ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA ESIME CULHUACAN

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

ESIME CULHUACAN

SEMINARIO DE TITULACIÓN

“TELEFONIA CELULAR Y PROTECCIÓN DE SUS ENLACES EN COMUNICACIONES”

TESINA

“INTRODUCCIÓN AL SISTEMA CELULAR”

EQUIPO 4

INTEGRANTES:

• APARICIO LAREDO SANTIAGO ELOY • LÓPEZ ROMERO JESÚS ISMAEL • PARRA HERNÁNDEZ ERNESTO

ASESORES:

• M. en C. JOSE EFRÉN PÉRES CARMONA • M. en C. ROSA VIRGEN SÁNCHEZ MAYA • ING. ANTONIO NIETO RODRIGUEZ

ÍNDICE

TEMA PÁGINA CAPITULO I “BREVE HISTORIA DE LA TELEFONÍA CELULAR EN MÉXICO Y GENERACIÓN I MÓVIL”

1.1 Breve historia de la telefonía celular en México...2

1.2. Introducción a la 1G...3

1.3 Elementos que constituyeron la primera generación móvil...3

1.4 Características principales de la primera generación móvil...4

1.5 Sistemas utilizados por la primera generación móvil...5

1.6 Sistema AMPS...8

1.7 Sistema de Acceso Múltiple por división de frecuencia...13

CAPITULO II “GENERACION 2 Y 2.5 MOVIL” 2.1 Introducción a la 2G...14

2.2 Características de la 2G...14

2.3 Elementos que constituyen a la 2G...15

2.4 Sistema GSM...19

2.5 Servicios que ofrece GSM...21

2.6 Acceso Múltiple por división de tiempo en la 2G...22

2.7 Introducción a la 2.5 G...24

2.8 Características de la 2.5G...25

2.9 Elementos que constituyen a la 2.5G...25

2.10 Sistemas utilizados por la generación 2.5...26

2.11 GPRS...27

2.12 EDGE...28

CAPITULO III “TERCERA Y CUARTA GENERACIÓN” 3.1 Introducción a la 3G...30

3.2 Características...30

3.3 Servicios que ofrece la 3G...31

3.5 Arquitectura del sistema IMT 2000...38 3.6 Introducción a la 4G...39 3.7 Características de la 4G...40 3.8 Sistemas de la 4G...41 3.9 Retos tecnológicos de la 4G...41 CONCLUSIONES...43 ACRÓNIMOS...44

AGRADECIMIENTOS

A TI DIOS.

Por haberme dotado de vida y movimiento.

Por haberme regalado la dicha de existir un día más. Ya que sin tu amor

no existe cosa en el mundo capaz de realizarse.

A MIS PADRES.

Las personas que estuvieron ahí cuando mas las necesite. Esas personas que están llenas de virtudes y defectos pero con un corazón muy inmenso.

Las que me abrieron sus brazos aliviando mis fracasos, dándome su humildad para apreciar en serio

su sencillez que es su verdadera grandeza. Por sus oraciones y la fe que depositaron en mi. A quienes todo debo.

A MIS HERMANOS.

Por su profundo amor y su inquebrantable ayuda. Por su aliento y su honestidad.

Por su presencia que lleno mi adolescencia de sueños y de paz.

A MI ESCUELA.

Gracias al politécnico por haberme Estrechado en sus brazos.

Por hacerme día a día una mejor persona, Por darme una visión diferente de la vida. Por darme la oportunidad de portar tus colores los cuales significan demasiado.

Por esto y muchas cosas que son demasiadas y no tengo palabras para expresar “GRACIAS”.

INTRODUCCIÓN.

El sueño del hombre por comunicarse a grandes distancias no cesó en los teléfonos fijos, sino que pensó en un aparato que no importando donde estuviera pudiera comunicarse; por ejemplo, en otro país, en movimiento, etc. De aquí que haya nacido el teléfono celular. Las compañías de telecomunicaciones cada vez ofrecen una mayor cantidad de servicios de valor agregado (navegación por Internet, envió de mensajes, correo electrónico), para poder ser competitivas dentro del mercado, creando nuevas “necesidades” a los usuarios y nuevos retos tecnológicos. Los sistemas de comunicaciones personales (PCS) comprenden un amplio rango de servicios que, más allá de la simple movilidad, permiten al usuario disponer de conexión telefónica con independencia de su localización física, el terminal empleado y el medio de transmisión. Para ello, emplean tanto las tecnologías móviles como las funciones de red inteligente de la red fija, todas ellas tienden a integrarse en la llamada UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).

Los sistemas 1G hicieron su aparición a comienzos de los años 80 y fueron desarrollados con un horizonte nacional eran incompatibles entre sí, y la telefonía móvil en esos tiempos era considerada como un tipo de curiosidad o como un servicio de valor añadido sobre las redes fijas. Con la introducción de los primeros móviles digitales (2G), a principios de los años 90, comenzaron a imponerse en el mundo los sistemas basados en técnicas de acceso múl-tiple TDMA (GSM en Europa, US-TDMA en EE UU, PDC en Japón). A través de la división en ‘bloques de tiempo’ de las frecuencias, y su asignación a los usuarios, estas técnicas fueron las primeras en permitir el uso compartido de los canales de transmisión, sin sufrir interferencias. El futuro de las comunicaciones móviles se basa en proveer una gran variedad de servicios, que van desde la transmisión de voz de alta calidad, a video también de alta calidad en tiempo real, empleando altas tasas de transmisión en canales inalámbricos en cualquier parte del mundo. El gran crecimiento y avance de las redes IP y de Internet fundamentalmente, junto con el gran desarrollo experimentado en los últimos 3 años a escala global de los sistemas celulares de comunicaciones móviles, han centrado la atención de la industria de las telecomunicaciones en la búsqueda de nuevas maneras de ingresos. Las redes de 3G tan difundidas últimamente serán el elemento catalizador de estos sueños.

CAPITULO I

“BREVE HISTORIA DE LA TELEFONÍA CELULAR EN MÉXICO Y

GENERACIÓN I MÓVIL”

1.1 BREVE HISTORIA DE LA TELEFONÍA CELULAR EN MÉXICO.

En México, es hasta 1984 cuando Telcel obtiene la concesión para explotar la red de servicio radiotelefónico móvil en el área metropolitana de la Ciudad de México, bajo la denominación de "Radiomóvil Dipsa S.A. de C.V.". Aquí nace Iusacell, convirtiéndose en la primera compañía de telefonía celular en ofrecer el servicio en la Ciudad de México y en ese mismo año surge la marca Telcel ofreciendo los servicios de telefonía celular en la ciudad de Tijuana B.C. En 1989 la telefonía celular da sus primeros pasos en México cuando la compañía Iusacell empieza ofrecer el servicio en el Distrito Federal. Un año después, la compañía Telcel empieza sus operaciones ofreciendo también el servicio en la capital del país. Posteriormente ambas compañías empiezan a expandir sus redes a otras latitudes. El día 31 de mayo de 1989 se presentó el "Plan Nacional de Desarrollo 1989-1994" donde menciona la importancia de las telecomunicaciones destacando los siguientes puntos :

Múltiples empresas podrán desarrollar los servicios de transmisión conmutada de: datos, teleinformática, telefonía celular y otros.

Las concesiones de telefonía celular se sujetarán a concurso de manera abierta, y así se garantizará la mejor oferta de servicios y contraprestación económica al Estado.

A partir de 1990 Telcel y Iusacell expanden los servicios de telefonía celular en el Distrito Federal y su zona metropolitana y paulatinamente ofrecen el servicio a escala nacional. Para ese entonces el país ya se había dividido en 9 regiones. Cada una de estas regiones se dividen en 2 bandas de frecuencia, la Banda "A" y la Banda "B". En cada una de las 9 regiones habría un concesionario operando en la banda de frecuencias "A" (825-835 MHz, 870-880 MHz). La banda "B" (835-845 MHz, 880-890 MHz) operaría en todas las 9 regiones para un solo concesionario, en este caso, Radiomóvil Dipsa (Telcel). Posteriormente la COFETEL (Comisión Federal de Telecomunicaciones) en 1997 lanza una convocatoria para licitar en México una nueva banda de frecuencias (1850-1970 MHz). Posterior a esta licitación aparecen nuevos operadores en estas bandas como Unefon, Pegaso PCS, Telcel y Iusacell.

1.2 INTRODUCCIÓN DE LA 1G.

La 1G de la telefonía móvil hizo su aparición en 1979 y se caracterizó por se analógica y estrictamente para voz. establecidas ya a mediados de los años ochenta empezaron a desarrollar una serie de prototipos y modelos como el Sistema Nórdico de Telefonía Móvil (NTS), el Sistema Americano de Telefonía Móvil (AMPS), el Sistema de Telefonía de Acceso Total (TACS) del Reino Unido, el sistema de telefonía móvil de Japón (NTT), y otros sistemas que evolucionaron al mismo tiempo en distintas regiones del mundo. Estas redes ofrecían solamente servicios básicos de voz en tiempo real y la gestión de los servicios era realizada enteramente por el propio operador de la red. Los sistemas 1G fueron desarrollados con un horizonte nacional y frecuentemente los principales requerimientos técnicos fueron acordados entre el operador de telecomunicaciones estatal y la industria doméstica, sin una publicación amplia y abierta de las especificaciones. Debido a ello las redes de 1G eran incompatibles entre sí, y la telefonía móvil en esos tiempos era considerada como un tipo de curiosidad o como un servicio de valor añadido sobre las redes fijas.

1.3 ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN LA 1G.

La primera generación 1G, es el nombre para las redes analógicas o híbridas (ruta de radio analógica, pero conmutación digital), conectadas directamente a un punto central donde reside el centro de conmutación móvil MSC (Mobile Switching Center ). En esta arquitectura, de inteligencia Centralizada ,todo el control de movilidad (MM), o “handover ” entre las distintas estaciones bases, era gestionado por el punto central MSC, conmutación y encaminamiento de las llamadas dentro de la propia red o hacia la red fija.

El registro de usuarios locales se llevaba en el HLR (Home Location Register), el de los usuarios visitantes en el VLR (Visitors Location Register). Como se puede observar en la figura 1.

El acceso de radio se basaba en una cantidad de canales analógicos de 30 kHz distribuidos en una celda con el concepto de re-uso de frecuencia para obtener el máximo de capacidad del sistema con la mínima interferencia entre los distintos canales adyacentes. Los canales estaban distribuidos en el espectro asignado por las autoridades a los distintos operadores en los EE.UU . Era una arquitectura simple, poco eficiente y sin calidad de señal.

,Los elementos que la integran son:

MSC Centro de Conmutación Móvil. HLR Registro de usuarios locales. VLR Registro de usuarios visitantes. RBS Estación radio base.

MS Estación móvil de usuario.

Figura 1 “Elementos que constituyen la 1G” 1.4 CARACTERÍSTICAS DE LA 1G

Las principales características de la 1G. Son:

Se caracterizó por se analógica. Estrictamente para voz.

La calidad de los enlaces era muy baja. Tenían baja velocidad (2400 bps). Cobertura limitada: Local o Regional. La seguridad de transmisión no existía.

1.5 SISTEMAS UTILIZADOS POR LA PRIMERA GENERACIÓN MÓVIL.

En 1958 Sistema Bell introdujo el Servicio Telefónico Móvil Mejorado (IMTS por sus siglas en inglés) con características mejoradas. Las mejoras en el diseño del transmisor y del receptor permitieron una reducción en el ancho de banda del canal de FM de 25-30 KHz.

Los primeros sistemas que alcanzan un desarrollo comercial significativo aparecen en los años ochenta. En Europa los sistemas NMT-450 y en EE.UU., el sistema AMPS- “American Mobile Phone System” adaptado en Europa como TACS “Total Access Communication System” empiezan ofreciendo un servicio que tiene, desde el punto de vista de usuario, las características del servicio actual:

1.-Posibilidad de realizar y recibir llamadas en cualquier punto del área de cobertura del sistema. 2.-Continuidad de la comunicación al pasar del radio de acción de una estación de base al de la estación contigua, AT&T desarrolló un modelo junto con Motorola conocido como Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications System, el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington D.C. por la compañía Cellular One el 16 de diciembre de 1983.

Otro estándar que surgió fue el de AURORA-400 en Canadá en febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel. Este sistema llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86 células, funcionando mejor en áreas rurales por su poca capacidad pero cobertura amplia. En Europa, el sistema celular Telefonía Móvil Nórdico o Nordic Mobile Telephone System NMT450 inició operaciones en Dinamarca, Suecia, Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz. NMT 900 el sistema NMT “Nordic Mobile Telephony” surgió en los países escandinavos en 1981, es ideal para cubrir la mayor extensión de terreno con la menor inversión. Esta versión NMT 900 permite un mayor número de canales. Heredero del anterior, empleaba la banda de 900 MHz, para permitir mayor capacidad y terminales más pequeñas. NTT “Nippon Telegraph & Telephone”. Desarrollado por la empresa telefónica japonesa, ha sido el estándar analógico en esta zona. Apareció una versión de alta capacidad llamada HICAP. En 1985 la Gran Bretaña empezó a usar TACS en la banda de 900 MHz el sistema TACS (Total Access Communications System) 900 conocido como TMA 900, es del mismo tipo que el anterior,

analógico multicanalizado en frecuencia, pero diferente por utilizar una tecnología mucho más avanzada y barata, dando mejor calidad de audio, así como una mejor conmutación al pasar de una a otra célula, ya que la señalización se realiza fuera de banda, al contrario que NMT, que lo hace dentro de ella, resultando casi imperceptible el ruido para el usuario, sin embargo sus estaciones base cubren un intervalo menor. Emplea la banda de frecuencia de los 900 MHz y cada MHz se divide en 40 semicanales de 25 kHz, por lo que resulta extremadamente útil, por su gran disponibilidad de canales, para cubrir áreas urbanas. Dispone de 1320 canales duplex, de los que 21 se dedican exclusivamente a control (señal digital) y el resto para voz (señal analógica) . Más tarde, Alemania Occidental implementó C-Netz que funcionaba en la banda de 450 MHz, Los franceses Radiocom 2000, y los Italianos RTMI/RTMS. Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas incompatibles, a diferencia de los EE.UU. que no sufrían de este problema. Desde aquí se pensó en un plan para crear un sistema digital único para Europa.

Sin embargo, estos sistemas solo alcanzan unas penetraciones limitadas debido a los elevados costes que implican. Solo en los países nórdicos, en los que las condiciones económicas eran particularmente favorables, se llega a una amplia penetración.

Las razones de que los costos fueran tan elevados son de dos tipos:

a) Por un lado, falta de competencia entre los operadores y suministradores de equipos que obligaran a bajar los precios. Cuando en Gran Bretaña se introdujo el segundo operador, incluso el crecimiento del sistema TACS, analógico, se acelero considerablemente.

b) Por otro, dificultades de orden técnico. Entre estas las más destacables son:

Existencia de varios estándares y, por tanto, series de fabricación limitadas.

Sistemas de baja capacidad o eficiencia radioeléctrica que implica un gran consumo de frecuencias o bien instalaciones caras.

Sistemas analógicos que implican una tecnología voluminosa y de difícil mantenimiento.

Sistemas propietarios, es decir, dependencia de un único fabricante.

Para ejemplificar el desarrollo del mercado, la industria celular creció de menos de 204,000 suscriptores en 1985 a 1,600,000 en 1988 en EE.UU.

La demanda para el servicio de telefonía móvil creció rápidamente y permaneció por detrás de la capacidad disponible en muchas de las ciudades de gran tamaño.

Es increíble que a pesar de la demanda hayan pasado más de 30 años para cubrir las necesidades de telefonía móvil.La capacidad del sistema era menor que el tráfico que tenía que soportar, por ello, la calidad del servicio era terrible, las probabilidades de bloqueo eran del 65% o más altas. La inutilidad del teléfono móvil disminuyó la frecuencia de su uso ya que los usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas picos. Los usuarios y las compañías telefónicas se dieron cuenta que un conjunto de canales no sería suficiente para desarrollar un servicio telefónico móvil útil. Se necesitarían grandes bloques del espectro para satisfacer la demanda en áreas urbanas. Se debe reconocer que la primera generación de radio celular analógico no fue una nueva tecnología pero si una nueva idea el de reorganizar la tecnología existente IMTS a gran escala. Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM analógico que se había estado usando desde la II Guerra Mundial, dos mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad.

Tabla 1 “Sistemas utilizados en 1G a nivel mundial”

Sistema País No Canales Espaciado (KHz) AMPS EE:UU: 832 30

C-450 Alemania 573 10 ETACS Reino Unido 1240 25 JTACS Japón 800 12.5 NMT-900 Escandinavia 1999 12.5 NMT-450 Escandinavia 180 25 NTT Japón 2400 6.25 Radiocom.-200 Francia 560 12.5 RTMS Italia 200 25 TACS Reino Unido 1000 125

1.6 SISTEMA AMPS

El Servicio de Telefonía Móvil Avanzado (AMPS) fue desarrollado en los Laboratorios Bell a mediados de los 70’s. El desarrollo de AMPS fue muy rápido, un sistema comenzó a operar en mayo de 1978 en Arabia Saudita, otro en Tokio en diciembre de 1979 y el primero en nuestro país en 1981. Entonces, surgió por parte de la FCC otro requisito de competencia. Un proveedor de servicio celular tenía que coexistir con la Bell System en el mismo mercado (Bandas A y B). Entonces el primer sistema comercial en los E.U. entro en operación el 12 de octubre de 1983.

ARQUITECTURA DEL SISTEMA

AMPS usa una red sitios de células “cell-sites” y oficinas de conmutación “switching offices” que funcionan como interfaz para conectarse con la red de línea de tierra “landline” (en la figura 2 se muestra la forma de una célula telefónica) del sistema de telefonía existente y los móviles. Usa el concepto celular (Propuesto por primera vez en los laboratorios Bell por D. H. Ring en 1947) con células hexagonales para dividir el área total de los sistemas sin traslape.

Figura 2 “Esquema de una célula telefónica”

Los “cell-sites” fueron posicionados en el centro de la célula (cuando empezaba el sistema) y sobre esquinas alternadas de la célula (Figura 2). Estos sitios de células cubrían a los usuarios móviles de estas específicas celdas en las cuales ellos estaban presentes.

Cuando el sistema se fue madurando, cada sitio de célula presente sobre la esquina alterna de la célula usó antenas direccionales con un ancho de haz de 120° para iluminar porciones de las tres células adyacentes que conocían el sitio de célula. Este arreglo proveía una diversidad de radiación espacial y permitía la protección de una señal más uniforme en la presencia de obstáculos como edificios, colinas, etc. El uso de antenas direccionales más que omnidireccionales proveía una relación señal a ruido de 4 – 5 dB .

Frecuencia de Operación: El sistema AMPS usó un ancho de banda del sistema total de 40 MHz en la banda de los 800 MHz (como se ubicó por la FCC) con 20 MHz del sitio de célula a la comunicación móvil (liga hacia abajo, “downlink”) y 20 MHz del móvil al sitio de célula (liga hacia arriba, “uplink”). Los canales “uplink” usaron la banda de frecuencia de 870-890 MHz y los canales “downlink” usaron la banda de frecuencia de 825-845 MHz. Cada canal consiste de un par de caminos separados por 45 MHz. La modulación en frecuencia se utilizó para la comunicación y el ancho de banda por canal fue de 30 kHz con una desviación de frecuencia máxima de 12 kHz. Esto proporciono un total de 666 canales duplex disponibles para el sistema. La FCC asignó originalmente una banda de frecuencias de 40 MHz al sistema AMPS, formado por 666 canales dúplex por área de servicio, con distancia de 30 KHz entre canales adyacentes. Los canales A van del 1 al 333, y los B van del 334 al 666. Para las unidades móviles, el canal 1 tiene una frecuencia de transmisión de 825.03 MHz, y el canal 666, de 844.98 MHz En los sistemas telefónicos celulares con frecuencia es necesario o preferible transmisiones de estación base a unidad móvil, y de unidad móvil a estación base, en forma simultánea. En la figura 3 se muestran las frecuencias de operación.

Las transmisiones de las estaciones base a las unidades móviles se llaman enlaces en sentido directo y las transmisiones de las unidades móviles hacia las estaciones base se llaman enlaces en sentido inverso. El receptor de cada canal funciona a 45 MHz arriba del transmisor y, en consecuencia, el canal 1 recibe 870.03 MHz y el canal 666 a 889.98 MHz. Entonces, cada canal de radio en dos sentidos consiste en un par de canales símplex ( de un sentido ) separados por 45 MHZ, la separación de 45 MHz entre las frecuencias de transmisión y recepción se escogió de tal modo que se pueden usar duplexores poco costosos, pero muy selectivos, en las unidades móviles, a continuación se agrego un espectro adicional de frecuencias de 5MHz a la banda original de 20 MHz, que aumentó la cantidad total de canales símplex disponibles a 832 (416 Dúplex). Los espectros de canal AMPS se dividen en dos conjuntos o grupos básicos. Un conjunto de canales está dedicado al intercambio de información de control entre las unidades móviles y el sitio de la célula, y se llaman canales de control; son las áreas sombreados de la figura anterior. El segundo grupo, llamados canales de voz o de usuario, está formado por los canales restantes, y se usan en las conversaciones reales y los intercambios de datos entre usuarios. La figura anterior muestra el espectro de frecuencias de los 166 canales AMPS adicionales. Las frecuencias agregadas se llaman espectro aplicado e incluyen los 667 a 799, y 991 a 1023.

La frecuencia central de transmisión de la unidad móvil, en MHz, para cualquier canal, se calcula como sigue:

0.03 N + 825.000 para 1 N 866 0.03 (N – 1023) + 825.00 para 990 N 1023 donde: N es el número de canal.

La frecuencia central de recepción se obtiene sumando 45 MHz a la frecuencia central de transmisión. Por ejemplo, las frecuencias centrales de transmisión y recepción para el canal 3 son. Transmisión 0.03 (3) + 825 = 825.09 MHz

Recepción 825.09 MHz + 45 MHz = 870.09 MHz Y para el canal 991

Transmisión 0.03 (991- 1023) + 825 = 824.04 MHz Recepción 824.04 MHz + 45 MHz = 869.04 MHz

Frecuencia de Reuso: El sistema AMPS uso el concepto de la frecuencia de reuso en las comunicaciones celulares, (como se puede observar en la figura 4) donde, el número total de células son divididas dentro de “clusters” y cada célula dentro del “cluster” le serán asignada frecuencias las cuales son distintas y no interfieren con las frecuencias de las células adyacentes (figura 4). El mismo patrón de asignamiento de canales es repetido en los “clusters” adyacentes. En tamaño mínimo de un “cluster” (N) fue determinado de acuerdo a las condiciones de interferencia co-canal y fue directamente relacionado a una parámetro llamado la relación d/r, donde ‘d’ es la distancia entre las células las cuales reusan los mismos canales y ‘r’ es el radio de la célula. Un valor de d/r = 4.6 fue encontrado adecuado para antenas direccionales y D/R de 6.0 fue requerido para antenas omnidireccionales para mantener una relación señal a ruido de 17 dB requerida para una buena calidad de trasmisión. Esto corresponde a una valor de N = 7 (para antenas direccionales) y N = 12 (para antenas omni-direccionales) el cual fue utilizado cono el tamaño de un “cluster” en el sistema AMPS.

Canales de Control: Los canales de control se usan en los sistemas celulares de teléfono para permitir que se comuniquen las unidades móviles con la red celular a través de las estaciones base. Se usan canales de control para originar y terminar llamadas y para obtener información sobre el sistema. En AMPS hay 21 canales de control en el sistema A y 21 canales en el sistema B. Los canales de control están a cada lado del borde del sistema A y B, y los canales de control del sistema A ocupan los canales 313 al 333, y en los del sistema B ocupan del 334 al 354.

Como se usan 21 de los 416 canales dúplex para control. Sólo quedan 395 canales disponibles para transmisión de voz. Los canales de control no pueden conducir información de voz; son exclusivamente para conducir información de servicio. En AMPS, la estación base emite en el canal de control directo (FCC) y escucha o recibe en el canal de control inverso (RCC). El canal de control en sentido directo transmite en forma continua datos a 10 Kbps, usando una modulación FSK binaria.

Hay dos tipos de canales de control:

1. “Paging” – Usado para determinar si un móvil estaba disponible para recibir una llamada entrante.

2. “Access” – Usado para la función de hacer una llamada originada desde un móvil (o) para responder a una señal “paging”.

Los 21 canales más altos son siempre usados para “paging” y “access” y hay un factor de reuso de N para controlar también los canales, el cual es, en general, diferente de los canales de voz. Esta frecuencia del factor de reuso varia de ciudad en ciudad y es transmitida a todos los móviles sobre los canales de configuración. Pero cuando el sistema crece, el número de canales de “access” y “paging” será incrementado para manejar la capacidad de tráfico.

• Capacidad del Sistema: Con un total de 666 canales duplex (40 MHz/ 60MHz) disponibles, podemos calcular la capacidad del sistema como sigue:

• Caso omnidireccional. Con cada “cluster” teniendo 12 células, el número de canales por célula es aproximadamente 56.

• Caso antena direccional 1200. Con cada “cluster” teniendo 7 células, el número de canales por célula es aproximadamente 96. Cada antena direccional ahora maneja 32 canales.

Es importante notar que esta capacidad incluye los canales de control también. Para calcular la capacidad debida a los canales de voz exclusivamente, podemos asumir que los 21 canales más altos son siempre usados para propósitos de control y proceder a derivar la nueva capacidad con 54 canales para el caso omnidireccional y 92 canales para el caso de las antenas direccionales 1200.

1.7 SISTEMA DE ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA (FDMA).

Un protocolo de acceso múltiple consiste en una estrategia de control de las transmisiones mediante la cual se intenta reducir todo lo posible la probabilidad de que se produzca una colisión al intentar dos o más usuarios realizar una transmisión a través del mismo canal de comunicación. Como se puede observar en la figura 5. El acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) es un método de acceso múltiple en el que determinado ancho de banda de RF se divide en bandas menores de frecuencia, llamadas subdivisiones. Cada subdivisión tiene su propia FI de portadora. Se usa un mecanismo de control para asegurar que dos o más estaciones terrestres no transmitan en la misma subdivisión y al mismo tiempo. El mecanismo de control designa una estación receptora para cada una de las subdivisiones.

Figura 5 “Estructura de FDMA”.

La tecnología FDMA separa el espectro en distintos canales de voz, al separar el ancho de banda en pedazos (frecuencias) uniformes. La tecnología FDMA es mayormente utilizada para la transmisión analógica. Esta tecnología no es recomendada para transmisiones digitales, aun cuando es capaz de llevar información digital.

CAPITULO II

GENERACIÓN 2 Y 2.5 MÓVIL

Una vez establecidos los sistemas de 1G y los usuarios comenzaron a demandar más servicios y mayores capacidades, también surgió la necesidad de un sistema de comunicaciones más global que permitiera mayor movilidad de los usuarios entre las redes locales en tránsito en un mismo país, o cuando estos salían fuera de su país. Los cuerpos de especificaciones internacionales como el Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones (ETSI), la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) y la Conferencia Europea de Administraciones de Correos y Telecomunicaciones (CEPT), entre otras entidades, comenzaron a especificar lo que debería ser un sistema de segunda generación 2G. El primer desafío fue digitalizar el acceso del canal de radio para utilizar de mejor manera el escaso espectro radio eléctrico; en el caso de GSM se decidió utilizar el sistema de acceso múltiple por división de tiempos TDMA (Time Division Multiple Access ). El énfasis en los sistemas de 2G fue en la compatibilidad y transparencia internacional; el sistema debería ser regional (por ejemplo de alcance Europeo) o semiglobal, y los usuarios del sistema deberían tener acceso en cualquier parte dentro de la región. Desde el punto de vista del usuario, el sistema 2G ofrecía un paquete de servicios más atractivos: además del tradicional servicio de voz en tiempo real, estas redes eran capaces de proveer algunos servicios de datos y servicios suplementarios más sofisticados. Debido a la naturaleza regional de la estandarización, el concepto de globalización no fue completamente exitoso, por lo que actualmente existen distintos sistemas de segunda generación 2G en el mercado.

2.2 CARACTERÍSTICAS DE LA 2 GENERACIÓN

Las principales características en el sistema de segunda generación son: Soporta velocidades de información más altas por voz que la 1 G Limitados en comunicación de datos

Mayor movilidad q la 1 G

Empiezan a operar en un ambiente digital Utilización de mejor manera del espectro

Tecnologías utilizadas PDC, GSM, D-AMPS Tecnologías de acceso TDMA CDMA Manejo de códigos.

Compatibilidad entre AMPS Y N-AMPS. Permite el roaming internacional.

Incorpora mecanismos de seguridad fiables.

2.3 ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN A LA 2 GENERACION MOVIL

La 2G esta formado por el MS, BTS, BSS, NSS como se muestran en la

figura 6.

BSS: Subsistema de estación base BTS: Estación transceptora de radio BSC: Controlador de estaciones de radio

TRAU: unidad codificadora y adaptadora de velocidad NSS: subsistema de red

MSC/VLR: Centro de conmutación móvil/ Registro de usuarios visitantes GMSC: pasarela de centro de conmutación móvil

HLR: Registro de usuarios locales AUC: centro de Autenticación

EIR: registro de información de equipos

Estación móvil (MS): Alberga Un importante elemento, como el Módulo de Identidad de Suscriptor el SIM (Suscriber Identity Module) o módulo de identificación de abonado. Es una tarjeta que contiene un microprocesador y una pequeña memoria. Tarjeta que identifica al usuario a través del IMSI como miembro de una red de telefonía celular y permite utilizar los servicios correspondientes una vez identificados por dicha red. Que permite independizar el terminal físico del perfil del suscriptor almacenado en la tarjeta SIM. Esta contiene la característica del abonado y se puede utilizar en cualquier terminal compatible.

Guardará, entre otras, las siguiente información para la comunicación: Número de serie

Identificación internacional del abonado móvil (IMSI) Identificación temporal del abonado móvil (TMSI) PIN ( clave corta de desbloqueo)

PUK (clave larga de desbloqueo)

Clave del algoritmo de autentificación (Ki) Algoritmo de autentificación (A3)

Algoritmo de generación de claves de cifrado (A8) Algoritmo de cifrado (A5)

Clave del algoritmo de cifrado (Kc)

Sistema de estación base (BSS): Está formado por el controlador de estación base (BSC ) y una o varia estacione base (BTS). Estos dos elementos pueden estar integrados en el mismo equipo o separados , en ese caso la interfaz de comunicación entre ambos se denomina Abis. En el BSS existen una serie de características que el estándar GSM define como opcionales es decir, que es el operador el que decide si quiere utilizarlas o no.

Control de potencia emitida: Tanto en la BTS como en el móvil .

Transmisión discontinua: No transmitir nada en los silencio o introducir en éstos ruido blanco (para que no haya efectos auditivos “raros ”).

El controlador de estación base (BSC): Tiene las tareas de decisión: Gestión de radiocanales (configuración, salto de frecuencia, asignación), gestión de canales en el enlace MCS-BSC, determinación de hand-over, control de potencia. La función primaria es el mantenimiento de la llamada, así como la adaptación de la velocidad del enlace de radio al estándar de 64 bps.

Estación base (BTS): Tiene tareas más inmediatas: Temporización, Medidas de la intensidad de campo y la calidad del servicio, encriptación, detección de accesos de estaciones móviles. se encarga de gestionar las comunicaciones por radio de las estaciones móviles. Proporciona un número de canales de radio a la zona a la que deservicio.

TRAU: Es La Unidad de codificación y Adaptación de Velocidad es un elemento del subsistema BSS que controla la codificación de voz, es decir, que es capaz de convertir la voz de un código digital a otro y viceversa.

Sistema de Red (Network Subsystem, NSS): su componente principales el Centro de Servicios Móviles (Mobile Services Switching Center MSC). Se encarga de todas las tareas informáticas: registra y verifica las comunicaciones. Actualiza la localización del usuario, gestiona los problemas de saturación, direcciona las llamadas, interconecta a los usuarios entre sí y con la red fija. Resumiendo, gestiona las comunicaciones entre los usuarios GSM y los usuarios de otras redes de telecomunicaciones. Dentro de la estructura del NSS hay una serie de subsistemas que se encargan de controlar diversas funciones del móvil.

Central de conmutación móvil (MSC): Es el equivalente a una central de conmutación digital en la red fija, pero por supuesto añadiendo las características necesaria para el servicio móvil. Dentro de las MSC de la red hay un tipo particular que es la GMSC (gateway) que sirve como puerta de acceso a otras redes. Evidentemente para que la conmutación se lleve a cabo correctamente es necesario que los conmutadores conozcan en todo momento la posición de los terminales móviles y para ello se apoyan en la utilización de dos registros:

El registro de posición base (HLR), vque normalmente es uno sólo y se encuentra generalmente en la GMSC, aunque para redes muy grandes y por requisito técnicos puede estar fraccionado en varios. La información almacenada en este registro es de dos tipos:

• De suscripción del abonado móvil (características del abonado); el IMSI, el MSISDN (Número RDSI del abonado móvil, el que hay que marcar para conectar con él),

la clave de autentificación, restricciones impuesta a ese abonado, característica del equipo, servicio contratado.

• De localización del abonado móvil, que permitirá encaminar la llamadas dirigidas al móvil. En realidad se almacena el MSC en el móvil se encuentra registrado en ese momento y así se conocerá el camino que debe seguir la llamada.

El registro de posición visitado (VLR), tendremos uno en cada MSC y almacena información sobre los móviles que actualmente están en esa MSC. En cada MSC se almacena por tanto qué móviles están actualmente en su zona de influencia o área de localización, se considera un área de localización a un conjunto de células con la misma identificación de la posición. Es importante destacar que la información se almacena en el VLR por iniciativa del móvil. En este registro tenemos información de dos tipos:

Datos permanentes copiado del HLR ejemplo (IMSI), de manera que no es necesario consultar constantemente al HLR para tener estos datos, disminuyendo así el tráfico de señalización necesario.

Datos temporales, que pueden no estar en el HLR ejemplo (TMSI) , de manera que cuando el móvil entra a una nueva área de localización ( es decir que cambia de MSC) solicita actualizar su posición. Este proceso de registro trae un intercambio de información entre registro de posición base y visitado.

AUC es el centro de autenticación que suministra las tripletas Número aleatorio, Resultado esperado y Kc que se almacenan posteriormente en el VLR y el HLR y que se utilizarán para la autenticación de usuario y el cifrado de las comunicaciones. De este modo se crean listas de tripletas y para cada llamada se utiliza una de la lista, cuando se termine se piden más al centro de autenticación. Para el mecanismo de Autenticación el usuario debe identificarse y la red acreditar que en realidad es un abonado de la misma y que por tanto se le podrán prestar los servicios que tenga contratados. Para ello se utilizan algoritmos de autenticación.

EIR es el registro de identificación de equipos y Es una base de dato sobre los equipos móviles que contiene datos como el número de serie, fabricante, homologación. La función básica es impedir un uso malicioso de la red y de terminales móviles robados o no homologados. Para que realmente tenga interés es imprescindible la cooperación entre operadores, incluso de distinto países, cosa que resulta bastante complicada. Existen tres listas.

Blanca: Terminales no problemático Gris : Terminales que interesa tener aparte

Figura 6 “Forma en que se encuentra constituida la 2G” 2.4 SISTEMA GSM

En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial Móvil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Móviles. Lo más destacado de él es que unifica los sistemas europeos. Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en EE.UU., estos crecieron de medio millón en 1989 a más de trece millones en 1993.

El sistema GSM está basado en técnicas de conmutación de circuitos, de modo que al efectuar una llamada se reserva un canal de comunicación entre origen y destino. Una vez realizada la reserva de un canal, éste permanecerá ocupado durante todo el tiempo que dure la conversación. Este sistema está pensado para llamadas de voz, ya que en una conversación telefónica el canal está casi siempre ocupado (es raro que ambos interlocutores permanezcan callados).

FRECUENCIAS DE OPERACIÓN EN GSM: Se utilizan dos técnica de multiplexión FDMA y TDMA. La multiplexión en frecuencia consiste en la división del ancho de banda asignado a la célula en radiocanales.

Un radiocanal es una pareja de frecuencia, una para el enlace ascendente entre el móvil y la BTS (up link), la frecuencia que denominaremos Fu y otra para el enlace descendente entre móvil y BTS (down link), la frecuencia que llamaremos Fd.

El ancho de banda total para el sistema GSM es: De 890 a 915 MHz (25MHz) para el ascendente De 935 a 960 MHz (25MHz) para el descendente

Cada radiocanal ocupará un ancho de banda de 200 KHz en cada sentido llamados números absolutos de canal de radiofrecuencia (ARFCN, de absolute radio-frequency channel number). El número ARFCN indica un par de canales directo e inverso con 45 MHz de separación entre ellos. Cada canal de voz es compartido hasta por 8 unidades móviles, usando TDMA. y por tanto en total se tendrán 125 portadoras para el ascendente y 125 para el descendente (Una pareja se utilizará para control). Cada célula tendrá un subconjunto de estas portadoras y, como se vio anteriormente, la portadoras pueden reutilizarse en células suficientemente alejadas. Dentro de cada radiocanal se hace una subdivisión en canales mas pequeños se hace utilizando TDMA. Es decir se divide el tiempo en intervalo de tiempo o slots, de este modo se tendrán 8 subcanale, que formarán una trama de duración 4,62ms. Alguno de estos subcanales se utilizarán para transmitir información de usuario y otro para tarea de señalización y control. La transmisión de la información se hace por tanto a ráfaga, cada 4,62ms, de este modo, por ejemplo, el móvil transmite una ráfaga de información cada 4,62ms que debe meter en el intervalo de tiempo que le ha sido asignado para su comunicación en el enlace ascendente. Del mismo modo recibirá información cada 4,62ms, en el intervalo de tiempo que le ha sido asignado en el enlace descendente. Como se puede comprobar en la figura 7 entre los canales asignados a una misma comunicación en los enlaces ascendentes y descendentes hay tres intervalos de tiempo. De manera que una terminal nunca recibe y transmite al mismo tiempo con lo que se consigue una comunicación duplex sin necesitar filtros duplexores. El sistema GSM fue desarrollado en forma original para 200 canales dúplex por célula con frecuencia de transmisión en la banda de 900 MHz, sin embargo, después se asignaron frecuencias en los 1800 MHz. Se estableció un segundo sistema, llamado DSC 1800, que se parece mucho al GSM. En este se usan dos bandas de frecuencias de 25 MHz que se han apartado para uso del sistema en todas las empresas miembros.

Figura 7 “Enlaces ascendentes y descendentes”. 2.5 SERVICIOS QUE SE OFRECE GSM

Servicio de Mensajes Cortos (SMS – “Short Messaging Services” )

El servicio de mensajería corto (SMS) sirve para enviar y recibir mensajes de texto de y hacia teléfonos móviles. El texto puede estar compuesto de palabras o números o una combinación de caracteres alfanuméricos. SMS fue creado como parte de la fase 1 estándar de GSM.

El primer mensaje corto se cree que ha sido enviado en diciembre de 1992 de una computadora personal (PC) a un teléfono móvil sobre la red GSM Vodafone en Ucrania. Cada mensaje corto esta arriba de los 160 caracteres de tamaño cuando se utiliza el alfabeto Latín y 70 caracteres cuando se utilizan alfabetos que no son latinos como el arábico y el chino. permite la transmisión de datos a baja velocidad: 9,6 kbit/s a través del que pueden ser enviadas y recibidos mensajes con hasta 126 caracteres. el Short Message System Center (SMSC) este es el responsable por generar los mensajes cortos de texto.

Llamada en espera ( “Call waiting & Call hold”)

Si estas usando el teléfono, el servicio de “call waiting” te alertara de una segunda llamada. Con esto no perderás una llamada que esté por entrar.

Con el servicio “Call Hold” puedes poner a una persona que este hablando contigo en espera de manera que puedas realizar otra llamada y entonces puedas cambiar entre las dos llamadas.

Reenvío de llamada (“Call forwarding”)

El servicio de reenvió de llamadas se usa para poder redireccionar una llamada entrante de un teléfono hacia un teléfono con un número distinto.

Identificación de llamada (“Calling line identity”, CLI)

El servicio de identidad de la línea que llama despliega el número de la llamada entrante.

CLIP (Calling Line Identification Presentation) - permite ver en pantalla el número que nos está llamando. Por oposición, el CLIR (Calling Line Identification Restriction) impide que él numero llamante sea visto por alguien (anónimo) gracias al CLIP.

Posibilidad de visualización de crédito / costes.

Grupos restrictos de utilizadores - permiten que los teléfonos registrados en los grupos sean utilizados con extensiones de otro teléfono o cuenta.

-Ligaciones sin estática.

-Notificación de llamadas en espera, cuando estamos hablando por teléfono. -Posibilidad de colocar una llamada en espera, mientras se coge otra.

-Las llamadas son encriptadas, lo que impide que sean escuchadas por otros. -Posibilidad de impedir la recepción / transmisión de ciertas llamadas.

-Llamadas de emergencia - el 112 puede ser siempre marcado en cualquier red, incluso sin SIM.

-Posibilidad de varios utilizadores hablaren entre si al mismo tempo - servicio de conferencia.

2.6 ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE TIEMPO EN LA 2G.

En respuesta a la problemática que se le presentaba en este momento al sistema analógico surge como única solución dos estándares digitales, el primero de ellos es conocido como Time-Division Multiple Access (TDMA), el otro es conocida como Code Time-Division Multiple Access (CDMA). Ambas tecnologías tienen la misma función, permitir el mayor número de llamadas simultaneas y las dos son aplicables a las celdas PCS (Personal Communications Services) y otras redes inalámbricas.

TDMA fue una tecnología que se adopto rápidamente por que ya tenia bases en Europa como base del sistema celular digital GSM (Global System for Mobile Communications) entonces TDMA se seleccionó así en 1989 como una norma celular digital. (el esquema más representativo se muestra en la figura 8, donde se pueden observar las divisiones, representadas por pirámides rectangulares). TDMA multiplexa hasta 3 llamadas en el mismo canal de transmisión de 30 Khz. Sin embargo, este estándar nunca cumplió las expectativas de comunicación, pero ofreció una instalación de gran facilidad y siempre se mantuvo como un sistema que podría crecer.

En el multiacceso TDMA se emplea una sola portadora para dar servicio a varios canales mediante compartición temporal. En el enlace descendente, de base a móvil, se transmite la portadora modulada por la señal múltiplex temporal con todos los canales. Cada estación móvil extrae la información en el intervalo temporal que tiene asignado y de ella obtiene las referencias de portadora y la temporización y sincronización de la trama.

La transmisión en este sentido es TDM (múltiplex temporal). En el enlace ascendente, de móviles a base, cada móvil envía su información en forma de una ráfaga de datos en el intervalo de tiempo asignado dentro de la trama. Como las portadoras y relojes de los diferentes móviles no están sincronizados y los tiempos de llegada de las ráfagas a la estación base son variables debido a las diferentes posiciones de los móviles, el enlace ascendente ha de funcionar en TDMA asíncrono, por lo que deben preverse unos tiempos de guarda para minimizar las colisiones entre las ráfagas que llegan a la estación base.

VENTAJAS DE TDMA

Extiende la vida útil de las baterías

No experimenta transferencias de otras transmisiones simultaneas Presentan ahorro en cuanto a -Equipo de instalación

- Espacio

- Mantenimiento

Estructura de celdas jerárquicas

Permita la actualización de sistemas analógicos a digitales 40 veces mayor capacidad que el sistema usado por AMPS

DESVENTAJAS DE TDMA

Cada usuario tiene una ranura de tiempo asignada, esta sujeto a distorsión por miltipath

Figura 8 “Esquema de TDMA”

La tabla 2 muestra el tipo de conmutación y las velocidades en los diferentes tipos de acceso utilizados por la 2G.

Tabla 2 “Tipo y velocidades de transmisión”.

2.7 INTRODUCCIÓN DE LA 2.5 G

La generación 2.5G ofrece características extendidas para ofrecer capacidades adicionales que los sistemas segunda generación tales como GPRS “General Packet Radio System”, HSCSD “High Speed Circuit Switched Data”, EDGE “Enhanced Data Rates for Global Evolution”, 136B, IS-95B, entre otros. La tecnología 2.5G es más rápida y más económica para actualizarse a los sistemas de tercera generación.

Muchos de los proveedores de servicios de telecomunicaciones (“carriers”) se moverán a las redes 2.5G antes de entrar masivamente a 3G. Los “carriers” europeos y de Estados Unidos se moverán a 2.5G en el 2001. Mientras que Japón ira directo de 2G a 3G también en el 2001.

Tecnología Tipo de transmisión Velocidad Máxima TDMA IS-136 Conmutación de circuitos 9.6 Kbps

GSM Conmutación de circuitos 9.6 Kbps PDC Conmutación de circuitos 9.6 Kbps CDMA IS-95A Conmutación de circuitos 14.4 Kbps

2.8 CARACTERÍSTICAS DE LA GENERACIÓN 2.5

Mas Rápida ( mayor capacidad de procesamiento ) Mas económica

Operación en ambiente Digital

Ofrece servicios de voz, datos Fax etc Cobertura mas amplia

Navegación por iconos

Incorporación de sistemas operativos mas potentes y compatibles

2.9 ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN A LA GENERACIÓN 2.5

Los elementos que integran la generación 2.5 son similares a los de la 2 generación con la diferencia que en la 2,5 se integra un bloque denominado Núcleo de paquetes GPRS que contienen al SGSN y GGSN. El SGSN se encargará de la gestión de la movilidad y del mantenimiento del enlace lógico entre móvil y red. El GGSN es el que proporciona el acceso a las redes de datos basadas en IP. La función principal del Gateway GPRS Support Node (GGSN) es la de actuar como pasarela entre la red troncal GPRS y las redes externas como IP. El GGSN es el elemento principal de la infraestructura de GPRS. Estos elementos se pueden observar en la figura 9.

Funciones del GGSN

Llevar a cabo la tarificación Realizar la autenticación

Traducir las direcciones IP en la dirección del móvil destino

Traducir los paquetes que recibe desde el SGSN al formato de la red externa (IP).

Funciones del SGSN La tarificación

La autenticación de usuarios La gestión de la movilidad

Figura 9 “Elementos que conforman a la 2.5G” 2.10 SISTEMAS UTILIZADOS POR LA GENERACIÓN 2.5.

CDMA es una forma particular de la tecnología conocida como espectro esparcido (spread spectrum) fue lanzado por primera vez en Hong Kong. La distribución celular y la reutilización de frecuencias son dos conceptos estrechamente relacionados con la tecnología CDMA; el objetivo es realizar una subdivisión en un número importante de células para cubrir grandes áreas de servicio. En los sistemas basados en la subdivisión celular (típicamente células hexagonales) y en el principio de reutilización de frecuencias, el nivel de prestaciones depende de modo crítico, del control de la interferencia mutua debida a la reutilización de frecuencias. En lo que concierne al concepto de reutilización, aunque hay cientos de canales disponibles, si cada frecuencia fuera asignada a una sola célula, la capacidad total del sistema sería igual al número total de canales con base al concepto de probabilidad de Erlang, lo cual originaría que el sistema pudiera albergar solamente a unos pocos miles de abonados. Mediante la reutilización de canales en un gran número de células, el sistema puede crecer sin límites geográficos. Desde un punto de vista de distribución celular, la tecnología CDMA se puede contemplar como una superación de la tradicional subdivisión celular hexagonal.

VENTAJAS CDMA:

Mejora del tráfico telefónico.

Mejora de la calidad de la transmisión de voz y eliminación de los efectos audibles del “fading” (atenuación) multitrayecto.

Reducción del número de lugares necesarios para soportar cualquier nivel de tráfico telefónico.

Simplificación de la selección de lugares.

Disminución de las necesidades en despliegue y costes de funcionamiento debido a que se necesitan muy pocas ubicaciones de células.

Disminución de la potencia media transmitida.

Reducción de la interferencia con otros sistemas electrónicos.

2.11 GPRS

El GPRS, estándar introducido por ETSI, es un sistema que viene a complementar al GSM, permitiendo un mejor aprovechamiento de los recursos. El concepto principal que rige GPRS y que lo diferencia de GSM es la orientación a la conmutación de paquetes frente a la conmutación de circuitos.

Características de la tecnología GPRS: Las características enumeradas a continuación permiten mejorar y facilitar el acceso a servicios de datos desde dispositivos móviles.

1. Compatibilidad con el sistema GSM. Las redes GPRS están basadas en GSM, así los terminales que vayan saliendo al mercado tendrán una capacidad dual GSM/ GPRS.

2. Permite la utilización de voz y datos a través del móvil.

3. Mayor velocidad de transferencia de datos: puede alcanzar, en un marco ideal de transmisión, velocidades máximas teóricas de 171,2 Kbps.

4. Permite que el terminal esté siempre conectado "always on". La percepción por parte del usuario será que el servicio GPRS está siempre disponible desde que conecta su terminal, ya que GPRS facilita conexiones instantáneas. Esta característica permite ahorrar el tiempo de conexión cada vez que se requiere una información.

5. Soporta aplicaciones más robustas. El incremento de velocidad va directamente unido al tipo de aplicaciones que puede soportar. La baja velocidad de transmisión de datos del sistema de

conmutación de circuitos limitado con el lento tiempo de conexión y la limitada longitud de los mensajes SMS hacían que las soluciones de aplicaciones móviles resultasen funcionalmente limitadas. El número de servicios de datos accesibles para dispositivos GPRS será mayor que con GSM, y una vez estén consolidadas las redes y aumenten las velocidades de transmisión, permitirá desarrollar nuevas aplicaciones que antes no eran posibles en servicios GSM.

6. Facturación basada en volumen de datos transferidos, en lugar de tarifas basadas en tiempos de conexión.

7. Soporta el protocolo IP: GPRS define un método de acceso a redes IP. Estas redes utilizan la conmutación de paquetes, lo que optimiza la utilización del espectro de radio disponible al no ser necesario que un canal de radio sea utilizado para la transmisión de un punto a otro. Los datos son divididos por paquetes, que son enviados separadamente. La información viaja a través de la red hasta llegar a su destino, y es reconstruida ahí y presentada en su forma original. Todas las partes que componen los datos están relacionadas unas con las otras, pero la forma en cómo viajan y son reagrupadas varía. Los paquetes viajan por las frecuencias disponibles, lo que permite que un número elevado de usuarios de GPRS pueda compartir el mismo ancho de banda. Esto permite al sistema GSM:

Limitaciones del sistema GPRS

No posee mecanismos de almacenamiento. Capacidad de celda limitada.

Velocidades reales inferiores a las teóricas.

2.12 EDGE

El EDGE : Enhanced Data Rates for GSM Evolution: Sistema avanzado de datos para la evolución de GSM es un estándar 3G aprobado por la ITU, y está respaldado por el Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones (ETSI), se puede desplegar en múltiples bandas del espectro y complementa a UMTS (WCDMA). Además se puede desplegar en las bandas de frecuencia 800, 900, 1800 y 1900 MHz actuales y puede servir como la vía a la tecnología UMTS (WCDMA).

Es una solución 3G diseñada específicamente para integrarse al espectro existente, permitiendo así a que los operarios ofrezcan nuevos servicios de 3G con licencias de frecuencia existente al desarrollar la infraestructura inalámbrica actual. Ofrece servicios de Internet Móvil con una velocidad en la transmisión de datos a tres veces superior a la de GPRS.

El equipo de EDGE también opera automáticamente en modo de GSM.

La estrategia de EDGE consiste en:

Incrementar las tasas de bit de GSM

Introducir un nuevo esquema de modulación y codificación de canal Re-usar tanto de la capa física de GSM como sea posible.

Usa codificación de canal adaptativa y Modulación (GMSK y 8-PSK). Soporta tasas de bits hasta 384 Kbps usando hasta 8 ranuras GSM.

Emplea redundancia incremental a fin de mejorar la eficiencia en el uso del canal. apropiado para aplicaciones con requerimientos de retardo relajados.

CAPITULO III

“TERCERA Y CUARTA GENERACIÓN”

3.1 INTRODUCCIÓN A LA 3G.

La aparición de la tercera generación construida sobre una plataforma digital brinda la posibilidad de comunicarnos donde y como queramos, para ello es necesario el estándar IMT-2000, esta norma proporciona acceso inalámbrico a la infraestructura global de telecomunicaciones, mediante sistemas terrestres y satelitales que atenderá a usuarios móviles y fijos en redes públicas o privadas.

El propósito de la Tercera generación consiste en superar las limitaciones técnicas de las tecnologías precedentes. La tercera generación es tipificada por la convergencia de la voz y datos con acceso inalámbrico a Internet, aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos.

Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan altas velocidades de información enfocados para aplicaciones mas allá de la voz tales como audio (MP3), video en movimiento, video conferencia y acceso rápido a Internet sólo por nombrar algunos.

3.2 CARACTERÍSTICAS DE LA 3G.

La tercera generación ofrece servicios de voz, datos y video a altas velocidades. A continuación se listan una serie de características de la tercera generación de telefonía celular.

Alta velocidad en transmisión de datos, hasta 144 Kbs, velocidad de datos móviles

(vehicular); hasta 384 Kbs, velocidad de datos portátil (peatonal) y hasta 2 Mbs,

velocidad de datos fijos (terminal estático).

Transmisión de datos simétrica y asimétrica.

Servicios de conmutación de paquetes y en modo circuito, tales como tráfico Internet (IP) y video en tiempo real.

Mayor capacidad y mejor eficiencia del espectro con respecto a los sistemas actuales. Capacidad de proveer servicios simultáneos a usuarios finales y terminales.

Incorporación de sistemas de segunda generación y posibilidad de coexistencia e interconexión con servicios móviles por satélite.

Itinerancia internacional entre diferentes operadores (Roaming Internacional).

3.3 SERVICIOS QUE OFRECE LA 3G.

Voz en banda estrecha a servicios multimedia en tiempo real y banda ancha.

Apoyo para datos a alta velocidad para navegar por la world wide web, entregar información como noticias, tráfico y finanzas por técnicas de empuje y acceso remoto inalámbrico a Internet e intranets.

Servicios unificados de mensajes como correo electrónico multimedia.

Aplicaciones de comercio electrónico móvil, que incluye operaciones bancarias y compras móviles.

Aplicaciones audio/video en tiempo real como videoteléfono, videoconferencia interactiva, audio y música, aplicaciones multimedia especializadas como telemedicina y supervisión remota de seguridad.

3.4 SISTEMAS UTILIZADOS EN 3G.

En Europa, el Instituto Europeo de Telecomunicaciones (ETSI) ha propuesto la norma paneuropea de tercera generación UMTS (Universal Mobile telecommucation System). UMTS es miembro de la familia global IMT-2000 del sistema de comunicaciones móviles de “tercera generación” de UIT.

En Estados Unidos el Instituto Americano de Estándares (ANSI) sigue trabajando en la evolución de sistemas AMPS/IS-136 y CDMA/IS-95. Por otra parte, en Japón la Asociación de Industrias de la Radio y Radiodifusión (ARIB) también está trabaj0ndo en CDMA para la elaboración de normas de tercera generación.

Los organismos regionales de normalización ETSI (Europa), TIPI (EUA), ARIB (Japón) y TTA (Corea) trabajaron en propuestas separadas de la norma W-CDMA, estos entes regionales sumaron esfuerzos en el Proyecto de Asociación 3G (3GPP), y hoy en día existe una norma conjunta W-CDMA.

La ITU recibio tres familias de propuestas PDD (WCDMA, CDMA 2000 y UWC 136) y tres propuestas TDD (ULTRA/TDD, TDD-SCDMA y DECT). Posteriormente se han coordinado para armonizar los candidatos IMP-2000 y finalmente disponer de las normas comprimidas de 3ra Generación.

Los avances que en materia de sistemas de tercera generación adelanta la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU), a finales de los años ochenta, se denominaron en un principio como Futuros Sistemas Públicos de Telecomunicaciones Móviles Terrestres (FPLMTS – Future Public Land Mobile Telecommunication System) Actualmente se le ha cambiado de nombre y se habla del Sistema de Telecomunicaciones Móviles Internacionales (IMT-2000, International Mobil Telecommunication-2000) creado con el objetivo de valorar y especificar los requisitos de las normas celulares del futuro para la prestación de servicios de datos y multimedia a alta velocidad

IMT (International Mobil Telecomunications): IMT-2000 es una norma de la ITU para los sistemas de la 3a. generación que proporcionará acceso inalámbrico a la infraestructura de telecomunicaciones global por medio de los sistemas satelitales y terrestres, para dar servicio a usuarios fijos y móviles en redes públicas y privadas en siglo XXI.

Los objetivos primarios de ITU para IMT-2000 son:

La eficacia operacional, particularmente para los datos y servicios de multimedia, Flexibilidad y transparencia en la provisión de servicio global,

La tecnología conveniente para reducir la falta de telecomunicaciones, es decir ofrecer un costo accesible para millones de personas en el mundo que todavía no tienen teléfono.

La incorporación de toda una variedad de sistemas. Alto grado de uniformidad de diseño a escala mundial.

Alto nivel de calidad, comparable con la de una red fija. Utilización de una terminal de bolsillo a escala mundial.

La prestación de servicios por más de una red en cualquier zona de cobertura.

ASIGNACIÓN DEL ESPECTRO PARA IMT-2000

En Estados Unidos el sistema 3G lleva el nombre de IMT2000 (Telefonía Móvil Internacional 2000),nombre que viene de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU). En Estados Unidos el sistema CDMA2000 (Acceso Múltiple por División de Códigos 2000)también supone un aspecto de los sistemas celulares 3G y representa la evolución del sistema IS-95.

La asignación de espectro para IMT-2000 se realizó en la Conferencia Administrativa Mundial de Radiocomunicaciones 1992, WARC 92, asignando 230 MHz en las bandas 1885-2025 MHz y 2110-2200 MHz

IMT-2000 comprende también una componente satelital que facilitará los aspectos de roaming internacional, así como la obtención de comunicaciones en lugares donde no haya disponibilidad de sistemas terrestres, complementando las celdas Macro, micro y pico.

Debido al crecimiento de Internet, las Intranets, el correo y el comercio electrónico y los servicios de transmisión de imágenes y sonido; han elevado la demanda de servicios de banda ancha, teniéndose que incrementar los requerimientos de espectro para IMT-2000.

La Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones WRC-2000 celebrada en Estambul en el año 2000, proporciona tres bandas extras quedando compuesto el espectro para IMT-2000 de la siguiente forma:

Componente terrenal:

Tabla 3 “Bandas de Frecuencia asignadas para la componente terrenal“. Bandas (Frecuencia) Conferencia

806-960 MHz WRC 2000 1710-1885 MHz WRC 2000 1885-1980 MHz WARC 92 2010-2025 MHz WARC 92 2110-2200 MHZ WARC 92 2500-2690 MHZ WRC 2000

Componente Satelital:

Tabla 4 “Bandas de Frecuencia asignadas para la componente satelital”.

Bandas (Frecuencia) Conferencia 1980-2010 MHz WARC 92 2170-2200 MHz WARC 92 2500-2520 MHz WRC 2000 2670-2690 MHz WRC 2000

INTERFASES DE AIRE IMT-2000: Uno de los elementos mas importantes para la definición de las características operativas del IMT-2000, es la selección de la Tecnología de Transmisión de Radio (RTT), también denominada interfase de aire, parte del sistema que transporta una llamada entre la estación base o móvil y la terminación del usuario.

En 1998 la UIT denominó RTT (Radio Transmission Technology) a las tecnologías que harían de interfaz de aire entre las estaciones base y los terminales móviles. Las distintas interfaces propuestas ante la Unión Internacional de telecomunicaciones están basadas en CDMA que se acompañan de tres modalidades de operación, cada una de las cuales podría perfectamente funcionar sobre la red base de GSM (GSM-MAP) y sobre la red base CDMAONE (IS-41). Las especificaciones técnicas de las RTT terrestres fueron aprobadas en la WRC-2000 y se definieron como sigue:

IMT-2000 CDMA Direct Spread (UTRA W-CDMA) IMT-2000 CDMA Multi-Carrier (CDMA-2000) IMT-2000 CDMA TDD (UTRA TD-CDMA) IMT-2000 TDMA Single-Carrier (UWC-136) IMT-2000 FDMA/TDMA (DECT).

CAMINO EVOLUTIVO DE LAS REDES CDMA

El camino evolutivo de CDMA a IMT-2000 empieza con la propuesta de Qualcomm de un nuevo sistema basado en técnicas de espectro ensanchado. Esta propuesta, que luego fue estandarizada

como IS-95, es el primer sistema CDMA móvil en desarrollo comercial. El acceso de multiplexación por división de códigos de banda estrecha (CDMA) IS-95 estipula un espaciamiento de portadora de 1.25MHz para servicios de telefonía. La Telecomunications Industry Association “TIA” empezó a definir esta especificación en 1991.

CDMAONE: Es un nombre comercial de marca registrada, reservado para uso exclusivo de las empresas que son miembros de CDG (Cdma Development Group). El mismo describe un sistema inalámbrico completo que incorpora la interfaz aérea IS-95 CDMA y la norma de la red ANSI-41 para la interconexión por conmutación, además de muchas otras normas que integran el sistema inalámbrico completo.

CDMAONE / IS-95-A: La tecnología CDMAONE / IS-95-A ofrece soporte a señales de voz conmutados por circuitos y datos (conmutados por circuitos o paquetes), con velocidades de hasta 14,4kbps. Debido al enfoque inicial de proveedores y operadoras en señales de voz. Históricamente la CDMAONE/IS-95-A ha sido utilizada sólo para voz conmutada por circuitos y, más recientemente, para un pequeño volumen de datos conmutados por circuitos.

CDMAONE/IS-95-B: La tecnología CDMAONE/IS-95-B ofrece soporte a señales de voz conmutados por circuitos y datos, conmutados por paquetes. Las empresas KDDI, en Japón, y SKT, en Corea, están implementando esa tecnología desde 1999. En teoría, ella provee tasas de datos de hasta 115kbps, y alcanza,

generalmente, valores prácticos de 64kbps. La CDMAONE/IS-95-B ahora está siendo sustituida por la CDMA2000 1X, de mayor capacidad y velocidad, y difícilmente será implementada en otras regiones.

CDMA2000: Identifica la norma TIA para tecnología de tercera generación, que es un resultado evolutivo de CDMAONE, el cual ofrece a los operadores que han desplegado un sistema CDMAONE de segunda generación, una migración transparente que respalda económicamente la actualización a las características y servicios 3G, dentro de las asignaciones del espectro actual, tanto para los operadores celulares como los de PCS. La interfaz de red definida para cdma2000 apoya la red de segunda generación de todos los operadores actuales, independientemente de la

tecnología: CDMAONE, IS-136 TDMA o GSM). La TIA ha presentado esta norma ante la ITU como parte del proceso IMT-2000 3G.

A fin de facilitar la migración de CDMAONE a las capacidades de cdma2000, ofreciendo características avanzadas en el mercado de una manera flexible y oportuna, su implementación se ha dividido en dos fases evolutivas.

CDMA2000 Fase I: Las capacidades de la primera fase se han definido en una norma conocida como 1XRTT. La publicación de la 1XRTT se hizo en el primer trimestre de 1999. Esta norma introduce datos en paquetes a 144 Kbps en un entorno móvil y a mayor velocidad en un entorno fijo. Las características disponibles con 1XRTT representan un incremento doble, tanto en la capacidad para voz como en el tiempo de operación en espera, así como una capacidad de datos de más de 300 Kbps y servicios avanzados de datos en paquetes.

Adicionalmente extiende considerablemente la duración de la pila y contiene una tecnología mejorada en el modo inactivo. Se ofrecerán todas estas capacidades en un canal existente de 1.25 MHz de CDMAONE.

CDMA2000 Fase II: La evolución de CDMAONE, hasta llegar a las capacidades completas de cdma2000, continuará en la segunda fase e incorporará las capacidades de 1XRTT, usara tres portadoras de 1,25 MHz en un sistema multiportadora para prestar servicios de banda ancha de 3G.

CDMA 3XRTT proporcionará velocidad de circuitos y datos en paquete de hasta 2 Mbps, incorporará capacidades avanzadas de multimedia e incluirá una estructura para los servicios de voz y codificadores de voz 3G, entre los que figuran los datos de paquetes de “voice over” y de circuitos.

CDMA2000 1XEV: Basado en el estándar 1X, el sistema 1XEV mejora la velocidad de procesamiento de datos, obteniendo velocidades máximas de 2 Mbits/seg., sin tener que utilizar más de 1,25 MHz del espectro. Los requisitos para los operadores recién establecidos con respecto a 1XEV establecen dos fases. En la primera Cdma2000 1XEV-DO usa un transportista separado de 1.25 MHz para datos y ofrece velocidades de datos en punta de 2.4 Mbps. La fase 2,

Cdma2000 1X EV-DV se centra en las funciones de datos y de voz en tiempo real, así como en la mejora del funcionamiento para mayor eficiencia en voz y en datos.

En la figura 10 podemos apreciar las diferentes fases de las redes CDMA según su velocidad de datos y aplicaciones:

Figura 10 “Fases de CDMA según su velocidad de datos y aplicaciones”.

UMTS / WCDMA: Entre todas las tecnologías consideradas para la interfaz de aire de UMTS, ETSI eligió en enero de 1998 la nueva tecnología WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), en operación FDD (Frequency Division Duplex) espectro pareado, aunque también se ha tenido en cuenta la TD/CDMA en operación TDD (Time Division Duplex) espectro no-pareado para uso en recintos cerrados, lo que constituye la solución llamada UTRA. WCDMA es una técnica de acceso múltiple por división de código que emplea canales de radio con una ancho de banda de 5 MHz.

Acceso Utra. El esquema de acceso UTRA se constituye de la siguiente forma: UTRA FDD: Esquema de acceso multiple: W-CDMA

Modulación BPSK en UL y QPSK en DL

UTRA TDD: Equema de acceso multple: Hibrido W-CDMA + TDMA Modulación QPSK

La figura 11 muestra el espectro de UMTS (FDD, TDD)

Figura 11 “Espectro UMTS”.

3.5 ARQUITECTURA DEL SISTEMA IMT-2000.

Una de las ideas generales del IMT-2000 es brindar servicios en cualquier parte del mundo a través del empleo de diversas tecnologías integradas en un solo sistema, ajustándose a diferentes entornos geográficos y densidades de tráfico. Por lo tanto, se ha establecido una estructura de capas de células, clasificándose en cuatro categorías, las cuales pueden funcionar simultáneamente dentro de una misma área geográfica. Como se puede observar en la figura 12.

• Megacélulas: tienen radios desde 100 hasta 500 Km. Ofrecen amplia cobertura para zonas con baja capacidad de tráfico a través del uso de satélites no geoestacionarios. Soportan velocidades de estaciones móviles elevadas.

• Macrocélulas: tienen radios desde 1 hasta 35 Km. Se emplean para ofrecer coberturas en lugares rurales, carreteras y poblaciones cercanas.

• Microcélulas: tienen radios desde 50 m hasta 1 Km. Ofrecen servicio a usuarios fijos o que se muevan lentamente con elevada densidad de tráfico.

• Picocélulas: tienen radios menores a 50 m. Ofrecen coberturas localizadas en interiores.

Figura No. 12. “Esquema de la cobertura que se pretende con el IMT- 2000”.

3.6 INTRODUCCIÓN A LA 4G.

La cuarta generación es un proyecto a largo plazo que será 50 veces más rápida en velocidad que la tercera generación. Sin embargo esta generación aún no es considerada como 4G por parte de IEEE, es por eso que también se le conoce como “Beyond 3G” (Más allá de 3G). Debido a que la 3G tiene relativamente poco tiempo en el mercado, es muy probable que no veamos la 4G hasta que haya sido costeable el dinero invertido en la 3G y 3.5G. Uno de los objetivos principales de esta tecnología es poder transmitir entre 20 Mbps y 1 Gbps (1000 Mbps). Una de las diferencias de la 3G a la 4G es la velocidad de transmisión. En los celulares de 3G su transferencia era de entre 384 Kbps y 2 Mbps, en cambio para la 4G, la transferencia mínima esperada es de 20 Mbps llegando inclusive a 1 Gbps.

FDD: Servicio público con movilidad total a 144-384 Kbps