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RED GSM
Tema: Funcionamiento de una Red GSM.
Integrantes: Rodrigo Medina Pérez
Luis Javier Olivera Caudillo.
Objetivo:
Mostrar y describir el funcionamiento de una red de telefonía celular
basada en el estándar GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles)
Contenido:
Introducción a las Telecomunicaciones móviles y GSM
Capitulo 1.-Conceptos básicos de comunicaciones inalámbricas.
Capitulo 2.-Sistema Global para Comunicaciones Móviles.
Capitulo 3.-Componentes de una red GSM.
Capitulo 4.-Casos de Tráfico y servicios de abonado.
Capitulo 5.- Equipo Ericsson
Conclusiones y Recomendaciones
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RED GSM
INTRODUCCION;
En la actualidad, es muy común encontrarse con personas que hablan por
teléfono desde un aparato celular en el supermercado, en un estadio o caminando
por la calle. El sistema que posibilita estas transmisiones se ha popularizado en
todo el mundo hace menos de una década y tiene sus orígenes en el sistema
móvil que ya se usaba en los Estados Unidos en 1921. Para una mejor
comprensión del tema, comenzaremos por analizar el sistema tradicional que
derivó en lo que hoy es la red telefónica celular y daremos datos cronológicos
sobre el alcance de este tipo de comunicaciones.
En la década de los 70`s comenzó a emplearse el sistema IMTS en los Estados
Unidos de Norte América, que permitía la comunicación entre abonado móvil a
bordo de diferentes automóviles, quienes también podían establecer comunicación
entre abonado fijo de la red telefónica convencional (con tendido de cable ).
Para una mejor definición ITMS significa "Sistema de telefonía móvil mejorado"
y es bastante similar al sistema de telefonía celular que hoy es ampliamente
utilizado tanto en nuestro país como en el resto del mundo.
Los teléfonos celulares son en esencia unos radioteléfonos de baja potencia. Las
llamadas pasan por transmisores de radio colocados dentro de pequeñas
unidades geográficas llamadas células. Las células cubren la casi totalidad del
territorio, pero especialmente las zonas habitadas y las vías de comunicación
(como carreteras y vías de ferrocarril) desde donde se realizan la mayoría de las
llamadas. Los transmisores de radio están conectados a la red telefónica, lo que
permite la comunicación con teléfonos normales o entre sí.
Células contiguas operan en distintas frecuencias pera evitar interferencias. Dado
que las señales de cada célula son demasiado débiles para interferir con las de
otras células que operan en las mismas frecuencias, se puede utilizar un número
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mayor de canales que en la transmisión con radiofrecuencia de alta potencia.
Cuando un usuario pasa de una célula a otra, la transmisión tiene que cambiar de
transmisor y de frecuencia. Este cambio se debe realizar a alta velocidad para que
un usuario que viaja en un automóvil o tren en movimiento pueda continuar su
conversación sin interrupciones.
La modulación en frecuencia de banda estrecha es el método más común de
transmisión y a cada mensaje se le asigna una portadora exclusiva para la célula
desde la que se transmite. Hoy en día ya existen teléfonos celulares multibanda
que pueden utilizar dos o tres portadoras a la vez, con lo que se reduce la
posibilidad de que el teléfono pierda la señal.
Los teléfonos móviles digitales se pueden utilizar en cualquier país del mundo que
utilice el mismo sistema de telefonía móvil. También existen teléfonos móviles que
permiten el acceso a Internet, la transmisión y recepción de fax, e incluso
videoteléfono.
Con el surgimiento de la telefonía móvil celular se amplió considerablemente el
número de usuarios, debido al tipo de técnica usada que ha permitido que la
telefonía móvil se convierta en un producto de gran consumo. Como
consecuencia del avance tecnológico, los aparatos celulares son cada día más
pequeños y livianos, al mismo tiempo que mejoran los equipos y rinden más
las baterías, son más baratos y tienen más autonomía de uso, sin contar que
ofrecen los mismos tipos de servicios que la telefonía fija. Y algo más, se sabe
que es mucho más fácil y barato implantar un sistema de telefonía celular que un
sistema de telefonía fija tradicional, resulta más rápida y el usuario ve
incrementados los beneficios.
La solución para todos los problemas presentados en el sistema móvil
convencional residen en la creación estructural de la celda , que contienen
transceptores que operan en potencia baja, en que poseen frecuencias
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distintas y consiguen capturar la señal de un abonado que esté dentro de un
radio de acción. Surgió entonces el SMC (Sistema Móvil Celular), en el que
son distribuidas celdas que contienen, cada una, un equipo de radio
transmisor/receptor denominado EBRF (Estación Base de Radiofrecuencia), tal
como se observa en la figura.
En 1989 la responsabilidad de la Red GSM fue transferida al European
Telecommunication Standards Institute (ETSI), y las especificaciones de la primera
fase fue publicada en 1990. A mediados de 1991 inicio la comercialización del
servicio, para 1993 había 36 radio bases en 22 ciudades, con 25 ciudades
adicionales listas para la expansión de GSM para Europa, Sudáfrica, Australia; y
más de la mitad de las ciudades del Este tenían considerado adoptar la tecnología
GSM. A principios de 1994, había ya 1.3 millones de clientes alrededor del mundo.
Las iniciales GSM ahora si tomaban el significado de Sistema Global para
Comunicaciones Móviles.
Al principio los planes de la Red GSM buscaba la compatibilidad de los servicios
ofrecidos y el modo de señalización de ISDN. Los enlaces por radio presentaban
algunas limitaciones, comenzando por la velocidad de 64 Kbps que presentaba
ISDN.
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La naturaleza digital de datos que GSM maneja implica que son datos sincronos y
asíncronos, pero estos datos tienen que ser transportados como un portador para
una terminal ISDN. Las velocidades de datos que GSM maneja son: son 300 bps,
600 bps, 1200 bps, 2400 bps, y 9600 bps.
El Teleservicio mas básico que GSM maneja es la telefonía. El único
inconveniente de GSM comparado con lo viejos sistemas analógicos es el Short
Message Service (SMS). Estos servicios se han complementado con tal de estar a
la vanguardia, tal es el caso de las llamadas en espera, el identificador de llamada,
llamada tripartita, rooming internacional entre otras.
En la actualidad existen tres tecnologías comúnmente usadas para transmitir
información en las redes:
-Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA)
-Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA)
-Acceso múltiple por división de código (CDMA)
La diferencia primordial yace en el método de acceso, el cual varía entre:
Frecuencia, utilizada en la tecnología FDMA
Tiempo, utilizado en la tecnología TDMA
Códigos únicos, que se proveen a cada llamada en la tecnología CDMA.
La primera parte de los nombres de las tres tecnologías (Acceso múltiple),
significa que más de un usuario (múltiple) puede usar (accesar) cada celda.
Desde el principio de los 80, después de que el NMT ("Nordic Mobile Telephone"),
sistema de telefonía móvil analógico de cobertura escandinava, funcionara con
éxito, fue obvio para varios países europeos que los sistemas analógicos
existentes, tenían limitaciones. Primero, la potencial demanda de servicios móviles
fue mayor de la capacidad esperada de las existentes redes analógicas. Segundo,
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las diferentes formas de operación no ofrecían compatibilidad para los usuarios de
móviles: un terminal TACS (servicio de telefonía móvil analógico puesto en
funcionamiento en el Reino Unido en 1985) no podía acceder dentro de una red
NMT, y viceversa. Además, el diseño de un nuevo sistema de telefonía celular
requiere tal cantidad de investigación que ningún país europeo podía afrontarlo de
forma individual. Todas estas circunstancias apuntaron hacia el diseño de un
nuevo sistema, hecho en común entre varios países.
El principal requisito previo para un sistema de radio común, es el ancho de banda
de radio. Esta condición había sido ya prevista unos pocos años antes, en 1978,
cuando se decidió reservar la banda de frecuencia de 900 ± 25 MHz para
comunicaciones móviles en Europa.
Este problema fue el mayor obstáculo solucionado. Quedaba organizar el trabajo.
El mundo de la telecomunicación en Europa, siempre había estado regido por la
estandarización. El CEPT ("Conférence Européene des Postes et
Télécommunications") es una organización para la estandarización presente en
más de 20 países europeos. Todos estos factores, llevaron a la creación en 1982
de un nuevo cuerpo de estandarización dentro del CEPT, cuya tarea era
especificar un único sistema de radiocomunicaciones para Europa a 900 MHz. El
recién Nacido "Groupe Spécial Mobile" (GSM) tuvo su primer encuentro en
Diciembre de 1982 en Estocolmo, bajo la presidencia de Thomas Haug de la
administración sueca. Treinta y una personas de once países estuvieron presentes
en este primer encuentro. En 1990, por requerimiento del Reino Unido, se añadió
al grupo de estandarización la especificación de una versión de GSM a la banda
de frecuencia de 1800 ± 75 MHz. A esta variante se le llamó DCS1800 ("Digital
Cellular System 1800"). El significado actual de las siglas GSM se ha cambiado y
en la actualidad se hacen corresponder con "Global System for Mobile
communications".
Algunos de los propósitos del sistema estaban claros desde el principio: uno de ellos era que el sistema debía permitir la libre circulación de los abonados en Europa ("roaming"). Prácticamente hablando, esto significa que un abonado de
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una determinada red nacional pueda acceder a todos los servicios cuando viaja entre varios países. La propia estación móvil GSM debe permitir al usuario el llamar o ser llamado donde quiera que se encuentre dentro del área internacional de cobertura. Estaba claro también que la capacidad ofrecida por el sistema debería ser mejor que las existentes redes analógicas.En 1982, los requerimientos básicos para GSM, estaban establecidos. Éstos fueros revisados ligeramente en 1985, quedando establecidos principalmente como siguen:
Servicios:
El sistema será diseñado de forma que las estaciones móviles se puedan usar en todos los países participantes.
El sistema debe permitir una máxima flexibilidad para otros tipos de servicios, p. ej. los servicios relacionados con la RDSI (Red Digital de Servicios Integrados.
Los servicios ofrecidos en las redes PSTN ("Public Switching Telephone Network") e ISDN ("Integrated Services Digital Network"), así como otras redes públicas deben ser posibles, en la medida de las posibilidades, en el sistema móvil.
Debe ser posible la utilización de las estaciones móviles pertenecientes al sistema a bordo de barcos, como extensión del servicio móvil terrestre. Se debe prohibir el uso aeronáutico de las estaciones móviles GSM.
Calidad de los servicios y seguridad:
Desde el punto de vista del abonado, la calidad de voz telefónica en el sistema GSM debe ser al menos tan buena como la que tenía la primera generación de sistemas analógicos a 900 MHz.
El sistema debe ser capaz de ofrecer encriptación de la información del usuario pero debe permitir la posibilidad de que esto no influya en el coste de aquellos abonados que no requieran este servicio.
Utilización de la radio frecuencia:
El sistema permitirá un gran nivel de eficiencia espectral así como la posibilidad de servicios para el abonado a un coste razonable, teniendo en cuenta tanto las áreas urbanas como rurales y el desarrollo de nuevos servicios.
El sistema permitirá la operación en el rango de frecuencias comprendido entre los 890-915 MHz y entre los 935-960 MHz.
El nuevo sistema de 900 MHz para comunicaciones móviles del CEPT, debe coexistir con los anteriores sistemas en la misma banda de frecuencias.
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Aspectos de Red:
El plan de identificación debe estar basado en la recomendación correspondiente del CCITT (Comité Consultivo Internacional de Telecomunicaciones).
La numeración del plan estará basada en la recomendación correspondiente del CCITT.
El diseño del sistema debe permitir diferentes estructuras de carga y velocidades para su utilización en diferentes redes.
Para la interconexión de los centros de conmutación y los registros de localización, se usará un sistema de señalización internacionalmente estandarizado.
No se debe requerir ninguna modificación significativa de las redes públicas fijas.
El sistema GSM debe habilitar la implementación de la cobertura común de las redes públicas móviles terrestres ( "Public Land Mobile Network" ó PLMN).
La protección de la información y el control de la información de la red debe ser proporcionada por el sistema.
Aspectos de Red:
Los parámetros del sistema deben ser escogidos teniendo en cuenta un coste
límite del sistema completo, principalmente el de las unidades móviles.
Desde el principio quedó claro, de forma extraoficial, que el sistema debía estar
basado en una transmisión digital, y que la voz debería estar representada por una
cadena digital a una velocidad de 16 kbps. La decisión oficial, sin embargo, no fue
tomada hasta 1987.
Desde 1984 hasta 1986, el GSM se encargó de comparar las diferentes
posibilidades técnicas para la transmisión (digital o analógica), en particular en sus
respectivas eficiencias espectrales (cuál aprovechaba mejor el espectro de
frecuencias). Se decidió comparar varias propuestas técnicas de prototipos
permitidos en la actual transmisión de radio. En 1985, las administraciones
francesas y alemanas de Correos y Telégrafos unieron sus esfuerzos para realizar
cuatro estudios que condujeran a otros tantos prototipos. El testeo comparativo de
ocho prototipos, incluyendo estos cuatro más los cuatro prototipos Escandinavos,
se realizó en Diciembre de 1986 en los laboratorios del CNET ("Centre National
d\'Etudes des Télécommunications") cerca de París, bajo el control del Núcleo
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Permanente. Todos estos prototipos hicieron uso de la transmisión digital, y la
mayoría fueron propuestos por compañías de teléfonos.
Los resultados de las comparaciones se publicaron a comienzos de 1987. Hubo
grandes discusiones sobre el modelo que iba a ser escogido, debido a que podía
afectar al prestigio de la empresa que lo propuso. Sólo se decidieron las
características del método de transmisión.
Éstas fueron las siguientes:
Por un lado el tamaño medio de la banda de transmisión (200 KHz de separación
de portadoras), en comparación con los sistemas de banda estrecha (12,5 ó 25
KHz que existían en los sistemas analógicos) o con los sistemas de banda ancha
(uno de los candidatos propuso una separación de portadoras de 6 MHz).
Por el otro la transmisión digital de voz a una velocidad no superior a 16 kbps;
Multiplexación en el tiempo de orden 8, con una evolución en el futuro hacia la
multiplexación de orden 16 cuando se defina un codificador de voz a la mitad de
velocidad; "Hopping" de frecuencias lento. El "hopping", consiste en cambiar la
frecuencia usada por un canal a intervalos regulares de tiempo. En GSM la
frecuencia de transmisión permanece constante durante la transmisión de una
trama completa. Esta técnica procede de los sistemas de transmisión militares, y
se decidió incluirla en las principales características de la transmisión de radio de
GSM, además de utilizarla por motivos de seguridad, también para conseguir una
mayor diversidad de frecuencias, y para paliar los efectos de los desvanecimientos
de tipo Rayleigh.
TENDENCIA.
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 video con algunas limitaciones. Sin embargo, la telefonía inalámbrica del
mañana hará posible aplicaciones que requieran un mayor consumo de ancho de
banda.
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OBJETIVOS Y JUSTIFICACION DEL TEMA;
-Mostrar y describir el funcionamiento de una red de telefonía celular basada en el
estándar GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles)
-Interesar a Alumnos sobre la Telefonía Inalámbrica de vanguardia, basándonos
en el hecho de una continua y cambiante tecnología en el área de
Telecomunicaciones.
-transmitir los conocimientos y experiencia que se han obtenido en el campo de
trabajo en el área de Telecomunicaciones, teniendo en cuenta lo difícil que resulta
encontrar información especifica fuera de las empresas.
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CAPITULO 1.-SISTEMA GLOBAL PARA COMUNICACIONES MÓVILES.
Este capitulo provee una introducción a las telecomunicaciones móviles y una
descripción del estándar GSM,
Introduce los componentes del sistema GSM, la estructura de la red y la
terminología básica usada.
OBJETIVOS:
A la terminación de este capítulo el estudiante podrá:
· describir la filosofía del sistema global móvil (GSM) como un estándar global
· describe los componentes de la red del GSM
· describe la estructura geográfica de la red del GSM
· describe las bandas de frecuencia del GSM
· describe la terminología usada en casos del tráfico del GSM
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RED GSM
CONTENIDO
1.1-TELEFONIA CELULAR
1.1.1-HISTORIA DE LA COMUNICACIÓN INHALANBRICA
1.1.2-ESTANDARES MOVILES
1.2-SISTEMA GLOBAL PARA COMUNICACIONES MOVILES (GSM)
1.2.1-HISTORIA DE LA RED GSM
1.2.2-ESPECIFICACIONES DE LA RED GSM
1.2.3-FASES DE LA RED GSM
1.3-ESTRUCTURA GEOGRÁFICA DE LA RED GSM
1.3.1-ESTACIONES MOVILES
1.3.2-CÉLULAS
1.3.3-ÁREA DE LOCALIZACIÓN (LA)
1.3.4-ÁREA DE SERVICIO DEL MSC
1.3.5-ÁREA DE SERVICIO DE PLMN
1.3.6-ÁREA DE SERVICIO DE LA RED GSM
1.4-BANDAS DE FRECUENCIA DE LA RED GSM
1.4.1-GSM 900
1.4.2-GSM 1800
1.4.3-GSM 1900
1.4.4-GSM 800
1.5-TERMINOS USADOS
1.5.1-REGISTRO MS Y ROOMING
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RED GSM
1.1-TELEFONIA CELULAR
El impacto de tecnologías móviles ha sido inmenso. La comunicación móvil ahora
se ve como necesidad y es una de las tecnologías que creció rápidamente debido
a su demanda cada vez mayor.
Para una mejor comprensión, comenzaremos la explicación con el sistema de
telefonía móvil que era empleado hace uno año para establecer comunicaciones
entre abonados que poseían un teléfono en su vehículo.
.
En el sistema de telefonía fija se necesita un par de "hilos conductores" para
conectar el teléfono al sistema.
El patrón IMTS (Sistema de telefonía móvil mejorado) es similar, pero se utiliza
un par de canales de radio para interconectar un terminal móvil a una red de
telefonía móvil. Este patrón se fue adaptando a las necesidades de la época y en
principio tenía las siguientes características:
Figura 1.1
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- se instalaba un transmisor potente en el centro del área a cubrir, figura 1.1., en
un lugar lo más alto posible para que la señal transmitida superase el ruido
ambiental.
- cada canal tenía una potencia irradiada alrededor de 200W, que alcanzaba una
distancia de hasta 40 Km. y un número limitado de canales. La cantidad de
abonados por canal estaba entre 25 y 50.
La cuestión es que cada abonado contaba con un canal constante para la
transmisión y otro para la recepción. A pesar de esto, el sistema completo e taba
formado por algo más de 20 canales y tenía una capacidad máxima del orden de
los 1000 usuarios y sería a los propósitos por un tiempo razonable. En este
sistema todos los usuarios se comunican con la red telefónica fija o entre sí por
intermedio de una Estación Radio Base (RBS), que tolera todos los equipos de
radio, transmisión y control. La altura de la torre debe ser considerable, para que
la señal alcance la mayor distancia posible y tape los ruidos de fondo que
pudieran interferir mientras el usuario recibe la señal.
Como la potencia de transmisión también es alta, se necesitan equipos
especiales. El abonado, mejor dicho, el teléfono móvil tiene un
transmisor/receptor alojado dentro del vehículo, que también posee alta potencia
en las señales de transmisión, lo que exige equipo relativamente grande. La RBS
recibe la señal proveniente del teléfono móvil, decodifica esta señal y la vuelve
a pasar a la central telefónica, así completa la conexión y queda como
intermediaria entre lo abonado . Por otra parte, la potencia elevada en el
transmisor del abonado hace que la fuente de radiación sea altamente
perjudicial, porque el teléfono se coloca junto al oído. Al principio las
conexiones telefónicas se caían con mucha frecuencia con el desplazamiento del
abonado de una área hacia otra.
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El sistema tiene su área de cobertura directamente relacionada con la potencia
irradiada por la antena y la altura de la antena fija. En un área con mucho edificio
alto, la calidad de la señal queda muy comprometida.
Y en una región con pocos edificios altos y topografía sin accidentes, la señal
llega con calidad aceptable. Por lo tanto, es necesario crear una Zona de
Seguridad, tal como se muestra en la figura 1.2., la cual se ubica entre varios
sistemas implantados que reutilizan las frecuencias disponibles en la faja. Esto
se hace necesario para evitar interferencia entre la misma frecuencia de dos
sistemas que cubran una misma área. A pesar de la zona de protección, solían
ser muy frecuentes las interferencias de canales entre las Estaciones Móviles
(MS) que estaban muy próximas.
Figura 1.2.
Se debe tener en cuenta que a partir de la década del 80`s la demanda de este
tipo de servicio aumentaba día a día y no había suficiente números de canales
disponibles ,razón por la cual se comenzó a pensar en diferentes alternativas
que derivaron en el sistema celular actual. Al comienzo en una extensa área de
cobertura.
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RED GSM
Se deben instalar varios transmisores para posibilitar el desplazamiento de
abonado y aumentar el número de usuarios. Todo estos transmisores deben
estar sincronizados para que no haya degradación de señal (vea la figura
1.3.), pero esto no resuelve el problema del número limitado de usuarios en el
área de cobertura, con lo cual también resulta limitado el número de quienes
sacan beneficio del sistema.
Figura 1.3.
El término celular se debe a que la cobertura radioeléctrica de una zona
geográfica completa se realiza cubriendo pequeñas regiones llamadas células. En
cada una de estas células existe una Estación Radio Base (RBS) que controla el
tráfico de teléfonos móviles que se desplazan en la zona correspondiente. A su
vez estas estaciones están enlazadas con el Centro de Conmutación de Servicios
Móviles (MSC) y éste a su vez está conectado a la Red de Telefónia Pública
(PSTN).
Los sistemas móviles se han desarrollado en un cierto plazo. Cuando hablamos de
las diferentes tecnologías nos referimos a generaciones.
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Los sistemas de la primera generación (1G) eran análogos con redes
razonablemente confiables pero con servicios realmente limitados y no había
concesiones para el uso de redes.
Los segundos sistemas móviles de la generación 2G son digitales y traen
ventajas significativas en términos de la sofisticación del servicio, capacidad y
calidad. La red GSM es una tecnología 2G. El aumento la demanda para el acceso
inalámbrico al Internet ha conducido a más logros futuros dentro de los sistemas
2G. Así hablamos de los sistemas 2.5G. El paquete de radio de servicios
generales (GPRS) son un ejemplo de una tecnología 2.5G y este es un paquete
estandardizado con otra tecnología permitiendo el uso móvil del Internet. Otros
estándares y las características opcionales de redes móviles digitales han
aparecido en un cierto plazo incluyendo características inteligentes de la red (IN),
mobile positioning features, SMS (servicio de mensaje corto) y progresos en
software de la señalización y de la red.
Puesto que hay varios sistemas 2G usando tecnologías de radio incompatible, en
diversos espectros de la frecuencia, no pueden tener un número de usuario
mundial verdadero al largo plazo. Estos factores han conducido al concepto de los
sistemas de la tercera generación (3G) que permitirá la comunicación, información
y hospitalidad servicios que se entregarán vía celular. La fundación para estos
servicios se ha puesto ya en los sistemas 2G, pero para apoyar tales servicios
necesitamos una capacidad más alta en acoplamientos de radio así como
compatibilidad entre los sistemas para proporcionar el acceso útil mundial. Un
ejemplo de un sistema 3G son los sistemas móviles universales de la
telecomunicación (UMTS). La red GSM por lo tanto es una tecnología que mira
tecnologías anteriores y examina futuras tendencias.
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1.1.1-HISTORIA DE LA COMUNICACIÓN INHALANBRICA
Uno de los aspectos más interesantes del teléfono celular es que es solamente un
radio extremadamente sofisticado, pero un radio a fin de cuentas.
Los orígenes de comunicaciones móviles siguieron rápidamente después de la
invención de la radio. Los primeros usos de la radio móvil fueron relacionados con
la navegación y la seguridad de naves en mar. Como conceptos de radio
desarrollados, la radio fue utilizada más y más como herramienta de las
comunicaciones. A continuación se da un listado cronológico de fechas que dieron
pauta al desarrollo de la comunicación inalámbrica:
-En 1906 Reginald Fesseden transmite con éxito la voz del ser humano por
radio, hasta entonces las transmisiones por radio eran en código Morse.
-En 1915 J. A. Fleming inventa el tubo de vacío que lo hace posible construir
radios móviles.
-En 1921 el departamento del policía de Detroit utilizaron 2 Mhz de frecuencia en
el primer radio móvil de vehículos del departamento El sistema era unidireccional
y la policía tuvo que usar un teléfono del wire-line para responder a los mensajes
de radio.
-En 1933 La Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos
autoriza la utilización de 4 canales en la banda de 30MHz a 40MHz, en
forma experimental.
-En los años 30`s el sistema móvil de dos vías (AM) en amplitud modulada se
aprovecho como transmisores móviles.
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-En 1935 la invención de frecuencia modulada (FM) mejora la calidad de audio,
elimina las grandes potencias que usaba AM, y como consecuencia los
transmisores se volvieron más prácticos.
-En los 40`s la FCC (Comisión Federal de Comunicaciones) reconoce un servicio
de comunicación como DPLM (Domestic Public Land Mobile)
-En 1945 La empresa Bell desarrolla osciladores que alcanzan la banda de los
150MHz, frecuencia muy elevada para la época, y propone aplicarla en la telefonía
móvil.
-En 1946 La empresa Bell emprende un servicio comercial de telefonía móvil en
la banda de 35MHz y otro en la de 150MHz, este último con intervalos de 60kHz
entre canales, con 6 canales de voz liberado para uso comercial.
-En 1947 Se inaugura un Sistema de Telefonía Móvil a lo largo de la ruta Nueva
York-Boston, que opera en la banda de 35MHz a 44MHz. El método empleado
era el "Simplex Push-to-Talk" y una telefonista lo auxiliaba, con un
procedimiento poco utilizado por el asistente de teléfono común.
Además el abonado tenía que conseguir una vía (canal) desocupada, antes de
solicitar su llamada. Pese a los inconvenientes presentados, la demanda por este
tipo de servicio era muy grande y la poca oferta originaba una larga lista de
espera de los que pretendían usarlo. El sistema era sencillo, el abonado debía
solicitar un canal a la operadora para que se haga la comunicación. Establecido
el contacto, cada abonado podía hablar a su debido tiempo dado que se
empleaba una sola portadora, de ahí que cada vez que un abonado terminaba la
oración empleaba el término "cambio" que le indicaba al abonado remoto que
podía oprimir un botón del micrófono para empezar a hablar.
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-En 1948 Shockley Bardeen y Brittain, en los laboratorios de Bell, inventa un
transmisor electrónico que incluye radio, lo cual permite ser miniaturizado
-En 1955 Se crean nuevas técnicas y los circuitos electrónicos ya permiten la
incorporación de nuevos canales de transmisión dentro de los ya existentes. Así,
de 6 canales originales, se incorporan otros 5 canales, con intervalos de 30kHz
entre uno y otro.
-En 1956 La técnica anterior se aplica en la banda de los 450MHz y el gobierno
norteamericano autoriza la creación de 12 canales en este sistema.
-En 1964 Se crea una nueva técnica, denominada de MJ, en la que se permite el
mejor aprovechamiento del uso de los canales existentes y ya no se utiliza
más el Push-to-Talk (tener que apretar un botón para poder hablar), ahora el
usuario puede entablar una comunicación sin pausa.
-En 1964 AT&T introduce el Sistema mejorado de Telefonía Móvil (IMTS).
-En 1968 la FCC en los estados unidos comenzó a tratar la aplicación de nuevos
estándares en los anchos de banda.
-En 1969 Extienden la automatización hasta la banda de los 450MHz (MTS o
Mobile Telephone Service), bautizado como sistema MK. Estos dos sistemas, el
MJ y el MK, fueron lo precursores del IMTS (Improved Mobile Telephone
System), estandarización adoptada hasta que surge el modelo AMPS.
Presionado por el mercado y, lógicamente, por la empresa operadora, el
gobierno norteamericano pega un salto al vacío y libera la banda de los
75MHz en las operaciones de la telefonía fija, y la banda de los 40MHz en la
operaciones de telefonía móvil.
-En 1969 países nórdicos de Dinamarca, Finlandia, Islandia, Noruega y Suecia
acuerdan formar a un grupo para estudiar y recomendar las áreas de operación
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dentro de las telecomunicaciones. Esto condujo a la estandardización de las
telecomunicaciones para todos los miembros del Grupo nórdico del teléfono móvil
(NMT), el primer grupo internacional comprensivo de la estandardización.
-En 1971 La Bell acepta el desafío y presenta un trabajo que demuestra que
puede lograrlo.
-En 1973 el grupo de NMT especifica una característica permitiendo que los
teléfonos móviles se situaran dentro y a través de redes. Esta característica se
convirtió en la base del rooming.
-En 1974 La FCC (Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos )
reglamenta la operatividad de la banda, con pequeñas alteraciones
-En 1975 La empresa Illinois Bell recibe autorización para operar el sistema
recién adoptado.
-En 1979 La FCC autoriza la instalación y la prueba del primer sistema celular de
desarrollo en los E.E.U.U. (Illinois Bell Telephone Company).
-En 1981 Ericsson lanza el primer sistema celular del mundo en Arabia Saudita
basada en el NMT análogo 450 estándar.
-En 1983 Nace el sistema AMPS (Advanced Mobile Phone Service), con la
implementación, en la ciudad de Chicago, del Sistema Celular completamente
diferente a todo lo desarrollado hasta entonces.
-En 1991 se lanza el primer estándar celular digital (GSM) teniendo 200 millones
de suscriptores móviles a nivel mundial.
-En 1999 es lanzado el paquete de datos GPRS
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-En el 2000 se construyen en Mónaco, suecia y reino unido las primeras redes de
prueba 3G.
-En el 2001 se realizan las primeras pruebas satisfactorias con tecnología 3G
-En el 2002 las redes de TDMA en América se mueven a la red GSM.
-En el 2004 la red GSM abarca mas campo en el mercado, dejando atrás la
tecnología TDMA.
-En el 2005 inicia el auge por lo servicios de multimedia, foto y video ofrecidos por
GSM.
1.1.2-ESTANDARES MOVILES
Los estándares desempeñan un papel importante en telecomunicaciones:
- permitiendo que los diversos productos de fabricantes puedan ser
interconectados.
- Facilita la innovación en los grandes mercados para un campo común de
productos.
El proceso de fabricación de estándares requiere la cooperación en muchos
niveles, nacionalmente e internacionalmente se tienen que tener en cuenta las
siguientes necesidades:
-las necesidades industriales internas de un país.
-las necesidades internas de su gobierno.
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-las necesidades industriales y de gobierno a nivel internacional.
El propósito primario de un estándar para las comunicaciones móviles es
especificar cómo las llamadas telefónicas móviles deben ser dirigidas por la red
móvil. Por ejemplo, esto incluye las especificaciones siguientes:
· Las señales deben de ser transmitidas y recibidas por el teléfono móvil.
· El formato de estas señales
· La interacción de los nodos de red
· Los servicios de red básicos los cuales deben estar disponibles para los
suscriptores móviles
· La estructura básica de la red (i.e. células, etc.)
Desde el desarrollo de NMT 450 de 1981, muchos estándares para la
comunicación móvil se han desarrollado a través de mundo. Cada estándar móvil
se ha desarrollado para resolver requisitos particulares del país o de los grupos de
interés implicado en su especificación.
Por esta razón, aunque un estándar puede ser conveniente para un país, puede
no ser conveniente para otros.
Los principales estándares que se han desarrollado para los diversos mercados
se resumen en la siguiente tabla:
23
RED GSM
Tabla 1.1
Ericsson es una de las principales compañías de telecomunicación adentro el
mundo y soporta mas de 450 redes por todo el mundo.
El producto clave de Ericsson es el intercambio digital del AXE que está en
servicio en las redes públicas más sofisticadas de Europa, América, Australia,
África y Asia. Una de las razones dominantes del éxito del AXE es que es modular
en diseño, lo cuál permite adaptarse fácilmente a una variedad amplia de usos. El
concepto de sistemas abiertos y de interfaces estandardizados es fundamental al
desarrollo de todos los productos nuevos de la telecomunicación dentro Ericsson.
Ericsson ha estado diseñando sistemas de radio celulares desde los años 70.
Ofrece los productos de la red para todos los estándares importantes, ambos:
análogo y digital. Los mercados más grandes de Ericsson, medido en el número
24
RED GSM
de los suscriptores que usan un sistema de Ericsson son Asia El Pacífico,
Norteamérica y Europa.
Ericsson es el proveedor de equipo móvil más acertado del mundo y teniendo el
30% del mercado de telefonía móvil a nivel mundial. Ericsson provee el 40% de
GSM del mundo y Sistemas de GPRS y el 40% de sistemas 3G de WCDMA.
1.2-SISTEMA GLOBAL PARA COMUNICACIONES MOVILES (GSM)
La siguiente tabla muestra la historia de las diferentes generaciones de la telefonía
celular:
GENERACIÓN CARACTERÍSTICA
Primera Generación
(1G)
Hizo su aparición en 1979 y se caracterizó por se analógica y
estrictamente para voz. La calidad de los enlaces era muy baja,
tenían baja velocidad (2400Bauds). En cuanto a la transferencia
entre celdas, era muy imprecisa ya que contaban con una baja
capacidad (Basadas en FDMA, Frequency Division Multiple
Access) y, además, la seguridad no existía. La tecnología
predominante de esta generación es AMPS (Advanced Mobile
Phone System).
Segunda Generación
(2G)
Arribo hasta 1990 y a diferencia de la primera se caracterizó por
ser digital.
El sistema 2G utiliza protocolos de codificación más sofisticados
y se emplea en los sistemas de telefonía celular actuales. Las
tecnologías predominantes son: GSM (Global System por Mobile
Communications); IS-136 (conocido también como TIA/EIA136 o
ANSI-136) y CDMA (Code Division Multiple Access) y PDC
(Personal Digital Communications), éste último utilizado en
25
RED GSM
Japón.
Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan
velocidades de información más altas por voz, pero limitados en
comunicación de datos. Se pueden ofrecer servicios auxiliares,
como datos, fax y SMS (Short Message Service). La mayoría de
los protocolos de 2G ofrecen diferentes niveles de encriptación.
En Estados Unidos y otros países se le conoce a 2G como PCS
(Personal Communication Services).
Generación 2.5GMuchos de
los proveedores
de servicios de
telecomunicacio
nes se moverán
a las redes
2.5G antes de
entrar
masivamente a
la 3. La
tecnología 2.5G
es más rápida,
y más
económica para
actualizar a 3G.
La generación
2.5G ofrece
características
extendidas, ya
que cuenta con
26
RED GSM
mas
capacidades
adicionales que
los sistemas
2G, como:
GPRS (General
Packet Radio
System),
HSCSD (High
Speed Circuit
Switched),
EDGE
(Enhanced Data
Rates for Global
Evolution), IS-
136B e IS-
95Bm entre
otros.
Tercera Generación
(3G)La 3G se
caracteriza por
contener a la
convergencia
de voz y datos
con acceso
inalámbrico a
Internet; en
otras palabras,
es apta para
aplicaciones
27
RED GSM
multimedia y
altas
transmisiones
de datos.
Tabla 1.2.
1.2.1-HISTORIA DE LA RED GSM
La siguiente tabla muestra la historia de la red GSM:
FECHA ACTIVIDAD
1982-1985 La conferencia europea de telecomunicaciones (CEPT)
Especifica el estándar para las telecomunicaciones europeas
En la banda de 900 Mhz, este estándar se conocería mas adelante
como Sistema Global de Comunicaciones Móviles
(GSM).
1986 Se realizan en Paris pruebas para seleccionar la
tecnología mas rápida en tiempo en cuanto a transmisión digital;
TDMA (acceso múltiple por división de tiempo) o FDMA (acceso
múltiple por división de frecuencia)
1987 Una combinación de tecnología TDMA y FDMA se utiliza
28
RED GSM
Para la tecnología de transmisión GSM.
Los responsables de 12 países firman un memorando llamado
(MoU) para introducir la red GSM para 1991.
1988 El CEPT comienza a producir las especificaciones para la
Fase de implementación de la red GSM.
Otros cinco países firman el (MoU).
1989 El ETSI (Instituto Europeo De Estándares De Telecomuni-
caciones) asume el control y la responsabilidad de las
Especificaciones de la red GSM.
1990 las especificaciones de la fase 1 fueron congeladas para
permitir que fabricantes pudieran desarrollar el equipo
Para la red GSM.
1991 El estándar GSM/1800 fue lanzado
Se realiza una muestra al CEPT para permitir que mas
Países firmen el MoU.
1992 Se terminan las especificaciones de la primera fase
Se inicia la primera fase comercial de la red GSM.
Se pone en servicio el primer rooming internacional
Entre Finlandia y Vodafone. En el Reino Unido.
1993 Australia se convierte en el primer país no europeo
En firmar el MoU.
El MoU ahora tenia un total de 70 firmas.
Las redes GSM se lanzan en Noruega, Austria, Irlanda
Hong kong y Australia.
El numero de suscriptores de la red GSM alcanza la cifra
De un millón.
El primer sistema comercial DCS 1800 es lanzado en el Reino
Unido.
1994 El MoU ahora tiene más de 100 firmas en 60 países.
Se hacen mas redes GSM
29
RED GSM
El total de subscritores de GSM excede los 3 millones.
1995 Se desarrollan las especificaciones para PCS en Estados
Unidos, esta versión de GSM trabaja a 1900 Mhz.
Continua la tendencia de crecimiento de las redes GSM
El numero de suscriptores aumenta en un índice de 10000
Por día.
En Abril hay 188 firmas en el MoU en 69 países.
1996 Se ponen en servicio los primeros sistemas GSM 1900.
Estos son compatibles con las PC 1900 estándar.
1998 El MoU tiene un total de 253 firmas en 100 países
Hay 70 millones de suscriptores de la red GSM a nivel
Mundial, que abarca el 31% del mercado móvil.
1999 las redes GSM existen en 179 países.
2002 la funcionalidad de la red GSM se extiende y se incorpora
EDGE, AMR y el servicio de soporte flexible.
2003 El número total de subscritores se eleva a 1 mil millones.
2004 Las redes GSM reemplazan en su mayoría a la tecnología
TDMA.
2005 En México comienza un bum en la comercialización de los servicios
de Multimedia, fotografía y video en las redes GSM
Tabla 1.3.
Debido a que la red GSM proporciona un estándar común, los suscriptores
celulares pueden utilizar sus teléfonos sobre toda la área de servicio de GSM que
incluye todos los países alrededor del mundo en donde existe el sistema GSM.
30
RED GSM
Tabla 1.4.
Además, La red GSM proporciona servicios al usuario tales como datos de
comunicación alta velocidad, facsímil, un Servicio de Mensaje Corto (SMS) y
Servicios Inteligentes de la Red (IN) tales como Redes Privadas Móviles Virtuales
(MVPNs). Las especificaciones técnicas de la red GSM están diseñadas también
para trabajar con otros estándares mientras que sus interfaces sean estándares
garantizados.
Finalmente, un aspecto clave de la GSM es que las especificaciones son
ampliables y puede ser construido para resolver las necesidades futuras.
31
Fecha
Dic 00
Jun 01
Dic 01
Abr 02
Abr 03
Feb 04
Total GSMUsuario
s
455.1
550.1
646.5
684.2
847.3
1024.3
GSM 900Usuario
s
229.3
287.6
348.4
361.4
426.2
323.4
GSM 1800Usuarios
63.7
75.8
88.5
82.6
98.3
117.3
GSM 1900Usuario
s
10.6
13.3
15.4
16.9
24.6
29.3
GSM 900/1800Usuario
s
151.5
173.4
194.2
223.3
298.1
536.9
RED GSM
Figura 1.4.
1.2.2-ESPECIFICACIONES DE LA RED GSM
La red GSM fue diseñada para ser plataforma independiente. Las especificaciones
de la red GSM no especifican los requisitos de hardware reales, pero especifica
las funciones y las interfaces a detalle dentro de la red. Esto permite que los
diseñadores del hardware sean creativos en cómo proporcionan la funcionalidad
real, en las mismas marcas del tiempo es posible para que operadores compren
el equipo de diferente fabricantes.
Las recomendaciones de la red GSM consisten en doce series enumeradas en la
tabla 1.4. Diversos grupos de trabajo de expertos escribieron cada una de estas
series. Un Centro permanente fue establecido para coordinar a los grupos de
trabajo así como para manejar y corregir las recomendaciones. Todos estos
grupos son organizados por el ETSI.
32
82 86 87 88 89 92 93 95 96 97
CEPT createdthe Groupe
Spécial Mobile
Operators sign the MoU
CEPT begins producing GSM specifications
ETSI takes over responsability for GSM specification
First commercial Phase 1 network
launched
Phase 2(Additional features)
First GSM 1900MHz systems(USA)
INTERNET
EXPLOSION
98 99
RELEASES
96 – HSCSD97 – GPRS98 – EDGE99 – UMTS
First GSM 1800MHz systems
Reserve thefrequency band
(900MHz)
RED GSM
SERIE CONTENIDO
01 General
02 Aspectos del servicio
03 Aspectos de la red MS
04 Protocolos e interfaces de BSS
05 Capas físicas en las fases de radio
06 Especificaciones de la codificación
07 Adaptadores de terminales para la MSC
08 Interfase entre BSS y MSC
09 La interconexión de la red
10 La interconexión de los servicios
11 Especificaciones y aprobación del equipo
12 Operación y mantenimiento.
Tabla 1. 5
La sección del GSM 1800 se escribe como pieza importante dentro de las
recomendaciones de la red GSM, dado que solamente se describen las
diferencias entre GSM 900 y GSM 800. El GSM 1900 se basa en GSM 1800 y se
ha adaptado para resolver los estándares del Instituto Nacional de Estándares
Americanos (ANSI). Pues veremos, que el GSM esta disponible en las
frecuencias se han ampliado para incluir al GSM 400 con frecuencias alrededor
450 Mhz y GSM en 800 Mhz.
1.2.3-FASES DE LA RED GSM
A final de los 80`s, los grupos implicados en desarrollar el estándar de la red
GSM, determino que no podría terminarse las especificaciones en cuanto a las
33
RED GSM
características y servicios de la red GSM dentro del tiempo-fase como
originalmente había sido planeada. Debido a esto, se decidió que la etapas de la
red GSM seria lanzada en fases. La fase 1 consistiría en un sistema limitado de
servicios y de características. Cada estructura de las nuevas fases ofrecerían
servicios y características ya existentes.
Figura 1.5.
FASE 1.
Las especificaciones para GSM fase 1 se completaron en 1990 y se dividen
en 12 grupos de recomendaciones, los cuales cubren los distintos aspectos del
sistema GSM. GSM fase 1 es una versión del estándar GSM que soporta
únicamente una parte de los servicios que originalmente se planearon para GSM.
La fase 1 contiene los servicios más comunes como son:
Telefonía para voz.
34
IdeaEstandarizaciònImplementaciòn/Servicio
Fase 1
Fase 2
Fase 2+
1989
1991
1995
1996
1997
1998
1999
HSCSD GPR
S EDGEUMTS
RED GSM
Roaming Internacional.
Servicios básicos de Fax/datos (arriba de 9.6Kbps).
Servicio de mensajes cortos (SMS).
También incorpora otras características como las tarjetas de Módulo de Identidad
del Suscriptor (SIM).
Figura 1.6.
FASE 2.
GSM fase 2 es la versión completa del estándar GSM. La principal
diferencia con GSM fase 1 es que tiene un buen número de servicios
suplementarios. Sin embargo, después de una revisión detallada, se encuentra
también que el protocolo de señalización MAP (Mobile Application Part) y el
protocolo entre la unidad móvil (Mobile Station, MS) y la infraestructura han sido
modificados en varias áreas.
Las características adicionales que fueron introducidas en GSM fase 2 son:
Estado de cuenta.
35
RED GSM
Identificación de línea de llamada.
Llamada en espera.
Retención de llamada.
Llamada en conferencia.
Usuario de Grupos Cerrados.
Capacidades de comunicación de datos adicionales.
FASE 2+.
Las actividades de GSM fase 2+ están organizadas como un conjunto de
actividades independientes, de tal manera que cada una de ellas podría ser
introducida con repercusiones mínimas o sin repercusiones sobre las otras. Se
han identificado más de 80 tareas en SMG (Special Mobile Group), éstas cubren
aspectos desde la radio transmisión, hasta el manejo de las llamadas. El reto de
GSM fase2+ era introducir gradualmente cambios importantes, mientras se trataba
de mantener la compatibilidad anterior y posterior.
Algunas de las características ofrecidas para la fase 2+ son:
Perfiles de servicio múltiple.
Planes de numeración privada.
Acceso a servicios Centrex.
Interacción con GSM 1800, GSM 1900 y el estándar Digital Enhanced
Cordless Telecommunications (DECT).
1.3-ESTRUCTURA GEOGRÁFICA DE LA RED GSM
36
RED GSM
La red de GSM se divide en dos sistemas. Cada sistema abarca a un número de
unidades funcionales o de componentes individuales de la red móvil. Los dos
sistemas son:
Sistema De Conmutación · (SS)
Sistema de Estación Base · (BSS)
Además, como con todas las redes de telecomunicaciones, GSM es manejado y
se le da mantenimiento desde centros automatizados.
Figura 1.7.
Abreviaturas:
37
RED GSM
AUC Centro De Autentificación
BSC Estación de Control Base
BTS Estación Transmisor-receptor Base
EIR Registro de identidad de Equipo
HLR Registro de Localización Local
MS Estación Móvil
MSC Centro de Conmutación de Servicios Móviles
NMC Centro De Dirección De Red
OMC Centro de Mantenimiento y Operación
VRL Registro De Localización Del Visitante
Los SS son responsables de realizar el proceso de llamada y las funciones
relacionadas con el suscriptor. Incluye las unidades funcionales siguientes:
MSC Centro de Conmutación de Servicios Móviles
HLR Centro de Localización de Registro
VRL Registro De Localización Del Visitante
AUC Centro De Autentificación
EIR Registro de Identidad de Equipo
El BSS realiza todas las funciones relacionadas con la radio. El BSS abarca las
unidades funcionales siguientes:
BSC Estación de Control Base
BTS Estación Transmisor-receptor Base
El OMC realiza todas las funciones de operación y mantenimiento, monitorea el
tráfico de la red así como las alarmas. El OMC tiene acceso a El SS y El BSS
38
RED GSM
El MS no pertenece a ninguno de estos sistemas.
Cada red telefónica necesita una estructura específica para enrutar llamadas
entrantes para que se haga un correcta conmutación para llegar al suscriptor. En
una red móvil, esta estructura es muy importante porque los suscriptores son
móviles. Como los suscriptores se mueven a través de la red, estas estructuras se
utilizan para supervisar su localización.
1.3.1- ESTACIONES MOVILES.
Una estación móvil es el instrumento utilizado para tener acceso dentro del
sistema celular.
A las estaciones móviles y portátiles generalmente se les conoce como unidades
de suscriptor o unidades de abonado, o simplemente unidades móviles.
Un suscriptor o abonado es un cliente que se suscribe a un servicio de telefonía
terrestre y/o a un servicio de telefonía móvil.
Las estaciones móviles pueden ser usadas en diferentes aplicaciones:
Instaladas en un automóvil.
Los transportables, que pueden ser usados en un carro, pero también
pueden ser fácilmente removidos para colocarlos en un bote, en el campo,
o simplemente llevados a mano en donde se necesiten.
39
RED GSM
Usados permanentemente como reemplazo de los teléfonos
convencionales (con alcancías) en lugares remotos fuera del área de
PSTN, pero con cobertura celular.
Usadas como teléfonos públicos en trenes, barcos, etc. Esto requiere
información de tarifas para ser enviada a canal de radio.
Figura 1.8.
TIPOS O CLASES DE MÓVILES.
Existen cuatro clases de potencia de estaciones móviles definidas para el
uso dentro del sistema celular. Las clases de potencia, en combinación con las
características de transmisión, crean el Station Class Mark (SCM) de una estación
móvil. La siguiente tabla muestra la clasificación de los MS.
40
RED GSM
Power Class NombrePotencia Efectiva
Radiada (ERP)
I Full Mobile 4 W
II Transportable 1.6 W
III Handheld 0.6 W
IV Handheld 0.6 W
Tabla 1.5.
Las configuraciones de potencia para las estaciones móviles están dadas
en niveles desde 0 a 10 que corresponden a los niveles predeterminados de
Potencia Efectiva Radiada (ERP) medidos en Watts. El nivel de potencia 0 es el
mas alto y 10 el más bajo. Las clases de estaciones móviles I, II y III pueden
operar en niveles de potencia desde 0 hasta 7, mientras la Clase IV puede operar
niveles desde 0 hasta 10. Los cambios en el nivel de potencia están bastados en
las lecturas de fuerza de la señal tomadas mientras el teléfono celular está en
operación y representa atenuación de 4dB.
El Control y Potencia de Salida determinan el nivel de potencia del MS utilizando
códigos de Atenuación del Control de Canal del Móvil (CMAC), Atenuación Digital
del Móvil (DMAC), y Atenuación del Control de Voz del Móvil (VMAC) basados en
la medición de fuerza de la señal en la BTS desde el MS.
Nivel de Potencia de la Estación
Móvil
Código de Atenuación
del Móvil (MAC
Potencia Nominal Transmitida (dBm) para Clases de Potencia de las Estaciones Móviles
I II III IV
0 0000 3 3 28 28
1 0001 3 3 28 28
41
RED GSM
2 0010 28 28 28 28
3 0011 24 24 24 24
4 0100 20 20 20 20
5 0101 16 16 16 16
6 0110 12 12 12 12
7 0111 8 8 8 8
8 1000 4
9 1001 0
10 1010 -4
Tabla 1.6.
La Estación Móvil tiene tres partes principales:
Handset:
Contiene todos los componentes del teléfono, incluye los dispositivos para
escuchar y hablar. El Handset alberga a las otras dos partes. Consiste de
un teclado y una pantalla para los dígitos marcados. La detección de las
teclas presionadas y la operación de la pantalla de cristal líquido es
manejada por un microprocesador.
Parte de Control:
Es la responsable de controlar la transmisión hacia la estación base.
La parte de control, la cual está basada también en un microprocesador,
maneja las siguientes tareas:
Señalización de datos en la ruta del radio de acuerdo a los
protocolos.
Controlar la parte de radio como seleccionar canal, comenzar a
transmitir, abrir ruta de canal, etc.
Comunicación con la parte operativa (Handset).
42
RED GSM
Parte de Radio:
Recibe las señales de la BTS y transmite señales de regreso a la BTS en
niveles de potencia adecuados.
La parte de radio consta de tres componentes:
Transmisor (TX).- Transmite la señal desde el MS a la BTS.
Receptor (RX).- Recibe la señal de la BTS.
Amplificador de potencia.- Amplifica las señales entrantes y salientes
en el MS.
El diseño de las estaciones móviles puede variar, ya que existe una gran
variedad de fabricantes. Algunas de las características encontradas en los
teléfonos celulares son las básicas de un teléfono a otro, mientras que al igual
presentan características adicionales dependiendo el estándar bajo el cual fueron
fabricados, por ejemplo AMPS, TDMA, etc.
9600269
Figura 1.9.
43
RED GSM
1.3.2-CÉLULA
Una célula es la unidad básica de un sistema celular y se define como área de la
cobertura de radio dada por un sistema de antenas de BS.
Cada uno célula se le asigna un número único llamado identidad de Célula
Global (CGI). En una red completa que cubre un país entero, el número de
células puede ser absolutamente alto.
La "célula" es el área de cobertura de una estación base, generalmente
representada de forma hexagonal. La zona a la que se quiere dar servicio se
divide en células, normalmente hexagonales.
Una célula es un área geográfica cubierta por señales de RF.
La fuente de RF está localizada en el centro de la célula.
La forma y tamaño de la célula dependen de muchos parámetros.
Potencia de transmisión (ERP).
Ganancia y patrón de la antena.
Ambiente de propagación.
Nivel de recepción de la señal (RSL) en el borde de la célula
(-90dbm definido en el borde de la célula).
Por lo tanto una célula es prácticamente irregular, y cada estación base tiene
diferente potencia de transmisión.
44
RED GSM
Figura 1.10.
Una célula se define por:
Tamaño físico.
Tamaño de la población.
Patrones de tráfico de la zona urbana.
El tamaño de las células no es algo fijo pero para poder trabajar con un área de
cobertura, debemos dividirla y estructurarla, es por esto que se utilizan las células
hexagonales, y los diferentes tamaños de éstas.
El radio de la célula está dada por la siguiente expresión:
Donde: R = radio de la célula
r = distancia del centro al vértice y que es prácticamente el radio de la
célula y la región Handover
Esta fórmula fue desarrollada por un empleado de Lucent y se encuentra
actualmente en uso.
45
RED GSM
Figura 1.11
Megacélulas.
Las Megacélulas son las que más amplia área de cobertura soportan, con
un radio mayor a los 35Km. Estas células, como podemos ver, se han establecido
en ambientes de muy poco tráfico o de tráfico ocasional.Las podemos encontrar
en ambientes rurales o en cobertura de carreteras, con éstas es posible cubrir una
gran extensión de tierra con una sola radio base.
Macrocélulas.
Las Macrocélulas se encuentran en el rango de 1 a 35Km. Estas células
están diseñadas y varían su tamaño con respecto, también, al tráfico de la región.
Se han establecido en ambientes urbanos poco densos, así como en ambientes
rurales con buena cantidad de tráfico. Estas células proveen servicios en
ambientes Outdoor y vehiculares. Sin embargo, para ambientes urbanos intensos
estos dos tipos de células no son suficientes.
Microcélulas.
Las Microcélulas son establecidas como la siguiente jerarquía de tamaño.
Su tamaño puede variar a menos de 1Km. Estas pueden soportar ambientes
urbanos intensos Indoor/Outdoor. Está claro que para poder proveer estos
tamaños, es necesario un exhaustivo estudio probabilística y estadístico, así como
una buena planeación del sistema celular a fin de lograr un buen re-uso de
frecuencia.
46
RED GSM
Picocélulas.
Las Picocélulas están diseñadas para ambientes urbanos intensos y
ambientes Indoor, llegan a medidas de menos de 50m.
Figura 1.12.
1.3.3 ÁREA DE LOCALIZACIÓN (LA)
Un área de localización (LA) se define como grupo de células. Dentro de la red la
localización de un suscriptor se liga al LA en el cual se localizan actualmente. La
identidad del LA actual es almacenado en el VLR.
Cuando un MS cruza el límite entre dos células que pertenecen a diferentes LA, se
debe reportar su nueva área de localización a la red. Si cruza un límite de célula
dentro de una LA, no se reporta su nueva localización de la célula a la red.
Cuando hay una llamada para un MS, un mensaje es propagado a todas las
células que pertenecen al LA.
1.3.4-ÁREA DE SERVICIO DE LA MSC
47
RED GSM
El área de servicio de la MSC se compone de un número de LA y representa la
parte geográfica de la red controlada cerca de una MSC. Para poder encaminar
una llamada a un MS, el área de servicio de la MSC también registra y supervisa
al suscriptor.
Al corazón del sistema de radio celular se le conoce como Mobile Switching
Center o Centro de Conmutación de Servicios Móviles (MSC).
El MSC es un producto de conmutación digital para telefonía celular, diseñado por
sistemas de comunicación celular en el rango de los 800 MHz.
Tiene diferentes acrónimos tales como Digital Multiplex Switch - Mobile Telephone
Exchange (DMS-MTX), Mobile Switching Office (MTSO). El nombre depende del
fabricante.
El área de servicio de la MSC del suscriptor se almacena en el HLR.
Figura 1.13.
El MSC se considera parte de la familia de PSTN y las funciones celulares que
proporciona son:
1. Administra y controla el equipo y las conexiones de los sitios celulares.
48
RED GSM
2. Soporta varias técnicas de acceso múltiple como: AMPS, TDMA, CDMA y
CDPD (sólo datos).
3. Proporciona la interfaz con la PSTN y las radio bases por medio de enlaces
T1
4. Proporciona y administra el registro de ubicación de usuarios locales ó
Home Location Register (HLR).
5. Soporta interconectividad entre sistemas (IS-41).
6. Soporta funciones de procesamiento de llamadas.
7. Proporciona la medición y monitoreo de operaciones, así como facturación
(O&M).
1.3.5-ÁREA DE SERVICIO DEL PLMN
Una red móvil de área publica (PLMN) es el sistema entero de células servidas por
un operador de red y se define como el área en la cual un operador ofrece la
cobertura de
Radio y tiene acceso a su red. En cualquier un país puede haber varios Áreas de
servicio de PLMN, uno para la red de cada operador móvil.
La Public Land Mobile Network (Red Pública Móvil) es la red formada para el
sistema celular. Los componentes de esta estructura como hemos mencionado
son:
Centro de Conmutación de Servicios Móviles (MSC).
Radio Bases (RBS).
Estaciones Móviles (MS).
49
RED GSM
Cada PLMN es una red de capas de componentes que están agrupadas dentro de
áreas.
La célula es la unidad básica de la PLMN. La red de telefonía móvil está dividida
en muchas células. Cada Célula es controlada por una RBS, la cual está
conectada a una MSC.
Un número de células pueden agruparse para formar un Área de Localización
(LA). Un número de áreas de localización, controladas por una MSC, pueden
agruparse para formar un Área de Servicio.
Una o más Áreas de Servicio están combinadas para formar una PLMN.
50
RED GSM
Figura 1.14
1.3.6-ÁREA DE SERVICIO DE LA RED GSM
El área de servicio de la red GSM es el área geográfica entera en la cual el
suscriptor puede acceder a una red GSM. El servicio de la red GSM aumenta
mientras más operadores firman contratos donde acuerdan trabajar juntos.
Actualmente, el área de servicio de la red GSM atraviesa docenas de países a
través del mundo, de Irlanda a Australia, Del sur África y América.
51
RED GSM
Figura 1.15.
El rooming internacional es el término aplicado cuando un MS se mueve
A partir de un PLMN a otro cuando se encuentra en el exterior.
Las figuras de abajo son ejemplos demostrativos de una red GSM:
· La primera figura demuestra los nodos de red y su estructura a través de la red.
Para su simplificación, esta puede ser referida a través del hardware.
· La segunda figura demuestra la configuración geográfica de la red. Para la
simplicidad, esta puede ser referida a través del software de la red.
52
RED GSM
Figura 1.16.
53
RED GSM
1.4. BANDAS DE FRECUENCIA DE LA RED GSM
Debido al crecimiento de las redes GSM por todo el mundo, Esta se ha ampliado
para funcionar en cuatro bandas de frecuencia principales: 900. 1800.1900 y 800.
Figura 1.17.
1.4.1. GSM 900
La banda de frecuencia original especificada para la red GSM era de 900 Mhz.
La mayoría de las redes GSM por todo el mundo utilizan esta frecuencia. En
algunos países se puede utilizar la versión extendida de GSM900, la cuál
proporciona capacidad adicional de la red.
Consta de 124 canales en dos sub-bandas de 25MHz cada una en los rangos
890MHz a 915Mhz para Uplink y 935MHz a 960MHz para Downlink, con ancho de
banda (BW) por canal de 200 Khz. Cada portadora se divide en tramas donde
cada trama tiene 8 ranuras de tiempo (timeslot), con una duración de trama de
4.6ms.
Ha sido adoptado en varios países, incluyendo una gran parte de Europa, el norte
de África, Medio Oriente, varios países de Asia y Australia.
54
RED GSM
En la mayoría de estos casos hay acuerdos y convenios de Roaming que permiten
que los abonados viajen a distintas partes del mundo y disfruten de un servicio
contínuo de Telecomunicaciones, con el mismo número y un sólo recibo.
Esta versión extendida del GSM se llama E-GSM, mientras que la versión
primaria se llama P-GSM.
1.4.2. GSM 1800
En 1990, para aumentar la competencia entre los operadores, Reino Unido
solicitó el comienzo de una nueva versión del GSM adaptado a la banda de
frecuencia de 1800 Mhz.
Consta de 374 canales en dos sub-bandas de 75MHz cada una en los rangos
1710Mhz a 1785MHz para Uplink y 1805MHz a 1880MHz para Downlink, con un
ancho de banda por canal de 200KHz.
La adaptación de GSM a la banda de los 1800MHz se denomina DCS 1800
(Digital Cellular System 1800), DCS 1800 también está siendo ampliamente
adoptado y utilizado en varios países de Asia y algunos países de Sudamérica.
Las licencias han sido publicadas en varios países y las redes han permanecido
en completa operación.
Contando con la licencia para GSM 1800 y además la de GSM 900, el país puede
aumentar el número de operadores. De esta manera, debido a la competencia
creciente, el servicio a los suscriptores se mejora.
1.4.3. GSM 1900
55
RED GSM
En 1995, el concepto de servicio personal de las comunicaciones (PC) fue
especificado en los Estados Unidos.
La idea básica es permitir comunicación "personal" más bien que "estación a
estación".
Consta de 299 canales en dos sub-bandas de 60MHz cada una en los rangos
1850MHz a 1910MHz para Uplink y 1930MHz a 1990MHz para Downlink, con
ancho de banda por canal de 200kHz.
GSM 1900, también llamado PCS 1900 (Personal Communication Services 1900)
está basado en GSM 1800 para Norteamérica, actualmente ya cubre un área
substancial de los Estados Unidos de América.
Estos sistemas tendrán una forma de Roaming (internacional-intersistemas, GSM
900, DCS 1800, PCS 1900) basada en el Módulo de Identidad del Suscriptor (SIM,
Subscriber Identity Module). Un abonado de cualquiera de estos tres sistemas
puede acceder los servicios de telecomunicaciones utilizando la tarjeta SIM en una
unidad móvil.
La diferencia principal entre el estándar americano del GSM 1900 y el GSM 900 es
que soporta la señalización ANSI.
1.4.4. GSM 800
El sistema multibanda que soporta Ericsson GSM, trabaja en la frecuencia de
800Mhz, con esto se incrementara la capacidad de los operadores que tengan la
licencia de esta frecuencia.
56
RED GSM
Esta banda de frecuencia fue utilizada tradicionalmente por TDMA en los E.E.U.U..
1.5. TÉRMINOS USADOS
Los términos usados que describen casos y situaciones de la llamada a un MS se
precisan abajo.
Un MS puede tener uno de los estados siguientes:
-libre: el MS esta encendido pero no hay llamada en curso.
-Activo: el MS esta encendido y hay una llamada en curso.
-Separado: el MS esta apagado.
La tabla siguiente define los términos más usados para describir la red GSM en
sus casos de tráfico (no hay casos de tráfico en modo separado):
MODO TERMINO DESCRIPCION
LIBRE REGISTRO
ROOMING
ROOMINGINTERMACIONAL
ACTUALIZAR LA LOCALIZACION
ESTE PROCESO INFORMA A QUE RED ESTA UNIDO EL MS
CUANDO UN MS SE MUEVE ATRAVES DE VARIAS REDES EN MODO LIBRE, A ESTO SE LE CONSIDERA ROOMING.
CUANDO UN MS SE MUEVE ATRAVES DE UNA RED QUE NO ES SU RED NACIONAL, ESTO ES CONOCIDO COMO ROOMING INTERNACIONAL, LA RED NACIONAL DEBE ESTAR DEACUERDO CON LA RED VISITADA PARA DAR EL SERVICIO.UN MS DEBE INFORMAR CUANDO ENTRA A UNA NUEVA AREA LOCAL (LA).
57
RED GSM
ACTIVE
LOCALIZACION
VOCEAR
HANDOVER
ESTO ES UNA FUNCION DE LA BSC, LA CUAL EVALUA CONTINUAMENTE LA CONEXIÓN DEL MS Y EN CASO NECESARIA HACE EL CAMBIO A OTRA CELULA, LA DECISION LA TOMA LA BSC BASADA EN LA INFORMACION QUE MANDA EL MS Y LA BTS.
ES EL PROCESO EN EL QUE UNA RED INTENTA ENTRAR EN CONTACTO CON EL MS, UN MENSAJE PARA VOCEAR TRANSMITE EL CONTENIDO DEL MS.ESTE ES EL PROCESO, DONDE UNA LLAMADA CAMBIA DE UN CANAL FISICO A OTROMIENTRAS EL MS SE ESTA MOVIENDO
TABLA 1.7.
1.6-REGISTRO MS Y ROOMING
Cuando un suscriptor enciende su MS y este se encuentra en una red fuera de la
suya pasa lo siguiente:
Cuando el suscriptor enciende el MS la red GSM explora las frecuencias para los
canales especiales llamados canales del control. Cuando encuentra un canal del
control, el MS mide la fuerza de la señal, lo recibe en ese canal y lo registra.
Cuando se ha medido todos los canales toma el control el canal que tenga la señal
más fuerte.
Cuando el MS acaba de encenderse, el MS debe colocarse con la red que
entonces actualizara su estado libre.
Si la localización del MS actual es diferente a la localización almacenada entonces
la localización actual tomara el lugar de la almacenada.
Como el MS se mueve a través de la red, continúa explorando el control de los
canales para asegurarse de que está conectado al canal más fuerte posible. Si el
MS encuentra uno que sea más fuerte, entonces el MS se conecta a este nuevo
58
RED GSM
canal 2 del control. Si el nuevo canal de control pertenece a un LA nuevo, el MS
también informará a red de su nueva localización.
Figura 1.18.
59
RED GSM
CAPITULO 2.- CONCEPTOS BASICOS DE COMUNICACIONES INALAMBRICAS
Este capitulo provee una introducción a los conceptos básicos de la
comunicaciones inalámbricas.
OBJETIVOS:
· describe el concepto de frecuencia
· describe la técnica acceso múltiple por división del tiempo (TDMA)
· describe algunos problemas de transmisión
· describe el método usado para solucionar problemas en la transmisión
60
RED GSM
CONTENIDO:
2.1. CONCEPTOS DE FRECUENCIA
2.1.1. FRECUENCIA
2.1.2. ANCHO DE BANDA
2.1.3. CANALES
2.1.4. VELOCIDAD DE TRANSMISION
2.1.5. MÉTODOS DE MODULACIÓN
2.1.6. ACCESO MULTIPLE POR DIVISION DEL TIEMPO (TDMA).
2.2. TRANSMISION ANALOGA Y DIGITAL.
2.2.1. INTRODUCCIÓN A LA TRANSMISION ANALOGA Y DIGITAL
2.2.2. VENTAJAS DE USAR TRANSMISION DIGITAL
2.3. PROBLEMAS DE TRANSMISIÓN
2.3.1 PÉRDIDA DE TRAYECTORIA
2.3.2. SOMBREADO
2.3.3 INTERFERENCIAS
2.3.4. PERDIDA MULTIDIRECCIONAL
2.3.5. ALINEACIÓN DEL TIEMPO
2.3.6. PÉRDIDA COMBINADA DE SEÑAL
2.4 SOLUCIONES A LOS PROBLEMAS DE TRANSMISIÓN
2.4.1 CODIFICACIÓN DEL CANAL
2.4.2. INTERPOLACIÓN
2.4.3. ADAPTANTE DE ECUALIZACION
2.4.4. BRINCOS DE FRECUENCIA
2.4.5. AVANCES EN TIEMPO
61
RED GSM
2.1. CONCEPTOS DE FRECUENCIA
La tabla siguiente resume las especificaciones de frecuencias relacionadas en
cada uno de los sistemas de la red GSM. Los términos usados en la tabla son
descritos después en este capitulo:
SISTEMA GSM 800 P-GSM
900
E-GSM
900
GSM
1800
GSM
1900
FRECUENCIAS:
UPLINK
DOWNLINK
LONGITUD DE
ONDA
ANCHO DE
BANDA
DISTANCIA
DUPLEX
SEPARACION
DEL
824-
849Mhz
869-
894Mhz
37.5 cm.
25 Mhz
45 Mhz
200 Khz
890-
915Mhz
935-
960Mhz
33 cm.
25 Mhz
45 Mhz
200 khz
880-
915Mhz
925-
960Mhz
33 cm
35 Mhz
45 Mhz
200 Khz
1710-
1785
Mhz
1805-
1880
Mhz
17 cm.
75 Mhz
95 Mhz
200 Khz
1850-
1910
Mhz
1930-
1990
Mhz
16 cm.
60 Mhz
80 Mhz
200 Khz
62
RED GSM
PORTADOR
CANALES DE
RADIO
VELOCIDAD DE
TRAMSMISION
125
270 Kbits/s
125
270 Kbits/s
175
270 Kbits/s
375
270
Kbits/s
300
270
Kbits/s
Tabla 2.1 Especificaciones de frecuencias.
Cada red GSM utiliza un canal como canal protector. Esto reduce el número de
los canales disponibles para tráfico por uno. Esto se utiliza para separar
frecuencias de la red GSM de las frecuencias vecinas, 889 Mhz. De esta manera
hay una protección adicional que asegura la calidad de las llamadas.
2.1.1. FRECUENCIA
Un MS se comunica con una BTS transmitiendo o recibiendo la radio ondas, las
cuáles consisten en energía electromagnética. La frecuencia de la onda de radio
es el número de veces por las cuales la onda oscila en un segundo de tiempo. La
frecuencia se mide en Hertz (hz), donde 1 hz indica una oscilación por segundo.
También describimos las ondas de radio en términos de amplitud y fase. En
términos simples la amplitud es el voltaje o la altura de la onda y la fase es la
forma, o figura, de una oscilación en un cierto plazo.
Las radiofrecuencias se utilizan para muchos usos en el mundo actualmente.
63
RED GSM
Algunas aplicaciones comunes son:
Televisión 300 Mhz aprox.
Radio FM 100 Mhz aprox.
Radio policía Dependiente del país
Redes móviles 300 - 2000 Mhz aprox.
Las frecuencias usadas por las redes móviles varían según el estándar que es
utilizado (como estas frecuencias se utilizan para llevar la información, se conocen
como frecuencias portadoras).
Un operador solicita una frecuencia disponible o, como en los Estados Unidos, las
ofertas del operador para bandas de frecuencia entran en una subasta. El
diagrama siguiente muestra las frecuencias usadas por los estándares móviles
principales:
Figura 2.1
LONGITUD DE ONDA
Existen diferentes tipos de ondas electromagnéticas. Estas ondas electromagnéticas
pueden ser representadas con una función senusoidal, con una cierta longitud de
64
RED GSM
banda. La longitud de onda (λ) es la distancia de un periodo completo y es medida en
metros.
La frecuencia y la longitud de onda son la vía de velocidad de propagación, la
velocidad de la onda de radio es de 3 x 10 8 m/s
La longitud de onda a una cierta frecuencia es determinada usando la siguiente
formula:
Longitud de onda = velocidad/ frecuencia
Entonces, para GSM 900 la longitud de onda es:
Longitud de onda = 3 x 10 8 m/s / 900 Mhz
Longitud de onda = 300,000,000 m/s / 900,000,000
Longitud de onda = 0.33 m (33 cm)
Con esta formula se puede determinar que a mayor frecuencia, menor longitud de
onda. Y a bajas frecuencias, gran longitud de onda, este último caso es usado para
transmisiones a largas distancias, debido a las condiciones de la superficie de la tierra
y a la atmósfera.
La radio y la televisión son unos ejemplos de la aplicación de frecuencias bajas
65
RED GSM
Las altas frecuencias con longitudes de onda pequeños, son mejores para las
transmisiones a pequeñas distancias, debido a que son mas sensibles a los
problemas, como obstáculos en la trayectoria de transmisión.
Las frecuencias usadas en los sistemas móviles son las frecuencias altas debido a
los inconvenientes que ocasionan las frecuencias bajas.
2.1.2. ANCHO DE BANDA
El ancho de banda es el término usado para describir el rango de frecuencia
asignada a una aplicación. El ancho de banda dado su uso depende de la
cantidad de espectro disponible en la frecuencia.
El rango del ancho de banda disponible es un factor importante que determina la
capacidad de un sistema móvil, así como el número de llamadas que pueden ser
tomadas.
2.1.3. CANALES
Otro factor importante en la determinación de la capacidad de un sistema móvil es
el canal.
Un canal es una frecuencia o un sistema de frecuencias el cual se asigna para
transmitir y recibir la información. Los canales de comunicaciones en cualquiera de
sus formas pueden ser uno de los tipos siguientes:
66
RED GSM
TIPO DESCRIPCION EJEMPLO
SIMPLEX UNA VIA RADIO, TELEVISION
HALF
DUPLEX
DOS VIAS
SOLO UNA A LA VEZ
RADIO DE POLICIA
FULL
DUPLEX
DOS VIAS
AMBOS AL MISMO TIEMPO
SISTEMAS MOVILES
Tabla 2.2.
Los canales de un sistema celular son los medios por los cuales se
transmite la información entre radio base y unidad móvil, también controla la forma
en que esta información es enviada, la información de control y señalización
necesarias para establecer una conversación estable. Aunque existen diferentes
maneras de clasificarlos, podemos definirlos en dos grandes grupos, canales
físicos y canales lógicos.
Canales Físicos.El canal físico está caracterizado por una técnica de modulación, por un
nivel de potencia y por uno o varios de las siguientes características: ranura de
tiempo (timeslot), código, frecuencia, o área geográfica, según la técnica de
acceso múltiple empleada. Estos canales son los que sirven de enlace en la capa
física, en pocas palabras se trata de canales de radios. Es importante establecer
las características que los identifican.
67
RED GSM
Canales Lógicos.Los canales lógicos pueden ser usados para enlazar la capa física con la
capa de datos dentro de las capas de la red GSM.
Estos canales lógicos transmiten eficientemente los datos de usuario, a parte de
proporcionar el control de la red en cada ARFCN. GSM proporciona asignaciones
explícitas de las ranuras de tiempo de las tramas para los diferentes canales
lógicos.
Los canales lógicos se pueden separar en dos categorías principalmente:
Canales de tráfico (TCHs).
Canales de control.
CANALES DE TRÁFICO.
Los TCHs llevan voz codificada digitalmente o datos y tienen funciones
idénticas y formatos tanto para el Downlink como para el Uplink.
Los canales de tráfico en GSM pueden ser de velocidad completa (Full Rate) o de
media velocidad (Half Rate), y pueden llevar voz digitalizada o datos de usuario.
Cuando transmitimos a velocidad completa, los datos están contenidos en un ST
por trama. Cuando transmitimos a media velocidad, los datos de usuario se
transportan en la misma ranura de tiempo, pero se envían en tramas alternativas.
CANALES DE CONTROL.
Dentro del modelo OSI, la capa física se relaciona con la de enlace
mediante una serie de canales lógicos, que se dividen en canales de voz y datos,
68
RED GSM
conocidos con el nombre de canales de tráfico (TCH), y canales de control y
señalización (CCH).
Los canales de voz y datos pueden transmitir en dos modos: Full (TCH/F) a
22.8Kbps, y Half (TCH/H) a 11.4Kbps. Un canal físico transmite un canal en modo
Full o dos en modo Half.
Los canales de control llevan comandos de señalización y control entre las
estaciones base y la estación móvil. Se definen ciertos tipos de canales de control
exclusivos para el Uplink o para el Downlink.
Un canal simplex , como por ejemplo una estación de radio FM, utiliza una sola
frecuencia en una dirección solamente. Un canal duplex, por ejemplo es utilizado
durante una llamada móvil, y utiliza dos frecuencias: uno hacia el MS y otro del
MS. La dirección del MS a la red es llamado uplink. La dirección de la red al MS es
llamado downlink.
69
RED GSM
Figura 2.2.
Las frecuencias que utiliza el uplink son las más bajas, esto debido a que se
requiere menor energía para transmitir frecuencias bajas, lo que beneficia el
ahorro de energía en la batería del MS.
DISTANCIA DUPLEX:
El uso del canal full duplex requiere que las transmisiones tanto de uplink y
downlink sean separados en frecuencia por una distancia mínima, esta distancia
es conocida como distancia duplex. Sin esta distancia, las frecuencias del uplink y
del downlink interferirían la una con la otra.
70
RED GSM
Figura 2.3.
SEPARACION DE PORTADORA:
Además de la distancia duplex, cada sistema móvil incluye una separación de
portadora (también conocida como portadora de ancho de banda). Ésta es la
distancia en la banda de frecuencia entre los canales que son transmitidos en la
misma dirección. Esto se requiere para evitar el traslapo de la información de un
canal a un canal adyacente.
La longitud de la separación entre dos canales depende de la cantidad de
información que se transmitirá dentro del canal. Entre mayor sea la cantidad de
información a transmitir, mayor es la cantidad de la separación requerida. En la
red GSM la separación del portador es de 200 Khz.
Figura 2.4.
71
RED GSM
En la figura de arriba, se puede ver que la información que se enviará continúa la
frecuencia portadora de 895.4 Mhz. Lo mismo pasa con la información que se
enviará a 895.6 Mhz. Para evitar interferencia entre los dos sistemas de
información, se requiere una distancia de separación de 200 Khz. Si se utiliza una
separación menor, un usuario de 895.4 Mhz puede experimentar interferencia o
ruido con un usuario de 895.6 Mhz.
REUTILIZACION DE FRECUENCIA Y CAPACIDAD:
El número de frecuencias en una célula es lo que determina la capacidad de la.
Cada compañía con licencia de una red móvil se le asigna un número limitado de
frecuencias. Se distribuyen éstas a través de las células en su red. Dependiendo
de la carga del tráfico y la disponibilidad de frecuencias, una célula puede tener
uno o más frecuencias asignadas a ella.
Es importante al asignar frecuencias que la interferencia sea evitada. La
Interferencia puede ser causada por una variedad de factores. El factor mas
común es el uso de frecuencias similares de una célula a otra. En cuanto más alta
sea la interferencia, más baja es la calidad de la llamada.
Para cubrir un país entero, por ejemplo, las frecuencias deben ser reutilizadas
muchas veces en diversas localizaciones geográficas para proporcionar a red con
suficiente capacidad.
72
RED GSM
Figura 2.5.
Las mismas frecuencias no pueden ser reutilizadas en células vecinas por que
interferirían una con otra, los patrones del uso de las frecuencias se determinan
durante un especial planeamiento de la red.
Estos patrones de la reutilización de la frecuencia se aseguran de que cualquier
frecuencia que es reutilizada estén situadas a una distancia suficiente para
asegurar nada o poca interferencia entre ellos. En la reutilización de la frecuencia
el término "distancia "se utiliza para describir la distancia entre dos patrones de
reutilización idénticos en frecuencia. Entre más baja es la distancia de reutilización
de la frecuencia, más es la capacidad disponible en la red.
Las estructuras o modelos que permiten de forma ininterrumpida la
cobertura de una determinada área, son configuraciones a modo de panal de
abejas, basadas en 4, 7, 12 o 21 células, siendo la de 7 la más común. El número
total de canales por célula, directamente ligado a la capacidad de manejo de
tráfico, depende del número total de canales disponibles y del tipo del plan, según
la fórmula:
No. de canales por célula = No. total de canales / Plan (4, 7, 12, 21)
73
RED GSM
Cuantas más pequeñas sean las células, mayor será el número de operaciones
intracelulares del sistema, al poder asignar conjuntos de frecuencias diferentes
para áreas o células distintas.
Pero también existen clusters de una sola célula, esto se da en los sistemas que
utilizan la tecnología CDMA y redunda en un aprovechamiento total de canales.
Figura 2.6.
2.1.4. VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN(falta complementar)
La cantidad de información transmitida sobre un canal de radio en un periodo de
tiempo se le conoce como velocidad de transmisión. La velocidad de transmisión
es expresada en bits por segundo o bit/s. En la red GSM la velocidad en bits a
través del aire es de 270kbit/s.
74
RED GSM
2.1.5. MÉTODO DE LA MODULACIÓN
En GSM 900 se le asigna al suscriptor un timeslot, en una frecuencia, alrededor
900 Mhz. Ésta es la frecuencia que llevará la voz o datos, en formato digital se
llama una frecuencia portadora o, simplemente, una portadora. Mas adelante se
vera cómo se transforma la voz de su forma análoga original en forma digital, por
ahora, veremos cómo la onda portadora lleva realmente la información digital.
En un nivel básico, para que una frecuencia portadora pueda llevar la información
digital debemos poder modificar la forma de onda portadora de cierto modo que
se pueda representar en un uno digital (1) y en cero digital (0). Este proceso de
modificación se llama ' modulación ' y hay diversos métodos de modulación.
Podemos modificar la amplitud, frecuencia o fase de la portadora, ya que esta
modificación será a final de cuentas la señal de entrada en su versión digital y que
representa su configuración en bits.
Por ejemplo, podemos modificar la amplitud de una forma de onda de modo que a
una amplitud más alta represente un 1 digital y a la entrada, o sin modificar, la
forma de onda represente un 0 digital. Dependiendo del método de modulación
utilizado, cada modulación de la forma de onda puede representar uno o varios
bits.
Cualquier esquema de modulación aumenta la carga del portador y por lo tanto
hay un límite dado por el ancho de banda disponible. En la red GSM, el ancho de
banda de la portadora es de 200 Khz.
La técnica de modulación usada en la red GSM es la Modulación de
desplazamiento Mínimo Gausiana (GMSK) y es una forma de modulación de la
fase, o ' desplazamiento de fase el afinar ' como se le llama. GMSK permite la
75
RED GSM
transmisión de 270kbit/s dentro de un canal 200kHz. Esto da una velocidad de bit
de 1.3 bit/s por Hz. Esta es una velocidad de bit algo bajo pero aceptable dado
que GMSK tiene un nivel alto de interferencia resistiva.
La capacidad de canal en la red GSM no tiene una comparación favorable con
otros estándares móviles digitales, en los cuales pueden caber mas bits en un
canal. De esta manera la capacidad de otros estándares móviles es más alta. Sin
embargo, GMSK ofrece más tolerancia de interferencia. Esto alternadamente
permite una reutilización más apretada de frecuencias y conduce a un aumento
total en capacidad, el cual supera a otros sistemas.
En un sistema de comunicaciones móviles los usuarios no se conectan
directamente con otro usuario, algo que a veces la distancia entre ellos haría
imposible. La comunicación se realiza a través de una estación base, que cubrirá
las transmisiones de un área delimitada llamada célula o celda. El conjunto de las
estaciones del sistema componen una estructura celular, que hace que los
sistemas de telefonía móvil se les llamen sistemas celulares. Existen varios
métodos para permitir que los equipos de usuario y la estación base se
comuniquen, compartiendo el mismo medio. A estos métodos se les llama
métodos de acceso múltiple.
76
RED GSM
Figura 2.7.
2.1.6. MÉTODO DE ACCESO: ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE TIEMPO (TDMA)
TDMA (Múltiple Acceso por División de Tiempo) es una de las tecnologías
que proveen de servicio digital inalámbrico usando multiplexación por división de
tiempo. TDMA trabaja al dividir un canal de frecuencia de radio en ranuras de
tiempo, y asigna estas ranuras hacia múltiples usuarios. Cada dos ranuras son
asignadas a un sólo móvil.
TDMA asigna un solo canal de frecuencia por un tiempo corto y después se
mueve a otro canal. Las muestras digitales de un solo transmisor ocupan diversas
ranuras de tiempo en varias bandas al mismo tiempo.
77
RED GSM
Aunque esto también varía conforme al sistema, ya que GSM utiliza la misma
técnica, pero con capacidad de atender 8 usuarios simultáneamente.
El multiplexor recoge los datos de unos buffers, cada uno correspondiente a una
fuente de datos diferente, donde se van acumulando. En recepción el
demultiplexor los va depositando en el buffer destino apropiado. En ambos
extremos se trabaja con la misma tasa: hay una fuente origen que pasa los datos
al canal a la misma velocidad con que son recogidos en el otro extremo, de forma
que no es necesario ningún mecanismo de control de flujo.
Figura 2.8.
Si la fuente no tiene nada que comunicar a su ranura estará vacío en la trama y se
estará desperdiciando la capacidad del canal: TDM síncrono es una técnica
sencilla, pero no es muy eficiente. Cuando TDM quiere manejar fuentes con
distinta velocidad asigna un mayor número de ranuras por ciclo a éstas.
En el caso de control de errores ocurre algo similar, no parece provechoso solicitar
la retransmisión de una trama TDM completa sólo porque haya ocurrido un error
en un canal.
78
RED GSM
En el receptor, el deconmutador (muestreador) se tiene que sincronizar con la
forma de onda de entrada de modo que la información correspondiente a la fuente
1, por ejemplo, aparezcan en la salida del canal1. Esto se llama sincronización de
tramas.
Figura 2.9
Con la evolución hacia nuevos servicios de voz y datos que se han introducido a
los sistemas de 2G, TDMA (IS-136) y GSM han experimentado la necesidad de
incrementar las capacidades de sus anchos de banda, ya que con la saturación
del espectro es cada vez más difícil. Para lograr vencer estas necesidades se han
contemplado cuatro técnicas posibles, las cuales incrementan la velocidad de
transmisión e introducen el manejo de información por paquetes de datos. Con
esta última técnica se hace posible la introducción del servicio de Internet móvil.
Las técnicas son:
HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) se basa en circuitos
conmutados de alta velocidad, proporciona una velocidad de 58Kbps.
Permite acceder a varios servicios simultáneamente. Es parecida a la actual
RDSI (Red Digital de Servicios Integrados).
79
RED GSM
CDPD (Cellular Digital Packet Data) servicio de transmisión de datos
estándar que se puede añadir a las redes móviles digitales TDMA dentro de
la asignación de frecuencias existente para soportar servicios básicos de
Internet móvil.
Es la primera tecnología en el mundo de datos por paquetes que reúne los
requisitos del TCP/IP. Los datos son transmitidos por canales dedicados o
disponibles, a velocidades de hasta 19.2Kbps Asíncrono, Full Duplex.
GPRS (General Packet Radio Service) puede llegar a velocidades de
115Kbps. Al contrario que HCSD que para su implementación requiere
únicamente de actualización software, GPRS necesita de un hardware
específico para el enrutamiento a través de una red de datos.
EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) nos acerca a las capacidades
que otorga 3G en la comunicación. En combinación con GPRS puede
alcanzar velocidades de 384Kbps.
Existen otros dos métodos de acceso que mencionaremos brevemente:
CDMA (Múltiple Acceso por División de Códigos) fue desarrollado por
QUALCOMM Incorporated. CDMA a diferencia de TDMA y FDMA coloca a los
usuarios en el mismo canal al mismo tiempo. CDMA, que es la tecnología que usa
CDMAOne y en la que se basa WCDMA, utiliza canales de 1.25MHz,
respectivamente, no de 30Khz, o de 200Khz, como en el caso de TDMA y GSM.
El funcionamiento básicamente, es que una señal de banda angosta que contiene
la información sigue un patrón aleatorio de salto entre una y otra frecuencia, sin
una localización fija en el espectro. Está claro que el receptor debe conocer
también el patrón correcto de salto para remodular la señal.
80
RED GSM
FDMA (Múltiple Acceso por División de Frecuencias) es la manera más
común de acceso truncado. Con FDMA, se asigna a los usuarios un canal de
un conjunto limitado de canales ordenados en el dominio de la frecuencia. Los
canales de frecuencia son muy preciados, y son asignados a los sistemas por
los cuerpos regulados de los gobiernos de acuerdo con las necesidades
comunes de la sociedad.
La tecnología FDMA es mayormente utilizada para la transmisión analógica. Ésta
tecnología no es recomendada para transmisiones digitales, aun cuando es capaz
de llevar información digital. FDMA también se utiliza en el sistema de
comunicación total del acceso (TACS).
2.2. TRANSMISION ANALOGA Y DIGITAL.(falta complementar)
2.2.1. INTRODUCCIÓN AL ANÁLOGO Y A DIGITAL
Información Análoga
La información análoga es continua y no tiene valores discretos. Un ejemplo de la
información análoga es el tiempo. Es continuo y no para en puntos específicos. Un
reloj análogo puede tener segundero, el cuál no salta de un segundo al siguiente,
pero continúa alrededor de la cara del reloj sin parar.
Señales Análogas
Una señal análoga es una forma de onda continua que cambia internamente de
acuerdo con las características de la información que es representada.
81
RED GSM
Figura 2.10.
Información Digital
La información Digital es un sistema de valores discretos. El tiempo puede
también estar representado digitalmente. Sin embargo, el tiempo digital sería
representado con un reloj en el cual pueda saltar de un minuto al siguiente sin
parar en los segundos. En efecto, un reloj tan digital está tomando una muestra
del tiempo en los intervalos predefinidos.
Señales Digitales
Para los sistemas móviles, las señales digitales se pueden considerar como
formas de onda discretas.
Figura 2.11.
82
RED GSM
2.2.2. VENTAJAS DE LA TRANSMISION DIGITAL
El lenguaje humano es una forma de información análoga. Es continuo y hay
cambios en la frecuencia (tonos más altos o más bajos) y la amplitud (susurrando
y gritando).
Al principio, las señales analógicas pueden parecer ser un mejor medio para
llevar información análoga tal como un discurso.
La información analógica es continua y si se representa por las muestras
discretas de la información (señal digital), entonces una cierta información faltaría
(como los segundos en el reloj digital). En una señal analógica no faltaría ningún
valor, pues es también es continua.
Todas las señales, analógicas y digitales, se distorsionan a largas distancias. En el
caso se la señal analógica la única solución a esto es amplificar la señal. Sin
embargo, haciendo esto, la distorsión también se amplifica. En digital, la señal
puede ser regenerada totalmente como nuevo, sin la distorsión.
Figura 2.10.
El problema con usar señales digitales es que al convertir la información analógica
se podría perder cierta información debido a la técnica de tomar muestras. Sin
embargo, las muestras se toman en tiempos más cortos posibles, para que así los
83
RED GSM
valores digitales que resultan serán una representación verdadera del información
análoga.
En conclusión, si se toman las muestras en tiempos bastante cortos, las señales
digitales proporcionan una calidad mejor para la transmisión de la información
analógica que las señales analógicas.
2.3. PROBLEMAS DE TRANSMISIÓN
Muchos problemas pueden ocurrir durante la transmisión de una señal de radio.
Algunos de los problemas más comunes se describen a continuación:
2.3.1. PÉRDIDA DE TRAYECTORIA
La pérdida de trayectoria ocurre cuando la señal recibida llega a ser débil o aun
más débil debido a la distancia entre el MS y la BTS, incluso aun no habiendo
obstáculos entre transmisor (Tx) y la antena receptora (Rx). El problema de la
pérdida de trayectoria conduce raramente a una llamada caída porque antes de
que el problema llegue a ser extremo, una nueva trayectoria de transmisión se
establece vía otra BTS.
2.3.2. SOMBREADO
84
RED GSM
El sombreado ocurre cuando hay obstáculos físicos incluyendo las colinas y
edificios entre la BTS y el MS. Los obstáculos crean el efecto de sombra que
puede disminuir la fuerza recibida en la señal.
Cuando el MS se mueve, la fuerza de la señal fluctúa dependiendo de obstáculos
entre el MS y la BTS.
Una señal entre obstáculos varia de fuerza. Las variaciones en fuerza se llaman
fading Dips.
Figura 2.11.
2.3.3. INTERFERENCIAS
La capacidad del canal es la capacidad del sistema para ofrecer canales libres a
sus abonados.
La capacidad de canal está determinada por la ingeniería de tráfico. El objetivo de
la ingeniería de tráfico es proveer al sistema con circuitos de comunicación
(proporcionar canales Full Duplex) en un área de servicio dada, tomando en
cuenta el número de abonados y el grado de servicio, QoS.
85
RED GSM
El QoS se definió como la probabilidad de bloqueo de llamada y quedó en
términos de la cantidad de llamadas que serán bloqueadas durante la hora pico,
debido a una falta de canales.
Otro parámetro de diseño es el tiempo promedio de duración de una llamada
ACHT (Average Call Holding Time). ACHT es el tiempo promedio que se espera
que dure la llamada de cada abonado activo durante la hora pico. ACHT varía
dependiendo del tipo de usuario (ejecutivo, hombre de negocios, personal, etc.).
Interferencia Co-Canal.
Un causador de interferencia co-canal es aquel que está utilizando la misma
frecuencia portadora que la unidad móvil de interés. Este tipo de interferencia
ocurre como resultado del múltiple uso de la misma frecuencia (re-uso de
frecuencias). Cuando dos células que utilizan la misma frecuencia se encuentran
demasiado cerca, se da esta interferencia. Esto limita la capacidad del canal.
Una BS que radía en todas direcciones, Omnidireccional (OMNI site), se
representa por una razón portadora-interferencia de la siguiente manera:
Donde: J = cantidad de causadores de interferencia co-canal
y = constante de propagación
D = distancia de re-uso de frecuencia
R = radio mayor de la célula
86
RED GSM
Interferencia de Canal Adyacente.
La interferencia de canal adyacente se da en una misma célula. Al tener asignado
un grupo de canales a cada célula, estos canales están separados 30KHz o
200KHz dependiendo del sistema.
Cuando se transmite en canales adyacentes las componentes más altas y más
bajas de la información, se mezclan con las componentes de los canales
adyacentes, esto provoca interferencia en el canal. Estas interferencias afectan en
la recepción de ruido sobre el canal de transmisión (Uplink o Downlink), esto trae
deformación de datos. Para reducir esto se controla la potencia de los canales, a
fin de mejorar la recepción de la información.
2.3.4. (MULTI-PATH FADING)
La Multi-path Fading ocurre cuando hay más de una trayectoria de transmisión al
MS o a la BTS, y por lo tanto más de una señal son recibidas por el receptor. Esto
puede ser debido a los edificios o a las montañas, cerca o lejos del dispositivo de
recepción.
La Rayleigh fading y la dispersión del tiempo son formas de la Multi-path Fading.
(RAYREIGH FADING)
Esto ocurre cuando una señal toma más de una trayectoria entre el MS y antenas
de la BTS.
87
RED GSM
En este caso, la señal no se recibe en una línea directa de trayectoria a la vista de
la antena Tx. Una parte se recibe en el reflejo de los edificios , asi que se reciben
varias trayectorias indirectas. La Rayleigh fading ocurre cuando los obstáculos
están cerca de la recepción de la antena.
Figura 2.12.
La señal recibida es la suma de muchas señales idénticas que se diferencian
solamente en fase (y también en cierto grado de amplitud). Un fading dip y el
tiempo que pasa entre dos fading dips dependen de la velocidad del MS y de la
frecuencia que transmite. Como aproximación, la distancia entre dos dips
causadas por la La Rayleigh fading está a la mitad de la longitud de onda.
DISPERSION DE TIEMPO
88
RED GSM
La dispersión del tiempo es otro problema referente a las trayectorias múltiples de
una
Antena Rx hacia un MS o de la BTS. Sin embargo, en contraste con la Rayleigh
fading , la señal reflejada viene de un objeto lejos de la antena Rx.
La dispersión del tiempo causa Inter.-symbol interference (ISI) donde los símbolos
consecutivos (bits) interfieren con otro lo cual hace difícil al receptor determinar
qué símbolo es el correcto.
El ejemplo de esto se demuestra en la siguiente figura donde la secuencia 1, 0 se
envía del BTS.
Figura 2.13
Si la señal reflejada llega después que la señal directa, entonces el receptor
detecta un 1 de la onda reflejada y al mismo tiempo detecta un 0 de la onda
directa. El símbolo 1 interfiere con el símbolo 0 y el MS no sabe qué está correcto.
89
1
1
1.
0
0
2.
1
1
3.
1
0
RED GSM
Se transmite un bit cada 3.7us. las radio ondas viajan a una velocidad de 3x10 8
m/s. Por lo tanto, un bit recorre aproximadamente 1 kilómetro en un bit período.
Así, si la trayectoria directa es el 1km y la trayectoria indirecta es 3 kilómetros, el
primer bit transmitido interferirá con el 3er bit transmitido.
2.3.5. ALINEACIÓN DEL TIEMPO
En una llamada al MS se le asigna una ranura de tiempo en el sistema de TDMA.
Esto es una cantidad de tiempo durante el cual el MS transmite la información a la
BTS. La información debe también llegar a la BTS dentro de esa ranura de tiempo.
El problema de alineación del tiempo ocurre cuando parte de la información
transmitida por un MS no llega dentro de la ranura de tiempo asignada. Esa parte
puede llegar durante la próxima ranura, y puede interferir con la información de
otro MS que esta usando otra ranura de tiempo.
Figura 2.14.
90
RED GSM
Una distancia grande entre el MS y la BTS causa el problema de alineación en el
tiempo. Para una buena eficacia, la señal no puede viajar una distancia
demasiado grande dentro del tiempo dado.
Por ejemplo, un MS está cerca de una BTS y se le ha asignado la ranura en
tiempo 3 (TS 3). Durante la llamada, el MS se mueve lejos del la BTS causando
que la información enviada entre la BTS y el MS llegue cada vez mas tarde. La
respuesta del MS también llega más tarde a la BTS. Si no se hace nada, La
transmisión del MS se retrasaría tanto en la ranura de tiempo 3 que la información
que recibe la BTS se traslaparía a la ranura de tiempo 4.
2.3.6. PÉRDIDA COMBINADA DE SEÑAL
Cada uno de los problemas descritos arriba ocurre independientemente de cada
uno. Sin embargo, en la mayoría de las llamadas algunos de estos problemas
pueden ocurrir en el mismo tiempo.
Una ilustración en la que se puede ver la forma de la señal, en donde la antena
receptora del MS se mueve lejos de la antena receptora de la BTS es la figura
2.15. Los problemas de la pérdida de trayectoria, el sombreado y la perdida de
Rayleigh están representados en esta trayectoria de transmisión.
La forma de la señal como valor global medio disminuye con la distancia (pérdida
de trayectoria) y finalmente da lugar a una conexión perdida. Alrededor este medio
global, las pequeñas variaciones están presentes debido al efecto de sombreado
y las grandes variaciones están representadas debido a la perdida de Rayleigh.
91
RED GSM
Figura 2.15
2.4. SOLUCIONES A LOS PROBLEMAS DE TRANSMISIÓN
Esta sección describe algunas soluciones a los problemas descritos en secciones
anteriores.
Aunque muchos de éstos no solucionan enteramente todos los problemas en la
trayectoria de transmisión de radio, juegan una parte importante en la calidad de la
llamada que mantiene tanto como sea posible.
2.4.1. CODIFICACIÓN DEL CANAL
92
RED GSM
En la transmisión digital, la calidad de la señal transmitida está a menudo
expresado en términos de cuántos bits recibidos son incorrectos. Esto se llama
porcentaje de error de bit (BER). El BER define el porcentaje del número total de
bits recibidos que se detectan incorrectamente.
Bits transmitidos 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0
Bits recibidos 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0
Errores X XX 3/10 = 30% BER
Este porcentaje debe ser tan bajo como sea posible. No es posible que el
porcentaje de error se reduzca a cero porque la trayectoria de transmisión esta
constantemente cambiando. Esto significa que debe haber un margen para cierta
cantidad de errores y al mismo tiempo una capacidad para restauración de
información, o por lo menos que detecte los errores en la información incorrecta de
los bits que no se interpretan como correctos. Esto es especialmente importante
durante transmisión de datos, en comparación al habla, en el cual el BER debe ser
lo mas aceptablemente alto.
La codificación del canal se utiliza para detectar y para corregir error en un bit
recibido. Agrega bits a un mensaje. Estos bits permiten a un canal decodificador
determinar si el mensaje tiene bits culpables, y bits potencialmente correctos pero
culpables.
2.4.2. INTERPOLACIÓN
En realidad, los errores de bit ocurren a menudo en una secuencia, causados por
los fading dips que afectan a varios bits consecutivos. La codificación del canal es
la más eficaz en la detección y corrección no solo de errores sino también de
93
RED GSM
secuencias de errores. No es conveniente para manejar secuencias más largas de
bits de errores.
Por esta razón, un proceso llamado interpolación se utiliza para separar bits
consecutivos de un mensaje para transmitir éstos de una manera no consecutiva.
Por ejemplo, un bloque del mensaje puede consistir en cuatro bits (1234). Si
cuatro bloques del mensaje se deben transmitir, y uno se pierde en la transmisión,
sin la interpolación hay un BER del 25% total, pero el 100% del BER se perdió
para este bloque del mensaje. No es posible recuperar esta información.
Figura 2.16.
La interpolación puede ser comparada con enviar un grupo de personas A y B en
diferentes medios. Haciendo esto, la probabilidad de perder el grupo entero es
reducida al mínimo.
Si se utiliza la interpolación, según lo demostrado en la figura 2.16, los bits de
cada bloque pueden ser enviados de una manera no-consecutiva. Si un bloque se
pierde durante la transmisión, hay otra vez un BER del 25% total. Sin embargo,
esta vez el 25% se extiende por el sistema entero de bloques del mensaje, se le
daría un BER del 25% para cada uno. Esto es más manejable y hay una mayor
posibilidad que el decodificador del canal pueda corregir los errores.
94
RED GSM
Figura 2.17.
2.4.3. ADAPTANTE DE IGUALACION
El adaptante de igualación es una solución diseñada específicamente para
contrariar el problema de la dispersión del tiempo. Este trabaja de la siguiente
manera:
1. existe un sistema de configuraciones de bits predefinidas, conocido como
secuencia de entrenamiento. Estos están configurados en la BTS y en el MS
(programado en la fabricación). La BTS da instrucciones al MS para que incluya
una de estas secuencias de entrenamiento en sus transmisiones a la BTS.
2. El MS incluye la secuencia de entrenamiento (en la figura aparece como "S") en
sus transmisiones a la BTS. Sin embargo, debido a los problemas sobre la
trayectoria de radio, algunos pedacitos pueden ser distorsionados.
3. La BTS recibe la transmisión y examina la secuencia de entrenamiento dentro
de ella. La BTS compara la secuencia de entrenamiento recibida que utilizo el MS.
Si hay diferencias entre los dos, puede ser asumido que los problemas en la
trayectoria de radio afectaron estos bits, por lo que también debe de haber
afectación en los bits de datos de voz que se enviaron simultáneamente.
95
RED GSM
4. La BTS comienza un proceso en el cual utiliza su conocimiento de lo que
sucedió en la secuencia de entrenamiento para corregir los bits de datos de voz en
la transmisión.
Figura 2.18.
Dado que hay muchos problemas sobre las trayectorias de radio, el adaptante de
igualación puede no dar una solución al 100% cada vez que se utiliza Sin
embargo, el resultado es bastante bien aceptable. El igualador Viterbi es un
ejemplo de un adaptante de igualación.
2.4.4. BRINCOS DE FRECUENCIA
Según lo mencionado previamente, La Rayleigh fading es dependiente de la
frecuencia.
Esto significa que las fading dips ocurren en diversos lugares para diferente
frecuencias. Para contrarrestar este hecho, es posible para la BTS y el MS saltar
de una frecuencia a otra frecuencia durante una llamada. Los brincos de
frecuencia de la BTS y del MS se sincronizan.
96
RED GSM
Figura 2.19.
2.4.5 AVANCES EN TIEMPO
El avance en tiempo es una solución diseñada específicamente para contrariar el
problema de la alineación en tiempo. Este trabaja por instrucciones de
alineamiento del MS para iniciar la transmisión antes o después de lo que
normalmente lo haría.
En la red GSM, la información del avance de la sincronización se relaciona con los
tiempos de bit. Así, un MS puede recibir instrucciones para comenzar su
transmisión en un cierto número de bits en un tiempo antes o después,
relacionado con la posición anterior, para alcanzar su timeslot en la BTS en el
97
RED GSM
tiempo correcto. Un tiempo máximo de 63 bits se puede utilizar en sistemas de
estándares de la red GSM.
Esto limita el tamaño de célula normal de la red GSM hasta un radio de 35km. Sin
embargo el rango del equipo puede ser extendido, puede manejar distancias de 70
Km hasta 121 Km.
Figura 2.20
98
0 1 2 3 4 5 6 7
Time
0 1 2 3 4 5 6 7
“Synchronization time”
StartSending
RED GSM
Capitulo 3
Elementos de una Red Celular GSM.Este capítulo está diseñado para suministrar al lector una visión general de las
funciones que realizan cada uno de los componentes que se conectan en una red
GSM.
Objetivos:Al termino de este capítulo el lector podrá:
- describir la estructura básica del sistema de conmutación (SS)
- describir la funcionalidad básica del sistema de conmutación
- describir la estructura básica del sistema de estaciones base (BSS)
- describir la funcionalidad básica del sistema de estaciones base
- describir la funcionalidad principal de cada elemento de la red
- describir las funciones de una estación móvil
99
RED GSM
Contenido.
3.1 Introducción
3.2 Centro de Conmutación y Servicios Móviles / Registro de ubicación del
Visitante (MSC / VLR)
3.2.1 Funciones del MSC
3.2.2 Funciones de VLR.
3.2.3 Implementación de un MSC / VLR
3.2.4 Funciones de DTI (Data Transfer Interface)
3.2.5 Implementación de DTI
3.3 Vía de acceso (Gateway) del MSC (GMSC)
3.3.1 Funciones del GMSC
3.3.2 Implementación del GMSC
3.4 Registro de ubicación de números locales (HLR)
3.4.1 Funciones del HLR
3.4.2 Implementación del HLR.
3.4.3 Redundancia de un HLR.
3.5 Registros de ubicación de INTERWORKING (ILR)
3.5.1 Funciones de un ILR
3.6 Centro de Autentificación (AUC) y Registro de Identidad del equipo (EIR).
3.6.1 Funciones de un AUC.
3.6.2 Generación del “Triplet”
3.6.3 Procedimiento de autentificación.
3.6.4 Procedimiento del cifrado.
3.6.5 Funciones de EIR
3.6.5.1 Procedimiento de identificación del equipo
3.6.6 Implementación del AUC y EIR
3.7 Elementos del sistema de pre-pago.
3.7.1 Punto de datos de servicio (SDP).
3.7.1.1 Funciones de Tráfico.
3.7.1.2 Función Administrativa.
3.7.2 Sistema administrativo de pre-pago (PPAS).
100
RED GSM
3.7.2.1 Funciones de Tráfico.
3.7.2.2 Función Administrativa
3.7.3 Nodo de Control de facturación (CCN).
3.7.3.1 Funciones de Tráfico
3.7.3.2 Función Administrativa
3.7.4 Sistema de almacén de datos (DWS).
3.7.4.1 Función Administrativa.
3.8 Arquitectura de una red inteligente móvil (MIN)
3.8.1 Función de conmutación de servicio (SSF).
3.8.2 Función de control de servicio (SCF)
3.8.3 La función de datos de servicios (SDF).
3.8.4 La función de recurso especial (SRF).
3.8.5 Ambiente de administración de servicios (SME).
3.8.6 Ambiente de creación de servicios (SCE).
3.9 Procesamiento de una llamada en una MIN (descripción general).
3.10 GSN (GPRS).
3.10.1 Nodo de soporte de servicio GPRS (SGSN).
3.10.2 GATEWAY del Nodo de Soporte GPRS (GGSN).
101
RED GSM
3.1 Introducción.
La siguiente figura ilustra el sistema de Conmutación GSM de Ericsson. No todos los nodos están mencionados en la figura. En éste capitulo sólo mencionaremos los nodos principales de una red básica.
Figura 3-1 Sistema de Conmutación (SS).
Tipo Abreviatura Nombre completo del componente Plataforma
Básico MSC/VLR
GMSC
HLR
ILR
AUC
EIR
DTI
Centro de Conmutación de Servicios
Móviles / Registro de Ubicación del
Visitante
Gateway del MSC
Registro de Ubicación de Casa
Registro de Ubicación de Interworking
Centro de autentificación
Registro de Identidad del Equipo
Interfaz de Transmisión de Datos
AXE
AXE
AXE
AXE
AXE/UNIX
UNIX
AXE
Adicional SDP Punto de Datos de Servicio UNIX
102
RED GSM
SSP
SCP
MPS
MMS
EMA
EMM
Función de Conmutación de Servicio
Función de Control de Servicio
Sistema de Posicionamiento Móvil
Sistema de Mensajes Multimedia
Ericsson Multi Activación
Ericsson Multi Mediación
AXE
AXE
UNIX
UNIX
UNIX
UNIX
Cuadro 3.1 Componentes del sistema de conmutación.
Cada componente de la red es descrito en el contenido de este capítulo.
3.2 Centro de Conmutación y Servicios Móviles / Registro de ubicación del Visitante (MSC / VLR)3.2.1 Funciones del MSCEl nodo principal de la red GSM es el MSC. Es el nodo el cuál controla las
llamadas entre las estaciones móviles (MS) , así como las llamadas hacia y desde
dichas estaciones. Las funciones principales de un MSC incluyen lo siguiente:
• Direccionamiento y conmutación de una llamada: El MSC controla el
establecimiento, supervisión y liberación de una llamada y puede interactuar con
otros nodos para el establecimiento exitoso de la misma.
Esto incluye el direccionamiento de las llamadas desde los Móviles hacia otras
redes tales cómo la PSTN (Public Switching Telephone Network).
• Facturación: en el MSC están contenidas las funciones para facturar las llamadas
móviles y la información sobre las tarifas especiales que aplican a una llamada en
un tiempo específico o a un destino específico. Durante una llamada es grabada
ésta información y es almacenada, posteriormente es enviada a un centro de
facturación.
103
RED GSM
• Proveedor de Servicios: los servicios adicionales son proveídos y dirigidos por un
MSC. Además maneja los servicios de SMS.
• La comunicación con HLR: el momento principal en el cuál un MSC y el HLR se
comunican , es durante el establecimiento de una llamada hacia un Móvil, en ese
momento es cuándo el HLR pide información de direccionamiento al MSC1.
• Comunicación con el VLR: asociado con cada MSC esta un VLR, con el cuál el
MSC se comunica para pedir información de suscripción, especialmente, durante
el establecimiento y liberación de una llamada.
• Comunicación con otros MSC’s: podría ser necesario para un MSC que se
tengan que comunicar con otro MCS dentro de la red,esto puede ocurrir durante el
establecimiento de una llamada o cuándo el móvil cambia de celdas (handover), y
éstas celdas pertenecen a otro MSC.
• Controlar las conexiones hacia las BSC´s: Ya que el BSS actúa cómo una
interfaz entre los MSs y el Sistema de Conmutación (SS), el MSC tiene cómo
función la de controlar el nodo principal del BSS, o sea, el BSC. Cada MSC puede
controlar varios BSC’s, dependiendo del volumen del tráfico dentro del área de
servicio del MSC. Un MSC puede comunicarse con sus BSCs durante, por
ejemplo, el establecimiento de una llamada y las entregas (handovers) entre dos
BSCs.
• Acceso directo para servicios de Internet: tradicionalmente, un MSC accedía
a un nodo de Internet de un proveedor de servicios de Internet (ISP) vía una red
existente tal cómo lo es la PSTN. Sin embargo, el acceso directo para servicios de
1Un MSC puede incluir la funcionalidad de gateway, en cuyo caso existe más
comunicación con HLRs.
104
RED GSM
Internet permite a un MSC comunicarse directamente con nodos de Internet ,
reduciendo por lo tanto, el tiempo de establecimiento de una llamada. El acceso
directo puede ser proveído usando un servidor de acceso.
Este puede ser integrado en un MSC o individualmente conectado a un MSC.
Figura 3.2 Acceso a Internet vía GSM / PSTN (método tradicional).
Figure 3.3 Acceso Directo a Internet.
• ISDN Acceso Primario (PRA): esta función permite a una MSC proveer servicios
de ISDN (PAR) a los abonados. Un operador de la red puede ofrecer servicios de
conexión de PABX, a través de la PLMN. De este modo el operador puede
105
RED GSM
competir directamente con los operadores de PSTN y proporcionar servicios para
empresas que tengan o quieran servicios de ISDN.
3.2.2 Funciones de VLR.
El papel de un VLR en una red de GSM es actuar como un almacén temporal
dónde se ubica la información de suscripción para un MS el cuál está dentro de
una determinada área de servicio de un MSC. Por lo tanto, hay uno VLR para
cada área de servicio de cada MSC. Esto quiere decir que el MSC no tiene que
estar contactando al HLR (que puede estar localizado, incluso, en otro país), cada
vez que el abonado utiliza algún servicio o cambia de estado.
Lo siguiente ocurre cuando un MS se muda a una nueva área de servicio:
1. El VLR verifica su base de datos para determinar si tiene o no un registro para
el MS (basado en el IMSI del abonado).
2. Cuándo el VLR no encuentra ningún registro para el MS, envía una solicitud al
HLR dónde se encuentra registrado el abonado y copia la información de
suscripción del MS de dicho abonado.
3. El HLR pasa la información al VLR y actualiza la información de ubicación del
abonado. El HLR ordena al VLR viejo (en el cuál estaba registrado) que elimine la
información que tiene sobre el MS.
4. El VLR almacena la información de suscripción del MS, incluyendo su ubicación
más reciente y el estado del MS (libre, ocupado, apagado, etc.).
106
RED GSM
Figure 3.4 Interacción de un VLR – HLR.
Mientras que el MS esta dentro de un área de servicio de un MSC, el VLR
contiene una copia completa de los detalles de suscripción necesarios, esto
incluye la siguiente información:
• Números de identidad para el abonado
• Información de servicios adicionales . (Por ejemplo, ya sea que el abonado tenga
desvío de llamada o llamada en espera)
• Actividad del MS (Ejemplo, Libre, Ocupado, etc.)
• Ubicación actual del MS.
3.2.3 Implementación de un MSC / VLREn el sistema de GSM de Ericsson, el MSC y el VLR está integrado en el mismo
Nodo basado en el sistema de conmutación AXE. La razón para esto es que hay
en una gran cantidad de intercambio de información entre los dos nodos para cada
llamada, particularmente durante el establecimiento de una llamada. La interfaz de
MSC - VLR es totalmente interna dentro del la central AXE, pero cada uno es
tratado cómo una función distinta y separada.
3.2.4 Funciones de DTI (Data Transfer Interface) Esta sección da una breve introducción a las capacidades del manejo de datos del
sistema de GSM.
107
RED GSM
El sistema GSM lleva a cabo funciones del manejo de datos tales cómo la
conversión en la velocidad de los datos, provee las funciones necesarias para la
interconexión de datos entre las redes GSM y a su vez con otras redes, esto
incluye:
• Tráfico de datos hacia/desde PSTN: este involucra llamadas de módem y fax.
Para conexiones hacia la PSTN un módem es seleccionado por el DTI para llevar
a cabo las conversiones de formato y de velocidad necesarias.
• Tráfico de datos hacia/desde ISDN: Completamente todos los datos de
comunicación de ISDN están disponibles, debido a que el MSC / DTI es capaz de
señalizar y crear correspondencia de la información básica del servicio entre el
ISDN y la red de GSM.
• Tráfico de datos hacia/desde PDNs: el DTI maneja el tráfico de datos hacia y
desde las redes públicas de datos (PDN) tales cómo las redes públicas de datos
por conmutación de paquetes (PSPDN) y las redes públicas de datos por
conmutación de circuitos (CSPDN).
• Tráfico entre móviles: el tráfico de datos dentro de la PLMN debe pasar a través
del DTI para manejar los protocolos usados en la adaptación de velocidad y en la
trayectoria de la conexión de radio.
• HSCSD: esta versión envío de datos por conmutación de circuito de alta
velocidad (HSCSD) permite la conexión de 2, 3, o 4 ranuras de tiempo (time slots)
en un canal de radio cada uno llevando una velocidad de 9.6 kbits / s. El DTI
maneja la conversión de datos apropiada para la conexión hacia la PSTN o la
ISDN.
3.2.5 Implementación de DTI.
El DTI está integrado dentro del MSC / VLR. Este es manejado por el subsistema
de transmisión de datos (DTS).
El sub-estante del DTI contiene ocho unidades (tarjetas), cada una soportar cuatro
canales de datos. Por lo tanto, cada sub-estante de DTI puede soportar un total de
32 conexiones de datos simultáneamente.
108
RED GSM
3.3 Vía de acceso (Gateway) del MSC (GMSC)3.3.1 Funciones del GMSCLa funcionalidad de Gateway permite a un MSC interrogar al HLR a fin de enrutar
y terminar una llamada en un móvil. Esto no es necesario en llamadas que sean
de algún móvil hacia otra terminal que no sea un MS.
Por ejemplo, si una persona conectada a la PSTN quiere hacer una llamada hacia
un abonado móvil de GSM, entonces la central PSTN accesará a la red GSM
primero conectando la llamada hacia un GMSC. El GMSC pide la información de
direccionamiento al HLR quién a su vez provee la información sobre hacia cuál
MSC/VLR debe encaminar la llamada. Lo mismo pasa con una llamada de un
móvil hacia otro móvil.
3.3.2 Implementación del GMSCCualquier MSC dentro de la red móvil puede funcionar cómo un gateway, siempre
y cuándo se integre el software apropiado a dicha función conjuntamente con los
datos de interrogación hacia el HLR. Con esto, la MSC se convierte en un
GMSC/VLR.
Entre las funciones del Gateway se encuentran:
1. Encontrar e interrogar al HLR por un número en viaje (roaming).
2. Encaminar la llamada de acuerdo con el interrogatorio al HLR.
3.4 Registro de ubicación de números locales (HLR).3.4.1 Funciones del HLR.
El HLR es una base de datos centralizada, la cuál almacena y controla todos los
abonados móviles suscritos a la red de un operador en específico.
Actúa cómo un almacén permanente de la información de los subscriptores hasta
el momento en que algún abonado cancela su suscripción. La información
almacenada incluye:
• Identidad del abonado (Ej. IMSI, MSISDN)
• Servicios adicionales del abonado.
109
RED GSM
• Información de ubicación del abonado(Ej. Área de servicio de un MSC)
• Información de autentificación del abonado
Las principales funciones del HLR incluyen:
• Manejo de la base de datos de suscripción: como cualquier base de datos, el
HLR debe de ser capaz de procesar los datos rápidamente en respuesta a la
recuperación y actualización de datos, requerida por los otros nodos de la red.
Para esta razón actúa cómo un sistema de administración de la base de datos.
Cada registro de los abonados contiene una cantidad cuantiosa de parámetros.
• Comunicación con MSCs: durante el establecimiento de una llamada hacía un
móvil, HLR necesita contactarse con el MSC que le está proporcionando el
servicio para poder direccionar dicha llamada hacia el móvil.
Por medio del análisis del MSISDN, MSC sabe qué HLR debe contactar para
obtener los datos de suscripción de ese MS.
• Comunicación con GMSCs: durante el establecimiento de una llamada hacía un
MS, el GMSC pide la información de ubicación de MS al HLR, el cuál luego
suministra la información de direccionamiento de dicha llamada. Además, si no
hay información del abonado en el HLR, entonces éste informa al GMSC que no
hay necesidad de llevar a cabo el direccionamiento de la llamada.
• La comunicación con AUCs: antes de que alguna actividad involucre un cambio o
tenga lugar el uso de la información de suscripción del abonado, el HLR debe
solicitar los nuevos parametros autentificación por parte del AUC.
• La comunicación con VLRs/ILRs: cuándo en MS se cambia a una nueva
área de servicio de otro MSC, el VLR de esa área pide información del MS al HLR
en el cuál se encuentra suscrito el abonado. El HLR provee una copia de los
detalles de suscripción, actualiza la información de ubicación de su MS y ordena al
VLR viejo que elimine la información que tiene sobre ese MS. Ya que el ILR actúa
110
RED GSM
cómo un VLR para abonados de AMPS, el HLR se comunica con éste en una
manera similar.
3.4.2 Implementación del HLR.
El HLR puede ser implementado en un mismo de nodo de la red como en un
MSC/VLR, de ésta forma quedaría cómo un nodo compartido MSC/VLR/HLR o
también puede ser implementado cómo una base de datos autónoma. Un nodo
MSC/VLR/HLR es una solución apropiada para una red inicial de GSM, esto
ahorra recursos en equipo físico y también disminuye la carga de señalización en
los enlaces entre MSC/VLR y el HLR.
Un HLR autónomo es una solución apropiada para redes grandes. Y tiene las
siguientes ventajas:
• No hay disturbios de tráfico, creando así mayor confiabilidad.
• Cuando el HLR está separado del MSC/VLR, hay mayor capacidad disponible
para el manejo de llamadas del MSC/VLR.
Si el número de abonados excede la capacidad de un HLR, se pueden adicionar
otros HLR’s.
3.4.3 Redundancia de un HLR.
A fin de proveer confiabilidad adicional a la red, se coloca un HLR adicional el cuál
es usado cómo espejo de datos del otro HLR y puede tomar el control de la red si
es necesario.
3.5 Registros de ubicación de INTERWORKING (ILR)3.5.1 Funciones de un ILR
111
RED GSM
El ILR de Ericsson ofrece capacidad de roaming entre sistemas de telefonía móvil
cumpliendo con los diferentes estándares, que estos implican. El ILR es específico
para productos GSM de la banda de 1900 (GSM1900) y permite que un abonado
suscrito a una red AMPS pueda hacer roaming en una red de GSM1900.
Para los abonados de AMPS que desean aprovechar su funcionalidad de roaming,
el HLR copia sus datos de suscripción de su red AMPS en la parte destinada al
ILR, cuándo ellos se encuentran dentro de una red GSM1900, el HLR copia ésta
información dentro del VLR en la parte destinada al ILR, tal y cómo ocurre con los
abonados de GSM cuándo hacen roaming.
Sin embargo, desde el punto de vista del abonado, hay solamente una
suscripción.
En un futuro, el ILR hará posible el roaming en ambas direcciones entre los
diferentes sistemas celulares existentes como GSM y redes AMPS/TDMA. Por
ahora sólo es un solo sentido.
3.6 Centro de autentificación (AUC) y Registro de identidad del equipo (EIR).
Las redes PLMNs necesitan un nivel más alto de protección que las redes
tradicionales de telecomunicaciones. Por lo tanto , para proteger los sistemas de
GSM se han definido las siguientes funciones de seguridad:
• Autentificación del abonado: llevando a cabo la autentificación, el sistema se
asegura que ningún usuario no autorizado pueda acceder a la red, incluyendo
aquellos que están intentando clonar a otros.
• Radio Información cifrada: la información enviada entre la red GSM y el MS es
cifrada o encriptada para evitar interceptaciones de la información o espías. Un
MS puede descifrar solamente la información dirigida hacia él, nada más.
112
RED GSM
• Identificación del equipo del Móvil: debido a que en GSM el abonado y el equipo
están separados, ya que el abonado no depende directamente del aparato para
poder realizar y recibir llamadas pues podría utilizar otro aparato telefónico
simplemente cambiando el SIM; por tal razón, es necesario hacer un proceso de
autentificación por separado para el equipo del abonado. Esto asegura, por
ejemplo, que una terminal móvil, la cuál ha sido robada, no pueda acceder a la red
telefónica.
• Confidencialidad de la identidad del abonado: durante la comunicación con MS
sobre un enlace de radio, es deseable que la identidad real (IMSI) del MS no este
siempre transmitiendose. En lugar de eso, se puede usar una identidad temporal,
(TMSI). Esto ayuda a evitar el fraude de suscripción.
El AUC y EIR están involucrados en tres de las 4 funciones anteriores, mientras
que la última es manejada por los MSC/VLRs.
3.6.1 Funciones de un AUC.La función principal de un AUC es la de proveer información, la cuál es luego
usada por un MSC/VLR para llevar a cabo la autentificación del abonado y así
establecer los procedimientos de cifrado sobre el enlace de radio entre la red y el
MS.
La información proveída es llamada un “triplet” (trío) y consta de:
1. Un número aleatorio no predecible (RAND)
2. Una respuesta firmada (SRES)
3. Una llave de cifrado (Kc)
3.6.2 Generación del “Triplet”.En el momento de la suscripción, cada abonado esta asignado a una llave de
autentificación del abonado (Ki). El Ki es guardado en el AUC con el IMSI del
abonado. Ambos son usados en el proceso de generación de un triplet.
Igualmente el Ki y el IMSI están guardados en el SIM. En el AUC los siguientes
113
RED GSM
pasos son llevados a cabo para producir a un “triplet”:
1. Es generado un número aleatorio, RAND.
2. El RAND y el Ki son usados para calcular el SRES y el Kc. Usando dos
diferentes algoritmos, A3 y A8 respectivamente
3. RAND, SRES y Kc son entregados juntos al HLR como un “triplet”.
Figura 3.5 Generación de un “triplet”.
3.6.3 Procedimiento de autentificación.
1. El MSC / VLR transmite el RAND al MS.
2. El MS calcula la firma SRES usando el RAND y la llave de autenticación del
abonado (Ki) usando el algoritmo A3.
3. El MS calcula el Kc usando el Ki y el RAND a través del algoritmo A8. De allí en
adelante, el Kc será usado para cifrar y descifrar en el MS.
4. La firma SRES es enviada de regreso al MSC/VLR, el cual lleva a cabo la
autentificación, verificando si, el SRES de MS y el SRES del AUC coinciden. Si es
114
RED GSM
así, al abonado se le permite el uso de la red. Si no, el abonado es excluido para
usar la red.
MS
4. Comparación del SRES recibido
desde el MS con el SRES en “triplet”.
Si son iguales, el acceso es
garantizado.
2. El MS calcula SRES usando RAND + Ki
(tarjeta-SIM) , a través del algoritmo A3
y el Kc usando RAND+Ki a través del
algoritmo A8.
Figure 3.6 Procedimiento de Autentificación
La autentificación puede ser elección del operador y puede ser llevado a cabo
durante:
• Cada registro
• Cada intento de establecimiento de llamada
• Actualización de la ubicación
• Antes de la activación y desactivación de servicios adicionales
• Puede haber excepciones para abonados pertenecientes a otras PLMNs.
3.6.4 Procedimiento del cifrado.
La confidencialidad dentro de la red GSM es muy importante y eso significa que la
información del usuario y el intercambio de datos (señalización) entre la BTS y el
MS no sea revelado a personas, entidades o procesos no autorizados.
Una secuencia cifrada se produce usando el Kc y el número de trama de TDMA,
dichas variables se usan como entradas para la encriptación llevada a cabo por el
115
RED GSM
algoritmo A5. El propósito de esto es asegurar la privacidad de la información del
usuario (datos y voz), así cómo también los elementos relacionados con la
señalización.
A fin de probar los procedimientos de cifrado, es tomada una muestra de la
información. Para tal propósito actualmente es usado el modo de comando cifrado
(M).
1. M y Kc son enviados del MSC/VLR hacia el BTS.
2. M es reenviado al MS.
3. M es encriptado usando Kc (calculado ya antes con SRES en el procedimiento
de autentificación) y el número de trama de TDMA los cuáles son proporcionados
a través del algoritmo de encriptación, A5.
4. El mensaje cifrado es enviado al BTS.
5. M encriptado, es desencriptado posteriormente en el BTS por medio del
algoritmo de desencriptación A5, obteniéndose además Kc y el número de trama
de TDMA.
6. Si la desencriptación de M fue exitosa, entonces un mensaje de “modo de
cifrado completado” es enviado al MSC. Toda la información sobre la interfaz
aérea esta cifrada desde este punto en adelante.
116
RED GSM
Figure 3.7 Procedimiento de Cifrado
3.6.5 Funciones de EIR3.6.5.1 Procedimiento de identificación del equipoEl procedimiento de identificación del equipo usa la identidad del equipo mismo
(IMEI) para asegurar que el equipo final del MS es legítimo.
1. El MSC / VLR pide el IMEI del MS.
2. El MS envía el IMEI al MSC.
3. El MSC/VLR envía el IMEI al EIR.
4. Sobre la recepción del IMEI, el EIR revisa tres listas:
- La lista blanca (White List).- contiene los números de serie de todos los equipos
que han sido asignados en los diferentes países que participan con redes GSM.
- La lista negra (black list).- contiene todas las identidades de los equipos que han
sido restringidos.
- la lista gris.- contiene las identidades de los equipos que están defectuosos y por
lo tanto han presentado falla ó equipo móvil que no ha sido aprobado.
117
RED GSM
5. El resultado es enviado a MSC/VLR, el cuál decide si da o no el acceso a la red
al equipo terminal.
Figure 3-8 Identificación del equipo.
La decisión de identificar el equipo queda con el operador.
Las especificaciones de GSM recomiendan la identificación del equipo para cada
intento de establecimiento de una llamada.
3.6.6 Implementación del AUC y EIR.
En una red de GSM el AUC está conectado directamente a un HLR. El EIR está
conectado a un MSC / VLR.
En el sistema de GSM provisto por Ericsson el AUC puede ser implementado tanto
en la central AXE como en una plataforma de Unix (del grupo SEMA).
Si se quiere implementar sobre el equipo AXE, entonces la configuración más
común es integrarlo junto con el HLR de ésta forma obtendremos un nodo de
AUC/HLR. Esto reduce el procesamiento de señales que requieren ambos
equipos. El AUC es implementado usando un Módulo de aplicación de AUC
(AUCAM).
La implementación más común es tener un nodo AUC/EIR basado en Unix, el cuál
provee los siguientes beneficios al operador:
118
RED GSM
• El procesamiento del AUC y EIR esta físicamente separado de las funciones de
conmutación del MSC. Esto suministra una mejor flexibilidad en la planificación de
la red cuando se requiere ampliarla.
• La plataforma común está basada sobre los estándares de la industria de las
computadoras en cuánto a equipo físico (HW) y el software (el SW).
Figure 3-9 Estructura del producto de AUC / EIR
3.7 Elementos del sistema de pre-pago.
Figure 3-10 Estructura de los productos de pre-pago.
119
RED GSM
3.7.1 Punto de datos de servicio (SDP).El SDP es responsable de la administración de los datos de las cuentas y las
tarifas.
3.7.1.1 Funciones de Tráfico.Dentro de las funciones de tráfico que realiza el SDP se encuentran, las tarifas de
llamada y eventos, el post-procesamiento de los CDR´s (Call Detail Register),
envía notificaciones y respuestas al servidor de mensajes interactivos, el cuál
proporciona el balance de las cuentas, esto puede ser el saldo restante y el tiempo
que dura una llamada. Las tarifas incluyen por ejemplo el análisis del cobro y el
monto del saldo sobre la cuenta del abonado. El SDP también provee al SCP con
los datos relevantes requeridos en el control de la llamada.
3.7.1.2 Función Administrativa.
El SDP toma y administra los siguientes datos:
• Datos de abonado
• Datos de cuenta
Esto incluye datos de cuenta-maestra y los datos de cuenta-dedicada
• Datos de la clase de servicios
• Datos de la clase de anuncio
• Acumulador de datos
• Datos de familia y amigos
• Datos de tarifa y análisis de cobro
• Administración de licencias
3.7.2 Sistema administrativo de pre-pago (PPAS).
El PPAS es responsable de la administración de todos los abonados así cómo
también de sus comprobantes y recargos.
120
RED GSM
3.7.2.1 Funciones de Tráfico.
Entre las funciones de tráfico que maneja el PPAS se encuentran, las solicitudes de recargos y balance de la cuenta del abonado, solicitados por el Gateway del servidor de mensajes interactivos, el IVR o un cliente externo. Después de que las solicitudes de recargos y balance han sido hechas, el PPAS provee los datos obtenidos del SDP al servidor de mensajes, al IVR o a un cliente externo para continuar el proceso.
3.7.2.2 Función Administrativa
El PPAS alberga todas las funciones administrativas específicas del PPS (Pre-paid
system), tales como:
• Cuidado del cliente
• Administración de comprobantes
• Administración de promociones
• Proceso de pagos por lotes
• Alta y baja de un abonado
• Provisión de abonados por lote
• Administración de las fechas de vencimiento de las cuentas
• Administración de cuentas dedicadas
• Datos de clase de servicios
• Acumulador de datos
En la alta y baja de un abonado, el PPAS interactúa con el SDP y con el HLR. El
PPAS puede estar conectado opcionalmente a un equipo llamado “gateway de
orden de servicio” (Ericsson Service Order Gateway, SOG) para el soporte de la
administración de los abonados.
3.7.3 Nodo de Control de facturación (CCN).
121
RED GSM
El CCN permite la facturación de los servicios de GPRS, SMS, así cómo de los
servicios suplementarios del abonado, en tiempo real.
3.7.3.1 Funciones de Tráfico.
El CCN actuará como una función de relevador entre el SDP y el PPS, esto es,
hacia el SDP para servicios de CAP v3 tales como GPRS, SMS y con el PPS para
servicios de comunicaciones basado en contenido usando la aplicación de
facturación de servicios de diámetro. El CCN contiene la lógica de servicios para la
aplicación de facturación por servicios de diámetro y CAP v3 para SMS y GPRS.
Para la facturación de servicios en tiempo real, el CCN convertirá la aplicación de
la facturación de los servicios de diámetro a CS1+ a fin de permitir la
comunicación con el SDP. El CCN determinará a cuál SDP pertenece el usuario
del servicio.
3.7.3.2 Función Administrativa.
El CCN es responsable de la siguiente administración :
• Administración de la comunicación del CCN
• Correspondencia de la información de portabilidad del número
3.7.4 Sistema de almacén de datos (DWS).
El DWS es un sistema para correlacionar la información procedente de muchos
orígenes diferentes, para comprobar la información provista además de su uso. El
DWS recolectará los CDR´s de todos de los elementos del PPS de la red así
cómo también de los accesos circundantes a la red.
3.7.4.1 Función Administrativa.El DWS es responsable de la siguiente administración:
122
RED GSM
• Correlación de informes financieros.
• Correlación de la información histórica de una llamada
Nodos de una red Inteligente móvil (MIN) pueden ser añadidos a la red básica de
GSM
Para proveer servicios de valor agregado tales cómo Freephone y Número
personal para abonados.
3.8 Arquitectura de una red inteligente móvil (MIN)
La red inteligente móvil (MIN), suministra la arquitectura para la introducción de
nuevos servicios en toda la red, esto se hace con un mínimo impacto sobre los
elementos de conmutación y los sistemas de señalización de la red.
Introducir una MIN dentro de una red GSM basada en equipo de Ericsson,
requiere de las siguientes funciones y ambientes:
• Función de conmutación de Servicios (SSF)
• Función de control de servicios (SCF)
• Función de datos de servicio (SDF)
• Función de recursos especiales (SRF)
• Ambiente de administración de servicios (SME)
• Ambiente de creación de servicios (SCE)
123
RED GSM
Figura 3.11 Funciones de la red MIN
3.8.1 Función de conmutación de servicio (SSF).
La función de conmutación de servicio (SSF) actúa como una interfaz entre las
funciones de control de una llamada móvil normal en una MSC/VLR y las
funciones que controlan un servicio de una MIN. El nodo en el cuál una SSF es
localizada es llamado Punto de conmutación de servicio SSP. El SSP lleva a cabo
la conmutación, la señalización y la facturación necesaria para implementar un
servicio de MIN, esto lo hace en respuesta a las instrucciones que éste recibe de
otra función llamada “función de control de servicio” (SCF).
Una SSF incluye funciones para:
• Iniciar un servicio de MIN (triggering)
• Conmutación y manejo de la llamada
• Activación de recursos tales como maquinas de anuncios
• Cobro
• Comunicación con el MSC/VLR y con el SCF
124
RED GSM
En el sistema de GSM de Ericsson, las SSF son implementadas usando el
módulo de aplicación de función de conmutación de servicio (SSFAM). El SSFAM
está integrado dentro un MSC/VLR.
3.8.2 Función de control de servicio (SCF)
El nodo en el que el SCF es implementado es llamado punto de control de servicio
(SCP). En el SCP se encuentran localizados la lógica y los datos requeridos para
ejecutar un servicio de MIN. De igual manera éste nodo es la plataforma para la
ejecución de servicios de MIN.
Una SCF contiene funciones para:
• Interpretación de los script de servicios
• Almacenamiento de los script de servicios
• Manejo de errores
• La comunicación con el SSF y el SDF
En los sistemas GSM de Ericsson, las funciones de SCF son implementadas en
las centrales, usando el módulo de aplicación de función de control de servicio
(SCFAM). El SCFAM es ubicado independiente o en un nodo de AXE dedicado.
Alternativamente, las funciones de SCF y SSF pueden ser ubicadas juntas sobre
un mismo nodo llamado, punto de control y conmutación de servicio (SSCP).
3.8.3 La función de datos de servicios (SDF).
En una MIN con servicios más complejos o con un número más grande de
servicios, lo más adecuado es almacenar los datos usados por un servicio en una
base de datos dedicada. Este nodo es llamado Punto de datos de servicio (SDP).
La función que administra los datos es llamada función de datos de servicio (SDF).
125
RED GSM
Dependiendo de la cantidad de los datos a ser manejados, esta base de datos
puede ser un nodo independiente o podría estar integrado dentro del nodo de
SCP.
Cada uno de los datos es guardado en módulos de datos (DM), que pueden incluir
aproximadamente unos 100 parámetros.
Además, para algunos servicios puede haber cantidades grandes de datos, los ya
existen en la base datos pero no son necesariamente parte de una MIN, un
ejemplo puede ser, un banco que tiene datos sobre cuentas de tarjetas de crédito.
No es seguro ni económico copiar todos éstos detalles dentro de un nodo de una
red de telecomunicaciones, por ejemplo un SDP. En vez de esto, se usan SDPs
externos con una función de gateway (External Gateway Function, EGF ), esto
hace posible el contacto hacia dicha base de datos externa y así obtener los datos
necesarios durante una llamada de MIN.
En el sistema de GSM de Ericsson, el SDP es implementado en una computadora
Hewlett Packard Basada en Unix. La comunicación entre el personal del operador
y el SDP tiene lugar mediante el uso de un sistema de administración de servicios
(SMAS).
3.8.4 La función de recurso especial (SRF).
A fin de complementar algunos servicios de MIN, se requiere de la interacción
entre el abonado y los dispositivos de la red. Por ejemplo, para propósitos de
autorización a un servicio de MIN puede que se le pida al abonado que teclee una
secuencia de dígitos, el cuál, es el número personal de identidad del abonado. En
ese caso entra en funcionamiento una maquina de anuncios, la cuál es controlada
por la función de recursos especiales (SRF). Dicha máquina, es nombrada dentro
de la red cómo un periférico inteligente. En el sistema de GSM de Ericsson hay
algunas plataformas que pueden actuar como periférico inteligente, incluyendo,
por ejemplo la maquina de mensajes tipo AST-DR proporcionado por el sistema de
126
RED GSM
conmutación extendido (Extended Switching System, ESS ) implementada dentro
de la central telefónica de Ericsson, llamada comercialmente AXE 10.
3.8.5 Ambiente de administración de servicios (SME).
A fin de asegurar que los servicios de MIN operen correctamente, es necesario
interactuar con dichos servicios mediante un ambiente de administración de
servicios (SME). El SME soporta la instalación y administración de los servicios
MIN, así cómo también sus datos. En el sistema de GSM de Ericsson, el SME es
implementado usando el sistema de aplicación y administración de servicios
(SMAS) sobre una plataforma de TMOS.
3.8.6 Ambiente de creación de servicios (SCE).
El ambiente de creación de servicios (SCE) es usado para definir la lógica y los
datos que requieren los servicios de una MIN. En el sistema de GSM de Ericsson,
el SCE, es implementado usando el SMAS sobre una plataforma de TMOS.
3.9 Procesamiento de una llamada en una MIN (descripción general).
Los siguientes procesos son llevados a cabo durante cada llamada en una MIN:
1. El MSC/VLR identifica que funciones de servicio de MIN requiere una llamada y
se contacta con el SSF.
2. El SSF determina cuál SCF deber ser contactado para el servicio e identifica los
datos de la llamada, los cuáles deben ser enviados al SCF. El SSF pide las
instrucciones al SCF acerca de cómo implementar el servicio de MIN.
3. El SCF ejecuta la lógica para los servicios pedidos y recupera los datos
necesarios del SDF.
4. El SCF envía las instrucciones al SSF sobre el procesamiento del servicio.
127
RED GSM
5. El SSF lleva a cabo las acciones necesarias para dar proceso al servicio, esto lo
realiza interactuando con las funciones de control del MSC/VLRs en las partes en
las que sea necesario.
Figure 6.12 Inter-trabajo de los nodos de una MIN en una llamada.
3.10 GSN (GPRS).
Incrementa el valor de las redes GSM y TDMA al introducir la transmisión de
paquetes de datos, permitiendo movilidad "en línea". Esto significa que los
usuarios pueden escoger estar registrados permanentemente a su correo
electrónico, Internet y otros servicios, pero no tienen que pagar por estos servicios
hasta que envíen o reciban información. Cuando EDGE se añade a una red
GPRS, la velocidad de datos se incrementa hasta 384kbit/s.
GPRS se implanta en una red al añadir nuevos nodos que manejan paquetes de
datos y actualizando los nodos existentes para proveer una ruta para los paquetes
de datos que viajan entre una terminal móvil y un nodo denominado "gateway".
Este nodo "gateway" provee la interacción con las redes externas de paquetes de
datos para el acceso a Internet e Intranets.
Beneficios:- Mayor velocidad de datos y movilidad "siempre en línea".
128
RED GSM
- Conexión casi instantánea.
- Conexión a una amplia gama de fuentes de datos alrededor del mundo, a través
del soporte de múltiples protocolos, incluyendo IP.
- Un paso adelante hacia los servicios de Tercera Generación.
Figure 6.13 Nodos soportados en GPRS
3.10.1 Nodo de soporte de servicio GPRS (SGSN).
El SGSN (Serving GPRS Support Node) reenvía los paquetes de IP entrantes y
salientes hacia una estación móvil que este adjunto dentro del área de servicio del
SGSN. El SGSN provee el direccionamiento de dichos paquetes, además, es el
servidor para todos abonados de GPRS que están físicamente ubicado dentro del
área geográfica de servicio de SGSN . Un abonado GPRS puede ser atendido por
cualquier SGSN de la red, dependiendo de su ubicación. El tráfico es enrutado
desde el SGSN hacia el BSC vía el BTS a la hacía la estación móvil y se procede
con lo siguiente :
129
RED GSM
• El cifrado y la autentificación
• Administración de sesión
• Administración de movilidad
• Administración del enlace lógico hacia el MS
• Conexión hacia HLR, MSC, BSC, SMS - GMSC, SMS - IWMSC, GGSN
• Genera datos para la facturación.
El SGSN recolecta la información de facturación para cada MS relacionado con el
uso de la red de radio. Ambos el SGSN y el GGSN colectan la información de
facturación sobre el uso de los recursos de la red de GPRS.
3.10.2 GATEWAY del Nodo de Soporte GPRS (GGSN).
El GGSN provee la interfaz hacia las redes externas de paquetes IP.
Por lo tanto el GGSN contiene funcionalidades de acceso que funcionan como
interfaces externas de ISP como ruteadores y servidores de RADIUS (Remote
Access Dial-In User Service), que son usados para los propósitos de seguridad.
Desde el punto de vista de la red de IP externa, el GGSN actúa como un ruteador
de direcciones IP para todos los abonados atendidos por la red GPRS. De éste
modo el GGSN intercambia información de ruteo con la red externa, además:
• Administra la sesión para GPRS; establece la comunicación hacía la red externa.
• Tiene la funcionalidad para conectar a los abonados al SGSN apropiado.
• Genera datos para la facturación.
130
RED GSM
Capitulo 4.Casos de tráfico básicos y servicios de abonado.
Éste capitulo está diseñado para proveer al estudiante una visión general acerca de cómo son establecidos los diferentes casos de tráfico en una red GSM, así cómo también la forma en la que interactúan los diferentes nodos dentro de la red para el establecimiento exitoso de las llamadas.
Objetivos:
Al término de éste capitulo es estudiante será capaz de:
- Describir algunos casos de tráfico básicos para una red celular GSM.- Describir cómo interactúan los diferentes elementos de la red GSM en
los diferentes casos de tráfico.- Entenderá cómo se realiza la función de roaming y facturación.
131
RED GSM
Contenido4.1 Caso de tráfico 1: MS en el modo libre
4.1.1 Conectándose a la red
4.1.2 Roaming en la red
4.1.3 Separado de la red
4.2 Casos de tráfico: MS en el modo activo
4.2.1 Llamada hacia un MS
4.2.2 Entrega (Handover)
4.2.3 Handover intra- celda
4.2.4 Handover entre celdas controladas por el mismo BSC
4.2.5 El handover entre celdas controladas por diferentes BSC´s pero el mismo
MSC / VLR
4.2.6 Handover entre celdas controladas por diferentes MSC / VLR´s
4.3 Casos de tráfico internacionales
4.3.1 IMSI attach
4.3.2 Llamada hacia un MS
4.4. Facturación
4.4.1 Principios de la facturación
4.4.2 Estructuras para tarifas y cobro.
4.4.3 Un caso de tráfico y su facturación.
4.4.4 Planes de Tarifación
4.4.5 El futuro de la facturación
132
RED GSM
4.4.6 Cobro en redes de 3G
4.1 Caso de tráfico 1: MS en el modo libre
Figura 4-1. Caso de tráfico 1, cuando MS está en el modo libre
133
RED GSM
4.1.1 Conectándose a la red
Asociación del IMSI (IMSI attach)
Cada abonado en una red de GSM es identificado por un número único llamado
Identidad Internacional de Abonado Móvil (IMSI). El IMSI es usado siempre que un
MS está en comunicación con una Red GSM. Cuando un MS es encendido, el
procedimiento de IMSI attach es ejecutado. Esto involucra los siguientes pasos:
1. El MS envía un mensaje de IMSI attach a la red indicando que éste quiere
cambiar su estado a libre.
2. El VLR determina si hay un registro para el abonado actual. Si no, el VLR se
contacta con el HLR del abonado para obtener una copia de la información de
suscripción.
3. El VLR actualiza el estado del MS a libre o disponible.
4. El reconocimiento es enviado al MS.
134
RED GSM
Figure 4-2. IMSI attach
Actualización de ubicación, tipos de asociación de IMSI
Si el MS ha cambiado su ubicación mientras está apagado, el procedimiento de
IMSI attach podría resultar en una actualización de la ubicación del MS.
Durante el IMSI attach, el VLR puede determinar si la ubicación actual del MS es
diferente a la ubicación guardada en los datos de suscripción del MS. Si es así, el
VLR actualiza la ubicación del MS.
4.1.2 Roaming en la red
Cambiando de celdas dentro de una Área de localización.
Los MS's se están moviendo constantemente dentro de una red celular. La
información de ubicación del MS está almacenada en el VLR. Si un MS cambia de
celdas dentro de un área de localización, la información de ubicación no es
actualizada.
135
RED GSM
El MS sabe que la nueva celda pertenece a la misma área de localización, ya que
se encuentra “escuchando” a la frecuencia del canal de control en la nueva celda.
El canal de control transmite el área de localización en la cuál se encuentran las
celdas. El MS compara la última ubicación recibida, con la nueva ubicación. Si son
las mismas, quiere decir que el MS no ha cambiado de área de localización y no
es necesario informar a la red que actualice la información de ubicación.
Actualización de ubicación, dentro del mismo MSC / VLR.
Si un MS detecta un cambio en la ubicación sobre el canal de control, procede a
informar a la red. Cuando el MS envía el mensaje de actualización de la ubicación,
el MSC / VLR determina si es un MS que ya se encuentra registrado en la red, o si
se trata de un MS visitante de otro MSC / VLR.
Figure 4-3 Actualización de ubicación, mismo MSC / VLR
1. El MS escucha el canal de control en la nueva célula para determinar el área de
localización. La información de ubicación recibida es comparada con la anterior. Si
son diferentes, entonces es necesaria una actualización de ubicación.
2. El MS establece una conexión con la red y la autentificación es llevada a cabo.
136
RED GSM
3. Si la autentificación es exitosa, el MS envía un requerimiento al sistema para
que realice una actualización de ubicación.
4. El sistema reconoce la actualización de la ubicación.
Actualización de la ubicación, nuevo MSC / VLR
Cuando un MS se encuentra dentro de una nueva área de localización, entonces
se procede a realizar una actualización de la nueva ubicación.
Sin embargo, para un MS desconocido, el área de localización puede pertenecer
a un nuevo MSC / VLR. Cuándo una solicitud de actualización de ubicación es
recibida por el nuevo VLR, éste ejecuta el procedimiento abajo descrito.
Figure 4-4 Actualización de ubicación, nuevo MSC / VLR
1. La autentificación es llevada a cabo. Si la autentificación es exitosa, el
VLR verifica su base de datos para determinar si hay o no un registro de
suscripción para éste MS.
2. Cuando el VLR no encuentra ningún registro para el MS, éste envía un
requerimiento al HLR del abonado y le pide una copia de la información de
suscripción del MS.
137
RED GSM
3. El HLR pasa la información al VLR y se actualiza la información de ubicación
para el abonado. El HLR le ordena al anterior VLR que borre la información que
tiene sobre la suscripción del MS.
4. El VLR almacena la información de suscripción para el MS incluyendo la más
reciente ubicación y el estado (vacante) del MS. El VLR manda un mensaje de
reconocimiento hacia el MS.
Actualización de ubicación, el registro de tipo Periódico
El registro periódico es una característica la cuál que fuerza a un MS a transmitir
un mensaje de registro hacia la red en intervalos predeterminados. Si un MS
omite tal registro, la red tomará al MS cómo separado de la red. Esto podría ocurrir
si un MS está fuera del área de cobertura y se asegura que el voceo hacia el móvil
no se lleve a cabo, ya que no es necesario.
Si la red usa registro periódico, el MS estará informado, sobre el canal de control
de cada cuándo debe ser realizado el registro periódico. El registro periódico tiene
un mensaje de reconocimiento.
El MS tratará de registrarse hasta que reciba este mensaje.
4.1.3 Separado de la red
IMSI se separa (IMSI detach)
El IMSI detach permite que el MS indique a la red que se apagó. En el apagado, el
MS manda un mensaje de separación de la red (IMSI detach). Sobre la recepción,
el VLR marca el correspondiente IMSI como separado. El HLR no es informado.
Ningún reconocimiento es enviado al MS.
138
RED GSM
Separación implícita.
Si el MS envía un mensaje de IMSI detach hacia el sistema y la calidad del enlace
de radio es pobre, el sistema podría no estar apto para descifrar la información.
Debido a que ningún reconocimiento es enviado al MS, ningún intento adicional es
realizado. En este caso, el sistema sigue respetando al MS cómo si siguiera
asociado a la red. Si el registro periódico está en uso, el sistema pronto
determinará que el MS está separado. El VLR entonces realiza un una separación
implícita , marcando el MS como separado de la red.
4.2 Casos de tráfico: MS en el modo activo
Un MS está en el modo activo cuando hay una llamada (transmisión de voz, fax o
datos), o tiene lugar el establecimiento de una llamada.
139
RED GSM
1. Llamada de un MS (voz, fax, datos, mensajes cortos)
2. llamada hacia a MS (voz, fax, datos, mensajes breves, transmisión de celda)
3. Handover- intra - BSC
4. Handover- inter - BSC, intra - MSC
5. Handover- inter - MSC
Figure 4-5 Casos de tráfico que activan un MS y casos cuando un MS está
en el modo activo.
Llamada de un MS
Esta sección describe lo que ocurre cuando un abonado móvil quiere establecer
una llamada de voz hacia un abonado de la red fija (PSTN).
140
RED GSM
Figure 4-6 Establecimiento de una llamada de un MS a un abonado PSTN.
1. El MS pide el acceso hacia la red.
2. El BSC / TRC responde al pedido y le permite el acceso.
3. El MS envía un establecimiento de llamada al MSC / VLR. Esto incluye:
- Designación del MS como "Activo" en el VLR
- Procedimiento de autentificación
- Envío del número del abonado B hacia la red
4. El MSC / VLR ordena al BSC / TRC que asigne un “time slot” sobre la trama de
TDMA en una celda. La RBS y MS son comunicados de que pueden ocupar dicho
time slot.
5. El MSC / VLR envía el número de B - hacia la central en la PSTN, la cuál
establece una conexión hacia el abonado B.
6. Si el abonado B responde, la conexión es establecida.
4.2.1 Llamada hacia un MS
La mayor diferencia entre una llamada hacia un MS y una llamada de un MS, es
que en una llamada hacia un MS la ubicación exacta del abonado móvil es
141
RED GSM
desconocida. Por lo tanto, el MS debe ser ubicado usando el voceo hacia el MS
antes de que se pueda establecer la conexión.
Vemos abajo la descripción del proceso de un establecimiento de llamada de un
abonado de PSTN hacia un abonado móvil. Una llamada de un abonado MS hacia
otro abonado movil opera de acuerdo con el mismo proceso, la única diferencia es
que el GMSC es contactado por otro MSC / VLR en lugar de ser contactado por un
nodo de PSTN.
Figure 4-7 Llamada hacia un móvil MS desde la red PSTN
1. El abonado de PSTN marca el número de teléfono del MS
142
RED GSM
(MSISDN). El MSISDN es analizado en el PSTN, cuál Identifica que ésta es una
llamada para un abonado de la red móvil. Una conexión es establecida al GMSC
de la red GSM en dónde se encuentra el MS.
2. El GMSC analiza el MSISDN para encontrar qué HLR es el que tiene registrado
al MS , y pregunta al HLR sobre la información de cómo va a encaminar la llamada
al MSC / VLR que le está proporcionando el servicio.
3. El HLR devuelve la información sobre cómo enrutar la llamada hacia el
MSC / VLR de servicio. El GMSC enruta la llamada hacia el MSC / VLR.
4. El MSC / VLR sabe en qué área de ubicado está el MS. Un mensaje de voceo
es enviado a la BSC's que controla dicha área de localización.
5. Los BSC's mandan el mensaje de voceo hacia las RBS's distribuidas en dicha
área de ubicación. Las RBS's transmiten el mensaje sobre el aire.
6. Cuando el MS detecta el mensaje de voceo, responde y el procesamiento de la
llamada es ejecutado. Un time slot de la trama de TDMA es asignado.
7. El teléfono móvil suena. Si los abonados responden, la conexión es establecida.
4.2.2 Entrega (Handover)
El proceso de cambiar de una celda a otra durante una llamada es conocido como
handover, dentro de la terminología de GSM. Para escoger la mejor celda, el MS y
la RBS llevan a cabo mediciones.
Un MS continuamente está midiendo la fuerza de señal y la calidad sobre la
celda, así cómo también la fuerza de señal de la portadora de los canales de
control de las celdas cercanas. Las mediciones son transportadas sobre la señal
de bajada, mientras el MS está en el modo activo. Los resultados de las
143
RED GSM
mediciones son enviados a la BSC en intervalos regulares. Las RBS de servicio
miden la fuerza y la calidad de la señal sobre el enlace ascendente.
Figure 4-8 Mediciones enviadas a la BSC
Basada de estas mediciones, la BSC determina si es necesario realizar un
handover y determina hacia que celda. Tan pronto como una celda cercana, es
considerada ser mejor que la celda de servicio, es intentado un handover.
Hay algunos tipos de la handover, incluyendo:
- Handover Intra- celda
- Handover entre celdas controladas por el mismo BSC
- Handover entre celdas controladas por BSC's diferentes, y solamente el mismo
MSC / VLR.
- Handover entre celdas controladas por MSC / VLRs diferentes
144
RED GSM
Cada uno de estos casos de tráfico es descrito en detalle más adelante. En cada
caso, la decisión para realizar un handover ha sido realizada y la celda para
efectuar dicho cambio ha sido ya identificada.
4.2.3 Handover intra- celda
Un especial tipo de entrega es el handover intra- celda. Es llevado a cabo cuando
el BSC considera la calidad de la conexión demasiado bajo, pero no recibe
indicación de las medición de que otra celda sería mejor. En ese caso el BSC
identifica otro canal1 dentro de la misma celda, la cual puede ofrecer una mejor
calidad, y el MS es ordenado a cambiar a dicho canal.
4.2.4 Handover entre celdas controladas por el mismo BSC
Cuando se llevar a cabo un handover entre dos celdas controladas por el mismo
BSC, el MSC / VLR no está involucrado. Sin embargo, el MSC / VLR
será informado cuando un handover ha tenido lugar. Si un handover involucra
diferentes áreas de localización, la actualización de la ubicación re llevará a cabo
una vez que la llamada ha sido terminada.
1 El BSC intentará primero la entrega a un canal sobre otra frecuencia. Si nada está disponible, se llevará a cabo un
handover
145
RED GSM
Figure 4-9: Handover- celdas controladas por el mismo BSC
1. El BSC ordena al nuevo RBS activar un timeslot.
2. El BSC envía un mensaje para el MS, vía el RBS anterior, conteniendo
información sobre la frecuencia y el time slot a cambiar así cómo también la
potencia de salida que debe utilizar.
3. El MS sintoniza la nueva frecuencia y el timeslot correcto. El MS envía un
mensaje de handover completado, al BSC ,vía la nueva RBS.
4. El BSC dice al RBS viejo que libere el timeslot anterior.
146
RED GSM
4.2.5 El handover entre celdas controladas por diferentes BSC´s pero el
mismo MSC / VLR.
Cuando otro BSC está involucrado en un handover, el MSC / VLR debe también
ser involucrado para establecer la conexión entre los dos BSC's. Por lo demás, el
proceso de handover es idéntico a los casos de tráfico previos.
Figure 4-10:Hnadover: BSC's diferentes pero el mismo MSC / VLR
4.2.6 Handover entre celdas controladas por diferentes MSC / VLR´s
El Handover entre celdas controladas por diferentes MSC / VLR´s solamente
puede ser llevado a cabo dentro de una red PLMN y no entre dos PLMN's.
Celdas controladas por diferentes MSC / VLR´s significa también que son
controladas por diferentes BSC's.
147
RED GSM
Figure 4-11 Handover: celdas controladas por diferentes MSC's.
El viejo MSC, o sea MSC - A, conserva el control principal de la llamada hasta que
la llamada es liberada. Esto es porque dicha MSC contiene la información acerca
del abonado y los detalles de la llamada tales como facturación.
Después de que la llamada es liberada, el MS debe llevar a cabo la actualización
de la ubicación ya que una área de localización nunca debe pertenecer a mas de
una MSC/VLR dentro de una área de servicio. El HLR es actualizado por el VLR -
B, y le dirá al VLR - A en turno que elimine toda información sobre el abonado
móvil.
4.3 Casos de tráfico internacionales
148
RED GSM
Una de las características principales de GSM, es la habilidad de realizar roaming
internacional además de poder manejar los casos de llamadas internacionales. A
fin de que un abonado móvil pueda ser capaz de realizar llamadas mientras hace
roaming en una red de GSM diferente a la , obviamente debe haber un acuerdo
entre el operador de la red de casa del abonado y el operador de la red visitada.
Esto también es aplicable a para el roaming internacional. Aunque hay efectos
menos significantes en otros casos de tráfico, de los dos casos de tráfico más
afectados se da una idea general aquí.
4.3.1 IMSI attach.
Cuando un MS está haciendo roaming internacional, ocurre lo siguiente:
1. El MS está encendido y busca todas frecuencias de GSM dentro de una banda
de frecuencias (por ejemplo. 900 de GSM). Se encuentra buscando por la
portadora de un canal de control. El MS sintoniza a la portadora de control que
tiene la señal más fuerte y lee la información de su sistema. Esto incluye la
identidad del operador de la red.
2. El MS compara esta identidad de la red con la lista de redes PLMN prohibidas,
las cuales se encuentran grabadas en la memoria SIM. Esta lista contiene todas
las identidades de red, con el que el operador de casa del abonado no tiene
acuerdos de uso de roaming internacional. Si la red, la cuál el MS ha sintonizado,
es una red prohibida, el MS continuará buscando una red permitida.
149
RED GSM
3. Si el MS no encuentra una red permitida, pero ha identificado una red prohibida,
exhibe un mensaje "De emergencia Solamente". Si el MS encuentra una red
permitida, sintoniza hacia ella y envía un mensaje de IMSI attach.
4. Lo restante a éste caso de tráfico es idéntico al caso normal de IMSI attach, con
la única diferencia de que el HLR del abonado está ubicado en otro país.
4.3.2 Llamada hacia un MS
Cuando un MS está haciendo roaming internacionalmente y una llamada es hecha
hacia él, el procedimiento usado es idéntico a cuando el MS está en la red de
casa.
La única diferencia importante es que el GMSC y HLR usados están en la red de
casa del abonado, mientras que el MSC / VLR está en una red en otro país.
4.4. Facturación
4.4.1 Principios de la facturación
Los principios básicos para cobrar en una red de GSM son lo mismos que se usan
para cobrar en una red PSTN . Pero hay una diferencia muy importante. En una
red móvil, lo único conocido por el abonado que llama (Abonado A) sobre el
abonado llamado (Abonado B) es el país en el cuál la suscripción de B está
ubicada. El abonado que genera la llamada (Abonado A) paga la llamada en el
país de suscripción.
El abonado B paga parte de la llamada cuándo éste se encuentra haciendo
roaming internacional en otra red.
150
RED GSM
En GSM 1900, la facturación se hace en forma diferente a cómo se hace en otras
versiones GSM. Tradicionalmente en Norte América el usuario móvil paga las
llamados tanto entrantes como salientes. La razón para esto es que el abonado A
no puede decir si el abonado B es un abonado móvil debido a el plan de
numeración integrado estadounidense.
Debe ser notado que las especificaciones de GSM no rigen los paquetes o tárifas
de cobro. Cada operador escoge un sistema por separado. Sin embargo, las
especificaciones de GSM tienen que ver con los mecanismos de cobro
relacionados con llamadas originadas y con los elementos de desvío de llamada
(cuándo el abonado móvil se encuentra haciendo roaming) cuándo dicha llamada
es realizada hacia un abonado GSM (llamadas de tráfico móvil terminante).
4.4.2 Estructuras para tarifas y cobro.
Componentes de cobro de la red.
Componente se le designa a una elemento o nodo, el cuál interviene en la
conexión de una llamada, en muchas ocasiones el cobro se realiza en base a la
cantidad de equipo que es involucrado para realizar la conexión de una llamada.
La estructura de las tarifas está basado en dos componentes principales:
- el componente de acceso a la red
- el componente de utilización de la red
Componente de acceso de la red
Los cargos por el acceso a la red para cada abonado, consisten de:
- un cargo inicial
151
RED GSM
- un cargo por suscripción (pagar mensualmente o trimestralmente, por
ejemplo. Hasta que la suscripción acabe)
Los cargos de acceso varían de acuerdo con los privilegios de suscripción y el
número de servicios básicos y adicionales suscritos al abonado.
Los cargos por acceso a la red están basados en el registro de datos, los cuales
son colectados y manejados por el operador de la red, durante el proceso de
subscripción del abonado.
Componente de utilización de la red
El componente de utilización de la red es registrado en base al número de
llamadas.
El principio básico para iniciar el cobro es cuándo el abonado B contesta o cuándo
contesta el abonado C (si es que tiene transferencia de llamada activada), o
cuándo se realiza una conexión hacia un contestador automático interiormente en
la red. Los puntos principales involucrados en el cálculo de la facturación son:
- Uso de redes PLMN de GSM
- Uso de PSTN’s nacionales / internacionales
- Uso de la conexión entre redes diferentes
- Uso del sistema de señalización No.7 (SS7)
Los cargos por utilización de la red varían de acuerdo a, por ejemplo. Cuál es el
área país / región en que la llamada es creada, su destino, día y hora, el uso de
servicios adicionales, si la parte que llama está en roaming Internacional y
finalmente por el servicio que usa.
152
RED GSM
Componentes de una llamada
Cada llamada esta dividida en varios componentes que son usados en la
determinación del cobro final. Esto facilita el cobrar del abonado A y el abonado B
por separado para las diferentes partes de una llamada. Los componentes
principales de una llamada se describen a continuación.
Componente de llamada originante.
El componente de llamada originante es la parte de una llamada móvil generada
desde la MSC / VLR hacia la entidad de la red apuntada por el MSISDN. El
abonado A paga este componente.
Componente de envío de llamada con roaming
El componente de la llamada con raoming , se establece cuándo un abonado
móvil de una red PLMN local, se encuentra dentro de otra región o país y realiza
un intento de conexión hacia un MSC / VLR designado por el MSRN. Dependiendo
del operador, el cobro se le realizará al abonado A o al abonado B.
Componente de desvío de llamada
El componente de desvío de llamada es la parte de una llamada desde el GMSC o
MSC / VLR hacia la entidad de red señalado por un número "desviado a". El
abonado A o B paga esto, dependiendo del operador.
Componente de llamada terminante
153
RED GSM
Este componente es parte de la llamada que se termina por completar en la MSC /
VLR que le está dando servicio al abonado móvil. Dependiendo del operador, el
abonado de A o el B paga este componente.
Componente de llamada en transito
Los componentes de llamada originante, en roaming y desvío de llamada pueden
incluir un componente de llamada en transito, pasando a través de centrales de la
PSTN. Esto depende de la arquitectura de la red entre el MSC / VLR que
proporciona el servicio y el GMSC para el abonado A y el B respectivamente.
Figure 4-12 Componentes de llamadas originantes, roaming y terminantes
154
RED GSM
Figure 4-13 Componente de una llamada en transito
4.4.3 Un caso de tráfico y su facturación.
Esta sección describe un ejemplo de cobro en el cuál varios abonados están
involucrados. Muchos de los abonados no están presentes sus redes PLMNs de
casa y las redes deben determinar qué abonado se hace responsable de pagar
cada componente de la llamada.
Hay cuatro abonados móviles:
- Fowler: un abonado cuya red de casa está en Australia y él actualmente
se encuentra en China
- Lee: un abonado cuya red de casa está en Corea del Sur, pero él está
actualmente en asuntos de negocio en EU.
- Walker: un abonado para una red sudafricana el cuál está de
vacaciones en Brasil
- Rush: un abonado cuya red de casa está en el Reino Unido, pero que
se encuentra de negocios en Arabia Saudita
155
RED GSM
Figure 4 –14 Caso de cobro
1. Rush llama a Walker. La red de Arabia Saudita identifica del MSISDN de Walker
que debe de contactar a una red de sudafricana.
2. Walker tiene el servicio de "Desvío de llamada en abonado no contesta"
activado, hacia Lee en Corea del Sur. La red de Sudáfrica inicia el contacto con
la red surcoreana.
3. Lee está en los Estados Unidos (haciendo roaming internacional) y está
hablando por teléfono. Rush activa el servicio de "Completación de llamada para
abonados ocupados" (la red pondrá establecerá la llamada automáticamente
cuándo Lee cuelgue la llamada actual).
4. Lee cuelga definitivamente después de su conversación. El MS de Rush trata
de hacer la llamada otra vez, empezando con otro intento para conectar a Walker.
5. La llamada es desviada a Corea del Sur.
156
RED GSM
6. La llamada es desvíada a los Estados Unidos.
7. Durante la llamada Lee tiene que consultar con Fowler de Australia. Él activa el
servicio de "Tres a la vez".
8. Fowler esta en China, así que la red australiana encamina la llamada a China.
Cazador de aves, Rush y Lee termina de hablar, y cuelga.
Pregunta: ¿quién paga por cada parte de la llamada?
Rush : - De Arabia Saudita hacia Sudáfrica (componente de origen)
-Activación del servicio "Completación de llamada para abonados
ocupados"
Walter: - De Sudáfrica hacia Corea del Sur (componente de desvío de
llamada)
-Activación del servicio "Desvío de llamada" (si no está incluido en la
suscripción)
Lee: - De Corea del Sur hacia los Estados Unidos (componente roaming)
- De los Estados Unidos hacia Australia (componente originante)
- Activación del servicio " Tres a la vez".
Fowler: -De Australia a China (Componente roaming)
4.4.4 Planes de Tarifación
Debido a la desregulación de mercados de telecomunicaciones por todo el mundo,
el mercado celular en particular se ha puesto cada vez más competitivo. Esta
competición ha resultado en una reducción en las tarifas de cobro para la telefonía
157
RED GSM
móvil además de la introducción de atractivos tratos de suscripción, que incluyen
enormes descuentos o servicios gratis.
Muchos operadores de red también ofrecen suscripciones que incluyen una cierta
cantidad de llamadas gratis por mes. Muchos de estos planes están dirigidos hacia
usuarios empresariales y otras personas que hacen típicamente un número
considerable de llamadas. Cuando un abonado sobrepasa el limite de llamadas
libres, se le aplica un cargo extra, que varía de acuerdo con el tipo de suscripción
y la hora en la que fue hecha la llamada, dependiendo también de si cae o no en
horas pico.
Una práctica común para operadores es comercializar un tipo de suscripción para
usuarios empresariales y otro para usuarios personales. Para el ejemplo, un
paquete para negocios podría haber reducido el cobro por las llamadas durante
las horas de trabajo, pero aumentar las tarifas fuera de esas horas.
SIM pagado por anticipado
El concepto de una tarjeta de SIM pagada por anticipado es una idea que ha
llegado a ser muy exitosa. Con un SIM pagado por anticipado, el abonado no entra
en un contrato estándar y por lo tanto no paga tarifas mensuales o trimestrales, en
vez de eso, el abonado consigue una suscripción especial que lo mantiene
conectado a la red. La tarjeta SIM pagada por anticipado, permite que el usuario
haga la llamadas hasta que los honorarios pagados por anticipado han sido
usados. Entonces el abonado tendrá que volver a comprar una nueva tarjeta para
poder realizar más llamadas.
158
RED GSM
Las personas que solamente necesitan usar un teléfono móvil ocasionalmente,
les conviene éste tipo de pago. También podía ser usado para asignar a una
persona un limite de crédito para realizar llamadas, con el conocimiento de que no
puede excederse de ese limite.
4.4.5 El futuro de la facturación
Los servicios de voz tradicionales son facturados de acuerdo con el tiempo, la
duración y destino de las llamadas. Si el usuario hace una llamada telefónica y
habla por dos minutos, la información entra en un registro de datos de llamada
(CDR), el cuál es enviado al sistema de facturación del operador.
Este flujo de trabajo se pone más complicado con la introducción de nuevas
tecnologías. El aumento en el número de servicios y su amplía variedad, llevo a la
necesidad de crear una forma de facturación en la cuál el usuario final pueda
comprender todo lo que su recibo le muestra.
Para operadores que quieren introducir GPRS en su red movil, el tiempo para
comercializarlo es, como siempre, sumamente importante. Es crucial que se
hagan las adaptaciones administrativas y que los sistemas de facturación
provoquen retrasos en la introducción de dicho servicio.
El criterio de cobro usado para la conmutación de paquetes tal y cómo lo es
GPRS, es básicamente diferente de los principios usados en la comunicación por
conmutación de circuitos; su cobro se basa en volumen en lugar de tiempo de
ocupación.
Las tarifas en GPRS pueden ser usadas para poner un precio sobre el CDR. Por
ejemplo, es posible cambiar los datos producidos basados en volumen, como
159
RED GSM
megabytes, en datos basados en tiempo con el propósito de que el sistema de
facturación pueda procesarlos. Por ejemplo, un operador podría determinar que un
megabyte de datos equivale a diez minutos de habla, lo cuál corresponde a un
costo conocido en las tarifas usadas por el operador. El BGW puede hacer todos
estos cálculos, que son totalmente configurable de acuerdo a las necesidades del
operador.
4.4.6 Cobro en redes de 3G
La introducción de sistemas de 3G tendrá un impacto muy importante sobre la
forma de cobrar.
La cantidad de datos los datos en la facturación aumentará. Las áreas de clave
afectadas son:
- La flujo de facturación fuera de línea, seguirá siendo el flujo principal en los
sistemas de cobro, y éste a su vez será la copia de seguridad para el flujo de
facturación en línea.
- Los CDRs para abonados que se encuentran haciendo roaming estará disponible
en la red de casa tan solo unos minutos después de la terminación de la llamada o
el uso del servicio.
- Habrá nuevos y evolucionados mecanismos de facturación, por ejemplo.
Volúmenes, el uso del servicio y el contenido.
- Habrá muchas nuevas plataformas de servicio en la red. Esto representa muchos
nuevos nodos diferentes con muchas diferentes interfaces para cobrar.
- El número de receptores de la información de facturación aumentará, tanto
160
RED GSM
Interiormente y como exteriormente.
Habrá flujos de facturación tanto en línea como fuera de línea:
- En línea, significa que la facturación se hace en tiempo real, cobrando por los
eventos o sesiones que se pueden facturar.
- Fuera de línea, significa que el cobro no se puede hacer en tiempo real, por lo
tanto es necesario esperar a que el cobro se pueda realizar después de que un
servicio ha sido proporcionado.
La complejidad del manejo de los datos de facturación en el Estándar Universal de
Telefonía Móvil (UMTS) aumentará tanto como la importancia de tener el sistema
capacitado para facturar los nuevos servicios rápidamente. Será crucial para los
operadores tener las soluciones correctas para manejar esto de una manera
eficaz.
Esto significa que los flujos de información de GSM, GPRS y UMTS estarán en un
mismo lugar. Los volúmenes de CDR de la red de UMTS serán probablemente
muy pequeños al inicio, pero esto solamente aumentará cuando los abonados
sean pasados de GSM y GPRS a UMTS. La emigración de abonados será más
fácil debido a que todo el flujo de cobro será puesto en un solo lugar desde el
principio.
Los impactos sobre sistemas heredados (legacy) existentes, por ejemplo sistemas
de facturación, serán mantenidos a un mínimo.
161
RED GSM
Capitulo 5
Equipo Ericsson
Este capítulo es diseñado suministrar al estudiante con una visión general del
equipo que proveé Ericsson cómo soluciones para tecnología GSM. Describe los
principios básicos del principal producto de Ericsson, así como una lista de los
principales componentes y sus características.
Objetivos:
Sobre la terminación de este capítulo el estudiante podrá:
- Describir brevemente la función de APT y APZ
- Describir las diferentes funciones que puede ser implementadas al usar una
central telefónica AXE y su plataforma modular
- Describir la estructura física del hardware AXE 810
162
RED GSM
Contenido
5.1 Introducción
5.2 AXE como una plataforma multi- aplicación
5.3 AXE en los sistemas de GSM de Ericsson
5.4 Arquitectura del Sistema AXE.
5.5 Modularidad funcional
5.6 Modularidad de software
5.7 Modularidad del equipo físico
5.8 Modularidad tecnológica
5.9 Estructura del AXE
5.10 Sistemas de AXE basados en modularidad no aplicada
5.11 Nivel de subsistema
5.12 Nivel de bloques funcionales
5.13 Nivel de unidad de función
5.14 Sistemas de AXE basados en la aplicación de la modularidad
5.15 AXE HARDWARE
5.16 Subsistemas de aplicaciones de telecomunicaciones
163
RED GSM
5.1 Introducción
El AXE (nombre comercial de Ericsson) es una plataforma multi- aplicación, es un
producto de conmutación digital para redes públicas de telecomunicaciones. Tiene
una gran capacidad de procesamiento en tiempo real y puede manejar volúmenes
altos de tráfico. El AXE está basada en un modelo en cuál toda funcionalidad
(conmutación, abonados, acceso a la red, operación, mantenimiento, control de
tráfico y control de la facturación) está manejado por cada nodo dentro de la red.
El AXE fue introducido al mercado en el año de 1975.
5.2 AXE como una plataforma multi- aplicación
Cuando el AXE fue introducida en el mercado éste soportaba solamente la
aplicación más importante de las telecomunicaciones, PSTN. Desde entonces el
AXE se ha ido desarrollando y ahora es capaz de soportar un amplio rango de
aplicaciones adicionalmente a lo tradicional, esto es:
• ISDN
• PLMN
• Comunicaciones de negocios
Además de eso, el AXE es capaz de soportar redes inteligentes (IN) y redes de
señalización. El AXE suministra funcionalidades a diferentes niveles de esas
redes.
5.3 AXE en los sistemas de GSM de Ericsson
164
RED GSM
Los sistemas de GSM de Ericsson están basados en el AXE. Esto significa que
las funciones y servicios están basadas en la tecnología de centrales AXE y se
pueden proveer cómo estándar dentro de los productos CME 20/CMS40. Esto
también quiere decir que los sistemas GSM de Ericsson se beneficiarán en un
futuro del desarrollo del AXE. Los nodos basados en tecnología AXE dentro de los
sistemas GSM de Ericsson son:
• MSC / VLR
• GMSC
• HLR
• ILR
• SSP
• SCP
Figure 5-1 Red de CME 20 / CMS 40
165
RED GSM
5.4 Arquitectura del Sistema AXE.
La clave para el éxito del AXE radica en su flexibilidad y en su modularidad única.
La modularidad permite que el AXE se adapte rápidamente a los cambios,
necesidades y requerimientos de las red y de los usuarios finales. Esta
modularidad significa una mayor facilidad para manejar la central, y éstpo a su vez
resulta en una reducción de costos y si a eso le agregamos la flexibilidad con la
que se adapta al mundo cambiante de las telecomunicaciones, resulta en una
buena inversión.
La modularidad del AXE es tal que se puede tener en un solo nodo (aunque no es
recomendado) las funciones de GMSC/VLR/HLR/AUC/DTI/BSC/TRC/SSP/SCP.
La modularidad es implementada de varias maneras en el AXE. Éstos son
descritos abajo.
5.5 Modularidad funcional
El AXE es diseñado de tal manera que los nodos con diferentes funciones pueden
ser generados desde el mismo sistema. Por ejemplo, un AXE puede actuar como
un MSC / VLR o como un HLR. Esto puede ser conseguido debido a la
modularidad del software y del equipo físico (hardware).
5.6 Modularidad de software
El AXE consta de un juego de componentes básicos independientes (conocidos
como bloques funcionales), cada uno efectua una función específica y se
166
RED GSM
comunicar con cada otro mediante señales e interfaces definidas. Modularidad de
software quiere decir que los bloques funcionales pueden ser añadidos,
eliminados o modificados de acuerdo a los cambios requeridos, incluso puede ser
rediseñados para trabajar con otras partes del sistema.
5.7 Modularidad del equipo físico
El embalaje físico del AXE brinda a alto grado de flexibilidad y lo esta basado
sobre especificaciones de estándar industrial. El sistema de embalaje contribuye
en una facilidad de manejo durante el diseño, la fabricación, la instalación, la
operación y el mantenimiento. Su construcción basada sobre una estructura
modular de gabinetes y repisas desmontables llamadas magazines, lo hacen más
fácil para intercambiar equipo cuándo es necesario remplazarlos por algún daño y
todo eso sin originar disturbios a la central.
5.8 Modularidad tecnológica
El AXE es una plataforma de conmutación de terminales abiertas, lo cua´l permite
que nuevas tecnologías puedan funcionar o ser añadidas, permitiendo así el
desarrollo ininterrumpido del AXE.
Por ejemplo, el AXE no fue concebida originalmente para aplicaciones móviles,
pero cuando la telefonía móvil estaba desarrollandose, el AXE demostró ser la
plataforma más apropiada para dicho desarrollo.
5.9 Estructura del AXE
Actualmente hay dos tipos básicos dentro de la estructura para AXE:
167
RED GSM
• Modularidad no aplicada basada en sistemas AXE (AXE 105)
• Modularidad aplicada basada en sistemas AXE (AXE 106)
Figure 5-2 Estructura de los sistemas AXE
5.10 Sistemas de AXE basados en modularidad no aplicada
Un ejemplo de un nodo de AXE, que es implementado sin usar la aplicación de la
modularidad, es el BSC.
Sistema de nivel 1
El sistema de nivel 1 es el mismo AXE 105 y es una combinación de sistemas con
el sistema de nivel 2.
Sistema de nivel 2
En el sistema de nivel 2, el AXE 105 está dividido en dos:
• APT: esta es la parte que conforma las funciones de telecomunicaciones y de
conmutación.
• APZ: éste es el control o la parte de sistema operativo del AXE
168
RED GSM
5.11 Nivel de subsistema
Cada AXE es una combinación de APT y de los subsistemas de APZ. Funciones
similares (por ejemplo. La función de facturación) se agrupan en un subsistema.
Un subsistema puede estar compuesto de varios bloques funcionales , los cuales
puede trabajar entre sí o entre otros subsistemas, según sea requerido.
5.12 Nivel de bloques funcionales
Las tareas destinadas a cierto subsistema son divididas dentro de los bloques
funcionales individuales. Cada bloque funcional, constituye una unidad de función
bien definida con sus propios datos y con señales estandarizadas de interworking.
5.13 Nivel de unidad de función
Cada bloque de funcional consta de unidades de función. Hay 3 tipos de
Unidades de función:
• Una unidad de equipo físico
• Una unidad de software regional como las que se encargan de las rutinas de
trabajo para la exploración de dispositivos de equipo físico
• Una unidad de software central la cual es responsable del más complejo análisis
de funciones requerido, por ejemplo, el establecimiento de una llamada.
Un bloque de funcional podría constar de tres o de una unidad de software central
solamente.
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5.14 Sistemas de AXE basados en la aplicación de la modularidad
La aplicación de la modularidad es un conjunto de principios bien definidos para la
construcción e implementación de las aplicaciones del software del AXE. Un
ejemplo de un nodo de AXE, el cuál implementa el uso de la aplicación de la
modularidad, es un nodo de MSC / VLR.
La aplicación de la estructura de modularidad está basada en principios usados
en las redes de telecomunicaciones. Por ejemplo, para proveer servicios a
usuarios finales, os nodos de la red deben de ser capaces de poderse
interconectar y trabajar con otros nodos dentro de la misma red. Esto se consigue
usando protocolos e interfaces comunes.
Sistema de nivel 1
El sistema de nivel 1 es el AXE 106 mismo y es una combinación de módulos de
sistema.
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Figure 5-3 Estructura del sistema de AXE
Módulos de sistema
El AXE 106 contiene los siguientes módulos de sistema:
• APZ
• El sistema de fuente existente (XSS)
• La plataforma de módulo de recurso (RMP)
• Módulos de aplicación (AMs)
APZ
APZ es el control o el sistema operativo de AXE. Es responsable para las
funciones de sistema operativo, las funciones de E/S, las funciones del servicio,
etcétera.
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El sistema de fuente existente (XSS)
El XSS es un APT adaptado para el uso en una aplicación de modularidad basado
en AXE. El XSS está dividido en dos partes principales:
• Core APT : esto contiene la funcionalidad la cuál es común en todos los
sistemas móviles ofrecidos por Ericsson (i.e.. CME 20,40 de CMS, 30 de CMS,
8800 de CMS).
• 1 / APT: esto contiene la funcionalidad específica para los sistemas de GSM de
Ericsson (CME 20 y 40 de CMS).
La plataforma de módulo de recurso (RMP)
Este coordina el sistema para los módulos de aplicación. Todo equipo físico
requerido por los AMs son suministrado a ellos por el RMP. Este equipo físico
puede estar ubicado tanto en el RMP como en el XSS.
5.15 AXE HARDWARE
Desde su comienzo, el AXE fue diseñado de tal forma que se adaptará al cambio
continuo. A través de los años, nuevas aplicaciones han sido introducidas, un
amplío rango de funciones han sido cubiertas, así cómo se ha ido actualizando el
hardware que utiliza.
Los más recientes avances en la tecnología, han llevado al sistema a mejorar sus
funciones, así cómo a reducir el espacio físico que ocupa en las salas de
conmutación, de igual forma ha sido reducido el consumo de poder derivando en
un ahorro en el costo de opración.
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Estructura BYB 501
Los gabinetes que utiliza actualmente mantienen una estructura de acuerdo con el
estándar de Ericsson llamado BYB 501, el cuál viene a sustituir la antigua
arquitectura de BYB 202, dicha estructura, cumple con los padrones métricos para
IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) y ETSI (European
Telecommunications Standards Institute) y ofrece una excelente EMC
( compatibilidad electromagnética) la cuál es una de las ventajas que tiene éste
equipo en comparación con otros equipos. Los Subracks de BYB 501 se pueden
acomodar en unidades plug-in de tamaño normal y de la mitad de tamaño.
El AXE se ha desarrollado desde el primer Hw llamado BYB 101 a través del BYB
102, BYB 202, BYB 501 1.3 y 1.4 hasta el lanzamiento del más reciente AXE, BYB
501 1.5. Este equipo físico es llamado como el AXE 810.
Figure 5-4 Evolución del HW
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El nuevo AXE 810 refuerza el puesto del AXE como un sistema que se mantiene
en constante cambio de acuerdo al desarrollo de la tecnología y a los
requerimientos del mercado. Suministra beneficios físicos, ya que la reducción del
espacio es considerable en comparación del anterior y su capacidad se
incremento notablemente. El AXE 810 es también uno de los principales
componentes para la migración a redes de 3G.
Figure 5-5 Reducción del espacio físico.
Arquitectura del sistema de Control
Otro factor importante detrás de la flexibilidad de AXE es la arquitectura del
sistema de control. El AXE es una central con Control de programa almacenado
(Stored Program Control, SPC). Es decir, los programas de software son
guardados en el AXE el cuál controla el equipo y las operaciones de conmutación.
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De ésta forma el AXE muestra que tiene la capacidad de llevar dos niveles de
control, el control central y el control distribuido. Este enfoque brinda una mayor
confiabilidad y eficiencia en el manejo de llamadas.
Figura 5-11 SPC (control de programa almacenado)
El sistema de control ,el APZ, es un sistema de dos niveles, lógica centralizada y
lógica distribuida. El nivel de procesamiento central consta de un procesador
central (CP) duplicado el cuál trabaja en modo simultáneo paralelo. En el nivel
distribuido, tenemos varios procesadores regionales (RP) que trabajan en pares. Y
cada par realizando una función especifica de acuerdo con el SW que le sea
cargado.
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Figure 5-12 Arquitectura de Control, AXE
Las unidades de HW que controlan los RPs son llamados módulos de extensión
(EM´s). Un par de RP´s puede controlar hasta 16 EM´s. El número de EM´s que
puede controlar un par de RP´s depende de la complejidad de las tareas que va a
desarrollar. Entre más capacidad de los RP´s se requiera, menor el número de EM
´s que pueden ser conectados. Un par de RP´s trabaja compartiendo la carga de
control de los EMs .
El sistema de entrada / salida (E/S) proporciona dispositivos de E/S tales como
conexiones con terminales, impresoras, visualizaciones de alarma, enlaces de
datos, discos flexibles, discos duros y cintas magnéticas. El sistema de E/S
efectúa todas funciones de entrada / salida y procesa datos de mantenimiento,
administración, rendimiento y datos relacionados con las llamadas.
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5.16 Subsistemas de aplicaciones de telecomunicaciones
La siguiente tabla provee una visión general breve de algunas aplicaciones de
telecomunicaciones básicas en el sistema AXE, APT.
Cuadro 5-1 Subsistemas de aplicaciones de telecomunicaciones.
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CONCLUSIONES:
El mercado de la telefonía celular, luego de culminar una etapa de crecimiento incesante de más de una década en cuanto al número de usuarios, etapa durante la cual también ha pasado de la tecnología analógica (AMPS) a estándares digitales como TDMA y CDMA, se ha enfocado fundamentalmente en agregar valor a los servicios que brinda.
En ese sentido, además del tradicional servicio de comunicación de voz, y acorde con la evolución de la tecnología, por un lado, y la sofisticación de la demanda, por otro, asistimos a la aparición inminente de servicios de datos (mensajería, acceso a Internet, juegos, música), transmisión de imágenes fijas, y hasta video.
Todos estos servicios, tienen un elemento clave diferenciador, respecto del actual servicio de voz: Transmiten mucha mayor cantidad de información en el mismo tiempo.
Como comparación sencilla, basta decir que una conversación de voz (digital, como en el estándar TDMA) emplea un máximo de 64 Kbits, siendo el' bit' la menor cantidad de información cuantificable, mientras que los servicios de datos manejan tasas de transmisión que van de 128 Kb/s hasta 2 Mb/s. Dado que el espectro radioeléctrico utilizable, sigue siendo el mismo que para los servicios de voz, es necesario encontrar la forma de ' acomodar' más bits en el mismo ancho de banda. Para lograr esto, sin ensanchar el espectro, el inicio medio posible, consiste en emplear técnicas de modulación más eficientes, a la vez que subdividir el canal para aumentar la densidad.
Para poder llevar a cabo dicha premisa, y de esa forma realizar una migración ordenada hacia esos nuevos servicios, acorde además con la tendencia que impera en el mundo desarrollado, algunas operadoras han comenzado a utilizar un nuevo estándar, que reemplazará en mediano plazo a la tecnología TDMA: el GSM.
Básicamente el estándar GSM (Global System for Mobile Communications) es un sistema completamente digital, originario de Europa (donde es el estándar dominante), que hoy se ha extendido por todo el planeta. De Ia misma forma que los sistemas ya existentes, utiliza múltiples canales de frecuencia para los diferentes usuarios, pero además, dentro de cada uno de los canales, puede acomodar en forma dinámica hasta 8 conversaciones simultáneas (contra 3 del TDMA) , lo que le permite una mucha mayor densidad de abonados por celda.
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Hoy día existen implementados sistemas GSM en las bandas de 850 Mhz, 900 Mhz, 1800 Mhz y 1900 MHz, que es la banda (utilizada en servicios PCS) que va a ser utilizada en nuestro país. Basta decir que es un sistema de mayor eficiencia en cuanto al uso de la energía, gracias al sistema de modulación que utiliza (Llamado GMSK), en el cual la amplitud de la onda portadora se mantiene constante, lo que permite trabajar con transmisores (en el móvil) de menor costo, al mismo tiempo que permite transmitir mayor cantidad de información en un ancho de banda menor.
En este esquema de modulación, la característica de la onda portadora que varia en forma proporcional a la señal de información es la fase de la portadora, con la particularidad que dicha fase varia en forma continua a lo largo de 360° (una longitud de onda), en respuesta a la combinación de bits que configuran las distintas muestras de Ia señal de voz, o los distintos servicios de datos 'puros'.
Otra importante particularidad es que cada teléfono tiene una pequeña tarjeta llamada SIM, que contiene una identificación única para teléfono, y que permite al usuario registrarse con cada radio base, en forma independiente del operador, lo que lleva al concepto (por lo demás válido en otros tipos de servicios como Ia TV por cable) de separar al operador del servicio del equipamiento empleado para acceder al servicio. Dicha tarjeta SIM (que contiene un microprocesador, y distintos tipos de memoria) puede programarse, de modo de personalizar determinados parámetros para cada usuario).
Para terminar, quizá la contribución más importante de GSM, sobre todo con vistas al futuro, es que ya existen normas para transmisión de datos en banda ancha (hasta 2 Mb/s) utilizando los mismos canales que la transmisión de voz, como HSCSD, GPRS/EDGE (384 kbps) y UTMS (2 Mb/s).
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