capitulo 1. resumen de las tecnologias gsm y umts

Capítulo 1. Resumen de las tecnologías GSM y UMTS

CAPÍTULO 1. RESUMEN DE LAS TECNOLOGÍAS GSM Y

UMTS

1.1 Introducción

Las tecnologías inalámbricas han tenido mucho auge y desarrollo en estos últimos

años. Una de las que ha tenido un gran desarrollo ha sido la telefonía celular.

Desde sus inicios a finales de los 70 ha revolucionado enormemente las actividades

que realizamos diariamente. Los teléfonos celulares se han convertido en una herramienta

primordial para la gente común y de negocios; las hace sentir más seguras y las hace más

productivas.

A pesar de que la telefonía celular fue concebida estrictamente para la voz, la

tecnología celular de hoy es capaz de brindar otro tipo de servicios, como datos, audio y vídeo

con algunas limitaciones. Sin embargo, la telefonía inalámbrica del mañana hará posible

aplicaciones que requieran un mayor consumo de ancho de banda.

Los principios teóricos de la tecnología celular fueron establecidos por D. H. Ring

cuando trabajaba en los Laboratorios Bell (Bell Labs) de los Estados Unidos. En un informe

técnico, de ámbito corporativo, fechado el 11 de diciembre de 1947, Ring proponía utilizar

una red de transmisores de baja potencia, instalados siguiendo un patrón de despliegue

hexagonal, de forma que la contribución de todos ellos permitiera cubrir toda el área de

servicio. Asimismo, Ring proponía en su informe la reutilización de frecuencias como medio

para conseguir una mejor eficiencia espectral, así como el traspaso de llamadas entre

transmisores como forma de garantizar la continuidad de una comunicación. Pero ni la

tecnología de la época estaba suficientemente desarrollada, ni el número de frecuencias

necesario para su implementación se encontraba disponible en esos momentos.

Amos E.Joel, también de los Bell Labs, construyó en 1970 un enorme sistema

electrónico con capacidad suficiente como para gestionar una red de telefonía móvil celular

como la ideada por Ring más de veinte años atrás. Fue la base del sistema que pocos años

después llegaría a ser conocido como Advance Mobile Phone Service o AMPS.

En Europa tanto Televerket como NTT, por separado, propusieron en 1967, como

alternativa a sus sistemas de radiotelefonía tradicionales, el despliegue de sistemas celulares

de telefonía móvil.

A finales de los 70 es cuando se comienzan a obtener resultados satisfactorios, sobre

Captura de Datos y Análisis para la Optimización de Redes GSM y UMTS

Proyecto Fin de Carrera de Javier De Jesús Gordillo 4


todo en los países nórdicos y en Japón.

La creación de grupo NMT hizo que otros países europeos reaccionaran creando sus

propios sistemas celulares alternativos. Es el caso de Radiocom 2000 en Francia, RTMS

(Radio Telephone Mobile System) en Italia y C-Netz en Alemania, cuyas penetraciones en sus

respectivos países de origen fueron más bien escasas. Otros, como el Reino Unido, optaron en

cambio por desplegar una versión mejorada del sistema americano AMPS, a la que

denominaron TACS (Total Access Communication System). Y, finalmente, hubo países, como

España, que prefirieron importar directamente el sistema NMT nórdico.

La tecnología tuvo gran aceptación, por lo que a los pocos años de implantarse se

empezó a saturar el servicio. En ese sentido, hubo la necesidad de desarrollar e implantar otras

formas de acceso múltiple al canal y transformar los sistemas analógicos a digitales, con el

objeto de darle cabida a más usuarios. Para separar una etapa de la otra, la telefonía celular se

ha caracterizado por contar con diferentes generaciones.

La demanda del servicio de telefonía móvil en otros países europeos seguía una

pendiente ascendente del mismo orden que en España, cuando no más acusada. Pero dado que

cada operador empleaba su propio sistema, resultaba más que evidente la limitación que esta

situación imponía al crecimiento de la telefonía móvil en Europa, al impedir que los usuarios

pudieran comunicarse con sus terminales al traspasar las fronteras de sus países de origen.

En 1982 se crea un grupo de trabajo denominado GSM (Groupe Speciale Mobile) en

el marco de la CEPT (Conférence Européenne des Administrations des Postes et

Telécommunications), con el cometido primordial de desarrollar las especificaciones de un

sistema de telefonía móvil público de ámbito pan europeo.

Los valores técnicos que movieron los trabajos del grupo GSM fueron los siguientes:

el nuevo sistema debía estar basado en tecnología digital —como ya se ha dicho—, con

itinerancia internacional, gran capacidad de tráfico, utilización eficiente del espectro, empleo

de señalización digital, posibilidad de conexión con la RDSI y utilización de terminales

portátiles y personalizables.

Tenía, asimismo, que garantizar la seguridad y la privacidad de las comunicaciones,

además de ser suficientemente económico como para poder ser utilizado por un gran

número de usuarios.

En junio de 1987, la Comisión Europea adoptó una Recomendación y una Directiva

relacionadas, ambas, con el estándar paneuropeo de telefonía móvil. La primera versaba sobre

las especificaciones generales del sistema, mientras la segunda trasladaba a los reguladores de




telecomunicaciones de los países miembros de la UE la necesidad de reservar una banda del

espectro radioeléctrico, en la banda de 900 MHz, para localizar el nuevo sistema, el cual debía

entrar en funcionamiento en 1991.

En mayo de 1987, Francia, Italia, Reino Unido y Alemania, solicitaron la firma de un

acuerdo general entre todos los operadores europeos, compromiso que se tradujo en la firma

de un Memorando de Entendimiento (Memorandum of Understanding, MoU) el 7 de

septiembre de ese mismo año.

El MoU fue firmado en Copenhague por operadores y reguladores de trece países

europeos, entre los que se encontraba España y Telefónica, y en él se comprometían a

continuar adelante con el proyecto para lanzarlo comercialmente el 1 de julio de 1991. No

obstante, el retraso en el desarrollo técnico y la necesidad de modificar algunas

especificaciones hicieron imposible alcanzar esta fecha, por lo que hubo de posponerse su

lanzamiento un año más.

En el curso de la definición del sistema, se creó el Instituto Europeo de Normalización

de las Telecomunicaciones, ETSI (European Telecommunications Standards Institute),

organismo al que se traspasó la elaboración de las especificaciones que estaba desarrollando

el grupo GSM y que representa, hoy en día, una organización de estandarización de la

industria de las telecomunicaciones europea (fabricantes de equipos y operadores de redes)

con proyección mundial.

El sistema que resultó de los trabajos de definición del ETSI fue designado también

por las siglas GSM, si bien ahora su significado era distinto al nombre del grupo que lo había

gestado.

Llevados por la certeza de que el nuevo sistema europeo era claramente superior al

AMPS americano y, sobre todo, movidos por una clarividente confianza en las posibilidades

de expansión del mismo allende el continente, a principios de la década de 1990 el ETSI

rebautizó el acrónimo del grupo GSM como Global System for Mobile-communications,

nombre por el cual se conoce desde entonces este popular sistema de telefonía móvil, que ha

conseguido desbordar las fronteras de Europa estableciéndose en países del resto de

continentes como: Australia, Estados Unidos, Indonesia, Kuwait, India o Sudáfrica.

En España, las primeras experiencias GSM fueron desarrolladas por Telefónica, en

1992, merced a dos experiencias piloto: una en Barcelona, con motivo de los Juegos

Olímpicos, y otra en Sevilla, coincidiendo con la Exposición Universal y la celebración del V

Centenario del Descubrimiento de América. Entretanto, el Ministerio de Obras Públicas y




Transportes trabajaba en la modificación de la LOT y en la ruptura del monopolio en el sector

de la telefonía móvil, en consonancia con los nuevos vientos legislativos que empezaban a

soplar con fuerza desde la Comisión Europea.

En la década de los noventa se suceden en España acontecimientos importantes como

la liberalización del mercado de las telecomunicaciones, tras el que poco a poco fueron

estableciéndose otras compañías que prestaban, al igual que Telefónica, el servicio GSM.

A finales de la década se conceden las licencias para la banda DCS-1800 (Digital

Cellular System), un sistema de comunicaciones móviles muy similar a GSM que funciona

en la banda de 1.800 MHz y que está diseñado, específicamente, para entornos micro

celulares.

Para entonces Telefónica Servicios Móviles alcanzaba la cifra récord de los cinco

millones de clientes con un reparto, aproximado, de cuatro millones de abonados en Movistar

y un millón de abonados en Moviline; Airtel, en las mismas fechas, superaba los dos millones

de clientes; y, en su conjunto, la penetración del móvil en España llegaba ya al 18 por 100.

Retevisión Móvil, antes de terminar su primer año de actividad había superado el

millón de clientes y para cuando finalizaba el segundo, ya tenía en cartera 4 millones de

clientes.

Para hacerse una idea de la magnitud que estas cifras representaban basta recordar las

previsiones que publicaba una revista técnica en 1992. En palabras del propio autor, se

esperaba ”un incremento espectacular de usuarios de servicios móviles en España, pasando de

los 60.000 abonados al TMA-450 y los 50.000 al TMA-900 en 1991, a los 700.000 previstos

en 1995 y cerca de los tres millones en el año 2000”.




Así las cosas, una vez iniciado el año de 1999, dos hechos habían quedado

suficientemente probados: uno, que las comunicaciones móviles se encontraban en el origen

del fortalecimiento económico de España; y dos, que los servicios asociados a las mismas

estaban transformando profundamente las costumbres sociales y culturales de la población.

De hecho, el binomio Internet-Móviles empezaba a conformar una nueva forma de

organización de la economía y de la sociedad, conocida con el nombre de "Sociedad de la

Información", de la que Jacques Delors ya había dado algunas pistas en su Libro Blanco sobre

crecimiento, competitividad y empleo, en diciembre de 1993.

El primer intento de empezar a andar en esta dirección fue el servicio de acceso a

Internet a través de los sistemas de telefonía móvil de segunda generación, utilizando

tecnología WAP (Wireless Application Protocol). Se trataba, sencillamente, de montar sobre la

red móvil existente un protocolo de comunicación de datos para estandarizar el acceso a

servicios de Internet mediante el teléfono móvil.

El servicio WAP fue lanzado por primera vez en España el 1 de octubre de 1999,

cuando Telefónica Servicios Móviles puso en funcionamiento el servicio en fase

precomercial. En marzo del año siguiente el servicio WAP pasó a fase plenamente comercial.

En principio, el servicio WAP fue recibido con entusiasmo, aunque más tarde se comprobó

que su principal inconveniente era el propio terminal y, sobre todo, la pantalla del mismo cuyo



Figura 1. Usuarios de tarjeta y contrato en el tiempo


diseño, según decían sus detractores, "sólo invitaba a hablar".

En aquellas mismas fechas se encontraba en plena efervescencia la fiebre de las "punto

com", compañías relacionadas con Internet y las nuevas tecnologías que se cotizaban a niveles

de mercado muy por encima de su valor real. En esa situación de “euforia tecnológica” a

nadie pareció extrañar que, sin haberse amortizado todavía las multimillonarias inversiones

realizadas en GSM/DCS en sus cinco años de existencia, la clase política europea decidiera

dar el salto a la tercera generación de telefonía móvil, haciendo converger en terminales

ultraligeros y multifuncionales los paradigmas de Internet y de las Comunicaciones Móviles.

El ambicioso nombre que se le dio a este revolucionario proyecto fue el de UMTS (Universal

Mobile Telecommunications System) y su definición empezó a ser desarrollada por el ETSI

europeo a mediados de la década de 1990. Empero, la incorporación al proyecto de otros

organismos como la TIA (Telecommunications Industry Association) en Estados Unidos y la

ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) en Japón, hizo que la Unión

Internacional de Telecomunicaciones (UIT) tomara el relevo y aglutinara todas las iniciativas

bajo de denominación genérica de IMT-2000 (International Mobile Telecommunications).

Pero acelerar el proceso político más allá del desarrollo tecnológico era un craso error.

Basta citar como ejemplo de la diferente política rectora que se dio entre GSM y UMTS:

cuando se concedieron en España las licencias GSM a Telefónica y Airtel, hacía dos años que

se habían montado sendos sistemas experimentales públicos en la Exposición Mundial de

Sevilla y en los Juegos Olímpicos de Barcelona, mientras que cuando se concedieron las

licencias UMTS en 2000, aún no se había probado ni un solo sistema público. Más aún, y

aunque parezca sorprendente, en esa fecha ni siquiera existían teléfonos móviles de tercera

generación.

Las operadoras se concentraron en apurar al máximo todas las posibilidades de la

segunda con soluciones que se dieron en llamar de “generación 2,5 ”.

Una forma de mejorar la capacidad de GSM incrementando al mismo tiempo la gama

de servicios, era incorporar la conmutación por paquetes. Como resultado de ello se llegó a la

definición del estándar de comunicación GPRS (General Packet Radio Service), que permite

transferencias de datos de hasta 114 Kbps y una conexión continua a Internet para los usuarios

de teléfono móvil, los cuales pagan por volumen de datos que transfieren y no por tiempo

de conexión. Con el GPRS se extiende el servicio del SMS al de MMS.

El verdadero anuncio oficial del lanzamiento comercial de la telefonía móvil de tercera

generación no se produjo hasta febrero de 2004. No vino acompañado de la aparición de los




ansiados nuevos terminales 3G que, a modo de prototipo, los fabricantes habían venido

mostrando en los últimos meses. En esta primera fase se apostó por el mercado empresarial y

profesional a través de tarjetas PCMCIA para ordenadores portátiles, con las cuales venían

realizándose pruebas desde el otoño de 2003.

Varias semanas después comenzaron a comercializarse móviles UMTS, pero

transcurrido el primer mes desde que Telefónica Móviles y Vodafone lanzaran sus servicios de

tercera generación, el UMTS apenas había generado movimientos apreciables de demanda.

Nada que ver con la situación actual, donde la gran mayoría de los móviles vendidos

soportan 3G, y ya últimamente la llamada 3,5G o HSDPA, un nuevo protocolo que permite la

descarga de datos a velocidades que superan los 3 Mbps.

1.2 Tecnología GSM

1.2.1 Introducción

El sistema GSM es un sistema celular. Como tal tiene una serie de características,

comunes a los sistemas celulares:

• Reutilización de frecuencias.

Se pretende que el área de cobertura del sistema esté conseguida gracias a células de

tamaño reducido. En cada una de las células habrá una estación base con una serie de

radiocanales que cursarán tráfico.

Los radiocanales de una célula podrán ser reutilizados en otra célula, siempre que ésta

esté a una distancia superior a la distancia de reutilización. La distancia de reutilización está

en función de la potencia de las estaciones base que utilicen esa frecuencia. Esa distancia D

está calculada de forma que la interferencia de otra estación base que utilice esa frecuencia

(ese radiocanal) sobre la comunicación establecida por ese mismo radiocanal de la estación

base primera sea inferior a un cierto limite.

• División celular.

En el momento que una célula empieza a soportar peticiones para cursar tráfico

superiores a la capacidad que se puede cursar con el número de radiocanales establecidos, ésta

se puede dividir en varias células.

Cada célula tendrá su estación base y sus radiocanales asociados, reduciendo a su vez

la potencia de emisión. A mayor densidad de células, mayor será el tráfico que podremos

cursar. Esto nos lleva a la obligación de tener diferentes tamaños de células en función del




tráfico (o del número de usuarios), zonas rurales (con células de kilómetros de radio) o zonas

urbanas (donde las células tendrán radios de unos cientos de metros).

• Compartición de recursos radioeléctricos.

Todos los recursos radioeléctricos son compartidos por todos los terminales móviles

existentes en la zona. Esto permite modelar el sistema con modelos Erlang-B y Erlang-C. El

tráfico generado por cada abonado o el grado de servicio se pueden modelar como procesos

estocásticos lo que permite que los cálculos sean más fáciles de abordar.

El sistema se modela como un sistema de llamadas perdidas, donde la probabilidad de

llamada perdida o congestión viene dada por la fórmula de Erlang-B, en función del número

de canales y del tráfico ofrecido por usuario.

• Función de seguimiento o “roaming”.

Un equipo móvil debe estar siempre localizado, esté o no en realizando una

comunicación. Es una característica imprescindible para el funcionamiento del sistema.

Dentro de una red GSM se lleva un registro de localización del móvil en función del

área de localización (que puede ser de una o varias células) y cuando el móvil sale del área de

localización para entrar en otra, la información de situación del móvil en el registro se

actualiza.

Cuando una llamada va dirigida a un móvil, se envía un aviso de llamada en toda el

área de localización en la que se encuentra el móvil (a través del canal de paging).

• Función de traspaso o “handover”.

Esta función permite que una comunicación en curso no se pierda porque el móvil

pase de una célula a otra. Puede ser tan simple como que ocurra dentro de una misma BSC o

tan compleja que implique incluso salto entre MSC.

1.2.2 Características técnicas

El GSM es, a diferencia de los anteriores analógicos, un sistema de multiplexado en el

tiempo (TDM) de banda estrecha, dentro de la banda de 900/1800 MHz (1900 MHz en

EEUU) y una separación de 200 kHz entre portadoras (canalización de banda estrecha), en

cualquiera de las tres bandas, lo que proporciona una selectividad de canal adyacente de

radiofrecuencia dentro del sistema igual a 18 dB.

Para cada uno de los sistemas se reservan las siguientes bandas (subbandas) de

frecuencias y se tienen las características que se muestran en la Tabla 1.1.




En GSM 900 se dispone de un ancho de banda de 25 MHz para cada sentido de la

transmisión, por lo que teniendo en cuenta que la separación entre portadoras es de 0,2

MHz,resultan un total de 124 portadoras, mientras que para GSM 1800, al ser el ancho de

banda de 75 MHz, resulta aproximadamente el triple, 374.

1.2.2.1 Planificación Celular

El número de llamadas simultáneas en cada célula, o más exactamente el de llamadas

simultáneas por km2 y por MHz, viene a expresar la capacidad del sistema y una manera de

incrementarlo es disminuyendo el tamaño de dichas celdas. En la práctica, se empieza por

formar células de gran tamaño y, conforme se va necesitando, su tamaño se disminuye,

llegando incluso a la sectorización de las mismas en zonas de alta densidad de usuarios, como

son las ciudades. De alguna manera, se puede decir que el tamaño de las células se va

adaptando a la densidad de tráfico.

Cuando se planifica una red celular hay que tener en consideración, al menos, los

siguientes principios:

• Número previsto de usuarios en la zona servida.

• Estimación del tráfico cursado por todos los usuarios.

• Zona de servicio de cada estación base.

• Máxima capacidad de canales en la zona de servicio.

• Grado de servicios requerido y porcentaje de congestión tolerado.



Tabla 1. Parámetros Bandas GSM


• Nivel de interferencias permitido.

• Patrón de reutilización elegido (determina el número de canales por

célula).

La asignación óptima de frecuencias es aquella en la que se evitan las posibles fuentes

de interferencias, pero como esto no siempre es posible, hay que intentar evitar las

interferencias “cocanal” (reutilizar entre sectores que no se interfieren) y minimizar las

interferencias “adyacentes”.

La capacidad de tráfico que soporta una red tiene que ver con el ancho de banda

asignado, la canalización, el factor de reutilización, la técnica acceso, etc. Así, por ejemplo, en

el sistema GSM 900 (TDMA con 8 intervalos por portadora), con un ancho de banda en cada

sentido de 25 MHz, y una canalización de 200 kHz, resulta:

• NºPortadoras=BWTotal

BWCanal

−1=25MHz200KHz

−1=124

• Factor de reutilización: 9

• Nº de portadoras por célula: 124/9 = 14 (redondeando)

• Nº de intervalos de tiempo por portadora: 8

• Nº de canales por célula: 14*8 = 112

El método de acceso elegido para GSM es una combinación de Multiplexación por

División en el Tiempo y en Frecuencia (TDMA/FDMA). La parte FDMA lleva a efecto la

división del ancho de banda disponible, máximo de 25 MHz en GSM 900 y de 75 MHz en

GSM 1800, en 124 o 374 portadoras, respectivamente, separadas 200 kHz, y una o varias de

éstas se asignan a cada una de las estaciones base. Cada una de estas portadoras, a su vez, se

divide en el tiempo, utilizando la técnica TDMA.

Como cada una de las portadoras tiene 8 canales TDMA, el número total de canales

(intervalo temporal dentro de una trama) que admite el sistema:

• Para GSM 900 124*8=992 canales



La distancia entre una frecuencia ascendente y su correspondiente frecuencia

descendente se denomina distancia dúplex. Los canales ascendentes y descendentes van en

parejas. La separación especificada entre portadoras, en las tres bandas de frecuencias, es de

200 kHz y como cada una admite 8 usuarios simultáneos, eso significa que es lo mismo que 1

por cada 25 kHz FDMA, una eficiencia espectral bastante elevada.




Cada uno de los canales radio se denomina mediante un número entero (ARCN,

Absolute Radiofrequency Channel Number), y las frecuencias centrales de cada uno se

asignan mediante la siguiente fórmula, para el caso de GSM 900:

• Frecuencia uplink (n) = 890 + 0,2*n MHz

• Frecuencia downlink (n) = Fuplink (n) + 45 MHz

• Con valores posibles de n desde 1 hasta 124

Como se dejan dos bandas de guarda, la primera y la última portadora asignables son

las de 890,2 y 914,8 MHz. La parte uplink es la que siempre se asigna a los terminales, que

transmiten con baja potencia, ya que al ser de menor frecuencia las pérdidas son menores,

mientras que la downlink se asigna a las estaciones base, que transmiten hasta con algunos

cientos de watios (potencia máxima).

Todas las portadoras que admite el sistema han de ser distribuidas entre los operadores

con licencia, y, así, si un operador ha conseguido un ancho de banda de 10 MHz, podrá hacer

uso de las correspondientes 50 en su sistema, repartiéndolas entre las distintas células según el

patrón de reutilización o reuso establecido.

1.2.2.2 Trama GSM

La unidad fundamental de tiempo se llama intervalo temporal o TS (Time Slot), que

dura 15/26 ms (aproximadamente 0,577 ms), llamado también período de ráfaga (burst

period) y la información que contiene un TS, dentro de una trama TDMA, constituye una

ráfaga (burst). Las ráfagas, de las que hay 5 tipos, contienen un mínimo de 88 bits (las de

acceso) y un máximo de 148 bits (las otras cuatro). La velocidad del canal físico es de

270,830 kbit/s, con un rendimiento espectral de 1 bit/segundo, aproximadamente.

Para el conjunto del sistema, el rendimiento espectral es la densidad de tráfico por

unidad de anchura de banda, y se expresa en Erlang/ km2/MHz.

Las ráfagas normales de tráfico TCH/F contienen 114 bits de datos de usuario, parte de

los cuales (57) serán de información y parte (57) de redundancia para protección frente a

errores, además de la secuencia de entrenamiento (26) y los bits de cola (TB); y los restantes

bits (vacíos), hasta completar los 156,25 que contiene un TS, se utilizan para separación

(GP/Período de Guarda, con una duración de aproximadamente 30 microsegundos) y para

evitar que exista solapamiento durante la transmisión entre las conversaciones de varios

usuarios.




En la ráfaga normal hay 57 bits de datos o voz encriptados, más un flag de “modo

robado” que indica si la ráfaga ha sido robada para señalización de FACCH, lo que da un total

de 148 bits. La secuencia de entrenamiento, de 26 bits, es un patrón de voz conocido que

utiliza el ecualizador para crear un modelo del canal, y se coloca en el centro de la trama,

porque como el canal está cambiando constantemente así se ve menos afectado y se puede

ajustar el ecualizador sin mayores problemas.

Las ráfagas pueden ser normales (NB), de corrección de frecuencia (FB), de

sincronización (SB), de acceso (AB) y de relleno (DB), según la información que contengan.

Las ráfagas están formadas por un núcleo en el que se encuentran los bits de información y la

secuencia de entrenamiento, rodeados de bits de cola (tail bits). El periodo entre dos ráfagas

que aparecen en TS consecutivos se llama Periodo de Guarda (GP). La duración completa es

de 156,25 bits.

Ocho de los intervalos temporales se agrupan en una trama TDMA de duración

8*15/26 = 120/26 ms (aproximadamente 4,615 ms) que forma la unidad básica para la

definición de los canales lógicos. Estas tramas TDMA se agrupan en 26 o 51 unidades para

formar una multitrama. Las multitramas - 26 (MF26) se utilizan básicamente para transmitir

los canales de tráfico TCH, mientras que las multitramas - 51 (MF51) lo son para los canales

de control BCCH, CCCH, SDCCH Y SACCH. Estas multitramas, a su vez, se pueden agrupar

para formar supertramas (1326 tramas = 26*51 o 51*26, que dura 6,12 segundos) e

hipertramas (2048 supertramas = 2.715.648 tramas), que dura 3 horas, 28 minutos, 53

segundos y 760 milisegundos, como se puede ver en la figura 2.




1.2.2.3 Canales físicos y canales lógicos

Un canal físico es un intervalo de tiempo por trama y cada canal TDMA se define por

el número y posición de sus correspondientes intervalos temporales, y es comparable a un

canal en un sistema analógico FDMA, donde cada usuario se conecta al sistema a través de

una frecuencia.

Un canal físico, formado por un intervalo de tiempo por trama, da una capacidad bruta

de 24,7 kbit/s. El empleo de un canal físico para una conversación de voz o datos requiere la

consideración de agrupaciones de 26 tramas, denominadas multitramas. De los 26 intervalos

de tiempo resultantes por multitrama para el canal físico considerado, sólo se puede enviar

voz o datos en 24 de ellos. Si además tenemos en cuenta que, por motivos de protección frente

a errores, sólo 260 de cada 456 bits son de información, el resultado es de 13 kbit/s de

capacidad neta, que coincide con la velocidad de transmisión que requiere la voz, frente a los

22,8 kbit/s de velocidad binaria que resulta. En el caso de los datos la proporción es similar,

resultando una capacidad neta máxima de 9,6 kbit/s.

Si el canal físico se refiere a un time-slot perteneciente a una portadora, el canal lógico

no es más que la información portada por dicho time-slot. No existe una correspondencia

exacta entre canales físicos y canales lógicos, muchos de éstos últimos son mapeados o

multiplexados en uno o diferentes time-slots para transmitir información tanto de señalización



Figura 2. Formación de tramas GSM


como de usuario.

Existen dos tipos de canales lógicos en GSM: los canales de tráfico (TCH - Traffic

CHannels), que transportan información (voz o datos) del usuario y los canales de control

(CCH - Control CHannels), que transportan señalización y sincronización entre la estación

base y la estación móvil.

1.2.2.4 Arquitectura de red

La red de GSM está dividida en tres grandes bloques. El sistema de red (SS: Switching

System), el sistema de estación base (BSS: Base Station System) y el sistema de gestión de

red (OSS: Operation Support System).

• Sistema de red

El SS es responsable de realizar el procesado de las llamadas y todas las funciones

relacionadas con el abonado. Incluye las siguientes unidades funcionales:

➢ MSC. Centro de Conmutación de servicios Móviles (Mobile Services Switching

Center) . Interconecta usuarios de la red fija (RTB, RDSI, Iberpac, Internet,

RPVs) con los móviles y éstos entre sí.

➢ HLR. Registro de Posición Base (Home Location Register). El HLR es una base

de datos en la que se almacenan datos de los abonados suscritos locales,

incluyendo la información de posición, y el estado de actividad.

➢ VLR. Registro de Posición Visitante (Visitor Location Register). Está integrado en

el MSC y almacena toda la información sobre el abonado móvil que entra en su

zona de cobertura temporalmente, lo que permite al MSC establecer llamadas tanto

terminales como salientes.

➢ AC. Centro de Autentificación (Authentication Center). Provee parámetros de

autentificación y encriptación que verifican la identidad del usuario y asegura la

confidencialidad de cada llamada.

➢ EIR. Registro de Identificación de Equipos (Equipment Identity Register). Es una

base de datos que contiene información de identificación del equipo móvil.




• Sistema de estación base

El BSS se encarga de las funciones relacionadas con el interfaz radio. Se compone de

las siguientes unidades funcionales:

➢ BTS. Estación base de transceptores (Base Transceiver Station). Es la encargada

de conectarse con las estaciones móviles a través del interfaz radio. Consta de los

transceptores y las antenas y un grupo de transceptores está controlado por un

BSC.

➢ BSC. Controlador de estación base (Base Station Controller). Realiza todas las

funciones de control y enlaces físicos entre las BTS y las MSC. Controla

operaciones como handovers, niveles de potencia de los canales,... Un grupo de

varias BSC se sirven de una MSC.



Figura 3. Arquitectura de red GSM


• Sistema de gestión de red

El OSS es la entidad funcional desde la que el operador de red monitoriza y controla el

sistema. Lo constituye el OMC o centro de operaciones y mantenimiento.






Tabla 2. Canales GSM


1.3 Paso de GSM a UMTS

Naturalmente hay muchas diferencias entre los sistemas WCDMA y GSM, pero

también existen muchas similitudes.

El subsistema de estación base de GSM (BSS) y la red de acceso radio de WCDMA

(RAN) están conectados al núcleo de red de GSM. Ambas tecnologías comparten el “core

network”. Como sabemos, los sistemas BSS y RAN se basan en los principios de un sistema

radio celular. El controlador de estación base (BSC) en GSM se corresponde con el

controlador de la red radio (RNC) de WCDMA. La estación base de GSM (RBS) se

corresponde con la de WCDMA, y la interfaz A de GSM fue la base sobre la que se desarrolló

la interfaz lu de WCDMA.

La gran diferencia entre ambos sistemas es que GSM utiliza tecnología TDMA, con

una enorme estructura dedicada al tratamiento de “time-slots”, mientras que WCDMA usa

tecnología CDMA. Lo que significa que las funciones de control y el hardware son diferentes.

Como ya sabemos, CDMA es una tecnología de acceso múltiple donde los usuarios

están separados por códigos únicos, lo que significa que todos pueden usar la misma

frecuencia y transmitir al mismo tiempo.

En cdmaOne y CDMA2000, una señal radio de 1,25 MHz se multiplica por una señal

de ensanchado (que es una secuencia pseudoaleatoria) con una tasa mayor que la señal de

información. La señal resultante es aparentemente aleatoria pero basta con que lo recoja el



Figura 4. Arquitectura de red compartida GSM UMTS


receptor con el código correcto y le aplique el proceso contrario para obtener la señal original.

Usar códigos únicos significa que en todas las células se repite la misma frecuencia, lo que se

denomina reutilización de una frecuencia.

WCDMA utiliza una señal radio de 5 MHz y una tasa de chip de 3,84 Mcps, que es

como tres veces la tasa de chip de CDMA2000 (1,22 Mcps).

1.3.1 GSM y UMTS como una sola

La nueva generación de sistemas sin cables (más conocido con el término anglosajón

wireless) provee un acceso fácil a servicios de voz, datos, multimedia o una combinación de

ellos. La clave yace en la evolución de redes GSM y WCDMA como una sola, sin costuras,

compartiendo recursos de radio, transmisión, aplicación y núcleo de la red. Todo esto ha sido

posible gracias al trabajo de estandarización de 3GPP.

Evolucionar de 2G a 3G significa añadir más funcionalidad, más posibilidades y más

valor a la red GSM existente.

El proceso comienza con la introducción de GPRS en la red GSM, que la capacita para

ofrecer servicio de datos.

El siguiente paso es la introducción de servicios 3G, que se realiza de dos maneras:

• WCDMA como nuevo acceso radio 3G a la banda ancha.

• EDGE como el acceso radio 3G que usa la banda de GSM.

WCDMA es la nueva y muy eficiente tecnología para conmutación de paquete y de

circuito. Ofrece más capacidad y velocidad de descarga que potencia los servicios tanto de

voz como de datos y que además ofrece nuevos servicios.

EDGE es un conjunto estandarizado de mejoras al interfaz radio de GSM que porta

mayores tasas de bit e incrementa la eficiencia espectral para los servicios de datos. Con



Figura 5. Evolución 2G->3G


EDGE el operador puede triplicar el numero de abonados o triplicar la velocidad binaria.

EDGE ofrece en principio el mismo tipo de servicios que WCDMA pero con tasas de

transmisión menores.

Implantar EDGE es rápido y económicamente eficiente. Usa la misma estructura de

canales, plan de frecuencias, protocolos y áreas de cobertura que la red GSM. Así que los

operadores son más capaces con los mismo recursos.

Dado que las bandas de frecuencia de GSM son una parte sustancial de los bienes de

una operadora, será altamente recomendable ser capaz de usar las bandas de GSM para

servicios 3G. La cuestión no es elegir entre WCDMA y EDGE sino dar el mejor uso a ambas.

1.4 Tecnología UMTS

1.4.1 Introducción

UMTS, siglas que en inglés hacen referencia a “Servicios Universales de

Telecomunicaciones Móviles”, es uno de los sistemas de comunicaciones móviles de tercera

generación (3G) que conforma la familia IMT-2000 de la ITU. Se trata de un sistema que

tendrá un papel esencial en la creación del futuro mercado para las comunicaciones móviles

multimedia que, según las previsiones, alcanzarán a 2000 millones de usuarios en todo el

mundo en el año 2010. Concretamente, en los últimos diez años, UMTS ha sido objeto de

intensos esfuerzos de investigación y desarrollo en todo el mundo, y cuenta con el apoyo de

numerosos e importantes fabricantes y operadores de telecomunicaciones ya que representa

una oportunidad única de crear un importante mercado para el acceso a la Sociedad de la

Información.

UMTS busca basarse en y extender las actuales tecnologías móviles, inalámbricas y

satelitales proporcionando mayor capacidad, posibilidades de transmisión de datos y una

gama de servicios mucho más extensa, usando una red de acceso totalmente nueva y una red

principal (core network) mejorada.

Se reconocen tres componentes para la evolución hacia la 3G:

• Social: los estilos de vida actual cada vez están más basados en la información y la

movilidad.

• Tecnológica: cada vez están apareciendo nuevos servicios que requieren mayor

velocidad de transmisión y unos parámetros de calidad más estrictos.

• De mercado: esta componente está justificada por el crecimiento acelerado de la




telefonía móvil pero también de Internet, el comercio electrónico y el uso de portátiles

y palmtops.

Para garantizar el correcto funcionamiento del sistema UMTS, hay que definir un

conjunto de especificaciones que deberán ser respetadas por el equipamiento hardware. Esto

supone un proceso gradual y constante de continuas evoluciones y revisiones. Por ello, el

3GPP (3rd Generation Partnership Project) se propuso proporcionar cada cierto tiempo un

conjunto de normas que constituyeran de por sí el estándar.

Este proceso de normalización se basa en una planificación anual. De este modo se

habla de Release 1999, Release 4 (inicialmente llamada Release 2000), Release 5

(inicialmente Release 2001) y Release 6.

Según esto, la Release 99 debería haber sido terminada en diciembre de 1999. Sin

embargo, no todas las especificaciones se pudieron aprobar a tiempo, quedando aspectos

pendientes de ser concluidos que fueron finalizándose a lo largo del año 2000, al mismo

tiempo que se corregían errores e inconsistencias. Paralelamente a la tarea de finalización,

ajuste y revisión de las especificaciones de la Release 99, llevada a cabo durante 2000, se

acometió la especificación de las nuevas funcionalidades del sistema incluidas en la Release

4.

En cualquier caso, la experiencia en procesos de estandarización indica que es

engañoso hablar de un instante bien definido en el que se "termine" o "cierre" una Release de

las especificaciones, sino que, más bien, se puede hablar de distintas fases de la vida de las

especificaciones.

1.4.2 La red de acceso de UMTS: UTRAN

UMTS es un sistema con una red de acceso totalmente nueva, que en su segmento

terrestre se denomina UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), esta especificación

es necesaria porque UMTS también define una red de acceso de tipo satelital.

UTRAN utiliza una técnica de acceso múltiple diferente al tradicional FDMA/TDMA

de GSM, asimismo se ubica en una nueva franja de frecuencia.

Concretamente, en la conferencia WRC-1992 (WRC’92) de la ITU, se recomendó la

reserva de 230 MHz de espectro para la familia IMT-2000 en las bandas 1885-2025 MHz y

2110-2200 MHz. Esta banda fue ampliamente utilizada en la concesión de licencias de tercera

generación en Europa. Sin embargo, en la mayor parte del continente americano estaba ya




ocupada por los sistemas 2G y en China gran parte del espectro para 3G estaba ya dedicada a

aplicaciones WLL (Wireless Local Loop). Por ello, uno de los objetivos de IMT-2000, la

reserva de una banda única en todo el mundo, no se ha alcanzado plenamente. En la Figura 6,

donde se muestran en azul oscuro las bandas asignadas a IMT-2000, dentro de WRC'92, y a

rayas azules y blancas las nuevas bandas, identificadas en el año 2000, pueden observarse los

conflictos señalados.

El procedimiento de acceso radio se basa en la tecnología CDMA (Code Division

Multiple Access) de ensanchamiento directo (Direct Spread). Es decir, se trata de una técnica

de espectro ensanchado (frente a los 200 kHz. de cada portadora GSM, cada portadora UMTS

ocupa 5 MHz) en la que todos los usuarios de la célula comparten la misma portadora,

utilizando distintos códigos para distinguir su señal (figura 7).



Figura 6. Bandas de frecuencia en distintos países


Concreta mente, en el caso de UMTS se utilizan dos tipos de códigos

simultáneamente, los aleatorios y los de canalización:

• Códigos aleatorios: Se trata de familias de códigos (secuencias de Gold, secuencias m)

no perfectamente ortogonales pero con buenas propiedades de correlación cruzada.

Asimismo el número de códigos en una familia es muy elevado.

• Códigos de canalización: En este caso se trata de códigos perfectamente ortogonales.

El número de códigos es más reducido que en el caso anterior.

Concretamente se utilizan los códigos OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor

codes). Esta familia de códigos tiene como características

principales:

➢ Son códigos cortos (Short Codes) y ortogonales entre sí.

➢ La duración de un código de canalización completo es igual a la de un bit, esto

implica tener diferentes códigos en función de la tasa de transmisión.

➢ Se generan árboles de códigos para obtener las diferentes combinaciones.

Hay que tener en cuenta que únicamente se mantienen las prestaciones de los códigos

ortogonales bajo condiciones de sincronización estricta, ya sea mediante señales provenientes

de una misma fuente o fuentes perfectamente sincronizadas.

Respecto al modo de duplexado, UMTS contempla los llamados modos FDD y TDD:

mientras que en FDD se emplean distintas portadoras para el enlace ascendente y el

descendente, en TDD se emplea una única portadora pero dividiéndola en slots temporales

para ambos enlaces.



Figura 7. Espectro ensanchado


El modo FDD también es conocido como WCDMA. Utiliza una modulación BPSK en el

enlace ascendente (UL) y una QPSK en el descendente (DL).

Lógicamente las bandas son pareadas. En Europa: 1920-1980 / 2110-2170, Total:

60+60 MHz. De este modo, los operadores españoles cuentan con tres portadoras 15 + 15

⇒MHz (15 x 4 operadores 100% de la banda disponible en Europa) para el modo FDD.

El modo TDD es conocida como TD CDMA. Utiliza un esquema de acceso múltiple:

Híbrido W-CDMA + TDMA. En este caso utiliza una modulación QPSK en ambos enlaces y

las bandas no son pareadas. En Europa: 1900-1920 / 2010-2025. Total: 20+15 = 35 MHz. Los

operadores españoles cuentan con una portadora para el modo TDD (5 x 4 = 20 MHz).

La mayoría de las características descritas están incluidas en la primera release de

UMTS (Release 1999). La Release 4 incorpora nuevas funciones, sobresaliendo la definición

de la opción de banda estrecha del modo TDD (1,28 Mchip/s TDD option), propuesta por

China, que supone una capa física distinta (distinta tasa de chip), conservando la señalización

de las capas superiores. Se incluyen también en la Release 4 las especificaciones de los

repetidores, y mejoras en el control de potencia.



Figura 8. Bandas UMTS


1.4.3 El núcleo de red (core network)

En su fase inicial, el núcleo de red del sistema UMTS es una evolución de los sistemas

GSM/GPRS. Esta visión se concreta en la Release 99. Los elementos principales son la fase 3

de la especificación de CAMEL (red inteligente, que separa los planos de conmutación y de

servicios), la interconexión de redes GSM y UMTS y la primera versión de la arquitectura

abierta de servicios (OSA). Dentro de la Release 99 también se incluyen las especificaciones

requeridas para prestar los servicios ya existentes en GSM/GPRS, la plataforma básica para

los servicios de localización y la definición de un nuevo códec, denominado AMR de banda

estrecha.

Las principales novedades en la Release 4 son la división del MSC (central de

conmutación) en "Media Gateway" para el tráfico y "MSC server" para la señalización así

como el soporte a aplicaciones que requieren streaming de paquetes. Otras funcionalidades

importantes, aprobadas para la Release 4, son el fax, nuevos codecs multimedia, etc.

La Release 5 incluye la fase 4 de CAMEL, que supone diversas funciones nuevas de



Figura 9. Arquitectura General UMTS


red inteligente, y la introducción de la arquitectura de servicios multimedia sobre transporte

IP, así como la finalización del nuevo códec AMR de banda ancha y calidad de servicio (QoS)

extremo a extremo.

A continuación podemos ver un resumen de las principales características de las

primeras Releases:

• UMTS Release 99

➢ Estándar para la fase inicial de UMTS en todas las operadoras europeas.

➢ Estructura del núcleo de red GSM/GPRS.

➢ Nueva interfaz radio UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network).

➢ En la red de acceso radio y en la interfaz con el Core Network se utilizará ATM

como protocolo de transporte.

• UMTS Release 4 (2001)

➢ La voz se transporta sobre IP.

➢ Separación de las funciones de control y conectividad para voz.

➢ Las MSC´s se dividen en Media Gateways (MG) para conectividad y servidores de

control para señalización (MGC).

➢ El MG proporciona conexión con las redes de conmutación de circuitos, bajo las



Figura 10. Arquitectura Release 99


instrucciones de un Media Gateway Controller (MGC).

➢ Para la comunicación entre el MG y el MGC se utilizará el protocolo MEGACO

que permite el desdoblamiento de las capas de transporte y de control.

➢ Utilización de Session Initiation Protocol (SIP), protocolo de control de la capa de

aplicación para llamadas y distribución de contenido multimedia en Internet.

• UMTS Release 5 (2002)

➢ Versión Todo IP con soporte en tiempo real de VoIP y servicios multimedia.

➢ Aparición del IP Multimedia Subsystem (IMS) para la gestión de servicios

multimedia utilizando señalización SIP.

➢ La Release 5 identifica ciertos Servicios Avanzados que requerirán identificar al

⇒usuario con una dirección IP pública IPv6 es de implementación obligatoria en

el IMS.

➢ Aparición de nuevas entidades funcionales del IMS:

– HSS (Home Subscriber Server). Contiene los perfiles de suscripción de los

usuarios con control IP multimedia

– CSCF (Call State Control Function). Se encarga del control de la sesión

– MRF (Multimedia Resource Function). Gestiona las funciones de llamada o

sesión con varios participantes y conexiones.

➢ Se mantendrá la interoperabilidad con otras redes 2G y con las entidades que

permiten dicha interconexión: Media Gateways (MG), Media Gateways Controller





(MGC), Signalling Gateway (SGW).

En esta evolución, el protocolo IP desempeñará un papel primordial en el transporte de

todo tipo de contenidos y como base para los nuevos protocolos de control de sesiones

multimedia.

Puede decirse que IP ya está preparado para dar respuesta a este nuevo entorno de

convergencia y movilidad para el que no fue diseñado originalmente, con soluciones que ya

están siendo desplegadas por los operadores (Mobile IP, MPLS, Diff Serv) y con la pila de

protocolos de su versión IPv6, disponible en las nuevas versiones del sistema operativo de una

gran cantidad de equipos de comunicaciones.

1.4.4 Gestión de Recursos Radio en UMTS

Antes de pasar a describir los principales algoritmos para la gestión de recursos radio

será describirá resumidamente los principales elementos que conforman la red de acceso.

La Red de acceso radio se divide básicamente en Nodos B y RNCs que se comunican

entre sí y con el núcleo de red mediante unos interfaces perfectamente definidos en el estándar

(figura 13).

• Interfaz Núcleo de Red – RNC (IU)

• Interfaz RNC – RNC (IUR)

• Interfaz RNC – Nodo B (IUB)

• Interfaz radio (Uu)





• Nodo B

Es equivalente a la BTS (Base Tranceiver Station, estación base) de GSM. Se encarga

de la transmisión y la recepción radio. Sus principales funciones son las de codificación,

modulación, ensanchado, entrelazado, asegurar la calidad de las comunicaciones, realizar el

control de potencia interno (inner loop) en lazo abierto y cerrado (descritos después), etc.

• RNC

Es similar al BSC (Base Station Controller) de GSM. Es el responsable de la gestión

de recursos radio o RRM (Radio Resource Management). Sus funciones principales son las de

control del traspaso de llamadas o handover, control de admisión, control de congestión,

asignación de códigos, etc.

1.4.4.1. Control de potencia

Para asignar las potencias que cada emisor debe transmitir tanto para el enlace

ascendente como descendente o, lo que es equivalente, las potencias recibidas en los extremos

receptores correspondientes, está el control de potencia, el cual es consustancial al acceso

CDMA por dos razones: como mecanismo para asegurar la calidad de un enlace y como

componente básico en la gestión de los recursos radio.

En concreto el control de potencia en UMTS se utiliza para:



Figura 13. Red de Acceso


• Para resolver el bloqueo cerca – lejos (disminuir o aumentar la potencia de transmisión

del móvil en función de la distancia)

• Para reducir interferencias.

• Para maximizar la duración de baterías.

En UMTS, se definen simultáneamente dos procesos para el control de potencia:

• Outer loop.

• Iinner loop: que puede ser en lazo abierto o cerrado.

• Outer loop

El control de potencia externo, tiene como misión establecer dinámicamente el valor

Eb/N0 necesario para asegurar la calidad de la comunicación. Es decir, UTRAN evalúa los

valores de calidad reales y los contrasta con los requeridos.

Las posibles desviaciones se corrigen con pequeñas variaciones de la Eb/N0.

• Inner loop

➢ En lazo cerrado

Tiene como objetivo que la calidad de un enlace, especificada mediante una relación

SIR o Eb/N0 objetivo, sea independiente de las condiciones de propagación de la propia señal

útil y de las interferencias. Su velocidad de actuación debe ser lo suficientemente alta para

contrarrestar los desvanecimientos rápidos, asociados a usuarios que se mueven a altas

velocidades. La estación base realiza estimaciones de la SIR recibida y la compara con la SIR

deseada, ajustando la potencia del terminal mediante comandos que le envía constantemente

(1500 comandos/segundo).

➢ En lazo abierto

Se utiliza, por ejemplo, para establecer la potencia de transmisión cuando el terminal

accede inicialmente a la red. A través de la medida de una señal piloto en el enlace

descendente se estima el valor medio de la atenuación de propagación y se utiliza ese valor

para intentar compensar las fluctuaciones medias en el enlace ascendente. Actuaría de la

siguiente forma: el móvil calcula la potencia inicial con la que debe transmitir mediante la

fórmula: PRACH = L + IBTS + K. Siendo L la pérdida de propagación (el Nodo-B informa al

UE de la potencia con la que transmitió), IBTS es el nivel de interferencia en el Nodo B

(enviada por un canal de broadcast) y K es un valor constante fijado por el operador.

Posteriormente el terminal va aumentando su potencia (PRACH) hasta obtener respuesta por

parte del nodo B.




1.4.4.2. Selección de celda: Cobertura CPICH

El canal piloto o CPICH (Common Pilot Channel) es una de las señales de broadcast

del sistema UMTS, es decir, es transmitida a todos los usuarios por igual dentro de una celda

y por tanto, un porcentaje de la potencia disponible en la base siempre será reservada para

ella. El piloto tiene dos misiones básicas. Por un lado, los terminales la utilizan para realizar

una estimación del canal radio. Por otro, es la señal utilizada como entrada en los mecanismos

de selección de celda y handover (este segundo mecanismo será comentado en el apartado

posterior).

La selección de celda por parte de un terminal se realiza de acuerdo a una cierta

medida de calidad sobre la señal CPICH. En concreto se evalúa el valor del Ec/Io (CPICH

Ec/Io) para todas las celdas de modo que cuando el correlador del terminal encuentra el mejor

pico decide conectarse con dicha base. Esto se puede realizar porque cada celda tiene un

código de aleatorización distinto y el número de códigos reservados para las celdas es finito.

Según el 3GPP (3rd Generation Partnership Project) Organismo mundial encargado

del desarrollo del UMTS a nivel global, se define el CPICH_Ec/Io como el cociente entre la

energía media por chip del CPICH y la densidad espectral de potencia total recibida

(incluyendo señal e interferencias) en el conector de la antena del Terminal.

1.4.4.3. Traspaso de llamada o handover

Cuando un terminal móvil esta conectado a una estación base y entra dentro de una

célula a la que da cobertura otra estación base, se produce lo que conocemos como un

traspaso o handover.

Una de las ventajas más sobresalientes de la tecnología UMTS es sin duda, la

implementación del Soft Handover. El Soft H.O. no es otra cosa que la posibilidad que tiene

el terminal o UE (User Equipment) de estar conectado a más de una base (BS)

simultáneamente. Gracias a ello, el traspaso de unas celdas a otras se realiza de una manera

natural y se solventan algunos de los problemas que presentan los traspasos de tipo hard

(como en GSM) donde pueden aparecer, entre otros, microcortes y el denominado “efecto

esquina” (un terminal gira en una esquina y pierde la visibilidad directa con su base servidora,

debido a la fuerte atenuación que introduce el edificio le es muy complicado mantener la

comunicación y no es posible gestionar el traspaso).

Por el contrario, en los handovers de tipo soft se consumen más recursos (varias

conexiones activas para un único terminal). El conjunto de bases con las que un cierto




terminal está conectado es el denominado Active Set y será necesario definir un mecanismo

que sirva para determinar a cuales de las BS se conectará el UE. Es en este momento

cuando entra de nuevo en acción la señal CPICH o piloto.

La forma en que se incorporan o eliminan señales provenientes de las diferentes BS

sobre el escenario UMTS, no es otra que la estimación de la calidad (nivel) con que el

Terminal escucha los pilotos provenientes de dichas bases, concretamente se vuelve a utilizar

la medida de Ec/Io. Una señal CPICH de bajo nivel de potencia será rechazada del Active Set,

mientras que una señal CPICH de un nivel aceptable de potencia será añadida e incluso podría

forzar la eliminación de una conexión previa de menor nivel de señal.

En UMTS se especifican dos clases de handover: Soft Handover propiamente dicho y

un caso especial denominado Softer Handover. En el primer caso el terminal se conecta a

distintas células de distintos nodos B simultáneamente. En este caso el RNC será el encargado

de seleccionar la mejor de las dos señales (combinación por selección). Por otro lado, en el

softer la señal del terminal se recibe en celdas de un mismo emplazamiento y se combina la

potencia recibida de ambos caminos (estrategia MRC).

1.4.4.4. Control de admisión

El control de admisión debe preguntarse en un momento dado si con la incorporación

de un nuevo usuario al sistema se le van a poder garantizar sus requisitos de QoS (calidad de

servicio) al tiempo que se respeta la QoS de los usuarios ya incorporados. La respuesta podría

darse a través de una simulación previa de la red en el mayor número de situaciones posibles

para determinar la región de admisión (número de usuarios de cada clase, con unos

parámetros de QoS específicos, que se pueden admitir) y un posterior ajuste dinámico de la

región de admisión mediante herramientas de visualización y medidas de la red real, que

suelen basarse en una medida de la carga del sistema, la cual, habitualmente, es el

denominado “factor de carga”. Dicha medida se trata de de una representación de las

interferencias del sistema entre 0 y 1.

1.4.4.5. Control de congestión

El control de congestión debe actuar cuando los usuarios admitidos no puedan

satisfacer los requerimientos de calidad durante cierto periodo de tiempo debido a una

sobrecarga en la red radio. Los mecanismos de control de congestión incluyen las siguientes

partes:




• Detección de la congestión: Se debe establecer algún criterio para decidir si la red está

en congestión o no. Un posible criterio es cuando la carga es superior a cierto umbral,

durante cierto periodo de tiempo.

• Resolución de la congestión: Cuando se asume congestión en la red, se deben llevar a

cabo ciertas acciones para mantener la estabilidad en la red. Existen múltiples

posibilidades para hacerlo, pero en general, se pueden diferenciar tres pasos:

a) Priorización: Se ordenan en una tabla a los diferentes usuarios en función

de su prioridad (por ejemplo en función de los requerimientos de calidad de

servicio (QoS).

b) Reducción de la carga: Durante la congestión no se admiten nuevas

conexiones y se reduce la tasa máxima de transmisión de un conjunto de los ya

admitidos.

c) Chequeo de la carga: Después de llevar a cabo el punto b), se debe volver a

comprobar la condición que activa o desactiva el control de congestión. Si

persiste, se volverá al apartado anterior, limitando el siguiente grupo de

usuarios de la tabla de priorización. Así hasta estar por debajo del umbral del

factor de carga.

Recuperación de la congestión: Resulta necesario un algoritmo de recuperación de la

congestión para restaurar los parámetros de transmisión que tenían los usuarios antes de la

congestión. Es importante este apartado para no volver a caer en congestión. Un mecanismo

sería aumentar la tasa de un usuario y cuando dicho usuario ha completado la transmisión en

curso, se incrementa la del siguiente usuario.



capitulo 1. resumen de las tecnologias gsm y umts

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