Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba

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(1)UNIVERSIDAD CENTRAL “Marta Abreu” DE LAS VILLAS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. “Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba”.. Tesis presentada en opción al título académico de Master en Telemática. Maestría en Telemática Autor: Ing. Yovagnis Pérez Carmenate Tutor: Dr. Vitalio Alfonso Reguera. 2007.

(2) Resumen:. En el presente trabajo se realiza un estudio acerca de la evolución de las redes móviles, haciendo un especial énfasis en el Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM), dado el éxito que dicha tecnología ha alcanzado y los caminos evolutivos que han utilizado los fabricantes y operadores mundiales en las distintas generaciones de celulares, con el objetivo de satisfacer las crecientes necesidades de los usuarios. Se describe la arquitectura y funcionamiento de las posteriores generaciones de móviles como la generación 2.5 en la que se incluye el Sistema General de Paquetes de Radio (GPRS) y Razón de Datos Mejoradas para la Evolución de GSM (EDGE) como alternativas importantes en el camino hacia la tercera generación de los móviles (3G). Se analiza el Sistema de Telefonía Móvil Universal (UMTS) seleccionado por la UIT-T como uno de los sistemas de la familia de IMT2000 para la definición de los sistemas móviles de 3G. Se describe el estado y evolución de la Red GSM en Cuba, así como las principales limitaciones en capacidad que han surgido ante el crecimiento de suscriptores y que impiden llegar a la cantidad de suscriptores previstos para los próximos años. Finalmente se realiza una propuesta de expansión de la red móvil que garantiza la seguridad de la red y la capacidad para asimilar el tráfico de 2 000 000 suscriptores que constituyen la línea de deseos de la Unidad de Negocios Móvil (UNM) de ETECSA para el año 2010..

(3) Indice. Índice Introducción. 1. 1. 5. 2. Capítulo I. Generalidades de los Sistemas Móviles. 1.1 Sistema GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles). 1.1.1 Arquitectura de la red GSM. 1.1.1.1 El Subsistema de Estación Base (BSS). 1.1.1.2 El Subsistema de la red y conmutación (NSS). 1.1.1.3 El Subsistema de Soporte y Operación. 1.1.2 Servicios de telecomunicaciones en GSM. 1.1.3 Procesamiento de Señales GSM.. 5 7 8 11 12 13 14. 1.2 Sistema General de Paquetes por Radio. GPRS. 1.2.1 Arquitectura de GPRS 1.2.2 Nodos GPRS y sus funciones. 1.2.3 Esquemas de código de GPRS. 1.2.4 Terminales GPRS. 1.2.5 Arquitectura de protocolos. 1.2.6 Ventajas, desventajas y servicios del sistema GPRS.. 17 19 20 21 22 23 24. 1.3 EDGE o EGPRS (GPRS Mejorado). 1.3.1 Estructura de EDGE. 1.3.2 Características técnicas de EDGE. 1.3.3 Transmisión en Conmutación de Paquetes. EGPRS. (Enhanced GPRS).. 26 27 28 29. 1.4 Sistema Universal de Telefonía Móvil. (UMTS). 1.4.1 Introducción al Sistema UMTS. 1.4.2 Evolución desde GSM. 1.4.3 Objetivos de UMTS 1.4.4 Servicios ofrecidos. 1.4.5 Comparación con otros sistemas. 1.4.6 Estructura de la red UMTS. 1.4.6.1 Red Central (CN) 1.4.6.2 Red de Acceso de Radio (RAN o UTRAN) 1.4.7 Calidad de Servicio (QoS). 1.4.8 Red de Acceso de Radio Terrestre UMTS. UTRAN. 1.4.8.1 Elementos de UTRAN. 1.4.8.2 Nodo B 1.4.8.3 RNC (Radio Network Controller) 1.4.9 Arquitectura de protocolos de la Interfaz de Radio. 1.4.9.1 Capa Física. 1.4.9.2 Tipos de Canales de Transporte. 1.4.9.3 Servicios de la capa MAC.. 31 31 33 34 34 36 37 39 40 40 41 42 42 43 43 44 45 46. Capítulo II. La red GSM de Cuba. 2.1. 49. Surgimiento de la red GSM en Cuba.. 49. 2.2 Evolución de la red GSM en Cuba. 2.2.1 Fabricantes y proveedores. 2.2.2 Expansión de GSM a Territorio Nacional. 2.2.3 TFA.. 51 52 53 55. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba.

(4) Indice 2.2.4 2.2.5. Limitaciones en la red a partir del tráfico demandado. Soluciones puntuales e inmediatas a problemas críticos encontrados.. 2.3 Estado actual de la Red GSM en Cuba. 2.3.1 Red de Acceso. 2.3.2 Núcleo de la red. 2.3.3 Plataformas y Servicios. 2.3.4 Necesidades actuales 3. Capítulo III. Propuesta de expansión y evolución de la Red Móvil en Cuba. 3.1 Expansión de la actual Red GSM 3.1.1 Exigencias de ETECSA. 3.1.2 Consideraciones preliminares. 3.1.3 Red de acceso. 3.1.3.1 Dimensionamiento y estructura de la red de acceso. 3.1.3.2 Equipamiento propuesto para la red de acceso. 3.1.4 Núcleo de Red (Core Network) 3.1.4.1 Características y principios básicos. 3.1.4.2 Arquitectura propuesta para el Core Network. 3.1.4.3 Solución de Transmisión en el Core Network. 3.1.4.4 Equipamiento propuesto para el Core Network. 3.1.5 Servicios. 3.1.5.1 Servicios Básicos. 3.1.5.2 Servicios Opcionales. 3.1.5.3 Servicios de 3G. 55 56 58 58 59 60 61 64 64 64 64 65 66 68 74 74 75 76 77 78 78 78 78. Recomendaciones. 80. Glosario de Términos.. 81. Bibliografía.. 87. Anexos.. 90. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba.

(5) Introducción. Introducción El teléfono celular se ha convertido en una necesidad en el mundo actual. El acceso inalámbrico a las telecomunicaciones mundiales sobrepasa el acceso fijo, y la diferencia se hará cada día más notable teniendo en cuenta que en el 2006 se vendieron 1.020 millones de móviles [1] y se espera en el presente 2007 se alcance la cifra de los 3 mil millones de servicios móviles (la mitad de la población mundial) [2] [3]. Sin ninguna duda las tecnologías inalámbricas serán fundamentales para el acceso personal a la infraestructura mundial de la información del futuro. Para el 2008 la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba ETECSA prevé la apertura del servicio a los nacionales con lo que se espera un abrupto crecimiento de subscriptores en todo el territorio nacional, por lo que se espera llegar en el país a los dos millones de suscriptores de la red móvil en sus distintas variantes (Postpagos, prepagos, TFA, etc).. En la actualidad la red GSM existente en Cuba luego de solucionar algunas limitaciones de capacidad detectadas tras las primeras asignaciones masivas de TFA se encuentra trabajando con márgenes mínimos de capacidad de tráfico, y el país necesita incrementar varias veces la base de usuario existente tanto en teléfonos móviles como los ya famosos TFA que se han convertido en la única vía de solución de las comunicaciones de asentamientos poblacionales aislados e incomunicados hasta la fecha, así como para algunos puntos de gran importancia para la economía como la minería o el transporte, e incluso llevar comunicaciones a zonas de grandes ciudades donde la red fija se encuentra saturada o siquiera existe.. Para que nuestra red GSM pueda soportar los números de suscriptores previstos para los próximos años es imprescindible desarrollar tanto la red de acceso como el núcleo de la red. Para ello es necesario realizar un estudio detallado de las tecnologías existentes en el mundo de las comunicaciones móviles desde la conocida segunda generación hasta la anhelada 3G. Es también necesario realizar un levantamiento del estado actual de nuestra red, seguridad, calidad y tipos de servicios prestados, flexibilidad y posibilidad de escalabilidad hacia el futuro por que la sociedad actual posee necesidad del intercambio constante de información desde diferentes entornos y progresivamente a mayores velocidades, debido al incremento de los volúmenes de esta al sumársele a la voz, los datos y la multimedia. [4]. Por todo esto es de gran importancia conocer cuales son los sistemas de tercera generación, como se pueden obtener sus servicios, como será presentado y desarrollado su advenimiento. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 1.

(6) Introducción con base en los sistemas de telecomunicación actuales, ya que la llegada de estas tecnologías es una realidad próxima a nuestra sociedad.. Los nuevos teléfonos móviles se han convertido en el accesorio personal por excelencia, que combina las prestaciones del teléfono, el computador, la televisión, el periódico, la biblioteca, la agenda personal, e incluso la tarjeta de crédito. Los sistemas de tercera generación, basados en una norma mundialmente reconocida permiten que todos estén siempre comunicados.. El estudio realizado tendrá relevancia para cualquier persona o entidad que desee o necesite informarse de forma completa y precisa sobre los existentes sistemas de comunicaciones inalámbricas móviles, siendo importante tanto para empresas operadoras de telefonía celular como para entidades reguladoras del sector de las telecomunicaciones.. Para la realización del proyecto fue necesario el estudio de los sistemas de telefonía celular actuales, sus posibilidades de evolución hacia la nueva tecnología y los conceptos primordiales de los sistemas de tercera generación propiamente dichos, como la escogencia de estándares internacionales, la asignación del espectro, las tecnologías de radio transmisión, las aplicaciones inalámbricas móviles y por último una evaluación que contemple la utilización de estas tecnologías en nuestro país. Problema. La instalación masiva de servicios de Telefonía Fija Alternativa (TFA) ha evidenciado limitaciones de capacidad en varios puntos de la red móvil en Cuba provocando la detención de diferentes planes de crecimiento de suscriptores en el país. Hipótesis. La existencia de variantes de implementación de las más avanzadas tecnologías móviles que permitan, con cambios no demasiados bruscos ni costosos, soportar con la seguridad y calidad requerida los planes de crecimientos de suscriptores móviles previstos en el país. Objetivos. El objetivo principal de este trabajo es realizar una propuesta que permita la ampliación de la actual red GSM/GPRS que existe en Cuba. Para ello se tendrán en cuenta los siguientes objetivos específicos:. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 2.

(7) Introducción ü. Realizar un estudio de cómo ha sido la evolución de los sistemas de telefonía celular en el mundo.. ü. Análisis de la arquitectura y funcionamiento de las redes móviles GSM.. ü. Análisis de la arquitectura y funcionamiento de las redes móviles de 2.5G y 3G desarrolladas como solución a las limitaciones de la 2da Generación.. ü. Caracterizar el estado actual de la red te telefonía celular que se encuentra instalada en Cuba.. ü. Proponer,. luego. de. comparar. la. arquitectura,. escalabilidad. y. características. fundamentales de las alternativas existentes, la solución más eficiente para la expansión de la red GSM/GPRS de Cuba. Resultados esperados ü. Crear una base teórica sólida sobre los sistemas de telefonía móviles, como ha sido su evolución, características y funcionamiento de cada uno de ellos.. ü. Se actualizará la información sobre el estado de la de la red de telefonía móvil instalada en el país.. ü. Se obtendrán elementos que podrán contribuir en los estudios y proyecciones que se realizan en ETECSA para el diseño de las futuras redes de telefonía móvil del país.. ü. Se realizará una propuesta de ampliación de la red GSM/GPRS que se encuentra instalada en el Cuba que permita asimilar el tráfico generado por la apertura del servicio a los residentes nacionales.. ü. Realizar recomendaciones a ETECSA para la implementación de las propuestas que se hacen en este trabajo.. Evaluación del impacto social La TFA es una de las variantes de comunicaciones ofrecidas por ETECSA a la población cubana de mayor aceptación, la implementación del presente trabajo es la única forma de continuar ofreciendo nuevos servicios de este tipo a la población que reside en lugares donde no existe disponibilidad de la red fija. Los resultados de este trabajo redundarán en una mejora en la calidad del servicio que presta ETECSA a los clientes que utilizan el servicio de telefonía celular con la consiguiente elevación del nivel de satisfacción de los mismos.. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 3.

(8) Introducción Evaluación del impacto económico Desde el punto de vista económico ya ha sido demostrado por otros estudios de la UNM de ETECSA que la única alternativa de mantener la curva ascendente en los ingresos provenientes de la telefonía móvil es abriendo el mercado a los nacionales y bajando los precios actuales, para lo que se hace imprescindible previamente desarrollar una red que soporte el correspondiente crecimiento el en número de suscriptores móviles. Metodología del trabajo Para la realización de este trabajo se desarrolló una profunda búsqueda bibliográfica, se revisaron tesis que abordan el tema de la evolución de los sistemas de telefonía móvil, se consultaron textos diversos (revistas y artículos actualizados sobre el tema). Se revisaron además normas de la UIT-T y otros estándares relacionados con el tema abordado. Se revisaron además los manuales técnicos y la documentación accesoria del equipamiento que se dispone. Se consultó por otro lado con especialistas de la Unidad de Negocios Móvil acerca de los planes para el desarrollo futuro de la red de telefonía móvil.. El trabajo se encuentra compuesto por 3 capítulos, el primero de ellos brinda una panorámica de los sistemas móviles, como ha sido su evolución, características y funcionamiento de cada unos ellos.. En el capítulo 2 se realiza un análisis de las condiciones en que se encuentra la actual red GSM de Cuba, encargada de brindar los servicios de telefonía celular,. se revisa además el. equipamiento que se encuentra actualmente instalado.. En el capítulo 3 se realiza una propuesta de solución a los problemas de capacidad, calidad y seguridad de la Red GSM en Cuba, mediante la introducción de nuevas tecnologías.. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 4.

(9) Capitulo I 1 1.1. Capítulo I. Generalidades de los Sistemas Móviles. Sistema GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles).. Antecedentes: GSM es el estándar europeo para telefonía celular desde la segunda generación hasta 3G. A principios de la década de 1980, los sistemas analógicos tuvieron un período de rápido crecimiento en Europa Occidental. Cada país se dedicó a desarrollar su propio sistema celular, incompatible con los de los demás, tanto en equipo como en el sistema de operación.. En 1982, la Confederación de Correos y Telégrafos Europeos (CEPT) formó un grupo de estudio, llamado Groupe Special Mobile para estudiar y desarrollar un sistema telefónico móvil terrestre y público, paneuropeo. En 1989 fue transferida la responsabilidad de GSM al Instituto Europeo de Normas y Telecomunicación (ETSI) y en 1990 se publicó la fase uno de las especificaciones GSM. Este sistema tuvo la ventaja de haberse diseñado desde cero, sin importar si era compatible con los sistemas telefónicos celulares analógicos existentes. Después de las discusiones iniciales, se crearon tres grupos de trabajo para lidiar con los aspectos de la definición del sistema, tiempo después se creó un cuarto grupo. En 1986, se estableció un sitio permanente en París para coordinar los esfuerzos realizados por los distintos grupos de trabajo, así como organizar las diferentes recomendaciones para el sistema. Los grupos de trabajo tenían que formar un sistema, ya sea con una unidad móvil o con el móvil montado en un auto, que tuviera acceso al sistema en todos los países en que se instalara el sistema con la posibilidad de hacer uso de todos los servicios. Comparado con los sistemas analógicos, éste nuevo sistema necesitaba una mayor capacidad, costo comparable o incluso menor y una mejor calidad en los servicios de voz. Además este sistema tendría que poder coexistir con los sistemas analógicos. [5]. Se asignó la banda de 890 – 915 MHz y 935 – 960 MHz para el sistema en Europa, sin embargo, cuando el sistema se instaló en algunos países, solo se podía hacer uso de una parte de las bandas asignadas, porque ya se contaba con sistemas analógicos utilizando parte de estas bandas.. Los primeros sistemas celulares eran sistemas analógicos y se denominaron Sistemas Celulares de la Primera Generación (1G), destacándose:. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 5.

(10) Capitulo I ü. AMPS (Sistema Telefónico Móvil Avanzado).. ü. TACS (Sistema de Comunicación de Acceso Total).. ü. NMT (Teléfono Móvil Nórdico).. A finales de la década del 80, el desarrollo de la tecnología digital fue llevado inmediatamente a los sistemas de teléfonos celulares, a partir de este cambio, la capacidad de transmisión de datos fue introducida a la red telefónica celular. La nueva generación de sistemas celulares digitales nombrado Sistemas Celulares de la Segunda Generación (2G) resolvieron muchas de las deficiencias que presentaron los de la primera generación, los mismos no dependían en ningún sentido de los sistemas anteriores. Los más destacados fueron: ü. GSM (El Sistema Global para las Comunicaciones Móviles) del Instituto de Estandarización de las Telecomunicaciones Europeas. ü. ETSI: Instituto de Estandarización de las Telecomunicaciones Europeas.. ü. TDMA/IS-136: Asociación de Industrias de Telecomunicaciones).. ü. S-95/CDMA (Qualcomm 1992).. ü. PDC (exclusivo en Japón).. El servicio comercial del sistema GSM llegó en 1992, aunque el tamaño de las áreas de cobertura y el número de usuarios eran bastante discretos. Las redes que estaban funcionando se basaban en las especificaciones de la fase uno y no todos los servicios contemplados en la fase uno estaban disponibles.. En la actualidad GSM ha sido reconocido por su gran éxito técnico y comercial desarrollado en Europa y ha tenido un despliegue acelerado por todo el mundo. Al termino del 2006 más de 2.16 mil millones subscriptores usan GSM en 400 redes diferentes. (Ver Anexo1). Esta amplitud del mercado es la razón por la que las siglas GSM han tomado otra acepción Global System for Mobile Comunications que es diferente de la original de 1982 (Groupe Spécial Mobile).. Los rasgos principales de la primera fase incluyeron soporte para los servicios básicos de telefonía, las llamadas de urgencia, los servicios de datos a tasas de bits de 300 bit/s hasta 9.6 Kbps, la autentificación y codificación. El servicio de mensajería corta fue incluido en esta primera fase, aunque su éxito comercial no fue logrado al principio. En la parte de la red de la interfaz de radio, el salto de frecuencia, control de potencia de transmisión y la transmisión discontinua fueron rasgos de las estaciones móviles, especificados en la primera fase de GSM.. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 6.

(11) Capitulo I Las especificaciones de la segunda fase fueron cerradas en octubre de 1995 y dentro de ellas incluyeron un mecanismo para la compatibilidad entre las diferentes fases y el manejo de los errores para posibilitar la evolución de la red. La segunda fase incluyó nuevos avance en los servicios suplementarios como llamada en espera, aviso de la factura, llamada en conferencia, etc. En la transmisión de datos, se incluyó el soporte para servicios del grupo 3. (Ver Anexo 2).. Las fases del sistema GSM, facilitaron una base sólida para la migración del sistema hacia las redes 3G, las cuales se especificaron en la fase 2+. Relacionado al núcleo de la red, (CN). Las especificaciones detallaron la implementación de los servicios de datos por conmutación por paquetes, específicamente en GPRS. En la parte de los sistemas de acceso por radio, se especificaron los avances en la tecnología en los modos de circuitos y de paquetes para posibilitar tasas superiores de bits y un aumento en la capacidad de la red para ambos modos. (Ver anexo 3). Para la introducción de nuevos servicios en GSM y el soporte de los denominados SOSS (Servicios Específicos del Operador) fue esencial asegurar la conexión de la red GSM con la red inteligente (RI). El objetivo es lograr que cuando un abonado se encuentre en una red no propia (Itinerante) pueda gozar de los servicios suplementarios definidos en su red propia, especificados en su HLR o en otro SCP (Punto de Control de Señalización) de la red inteligente de origen. La implementación de este tipo de conceptos implica que los operadores deben permitir a otros operadores o suministradores de servicios, el acceso a sus redes, incluyendo la señalización.. Otras mejoras importantes conciernen al SMS (Servicio de mensajes cortos). La idea era lograr que el SMS pasara de ser un simple servicio para convertirse en un sistema de comunicación entre la red y la SIM (Tarjeta de identificación de abonado), dando la posibilidad de introducción de nuevos servicios, ya que este permite comunicar de forma bidireccional y en cualquier momento, a la red origen y al terminar. 1.1.1. Arquitectura de la red GSM.. Una red de GSM consiste de tres subsistemas: ü. El Subsistema Estación Base (BSS).. ü. El Subsistema de la Red y Conmutación (NSS).. ü. El Subsistema de Soporte y Operación (OSS).. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 7.

(12) Capitulo I 1.1.1.1 El Subsistema de Estación Base (BSS). La tarea principal del subsistema de la estación basa es interconectar las estaciones móviles con la red interna abreviadamente. El subsistema de estación base (BSS) está compuesto de la estación móvil (MS), las estaciones bases transceptoras (BTS) y los controladores de las estaciones bases (BSC) y Unidad Transcodificadora y Adaptadora de Velocidad (TRAU). (Ver Anexo 4) [6] [7] [8]. Una BTS consiste en un espacio de equipos con transmisores/receptores (TRX), fuente de alimentación, combinadores, divisores de la potencia, cables de antena, un mástil, demoduladores, antenas y pre-amplificadores de antena.. Otro elemento esencial en el sistema (BSS) es el BSC, cuya función principal es controlar y manejar el BSS y los canales de radio. Transfiere la información de señalización hacia y desde las estaciones movibles (MS) y maneja las transferencias de celdas (handovers). En el sistema del GSM esta clase de asignaciones se define aparte del centro de conmutación móvil de modo que el MSC tenga más tiempo para conmutar llamadas a través de sí.. El MSC establece las conexiones con las estaciones móviles (MS) a través del BSC, y el BSC maneja los eventos de la interfase de radio durante la conexión. Un BSC controla varias estaciones bases (BTSs). El BSC controla varias BTSs, y las agrupa constituyendo las áreas de localización o cobertura (LA) (Ver figura 1.1). Es posible que las BTSs estaciones bases del transceptor que constituyen el área de estén en el área de localización de dos diferentes BSC. Si la estación móvil (MS) se mueve en estado de espera de un área de localización a otra, este tendrá que actualizar su localización en el BSC. Cuando la red conoce el área de localización de cada estación móvil (MS), queda habilitado que en caso de llamada entrante la red intenta la comunicación con la estación móvil solamente a través de las células que conforman el área de localización donde se encuentra. (Esto es conocido como paginación).. Figura 1.1 La estructura de las áreas de localización Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 8.

(13) Capitulo I El BSC controla la asignación de canales y conoce a cada instante, que canales están en uso y cuales se encuentran libres en cada célula de su área. Sobre la base de los reportes de medición enviados por las estaciones del móvil el BSC también sabe el nivel de la interferencia de cada canal. Normalmente el BSC solamente reporta para el MSC sobre los cambios realizados en los canales pero en caso de entre dos BSCs el MSC toma parte en el cambio de canal. Las transferencias de celdas pueden ocurrir por cambios en la fuerza del campo o el nivel de calidad percibido. En el sistema GSM la decisión de transferencia de celda es tomada por el BSC en base de los reportes de medición del MS y de la BTS. Además de toda la asignación mencionada antes, el BSC también controla los parámetros del interfaz de radio. Hay típicamente muchos de los parámetros en el interfaz de radio que contienen por ejemplo las secuencias de saltos de frecuencia del los canales de tráfico (TCHs) y las actualizaciones de localización.. Generalmente un MSC administra varios BSCs, y varias estaciones transceptoras bases se conectan típicamente a un BSC. Las cantidades dependen de la capacidad de los dispositivos, que cambia entre los diversos fabricantes. La capacidad también depende de la capacidad de los registros en el sistema central.. La estación móvil (MS) es un microteléfono móvil, un terminal portátil o un equipo móvil (ME). El sistema celular GSM provee movilidad al usuario; con movilidad personal dado por la inserción de un Módulo de la Identidad del Suscriptor en la estación móvil. La SIM tiene el número personal asignado al usuario.. Cada tarjeta SIM tiene un número de identificación único llamado IMSI (Identidad Internacional del Abonado Móvil). Además, a cada equipo se le asigna un único identificador de “hardware” conocido como IMEI (Identidad Internacional del Equipo Móvil). La estación móvil provee al usuario la interfaz de radio a la red GSM.. El SIM es una tarjeta inteligente que permite la identificación de cualquier suscriptor por la red. Con el SIM, un usuario puede usar cualquier teléfono celular sin cambiar nada de su perfil desde el punto de vista de la red.. A continuación a modo resumen se relacionan las funciones de cada uno de los componentes del BSS.. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 9.

(14) Capitulo I Funciones del BSS. ü. Gestión de canales en el enlace BSC-MSC.. ü. Gestión de canales de radio.. ü. Configuración de los canales de radio (la recibe del OMC).. ü. Gestión de secuencias de salto de frecuencia (BSC, OMC) estas secuencias son enviada por el BSC hacia la BTS.. ü. Selección de canal, supervisión del enlace y liberación de canal.. ü. Control de potencia en el móvil. Determinación del nivel de potencia necesario en el móvil.. ü. Control de potencia en el BSS.. ü. Determinación de la necesidad de realizar cambio de canal.. Funciones del BSC. ü. Provee todas las funciones de control y los enlaces físicos entre la BTS y el MSC.. ü. Asignar y controlar los canales de tráfico (TCH).. ü. Controlar los saltos de frecuencia.. ü. Garantiza el Handover entre celdas de una misma BTS o entre celdas. ü. Realizar mediciones del nivel de las señales en los canales de radio.. vecinas.. Funciones de la BTS. ü. Gestión de canales radio.. ü. Supervisión de canales libres, y envío de información de estos hacia la BSC.. ü. Temporización de bloques BCCH/CCCH. Edición de mensajes de aviso.. ü. Detección de accesos al sistema por parte de móviles.. ü. Codificación y entrelazado para protección de errores.. ü. Determinación del avance de temporización que hay que utilizar para una comunicación con el móvil.. ü. Medidas de intensidad de campo y calidad de las señales recibidas de los móviles. Recepción de medidas enviadas por los móviles sobre condiciones de intensidad y calidad.. ü. Construcción de los mensajes de aviso a partir de la información recibida desde el BSC.. ü. Detección de acceso por traspaso de un móvil, y comprobación de la identificación de referencia de este traspaso de acuerdo con la información recibida desde BSC.. ü. Encriptación de la información de señalización y tráfico. [9]. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 10.

(15) Capitulo I 1.1.1.2 El Subsistema de la red y conmutación (NSS). El Sub-Sistema de Conmutación y Red (NSS) está compuesto de MSCs y registros relacionados con él. Los registros relacionados son registro de posición de residentes locales (HLR), registro de posición de visitantes (VLR), registro de identidad de equipo (EIR), centro de autentificación (AuC) y registro de llamada de grupo (GCR). NSS maneja las conexiones entre red externa y las Estaciones Móviles (MS). El NSS también maneja conexiones internas en la red GSM. Estas conexiones son enlaces entre dos MSC’ s y conexiones internas de MSC. En el MSC se definen interfaces específicas debido a las conexiones externas para servicios tanto de voz como datos. En estas conexiones, se utilizan normalmente numeración de red fija y señalización de canal común (CCS). Debido a servicios de datos, se definen funciones coincidentes contra las redes externas.. El MSC es la parte más importante del NSS, y tiene asociado las tareas principales, manteniendo y descargando conexiones en el área. La estructura del MSC es casi idéntica a la estructura de los centros de conmutación en las redes fijas. Las estructuras de estos dos diferentes centros son tan parecidas que los centros de conmutación en la red fija imaginan el MSC como cualquier intercambiador de transito digital. Comparado con los centros en la red fija, el MSC hace las funciones especiales relacionadas, por ejemplo la administración de movilidad y protección de la conexión.. Uno o más BSCs están conectados al mismo MSC por la Interfaz -A. Puede haber uno o más conexiones a los centros de telefonía externos o redes de ISDN. Es necesario que el MSC deba poder procesar una gran cantidad de peticiones de servicio porque la carga del procesador del MSC es múltiple comparado con los centros en la red fija. Esta es una consecuencia de la gran cantidad de señales concernientes a la administración de movilidad, transferencias y otras funciones características de la señalización de las redes GSM.. Puede haber cinco registros relacionados con el MSC, pero solamente dos de estos cinco registros son imprescindibles. Estos registros son HLR y VLR y los tres restantes son útiles pero no imprescindibles.. En el HLR, se encuentra la información de abonado y facturación capturada y los servicios suplementarios del número. Esta información puede ser permanente o cambiante. La información permanente incluye el número del abonado móvil de ISDN (MSISDN), la identidad internacional del abonado móvil (IMSI), parámetros de criptografía del abonado y el tipo de Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 11.

(16) Capitulo I conexión del abonado. La información cambiante, por otra parte, incluye información de la ruta de llamada y información de transferencia de llamada. Cada abonado esta registrado solamente en un HLR y es en la del operador de la red inicial. En la práctica, el HLR es un ordenador equipado con un gran disco duro y este ordenador se conecta al MSC con el interfaz-C.. El VLR contiene la información de abonado de cada MS fuera de su red inicial. Cuando el MS se actualice en una nueva área de MSC, el VLR de esa área solicita la información de abonado del HLR y al mismo tiempo actualiza la información de posición al HLR. La información de abonado del MS será conservada en el VLR tanto tiempo como el MS permanezca en el área de ese VLR. Además de en el HLR, la información de abonado se encontrará siempre en un VLR. Cuando el abonado se desplace en la red al área de un VLR nuevo la información de abonado del MS se suprimirá del VLR viejo y conservada en el VLR nuevo. En la práctica el VLR contiene por ejemplo los números de MSISDN e IMSI, identidad temporal móvil la (IMSI), número de estación móvil que pasea (MSRN), y la información sobre el área de posición (LA.) Además el VLR también contiene las especificaciones de servicio y parámetros de criptografía (tripletas de criptografía Un VLR integra siempre cada MSC y por esta razón el centro de conmutación móvil a menudo se nombra con el acrónimo MSC/ VLR. El VLR. está conectado al MSC por la. interfaz- B. Debido a que el MSC y VLR siempre están integrados, la interfaz-B no es específica. El VLR se conecta al HLR por la interfaz-D y la señalización a otros elementos VLR se lleva fuera por la interfaz-G. 1.1.1.3 El Subsistema de Soporte y Operación. El subsistema de operaciones (OSS) no es exactamente específico. Por consiguiente se deja un grado elevado de libertad de elección para los fabricantes de red. Por otra parte se especifican los interfaces entre OSS y otros elementos de red.. El OSS tiene varias tareas, las cuales requieren conexión con BSS o NSS. Las tareas más importantes del subsistema de operaciones son operación y mantenimiento de la red y la administración de la información de abonado y estaciones móviles. El objetivo de OSS es ofrecer al suscriptor soporte muy económico para las operaciones centralizadas, regionales y locales; y las actividades de mantenimiento que son necesarias para la red GSM.. Una función importante de OSS es brindar administración y soportar el mantenimiento de las operaciones diferentes y las organizaciones de mantenimiento.. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 12.

(17) Capitulo I El OSS es el ente funcional, donde el operador de la red GSM supervisa y controla el sistema. El OSS está compuesto por el Centro de Operaciones y Mantenimiento (OMC), el Centro de Autentificación (AuC), y el Registro de Identidad de Equipo (EIR). El Centro de Operaciones y Mantenimiento (OMC): En una red GSM, muchas decisiones de operación y de mantenimiento están bajo la responsabilidad de operadores individuales, pero las líneas generales son dictadas por el OMC. El OMC está conectado a los otros elementos de red con la estrictamente específica interfaz-Q3 para permitir la compatibilidad entre dispositivos de fabricantes diferentes. En la práctica esta compatibilidad nunca existió de modo que debe haber tantos OMCs como dispositivos de diferentes fabricantes en la red.. Existen uno o varios centros de operaciones y mantenimiento (OMC) en el OSS, en el cual es posible instalar software de los elementos de red, entrada de parámetros y supervisión de los estados de los elementos de red. El OMC está conectado directamente al MSC y el BSC y al BTSs por medio del interfaz de Abis del BSC. OMC es utilizable desde las estaciones de trabajo por medio de la interfaz hombre- máquina (MMI). Sus funciones fundamentales son: ü. Operación y regimenes de funcionamiento.. ü. Mantenimiento.. ü. Cambios en el sistema de control.. ü. Regimenes de seguridad.. ü. Administración y funcionamiento comercial.. El Centro de Autentificación (AuC): es una unidad que provee la autenticidad y los parámetros de encriptación que verificar la identidad del usuario y garantiza la confiabilidad de cada llamada. El AuC protege el operador de la red contra diferentes tipos de fraude presentes en el mundo actual.. EL Registro de Identidad de Equipo (EIR): es también una base de datos que contiene información acerca la identidad de equipo móvil que no permite el uso de equipos robados, los equipos fraudulentos y los defectuosos. El AuC y EIR están implementados como nodos separados (stand Alone) o se usan en combinación como un nodo.. 1.1.2. Servicios de telecomunicaciones en GSM.. Se han especificado los servicios básicos prestados por el sistema GSM sobre la base de conceptos de RDSI y utilizando la clasificación de: Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 13.

(18) Capitulo I ü. Servicio portadores.. ü. Teleservicios.. ü. Servicios suplementarios.. Los servicios portadores se establecen entre las terminaciones de red a ambos lados, ofreciendo al usuario una capacidad de transporte independiente del contenido de la información, en régimen síncrono/asíncrono, modos circuitos y paquetes y velocidad hasta 9600 bit/s.. Los teleservicios se prestan entre terminales móviles. En GSM se ofrece una amplia gama, donde se destacan los siguientes:. Telefonía digital codificada con una velocidad total de 13 Kbps: Se ha desarrollado una codificación a velocidad media de 6.5 Kbps, que permitirá duplicar la capacidad de los canales.. Mensajes cortos: Permite a los usuarios enviar/recibir mensajes breves a través de un centro de control conectado a la red fija, incluyendo mensajes de difusión a grupos de usuarios. ü. Tratamiento de mensajes.. ü. Videotex.. ü. Teletex.. ü. Facsímile.. En cuanto a los servicios suplementarios, se puede destacar los siguientes: ü. Identificación del abonado.. ü. Redireccionamiento de llamadas.. ü. Llamada de espera.. ü. Terminación de llamadas de usuarios ocupados.. ü. Grupo cerrados de usuarios.. ü. Tarificación (llamadas gratuitas, a cobro revertido, avisos).. ü. Mantenimiento de llamadas.. ü. Multiconferencias.. 1.1.3. Procesamiento de Señales GSM.. El sonido se convierte en una señal eléctrica mediante el micrófono. La señal de entrada se filtra, de forma que sólo contenga componentes en frecuencia por debajo de unos 4 KHz. La señal en banda base de telefonía se reduce al mínimo ancho de banda entre 300 Hz y 3.4 KHz, suficientes para el reconocimiento inteligible de la voz. Después del filtrado, se muestrea con un Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 14.

(19) Capitulo I convertidor analógico digital a una frecuencia de 8 KHz, y se cuantiza linealmente con 13 bits, por lo que la velocidad de transmisión en este primer nivel es de 104 Kbps. Esta interfaz en el proceso de codificación de la voz se llama interfaz de audio digital ("Digital Audio Interface" ó DAI). Pero, 104 Kbps es una velocidad demasiado alta para ser transmitida a través de la interfaz de radio. Por esto se utiliza el codificador RPE-LTP que reduce significativamente esta velocidad (22,8 Kbps), manteniendo únicamente las componentes relevantes de la DAI.. El modo de funcionamiento del codificador se recoge en la recomendación ETSI GSM 06.10 "GSM Full Rate Speech Transcoding" [10]. El codificador RPE-LTP es un codificador híbrido o paramétrico que utiliza un predictor lineal para eliminar la correlación entre tramas y que mejora la calidad de la señal con un predictor de retardo largo y una secuencia de excitación de patrones de pulsos regularmente espaciados.. Al estar la MS en movimiento y en terrenos irregularidades se producen variaciones y desvanecimientos en la señal recibida por el terminal, estas provocan errores en las transmisiones digitales. En el entorno rural cuando estos desvanecimientos son muy grandes, desciende demasiado el nivel de señal. En el entorno urbano el nivel de interferencia por canal puede superar él límite tolerado.. Para proteger la transmisión contra errores, el sistema GSM utiliza un FEC (Forward Error Correction) que consiste en la adición de bits redundantes de paridad a los datos transmitidos, siendo capaz el sistema de detectar que ha habido un error y corregirlo.. Salida del Codificador. 50. 132. Paridad Paso intermedio. 260 bits a 13 Kbps.. 78. Bits de cola. 179 bits (+78bits).. 50. 3. 132. 4. 2x189. 78. 456 bits a 22.8 Kbps. Tasa de un canal de tráfico. Figura 1.2 Codificación del canal.. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 15.

(20) Capitulo I Como los desvanecimientos, generan errores en los sistemas móviles, evolucionan a una velocidad mucho menor que 270 Kbps (velocidad de transmisión del sistema GSM), por tanto los errores tienden a suceder en ráfagas. Los errores en el canal se distribuyen en periodos con una alta tasa de error, seguidos de intervalos muy largos con tasas de errores bajas. Para que el código corrector de errores trabaje adecuadamente los errores deben estar distribuidos más o menos uniformemente en el tiempo, por lo que la reordenación y el interlineado son las vías para conseguirlo en el sistema GSM. Los bloques de 456 bits codificados son reordenados e interlineados sobre 8 grupos multiplexados en el tiempo, bien sobre los 4 pares, bien sobre los cuatro impares. Cada bloque de 456 bits codificados se divide en 8 partes (57 bits) que son entremezclados con los del bloque precedente o con los del posterior.. A estos nuevos grupos de 114 (57+57) bits se les añade unos bits (1+1) que indican si los bits del enlace de voz de las partes pares o impares han sido sustituidos por datos del FACCH.. Estos nuevos grupos de 116 (58+58) bits son los que forman las ráfagas que se transmiten. Trama n +1. Trama n B1. B2. B0. B3. B4. B0. B1. B2. B3. B4. B5. B6. B7. B1. B5. B2. B0. B1. B2. B3. B4. B5. B6. B7. B3. B7. B6. B4. B5. B4. B6. B0. 116 bits Figura 1.3 Entrelazado.. La velocidad de bit que modula una portadora GSM es de 270.838 Kbps que significa un intervalo de 577 s que corresponde a una duración de 156.25 bits. Se denomina "Burst" a esta ráfaga o secuencia de datos de extensión 156.25 bits. El Burst esta hecho de una parte útil y una de guarda. La primera contiene los datos para ser transmitidos, una secuencia de entrenamiento y una cola de bits. En la segunda, el periodo de guarda, no se transmite nada y su propósito es permitir una variación en el tiempo de la llegada del burst sin que se solapen las partes útiles de las ráfagas adyacentes.. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 16.

(21) Capitulo I 1.2. Sistema General de Paquetes por Radio. GPRS.. Antecedentes: A mediados de la década de los 90, el European Telecommunications Standard Institute o ETSI, decidió establecer un nuevo estándar basado en el interfaz aire del sistema GSM, para la transmisión de paquetes vía radio denominado General Packet Radio System o más comúnmente llamado GPRS, también conocido como GSM-IP, ya que permite una adecuada integración de los protocolos de Internet TCP/IP con la red móvil GSM que ya se encuentra en operación. GPRS es un subsistema dentro del sistema GSM, GPRS introduce la conmutación de paquetes de datos a GSM, sin embargo, también se puede utilizar en TDMA pero el sistema no se implementó. [5]. Cuando un usuario transmite datos, se encapsulan en paquetes cortos, en cuya cabecera se indica las direcciones origen y destino, cada uno de estos paquetes puede seguir rutas diferentes a través de la red hasta llegar a su destino, así mismo, los paquetes originados por diferentes usuarios pueden ser intercalados, de esta forma se comparte la capacidad de transmisión. Los paquetes solo son enviados cuando se necesita, así se asigna la capacidad de la red, siendo liberada cuando no es necesaria. Al solo ser utilizado cuando se requiere enviar información, se adapta perfectamente a la muy intermitente naturaleza de las aplicaciones de datos. El sistema GPRS actualiza los servicios de datos GSM para hacerlos compatibles con LANs , WANs e Internet.. GPRS ha sido implementado en muchas redes de GSM desde el 2000. Actualmente más de 200 operadores. de. telecomunicaciones. han. invertido. en. esta. tecnología,. y. existen. aproximadamente 150 redes con el GPRS ya en servicio comercial.. GPRS utiliza recursos de radio solamente cuando existan datos para ser enviados o recibidos, lo que se adapta muy bien a la naturaleza de ráfaga de las aplicaciones de datos. Una de las principales ideas del sistema de GPRS es que no consumirá necesariamente ninguna capacidad de las funciones de circuito conmutado en la ruta de radio. Esto es posible porque el sistema GPRS puede ser parametrizado para utilizar solamente la capacidad que dejan de las llamadas de circuito conmutado y la transmisión de datos. GPRS toma ventajas de la sobre capacidad que permanezca inutilizada por otras funciones. (Ver Figura 1.4).. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 17.

(22) Capitulo I. Figura 1.4 El uso de canales GPRS según capacidad disponible.. GPRS divide la información en paquetes, lo cuales son transmitidos sobre cualquier circuito disponible. Cuando no hay ningún paquete a enviar por un teléfono, los circuitos quedan disponibles para paquetes de datos de otros teléfonos. Esto hace muy eficaz el uso de los recursos de red disponibles y permite la introducción en comunicación móvil siempre en línea. En la segunda generación redes móviles, se manejan llamadas utilizando la tecnología tradicional de conmutación de circuito. Un circuito dedicado (time slot) es asignado entre dos puntos durante la duración de una llamada. Ningún otro teléfono puede utilizar este circuito durante la llamada, a pesar de si se están transmitiendo o no datos a través de él. GPRS no tiene ningún tiempo de enlace de modo que está conectado siempre a Internet. GPRS ofrece tiempos de establecimiento de sesión por debajo de un segundo. Los usuarios de GPRS tienen acceso continuo a servicios móviles de Internet todo el tiempo como se encuentre encendido el teléfono.. En las. actuales redes de radio de GSM, las ranuras de tiempo individuales ofrecen una. cadencia de datos de 9.6 Kbps (o 14.4 Kbps en algunas redes mejoradas). GPRS utiliza las mismas ranuras de tiempo pero puede utilizar varias al mismo tiempo (multiranura técnica) permitiendo más elevadas cadencias de datos sin la necesidad de establecer una conexión dedicada.. La capacidad de conmutación de paquetes proporcionada por GPRS es fundamental para la introducción de comunicaciones móviles de 3G, que se desarrolla sobre la base de comunicaciones IP proviendo banda ancha para servicios multimedia móviles.. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 18.

(23) Capitulo I 1.2.1. Arquitectura de GPRS. La implementación del servicio de paquete de datos conmutados causa varios cambios a la red GSM existente. Nuevos elementos de red se necesitarán cuando se actualiza la red GSM para la utilización de GPRS. Las BTSs y BSC de la red GSM necesitarán al menos software y posiblemente actualizaciones de hardware según la implementación de dispositivo y la versión. El HLR puede ser actualizado a nivel de software. Además de todo esto, se necesita una extensión a la red de GSM, una red backbone de GPRS en forma totalmente nueva.. En las redes GPRS se incluyen dos nuevos elementos en comparación con las GSM, con el fin de crear un modo de transferencia de paquetes entre terminales. Estos dos elementos son el SGSN (Nodo Soporte de Servicio GPRS) y el GGSN (Puerta del Nodo Soporte GPRS). El primero se encarga del envío de paquetes a las MSs dentro de su área de servicio, los segundos actúan como una interfaz lógica hacia redes externas de paquetes de datos. En algunos nodos de la infraestructura GSM como la MSC, el HLR y el VLR se necesitan actualizaciones de software, además de unos cambios menores a las BTS. En el BSC, se necesitan actualizaciones de software y hardware. El Anexo 5 muestra la estructura de una red GPRS y su conexión con redes externas. [11] [12] [13]. El SGSN transporta paquetes entrantes y salientes dirigidos desde y hacia las MSs. Un usuario es servido por el SGSN correspondiente a su localización en el momento que requiere el servicio de la red. Los datos son enrutados desde el SGSN hacia el BSC para pasar posteriormente a la BTS y finalmente a las MSs. Para llevar a cabo todo este transporte es necesaria la señalización con otros nodos de la red tales como el HLR, el MSC, el BSC y el GGSN.. El GGSN proporciona la interfaz hacia las redes externas basadas en paquetes; trabaja como un enrutador para las direcciones IP de todos los usuarios atendidos por la red GPRS. Para lograr esto el GGSN intercambia información de enrutamiento y establece conexiones con las redes externas.. La administración de movilidad (MM) en GPRS es diferente al sistema tradicional GSM. En el GPRS existen tres estados de administración de movilidad nombrados disponible, en espera y preparado. La administración de movilidad del GPRS incluye las funciones de conexión y desconexión del GPRS, funciones de seguridad, ruteo y actualizaciones de posición, y la activación y desactivación del Protocolo de Datos por Paquetes (PDP). GPRS difiere de modo Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 19.

(24) Capitulo I significativo de GSM en el caso de transferencias porque no hay ninguna transferencia en GPRS. El sistema de GPRS tiene celda única reselección, que se hace de forma autónoma por el móvil. El GGSN funciona como un interfaz con la red externa de conmutación de paquetes. El GGSN se conecta con los SGSNs por una conexión IP sobre el backbone GPRS. Este realiza casi el mismo conjunto de funciones que el SGSN excluyendo el SMS.. 1.2.2. Nodos GPRS y sus funciones.. Los nodos GPRS se clasifican en nodos primarios y en nodos secundarios Los nodos primarios son el SGSN y el GGSN, los que llevan el mayor peso del servicio. [14] Nodo de Soporte Servidor GPRS (SGSN) Es el equivalente jerárquico del MSC de GSM y tiene entre sus funciones: ü. Conectar el terminal a la red GPRS.. ü. Controlar el acceso a la red GPRS mediante el intercambio de información con el HLR donde se encuentra el perfil de suscripción de usuario.. ü. Gestionar procedimientos para la localización y movilidad del usuario.. ü. Funciones de autentificación y verificación.. ü. Entrega de paquetes desde y hacia los móviles dentro de su área de servicio.. Todo esto lo hace mediante el protocolo de canalización (GPRS tunnelling protocol). Su función principal es la selección del GGSN más apropiado a servir de interfaz con el móvil en dependencia del destino y tipo de información a transferir. Puerta del Nodo de Soporte GPRS (GGSN) Este actúa como interfaz entre la red troncal GPRS y otras redes. Convierte los paquetes GPRS que proceden del SGSN al formato apropiado del protocolo de datos por paquetes (PDP) por ejemplo IP o X.25 para luego enviarlos a la red correspondiente. En el otro sentido las direcciones de los paquetes entrantes se convierten en la dirección GSM del usuario destino. Nodos Secundarios: BG (Puerta Límite), CG (Puerta de Carga), DNS (Servicio de Nombres del Dominio). BG: Interfaz entre redes GPRS. Representa la puerta de conexión con otras PLMN y posibilita el intercambio de datos de forma segura a través de la red de transporte Inter-PLMN en lugar de hacerlo a través de Internet. Un BG es un enrutador que maneja algún protocolo de “routing” a Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 20.

(25) Capitulo I través de la interfaz Gp. Normalmente se utiliza BGP (Border Gateway Protocol). Suele tener implementada la función de “Firewall”. Permite autentificación de usuarios móviles con las redes de paquetes externas. Genera registros de tarificación. CG: Recolecta los registros de tarificación generados por los nodos SGSN y GGSN que tienen los registros detallados de la duración de las sesiones de datos de los usuarios con las redes exteriores así como los volúmenes de datos intercambiados, calidad de servicio negociada y utilizada en las transferencias y los envía al sistema de facturación (Billing System). DNS: Convierte los nombres de “host” de los destinos que desea el móvil en direcciones IP para así la torre de protocolos TCP/IP implementados en la PC pueda formar el paquete IP correcto. 1.2.3. Esquemas de código de GPRS.. La codificación de canal es una técnica utilizada para proteger los paquetes de datos transmitidos contra errores. Hay definidos cuatro esquemas de codificación de. canales en. estándares de GPRS para canales de tráfico de paquetes de datos. Estos esquemas de codificación son designados como CS-1… CS-4. CS-1 tiene la corrección de error más elevada y productividad de datos más baja y la técnica de codificación de canal que utiliza es la misma que el SDCCH del GSM (Especificación de ETSI GSM 05.04) [15]. Los esquemas de codificación 2 y 3 son versiones puntuales de CS 1. En CS 4 no se utiliza codificación de canal del todo. La codificación de canal más eficaz utilizada es la de menor proporción de la carga útil en la emisión. Así se consiguen cadencias de datos más elevadas reduciendo o suprimiendo los bits de corrección de error. La tabla 1.1 Presenta los parámetros más importantes de los diferentes esquemas de codificación.. Esquema de codificación. CS-1. CS-2. CS-3. CS-4. Bits en un bloque de radio. 456. 456. 456. 456. Bits información. 181. 268. 312. 428. Bits Rectificación errores. 275. 188. 144. 28. Velocidad kbps. 9.05. 13.4. 15.6. 21.4. Velocidad máx con 8 time-slots. 72.4 kb/s. 107.2 kb/s 124.8 kb/s 171.2 kb/s. Tabla 1.1 Los parámetros más importantes para esquemas de código de GPRS.. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 21.

(26) Capitulo I Los esquemas de codificación de canal tienen una correlación directa a la relación C/I, la utilización del más bajo esquema de codificación de canal, debe resultar la mejor relación C/I. En base a esto, todos los esquemas de codificación de canal tienen sus propias áreas de alcance diferentes. El área de alcance conseguida con CS-1 es de la misma clase que las áreas de alcance en los sistemas de GSM tradicionales con los mismos esquemas de codificación. El más débil de los esquemas de codificación utilizados, es el de mayor área de alcance conseguida. En la práctica esto significa que las cadencias de datos más elevadas serán cerca de la estación base y más bajas en los bordes o fronteras de las áreas de alcance (ver Anexo 6). 1.2.4. Terminales GPRS.. Los terminales GPRS presentan las siguientes características comunes: Capacidad Dual: Los terminales GPRS están adaptados para aprovechar la cobertura existente GSM para la voz y en GPRS para la transmisión de datos. Velocidad de transferencia: Los terminales GPRS utilizan varios canales simultáneos o slots. El número de canales depende de cada terminal, variando de 1 a 4 para la recepción de datos y de 1 a 2 para el envío. Cada canal representa una velocidad teórica de 13.4 kilobits (en GSM sólo 9 Kbits). Tarjeta SIM: La tarjeta SIM es la misma que para GSM. No es preciso cambiar de tarjeta para usar GPRS.. Los terminales GPRS (GPRS MS) están divididos en tres clases de acuerdo a su funcionabilidad. Clase A: Es la clase más demandada de los terminales GPRS. Un terminal de esta clase puede establecer ambas conexiones simultáneas conmutación de circuito (CS) y de conmutación de paquete (PS).. Clase B: Tiene la posibilidad para seleccionar automáticamente el tipo de conexión entre conmutación de circuito y conmutación de paquete, pero solamente una puede ser utilizada al mismo tiempo. De forma que si el MS tiene ambas conexiones CS y PS conformadas uno de ellos está en la espera del otro.. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 22.

(27) Capitulo I Clase C: Estos terminales no pueden tener ambos servicios al mismo tiempo y la selección del modo de operación debe ser hecha manualmente. Esta clase incluye un caso especial, terminales que solamente soportan servicios de conmutación de paquetes (PS).. Algunos de los terminales GPRS que se han venido desarrollando con capacidades adicionales a medida que del avance tecnológico: ü. Teléfonos móviles con visor cada vez mayor y con mejor resolución. Estos terminales permitirán el uso de información escrita o gráfica de forma resumida. Además actuarán de módem inalámbrico cuando se conectan a un ordenador portátil o de sobremesa.. ü. Terminales tipo Organizador Personal Digital (PDA "Personal Digital Assistant") con pantalla plana en color de mayor formato y gran capacidad gráfica.. ü. Computadoras portátiles que utilicen para su conexión inalámbrica un teléfono móvil GPRS o una tarjeta PCMCIA con capacidad de comunicación móvil.. ü. Otros dispositivos muy diversos que utilizarán comunicación móvil y que estarán adaptados a una función muy especializada como sistemas de navegación en los coches, tarjetas de comunicación inalámbrica en máquinas de ventas automáticas, dispositivos de telemetría y telecontrol industrial, etc.. 1.2.5. Arquitectura de protocolos.. El servicio GPRS esta basado en la arquitectura de niveles de red del modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) establecido por la Organización de Estandarización Internacional (ISO). La estructura de protocolos GPRS se muestra en el anexo 7. [16]. La comunicación vía radio entre la MS y la red GPRS es manejada por la funcionalidad de los niveles físicos y de enlace de datos. La capa de enlace de datos se encuentra dividida en dos subcapas: LLC y el control de enlace de radio/control de acceso al medio (RLC/MAC). La LLC es la capa de nivel superior del nivel de enlace de datos, la cual suministra el enlace lógico entre la MS y el SGSN. El nivel RLC/MAC suministra servicios para la transferencia de información sobre el nivel físico de la interfaz de aire GPRS.. También define los procedimientos que habilitan múltiples MSs compartiendo el medio de transmisión, el cual puede estar conformado por diversos canales físicos. Esta capa además es responsable de la transmisión de bloques de datos a través de la interfaz de aire y de la corrección de errores desde la fuente (Backward Error Correction o BEC) por medio de la retransmisión de paquetes con ARQ (Automatic Repeat reQuest) . Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 23.

(28) Capitulo I El nivel MAC opera entre la MS y la BTS, cumple funciones de señalización para el acceso al medio como su nombre lo indica, por medio de procedimientos o algoritmos que administran el acceso al canal común por parte de la MS, en otras palabras dirige las múltiples solicitudes de servicios de las MSs, asignando el medio a los usuarios individuales ante la petición de cada uno de los servicios.. La capa física se encuentra dividida en dos, la subcapa de enlace físico (PLL) y la subcapa de radio frecuencia (RFL). La PLL suministra trafico sobre el canal físico entre las MSs y la BTS, incluyendo la formación de tramas, codificación de datos, detección y corrección de errores en el medio físico de transmisión, corrección de errores en el destino (Forward Error Correction o FEC), interleaving y la detección física de congestiones principalmente.. El nivel RFL realiza la modulación y desmodulación de acuerdo a las especificaciones GSM de las series 05, incluyendo las frecuencias portadoras (GSM 05.02), ratas de transmisión de datos de los canales (GSM 05.04); y los requerimientos de desempeño y características de transmisión y recepción (GSM 05.05). 1.2.6. Ventajas, desventajas y servicios del sistema GPRS.. Los aspectos más importantes que diferencian a GSM tradicional de GPRS se muestran a continuación:. Tabla 1.2 Comparación entre GSM y GPRS.. ü. Tarificación: Por volumen de datos transferidos, en lugar de por tiempo.. ü. Conexión Permanente: Un usuario GPRS puede estar conectado todo el tiempo que desee, puesto que no hace uso de recursos de red (y por tanto no paga) mientras no esté recibiendo ni transmitiendo datos.. ü. Velocidad de transmisión: En GSM sólo se puede tener un canal asignado (un "timeslot"), sin embargo, en GPRS, se pueden tener varios canales asignados. La velocidad de transmisión aumentará con el número de canales asignados. Además,. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 24.

(29) Capitulo I GPRS permite el uso de esquemas de codificación de datos que permiten una velocidad de transferencia de datos mayor que en GSM. ü. Dualidad de servicios: Posibilidad de realizar/recibir llamadas de voz mientras se está conectado o utilizando cualquiera de los servicios disponibles con esta tecnología.. ü. Modo de transmisión: Patrón de navegación asimétrico, más adaptado al tipo de tráfico de navegación html o wml (un terminal GPRS 4+1 (4 slots downlink y 1 uplink)) tendrá cuatro veces mayor capacidad de recepción de datos que de envío).. ü. Acceder en movilidad a Internet y correo electrónico. GPRS permite acceder en movilidad a todas las facilidades de Internet usando el terminal GPRS como módem: Acceso a cuentas de correo Internet (lectura y envío de e-mail). Aviso de recepción de correo en el móvil. Navegación por Internet. Descarga de ficheros. Pagando sólo por el volumen de datos transmitidos y recibidos y no por el tiempo de conexión.. ü. Acceso a bases de datos y aplicaciones corporativas desde un dispositivo móvil: Gestión de Fuerza de Ventas: consulta de estados de pedidos, consulta de catálogos, consulta de stocks, información relativa a los clientes desde cualquier lugar. Gestión de equipos de trabajo que operan fuera de la empresa (equipos de mantenimiento, supervisión, repart). Con GPRS se pueden enviar avisos, cumplimentar partes de trabajo, obtener información detallada sobre envíos o reparaciones desde cualquier lugar.. ü. Acceso GPRS a aplicaciones WAP para uso empresariales (a través del servicio WAP): Agenda, directorios, tarjetas de visita, E-mail, correo, Tareas, Tablón, enviar fax, gestión de equipos.. ü. Acceso a servicios de información (a través del servicio WAP): Canales temáticos: noticias, finanzas, viajes, guía de carreteras, reserva de restaurantes, guía de teléfono, centro comercial.. Desventajas o limitaciones Capacidad limitada de la célula para todos los usuarios: GPRS sí tiene un impacto en la capacidad actual de la célula. Existen recursos de radio limitados que tienen que utilizarse para diferentes aplicaciones. Las llamadas de voz y las de GPRS utilizan los mismos recursos de radio. El impacto depende del número de ranuras de tiempo que se le reservan a GPRS. Aunque también se tiene considerar que en horas de mucho tráfico GPRS ayuda a distribuir mejor. Velocidad mucho más baja en realidad: Alcanzar la máxima velocidad de transmisión de GPRS implicaría que un solo usuario utilizará las 8 ranuras de tiempo disponible, y sin protección contra errores. Claramente, un operador de red no destinaría toda su capacidad a un solo Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 25.

(30) Capitulo I usuario, por lo que la velocidad de GPRS es mucho más baja (115kbps) en realidad al utilizar únicamente entre 1 y 3 ranuras de tiempo.. 1.3. EDGE o EGPRS (GPRS Mejorado).. Antecedentes: EDGE es el próximo paso en la evolución de GSM y TDMA. El objetivo de esta nueva tecnología es la de ofrecer tasas de transmisión superiores, una mejor eficiencia espectral, y facilitar nuevas aplicaciones y mayor capacidad para el usuario móvil. Con la introducción de EDGE en GSM fase 2+, servicios existentes como GPRS y HSCSD son mejorados al ofrecer una nueva capa física. EDGE es introducido dentro de las especificaciones y descripciones existentes en lugar de crear nuevas. EDGE es un método para aumentar las velocidades de datos sobre el enlace de radio de GSM. Mientras que GPRS permite tasas de transmisión de 115kbps y teóricamente 160 kbps en la capa física, con la implementación de EDGE el sistema sería capaz de alcanzar tasas de 384 y teóricamente 473.6kbps. Básicamente, EDGE sólo introduce una nueva técnica de modulación y una nueva codificación de canal que puede usarse indistintamente para transmitir servicios de voz y de datos por conmutación de paquetes y de circuitos. EDGE, por lo tanto, es un agregado a GPRS y no puede trabajar por separado. Con esto se pueden aumentar las aplicaciones disponibles hasta acceso a Internet de forma inalámbrica, correo electrónico y transferencias de archivos.. EDGE permite a los operadores GSM hacer justamente eso: Ofrecer rápidamente servicios 3G de alta velocidad de Internet móvil con velocidades de datos de aproximadamente tres veces las velocidades de GPRS, utilizando sus recursos existentes de espectro radioeléctrico y de infraestructura. Al satisfacer las diferentes demandas de mercado en distintas regiones, EDGE es el agregado perfecto en la “familia” GSM/GPRS, porque permite una migración económica y segura, aprovechando las economías de escala. Tal como lo indica el nombre de la versión basada en paquetes de EDGE, denominada EGPRS (Enhanced GPRS – GPRS mejorado), se trata de un uso más eficiente de GPRS, mediante la mejora de la interfase de radio entre el equipo móvil y la. estación base; una mejora de. GSM/GPRS con solamente algunos pequeños impactos sobre la red móvil existente.. EDGE mejora el rendimiento de todas las aplicaciones GPRS de abonado y soporta las que se implementen en redes WCDMA. El actual despegue de los servicios de paquetes de datos con la introducción de GPRS, es el cimiento de los servicios 3G, con la conexión continua a Internet Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 26.

(31) Capitulo I “siempre conectado”. A medida que crece la demanda para estos servicios iniciales basados en paquetes,. los operadores necesitarán satisfacer esa demanda por nuevos servicios con. velocidades de bit más altas, con una calidad de servicio garantizada. EDGE, combinado con WCDMA, es su próximo paso en la evolución natural.. Al proveer en forma complementaria capacidad y cobertura, conjuntamente con redes WCDMA, EDGE asegura la facultad del operador para satisfacer las capacidades de red, las demandas de servicios de conmutación de paquetes de alta velocidad y las aplicaciones tales como MMS; se debe agregar la bonificación adicional que implica que se podrán cubrir más abonados con el mismo hardware. De alguna manera, siempre se trata de cobertura y capacidad y EDGE permite muchos más abonados que GSM o GPRS sobre la red existente de los operadores GSM. Ganan ambos, los operadores y los abonados. 1.3.1. Estructura de EDGE.. La arquitectura de EDGE es la misma que la de GPRS, solamente con la introducción de algunos cambios. La unidad de control de paquetes se puede colocar en la radio base, en el controlador de la radio base, o el nodo de soporte de GPRS. La unidad central de control siempre se coloca en la radio base. El controlador del enlace de radio se tiene que extender a EDGE para evitar el colapso del protocolo de radio, ver figura 1.5.. Figura 1.5 Diferencias entre GPRS y EDGE.. El cambio de GPRS a EDGE simplemente consiste en una actualización de software en la radio base, en su Controlador de la Radio Base y la adición de un elemento que se llama EDGE TRU (Unidad de Transceptor) en el Transceptor de la Radio Base. GPRS y EGPRS tienen diferentes protocolos y un comportamiento diferente en el lado de la radio base. Mientras que por el enfoque de la red central, GPRS y EGPRS comparten los mismos protocolos de manejo de paquetes, y por lo tanto, se comportan de la misma manera. Con la utilización de EDGE, la Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 27.

(32) Capitulo I misma ranura de tiempo puede soportar un número mayor de usuarios. Esto disminuye el número de recursos de radio que se requieren para soportar el mismo tráfico, lo cual libera capacidad del sistema para soportar más tráfico de aplicaciones de voz o de datos. Al igual que GPRS, EDGE puede ser visto como un elemento que incrementa la capacidad del sistema cuando es necesario. [17]. 1.3.2. Características técnicas de EDGE.. Algunas características de EDGE son las que se muestran en la tabla 1. 3. Tabla 1.3 características de EDGE.. Interfase de aire. La interfase de aire de EDGE permite velocidades de bit más altas que los sistemas móviles anteriores. EDGE ofrece velocidades de datos a 384 Kbps con un pico teórico de 473,6 Kbps.. Para aumentar la velocidad de bits de la interfase de aire, EDGE utiliza una nueva técnica de modulación, fácil de implementar y que permite altas velocidades de datos y eficiencia espectral.. La nueva modulación es 8-PSK (Eight Phase Shift Keying – Modulación por Desplazamiento de 8 Fases). Permite transmitir tres bits por símbolo, en lugar de uno solo como se usa en la modulación GMSK en GSM. Esto triplica las velocidades posibles de transmisión de los datos GPRS en EDGE.. El sistema de modulación de manipulación por desplazamiento de ocho fases fue elegido por sus altas tasas de datos, alta eficacia espectral e implementación moderadamente compleja. (Ver Anexo 8) [18]. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 28.

(33) Capitulo I La modulación de manipulación por desplazamiento mínimo Gaussiana (GMSK) definida en GSM es también parte del concepto del sistema EDGE. La tasa de símbolos de cada modulación es de 271 kbps, lo que da una tasa de bit total por segmento de tiempo de 22.8 Kbps para GMSK y 69.2 Kbps para 8PSK. La forma del impulso 8PSK es GMSK linealizada, lo que significa que 8PSK encaja en la máscara de espectro GSM.. Muchos parámetros de la capa física EDGE son idénticos a los de GSM. La separación entre portadoras es de 200 kHz, y la estructura de la trama TDMA de GSM no se transforma. El formato de ráfaga 8PSK es además similar: Una ráfaga incluye una secuencia de entrenamiento de 26 símbolos en el medio, 3 símbolos de cola en cada extremo y 8.25 símbolos de guarda en un extremo. Cada ráfaga lleva 2.58 símbolos de datos, cada uno de los cuales está compuesto de tres bit (Ver figura 1.6).. Figura 1.6 Trama del sistema EDGE. El aumento de la capacidad de transmisión en la señal de radio, aumenta la capacidad global del sistema, ya sea en el número de abonados que comparten los recursos de radio como en la velocidad de conexión.. En un sistema típico TDMA (Time Division Multiple Access – Acceso Múltiple por División de Tiempo), como el empleado por GSM, una única frecuencia es compartida por ocho intervalos de tiempo (Time Slot). El aumento de capacidad con EDGE significa que un único abonado o un número de abonados que usan, por ejemplo, tres intervalos de tiempo con GPRS, puede ser manejado por sólo un intervalo de tiempo. Entonces, se libera la capacidad en esta frecuencia para otros usuarios, con datos o voz. 1.3.3. Transmisión en Conmutación de Paquetes. EGPRS. (Enhanced GPRS).. Las nuevas técnicas introducidas con EDGE optimizan el caudal de datos para cada enlace de radio. Una de dichas técnicas, denominada control de calidad del enlace (link quality control LQC), combina la adaptación del enlace (link adaptation - LA) y la redundancia incremental. La funcionalidad de LA adapta la codificación y la modulación con relación a la calidad de la señal. En malas condiciones de radio, se seleccionan codificación robusta y modulación GMSK, en. Propuesta de expansión de la Red GSM en Cuba. 29.