igual manera, la codificación del canal y las funciones de modulación son mejoradas digitalmente en banda base por los mismos medios de procesamiento. La arquitectura ideal es comercialmente factible para limitada baja velocidad de datos HF y VHF pero no es generalizada a toda generación de tecnología de telefonía celular móvil, pues La arquitectura SDR ha tenido que evolucionar considerablemente ya, que las arquitecturas involucran ventajas y desventajas especialmente para los operadores y proveedores de servicios, y ningún fabricante divulga informaciones fundamentales de cómo construir sus equipos por no decir la clave de su tecnología. La arquitectura ideal es útil como un punto de comparación y actúa como una guía para el desarrollo del hardware y capas intermedias del futuro. La figura 1.1 muestra la configuración básica de la arquitectura de hardware para una radio definida por software.. 25.

(26) Figura 1.1 Arquitectura Básica de Hardware de SDR.. Como se puede apreciar en la figura una de las principales características de esta tecnología, es el uso de una infraestructura de hardware común a todos los bloques de procesamiento de la señal. Es decir, que independientemente del estándar o sistema de comunicación en el que opera la radio, el hardware seguirá siendo el mismo y los ajustes que sean necesarios serán realizados únicamente a través de software. La configuración de esta arquitectura básica consiste de las siguientes unidades o módulos:  Unidad De Antena. Se requiere una antena omnidireccional, de baja pérdida y de banda ancha, debido a que pueden ser usadas por una variedad de sistemas de comunicaciones inalámbricas. Además, la tecnología de procesamiento de señales basada en arreglos de antenas hace posible seleccionar el funcionamiento de la SDR de acuerdo a la aplicación y realiza la selección óptima del algoritmo de procesamiento. El software de antena es capaz de realizar acceso múltiple por división de espacio (SDMA), en el cual la antena configura el haz en la dirección de los usuarios elegidos. El acceso múltiple se consigue cambiando la dirección del haz de la antena, o por cancelación de interferencia, en donde el software de antena configura la dirección hacia el usuario deseado o bien asigna cero es decir (nulo) nulos en la dirección de interferencias o de usuarios no deseados.  Unidad de procesamiento de la señal RF del Transmisor (RFU). En esta unidad las señales vienen de la unidad de frecuencia intermedia (IUF) o de la unidad de banda base 26.

(27) de frecuencia más elevada; estas señales de RF son amplificadas y transmitidas a la unidad de antena. En el caso del receptor, las señales recibidas por la unidad de antena se amplifican a un nivel constante que es conveniente para el procesamiento de la señal y son convertidas directamente hacia abajo a una banda de frecuencia intermedia FI o bien de banda base. El procesamiento de la señal de esta etapa se hace con un circuito analógico. La linealidad o eficiencia del amplificador de RF y método de conversión a bandas de frecuencias más bajas en el receptor son puntos de análisis principales.  Unidad de procesamiento de señal de frecuencia intermedia (IFU), en esta unidad las señales de la unidad de conversión analógica a digital y digital a analógica (ADC/DAC) son convertidas hacia arriba a señales de banda IF, amplificadas y transferidas a la RFU del transmisor. En el receptor, las señales de la unidad de RFU son amplificadas a un nivel adecuado para el procesamiento de la señal en la IFU y directamente convertidas hacia abajo a una frecuencia adecuada para la unidad ADC/DAC o unidad de banda base. Cuando las señales de varios sistemas son recibidas en el receptor, la banda de frecuencia requerida se debe seleccionar usando un filtro.  Unidad de Conversión Analógica a Digital (ADC) y Conversión de Digital a Analógica (DAC). En esta unidad, la señal digital de la unidad de banda base es convertida a una señal analógica usando un DAC, y transferida a una unidad de banda de frecuencia superior (IFU o RFU). En el receptor, las señales de IFU o de la RFU se amplifican a un nivel adecuado para el ADC. La señal estabilizada es entonces muestreada por un DC y enseguida convertida a una señal digital.  Unida de Procesamiento de Señal en Banda Base (BBU). En esta unidad los datos se modulan digitalmente y se transfieren a la unidad ADC/DAC del transmisor. Los datos transmitidos se recuperan a través del uso de la señal muestreada de la unidad ADC/DAC y usando el procesamiento de señal digital en el receptor. En la BBU del transmisor, los bloques referidos a la trama, codificación, mapeo/modulación y el filtro de transmisor son los bloques claves. Por otra parte, en la BBU del receptor, los bloques como el filtro receptor, código y sincronización de símbolo, tasa de conversión de muestreo (remuestreo), demapeo/demodulación y bloque de decodificación son claves en esta sección. Además, en esta sección se encuentran el bloque de compensación de atenuación 27.

(28) (ecualización) y el bloque de eliminación de interferencia para eliminar las señales no deseadas. En la mayoría de los casos, la BBU está configurada por varias unidades DSPH (Hardware de Procesamiento de Señales Digitales) tales como DSP, FPGA O ASIC. La configuración de la BBU puede ser modificada cambiando el DSPS (Software DE Procesamiento de Señales Digitales).  Unidad de Control de Transmisión (TCU). En el caso del transmisor, la TCU configura el formato de flujo de bits de entrada a la BBU a través del ajuste del protocolo de transmisión de la capa de Control de Acceso al Medio (MAC), y en el caso del receptor, los datos detectados de la BBU son verificados de acuerdo al formato de datos del protocolo de transmisión de la capa MAC. Si el número de errores de bit en los datos detectados es grande, se requiere entonces una retransmisión. Además del control de transmisión, esta unidad maneja tareas de codificación. En la mayoría de los casos, la TCU se puede configurar a través de una serie de DSPHs, y todos los bloques componentes podrían ser descritos usando DSPS. A través de la modificación del DSPS, la TCU puede configurar el protocolo de transmisión a conveniencia del usuario.  Unidad de Procesamiento de Entrada y de Salida (Salida (IOU). En la estación móvil, todos los datos de información vienen de un equipo portátil, de una terminal PDA (Asistente Digital Personal) o de una computadora personal, y todos los datos recibidos regresan a estas terminales o computadoras. Las unidades de Entrada/Salida y de sincronización tienen el propósito de realizar conexiones flexibles con las terminales externas.  Unidad de Procesamiento de Temporización Extremo a Extremo (TPU). Esta unidad controla el retraso de la transmisión entre el transmisor y el receptor. En la mayoría de los casos, en SDR se usan varios programas de Software, los cuales describen todos los componentes de telecomunicaciones dentro de los lenguajes usados por el DSPS y estos lenguajes se usan para configurar los componentes sobre la unidad DSPH. Este software puede fácilmente modificarse para adaptar los requerimientos de un sistema particular. En resumen, la arquitectura de SDR no es siempre igual, sin embargo tiene presente en cualquier caso las siguientes secciones: sección de RF, sección de Intermediate Frequency (IF) y sección 28.

(29) banda base, de las cuales la sección RF casi siempre trabaja con hardware analógico mientras que las Secciones de IF y banda base se implementan con módulos hardware digitales. La Figura 1.2 muestra los elementos esenciales de la arquitectura de hardware de SDR [11].. Figura 1. 2 Arquitectura esencial de SDR [11]. 1.6 Organismos Internacionales que rigen las especificaciones de SDR El foro de SDR, anteriormente llamado Foro de transferencia de información, multifunción y Modulación) fue creado en 1996 por el gobierno de Estados Unidos. Este Foro, es una corporación creciente con membresía internacional con fines no lucrativos dedicada a apoyar el desarrollo, comportamiento y uso de arquitecturas libres para el progreso de sistemas inalámbricos. El Foro tiene tres comités técnicos: ‘’download/handheld”, “base station/smart antennas” y “mobile working groups”. Cada comité tiene sus propios objetivos. El grupo “handheld” se ocupa de promover el uso de la tecnología SDR en terminales móviles “handheld” que suministran reconfiguraciones dinámicas bajo severos cambios de tamaño, peso y potencia. El comité de estaciones base “Base Station”, se encarga de promover el uso de la tecnología SDR y reconfigurar y adaptar la tecnología de procesamiento, en estaciones bases inalámbricas mundiales, terrestres, satelitales, móviles y arreglo de servicios. Mientras, el “movile group” busca promover el uso de la tecnología SDR en aplicaciones militares y comerciales en terminales que tienen condiciones desfavorables como estaciones móviles, redes dinámicas, y operaciones flexibles donde se requiere del uso de interfaces de redes inalámbricas. Además del área de trabajo del fórum SDR existen otras áreas de investigación como:. 29.

(30)  JTRS (Joint Tactical Radio Ssytem)  OMG (Object Management Group). En la estadanzaricion sobre los módulos internos tenemos:  OMA(Open Mobile Alliance)  CPRI(Common Public Radio Interface)  OBBSAI(Open Base Station Architecture Initiative) Al igual que el TIA o el ETSI, el Foro SDR no es un organismo de estándares, sin embargo ha desarrollado una serie de recomendaciones que en el futuro podrían ser consideradas como estándares si se sigue desarrollando la tecnología SDR con esa tendencia actual.. 1.7 Beneficios de Radio Definida Por Software Los beneficios de SDR para los fabricantes de equipos de radio y los integradores de sistemas, son:  Una familia de productos de radio se implementa mediante una arquitectura de plataforma común, permitiendo que los productos nuevos sean introducidos más rápidamente en el mercado.  La. utilización. de. Software. en. los. productos. de. radio,. reduce. los. costes de desarrollo de forma espectacular.  ‘’Over-the-air’’ o otra reprogramación remota, permite "Correcciones de errores" que ocurran mientras que la radio está en servicio, por lo tanto reduce el tiempo y los costos asociados con la operación y el mantenimiento. Para los proveedores de servicios de radio, SDR permite:  Nuevas características y capacidades que se adicionarán a la infraestructura existente sin el requerimiento de gastos significativos, permite a los proveedores de servicios la posibilidad de comprobar casi el futuro de sus redes.  El uso de una plataforma de radio común para múltiples mercados, reduce significativamente el apoyo logístico y gastos operativos.. 30.

(31)  Transferencia remota de software, a través la cual la capacidad puede ser incrementada, la capacidad de actualizaciones pueden ser activadas y las nuevas características de generación de ingresos pueden ser insertadas.. 1.8 Objetivo de SDR para Los Usuarios La tecnología SDR tiene como objetivo reducir los costos en la prestación de servicios a los usuarios con acceso inalámbrico ubicuo a comunicaciones que les permite comunicarse con, quienquiera que necesitan, siempre que lo necesiten y en el sentido que sea apropiado.. 1.9 Radio Definida Por Software - Tasa de Aprobación El Foro SDR ha encargado una serie de investigación en 2006 para evaluar la adopción de la tecnología de SDR en ciertos mercados. Los resultados de estos estudios demostraron que, en varios mercados, SDR se mueve más allá de las expectativas de los innovadores tal como se define por Geoffrey Moore en "Crossing the Chasm"[60]. En la actualidad, no se adoptan una tecnología porque es innovador y visionario, sino porque esta tecnología ha demostrado que resuelva con éxito un problema dentro de su mercado específico [60]. Los ejemplos de la adopción de SDR como transición a la corriente principal del mercado actual son abundantes:  Miles de radios definidas por software han sido exitosamente utilizados en aplicaciones de defensa  Los sistemas de infraestructura de celular utilizan crecientemente dispositivos de procesamiento. programable. para. crear. ‘’plataforma. común". o. "multiband-. /multiprotocol", estaciones base que soportan infraestructura de múltiples estándares celulares.  Los teléfonos celulares cada vez utilizan crecientemente dispositivos de (System On Chip, S0C) que incorporan ‘’NÚCLEOS DSP" programable para soportar la señal de banda base / procesamiento de módem.  En los mercados comerciales y defensa, Satélite, ‘’módems’’ hace uso dominante de dispositivos de procesamiento programable para frecuencia y procesamiento de señales en banda base. 31.

(32) Mientras que, estos tipos de sistemas a menudo no se comercializan como "SDRs, sino utilizan y benefician de tecnologías de SDR para resolver problemas específicos del mercado como: costo del desarrollo, costo de producción, costo de actualizaciones y mantenimientos, tiempo de comercialización en el apoyo a nuevas y evolucionadas estándares en el interfaz de aire, o problemas asociados con la interoperabilidad de la red.. Además, el mercado del Foro de SDR gracias a los estudios que se realice sobre la tecnología de Radio Definida por Software la presenta como una tecnología dinámica de sistemas de acceso al espectro con la funcionalidad de Radio cognitiva o Inteligente. Esta tendencia se espera que continuará en los próximos años, lo que permitirá a SDR lograr finalmente la visión de reducir los costos en la prestación de servicios a los usuarios finales con acceso a comunicaciones inalámbricos, que les permite comunicarse con quienquiera que necesitan, siempre que lo necesiten y de cualquier manera apropiada.. 1.10 Radio Definida por Software - Cadena de Valor: Los beneficios y oportunidades previstos para la tecnología SDR están teniendo un impacto significativo en la cadena de valor de la industria inalámbrica. Esta cadena consta de productos basados en el servicio de proveedores, en última instancia, dando lugar a productos finales de SDR y servicios que satisfagan las necesidades de los usuarios y suscriptores. A lo largo de la cadena, los proveedores podrán recibir apoyo de organizaciones externas, tales como instituciones educativas, laboratorios de investigación, organismos de estándares de la industria, los inversores, las pruebas y la verificación y el gobierno. Estas organizaciones de apoyo proporcionan críticas sobre el desarrollo progresivo a todos los niveles de la cadena, hasta llegar en última instancia al usuario final.. Las empresas pueden representar más de una categoría en la cadena de valor. Por ejemplo, algunos contratistas de la defensa desarrollan sus propios subsistemas de SDR y la aplicación de software. Igualmente, la mayoría de proveedores de componentes también ofrecen herramientas de desarrollo.. 32.

(33) SDR tiene implicaciones de largo alcance dentro de la cadena, afecta una variedad de organizaciones y sectores de la industria a través de la cadena de radiofrecuencia (RF), (Front End Components, desarrolladores de software, fabricantes de chips, etc.) y a lo largo de los modos de negocio (proveedores de servicios, ‘’OEMs’’, IP holders, fabricantes de equipos originales, la propiedad intelectual de los titulares), Con el fin de proporcionar productos y servicios viables para cumplir con el potencial desarrollo futuro de la tecnología.. El Foro SDR contrata técnicos de clase mundial, líderes empresariales y gubernamentales de la EMEA, Asia y las Américas, de todos los niveles de la cadena de valor de la industria inalámbrica. Estos miembros se comprometen a solucionar los problemas de sus clientes de comunicaciones por radio con dispositivos que admiten una amplia gama de diferentes redes inalámbricas. A través de su fuerza colectiva de la industria del Foro puede apoyar la adopción de las tecnologías de (SDR) a través de la promoción, la oportunidad de desarrollo, la comercialización y la educación. Tecnologías relacionadas a SDR puede actuar como una tecnología clave para una variedad de otros equipos de radio reconfigurable, El uso de tecnologías SDR en un sistema de radio de adaptación permite un mayor grado de libertad en adaptación, y por lo tanto mayores niveles de rendimiento y mejor calidad del servicio en un enlace de comunicaciones.. 1.11 SDR y la Tendencia Actual de la Evolución Los sistemas celulares están evolucionados de manera acelerada con una considerable proliferación de redes inalámbricas enfocadas a la prestación de servicios de telecomunicaciones en diversas bandas de frecuencia, usando técnicas/tecnologías diferentes, y con arquitecturas distintas. No obstante, esta evolución se realiza bajo exigencias de la demanda de nuevos servicios y aplicaciones por parte de los usuarios. GSM y los sistemas WCDMA de UMTS y LTE hacen el uso de la tecnología de SDR con las prestaciones de los servicios, características y aspectos como cualquier redes de 3G y 4G según el interés y las normas establecidas para el desarrollo de dichas redes. La unión internacional de telecomunicaciones (ITU: International Union-Radiocommunication), desarrolló el estándar IMT2000, para definir los requisitos para la compatibilidad de sistemas 3G 33.

(34) con el propósito de unificar todos los sistemas inalámbricos (redes de área local inalámbricas, celulares, redes satelitales y enlaces inalámbricos fijos) en la misma banda de frecuencias, pero las redes fijas y WLAN fueron descartadas debido a que estas redes soportan datos a razones mucho mayores. En este sentido se basaron en los sistemas celulares y satelitales conocido como servicio Móvil Satelital (MSS: Mobile Satelite Service), lo que permite una cobertura aunque el usuario sale del área de cobertura de cualquier radio base terrestre. Los sistemas de 2G se diferencian a los de 3G en los siguientes aspectos: los de 2G tienen servicios de voz y bajas tasas de datos hasta 14.4 Kbps y usan técnica de conmutación de circuitos, sin embargo los sistemas de 3 G manejan voz, datos y servicios multimedia, usan técnica de conmutación de circuitos y paquetes. Este estándar incluye provisiones para soportar velocidades de conexiones de datos de los menos 2 Mbps. Muchos ven a 3G como una intención para proveer nuevos servicios a los clientes, mientras otros ven la siguiente generación como una pura intención de proveer la abundante capacidad necesitada mediante una mejor utilización de espectro. En la línea de evolución de los sistemas móviles los estándares de 3G se desarrollan en diferentes camino, el 3GPP [1] (Universal Mobile Telecommunication System) UMTS es muy improbable que llegue a ser universal y que sea el más fuerte en Europea. El estándar 3GPP [2] CDMA2000 y el TDMA basado en sistemas GSM-EDGE, no serán exitosos en norte y Sudamérica, mientras Japón tiene su propio Sistema WCDMA similar a UMTS. Todos los sistemas 3G son potenciales aplicaciones SDR. Las radiocomunicaciones por software, ofrecen el potencial para resolver los problemas causados por la proliferación de nuevas interferencias en el aire. Estaciones Base y Terminales, usando tecnología SDR, pueden soportar múltiples interferencias de aire durante periodos de transición y su software puede ser fácilmente actualizado. El concepto de 4G englobado dentro de ‘Beyong 3G’ utiliza algunas técnicas de la tercera generación con alto rendimiento como MIMO Y OFDM, dos términos que definen la evolución de 3G, al seguir los pasos de la estandarización del 3GPP, tendremos LTE (Long Term Evolution) para el acceso radio, y SAE (‘Servicie Architecture Evolution’) para la parte núcleo de la red. Como características principales tenemos:  El acceso radio no se utiliza el acceso de tipo SDMA que es característica de UMTS.  Para optimizar el acceso a radio se usa SDR (Software defined Radio)  La red completa está basada en todo sobre IP 34.

(35)  Las tasas máximas de pico previstas son de 100 Mbps en enlace descendente y 50 Mbps en enlace ascendente (con espectros en ambos sentidos de 20 MHz) La cuarta generación está pensada para complementar y reemplazar los sistemas de tercera generación, para permitir el acceso a la información en cualquier lugar, en cualquier momento, con una conexión de tecnología compleja transparente al usuario, con un amplio rango de información y servicios y recibiendo un gran volumen de información, datos, fotos, videos, etc. Son los factores claves de la infraestructura de la tecnología 4G. Estas infraestructuras consistirán en un conjunto de redes basadas en IP (internet protocol) como su protocolo común. Basado en las tendencias que se están desarrollando en relación a comunicación móvil, 4G tendrá un mayor ancho de banda, mayor tasa de transferencias de datos, y un mayor suavidad y velocidad en el handoff, lo cual se enfocará en asegurar un servicio transparente al usuario a través de una multitud de redes y sistemas. El concepto clave es integrar las capacidades de 4G con todas las tecnologías existentes a través de tecnologías avanzadas. Adaptabilidad en su aplicación y ser altamente dinámico son las principales características de los servicios 4G refiriéndose al interés de los usuarios. Estas características significan que los servicios pueden ser entregados y estar a disposición de la preferencia personal de los diferentes usuarios, con una buena calidad de Servicio. Conexiones y aplicaciones de red pueden ser transferidos en varias formas a niveles diferentes, correcta y eficientemente. Los métodos dominantes para acceder a toda la información serán los dispositivos móviles, los cuales tendrán un acceso a comunicación por voz, servicios de información de alta velocidad y servicios de difusión de entretenimientos. La figura 1.3 muestra la plataforma de evolución.. 35.

(36) Figura 1.3 Plataforma de evolución de BTS-SDR.. 1.12 Visión y Metas del Proyecto de SDR. La tecnología en el mercado es cada vez más exigente y cambiante, lo que incrementa la complejidad del hardware, debido a estas mismas exigencias y a que se demanda una mejora en cuanto a mayor ancho de banda, mayor eficiencia espectral, etc., exije a proveedores de servicios y los diseñadores a diseñar e implementar software en menos tiempo y costo al presupuestado. Las prácticas en ingeniería de software han progresado desde el diseño de sistemas estructurados en papel y lápiz a diseños (orientados a objetos) asistidos por herramientas y ayudas computacionales. Muchos proyectos de software de radio y seguramente de proyectos de radio 3G se describen como complejos sistemas de software por lo que es necesario un adecuado planeamiento y ser cuidadosos al momento de elegir un asistente de diseño (EDA), que son herramientas absolutamente esenciales para que un proyecto sea exitoso ccomo: (Joints Tactical Radio System), empleado sobre todo en defensa y el SCRA, Single radio Access Network, conocido como Single RAN.. Por otra parte, la interoperabilidad y la coexistencia juegan un papel definitivo en la evolución de los sistemas y causan cambios considerables en las estructuras comerciales para el ofrecimiento y prestación de servicios sobre las infraestructuras desplegadas en el panorama tecnológico actual donde hay que satisfacer continuamente la necesidad que tienen los usuarios de acceder a los servicios, aplicaciones y contenidos independientemente de la red, del lugar y del momento. Para lograr dicha transparencia se deben desarrollar técnicas que permitan el traspaso de una red a otra sin afectar los servicios, evitando la caída de sesiones y dando a los usuarios la posibilidad de utilizar un mismo dispositivo terminal para acceder a las diversas redes que estén disponibles. Como dichos aspectos están: traspasos, accesos a los recursos radio, diferentes interfaces de radios, gestión de la movilidad, etc.. CONCLUSIÓN PARCIAL I Considerando todo lo anterior, es entonces necesario contar con herramientas tecnológicas que faciliten tanto la coexistencia como la interoperabilidad entre sistemas inalámbricos. En definitiva todos los problemas antes mencionados convergen en una problemática única, el costo 36.

(37) de evolución, es decir, el costo de implementación de redes y de mantenimiento. Para solucionar dichos problemas se podría pensar en una tecnología de radio que pueda configurar un dispositivo inalámbrico para trabajar con cualquier sistema de comunicaciones, lo que ofrecería ahorros en costo y tiempo para los fabricantes y consumidores, los cuales necesitarían comprar solamente un terminal para resolver sus necesidades de comunicaciones múltiples. Más significativamente, esta misma tecnología podría facilitar interoperabilidad entre los sistemas de comunicaciones usados por los militares, la policía y los organismos de atención a emergencias, que no siempre puede lograr comunicarse, incluso en situaciones críticas y peligrosas de la vida, debido a sistemas de radio incompatibles. Esta tecnología única de radio se llama SDR donde una sola plataforma de hardware puede realizar muchas funciones basadas en las configuraciones que se le proporcionan mediante software.. CAPÍTULO II. 37.

(38) 2. Capitulo 2 2.1 Tecnologías Móviles involucradas en SDR. En la actualidad, las tecnologías móviles que se desean operar simultáneamente, utilizando la técnica SDR son: GSM, WCDMA y LTE. En todos los arreglos, la tecnología GSM siempre estará presente ya que constituye el sistema de partida, el de mayor despliegue y que prevalecerá para los servicios de voz y datos de baja velocidad. Conjuntamente con GSM podrán actuar WCDMA o LTE según sea el interés de los operadores y la arquitectura existente en las redes de acceso. Las características fundamentales que definen las tecnologías móviles mencionadas son las siguientes: 2.1.1Tecnología GSM Sistema Global para las Comunicaciones Móviles: Es un sistema estándar para comunicación utilizando teléfonos móviles que incorporan tecnología digital. El desarrollo de la nueva norma celular digital paneuropea comenzó en 1985. GSM ha evolucionado desde entonces hasta ser la principal norma global de segunda generación, en términos de número de abonados y área de cobertura. GSM es un sistema de acceso múltiple por división en el tiempo de ocho intervalos (TDMA) con espaciamiento de portador de 200 kHz. GSM es ISDN (red digital de servicios 38.

(39) integrados) móvil en términos de servicio, con apoyo para una amplia variedad de servicios. Existen tipos diferentes de celdas en una red GSM: macro, micro, pico y femto las que se diferencian por el grado de cobertura. La mayor distancia que soporta la especificación GSM es de 35 Km aunque existen implementaciones para extenderla. La modulación utilizada es GMSK. GSM opera en las bandas de 800, 900, 1800 y 1900 MHz. GSM constituye una tecnología celular abierta que soporta voz y transferencia de datos hasta 9.6 Kbps conjuntamente con Servicio de Mensajes Cortos (SMS). [23], [41] En su estado de origen, GSM es una técnica de conmutación de circuitos. A los efectos del proceso de evolución, lo más importante es lo que acontece en la interface Abis, localizada entre el BSC y la estación base, y las consideraciones con relación a las características de las transmisiones entre el controlador y las estaciones base. La arquitectura general de un sistema GSM se puede ilustrar mediante la figura 2.1. Compuerta. .. Interfase Um. Interfase Abis PCM 2Mbps G703. MS = Estación móvil BTS =Estación Base BSC = Controlador de Estación Base BSS = Sub-sistema de Estación Base MSC = Centro de Conmutación Movil.. Interfase A PCM 2Mbps G703 HLR = Registro de Localización de Abonado VLR = Registro de Localización del Visitante EIR = Registro de Identificación de Equipo. AUC = Centro de autentificación.. Figura 2.1 Arquitectura del Sistema GSM.. 39.

(40) En la actualidad, existen tecnologías desarrolladas para interactuar específicamente con este sistema, destinadas a mejorar su velocidad de trasmisión especialmente de datos. Por esta razón, lo actual es ver a GSM asociado con las tecnologías GPRS y EDGE. GPRS (Servicio General de Paquetes de Radio) es una tecnología digital desarrollada en servicios de datos inalámbricos y en particular en sistemas GSM. Proporciona velocidades de datos en el orden de 40 Kbps. GPRS es una modificación de la forma de transmitir datos en una red GSM, pasando de la conmutación de circuitos a la conmutación de paquetes. GPRS constituye una solución original para el servicio de datos por paquetes de GSM y proporciona una solución de conectividad IP, brindando así un amplio rango de aplicaciones. La arquitectura se muestra en la figura 2.2 figura.. Figura.2.2 Arquitectura GPRS.. La arquitectura GPRS adiciona a la red GSM tres elementos nuevos denominados: PCU, SGSN y GGSN que originan las respectivas interfaces Gb y Gn. La PCU es la Unidad de Control de Paquetes encargada de la conversión de los paquetes de datos a un formato que pueda ser transferido sobre la interface de aire, además gestiona los recursos de radio e implementa mediciones de la Calidad de Servicio. Se encuentra en el BSC. El GGSN es el Nodo de Soporte para Puerto GPRS destinado a proporcionar un puerto entre la red GPRS y la red pública de paquetes de datos (PDN) o con otras redes GPRS. Por su parte, el 40.

(41) SGSN es el Nodo de Soporte de Servicio GPRS que brinda las funciones encargadas de la gestión de sesiones y la movilidad en GPRS y está sujeto al HLR a través de la interface Gr y al MSC/VLR a través de la interface Gs. Los enlaces entre nodos GPRS y bloques GSM son mediante interfaces SS7. [69], [42]. Por su parte, EDGE (Tasas de Datos Mejoradas para la Evolución de GSM), también conocida como EGPRS (GPRS Mejorado) utiliza la misma estructura que las redes actuales GSM, lo cual le permite constituirse como una capa sobre la red existente GSM. Para muchas redes existentes GSM/GPRS, EDGE es una simple actualización de software. El objetivo de esta tecnología es incrementar la razón de transmisión de datos y la eficiencia espectral y facilitar nuevas aplicaciones e incrementar la capacidad. EDGE es capaz de ofertar tasas de datos pico teóricas de hasta 473.6 Kbps. Estas velocidades son posibles gracias a nuevas técnicas de modulación y métodos de transmisión tolerantes ante errores que son combinados con mecanismos de adaptación del enlace mejorados. Básicamente, EDGE introduce una nueva técnica de modulación y codificación de canal, que puede ser utilizada para transmitir tanto voz como datos conmutados por paquetes y circuitos. EDGE es un complemento de GPRS y no puede trabajar solo. Mientras que GPRS tiene definidos solo cuatro esquemas diferentes de codificación, designados CS1 a CS4. En EGPRS son introducidos nueve esquemas de codificación de modulación designados desde MCS1 hasta MCS9. Estos llevan a cabo la misma tarea de los esquemas de GPRS. Los esquemas desde MSC1 hasta MSC4 utilizan modulación GMSK mientras los cinco restantes utilizan modulación 8PSK. [13], [14]. 2.1.2 Tecnología WCDMA. WCDMA pertenece a las tecnologías denominadas UMTS que son tecnologías móviles de Tercera Generación (3 G) que forma parte de la familia de estándares IMT-2000. WCDMA es un sistema del tipo DS-CDMA o sea, CDMA de Secuencia Directa. Esta tecnología permite acceso múltiple basado en dispersión de espectro. Esto significa que los bits de 41.

(42) información del usuario están dispersos sobre un ancho de banda amplio mediante la multiplicación de la información de usuario con bits quasi-aleatorios llamados chips derivados de los códigos de esparcimiento CDMA. La razón a la que los datos son esparcidos se denomina razón de chip. La relación entre la razón de chip y la razón de símbolo se le denomina Factor de esparcimiento (SF). El terminal móvil de destino utiliza el mismo código de esparcimiento que aquel usado en el punto de transmisión y lleva a cabo detección de correlación. Cada usuario es identificado por un código de esparcimiento único asignado a él. La razón de chip usada es de 3.84 Mcps, la que da lugar a un ancho de banda de la portadora de 5 MHz. WCDMA (Múltiple Acceso por División de Código de Banda Ancha) un paso superior en la tecnología CDMA. Utiliza una señal de radio de 5 MHz de ancho y una razón de chip de 3.84 Mcps, lo cual es alrededor de tres veces mayor que la correspondiente a CDMA2000. Las principales ventajas que estas características brindan son:  Soporte de razones de bit superiores.  Eficiencia del espectro superior.  Calidad de Servicio superior. Dada la experiencia alcanzada en otros sistemas, se ha puesto énfasis en asegurar que las inversiones realizadas por los operadores en GSM puedan ser utilizadas por los operadores de WCDMA. Esta tecnología incorpora una serie de nuevas funciones esenciales y necesarias para el control de la red y la gran cantidad de dispositivos móviles que la utilizan que son:  Control de Potencia. El cual regula la potencia transmitida tanto por el Terminal como la estación base. Esto se traduce como que la estación debe recibir la misma potencia desde los dispositivos móviles independientemente de la distancia en que se encuentren. Esto se logra mediante un mecanismo que actualiza, en forma rápida, los niveles de potencia aproximadamente 1500 veces por segundo. Esta función mejora la cobertura y el nivel de interferencia en la red y da lugar a un fenómeno mediante el cual aparece un compromiso dinámico entre capacidad y cobertura que es equivalente a que el tamaño de la celda varíe en dependencia del tráfico.. 42.

Figure

Figura 1.1 Arquitectura Básica de Hardware de SDR.
Figura 1. 2 Arquitectura esencial de SDR [11]
Figura 2.1 Arquitectura del Sistema GSM.
Figura 2.4 Arquitectura LTE-SAE.
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Referencias

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