telefonía celular
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Gerencia de Servicio Técnico R9
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1
! Introducción a las comunicaciones inalámbricas móviles
" Panorama de los sistemas inalámbricos
" Características de la interfaz inalámbrica
" Planeación de frecuencias" Ingeniería de tráfico" Telefonía celular analógica" Telefonía celular digital" Nuevas aplicaciones
Gerencia de Servicio Técnico R9
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Objetivos Generales del CursoObjetivos Generales del Curso
! Conocer el panorama de los servicios de comunicación inalámbricos actuales.
! Aprender los aspectos más importantes relacionados con la arquitectura y funcionamiento fundamental de los sistemas celular y PCS.
! Aprender los conceptos básicos relacionados con la planeación de frecuencias en sistemas celulares.
! Aprender el manejo de los aspectos relacionados con la planeación de tráfico sobre sistemas celulares.
! Conocer las nuevas aplicaciones en los sistemas de comunicación inalámbrica
! Conocer el panorama de los servicios de comunicación inalámbricos actuales.
! Aprender los aspectos más importantes relacionados con la arquitectura y funcionamiento fundamental de los sistemas celular y PCS.
! Aprender los conceptos básicos relacionados con la planeación de frecuencias en sistemas celulares.
! Aprender el manejo de los aspectos relacionados con la planeación de tráfico sobre sistemas celulares.
! Conocer las nuevas aplicaciones en los sistemas de comunicación inalámbrica
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En este CapítuloEn este Capítulo
#Objetivo:• Conocer el panorama de los servicios de comunicación
inalámbricos actuales.
# Introducción a las comunicaciones inalámbricas móviles
• Evolución de las comunicaciones inalámbricas• Sistemas inalámbricos y principales aplicaciones• Definición de los mercados Celular y PCS• El espectro radioeléctrico y su asignación en México
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Telefonía móvil convencionalTelefonía móvil convencional# El primer sistema que permitió la comunicación entre la red móvil y la red fija
fue el sistema conocido como IMTS (Improved Mobile Telephone Service).# Este sistema utiliza una antena de alta potencia para dar cobertura a toda una
zona en un radio entre 30 y 80 kms.# Esta característica representa al menos dos problemas:
• La potencia de las señales transmitidas hace que los canales empleados no puedan reutilizarse en áreas cercanas.
• El equipo terminal de usuario debe manejar altas potencias y por lo tanto no puede ser de pequeñas dimensiones.
# El primer sistema que permitió la comunicación entre la red móvil y la red fija fue el sistema conocido como IMTS (Improved Mobile Telephone Service).# Este sistema utiliza una antena de alta potencia para dar cobertura a toda una
zona en un radio entre 30 y 80 kms.# Esta característica representa al menos dos problemas:
• La potencia de las señales transmitidas hace que los canales empleados no puedan reutilizarse en áreas cercanas.
• El equipo terminal de usuario debe manejar altas potencias y por lo tanto no puede ser de pequeñas dimensiones.
30 - 80 km
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Telefonía celularTelefonía celular# Los problemas del sistema IMTS fueron resueltos mediante la introducción de los
sistemas celulares.# Los sistemas celulares utilizan varias antenas o “celdas” para dar cobertura a una
zona.# Bajo este principio es posible reutilizar las frecuencias para incrementar el número de
usuarios simultáneos y también se puede reducir la potencia necesaria en el equipo móvil y en consecuencia su tamaño.
# El sistema celular fue desarrollado por los Laboratorios Bell en cooperación con Motorola y el primer servicio comercial en América se liberó en Chicago en 1983.
# Dentro de las características que se esperaban del sistema celular se encuentran: gran capacidad de suscriptores, uso eficiente del espectro, compatibilidad nacional, calidad del servicio semejante a la telefonía
# Los problemas del sistema IMTS fueron resueltos mediante la introducción de los sistemas celulares.
# Los sistemas celulares utilizan varias antenas o “celdas” para dar cobertura a una zona.
# Bajo este principio es posible reutilizar las frecuencias para incrementar el número de usuarios simultáneos y también se puede reducir la potencia necesaria en el equipo móvil y en consecuencia su tamaño.
# El sistema celular fue desarrollado por los Laboratorios Bell en cooperación con Motorola y el primer servicio comercial en América se liberó en Chicago en 1983.
# Dentro de las características que se esperaban del sistema celular se encuentran: gran capacidad de suscriptores, uso eficiente del espectro, compatibilidad nacional, calidad del servicio semejante a la telefonía
30 - 80 km
CeldaCeldaSitioSitio
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Historia de la telefonía celularHistoria de la telefonía celular
# La telefonía celular analógica fue concebida alrededor de 1940, planeada en los 60´s y lanzada en los primero años de los 80´s. Desarrollada inicialmente por los ingenieros de los laboratorios Bell.
# En 1983 comienza el primer servicio comercial de telefonía celular de América en Chicago.
# Se predecía que para el año 2000 se habrían vendido 1 millón de teléfonos celulares, sin embargo esto sucedió en octubre de 1986, 14 años antes.
# En 1986 se comienza a estandarizar el sistema europeo GSM.# En 1987 después de varios años de estudio se define el estándar IS-41 (Interim
Standar 41).# También en 1987 USA cuenta ya con 1,230,855 abonados con un promedio de
consumo de 100USD/mes. Lo cual significa entradas por más de cien millones de dólares mensuales.
# 1989 comienzan las evaluaciones sobre TDMA.# 1990 Comienza el servicio de telefonía celular en México.# 1992 el estándar TDMA se termina y es introducido por la mayoría de los
fabricantes de teléfonos.# 1993 se cuenta con 22 millones de abonados celulares en todo el mundo aprox.# 1994 IUSACELL introduce el servicio digital basado en la tecnología TDMA# 1995 La lucha entre TDMA y CDMA se plantea difícil para ver cual de las dos
ganará más mercado.# 1997 TELCEL selecciona TDMA (IS-136) y IUSACELL cambia a CDMA (IS-95)# En 1999 PEGASO y UNEFON introducen el servicio PCS en México.
# La telefonía celular analógica fue concebida alrededor de 1940, planeada en los 60´s y lanzada en los primero años de los 80´s. Desarrollada inicialmente por los ingenieros de los laboratorios Bell.
# En 1983 comienza el primer servicio comercial de telefonía celular de América en Chicago.
# Se predecía que para el año 2000 se habrían vendido 1 millón de teléfonos celulares, sin embargo esto sucedió en octubre de 1986, 14 años antes.
# En 1986 se comienza a estandarizar el sistema europeo GSM.# En 1987 después de varios años de estudio se define el estándar IS-41 (Interim
Standar 41).# También en 1987 USA cuenta ya con 1,230,855 abonados con un promedio de
consumo de 100USD/mes. Lo cual significa entradas por más de cien millones de dólares mensuales.
# 1989 comienzan las evaluaciones sobre TDMA.# 1990 Comienza el servicio de telefonía celular en México.# 1992 el estándar TDMA se termina y es introducido por la mayoría de los
fabricantes de teléfonos.# 1993 se cuenta con 22 millones de abonados celulares en todo el mundo aprox.# 1994 IUSACELL introduce el servicio digital basado en la tecnología TDMA# 1995 La lucha entre TDMA y CDMA se plantea difícil para ver cual de las dos
ganará más mercado.# 1997 TELCEL selecciona TDMA (IS-136) y IUSACELL cambia a CDMA (IS-95)# En 1999 PEGASO y UNEFON introducen el servicio PCS en México.
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Crecimiento de las comunicaciones inalámbricasCrecimiento de las comunicaciones inalámbricas
# Se predecía que para el año 2000 se habrían vendido 1 millón de teléfonos celulares, sin embargo esto sucedió en octubre de 1986, 14 años antes.# En 1996 se contaba con cerca de 110 M de usuarios inalámbricos entre
servicios celulares, PCS y WLL.# Actualmente se cuenta con más de 450 M de usuarios inalámbricos.
1986 1987 1989 1991 1993 1995 1996 2000
Usuarios Inalámbricos
450,000,000
1,000,000
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Celulares / 100 HabitantesCelulares / 100 Habitantes
0 5 10 15 20 25 30
1
México
Chile
China
Brasil
Polonia
Taiw an
Korea
Argentina
Suiza
Inglaterra
Suecia
España
Alemania
Francia
Japón
Canadá
Estados Unidos
Fuente: UIT-T World Telecommunications Report 1998 (Datos 1996)
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Crecimiento en México (hasta 1999)Crecimiento en México (hasta 1999)
# El servicio celular creció 298% en 1999# Causas del crecimiento explosivo del celular:
• Esquema “el que llama paga”• Sistemas de prepago
1997: 9.253 milones1998: 9.927 millones1999: 10.926 millones
1997: 9.253 milones1998: 9.927 millones1999: 10.926 millones
1997: 1.022 millones1998: 1.741 millones1999: 6.944 millones
1997: 1.022 millones1998: 1.741 millones1999: 6.944 millones
Teléfonos Celulares
Fuente: Cofetel, Marzo 2000
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Panorama de Comunicaciones InalámbricasPanorama de Comunicaciones Inalámbricas
Paging
wLANs
Telefonía Inalámbrica
Telefonía Celular y PCS
Telefonía Satelital (GMPCS)
wWANs
Trunking
WLL
PTP
FWA
BWA
Comunicaciones Inalámbricas
VSAT
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Criterios de evaluación de un sistemaCriterios de evaluación de un sistema
#Criterios importantes en la evaluación de un sistema inalámbrico:
• Capacidad• Costo por usuario• Movilidad• Calidad de voz• Velocidad de transmisión de datos
HLR
VLR
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Sistemas de Comunicación PersonalSistemas de Comunicación Personal
InalámbricoInalámbrico Celular, PCSCelular, PCS Satelital (GMPCS)Satelital (GMPCS)
# Sistemas para interiores y exteriores.# Ejemplos: CT2, DECT,
PACS y PHS.# Baja potencia de
transmisión.# Microceldas y
picoceldas.# Antenas pequeñas.# Altas densidades.
# Sistemas para interiores y exteriores.# Ejemplos: CT2, DECT,
PACS y PHS.# Baja potencia de
transmisión.# Microceldas y
picoceldas.# Antenas pequeñas.# Altas densidades.
# Sistemas para exteriores.# Ejemplos: AMPS, IS-
136, IS-95, GSM.# Alta potencia de
transmisión.# Radios de cobertura
entre 1-5km.# Gran altura de las
antenas.# Altas densidades.
# Sistemas para exteriores.# Ejemplos: AMPS, IS-
136, IS-95, GSM.# Alta potencia de
transmisión.# Radios de cobertura
entre 1-5km.# Gran altura de las
antenas.# Altas densidades.
# Sistemas satelitales.# Ejemplos: Iridium†,
Globalstar, ICO.# Comunicación en
cualquier lugar habitable sobre la tierra.# Voz y datos de baja
velocidad.
# Sistemas satelitales.# Ejemplos: Iridium†,
Globalstar, ICO.# Comunicación en
cualquier lugar habitable sobre la tierra.# Voz y datos de baja
velocidad.
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Telefonía InalámbricaTelefonía Inalámbrica
# Telefonía Inalámbrica (Cordless Telephony).# Introducida en los años 70 para extender el par de cobre dentro del área
residencial.# Se caracterizan por:
• Soportar baja movilidad• Baja potencia• Comunicación en ambos sentidos
# Los teléfonos inalámbricos han evolucionado hacia tecnologías digitales (CT-2, DECT, PACS, PHS).# También han salido del área residencial incursionando en las empresas
con los WPBX (Wireless PBX).
PSTN
Central
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Telefonía CelularTelefonía Celular
# Esencialmente lo que conocemos como servicio celular.# Alta potencia de transmisión
• Altura de antenas grande entre 30 y 50 metros• Estaciones radiobase con alto costo• Permiten el movimiento en una área amplia• Servicios de voz en la primera generación
# Esencialmente lo que conocemos como servicio celular.# Alta potencia de transmisión
• Altura de antenas grande entre 30 y 50 metros• Estaciones radiobase con alto costo• Permiten el movimiento en una área amplia• Servicios de voz en la primera generación
Estación Radiobase
Estación Móvil
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Telefonía Celular AnalógicaTelefonía Celular Analógica
$ FDMA
Tecnologías
$ AMPS$ TACS$ NMT
Sistemas
$ RMTS$ NTT
Señal AnalógicaSeñal Analógica
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Telefonía Celular DigitalTelefonía Celular Digital
$ TDMA, CDMA
Tecnologías
$ GSM (TDMA-8, Europa)$ IS-136 (TDMA-3, Telcel)$ IS-95 (CDMA, Iusacell)
Sistemas
Señal DigitalSeñal Digital
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Telefonía Inalámbrica Móvil (PCS)Telefonía Inalámbrica Móvil (PCS)
• Soporte de mayor tráfico• Mejor calidad de voz• Mayor duración de la batería• Radiopuertos más simples y
económicos• Servicio de mensajes cortos
(SMS)
# Esencialmente es lo mismo que el servicio celular pero con usuarios exclusivamente digitales y a diferente frecuencia (1900MHz).# Utilizan principalmente los mismos estándares celulares de la segunda
generación: IS-136, IS-95 y GSM.# En algunos lugares se han implementado mediante sistemas de telefonía
inalámbrica como PACS, PHS y DECT. En este caso se les conoce como servicio telepunto y consiste en colocar radiopuertos en lugares como centros comerciales, aeropuertos, calles peatonales, etc.
# Esencialmente es lo mismo que el servicio celular pero con usuarios exclusivamente digitales y a diferente frecuencia (1900MHz).# Utilizan principalmente los mismos estándares celulares de la segunda
generación: IS-136, IS-95 y GSM.# En algunos lugares se han implementado mediante sistemas de telefonía
inalámbrica como PACS, PHS y DECT. En este caso se les conoce como servicio telepunto y consiste en colocar radiopuertos en lugares como centros comerciales, aeropuertos, calles peatonales, etc.
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# WLL (Wireless Local Loop): Es un sistema que utiliza propagación por ondas de radio para ofrecer el servicio telefónico local en lugar del sistema que utiliza el par de cobre tradicional (Wireline), utilizan estándares celulares, no requieren de la instalación de antenas permiten teléfonos inalámbricos fijos y terminales móviles.# FWA (Fixed Wireless Access): Igual que los sistemas WLL pero con sistemas
propietarios y requieren de la instalación de antenas fijas en las casas.
Telefonía Inalámbrica Fija (WLL/FWA)Telefonía Inalámbrica Fija (WLL/FWA)
Hacia laRed Telefónica
Radiopuerto
FWAFWA
Handset InalámbricoHandset Inalámbrico
Inalámbrico FijoInalámbrico Fijo
POTS o ISDNPOTS o ISDN
WLL: Wireless Local LoopFWA: Fixed Wireless Access
POTS: Plain Old Telephone ServiceISDN: Integrated Services Digital Network
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Convergencia de los servicios: El concepto PCSConvergencia de los servicios: El concepto PCS
Inalámbrico Celular Satélite
UPIN : 5299160169
UPIN: Universal Personal Identification Number
# Se podrá soportar:• Portabilidad• Movilidad
# Se podrán ofrecer servicios de:• Voz, datos y video.
# Proyecto IMT-2000 de la UIT-T
# Se podrá soportar:• Portabilidad• Movilidad
# Se podrán ofrecer servicios de:• Voz, datos y video.
# Proyecto IMT-2000 de la UIT-T
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Evolución de los Sistemas Inalámbricos PersonalesEvolución de los Sistemas Inalámbricos Personales
# Anteriormente los mercados estaban bien definidos.# El desarrollo tecnológico los ha hecho converger.# Anteriormente los mercados estaban bien definidos.# El desarrollo tecnológico los ha hecho converger.
TrunkingAnalógico
Pager deuna vía
CelularAnalógico
TrunkingDigital
Pager dedos vías
CelularDigital
Comunicación móvil multimedia
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Espectro de RadioeléctricoEspectro de Radioeléctrico
30 kHz 30 MHz 300 MHz 3000 MHz 30 GHz 300 GHz
LF - MF - HF VHF UHF SHF EHF
AM TV,FM TV Satélite y MicroondaWireless
PTP, PMP, Satélite (L, S, C, Ku, K, Ka)
Celular - Trunking – Paging - WLL/FWA - PCS
400 MHz 4 GHz
4 GHz 60 GHz
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Bandas en México para PCS y WLL/FWABandas en México para PCS y WLL/FWA
400 MHz 4000 MHz
440 - 450 y 485 - 495
1710 – 1715* y 1805 – 1850*
1910 – 1930*
2025 – 2110* y 2200 – 2285*
1850 - 1910 y 1930 - 1990 3400 - 3700
* Subasta pendiente (PCS y WLL)
FWAFWAPCS/WLLPCS/WLLWLLWLL
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Regionalización para la SubastaRegionalización para la Subasta
# Regiones para PCS y WLL
# Regiones para Celular
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Subasta de Frecuencias para PCS y WLL/FWASubasta de Frecuencias para PCS y WLL/FWA
# Inicio de la subasta : 9 de Junio de 1997# Fin de la subasta: 8 de mayo de 1998# Monto total de la subasta: $8,452,171,000 pesos (USD$971,513,908)# Se dividió el país en 9 regiones para PCS y WLL/FWA
# Inicio de la subasta : 9 de Junio de 1997# Fin de la subasta: 8 de mayo de 1998# Monto total de la subasta: $8,452,171,000 pesos (USD$971,513,908)# Se dividió el país en 9 regiones para PCS y WLL/FWA
Banda de 1.9GHz
$6,804,049,000 (80.50%)
Banda de 1.9GHz
$6,804,049,000 (80.50%)
Banda de 3.4GHz
$1,643,622,000 (19.45%)
Banda de 3.4GHz
$1,643,622,000 (19.45%)
Banda de 440MHz
$4,500,000 (0.05%)
Banda de 440MHz
$4,500,000 (0.05%)
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Empresas GanadorasEmpresas Ganadoras
EmpresaEmpresa ServicioServicio ComentariosComentarios
UNEFONUNEFON PCS y WLLPCS y WLL 9 regiones, Grupo Elektra, TV Azteca9 regiones, Grupo Elektra, TV Azteca
PosturasPosturas
2,620.92,620.9
BandasBandas
2727
PEGASOPEGASO PCSPCS 9 regiones, Pegaso, Qualcomm, Sprint9 regiones, Pegaso, Qualcomm, Sprint2,176.22,176.2 99
TelcelTelcel PCSPCS 9 regiones, Grupo Carso9 regiones, Grupo Carso1,271.51,271.5 99
Midicell*Midicell* PCS y WLLPCS y WLL PCS: R2, R6, R7, R9. WLL: Todas las regiones. Miditel, Korea Telecom.PCS: R2, R6, R7, R9. WLL: Todas las regiones. Miditel, Korea Telecom.1,017.51,017.5 2727
IusacelIusacel PCSPCS PCS: R1 y R4, Grupo Iusacel, Bell AtlanticPCS: R1 y R4, Grupo Iusacel, Bell Atlantic493.1493.1 22
AXTELAXTEL WLLWLL 9 regiones, Tomás Milmo (Cemex)9 regiones, Tomás Milmo (Cemex)447.5447.5 1818
TelmexTelmex WLLWLL 9 regiones, Grupo Carso9 regiones, Grupo Carso405.3405.3 1818
Gpo. HermesGpo.
Hermes PCSPCS PCS: R8, Hank RohnPCS: R8, Hank Rohn20.220.2 11
* No obtuvo las frecuencias por incapacidad económica
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EjercicioEjercicio
1. ¿Cuáles son los criterios de evaluación de un sistema celular? Comente cada uno de ellos.
2. ¿Cuál es la diferencia entre telefonía celular y telefonía PCS?
3. ¿Cuál es la diferencia entre WLL y FWA?
4. Defina el concepto de PCS
5. ¿Qué bandas de frecuencias se utilizan en México para PCS, WLL y FWA?
6. ¿Cuántas regiones existen en México para el servicio de Telefonía Celular y PCS? ¿La ciudad de México a que región pertenece?
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! Introducción a las comunicaciones inalámbricas móviles
" Panorama de los sistemas inalámbricos
! Características de la interfaz inalámbrica
! Planeación de frecuencias! Ingeniería de tráfico! Telefonía celular analógica! Telefonía celular digital! Nuevas aplicaciones
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En este CapítuloEn este Capítulo
#Objetivo:• Aprender los aspectos más importantes
relacionados con la arquitectura y el funcionamiento fundamental de los sistemas celular y PCS.
#Panorama de los sistemas inalámbricos• Arquitectura de un sistema inalámbrico• Descripción de los componentes de un sistema: MS,
BTS, BSC y MSC.• Manejo de la movilidad: Hand-off y Roaming
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Arquitectura del sistema celular y PCSArquitectura del sistema celular y PCS
MSCCentral
Telefónica Celular
BSS: Base Station SubsystemMSC: Mobile Switching Center
BSTEstación
Base
BSCControlador
MSEstación
Móvil
1 2 3 4
BSS
MS: Mobile StationBST: Base Station TransceiverBSC: Base Station Controller
PSTN
CENTRALTELEFONICA
Interfaz aérea
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Componentes del sistema de comunicaciónComponentes del sistema de comunicación
Codificación(FEC)
InfoModulaciónAcceso
MúltipleCodificación
Fuente y Compresión
Transmisor
Codificación Fuente y Compresión: Voz(4, 8 y 13 kbps), Vídeo (MPEG4, 64k-2Mbps), Audio (MP3)Control de Errores: FEC 1/2, 1/3, K=9 Acceso Múltiple: FDMA, TDMA y CDMA, WCDMA, T/CDMA, OFDM.Modulación: QPSK, BPSK, QAMAncho de Banda utilizado: 10KHz, 25KHz, 30KHz, 200KHz, 1.25MHz y 5MHz.
Codificación Fuente y Compresión: Voz(4, 8 y 13 kbps), Vídeo (MPEG4, 64k-2Mbps), Audio (MP3)Control de Errores: FEC 1/2, 1/3, K=9 Acceso Múltiple: FDMA, TDMA y CDMA, WCDMA, T/CDMA, OFDM.Modulación: QPSK, BPSK, QAMAncho de Banda utilizado: 10KHz, 25KHz, 30KHz, 200KHz, 1.25MHz y 5MHz.
1
23
4
5
1
6
2 3 4
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Interfaz aéreaInterfaz aérea
# Para la interfaz aérea encontramos dos elementos de importancia:
• El método de acceso: FDMA, TDMA y CDMA.• El método de modulación utilizado: FM, QPSK, DQPSK, GMSK, etc.
# Con estos dos elementos queda definido el ancho de banda utilizado# Existen los canales de tráfico (TCH) para la comunicación
y los canales de control (CCH) para la coordinación entre el móvil y la base
Estación BaseMóvil
Rx (Forward channel)
Tx (Reverse channel)
Canal de control (CCH)
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32
Estación Base y Estación ControladoraEstación Base y Estación Controladora
# Estación base (BST)• Interfaz entre la estación móvil (MS) y la estación controladora (BSC), es
responsable de los usuarios que se encuentran dentro del área geográfica que le corresponde (celda).
• También se le conoce como Sitio Celular (Cell Site) o Radiobase.• En general un BST es responsable de:
– Modulación y demodulación de la señal de RF sobre las antenas,– Codificación y adaptación de velocidad– Transmisión de la información para la sincronización– Mediciones sobre el canal de RF
# Estación base (BSC)• Se conecta entre la BST y el MSC y es el responsable de la
administración de los recursos de radio de todas los BST bajo su control.• En general un BSC es responsable de:
– Asignación de portadoras y canales– Hand-off entre celdas– Control de la potencia– Control de uno o varios BST
# El BST en conjunto con el BSC constituyen el BSS.
# Estación base (BST)• Interfaz entre la estación móvil (MS) y la estación controladora (BSC), es
responsable de los usuarios que se encuentran dentro del área geográfica que le corresponde (celda).
• También se le conoce como Sitio Celular (Cell Site) o Radiobase.• En general un BST es responsable de:
– Modulación y demodulación de la señal de RF sobre las antenas,– Codificación y adaptación de velocidad– Transmisión de la información para la sincronización– Mediciones sobre el canal de RF
# Estación base (BSC)• Se conecta entre la BST y el MSC y es el responsable de la
administración de los recursos de radio de todas los BST bajo su control.• En general un BSC es responsable de:
– Asignación de portadoras y canales– Hand-off entre celdas– Control de la potencia– Control de uno o varios BST
# El BST en conjunto con el BSC constituyen el BSS.
BST BSC
BSS
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Ejemplo de un sistema BSS (BST+BSC)Ejemplo de un sistema BSS (BST+BSC)
# Un BST se compone de varios transceptores de radio o “transceivers”.# Cada transceiver se compone de un transmisor y un receptor, el cual a veces se
encuentra por duplicado.# Los transceivers o RCUs pueden utilizarse para canales de tráfico (TCH) o para
canales de control (CCH) o bien para la localización de un móvil (LCH).# Los RCU pueden ser analógicos o digitales dependiendo de la implementación.
Rx1
Tx
Rx2RCUs
RCU: Radio Channel Unit
Combinador
MultiacopladorReceptor
BSC
TCH
CCH
Líneas de Transmisión
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34
Red de Transporte Local (Backhaul)Red de Transporte Local (Backhaul)
MSC
Red de Transporte Local
# Esta red se utiliza para permitir la conexión entre los BSS y el MSC.# El medio de transmisión es FO o
MO con tecnologías PDH o SDH.# Se pueden utilizar configuración de
anillo y de estrella según el número de BSS.# El uso de MO en la banda de 15,
23 y 38 GHz es muy común para este tipo de aplicaciones.# Los BSS entregan señales E1.# En el transporte cada TCH puede
ocupar un canal de 64kbps o menos dependiendo de la ubicación de la unidad de transcodificación.
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35
Centro de Conmutación Móvil, MSCCentro de Conmutación Móvil, MSC
# El equipo de conmutación Móvil (MSC, Mobile Switching Center) tiene las siguientes funciones:
• Concentra los enlaces que lo conectan con todas los BSS para administrar , validar y controlar a las estaciones móviles.
• Mediante la conmutación establecer los medios que permitan la comunicación entre dos estaciones móviles o con la red fija.
• Interconexión con otros centros de conmutación móvil (MSC’s).• Realiza el procesamiento de llamadas y la localización de los MS (paging).• Genera los registros de llamadas para la facturación.
Otros MSC’s
PSTN
PSTNISDN
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36
Arquitectura del MSCArquitectura del MSCMSC
De/
haci
a la
s BS
S
De/hacia la PSTNu otras M
SC’s
AuC: Authentification CenterHLR: Home Locate RegisterVLR: Visitor Locate RegisterSMC: Service Message CenterIWF: Interworking Function
HLR VLRAuCSMC
Matriz de Conmutación
Sistema Operativo IWF
Controladorde BSS
ControladorSS7, IS-41
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37
Manejo de la movilidadManejo de la movilidad
# Hand-off, Handover : El proceso mediante el cual una llamada que ha sido establecida en una radiobasedebe ser transferida a otra radiobasedebido a que el usuario se encuentra en movimiento.# La nueva radiobase pertenece a la
misma central de conmutación móvil que la radiobase original.
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38
Situación de hand-offSituación de hand-off
A B
TiempoN
ivel
de
la s
eñal
Nivel en el Punto A
Nivel en el Punto B
Umbral de hand-off
Nivel min. para mantener la llamada
BS1 BS2
Tiempo
Niv
el d
e la
señ
al Nivel en el Punto B
Umbral de hand-off
Caso 1Situación incorrecta para realizar el hand-off
Caso 2Situación correcta para realizar el hand-off
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Hand-off entre sistemasHand-off entre sistemas
# Esta situación es posible cuando una compañía da cobertura a una zona de alta densidad de usuarios y requiere de dos MSC’s para la zona.# Puede ser considerado como Roaming.
Sistema A Sistema B
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40
RoamingRoaming
# La palabra Roaming no tiene una traducción como tal pero en sentido literal significa vagar, o bien, moviéndose alrededor.# En telefonía celular consiste en alojar a un abonado que
pertenece a otro sistema y ofrecerle el servicio como visitante.# Esta tarea puede realizarse de manera manual o automática.
Sistema AMéxico,D.F.
Sistema BLeón
HLR VLR
HLR VLR
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41
Interconexión de Sistemas (Networking)Interconexión de Sistemas (Networking)
# La utilización del sistema de señalización No. 7 es de suma importancia para el soporte de servicios especiales.# IS-41 (Interim Standard 41).- Define los procedimientos para la
interconexión de distintos sistemas celulares.
HLR VLRHLR VLR
E1’s, SS7.Roamer
PSTNISDN
IS-41 sobreSS7 o X.25
AC
AC: Autentification Center
64kbps
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42
Sistema CDMA de LucentSistema CDMA de Lucent
CDMA Minicell
850 Compact Minicell
5ESS-2000Series II Cell Site
CDMA Adjunct
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43
EjercicioEjercicio
1. Haga un esquema con los elementos que conforman un sistema celular y muestre su relación entre ellos.
2. ¿Cuál es la diferencia entre una estación base (BST) y una estación base controladora (BSC)?
3. ¿Qué son los RCU’s? ¿Qué tipos de canales pueden ser utilizados con ellos?
4. Defina las principales características del MSC
5. ¿Cuál es la función del estándar IS-41?
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44
! Introducción a las comunicaciones inalámbricas móviles
! Panorama de los sistemas inalámbricos
" Características de la interfaz inalámbrica
! Planeación de frecuencias! Ingeniería de tráfico! Telefonía celular analógica! Telefonía celular digital! Nuevas aplicaciones
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45
En este capítuloEn este capítulo
#Objetivo:• Describir los problemas asociados a la propagación de
señales de radiofrecuencia.• Identificar las diversas técnicas de acceso y de
modulación que existen en las comunicaciones inalámbricas móviles.
#Características de la interfaz inalámbrica• Problemas en la propagación• Técnicas de acceso múltiple• Duplexing• Técnicas de modulación
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46
Problemas en la propagación de ondas de radioProblemas en la propagación de ondas de radio
300 MHz 1 GHz 10 GHz 20 GHz 100 GHz
Pérdidas en el espacio libre (FSL)
Desvanecimiento por multitrayectoria
Desvanecimiento (Reflexiones, Dispersión, etc)
Desvanecimiento por obstáculos
Difracción Absorción atmosférica
Niebla, Neblina
Atenuación por lluvia
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47
Pérdidas en el espacio libre (FSL)Pérdidas en el espacio libre (FSL)
# En un radio enlace# En un radio enlace
FSL: 32+20logfMHz + 20logdkm
d# En un enlace de BS - MS (Considerando los efectos por reflexión)
FSL: 40logdm - 20loghThR +β
d
hT hR
β considera efectos por:
- rugosidad del terreno- obstáculos en la línea de vista- edificios y árboles- áreas montañosas
$ En general, no es posible decir que esta expresión sea independiente de la frecuencia. La mayor parte de los modelos de propagación son empíricos.
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48
Nivel de la señal en el receptor (RSL)Nivel de la señal en el receptor (RSL)
# El modelo de propagación general asume que la señal que se transmite entre la BST y el MS se encuentra a una cierta distancia en una cierta frecuencia.# Nos interesa saber el nivel de la señal en el receptor (RSL o RSSI)
con el fin de conocer si dicho equipo será capaz de detectarla.# Si consideramos el modelo de FSL general podemos obtener RSL
con:
ERP
RSL o RSSI
FSL
Distancia (km)
Frecuencia (MHz)
ERP: Effective Radiated PowerRSL: Received Signal LevelRSSI: Received Signal Strength Indicator
dBdBmdBm FSL ERPRSL −=
FSL: 32+20logfMHz + 20logdkm
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49
Modelos de Predicción de PropagaciónModelos de Predicción de Propagación# El cálculo de FSL general no considera los problemas reales de la propagación de las
señales y sobre todo en sistemas móviles.# Para aproximar mejor el valor de FSL se han desarrollado diversos modelos de predicción
que utilizan los sistemas de simulación.# Dichos modelos en datos experimentales y en datos estadísticos, lo cual permite calcular
un RSL para un medio de propagación determinado.# Entre todos los modelos que existen destacan:
• El modelo Hata• El modelo Walfisch-Ikegami
# Variables en general en las que se basan estos modelos:• Datos de elevación de terreno• Factores de corrección debido a edificios, bosque, lagos, etc.• Altura de la antena, patrón de radiación de la antena, ERP.• Patrón de distribución de tráfico• Planeación de frecuencias
hb hm
d
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50
Modelo HataModelo Hata
# Este modelo proporciona una buena aproximación en ambientes urbanos y suburbanos.# Esta basado en datos experimentales de diversos ambientes urbanos.# La fórmula general de FSL esta dada por:
[ ] 0bmb21dB Clog(d))6.55log(h44.9)a(h)13.82log(h-log(f)CCFSL +−+−+=
# En donde:• FSL: pérdidas en el espacio libre, dB• f: frecuencia, MHz• d: distancia entre la BST y el MS, en km (1km<d<20km)• hb: altura efectiva de la BST, m (30m< hb <200m)• hm : altura del MS, m (1m< hm <10m)• C1: 69.55 para 850MHz y 46.3 para 1900MHz• C2: 26.16 para 850MHz y 33.9 para 1900MHz• C0: 0 para urbano y 3 para urbano denso• a(hm): {1.1log(f)-0.7} hm - {1.56log(f)-0.8} para urbano
3.2[log{11.75 hm}]2-4.97 para urbano denso
# En donde:• FSL: pérdidas en el espacio libre, dB• f: frecuencia, MHz• d: distancia entre la BST y el MS, en km (1km<d<20km)• hb: altura efectiva de la BST, m (30m< hb <200m)• hm : altura del MS, m (1m< hm <10m)• C1: 69.55 para 850MHz y 46.3 para 1900MHz• C2: 26.16 para 850MHz y 33.9 para 1900MHz• C0: 0 para urbano y 3 para urbano denso• a(hm): {1.1log(f)-0.7} hm - {1.56log(f)-0.8} para urbano
3.2[log{11.75 hm}]2-4.97 para urbano denso
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51
Modelo Walfisch-IkegamiModelo Walfisch-Ikegami# Este modelo proporciona una buena aproximación en ambientes urbanos densos.# Esta basado en diversos parámetros como densidad de edificios, altura promedio de
los edificios, ancho de las calles.# Se asume que la altura de la antena es inferior a la altura promedio de los edificios,
por lo que la señal es guiada a través de las calles.# Existe una fórmula para sistemas con línea de vista (LOS) o para sistemas sin línea
de vista (NLOS):
26log(d)20log(f)42.6FSL(LOS)dB ++=
# En donde:• f: frecuencia, MHz• d: distancia entre la BST y el MS, en km • L(diff): Pérdidas por difracción en techos• L(mult): Pérdidas por difracción múltiple debido a los edificios vecinos
# En donde:• f: frecuencia, MHz• d: distancia entre la BST y el MS, en km • L(diff): Pérdidas por difracción en techos• L(mult): Pérdidas por difracción múltiple debido a los edificios vecinos
L(mult)L(diff)26log(d)20log(f)32.4FSL(NLOS)dB ++++=
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52
Problemas en la propagación de sistemas móvilesProblemas en la propagación de sistemas móviles
2. Interferencia
1. Multitrayectoria
Celda 1
Celda 2
MS actualmente atendido por la celda 1
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Desvanecimiento por MultitrayectoriaDesvanecimiento por Multitrayectoria
# La propagación multitrayectoria provoca uno de los peores problemas asociados con las comunicaciones móviles.# Existen diversos problemas generados por la propagación
multitrayectoria, tres de los que más preocupan a los diseñadores son:
• Esparcimiento por retardo (Delay Spread)• Desvanecimiento Rayleigh (Rayleigh Fading)• Corrimientos por efecto Doppler (Doppler shifts)
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54
Delay SpreadDelay Spread
# Debido a que la señal sigue diferentes trayectorias y cada una de estas tiene una longitud diferente, la múltiples señales que arriban al móvil tienen diferentes retardos.# Debido a este efecto la señal resultante en el receptor sufre un
ensanchamiento con respecto a la original.# En sistemas digitales este ensanchamiento produce un traslape entre
pulsos y se le conoce como interferencia intersimbólica.
# Debido a que la señal sigue diferentes trayectorias y cada una de estas tiene una longitud diferente, la múltiples señales que arriban al móvil tienen diferentes retardos.# Debido a este efecto la señal resultante en el receptor sufre un
ensanchamiento con respecto a la original.# En sistemas digitales este ensanchamiento produce un traslape entre
pulsos y se le conoce como interferencia intersimbólica.
Pulso inicial
Td
Ambiente Retardo, Td (µs)
Area abierta <0.2Suburbana 0.5Urbana 3
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55
Rayleigh FadingRayleigh Fading
# La propagación multitrayectoria también provoca alteración en la relaciones de fase y amplitud de las diferentes señales recibidas.
# Los desvanecimientos provocados por dichas alteraciones se dice que caen dentro de una distribución estadística conocida como distribución Rayleigh (Lord Rayleigh).
# La profundidad y espaciamiento de los desvanecimientos están relacionados con la frecuencia de la onda de radio.
# Un MS en movimiento puede cruzar diferentes puntos de desvanecimientos en unos instantes.
# La propagación multitrayectoria también provoca alteración en la relaciones de fase y amplitud de las diferentes señales recibidas.
# Los desvanecimientos provocados por dichas alteraciones se dice que caen dentro de una distribución estadística conocida como distribución Rayleigh (Lord Rayleigh).
# La profundidad y espaciamiento de los desvanecimientos están relacionados con la frecuencia de la onda de radio.
# Un MS en movimiento puede cruzar diferentes puntos de desvanecimientos en unos instantes.
10
0
-10
-20
-30
dBco
n re
spec
to a
lva
lor r
ms
0 0.5 1.5 t, en segundos
0.5λ
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56
Doppler ShiftsDoppler Shifts
# En sistemas móviles, debido al movimiento del receptor con respecto al transmisor se producen variaciones de frecuencia en la señal recibida, a dichas variaciones se les conoce como corrimientos por efecto Doppler o Doppler Shifts (Christian Johann Doppler).# Estas variaciones de frecuencia están relacionadas con la dirección y la
velocidad del móvil.
# En sistemas móviles, debido al movimiento del receptor con respecto al transmisor se producen variaciones de frecuencia en la señal recibida, a dichas variaciones se les conoce como corrimientos por efecto Doppler o Doppler Shifts (Christian Johann Doppler).# Estas variaciones de frecuencia están relacionadas con la dirección y la
velocidad del móvil.
Trayectoria directa
Trayectoria reflejada
Fc
Pot. de la señal en Tx
Pot. de la señal recibida en la trayectoria directa
Pot. de la señal recibida en la trayectoria reflejada
FcFc
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InterferenciaInterferencia
# Interferencia por canal adyacente• Es la interferencia causada por un canal adyacente y se minimiza mediante la
utilización de filtros más selectivos.• Debido a los altos costos de filtros selectivos otra manera de evitar este tipo de
interferencia es no permitiendo la utilización de canales adyacentes, como se realiza en la transmisión de TV masiva.
# Interferencia por co-canal• Es la interferencia causada por un segundo transmisor en la misma frecuencia.• No puede ser minimizada mediante filtros.• Se previene exclusivamente mediante el cuidado de mantener un distancia
mínima entre transmisores que se encuentren operando a la misma frecuencia. Aquí la base de la planeación celular.
# Interferencia por canal adyacente• Es la interferencia causada por un canal adyacente y se minimiza mediante la
utilización de filtros más selectivos.• Debido a los altos costos de filtros selectivos otra manera de evitar este tipo de
interferencia es no permitiendo la utilización de canales adyacentes, como se realiza en la transmisión de TV masiva.
# Interferencia por co-canal• Es la interferencia causada por un segundo transmisor en la misma frecuencia.• No puede ser minimizada mediante filtros.• Se previene exclusivamente mediante el cuidado de mantener un distancia
mínima entre transmisores que se encuentren operando a la misma frecuencia. Aquí la base de la planeación celular.
f1 f1
f2
TX1 TX2
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Interferencia adyacente y de co-canalInterferencia adyacente y de co-canal
F F
Co-canalAdyacente
# Adyacente• Cuando la señal de un canal invade el espacio de frecuencia de un canal vecino.
Puede ser por una emisión con demasiada potencia o por un corrimiento de la frecuencia nominal.
# Co-canal• Cuando en un canal de cierta polarización aparecen vestigios de la señal que se
encuentra en la misma frecuencia pero que originalmente viajaba en la polarización contraria.
Canal 1 Canal 2 Canal 1
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59
Sensibilidad del Receptor y Relación señal a ruidoSensibilidad del Receptor y Relación señal a ruido
# Sensibilidad del Receptor• Es el nivel mínimo de RSL para que el receptor sea capaz de detectar la señal, valores típicos
entre –100 y –116dBm para sistemas celulares.
# Relación señal a ruido (S/N)• Expresa en decibeles la cantidad por la cual señal (S) excede a su ruido (N) correspondiente.• A veces se hace referencia a el como SINAD (Signal-to-Noise Ratio And Distortion) y se mide
en el MS determinando la sensibilidad del receptor cuando se tiene la presencia de distorsión de algún tipo.
# Expresión Eb/N0• Para la transmisión sobre sistemas digitales la expresión Eb/N0 es más conveniente que la
relación S/N bajo ciertas circunstancias.• Eb/N0 expresa la energía por bit recibida por Hertz de ruido térmico.• Estos parámetros permite determinar el nivel mínimo de RSL para poder detectar la señal, se
conoce como sensibilidad del receptor.• Dependiendo del esquema de modulación, el tipo de detector utilizado y la codificación de la
señal transmitida se pueden obtener Eb/N0 diferentes para diferentes BER (normalmente entre 4 y 25 dB).
• Se calcula con la siguiente relación:
edBWbpsdBW0
b 10logT-228.6)10log(V-RSLNE += En donde Te: Temperatura de
ruido efectiva del sistema receptor, en grados Kelvin.
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60
Presupuesto de Potencia (Link Budget)Presupuesto de Potencia (Link Budget)
# El presupuesto de potencia es uno de los elementos más importantes del diseño de RF.# El presupuesto de potencia y análisis de propagación determinan cuánta
cobertura puede lograr una celda individual.# El presupuesto de potencia pretende identificar todas las ganancias# El presupuesto de potencia tiene como objeto determinar el nivel que se
tendrá en el receptor y verificar que este sea superior el nivel mínimo soportable para detectar la señal.# Se deben considerar todos los elementos en el trayecto del transmisor al
receptor como:• Potencia del transmisor• Combinadores• Líneas de transmisión• Acopladores• Filtros• Antenas
ERPFSL
RSL
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Ejemplo Presupuesto de Potencia TabularEjemplo Presupuesto de Potencia Tabular
Imbalance, dB-1.04-155.04Calc:Worst-Case Link BudgetCell RX Sensitivity dBm-107.00-102.00Spec:MS RX Sensitivity dBM
Cell Antenna Gain dBdCell RX Cable LossCell Diversity Gain
16.00-3.004.00
0.000.000.00
Calc:Input:Input:
MS Antenna Gain dBdMS RX Cable LossMS Diversity Gain
Max. REV Path Loss, dB-154.00-155.04Calc:Max.FWD Path Loss, dB
MS Antenna Gain dBdERP WattsERP dBm
0,001.0030.00
16.00201.4353.04
Input:Calc:Calc:
Cell antenna Gain dBdERP WattsERP dBm
MS TX PO WattsMS TX PO dBmMS Combiner Loss dbMS Cable Loss db
1.0030.000.000.00
16.0042.04-2.00-3.00
Spec:Calc:Input:Input:
Cell TX PO WattsCell TX PO dBmCell Combiner Loss dBCell Cable Loss dB
REV Path
FWD Path
Fuente:
BSMS
Rx (Forward channel)
Tx (Reverse channel)
ERP: Effective radiated power
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62
Técnicas de Acceso MúltipleTécnicas de Acceso Múltiple
# La técnicas de acceso múltiple se utilizan para permitir que varios usuarios móviles puedan compartir un cierto ancho de banda del espectro de radiofrecuencia.# Existen tres técnicas principales para realizar esta tarea:
• FDMA (Frequency Division Multiple Access)• TDMA (Time Division Multiple Access)• CDMA (Code Division Multiple Access)
# La técnicas de acceso múltiple se utilizan para permitir que varios usuarios móviles puedan compartir un cierto ancho de banda del espectro de radiofrecuencia.# Existen tres técnicas principales para realizar esta tarea:
• FDMA (Frequency Division Multiple Access)• TDMA (Time Division Multiple Access)• CDMA (Code Division Multiple Access)
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63
Frequency Division Multiple Access (FDMA)Frequency Division Multiple Access (FDMA)
# Un usuario por frecuencia
Pedro Juan
Carlos
F1 F2
F3
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64
Time Division Multiple Access (TDMA)Time Division Multiple Access (TDMA)
# Se asigna un instante de tiempo para que transmita cada usuario en la misma frecuencia
F1 F1
F1
Pedro Juan
Carlos
T1 2 3 1 T2 3
1 2 T3
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65
Code Division Multiple Access (CDMA)Code Division Multiple Access (CDMA)
F1 F1
F1
Código 1 Código 2
Código 3
Pedro Juan
Carlos
# Se asigna un código para que transmita cada usuario en la misma frecuencia y al mismo tiempo.
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Comparación entre técnicas de acceso Comparación entre técnicas de acceso
FDMA TDMA
CDMA
Potencia
Frecuencia
Tiempo
Potencia
FrecuenciaTiempo
Potencia
FrecuenciaTiempo
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67
Duplexing o Comunicación Full DuplexDuplexing o Comunicación Full Duplex
# Para los sistemas de comunicación inalámbrica es deseable que sea posible transmitir al mismo tiempo que recibir (sistemas Full Duplex). A este efecto se le conoce como Duplexing y puede ser realizado en el dominio de la frecuencia o en el dominio del tiempo:
• FDD (Frecuency Division Duplexing).- Para este método se asignan dos bandas de frecuencia, para Tx y Rx respectivamente. Se requiere un dispositivo duplexor en la estación móvil y la estación base que permita transmitir y recibir al mismo tiempo.
• TDD (Time Division Duplexing).- En este método se utiliza tiempo en lugar de frecuencia, sobre la misma frecuencia se asigna un instante de tiempo determinado para transmitir y otro para recibir. En términos estrictos la comunicación no es FDX, sin embargo, si el tiempo entre los dos instantes de tiempo es lo suficientemente pequeño la transmisión y recepción aparenta ser simultánea.
# Para los sistemas de comunicación inalámbrica es deseable que sea posible transmitir al mismo tiempo que recibir (sistemas Full Duplex). A este efecto se le conoce como Duplexing y puede ser realizado en el dominio de la frecuencia o en el dominio del tiempo:
• FDD (Frecuency Division Duplexing).- Para este método se asignan dos bandas de frecuencia, para Tx y Rx respectivamente. Se requiere un dispositivo duplexor en la estación móvil y la estación base que permita transmitir y recibir al mismo tiempo.
• TDD (Time Division Duplexing).- En este método se utiliza tiempo en lugar de frecuencia, sobre la misma frecuencia se asigna un instante de tiempo determinado para transmitir y otro para recibir. En términos estrictos la comunicación no es FDX, sin embargo, si el tiempo entre los dos instantes de tiempo es lo suficientemente pequeño la transmisión y recepción aparenta ser simultánea.
Frecuencia
FDD
Tx Rxf1 f2 Tiempo
TDD
Tx Rxt1 t2
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FDD (Frequency Division Duplexing)FDD (Frequency Division Duplexing)
# Se utiliza una frecuencia para transmitir y otra para recibir
F1 F2
F3
F1’
F3’
F2’
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TDD (Time Division Duplexing)TDD (Time Division Duplexing)
# Se utiliza una frecuencia para transmitir y recibir pero en instantes diferentes.
F1 F1
F1
1 2 3 1’ 2’ 3’ 1 2 3 1’ 2’ 3’
1 2 3 1’ 2’ 3’
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70
Técnicas de ModulaciónTécnicas de Modulación
# Modular es hacer variar algún parámetro de una señal en función de otra señal. A la primera se le conoce como señal modulada y a la segunda como señal moduladora.
# Es el proceso mediante el cual se agrega información a la portadora de radio y en donde el ancho de banda de ésta se expande.
# Existen diversos esquemas de modulación utilizados en comunicaciones inalámbricas:
• Analógicos: FM• Digitales: ASK, FSK, PSK, MSK, GMSK, π/4 DQPSK, BPSK, QPSK,
OQPSK# Existen diversas diferencias entre los distintos esquemas de
modulación, sin embargo una de las más importantes se refiere aluso más eficiente del espectro.
# Modular es hacer variar algún parámetro de una señal en función de otra señal. A la primera se le conoce como señal modulada y a la segunda como señal moduladora.
# Es el proceso mediante el cual se agrega información a la portadora de radio y en donde el ancho de banda de ésta se expande.
# Existen diversos esquemas de modulación utilizados en comunicaciones inalámbricas:
• Analógicos: FM• Digitales: ASK, FSK, PSK, MSK, GMSK, π/4 DQPSK, BPSK, QPSK,
OQPSK# Existen diversas diferencias entre los distintos esquemas de
modulación, sin embargo una de las más importantes se refiere aluso más eficiente del espectro.
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71
Modulación 2PSK (BPSK)Modulación 2PSK (BPSK)
Empleada en sistemas de baja y media capacidad.
P(t) = 1
P(t) = -1
Modulador2PSK
Modulador2PSKPortadora
ASenω0t
P(t) 0º180º
Con cada bit ocurre un cambio de fase. A cada cambio de fase se le asocia un símbolo (un bit en este caso), y a la cantidad de símbolos por segundo se le llama baudios (bauds).
Diagrama Vectorial“Constelación”
BPSK: Binary Phase Shift Keying
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72
Constelación 4 PSK (QPSK)Constelación 4 PSK (QPSK)
Q(t) = +1Q(t) = -1
I(t) = +1
I(t) = -1
11
0100
10
# A la modulación 4 PSK también se le conoce como QPSK (QuaternaryPSK).
Relación entre velocidadbinaria y velocidad de símbolos (baudios) es 2 a 1 con la correspondiente reducción del ancho de banda requerido.
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73
ππππ/4 DQPSKππππ/4 DQPSK
Constelación
0°
45°
90°
135°
180°
225°270°
315°
Símbolo Transición
00 45 deg01 135 deg10 - 45 deg11 - 135 deg
Formato de la modulación
# La constelación cuenta con 8 fases y tiene una relación de 2bits por símbolo.# No requiere detección coherente.# Desde cualquier punto de la constelación se hace un cambio de fase o
transición de una magnitud dependiente del símbolo.
# La constelación cuenta con 8 fases y tiene una relación de 2bits por símbolo.# No requiere detección coherente.# Desde cualquier punto de la constelación se hace un cambio de fase o
transición de una magnitud dependiente del símbolo.
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74
Principios de Spread SpectrumPrincipios de Spread Spectrum
# Existen diversos parámetros medir que tan perfecto o ideal es unmedio de comunicaciones:
• Costo, ancho de banda utilizado, potencia de transmisión requerida, relación S/N, probabilidad de errores de bit para sistemas digitales y retardo a través del sistema.
• En sistemas digitales el sistema óptimo es aquél que logra la menor BER minimizando la energía transmitida y el ancho de banda utilizado.
# En 1948 Claude Shannon mostró que es posible mantener un sistema prácticamente libre de errores si se mantiene la proporción de la relación S/N y el ancho de banda del canal:
# Existen diversos parámetros medir que tan perfecto o ideal es unmedio de comunicaciones:
• Costo, ancho de banda utilizado, potencia de transmisión requerida, relación S/N, probabilidad de errores de bit para sistemas digitales y retardo a través del sistema.
• En sistemas digitales el sistema óptimo es aquél que logra la menor BER minimizando la energía transmitida y el ancho de banda utilizado.
# En 1948 Claude Shannon mostró que es posible mantener un sistema prácticamente libre de errores si se mantiene la proporción de la relación S/N y el ancho de banda del canal:
C = W log2(1 + S/N)
C: Capacidad del canal (bits por segundo)W: Ancho de banda del canal (Hertz)S/N: Relación señal a ruido
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75
Modulación SS (Spread Spectrum)Modulación SS (Spread Spectrum)
# El esparcimiento del espectro hace que se haga un uso ineficiente del ancho de banda, pero permite que varios usuarios utilicen el mismo ancho de banda para comunicarse al mismo tiempo.# La señales SS tienen una apariencia similar al ruido debido a que son
generadas por una secuencia pseudoaletoria de ruido.# Existen dos formas de llevarla a cabo:
• Direct Sequence - Spread Spectrum (DS-SS), CDMA• Frequency Hopping - Spread Spectrum (FH-SS)
# El esparcimiento del espectro hace que se haga un uso ineficiente del ancho de banda, pero permite que varios usuarios utilicen el mismo ancho de banda para comunicarse al mismo tiempo.# La señales SS tienen una apariencia similar al ruido debido a que son
generadas por una secuencia pseudoaletoria de ruido.# Existen dos formas de llevarla a cabo:
• Direct Sequence - Spread Spectrum (DS-SS), CDMA• Frequency Hopping - Spread Spectrum (FH-SS)
Ampl
itud
Frecuencia
Modulación Digital QPSK
Ampl
itud
Frecuencia
Modulación Spread Spectrum
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76
Método de acceso CDMAMétodo de acceso CDMA
Datos
1.25 MHz
foEspectro de Banda ancha
1.25 MHz
fo
10 KHz
0
10 KHz
0
1.25 MHz
Datos(9.6 kbps)
Codificación y entrelazado
Fuente PN 1.228 Mcps
Portadora (fo)
fo fo
Ruido de fondo Interferencia externa
Interferencia de otra célula (IOC)
Ruido de otro usuario (ISC)
fofo
Aprox. -169 dB/Hz
Fuente PN
Filtro Digital
1.228 Mcps
Portadora (fo)
BPF
1.25 MHz
BPF
1.25 MHz
Correlación
Desentrelazadoy decodificador
1.25 MHz
Datos
IOC: Interference, Other Cell
ISC: Interference, Same Cell
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77
Principio de esparcimiento en CDMAPrincipio de esparcimiento en CDMA
# Mcps: Megachips por segundo# El término Chip se utiliza para distinguir de entre otros tipos de
información.
Sumador módulo 2
Información19.2 kbps
1.228 Mcps
Secuencia PNde
Esparcimiento
Transmisor Receptor
Sumador módulo 2
Secuencia PNde
Esparcimiento
Información19.2 kbps
1.228 Mcps
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78
Implementación del circuito de esparcimientoImplementación del circuito de esparcimiento
# Transmisión
A
X -O
R
B
Señal útil: 19.2 kbps
Código de esparcimiento: 1.2288 Mcps
A B X0 0 00 1 11 0 11 1 0
A B X0 0 00 1 11 0 11 1 0
# Recepción
A
X -O
R
B
Código de esparcimiento: 1.2288 Mcps
Señal recuperada: 19.2 kbpsSeñal esparcida a 1.2288 Mcps
Señal esparcida a 1.2288 Mcps
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79
Secuencia de ruido pseudo-aleatoria (PN)Secuencia de ruido pseudo-aleatoria (PN)
# Una secuencia de ruido pseudo-aleatoria PN (Pseudo-noise sequence) es una secuencia binaria períodica con una forma de onda parecida a una señal de ruido.# Se puede generar mediante un arreglo de registros de corrimiento y
una lógica de retroalimentación.
1 2 3s0 s1 s2 s3
flip-flop
Sumador módulo 2
Reloj
PN
123 PN
100 0110 0111 1011 1101 1010 0001 1100 0... ...
Estado inicial : 100Período: 23 - 1 * El estado 000 inicial no
es permitido
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80
EjercicioEjercicio
1. ¿Qué es el RSL? ¿Qué nos indica este valor?
2. ¿Para qué se emplea el modelo Hata y Walfisch-Ikegami? ¿Qué diferencia existe entre ellos?
3. ¿Cuáles son los problemas generados por la propagación multitrayectoria?
4. ¿Cuál es la diferencia entre interferencia adyacente y por co-canal?
5. ¿Por qué es importante conocer el presupuesto de potencia?
6. ¿Cuáles son las tres técnicas de acceso múltiple que se utilizan en la telefonía celular?
7. Para los sistemas de comunicación inalámbrica es deseable que sea posible transmitir al mismo tiempo que recibir (sistemas Full Duplex). A este efecto se le conoce como Duplexing y puede ser realizado en el dominio de la frecuencia o en el dominio del tiempo ¿Cuáles es el nombre de estas técnicas y cómo operan?
8. ¿Qué es la modulación? Mencione tres técnicas de modulación.
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81
! Introducción a las comunicaciones inalámbricas móviles
! Panorama de los sistemas inalámbricos
! Características de la interfaz inalámbrica
" Planeación de frecuencias! Ingeniería de tráfico! Telefonía celular analógica! Telefonía celular digital! Nuevas aplicaciones
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82
En este CapítuloEn este Capítulo
#Objetivo:• Aprender los conceptos básicos relacionados con la
planeación de frecuencias en sistemas celulares.
#Planeación de frecuencias• Conceptos básicos: CGSA, N, S.• Tipos de canales utilizados: VCH, CCH y LCH.• Concepto de reuso de frecuencias.• Células omnidireccionales sectorizadas.• Planeación de frecuencias en sistemas CDMA.• Ventajas de la sectorización y del cell splitting.• Uso de antenas inteligentes (smart antenas).• Elaboración de planes de frecuencias.
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83
Area de servicio celularArea de servicio celular
# En inglés CGSA (Cellular Geographical Service Area)# Son áreas geográficas,
normalmente ciudades, que cuentan con el servicio de radiotelefonía móvil o telefonía celular.# Dicha área se encuentra
dividida en celdas, a veces de diferentes tamaños, que en suma dan cobertura a toda el área geográfica.
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La celda o célulaLa celda o célula
# Celda:• Area geográfica a la cual se le asignan un número finito de
canales de radiofrecuencia (RFCH), dentro del espectro disponible.
# El área de cobertura y la forma de una celda depende de distintos factores, entre ellos:
• La potencia de transmisión de la estación base (ERP)• Patrón de radiación de las antenas utilizadas• La banda de frecuencias utilizada• Ubicación de la estación base y altura de las antenas• Topografía del área• Sensibilidad del receptor (Eb/No,RSL)
K Canales de RF
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Cobertura de la celdaCobertura de la celda
# d: Rango nominal de operación# R: Radio de diseño de la celda# Rmax: Radio máximo de la celda.
Limitado por factores de propagación, ruido, potencia de transmisión, etc.# Para un terreno plano y
representado por un círculo el área de cobertura de una celda está dado por:
Ac = πR2 (km2)
d
R
Rmax
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ConceptosConceptos
# Se dispone de un cierto ancho de banda BW para la asignación de los canales del sistema celular.# Un canal de comunicación full-duplex requiere de un cierto ancho
de banda BWch.# El número total de canales disponibles para el sistema celular está
dado por:
S = BW / BWch
# Para un área geográfica se puede dar cobertura con los S canalesmediante una celda o bien mediante varias celdas .# Si se tienen k canales por celda y N celdas entonces:
S = kN
S canales de RF k
kk
k
k k
k
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Reuso de frecuenciasReuso de frecuencias
# Se dice que se hace reuso de frecuencias cuando el grupo de canales k de una de las N celdas es utilizado en una nueva celda para dar cobertura al área geográfica.# El reuso de frecuencias es altamente deseable, pues permite el incremento
del número de usuarios sobre una misma área geográfica y utilizando el mismo ancho de banda (BW) disponible.# Ejemplo:
Caso 1: Area geográfica mediante un celda, S=100.
Caso 2: Area geográfica mediante 4 celdas (A1, B1, C1 y D1), más dos celdas con reuso de frecuencias (A2 y C2). S=100 y k=25.
C1 D1
A1 B1
C2
A2
100 canales disponibles más 50 reutilizados, entonces 150 llamadas simultáneas posibles.
100 canales disponibles entonces 100 llamadas simultáneas posibles.
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88
Grupo de celdasGrupo de celdas
# Grupo de Celdas (Cluster)• Es un conjunto de celdas en donde el grupo k de frecuencias que utiliza cada
celda es distinto entre sí.# Este conjunto de celdas se puede repetir dentro de un área
geográfica para hacer reuso de frecuencias.# El tamaño del grupo es designado mediante la letra N. Los valores
típicos para N son 3, 4, 7, 9 y 12.# N se conoce como el factor de reuso de frecuencia.
B C
A
C D
A B
F AG B
CE D
B C
A B C
A
C D
A B
C D
A BF A
G BC
E DF A
G BC
E D
Cluster N=3 Cluster N=4Cluster N=7
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Capacidad de un área geográficaCapacidad de un área geográfica
# La capacidad de un grupo de celdas está dada por:
S = kN
# Si el grupo de celdas se repite M veces dentro de un área geográfica, entonces la capacidad total (C) de dicha área está dada por:
C= MkN =MS
C1 D1
A1 B1
C2 D2
A2 B2
C3 D3
A3 B3
C4 D4
A4 B4
Ejemplo:S=660, N=4, M=4 y k=165.
Entonces:
C=2640
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90
FDMA, TDMA y CDMA (1)FDMA, TDMA y CDMA (1)
AMPS(FDMA)
Energía
30 kHz
f1
1 usuario / Canal de RF
IS-136(TDMA)
Energía
30 kHz
f1
3 usuarios / Canal de RF
IS-95(CDMA)
Energía
1250 kHz
f1
22 usuarios / Canal de RF
# BW = 12.5 MHz# CRF = 395# VCH = 395
# BW = 12.5 MHz# CRF = 395# VCH = 1185
# BW = 12.5 MHz# CRF = 10# VCH = 220
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FDMA, TDMA y CDMA (2)FDMA, TDMA y CDMA (2)
AMPS(FDMA)
N = 7
IS-54(TDMA)
N = 7
IS-95(CDMA)
N = 1
# C = 1540 VCH
5656
56 56
5656
56
168168
168 168
168168
168
220220
220 220
220220
220
# C = 1176 VCH# C = 395 VCH
N: Factor de reuso de frecuenciaC: Capacidad del sistemaVCH: Voice Channel
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Celdas adyacentes y distancia mínimaCeldas adyacentes y distancia mínima
# Cuando dos celdas utilizan el mismo grupo de frecuencias k no deben de ser adyacentes y debe de existir una distancia mínima entre ellas.# Esta separación se designa mediante la letra D.# A la interferencia producida por una celda que utiliza el mismo grupo de
frecuencias se le conoce como interferencia co-canal, la cual se evita o disminuye al mantener una distancia mínima D.
F1
G1 B1
C1A1
E1 D1
F3
G3 B3
C3A3
E3 D3
F4
G4 B4
C4A4
E4 D4F5
G5 B5
C5A5
E5 D5
F6
G6 B6
C6A6
E6 D6
F7
G7 B7
C7A7
E7 D7
F2
G2 B2
C2A2
E2 D2
Distancia D
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Geometría celularGeometría celular
# La utilización de una estructura geométrica ayuda a una mejor planeación celular.# La utilización de antenas omnidireccionales sugiere un patrón
circular, sin embargo en la planeación de una zona existen áreasambiguas con traslape entre celdas o sin cobertura.
Regiones ambiguas
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Selección de un polígonoSelección de un polígono
# Para asegurar una área de cobertura total, sin traslapes y puntos muertos se puede seleccionar un polígono regular. Por ejemplo:
# El uso de estos polígonos para dar forma a una celda permite visualizar claramente donde inicia y donde termina una celda.# De los polígonos anteriores el hexágono es seleccionado por
cuestiones económicas, ya que ofrece la mayor área de cobertura y por lo tanto se requieren menos celdas para dar cobertura a un área determinada. Por otro lado su forma se asemeja más a la de un circulo y al comportamiento real de una antena omnidireccional.
# El uso de estos polígonos para dar forma a una celda permite visualizar claramente donde inicia y donde termina una celda.# De los polígonos anteriores el hexágono es seleccionado por
cuestiones económicas, ya que ofrece la mayor área de cobertura y por lo tanto se requieren menos celdas para dar cobertura a un área determinada. Por otro lado su forma se asemeja más a la de un circulo y al comportamiento real de una antena omnidireccional.
R R
R
HexágonoA = 2.6 R2
CuadradoA = 2.0 R2
Triángulo equiláteroA = 1.3 R2
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Distancia D para estructura hexagonalDistancia D para estructura hexagonal
# Cuando la geometría de las celdas es hexagonal la siguiente relación se cumple:
En donde:N: Número de celdas del grupo de celdasD: Separación mínima co-canalR: Radio de la celda con estructura hexagonal
# A la relación Q= D/R se le conoce como razón de reuso co-canal.# Por ejemplo para una N=3 Q=3 y para N=7 Q=4.58# Un valor pequeño de Q proporciona una mayor capacidad del sistema,
debido a que el tamaño N del grupo de celdas es pequeño.# Sin embargo un valor Q grande mejora la calidad de transmisión debido al
nivel menor de interferencia co-canal.
Q = DR
= 3N
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Planeación CelularPlaneación Celular
# Modelo# Modelo# Teoría# Teoría
# Actual# Actual
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Tipos de antenasTipos de antenas
#En función del tipo de antena empleada por la estación base una o más celdas pueden depender de una estación base.#En general, es posible utilizar dos tipos de antenas:
Omnidireccional Direccional
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98
La Celda OmnidireccionalLa Celda Omnidireccional
# En este caso la estación base está equipada con una antena omnidireccional que transmite prácticamente igual en todos las direcciones.# Por lo tanto el área cubierta será circular y con la estación base al
centro de la celda.# La representación gráfica de este tipo de celda es mediante un
hexágono.
Area de cobertura Representación gráfica
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La Celda SectorizadaLa Celda Sectorizada
# En este caso la estación base está equipada con antenas direccionales y la celda es dividida en sectores.# A cada sector le corresponde una antena y se le asigna un grupo de
frecuencias, distintos entre sectores de una misma celda.# La sectorización implica hand-off entre los sectores de una misma celda.# Existen tres tipos de sectores básicos mediante antenas direccionales:
1 3
2 1
2
34
5
6
1 2
Sectores de 180°( 2 antenas)
Sectores de 120°( 3 antenas)
Sectores de 60°( 6 antenas)
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100
SectorizaciónSectorización
# La sectorización implica dividir el número total de canales de tráfico (TCH) disponibles en la celda omnidireccional entre el número de sectores del sitio.# Ahora cada sector es tratado en forma lógica como si fuera una celda
omnidireccional.# La capacidad no se incrementa pero se disminuye el nivel de interferencia
en general y esto permite un incremento en el reuso de frecuencias, lo cual se traduce finalmente en un número mayor de usuarios.
x z
y45 TCH
15 TCH 15 TCH
15 TCH
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101
AntenasAntenas
# Antenas• Son el medio de acoplamiento de la potencia de RF de una línea de
transmisión al espacio libre, permitiendo a un transmisor radiar su señal y a un receptor capturar la potencia incidente.
• Las antenas pueden ser tan simples como un pedazo de cable o sistemas complejos con componentes electrónicos.
# Tipos de Antenas• Existen diversos tipos de antenas para diversas aplicaciones.• En aplicaciones celulares la más común es la colinear.
# Parámetros de las Antenas• Ganancia• Patrón de radiación• Directividad• Polarización• Impedancia• Efectos terrestres• Ancho de banda
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102
Antenas ColinearesAntenas Colineares
# Las antenas colineares se componen de arreglos de elementos de radiación en serie de longitud de ¼ y ½ de longitud de onda.# Este tipo de antenas producen un patrón
de radiación ominidirecional.# El acomodar los elementos de radiación
en serie incrementa la ganancia de la antena.# Con arreglos de reflectores se logran
antenas direccionales y sectorizadas.# Desfasando los elementos radiadores
puede producir una inclinación (downtilt) cuando es necesario en algunas ubicaciones.
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103
# Características típicas de una antena:• Directividad y ganancia• Ancho de haz• Relación frente/espalda (f/b)• Respuesta a la frecuencia y ancho de banda (determinado por VSWR)
Patrones Radiación de AntenasPatrones Radiación de Antenas
Patrón VerticalPatrón Horizontal
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104
Ejemplos de patrones de radiaciónEjemplos de patrones de radiación
Haz Vertical Haz Horizontal
0dB
3dB
+ 6dB
+ 9dB
90°
180°
45°
- 3dB
- 3dB
- 3dB
60° 0dB
- 3dB
- 3dB
30° 3dB- 3dB
15° 6dB
9dB7.5°
- 3dB
- 3dB
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105
Tipos de antenas en la estación base - ITipos de antenas en la estación base - I
OmnidireccionalOmnidireccional -
AntenaAntena Patrónde Radiación
Patrónde Radiación
Relaciónf/b
Relaciónf/b
ConstrucciónFísica
ConstrucciónFísica
DireccionalDireccional 4 - 8 dB
SectorizadaSectorizada 20 dB20 dB
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106
Tipos de antenas en la estación base - IITipos de antenas en la estación base - II
Reflectorcable-rejillaReflectorcable-rejilla 25 dB
AntenaAntena Patrónde Radiación
Patrónde Radiación
Relaciónf/b
Relaciónf/b
ConstrucciónFísica
ConstrucciónFísica
Tipo panelTipo panel -
InclinacióneléctricaInclinacióneléctrica 20 dB20 dB
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107
Antenas InteligentesAntenas Inteligentes
0°
# Los sistemas de Antenas inteligentes permiten incrementar la capacidad del sistema así como su calidad.#Su funcionamiento se basa en el
procesamiento digital previo a la recepción de la señal en la estación base.#Existen antenas inteligentes de dos
tipos:• Las de Haz Conmutado• Las de Arreglo Adaptativo
#SDMA (Space Division MultipleAccess)
# Los sistemas de Antenas inteligentes permiten incrementar la capacidad del sistema así como su calidad.#Su funcionamiento se basa en el
procesamiento digital previo a la recepción de la señal en la estación base.#Existen antenas inteligentes de dos
tipos:• Las de Haz Conmutado• Las de Arreglo Adaptativo
#SDMA (Space Division MultipleAccess)
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Haz conmutadoHaz conmutado
# Switched Beam o Haz Conmutado es la evolución natural del método utilizado actualmente para sectorizar a una celda, sus principales características son:
• Subdivide macro-sectores en varios micro sectores.• Cada microsector tiene un patrón de haz predefinido,
con alta ganancia y con lóbulos angostos• Cuando un usuario sale de un micro sector, el sistema
selecciona a aquel que emite la señal más fuerte y conmuta hacia el .
# Ventajas• Hasta un 40% de aumento en el rango de cobertura• Incremento en la sensibilidad de ondas de RF• Arriba de 11 dB comparada con una antena
omnidireccional• Arriba de 6 dB comparada con una célula de tres
sectores
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109
Arreglos adaptivosArreglos adaptivos
# Los arreglos adaptivos son los sistemas más avanzados a la fecha, en los cuales se utilizan algoritmos de procesamiento digital de señales, capaces de distinguir entre una señal deseada y una no deseada, Con este análisis se calcula la dirección del origen de las señales captadas y se actualiza en tiempo real el patrón de radiación. # Las características de estos sistemas son:
• Utilizan una gran variedad de nuevos algoritmos de procesamientodigital
• Habilidad para localizar y rastrear eficientemente varios tipos de señales.
• Minimiza los efectos causados por señales de interferencia• Proporcionan una ganancia óptima
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110
Comparación de Patrones de RadiaciónComparación de Patrones de Radiación
Switched Beam
Adaptive
Switched Beam
Adaptive
Ambiente con alto nivel de Interferencia
Ambiente con bajo nivel de Interferencia
SectorizaciónConvencional
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Comparación con y sin Antena InteligenteComparación con y sin Antena Inteligente
# Sin sistema de antena inteligente el tráfico es manejado entre los tres sectores de forma ineficiente.
# Con el sistema de antena inteligente se puede dar forma a los patrones de radiación a fin de distribuir mejor la carga de tráfico
# Con el sistema de antena inteligente se puede dar forma a los patrones de radiación a fin de distribuir mejor la carga de tráfico
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Sistema Spotlight 2000 para Lucent CDMASistema Spotlight 2000 para Lucent CDMA
# Figura de ruido del sistema: menor a 5dB# Potencia de Tx entre 150 y 500 W.# Soporta hasta 8 portadoras CDMA# Sistema de tres paneles con 12 haces.
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113
División de celdas (Cell spliting)División de celdas (Cell spliting)
# Si el tráfico en una celda aumenta ésta puede ser dividida en celdas de menor tamaño.# Esto incrementa la capacidad de reuso de frecuencias y por lo tanto la
capacidad del sistema.# Sin embargo la reducción del radio de las celdas trae como consecuencia
un incremento en el número de hand-off por usuario.
# Si el tráfico en una celda aumenta ésta puede ser dividida en celdas de menor tamaño.# Esto incrementa la capacidad de reuso de frecuencias y por lo tanto la
capacidad del sistema.# Sin embargo la reducción del radio de las celdas trae como consecuencia
un incremento en el número de hand-off por usuario.
CB
A D
E
G
F
G’F’
A’ B’
C’
E’
D’B
G A
CB
A D
E
G
F B
G A
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114
Asignación inicial de celdasAsignación inicial de celdas
1
56
72
3
4
1
56
72
3
4
1
56
72
3
4
1
56
72
3
416
72
7
56
3
4
5# Todas las celdas de
igual tamaño# Factor de reuso de
frecuencias N=7
# Todas las celdas de igual tamaño# Factor de reuso de
frecuencias N=7
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Necesidad de crecimiento: División de celdasNecesidad de crecimiento: División de celdas
56
72
3
4
1
56
72
3
4
1
56
72
3
4
1
56
72
3
416
72
7
56
3
4
5# En alguna zona se tiene una mayor demanda.# Se decide realizar
división de celdas utilizando el mismo patrón de asignación de grupo de frecuencias.# La asignación de las
celdas más pequeñas se realiza con el mismo patrón pero cambiando el orden de tal manera que los mismos grupos de frecuencias queden alejados.
# En alguna zona se tiene una mayor demanda.# Se decide realizar
división de celdas utilizando el mismo patrón de asignación de grupo de frecuencias.# La asignación de las
celdas más pequeñas se realiza con el mismo patrón pero cambiando el orden de tal manera que los mismos grupos de frecuencias queden alejados.
17
23
456
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116
Técnicas de asignación del canalTécnicas de asignación del canal
# En sistemas FDMA y TDMA se utiliza el concepto de reuso de frecuencias, en el cual el mismo canal es utilizado por distintas terminales en diferentes celdas con la única restricción de mantener el nivel de interferencia por debajo de un umbral.# En CDMA no aplica debido a que cada usuario transmite sobre la
misma banda de frecuencia de manera simultanea pero utilizando una secuencia pseudoaleatoria para distinguirse.# En sistemas móviles existen dos técnicas de asignación de los
canales de radio a las estaciones móviles:• Asignación de canal fija o FCA ( Fixed Channel Assignment)• Asignación de canal dinámica o DCA (Dynamic Channel Assignment)
# Para un sistema con un determinado grado de servicio y calidad de transmisión la técnica de asignación provee un compromiso entre la eficiencia del uso del espectro y la complejidad de implementación.
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117
Asignación FCAAsignación FCA
# Los sistemas celulares utilizan FCA (Fixed channel allocation).# Existen un cierto número de canales que son asignados de manera
fija a un grupo de celdas.# Esta asignación dependerá de la densidad de tráfico en cada celda.
MSC BS MS
Solicitud de Llamada
Asignación de un canal disponible dentro de los previstos para dicha celda.
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118
Asignación DCA Asignación DCA
# La asignación de canales ocurre basado en la demanda de tráfico de las celdas. Es decir no existe una planeación fija, se tiene un grupo de frecuencias para todo el sistema y las asignaciones se hacen y se modifican en tiempo real.# La interferencia se minimiza haciendo evaluaciones en tiempo real acerca
del canal más adecuado para ser asignado.# Por ejemplo un obstáculo como la pared o un piso pueden ser suficientes
para que el mismo canal sea reutilizado en ambos lados al mismo tiempo.
MSC BS MS
Solicitud de Llamada
Asignación de un canal disponible dentro de todo el grupo de canales.
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119
Asignación de canales fijaAsignación de canales fija
# Una vez seleccionado el tamaño del grupo de celdas (cluster) es necesario asignar los canales a cada celda bajo las siguientes consideraciones:
• Las celdas adyacentes deben de utilizar grupos de frecuencias diferentes.• Asignar las frecuencias mediante un proceso que permita su reutilización.
# Ejemplo:• Supongamos un BW = 20.16 MHz para Tx y Rx.• Un BWch = 30 KHz para canales simplex• Entonces:
S=20.16 MHz / 2x30 kHz = 336 canales de RF Duplex.• Seleccionemos un grupo de celdas con N=7 y con antenas
omnidireccionales, entonces tendremos k=48 canales para cada celda.
• Si escogemos N=7 pero con 3 antenas direccionalestendremos 21 sectores o grupos de frecuencias
con k=16 canales para cada sector. CB
A D
E
G
F
CB
A D
E
G
F
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120
Ejemplo para N=7Ejemplo para N=7
# Para un grupo de celdas de tamaño N=7 y con S=336 canales disponibles se tienen K=48 canales de RF por cada celda.# A las celdas dentro del grupo las denominaremos A, B, C, D, E, F, G y H.# Un ejemplo de la asignación de frecuencias para formar los siete grupos
distintos es el siguiente:
CB
A D
E
G
F
A 1 8 15 ... ... 316 323 330
C 3 10 17 ... ... 318 325 332D 4 11 18 ... ... 319 326 333E 5 12 19 ... ... 320 327 334F 6 13 20 ... ... 321 328 335G 7 14 21 ... ... 322 329 336
B 2 9 16 ... ... 317 324 331
48 canales por celda
7 ce
ldas
por
gru
poGerencia de Servicio Técnico R9Gerencia de Servicio Técnico R9
121
Ejemplo para N=7 con celdas sectorizadasEjemplo para N=7 con celdas sectorizadas
# Con S=336 y N=7 pero con celdas sectorizadas tenemos ahora un total de 21 grupos de frecuencias diferentes y por lo tanto un número k=16 canales de RF por grupo.# Este patrón puede considerarse como un grupo de celdas de tamaño 21.# La asignación apropiada sería:
A1
A3A2
C1
C3C2
B1
B3B2
D1
D3D2E1
E3E2
F1
F3F2
G1
G3G2
Asignar los primeros 21 canales comenzando con A1, B1, C1, ..., G1 y terminando con E3, F3 y G3.
Repetir el proceso con los siguientes 21 canales (22-42) y así 14 veces más para para completar 16 canales por sector y así los 336 canales disponibles.
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122
Diseño de la cobertura de un sistema celularDiseño de la cobertura de un sistema celular
#El objetivo del diseño de la cobertura de cualquier sistema celular pretende:
• El mayor número de abonados que pueden establecer llamadas de una manera aceptable para el espectro disponible.
• El costo de la red necesario para proporcionar a dicho número de abonados un servicio satisfactorio.
#Una vez definida el área de servicio celular (CGSA) se debe determinar:
• El espectro disponible• El factor de reuso de frecuencias (N)• El radio de la celda máximo• La distancia de reutilización de frecuencias (D)• La técnica de asignación de canales• El tráfico estimado por celda
#El objetivo del diseño de la cobertura de cualquier sistema celular pretende:
• El mayor número de abonados que pueden establecer llamadas de una manera aceptable para el espectro disponible.
• El costo de la red necesario para proporcionar a dicho número de abonados un servicio satisfactorio.
#Una vez definida el área de servicio celular (CGSA) se debe determinar:
• El espectro disponible• El factor de reuso de frecuencias (N)• El radio de la celda máximo• La distancia de reutilización de frecuencias (D)• La técnica de asignación de canales• El tráfico estimado por celda
CB
A D
E
G
F
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123
Herramientas de diseño celularHerramientas de diseño celular# Existen diversas herramientas de software
que ayudan a los ingenieros en la planeación de un sistema celular.# Utilizando datos geográficos,
demográficos, de propagación, etc ayudan en el incremento del desempeño y la calidad de un sistema.# Se pueden presentar mapas que incluyan:
• Potencia recibida en el enlace de bajada• Potencia de transmisión del MS• Mapa de demanda de tráfico
# Existen diversas herramientas de software que ayudan a los ingenieros en la planeación de un sistema celular.# Utilizando datos geográficos,
demográficos, de propagación, etc ayudan en el incremento del desempeño y la calidad de un sistema.# Se pueden presentar mapas que incluyan:
• Potencia recibida en el enlace de bajada• Potencia de transmisión del MS• Mapa de demanda de tráfico
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124
EjercicioEjercicio
1. ¿En telefonía celular cómo se determina la capacidad total (número de canales) de un área geográfica?
2. Describa como se asigna el espectro para AMPS y CDMA (Ancho de banda disponible, número de canales y separación entre el canal Tx y Rx)
3. ¿Qué es la sectorización? ¿Cuándo es conveniente utilizarla?
4. ¿Qué son las antenas inteligentes? Describa los dos tipos de antenas inteligentes que existen.
5. ¿Qué son las técnicas de asignación de canal?
6. Una vez definida el área de servicio celular (CGSA) ¿Cuáles son los puntos a considerar en el diseño celular? Describa cada uno de ellos
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125
! Introducción a las comunicaciones inalámbricas móviles
! Panorama de los sistemas inalámbricos
! Características de la interfaz inalámbrica
! Planeación de frecuencias" Ingeniería de tráfico! Telefonía celular analógica! Telefonía celular digital! Nuevas aplicaciones
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126
En este CapítuloEn este Capítulo
#Objetivo:• Aprender el manejo de los aspectos relacionados con la
planeación de tráfico sobre sistemas celulares.
# Ingeniería de tráfico• Objetivo de la ingeniería de tráfico• Conceptos básicos: Erlang, GOS, BH, BHCA.• Suposiciones para la planeación celular• Cálculo del número de VCH en función del área• Cálculo del número de VCH en función del tráfico• Efectos del fabricante en la planeación de capacidad• Hand-off y Soft Handoff
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127
Ingeniería de TráficoIngeniería de Tráfico
#El objetivo de la ingeniería de tráfico es planear la capacidad del sistema para satisfacer la demanda de los usuarios a cierto grado de servicio (GOS).# Limitantes de capacidad de una celda:
• Ruido en el enlace de subida (reverse link)• Potencia requerida por cada usuario en el enlace de bajada (forward)• Número de canales de voz equipados en la celda (Hardware)
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128
# En ingeniería de tráfico definimos el concepto de intensidad de tráfico (A), el cual nos habla de la cantidad de flujo de tráfico que existe sobre un grupo de circuitos y se calcula mediante:
A = λ * tmEn donde:
λ : Número de llamadas por minutotm : Duración en minutos por llamada
# En realidad no importan si las unidades son minutos o bien horas, pues la intensidad de tráfico tiene unidades adimensionales. El término más utilizado para unidades de tráfico es el de Erlang.# Erlang
• Unidad de tráfico adimensional• Un Erlang de intensidad de tráfico en un circuito significa una ocupación continua
de ese circuito• Un Erlang es el número de llamadas-segundo por segundo o llamadas-hora por
hora
Caracterización del tráfico (Erlangs)Caracterización del tráfico (Erlangs)
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129
Más claroMás claro
# Un Erlang de tráfico sobre un circuito significa la ocupación del 100% del tiempo de dicho circuito relativo a una referencia de tiempo. Por ejemplo si la referencia es de una hora entonces un Erlang significa una hora de ocupación o bien 60 minutos sobre un circuito.
# Un circuito significa un trayecto sobre el cual solo puede existir una llamada al mismo tiempo.
# Por lo tanto en una señal E1 existen 30 circuitos.
# Un Erlang de tráfico sobre un circuito significa la ocupación del 100% del tiempo de dicho circuito relativo a una referencia de tiempo. Por ejemplo si la referencia es de una hora entonces un Erlang significa una hora de ocupación o bien 60 minutos sobre un circuito.
# Un circuito significa un trayecto sobre el cual solo puede existir una llamada al mismo tiempo.
# Por lo tanto en una señal E1 existen 30 circuitos.
1 Erlang
0.5 Erlang
0.25 Erlang
1 llamada de 60 minutos
50 %
25 %
Porcentaje de ocupación deun circuito relativo a una ventana
60 minutos
60 llamada de 1 minuto
Porcentaje de ocupación deun circuito relativo a una ventana
60 minutos
1 llamada de 30 minutos 10 llamadas de 3 minutos c/u
1 llamada de 15 minutos 5 llamadas de 3 minutos c/u
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130
Tráfico ofrecido vs. Tráfico transportadoTráfico ofrecido vs. Tráfico transportado
# Tráfico ofrecido.- Es la intensidad de tráfico generada por los usuarios o abonados de una red.# Tráfico transportado.- Es la intensidad de tráfico actualmente atendida por
los elementos del sistema celular.# La diferencia entre el tráfico ofrecido menos el tráfico transportado nos da
el tráfico que experimentó bloqueo o congestión.
# Tráfico ofrecido.- Es la intensidad de tráfico generada por los usuarios o abonados de una red.# Tráfico transportado.- Es la intensidad de tráfico actualmente atendida por
los elementos del sistema celular.# La diferencia entre el tráfico ofrecido menos el tráfico transportado nos da
el tráfico que experimentó bloqueo o congestión.
70 Erlangs de tráfico ofrecido
69 Erlangs de tráfico transportado
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131
Grado de servicio, GOS (Grade of service)Grado de servicio, GOS (Grade of service)
# Se define como la probabilidad de que un abonado encuentre congestión a la hora pico. Siendo congestión el hecho de que todos los circuitos se encuentren ocupados.# Por ejemplo, un grado de servicio de 0.01 indica que 1 de cada
100 abonados experimentará congestión a la hora pico.# Se expresa con la letra p. Una notación típica es P02, que indica
p=0.02.
# Se define como la probabilidad de que un abonado encuentre congestión a la hora pico. Siendo congestión el hecho de que todos los circuitos se encuentren ocupados.# Por ejemplo, un grado de servicio de 0.01 indica que 1 de cada
100 abonados experimentará congestión a la hora pico.# Se expresa con la letra p. Una notación típica es P02, que indica
p=0.02.
100 llamadasde entrada
1 llamada experimenta congestión a la hora
pico
Se tiene un grado de servicio del 1%
N troncales E1 de salida
E1’s
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132
Tráf
ico
Tran
spor
tado
(Erla
ngs)
Tiempo (Horas)
2220181614121086420
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
18:0
019
:00
20:0
0
9:00
10:0
011
:00
6:00
7:00
8:00
12:0
013
:00
14:0
015
:00
16:0
017
:00
21:0
022
:00
23:0
0
LuJu
0:00
Ejemplo de distribución de tráficoEjemplo de distribución de tráfico
# Hora pico (Busy Hour)# Intentos de llamada en la hora pico (BHCA, Busy Hour Call Atempts)
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133
P n
x
n
x
x
n
AA
=
=∑!
!0
Px
Ax
x ne A= −
=
∞
∑ !Erlang B
Poisson
Herramientas para el dimensionamientoHerramientas para el dimensionamiento
# El dimensionamiento o ingeniería de tráfico consiste en calcular el número de circuitos razonable para un determinado número de personas que desean realizar llamadas telefónicas.# El problema es saber cuando van a llamar para lo que se utilizan
estadísticas o simplemente se suponen valores.# Una vez hechas las suposiciones se prosigue a utilizar las tablas de
dimensionamiento: Poisson y Erlang B.# Estas tablas se generan a partir de fórmulas que dependen de tres
variables y que por lo tanto se deben conocer o suponer cuando menos dos de ellas para calcular la tercera, estas variables son:
• Intensidad de tráfico o Erlangs (A)• Grado de servicio, GOS (P)• Número de circuitos (n)
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134
Ejemplo de Uso de las TablasEjemplo de Uso de las Tablas
#Se tienen 5 Erlangs de tráfico ofrecido:
• ¿Cuántos circuitos serían necesarios para ofrecer un GOS del 2%?
• Para este caso ¿Cuál es el tráfico transportado?
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135
Ejemplo de capacidad de un clusterEjemplo de capacidad de un cluster
17
3 4
6
2
5
Sitio No. de Intentos de Tráfico* No. de **Grupo de llamadas en por celda canalesCanales la hora pico (Erlangs) de RF
1 1 356 9.26 162 2 353 9.18 163 3 1,307 33.98 444 4 1,292 33.59 445 5 1,150 29.90 396 6 1,196 31.10 417 7 554 14.40 22
Total 6,208 161.41 222
* Asumiendo 0.026 Erlangs por llamada (con una duración promedio de 100 segundos).** El número de canales está calculado para un GOS=0.02 o del 2%.
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136
Eficiencia de Capacidad del SistemaEficiencia de Capacidad del Sistema
# La eficiencia de capacidad del sistema se calcula dividiendo la cantidad de Erlangs de tráfico transportado entre la capacidad de tráfico en Erlangsinstalada:
Erlangs de Instalada CapacidaddosTransporta Erlangs de Total Erlangs de Capacidad de Eficiencia =
# Por ejemplo el siguiente sistema tiene una eficiencia casi del 30%# Por ejemplo el siguiente sistema tiene una eficiencia casi del 30%
29.7%3,288977 Erlangs de Capacidad de Eficiencia ==
Cap
acid
ad to
tal d
e un
a ce
lda
de tr
es
sect
ores
(8
E po
r sec
tor)
Celdas con mayor tráfico
Celdas con menor tráfico
Alrededor del 70% esta sin utilizar
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137
Cálculo de Número de Celdas TotalesCálculo de Número de Celdas Totales
#El número de celdas total (NTOT) en un área de servicio celular se puede calcular de dos maneras:
• La primera relacionada con la cobertura de la celda (NCOB).• La segunda relacionada con la capacidad de la celda (NCAP).
# Finalmente se hace un balance entre ambas maneras para considerar los dos aspectos de diseño de una red:
( ) ( )2CAP
2COBTOT NNN +=
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138
Número de Celdas por Cobertura (NCOB)Número de Celdas por Cobertura (NCOB)
#Es posible calcular el número de celdas en una CGSA simplemente dividiendo el área total de servicio entre el área de cobertura de una celda.#Para realizar esto solo es necesario conocer el radio de
cobertura de la celda máximo en función del nivel de señal en los receptores (RSL).# Lo anterior asume un terreno plano y no considera el
tráfico por usuario.#Esto nos proporciona una visión del número de celdas
desde el punto de vista de la cobertura geográfica (NCOB), relacionado con el radio máximo de cobertura de la celdas.
Celda
TotalCOB A
AN =
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139
Máximo Radio de Cobertura de la celdaMáximo Radio de Cobertura de la celda
# Sabemos que la cobertura de una celda queda determinada en primera instancia por diversos parámetros como:
• Potencia de transmisión• Altura de la antena• Ganancia de la antena• Localización de la antena
# Sin embargo otros parámetros afectarán la forma real de la cobertura, entre ellos:
• El ambiente de propagación• Existencia de colinas y cerros• Túneles• Vegetación• Edificios
# Para conocer el radio de la celda se utilizan los modelos de predicción (Hata, Okumura, Ikegami) que consideran estos parámetros y que están diseñados dependiendo del tipo de terreno.
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140
Ejemplo de Cálculo de NCOBEjemplo de Cálculo de NCOB
#Area de servicio (km2): 100 km2
#Radio de cobertura de la celda (km): 3 km#Area de la celda (km2): πR2 =
3.1416(3)2 = 28.27 km2
43.5328.27100
AAN
Celda
TotalCOB →===
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141
Número de Celdas por Capacidad (NCAP)Número de Celdas por Capacidad (NCAP)
# En este cálculo se determinará el número de celdas en función de la capacidad de tráfico por celda y el tráfico ofrecido en una CGSA.# Para poder realizar este cálculo es necesario conocer la capacidad de
un celda o de un sector de una celda.# Este parámetro depende del fabricante del equipo que se planea utilizar
para ofrecer el servicio.# La capacidad de una celda/sector puede estar especificado en canales
de tráfico o bien en Erlangs, en cualquier caso se requiere la cantidad de Erlangs para un determinado GOS.
• Un valor típico sería el 22 TCH por sector o su equivalente en Erlangs igual a 14.9E para un GOS del 2%.
# Con la capacidad por celda/sector es posible calcular el número de celdas por capacidad dividiendo el tráfico total ofrecido en la CGSA entre la capacidad por celda.# En este caso se asume una densidad uniforme, en la práctica habría
que sobreponer las celdas calculadas por cobertura sobre el CGSA y determinar si el tráfico sobre dicha celda no excede la capacidad especificada por el sistema.
Celda
TotalCAP T
TN =
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142
Ejemplo de Cálculo de NCAPEjemplo de Cálculo de NCAP
# Número de usuarios móviles: 100,000# Tráfico por usuario: 0.001Erlangs# Total de tráfico ofrecido en la CGSA:
100E# Tráfico por celda: 21.6E por celda y 7.2E
por sector.
54.6221.6100
TTN
Celda
TotalCAP →===
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143
Ejemplo de Capacidad TotalEjemplo de Capacidad Total
#De nuestro ejemplo obtuvimos:• NCOB=3.53• NCAP=4.62
#Entonces un número de celdas que considerará tanto la cobertura como la capacidad estaría dado por:
( ) ( )2CAP
2COBTOT NNN +=
( ) ( ) 65.84.623.53N 22TOT →=+=
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144
Optimización del Número de CeldasOptimización del Número de Celdas
# En la realidad en la CGSA:• El área a servir no será totalmente
plana• El radio de las celdas no será
homogéneo• La distribución de los usuarios no
será uniforme.# Por esta razón es necesario
llevar a cabo una optmizaciónen el número de celdas considerando la realidad topográfica del área de servicio, así como su conducta de tráfico.# Esta tarea en la práctica es
realizada mediante herramientas de software que nos ayuden a predecir la cobertura y el número de celdas óptimo.
# En la gráfica cada color representa un nivel de tráfico diferente.
# En la gráfica cada color representa un nivel de tráfico diferente.
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145
Pasos para el diseño de un sistemaPasos para el diseño de un sistema
1. Determinar el número de usuarios a servir.2. Determinar la localización y los patrones de tráfico de los
usuarios.3. Estimar las pérdidas en el trayecto a partir del sitio.4. Determinar el esquema de reuso más apropiado.5. Usando la ingeniería de tráfico y las tablas de Erlangs determinar
el número de sitios requeridos.6. Colocar los sitios sobre el CGSA para determinar la cobertura.7. Modelar y predecir la cobertura de cada celda.8. Asignar las frecuencias a cada celda considerando el crecimiento
futuro.9. Modelar y predecir la interferencia para determinar la calidad del
servicio.10.Utilizar transmisores de prueba para verificar el modelo,11.Implementar los sitios y realizar pruebas de cobertura para
optimizar.
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146
Handoff vs. Soft HandoffHandoff vs. Soft Handoff
# El proceso a través del cual un MS mantiene comunicaciones mientras se mueve de una celda/sector a otra celda sector.# Razones por las que se puede iniciar un procedimiento de Handoff:
• El MS cruza la frontera de una celda• El MS experimenta ruido o interferencia por encima de cierto nivel• Problemas en los componentes de una BTS durante una llamada
# Existen dos tipos de Handoffs de forma general:• Soft Handoff• Hard Handoff
Celda Fuente(Source Cell)Celda Fuente(Source Cell)
Celda Destino(Target Cell)
Celda Destino(Target Cell)
MSMS
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147
Capacidad de un Sistema CDMACapacidad de un Sistema CDMA
# La siguiente función nos define como calcular el número (M) de usuarios que pueden existir dentro de una celda CDMA considerando el enlace de subida (reverse link):
En donde:M: número de usuarios móviles/celdaW: Ancho de banda esparcido en Hz (1.228MHz)R: Velocidad binaria de la información (9.6k/14.4k)Eb/No: Relación energía bit a interferencia (5dB - 7dB)Eb: Cantidad de energía en un período de bitNo: Densidad de potencia de ruidoVaf: factor de actividad de voz (0.4 - 0.5)IIOC: Relación de interferencia de celdas adyacentes sobre la misma celda (0.6) Cp: factor de capacidad de degradación para tomar en cuenta APC imperfecto (0.8)Gs: Ganancia de sectorización (1 para omni, 2.55 para 3 sectores y 5 para 6 sectores)
M =( W / R)
( Eb / No)CpGs
1
( vaf )
1
( 1 + IIOC)
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148
Ejercicio de Capacidad Total: DatosEjercicio de Capacidad Total: Datos
Datos Para el CálculoPoblación (Hab) 8,600,000
Area (km2) 8,720Penetración 10.00%
Tráfico / Usuario (BH) 0.0250TCH por sector 25
GOS 2%Erlangs por Sector@GOS 17.5
Número de sectores 3Ganacia de Sectorización 2.55
Factor para SHO 1.35Ineficiencia por topografía 1.5
Morfología y penetración en edificio permitida
Radio de Celda (Km)
Area de Cobertura max. / Celda
(Km2)Distribución del
Area %
Distribución del Area
km2
Distribución de la
Población %
Distribución de la Población
Hab. PenetraciónDense Urban (15 dB) 1.60 8.04 1% 87.20 10% 860,000 86,000Ligth Urban (15 dB) 2.10 13.85 9% 784.80 45% 3,870,000 387,000Suburban (10 dB) 5.50 95.03 22% 1,918.40 30% 2,580,000 258,000
Rural (10 dB) 21.50 1,452.20 68% 5,929.60 15% 1,290,000 129,000Total 860,000
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149
Ejercicio de Capacidad Total: SoluciónEjercicio de Capacidad Total: Solución
Morfología y penetración en edificio permitida NCAP NCOB NTOT
Dense Urban (15 dB) 65 16 67Ligth Urban (15 dB) 293 85 305Suburban (10 dB) 195 30 197
Rural (10 dB) 98 6 98Total 651 137 667
( ) ( )2CAP
2COBTOT NNN +=
iónSectorizac de Gananciasector por ErlangsSHO para Factorusuario por TráficonPenetracióNCAP ×
××=
Celda la de AreaTopografía por iaIneficiencAreaNCOB
×=
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150
Objetivos de CoberturaObjetivos de Cobertura
#Se deben de definir los objetivos de calidad con respecto a la cobertura:
• Probabilidad de cobertura en las fronteras de las celdas• Limitaciones de cobertura en interiores• Ciudades que tendrán cobertura• Carreteras o caminos que requieren cobertura• Cobertura de interiores de edificios
#Se deben de definir los objetivos de calidad con respecto a la cobertura:
• Probabilidad de cobertura en las fronteras de las celdas• Limitaciones de cobertura en interiores• Ciudades que tendrán cobertura• Carreteras o caminos que requieren cobertura• Cobertura de interiores de edificios
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151
Ejemplo de Objetivos de CoberturaEjemplo de Objetivos de Cobertura
Zonaurbana
Zona deareas verdes
Zonasuburbana
Coberturaurbana
Coberturaen vehículos
Cobertura deáreas verdes
Coberturasuburbana
Zonaurbana
Cobertura dentrode edificios yvehículos
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152
EjercicioEjercicio
1. ¿Cuál es la diferencia entre tráfico ofrecido y tráfico transportado?
2. ¿Qué nos indica el grado de servicio? ¿Cómo se utiliza en las tablas de tráfico?
3. ¿Cómo se determina el número total de celdas necesarias para cubrir un área de servicio celular?
4. Enumere los pasos a considerar en el diseño celular
5. Si se tiene una densidad de 150 usuarios móviles por km2 uniforme, con un tráfico por usuario de 0.01E y una capacidad por sector de 7.2E, ¿Cuál será el radio máximo que se podría soportar en función del tráfico a fin de no exceder las especificaciones del fabricante?
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153
! Introducción a las comunicaciones móviles inalámbricas
! Panorama de los sistemas inalámbricos
! Características de la interfaz inalámbrica
! Planeación de frecuencias! Ingeniería de tráfico" Telefonía celular analógica! Telefonía celular digital! Nuevas aplicaciones
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154
En este capítuloEn este capítulo
#Objetivo:• Describir las características más importantes del sistema
AMPS.
# Telefonía celular analógica• Elementos del sistema celular analógico• El sistema americano AMPS• Otros sistemas analógicos
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155
Telefonía Celular AnalógicaTelefonía Celular Analógica
# En general, decimos que es un sistema celular analógico porque la fuente de información, la voz, es modulada directamente para sertransmitida sobre los canales de RF asignados en cada sistema.# Los sistemas celulares analógicos utilizan como método de acceso
la técnica FDMA, por lo cual es común establecer que un sistema FDMA debe de ser analógico y no necesariamente.# Características:
• Ancho de banda angosto, baja eficiencia en el uso del espectro.• Baja seguridad, se requieren duplexores.• Principales problemas: IM en el sitio celular, la potencia y el número de
canales son limitados.
PSTNISDN
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156
Sistema AMPSSistema AMPS
# AMPS: Advanced Mobile Telephone Service# Introducido en los años 70’s en los Estados
Unidos.# Se le conoce como el sistema americano.# Su uso ha sido adoptado en prácticamente
todo el continente americano, así como en algunos otros lugares del mundo, por ejemplo Australia, China y Korea.# En México es utilizado actualmente
por todos los proveedores del servicio celular en el país. Introducido en 1990 por Telcel y Iusacell.
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157
Países que utilizan AMPSPaíses que utilizan AMPS
Canadá, Costa Rica, El Salvador, Estados Unidos, Filipinas, Guatemala, México, República Dominicana.Argentina, Bolivia, Brasil, Chile, Perú, Venezuela.Zaire.Australia, Nueva Zelandia.Brunei, Islas Caimán, Hong Kong, Indonesia, Israel, Pakistan, Samoa, Singapur, Taiwan, Tailandia.
Canadá, Costa Rica, El Salvador, Estados Unidos, Filipinas, Guatemala, México, República Dominicana.Argentina, Bolivia, Brasil, Chile, Perú, Venezuela.Zaire.Australia, Nueva Zelandia.Brunei, Islas Caimán, Hong Kong, Indonesia, Israel, Pakistan, Samoa, Singapur, Taiwan, Tailandia.
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158
Características del sistema AMPSCaracterísticas del sistema AMPS
# Relacionados al sistema• Número de canales duplex: 2 grupos de 416• Radio de celdas: 2-20 km• Rango de frecuencias: MS-BS (824 - 849 MHz) y BS - MS (869 - 894 MHz)• Espaciamiento entre canales: 30 kHz• Método de acceso: FDMA/FDD• Transmisión de voz: FM• Señalización: Datos FSK a 10kbps• Número de celdas: 50 (Típico)• Máxima potencia radiada por la estación base: 100W por canal• Separación entre canales Tx y Rx: 45 MHz
# Sistema de comunicación• Calidad de voz: Similar a la telefonía convencional• Procesamiento de voz: Compansor silábico 2:1• Grado de servicio: Probabilidad de bloqueo del 2%
# Unidad móvil• Potencia de Tx: 1 - 3 W (Nominal)• Control de potencia de Tx: 10 pasos con 4dB de atenuación cada uno• Sensibilidad de Rx: -116dBm para una fuente de 50W
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159
Elementos del sistema AMPSElementos del sistema AMPS
# Para establecer una llamada el MS requiere de un canal de Tx y otro de Rx. En AMPS se definen canales de RF de un BWch=30 kHz, por lo que un canal Duplex (Tx y Rx) ocupa 60 kHz del espectro disponible para el sistema.
PSTNISDN
MSCBSMS
Canal de Voz
Canal BS-MS (Forward)
Canal MS-BS (Reverse)
Canal de Control
Canal BS-MS (Forward)
Canal MS-BS (Reverse)
# Sobre estos canales se realizan las funciones de señalización y control entre las estaciones móviles y las base. En cuanto al espectro , en el sistema AMPS, tenemos la misma situación que para los canales de voz.
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160
Espectro asignado para AMPS Espectro asignado para AMPS
# Ancho de banda total disponible:BW= (894 -869.04) + (849 - 824.04) =
24.96 + 24.96 = 49.92 MHz# S= 49.92MHz / 30 kHz = 1664 canales
simplex o bien 832 canales duplex.# La separación entre el canal de Tx y de RX
es de 45 MHz.
SMR: Special Mobile Radio
832 Canales MS-BS(Reverse) SMR 832 Canales BS-MS
(Forward)
824.04 MHz 849 MHz
869.04 MHz 894 MHz45 MHz
fr ff+
TxMS RxMS
30 kHz 30 kHz
Ch “x” duplex
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161
Distribución del espectro disponibleDistribución del espectro disponible
# El total de canales duplex disponibles para el sistema AMPS han sido distribuidos en dos bloques de 416 (395 para voz y 21 para control) canales cada uno.# Esto permite la coexistencia de dos sistemas celulares en la misma área
geográfica:• Sistema de la banda A (Non- wireline carrier)• Sistema de la banda B (Wireline carrier)
# Inicialmente se contaba con 40MHz de ancho de banda y se tenían 333 canales duplex para cada banda (312 para voz y 21 para control).# Posteriormente se agregaron 10 MHz y se llegó a los 416 canales antes
mencionados.# Cuando se hace referencia al sistema original se habla de AMPS y para el
segundo caso de EAMPS (Extended AMPS) o AMPS extendido.
Banda A Banda B
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162
Designación de canales MS - BSDesignación de canales MS - BS
# Banda A (A + A’ + A’’)• 416 canales simplex• Para voz 395 (ch 1 - ch 312, ch 667
- ch 716 y ch 991 - ch 1023)• Para control 21 (ch 313 - ch 333)
832 Canales MS-BS(Reverse) SMR 832 Canales BS-MS
(Forward)
825.03 835.02 845.01 846.5133 333 333 50 83
A’’ A B A’ B’
991
1023 1
313
333
334
354
312
355
666
667
716
717
799
# Banda B (B +B’ )• 416 canales simplex• Para voz 395 (ch 355 - ch 666 y ch
717 - ch 799)• Para control 21 (ch 334 - ch 354)
Número de canal Frecuencia central (MHz)
1< N < 799 0.03N + 825.000990 < N < 1023 0.03 (N-1023) + 825.000
824.04 849
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163
Designación de canales BS - MSDesignación de canales BS - MS
# Banda A (A + A’ + A’’)• 416 canales simplex• Para voz 395 (ch 1 - ch 312, ch 667
- ch 716 y ch 991 - ch 1023)• Para control 21 (ch 313 - ch 333)
832 Canales MS-BS(Reverse) SMR 832 Canales BS-MS
(Forward)
870.03 880.02 890.01 891.5133 333 333 50 83
A’’ A B A’ B’
991
1023 1
313
333
334
354
312
355
666
667
716
717
799
# Banda B (B +B’ )• 416 canales simplex• Para voz 395 (ch 355 - ch 666 y ch
717 - ch 799)• Para control 21 (ch 334 - ch 354)
Número de canal Frecuencia central (MHz)
1< N < 799 0.03N + 870.000990 < N < 1023 0.03 (N-1023) + 870.000
869.04 894
Gerencia de Servicio Técnico R9Gerencia de Servicio Técnico R9
164
Canales de RFCanales de RF
# Un canal de RF es un trayecto de transmisión bidireccional por radiofrecuencia entre el MS y el BS.# Cada canal utiliza dos frecuencias distintas, una para TX de MS a BS y otra
para RX de BS a MS. # Como ya se mencionó, a este canal le llamaremos canal duplex. # La separación entre las frecuencias que constituyen un canal duplex
siempre es de 45 MHz y el ancho de banda de cada una de las frecuencias es de 30 kHz.# Cada canal de RF tiene una unidad de canal en la BS.# Existen dos tipos de canales de RF:
• Canales de Voz (VC, Voice Channels)• Canales de control (CC, Control Channels)
MSCBSMSVC, CC
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165
Canales de voz, VC (1)Canales de voz, VC (1)
# Durante el procedimiento de establecimiento de una llamada un canal de voz (VC) será seleccionado por el MSC y asignado a un usuario mientras dure la llamada.
# El MSC es quien se encarga entonces de administrar todos los canales respectivos a las diferentes celdas del sistema, guardando una lista de canales por celda así como su estado, p.ej. ocupado, libre, bloqueado, etc.
# El el MSC ordena al BS apagar o encender las unidades de radio dependiendo del estado de los canales.
# Además de la voz sobre este canal se puede enviar las siguiente información:• Tono de audio para supervisión (SAT, Supervisory Audio Tone)• Tono de señalización (ST, Signalling Tone)• Datos (FVC, Forward Voice Channel y RVC, Reverse Voice Channel)
Hacia el MSC
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Canales de voz, VC (2)Canales de voz, VC (2)
# Señales que pueden existir sobre los canales de voz:
• Voz• Datos (Control)• SAT• ST
Hacia el MSC
CUTx
Rx
Unidades de canal
CUTx
Rx
Unidades de canal
Voz
Voz
Datos
Hac
ia e
l MSC
CU: Control Unit
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Tono de supervisión, SATTono de supervisión, SAT
# El SAT es enviado por una estación base sobre el canal de voz y debe ser puesto en loop por la estación móvil para:
• Verificar la continuidad del canal de voz en ambos sentidos• Verificar el nivel de la señal • Esta señal siempre existe, aún durante la llamada, sin embargo va
por encima del ancho de banda designado para la voz.• Existen tres frecuencias utilizadas para el SAT: 5970 Hz, 6000 Hz
ó 6030 Hz.
Hacia el MSC
Canal de Voz
SAT
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Asignación del tono de supervisión (SAT)Asignación del tono de supervisión (SAT)
SAT1
SAT2
SAT1
SAT3
# A cada grupo de celdas o cluster le es asignado un SAT y al cluster vecino uno diferente. De tal manera que los canales en reuso de frecuencias tengan menos posibilidades de interferencia.# Las opciones para SAT son:
• SAT1 = 5970 Hz• SAT2 = 6000 Hz• SAT3 = 6030 Hz
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Tono de señalización, STTono de señalización, ST
# El tono de señalización (ST) es enviado por la estación móvil sobre el canal de voz para:
# Confirmar algunos comandos enviados por la estación base duranteel modo de conversación
• Activar algunos servicios especiales, por ejemplo aceptar una llamada en espera.
• Indicar la contestación por parte de la estación móvil# El tono ST es de una frecuencia de 10 kHz
Hacia el MSC
Canal de Voz
ST
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170
Canales de control, CC (1)Canales de control, CC (1)
# Cada celda cuenta con un canal de control. Si se trata de una estación base con antena omnidireccional está equipada con una unidad de canal de control. Si se trata de un estación base con antenas sectoriales, por ejemplo 3 a 120°, entonces la estación base contará con tres unidades de canal de control.
# La información de señalización que viene de y hacia el MSC viaja por este canal.# La unidad de canal de control no es otra cosa sino una unidad de canal, equipada
para transmitir y recibir en radiofrecuencia, pero ahora la información es la del canal de control.
# Para el sistema AMPS la velocidad del canal de control es de 10 kbps.# Al canal de control en el sentido BS - MS se le conoce como FOCC (Forward Control
Channel)# Al sentido de MS - BS se la llama RECC (Reverse Control Channel).# Existen 21 canales de control por banda en el espectro
asignado para AMPS.
Hacia el MSC
FOCC
RECC
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Canales de control, CC (2)Canales de control, CC (2)
CUTx
Rx
Unidades de canal
Datos
Hacia el MSC
Hacia el MSC
FOCC
RECC
FOCC
RECC
# Cuando se está localizando a un abonado (paging) se transmiten mensajes sobre el FOCC que contienen el MIN que identifica a la estación móvil que se desea localizar.# El RECC es compartido por todos las estaciones que se encuentran en la
celda y su acceso está controlado por un mecanismo de contención.
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172
Acceso al canal de control RECCAcceso al canal de control RECC
# Debido a que todos los MS de una misma celda comparten un canal de control en el sentido MS-BS es necesario contar con un procedimiento de contención que permita que solo un MS a la vez pueda utilizar dicho canal.
# En el sentido hacia adelante (Forward) se envía constantemente el estado de libre/ocupado del canal de control en el sentido hacia atrás (Reverse).
# Esta señal es un grupo continuo de bits intercalados entre los bits del canal FOCC y ocurren cada 1.1 ms aproximadamente.
# En caso de que una estación requiera transmitir y encuentre la señal de ocupado deberá esperar un tiempo aleatorio entre 0 y 200ms para volver a intentarlo.
# Este tiempo aleatorio también puede ser activado por otra estación y precisamente el hecho de que sea aleatorio hace que existan posibilidades para ambos de transmitir en diferentes tiempos.
Hacia el MSC
Busy/Idle bits (FOCC)
RECC
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173
Cambio de canal de controlCambio de canal de control
# Cuando una estación móvil se encuentra en el modo de libre permanece sintonizada al canal de control de la celda, supervisando el tren de datos.# Sin embargo si la estación se encuentra en el estado de libre y en
movimiento, de tal manera que empieza a perder conexión con el canal de control actual deberá sintonizarse a un nuevo canal.# Las frecuencias de los 21 canales de control están perfectamente
definidas, por lo que la estación debe de realizar una búsqueda por dichas frecuencias y escoger la mejor para sintonizarse a ella.
A B
Celda 1 con canal de
control “x”
Celda 2 con canal de
control “y”
La MS deberá sintonizar del canal de control “x” al “y” una vez que el nivel
de Rx del canal “x” no sea suficiente.
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Número de Identificación Móvil (MIN)Número de Identificación Móvil (MIN)
# En inglés Mobile Identification Number, MIN# A cada estación móvil le es asignado un número de identificación o MIN.# Mediante este MIN es posible que una MS sea localizada (paging)
cuando está por recibir una llamada, o bien que se le pueda ofrecer el servicio cuando va a realizar una llamada.# El MIN consta de 10 dígitos y esta representado digitalmente mediante
34 bits.# El MIN se divide en dos partes:
• MIN 1 (24 bits): Representa los 7 dígitos del número telefónico celular.• MIN 2 (10 bits): Representa el código de área (USA)
MIN 2 MIN 110 bits 24 bits
504 1524525
Código de área Número celular
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Número de serie (ESN)Número de serie (ESN)
# Cada estación móvil se encuentra programada de fábrica con un número de serie electrónico (ESN, Electronic Serial Number) de manera permanente.# El ESN se representa mediante un código de 32 bits.# Se envía dentro del mensaje de acceso y ayuda a autentificar el
equipo que desea realizar la llamada en conjunto con el MIN.
8 bits 18 bits
Fabricante Número secuencialReservado6 bits
Número de serie electrónico (ESN) de 32 bits
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Marca de la clase de estación (SCM)Marca de la clase de estación (SCM)
# Marca de la clase de estación (SCM, Station Class Mark).# Se codifica mediante 5 bits y también se incluye en el mensaje de acceso.# Da información acerca de la clase de estación:
• Bandwidth: Acerca de la capacidad de canales que puede manejar el teléfono celular.
• Discontinuos transmission: Indica si la estación enciende y apaga su transmisor entre los espacios de silencio y de transmisión de voz.
• Power class: Indica la clase de estación en cuanto al uso de potencia, estainformación se utiliza en el control dinámico de transmisión de potencia del móvil.
1 bit
Reservado
1 bit
Bandwidth
1 bit
Discont. Tx
2 bits
Power Class
SCM (5 bits)
0: 666 1: 832
0: No1: Si
00: Clase I01: Clase II10: Clase III
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# Los móviles se clasifican por la máxima potencia efectiva radiada (ERP) indicada en la marca de clase de estación (SCM).# Bajo comando de la estación, el móvil puede variar su potencia en pasos
de 4dB.
# Los móviles se clasifican por la máxima potencia efectiva radiada (ERP) indicada en la marca de clase de estación (SCM).# Bajo comando de la estación, el móvil puede variar su potencia en pasos
de 4dB.
El SCM también incluye información de la transmisión discontinua en base a la actividad de voz (DTX).
Nivel dePotenciadel Móvil
Nivel dePotenciadel Móvil
Códigode
Atenuación
Códigode
Atenuación
01234567
01234567
ERP Nominal para Potencia de Clase: (dBW)ERP Nominal para Potencia de Clase: (dBW)
I II IIII II III
000001010011100101110111
000001010011100101110111
6 2 -22 2 -2
-2 -2 -2-6 -6 -6
-10 -10 -10-14 -14 -14-18 -18 -18-22 -22 -22
6 2 -22 2 -2
-2 -2 -2-6 -6 -6-10 -10 -10-14 -14 -14-18 -18 -18-22 -22 -22
Clase de potenciaClase de potencia
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Código de identificación de sistema (SID)Código de identificación de sistema (SID)
# Código de identificación de sistema (SID, System Identification Code).# A cada sistema celular le es asignado un código SID y sirve para que la
estación móvil identifique el sistema que le está proporcionando servicio.# El SID es transmitido por cada estación base dentro de los mensajes de
control.# Esta número se encuentra programado en la estación móvil y cuando se
recibe y coinciden la estación puede saber cierta información acerca de su sistema de casa (Home).
13 bits
Número de sistemaCódigo Internacional
2 bits
SID de 15 bits SID = XXX
00: USA 01: Otro10: Canadá 11: México
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Casos de tráficoCasos de tráfico
# Caso 1 : Móvil - Móvil (MS - MS)# Caso 2 : Móvil - Fijo (MS - FS)# Caso 3 : Fijo - Móvil (FS - MS)
PSTNISDN
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Llamada a un abonado móvil (1)Llamada a un abonado móvil (1)
PSTNISDN MSC BS MS
Solicitud de llamada “905 504 1524” Page Request
“525 504 1524”
CC
Page Request“525 504 1524”
Page Reponse
CC
CC
CC
Page Reponse
CC
Analiza tabla de estados y asigna VC
Asigna VC y enciende Tx Sintonizar el canal xxxy escuchar SAT x
CC
VCSAT x
VC SAT x correcto hacer loopRegresó SAT correcto e
iniciar supervisión de llamada
CC
Continúa Continúa
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181
Llamada a un abonado móvil, continuación (2)Llamada a un abonado móvil, continuación (2)
PSTNISDN MSC BS MS
Enviar Alert Orderal MS
CC
Recibe Alert Order
, enciende ST y genera timbrado
VC Genera STCC
Se detectó STRing Audible
Abonado contesta (off-
Hook), suprime ST
ST
VCCC
Abonado contestóContestación
Conversación
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182
Llamada de un abonado móvil (1)Llamada de un abonado móvil (1)
PSTNISDN MSC BS MS
CC
Continúa Continúa
CC 631 2145 + “SEND”El MSC valida al MS
y si es correcto asigna un VC CC
Asigna VC y enciende Tx Sintonizar el canal xxxy escuchar SAT x
CC
VCSAT x
VC SAT x correcto hacer loopRegresó SAT correcto e
iniciar supervisión de llamada
CC
Se analizan los dígitos marcados y
comienza el establecimiento de la
llamada
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183
Llamada de un abonado móvil, continuación (2)Llamada de un abonado móvil, continuación (2)
PSTNISDN MSC BS MS
SAT continua en loop
Conversación
RingbackVC
RingbackVC
Ringback
Contestación
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184
Liberación de llamadaLiberación de llamada
PSTNISDN MSC BS MS
VC MS cuelga “END”, se envía
ST por 1.8sCC
Se detectó ST
Liberar llamada
ST
CC
Apaga el Tx del VC asignado
Conversación
El MS se sintoniza al
canal de control de la celda y
pasa a estado de monitoreo
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185
Procedimiento de Hand-off (1)Procedimiento de Hand-off (1)
PSTNISDN MSC
MS
1. Conversación sobre el canal xxx2. El nivel del SAT o de RF cae por debajodel nivel umbral.3. El BS1 envía al MSC un mensaje de soli-citud de Hand-off.4. El MSC debe localizar un BS con mejorrecepción.
BS 1
BS 2
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186
Localización (2)Localización (2)
MSC
BS 2
BS 3
BS 4
1. El MSC envía una solicitud de nivel de señal del canal xxx a las celdas vecinas.2. Las celdas vecinas mediante una unidad de localización, la cual cuenta con un receptor, realiza mediciones sobre el nivel del canal xxx y envían el resultado al MSC.3. Con esta información el MSC debe de tomar la decisión relativa a que celda vecina observa mejor al canal xxx.4. Evidentemente, el nivel observado por las celdas vecinas debe de ser mejor al nivel de la celda actual.
BS 1
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187
Realización del Hand-off (3)Realización del Hand-off (3)
PSTNISDN MSC BS X MS
1. El MSC selecciona una nueva celda mediante el procedimiento de localización y selecciona un nuevo canal zzz en dicha celda, si hay disponibilidad.
CC BS2
Asigna VC , enciende Tx yenvia SAT z
VC BS 1
Orden de Hand-off a MS encanal xxx
CC BS 1
Orden de Hand-off a MS encanal xxx
CC BS1
Hand-off sync.Reseleccionar el nuevo trayecto vía la nueva celda.
VC MS después dela recepción deHand-off
confirma mediante
ST y sintoniza al canal zzz
ST
Continúa Continúa
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188
Realización del Hand-off (4)Realización del Hand-off (4)
VC BS 2SAT z
SAT z correcto hacer loopHand-off confirmation
Regresó SAT correcto,se considera Hand-off exitoso
CC BS 2
PSTNISDN MSC BS X MS
VC BS 2
1. Mientras tanto la BS 1 detecta la recepción del ST por parte del MS antes de sintonizar al nuevo canal zzz.2. La BS 1 detecta que no existe portadora sobre el canal xxx e informa al MSC que el canal se encuentra libre.
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189
Procedimiento de RoamingProcedimiento de Roaming
MSC A
HLR VLRMS Visitante
Sistema A
MSC B
HLR VLR
Sistema B
E1, SS7 (IS-41)
1. El MS-V intenta hacer una llamada o se registra en el sistema A. El VLR-A recibe los datos del MS-A (MIN, ESN).
2. El VLR-A reconoce que es un nuevo visitante, lo registra y le asigna unnúmero de roamer (RN).
3. El VLR-A determina el sistema al que pertenece MS-V y envía un mensaje (location updating) al HLR-B.
4. El HLR-B actualiza en su base la localización de MS-V y responde las categorías de dicho abonado.
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190
Señalización entre MS y BSSeñalización entre MS y BS
# La señalización entre el MS y el BS se lleva a cabo mediante un flujo de datos de 10 kbps que se transmite sobre los canales de control y también sobre los canales de voz.# Para su transmisión dicho flujo binario es modulado mediante el esquema de
modulación FSK (Frequency Shift Keying).
MSBS
FOCC
RECC
Canales de Control
FVC
RVC
Canales de Voz
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191
Sistemas celulares analógicosSistemas celulares analógicosSistema Banda (MHz) BW /ch (kHz) No. de Canales Región
AMPS 824-894 30 832 USA
TACS 890-960 25 1000 Europa
ETACS 872-950 25 1240 UK
NMT 450 453-467.5 25 180 Europa
NMT 900 890-960 12.5 1999 Europa
C-450 450-465.74 10 573 Alemania
RTMS 450-465 25 200 Italia
AMPS: Advanced Mobile Phone ServiceTACS: Total Access Communication SystemETACS: Extended TACSNMT: Nordic Mobile Telephone 450/900
Radiocom2000 192.5-207.5 12.5 560 Francia207.5-233.5 640165.2-173 256414.8-428 256
RTMS: Radio Telephone Mobile SystemNTT: Nippon TelephoneJTACS: Japanese TACSNTACS: Narrowband TACS
NTT 870-940 25/6.25 600/2400 Japón860-918.5 6.25 560867-925 6.25 480
JTACS/ 860-925 25/12.5 400/800 JapónNTACS 843-901 25/12.5 120/240
863.5-922 12.5 280
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192
EjercicioEjercicio
1. ¿Qué técnica de acceso utilizan los sistemas celulares analógicos?
2. ¿Cuál es el espectro asignado para AMPS?
3. ¿Cuál es el ancho de banda total disponible en AMPS?
4. En México ¿Qué operadores aún utilizan el sistema AMPS?
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193
! Introducción a las comunicaciones inalámbricas móviles
! Panorama de los sistemas inalámbricos
! Características de la interfaz inalámbrica
! Planeación de frecuencias! Ingeniería de tráfico! Telefonía celular analógica" Telefonía celular digital! Nuevas aplicaciones
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194
En este capítuloEn este capítulo
#Objetivo:• Describir las características más importantes de los
sistemas celulares digitales.• Conocer e identificar los diferentes sistemas de telefonía
celular digital.
# Telefonía celular digital • Elementos del sistema celular digital• Codificación de voz• Sistemas americanos con TDMA: IS-54• El sistema europeo GSM• CDMA y el sistema IS-95 americano• Comparaciones
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195
Telefonía Celular DigitalTelefonía Celular Digital
# Decimos que se trata de un sistema celular digital cuando la voz se digitaliza mediante alguna técnica de codificación de voz en la misma estación móvil.# Esta característica es la que presenta la gran ventaja pues permite el
uso de métodos de acceso como TDMA y CDMA.# Características:
• Ancho de banda amplio y utilización del espectro más eficiente.• Mayor seguridad mediante métodos de encriptación y autentificación.• Principales problemas: Velocidad de transmisión limitada por el retardo
del canal.
PSTNISDN
MSC
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196
Codificación de vozCodificación de voz
Por la forma de onda Por la fuente
En FrecuenciaEn Tiempo VOCODERS
No-Diferencial Diferencial
PCM
SBC ATC
DM ADPCM
CSVD
LPC
CELP
VSELP
QCELP
...
Codificadores de voz
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Velocidades de codificación y aplicacionesVelocidades de codificación y aplicaciones
Algoritmo de Vel. binaria Aplicacióncodificación
PCM 64 kbps Telefonía, audio
ADPCM 32 kbps Telefonía, CT2, PACS, DECT, PHS.
CELP tasa variable Telefonía celular digital, 0.8, 2, 4, 8 kbps voz paquetizada
QCELP tasa variable 1.2, 2.4, 4.8, 8, 9.6 y 13 kbps IS-95
VSELP 4.5, 6.7, 7.95 y 11.2 kbps PDC, IS-54
RPE-LTP 13 kbps DCS-1800, GSM
ACELP 2.4, 4.8 y 8 kbps Voz paquetizada, Frame Relay
PCM: Pulse Code ModulationADPCM: Adaptative Differential PCMCELP: Code Excited Linear Predictive Coder
QCELP: Qualcomm CELPVSELP: Vector Sum Excited Linear Predictive CoderRPE-LTP: Regular Pulse Excited Long Term PredictionACELP: Algebraic Code Excited Linear Predictive Coder
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198
VocodersVocoders
# Las técnicas de codificación que son diseñadas especialmente para la transmisión de la voz a tasas menores de 20 kbps son conocidas con el nombre de vocoders (voice coders), acrónimo utilizado por primera vez en los años 30´s por los Laboratorios Bell.# Un vocoder consiste de un analizador situado en el transmisor que extrae de la
señal de voz un conjunto de parámetros que representan al modelo que produce la voz, algunas de estas características son el tipo de sonidos que se producen (voiced/unvoiced), factores ganancia y bits de control. Del lado del receptor seencuentra un sintetizador que utiliza los parámetros recibidos y con ellos produce una señal de voz reconstruida.
# Las técnicas de codificación que son diseñadas especialmente para la transmisión de la voz a tasas menores de 20 kbps son conocidas con el nombre de vocoders (voice coders), acrónimo utilizado por primera vez en los años 30´s por los Laboratorios Bell.# Un vocoder consiste de un analizador situado en el transmisor que extrae de la
señal de voz un conjunto de parámetros que representan al modelo que produce la voz, algunas de estas características son el tipo de sonidos que se producen (voiced/unvoiced), factores ganancia y bits de control. Del lado del receptor seencuentra un sintetizador que utiliza los parámetros recibidos y con ellos produce una señal de voz reconstruida.
Analizador SintetizadorCanal de
transmisión
Transmisor Receptor
Codificador Decodificador
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199
Codificación Lineal PredictivaCodificación Lineal Predictiva
# Un vocoder muy popular que reduce en forma importante la tasa de bits requeridos para transportar a una señal de voz es LPC (Linear Predictive Coding), este vocoder se basa en la historia reciente de la forma de onda de la voz y del empleo de un algoritmo que predice el valor de la muestra de entrada, la diferencia que existe entre el valor real y el predicho se le llama valor residual, el cual es codificado y transmitido.# LPC-10 es el estándar establecido por el Departamento de Defensa de los
Estados Unidos en 1977, en el se codifica a 2400 bps. Alrededor de este estándar existen otras aplicaciones operando a 4.8 kbps, por lo general solo se emplean en aplicaciones militares. A estas tasas tan bajas, la voz se escucha sumamente sintetizada y normalmente se requiere entrenamiento para el operador.
# Un vocoder muy popular que reduce en forma importante la tasa de bits requeridos para transportar a una señal de voz es LPC (Linear Predictive Coding), este vocoder se basa en la historia reciente de la forma de onda de la voz y del empleo de un algoritmo que predice el valor de la muestra de entrada, la diferencia que existe entre el valor real y el predicho se le llama valor residual, el cual es codificado y transmitido.# LPC-10 es el estándar establecido por el Departamento de Defensa de los
Estados Unidos en 1977, en el se codifica a 2400 bps. Alrededor de este estándar existen otras aplicaciones operando a 4.8 kbps, por lo general solo se emplean en aplicaciones militares. A estas tasas tan bajas, la voz se escucha sumamente sintetizada y normalmente se requiere entrenamiento para el operador.
Codificador
-Valor
residualPredictor
Muestras
Gerencia de Servicio Técnico R9Gerencia de Servicio Técnico R9
200
Codificador VSELPCodificador VSELP
# VSELP (Vector-sum excited linear predictor), utilizado en IS-136 (IS-54) a una velocidad de 7.95 kbps.# En el paso 1 se digitaliza la señal con
PCM y se toman segmentos de voz digitalizada.# En el paso 2 estos segmentos son
procesados con DSP y se generan aproximaciones que contienen información acerca de:
• La energía de la señal• Frecuencia• Señal sonora/no-sonora
# En el paso 3 se genera un error residual entre la señal original y le reconstruida, este sirve para mejorar la calidad de voz en el receptor.# En el paso 4 se transmiten las
aproximaciones junto con los bits de error residual (coeficientes).
Señal OriginalSeñal Reconstruida
Error Residual
Codificadorde Voz
Se transmiten aproximaciones más el error residual
Segmento de vozdigitalizada
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201
Sistemas celulares 2GSistemas celulares 2G
#IS-136 (TDMA)#GSM (TDMA)#IS-95 (CDMA)
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202
Antecedentes a IS-54Antecedentes a IS-54
#El sistema AMPS no había sido diseñado para el gran crecimiento en el número de usuarios celulares en EUA.#Había que incrementar la capacidad pero el espectro
ya estaba asignado por la FCC: TDMA la respuesta.#El tamaño de la estación móvil se deseaba que fuera
más pequeño y económico.#Existía una gran base instalada de equipo AMPS y era
importante un sistema dual que permitiera una transición suave de un sistema a otro.
#El sistema AMPS no había sido diseñado para el gran crecimiento en el número de usuarios celulares en EUA.#Había que incrementar la capacidad pero el espectro
ya estaba asignado por la FCC: TDMA la respuesta.#El tamaño de la estación móvil se deseaba que fuera
más pequeño y económico.#Existía una gran base instalada de equipo AMPS y era
importante un sistema dual que permitiera una transición suave de un sistema a otro.
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203
IS-54IS-54
# En 1989 la industria, por mayoría de voto, adoptó aspectos específicos del sistema dual.# En 1990 el comité TR45.3 de la EIA/TIA emitió el estándar
interino IS-54 para la nueva tecnología.# También se le conoce como:
• ADC: American Digital Cellular• USDC: United States Digital Celular• D-AMPS: Digital AMPS
#Otros estándares relacionados:• IS-55 Estación móvil de modo dual (Analógico-Digital)• IS-56 Especificaciones de la estación base
# En 1992 comienzan a implementarse los primeros sistemas.# En 1994 Iusacell lo introduce en México
# En 1989 la industria, por mayoría de voto, adoptó aspectos específicos del sistema dual.# En 1990 el comité TR45.3 de la EIA/TIA emitió el estándar
interino IS-54 para la nueva tecnología.# También se le conoce como:
• ADC: American Digital Cellular• USDC: United States Digital Celular• D-AMPS: Digital AMPS
#Otros estándares relacionados:• IS-55 Estación móvil de modo dual (Analógico-Digital)• IS-56 Especificaciones de la estación base
# En 1992 comienzan a implementarse los primeros sistemas.# En 1994 Iusacell lo introduce en México
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204
Emisión del transmisor (FDMA)Emisión del transmisor (FDMA)
Frecuencia
Potenciade la señal
(Watts)
“Ancho de banda ocupado”
Máscara de emisióntípica regulada
Espectro de potencia FFSK
# El sistema AMPS designa 30 kHz de ancho de banda y de la gráfica observamos que no se ocupan de manera eficiente.# Esto es otro argumento para la implementación de IS-54.
# El sistema AMPS designa 30 kHz de ancho de banda y de la gráfica observamos que no se ocupan de manera eficiente.# Esto es otro argumento para la implementación de IS-54.
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205
IS-136IS-136
# En la revisión IS-54 Rev. C no se implementan todas las capacidades de la red.# IS-136 es un nuevo estándar derivado de la especificación IS-54
y desarrollado para proporcionar características y servicios queposicionen a los operadores de sistemas celulares para la competencia de los servicios PCS.# En el estándar IS-136 se especifican servicios como:
• Servicios de mensajes cortos• Grupos de usuarios• Modo “sleep” que indica a los teléfonos compatibles para que ahorren
batería• Las terminales utilizan un canal de control de 48.6 kbps
# En la revisión IS-54 Rev. C no se implementan todas las capacidades de la red.# IS-136 es un nuevo estándar derivado de la especificación IS-54
y desarrollado para proporcionar características y servicios queposicionen a los operadores de sistemas celulares para la competencia de los servicios PCS.# En el estándar IS-136 se especifican servicios como:
• Servicios de mensajes cortos• Grupos de usuarios• Modo “sleep” que indica a los teléfonos compatibles para que ahorren
batería• Las terminales utilizan un canal de control de 48.6 kbps
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206
Arquitectura de IS-136Arquitectura de IS-136
Hacia la:PSTNISDN
BS MSC
Um A
MS
HLRVLR
MSC:Mobile Switching CenterMS: Mobile StationBS: Base StationHLR: Home Locate RegisterVLR: Visitor Locate Register
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207
Espectro utilizado en IS-136Espectro utilizado en IS-136
# Es el mismo espectro que se utiliza para el sistema AMPS.# La designación de canales es la misma
que para AMPS, dividida en dos grupos de 416 canales (uno para cada operador de los dos posibles).
SMR: Special Mobile Radio
832 Canales MS-BS(Reverse) SMR 832 Canales BS-MS
(Forward)
824.04 MHz 849 MHz
869.04 MHz 894 MHz45 MHz
fr ff+
TxMS RxMS
30 kHz 30 kHz
Ch “x” duplex
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208
Especificaciones del sistema IS-136Especificaciones del sistema IS-136
Parámetro Valor
Método de acceso TDMA/TDD; FDMA/FDDAncho de banda del sistema Bw 12.5 MHz (1, 10, 1.5 MHz)Ancho de banda por canal Bc 30 KHzNúmero de usuarios / canal de RF 3 ó 6Modulación π/4 DQPSK (8:1)Eficiencia de ancho de banda 1.62 b/s/HzCodificación de voz 7.95 kbps (3 usuarios)
3.975 kbps (6 usuarios)Método de codificación VSELP, EFRACELPVelocidad de modulación 48.6 kbpsVelocidad efectiva / usuario 16.2 kbps (3 usuarios)Frecuencia de operación 800 MHz ó 1.9 GHz
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209
AMPS e IS-136AMPS e IS-136
# Existen muchas similitudes de funcionamiento entre el sistema AMPS y el IS-54.# El espectro utilizado es el mismo, la asignación de canales igual, el
ancho de banda por canal es también de 30 kHz.# Cuando un móvil habilitado para operar en el modo dual
analógico/digital inicia recibe mensajes que le indican si la celda que lo atiende tiene capacidad de asignar canales digitales.# Una de las características adicionales incluidas en el sistema IS-54
es:• MAHO (Mobile Assited Handoff): Está función habilita a las estaciones
móviles para realizar mediciones periódicas acerca de la calidad de la señal recibida y reportarlo a la estación base. También realiza la medición sobre canales adyacentes y con esta información asiste a la BS para realizar el hand-off.
# Existen muchas similitudes de funcionamiento entre el sistema AMPS y el IS-54.# El espectro utilizado es el mismo, la asignación de canales igual, el
ancho de banda por canal es también de 30 kHz.# Cuando un móvil habilitado para operar en el modo dual
analógico/digital inicia recibe mensajes que le indican si la celda que lo atiende tiene capacidad de asignar canales digitales.# Una de las características adicionales incluidas en el sistema IS-54
es:• MAHO (Mobile Assited Handoff): Está función habilita a las estaciones
móviles para realizar mediciones periódicas acerca de la calidad de la señal recibida y reportarlo a la estación base. También realiza la medición sobre canales adyacentes y con esta información asiste a la BS para realizar el hand-off.
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210
Trama TDMA en IS-54Trama TDMA en IS-54
Forward
ReverseBS MSCMS
Trama = 40 ms = 1944 bits
1 2 3 4 5 6
6.6667 ms, 324 bits
25 tramas por segundo
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6
Para sistemas TDMA-3 se asignan los time slot por parejas: 1&4, 2&5 y 3&6.
Para sistemas TDMA-6 cada time slot es para un usuario diferente.
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211
Trama TDMA-3 en el sentido MS a BS (IS-54)Trama TDMA-3 en el sentido MS a BS (IS-54)
6 bits
324 bits (162 símbolos)
Trama = 40 ms = 1944 bits
1 2 3 4 5 6
6.6667 ms, 324 bits
SYNCG DATAR SACCH CDVCCDATA DATA
6 16 28 122 12212 12
G: Guard timeR: Ramp timeDATA: Información de usuario o FACCHSYNC: Synchronitation and training
SACCH: Slow Asociated Control ChannelCDVCC: Coded Digital Verification Color Code (Equivalente al SAT en AMPS)
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212
Trama TDMA-3 en el sentido BS a MS (IS-54)Trama TDMA-3 en el sentido BS a MS (IS-54)
28 bits
324 bits (162 símbolos)
1 2 3 4 5 6
6.6667 ms, 324 bits
SYNC SACCH CDVCC DATA
12 130 1212 130
DATA: Información de usuario o FACCHSYNC: Synchronitation and trainingRSVD: Reserved
SACCH: Slow Asociated Control ChannelCDVCC: Coded Digital Verification Color Code (Equivalente al SAT en AMPS)
RSVDDATA
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213
Diagrama a bloques del MSDiagrama a bloques del MS
PCM +VSELP
ChannelCODEC π/4 DQPSK
Tx/Rx
Antena
MicrófonoFiltro Amplificador
RF
PCM +VSELP
ChannelCODEC π/4 DQPSK
Altavoz
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214
Digitalización de voz en IS-54Digitalización de voz en IS-54
Micrófono
PCM 13 bits oPCM 8 bits Ley-µ
8000 muestras/seg
CODECVSELP
Filtro Pasabanda
300 - 3400 Hz
AD
ChannelCODEC
7.95 kbps
Al Modulador
Micrófono
PCM 13 bits oPCM 8 bits Ley-µ
8000 muestras/seg
CODECVSELP
Filtro Pasabajo4 kHz
DA
ChannelCODEC
7.95 kbps
Del Demodulador
VSELP: Vector-Sum Excited Linear Predictive Coding
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215
Codificador de canal (Channel CODEC)Codificador de canal (Channel CODEC)VS
ELP
CO
DEC
Inte
rcal
ador
de 2
-TS
Voic
e C
iphe
rCodificadorconvolutivo
tasa 1/2260260
178
5 Bits de cola
Cálculo de7 bits de
CRC7
77
82
Bits clase 1
Bits clase 2
Trama = 40 ms = 1944 bits
1 2 3 4 5 6
Trama devoz (260 bits)
Muestras “x” y “y”
Trama devoz (260 bits)
Muestras “y” y “z”
Si algún problema hace que se pierda información de una trama existe una parte de la información en la trama siguiente, permitiendo así una recuperación parcial de la voz.
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216
Desarrollo de GSMDesarrollo de GSM
# GSM ( Global system for mobile communications)# Factores que fueron considerados en el desarrollo de GSM,
conocido como el sistema celular digital pan-europeo:• Unificación de la comunidad europea• Desregulación de le telefonía móvil: al menos dos operadores por país• Incentivación de un mercado mayor para los fabricantes• El sistema no debía estar basado en ninguna de las tecnologías
existentes• Exportación de tecnología y productos a países fuera de Europa• Espectro en la banda de 900 MHz reservado a lo largo de toda Europa• Limitaciones de capacidad de los sistemas analógicos existentes en los
países europeos# Otros factores del diseño
• GSM debía cubrir económicamente grandes áreas, territorios urbanos y suburbanos
• GSM debía operar correctamente a grandes velocidades (auto), para peatones en zonas urbanas con edificios, dentro de los edificios, estacionamientos, aeropuertos y estaciones.
# GSM ( Global system for mobile communications)# Factores que fueron considerados en el desarrollo de GSM,
conocido como el sistema celular digital pan-europeo:• Unificación de la comunidad europea• Desregulación de le telefonía móvil: al menos dos operadores por país• Incentivación de un mercado mayor para los fabricantes• El sistema no debía estar basado en ninguna de las tecnologías
existentes• Exportación de tecnología y productos a países fuera de Europa• Espectro en la banda de 900 MHz reservado a lo largo de toda Europa• Limitaciones de capacidad de los sistemas analógicos existentes en los
países europeos# Otros factores del diseño
• GSM debía cubrir económicamente grandes áreas, territorios urbanos y suburbanos
• GSM debía operar correctamente a grandes velocidades (auto), para peatones en zonas urbanas con edificios, dentro de los edificios, estacionamientos, aeropuertos y estaciones.
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217
Historia de GSMHistoria de GSM
- 1982: CEPT comienza el desarrollo de GSM (Groupe Spéciale Mobile)- 1989: Se forma el ETSI y GSM se convierte en un comité técnico- 1990: Las especificaciones de GSM en la banda de 900 MHz también son
aplicadas al sistema Digital Cellular System en la banda de 1800 MHz (DCS-1800)
- 1991: Las Recomendaciones de GSM se encuentran muy avanzadas- 1992: Lanzamiento comercial de GSM en Europa (God Has Sent Mobiles)- 1993: GSM cuenta con 62 miembros en 39 países en todo el mundo. Además
32 miembros más potenciales en otros 19 países- 1993: GSM cuenta con cerca de un millón de usuarios, el 80% de ellos en
Alemania- 1993: Primeros servicios comerciales fuera de Europa: Australia, Hong Kong,
Nueva Zelanda.- 1993: GSM cuenta con redes operando en Dinamarca, Finlandia, Francia,
Grecia, Irlanda, Italia, Luxemburgo, Noruega, Portugal, Suecia, Suiza y UK.
- 1994:Otros países con planes para GSM: Andorra, Austria, Bélgica, Brunei, Camerún, Cipre, Estonia, Islandia, Irán, Kuwait, Latvia, Malasia, Holanda, Pakistán, Qatar, Singapur, Sudáfrica, España, Siria, Tailandia, Turquía, Emiratos Arabes, entre otros.
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218
Arquitectura de GSMArquitectura de GSM
Hacia la:PSTNISDN
BST
BSC
GMSC
Um A-bis A
MS + SIM
HLR
VLR
AC
EIR
SS7GSM MAP
SS7 OMC
AC: Authentification CenterEIR: Equpment ID RegisterGMSC: Gateway Mobile Switching CenterOMC: Operation & Maintenance CenterBSC: Base Station ControllerBTS: Base Station, Base Station TransceiverSIM: Subscriber Identity ModuleHLR: Home Locate RegisterVLR: Visitor Locate Register
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219
SIM (Subscriber Identity Module)SIM (Subscriber Identity Module)
# El SIM es una tarjeta inteligente que se inserta en el MS y almacena información como:
• El identificador del MS (IMSI)• Números telefónicos• Número de identificación personal (PIN)• Parámetros de seguridad y autentificación• Mensajes cortos recibidos
# El SIM es una tarjeta inteligente que se inserta en el MS y almacena información como:
• El identificador del MS (IMSI)• Números telefónicos• Número de identificación personal (PIN)• Parámetros de seguridad y autentificación• Mensajes cortos recibidos
3 dígitos Hasta 10 dígitos
Mobile CountryCode (MCC)
Mobile Subscriber IdentificationCode (MSIC)
Mobile NetworkCode (MNC)
2 dígitos
IMSI (International mobile subscriber identification), hasta 15 dígitos
SIM
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220
Nokia 9000 para GSMNokia 9000 para GSM
# Preparado para GSM y PCN, con todas las funciones del celular digital NOKIA 2110. # Dispositivo versátil para mensajes:
• Faxes• e-mails• Menssajes cortos
# Terminal de acceso portátil• Acceso a Internet para WWW y
telnet• Emulación de terminal VT100
# Organizador personal compacto• Libreta de direcciones• Agenda y calendario• Organizador de tareas• Editor de notas• Calculadora y reloj mundial
# Preparado para GSM y PCN, con todas las funciones del celular digital NOKIA 2110. # Dispositivo versátil para mensajes:
• Faxes• e-mails• Menssajes cortos
# Terminal de acceso portátil• Acceso a Internet para WWW y
telnet• Emulación de terminal VT100
# Organizador personal compacto• Libreta de direcciones• Agenda y calendario• Organizador de tareas• Editor de notas• Calculadora y reloj mundial
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221
Espectro utilizado en GSMEspectro utilizado en GSM
125 Canales MS-BS(Uplink)
125 Canales BS-MS(Downlink)
890 MHz 915 MHz
935 MHz 960 MHz45 MHz
25 MHz
# Se tienen en total 50 MHz asignados para GSM.# 125 canales full duplex de 200 kHz c/u. Se numeran del 0 al 124 y el canal
0 no se utiliza y se reserva como guarda.# Existen otras versiones de GSM que cuyo mayor cambio es el rango de
frecuencias que utilizan:• E-GSM: Se agregaron 50 canales (10 MHz) extras para cada sentido.• DCS-1800: Es una versión implementada en UK también conocida como PCN.
Utiliza las bandas de 1710-1785 para el uplink y 1805 - 1880 para el downlink. Haciendo un total de 374 canales de 200 kHz.
• DCS-1900 o PCS-1900: Es la versión de GSM implementada en EUA en la banda de 1900 MHz.
# Se tienen en total 50 MHz asignados para GSM.# 125 canales full duplex de 200 kHz c/u. Se numeran del 0 al 124 y el canal
0 no se utiliza y se reserva como guarda.# Existen otras versiones de GSM que cuyo mayor cambio es el rango de
frecuencias que utilizan:• E-GSM: Se agregaron 50 canales (10 MHz) extras para cada sentido.• DCS-1800: Es una versión implementada en UK también conocida como PCN.
Utiliza las bandas de 1710-1785 para el uplink y 1805 - 1880 para el downlink. Haciendo un total de 374 canales de 200 kHz.
• DCS-1900 o PCS-1900: Es la versión de GSM implementada en EUA en la banda de 1900 MHz.
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222
Especificaciones técnicas de GSMEspecificaciones técnicas de GSM
Parámetro Valor
Ancho de banda del sistema Bw 50 MHzAncho de banda por canal Bc 200 KHzMétodo de acceso TDMANúmero de usuarios / canal de RF 8Velocidad de modulación 270.833 kbpsVelocidad efectiva / usuario 33.854 kbpsModulación GMSK BT=0.3Eficiencia de ancho de banda 1.35 b/s/HzCodificación de voz 13 kbps, RPE-LPCCodificación de voz + FEC 22.8 kbpsSaltos de frecuencia (FH) 217 hop/sDTX y VAD SiMáximo radio de celda 35 kmFrecuencia de operación 900, 1800 y 1900 MHz
DTX: Discontinuous TransmissionVAD: Voice Activity DetectionRPE-LPC: Regular-Pulse Excitation/Linear Predictive Coding
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223
Trama TDMA en GSMTrama TDMA en GSM
Downlink
UplinkBST BSCMS + SIM
0 1 2 3 4 5 6 7
Trama = 4.615 ms
576.92 µs, 156.25 bits
TB GPEncrypted Data S TrainingSequence S
3 57 261 31 8.25 bits
Ráfaga normal (Normal Burst)
156.25 bits
TBEncrypted Data
57
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224
Desfasamiento entre UL y DLDesfasamiento entre UL y DL
Downlink
UplinkBST BSCMS + SIM
2 3 4 5 6 7 0 10 1 2 3
7 0 1 2 3 4 5 65 6 7 0
Downlink
Uplink
# La transmisión en el sentido BST a MS se encuentra desfazada 3 time slots con respecto a la transmisión en el sentido MS a BST.# Esto permite que el MS no requiera de duplexores para trasnmitir y recibir
al mismo tiempo. Es una aplicación de la técnica TDD, sin embargo, en GSM se utiliza una banda de frecuencias para Tx y otra para Rx.
# La transmisión en el sentido BST a MS se encuentra desfazada 3 time slots con respecto a la transmisión en el sentido MS a BST.# Esto permite que el MS no requiera de duplexores para trasnmitir y recibir
al mismo tiempo. Es una aplicación de la técnica TDD, sin embargo, en GSM se utiliza una banda de frecuencias para Tx y otra para Rx.
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225
IS-95IS-95
# El estándar IS-95 A fue adoptado formalmente en diciembre de 1993.# Este estándar norteamericano propuesto por QUALCOMM utiliza la
tecnología CDMA (Code division multiple access).# El uso de esta tecnología proporciona un uso más eficiente del
espectro y se presenta como una solución para:• La segunda generación de sistemas celulares• Telefonía inalámbrica (WLL)• Sistemas de comunicación personal (PCS)
# CDMA optimiza el uso de potencia permitiendo terminales más ligeras, económicas y con mayor vida de batería.# También optimiza el uso de los enlaces disminuyendo el número de
estaciones bases para dar cobertura a una cierta área con buen grado de servicio.# CDMA ha demostrado un incremento de capacidad sobre AMPS de
cuando menos un factor de 10 veces.
# El estándar IS-95 A fue adoptado formalmente en diciembre de 1993.# Este estándar norteamericano propuesto por QUALCOMM utiliza la
tecnología CDMA (Code division multiple access).# El uso de esta tecnología proporciona un uso más eficiente del
espectro y se presenta como una solución para:• La segunda generación de sistemas celulares• Telefonía inalámbrica (WLL)• Sistemas de comunicación personal (PCS)
# CDMA optimiza el uso de potencia permitiendo terminales más ligeras, económicas y con mayor vida de batería.# También optimiza el uso de los enlaces disminuyendo el número de
estaciones bases para dar cobertura a una cierta área con buen grado de servicio.# CDMA ha demostrado un incremento de capacidad sobre AMPS de
cuando menos un factor de 10 veces.
Gerencia de Servicio Técnico R9Gerencia de Servicio Técnico R9
226
Servicios CDMAServicios CDMA
Servicios NCDMA WCDMABanda Angosta Banda Ancha
Voz Si SiDatos Si SiVoz y datos mixtos Si SiVideo -- SiVoz, datos y video mixtos -- SiMensajes cortos Si Si
Gerencia de Servicio Técnico R9Gerencia de Servicio Técnico R9
227
Sistema CDMA IS-95Sistema CDMA IS-95
# Diagrama a bloques simplificado del sistema CDMA IS-95# Diagrama a bloques simplificado del sistema CDMA IS-95
PCM(A/D) Vocoder Codificación
& Entrelazado
ModulaciónDS-SS
Generador de Código *
Información + EC
Código
Antena
EC: Error ControlDS-SS: Direct Sequence Spread SpectrumPCM: Pulse Code Modulation
* Enlace de bajada (ForwardLink): Código Ortogonal* Enlace de subida (Reverse Link): Código PN largo (LongPN Code)
Gerencia de Servicio Técnico R9Gerencia de Servicio Técnico R9
228
Codificación de Voz en IS-95Codificación de Voz en IS-95
Micrófono
PCM 13 bits8000 muestras/seg
CODECIS-96B
Filtro Pasabanda
300 - 3400 Hz
AD
104 kbps 8 kbps
# En CDMA se utilizan Vocoders de velocidad variable.# Estándares de codificación de voz en IS-95:
• IS-96B : 8 kbps variable• IS-733 : 13 kbps variable• IS-127: 8 kbps variable (EVRC)
# En CDMA se utilizan Vocoders de velocidad variable.# Estándares de codificación de voz en IS-95:
• IS-96B : 8 kbps variable• IS-733 : 13 kbps variable• IS-127: 8 kbps variable (EVRC)
EVRC: Enhaced Variable Rate Coding
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229
Codificación & Entrelazado en IS-95 (1)Codificación & Entrelazado en IS-95 (1)
11 00 11 00
111111 000000 111111 000000
111111 0??0?? ??1??1 000000
Mensaje Original
Mensaje Codificado paraTx
Mensaje Recibido
111000111000
# La codificación se utiliza para proteger a la señal en su viaje a través del medio.# Esta tarea se realiza mediante la “duplicación” de la información original
mediante códigos convolucionales de tal forma que si existe alguna ráfaga de errores no se destruya el mensaje original.# Esto aumenta el ancho de banda requerido. EN IS-95 se utilizan tasa de
códigos convolucionales de 1/2 y 3/4.
# La codificación se utiliza para proteger a la señal en su viaje a través del medio.# Esta tarea se realiza mediante la “duplicación” de la información original
mediante códigos convolucionales de tal forma que si existe alguna ráfaga de errores no se destruya el mensaje original.# Esto aumenta el ancho de banda requerido. EN IS-95 se utilizan tasa de
códigos convolucionales de 1/2 y 3/4.
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