semana 1 - redes y tecnologias inalambricas

POSTGRADO A DISTANCIA: INGENIERA Y GESTIN DE TELECOMUNICACIONES

CURSO 02: TECNOLOGAS EMERGENTES DE TELECOMUNICACIONES

OBJETIVOS Analizar la evolucin de las tecnologas de telecomunicaciones inalmbricas. Analizar el proceso de evolucin de las redes 2G a 3G.

SUMARIO Captulo 1: Redes y Tecnologas Inalmbricas Captulo 2: Tecnologas WiFi Captulo 3: Tecnologas xDSL Captulo 4: Voz Sobre IP y Telefona IP Captulo 5: Televisin Digital

AREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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Captulo 01: Redes y Tecnologas Inalmbricas.


CAPTULO 01: REDES Y TECNOLOGAS INALMBRICAS OBJETIVOS Identificar la arquitectura, elementos y operacin de las tecnologas CDMA y TDMA Identificar las redes GSM, GPRS y EDGE Identificar las redes de tercera generacin UMTS y CDMA 2000 SUMARIO 1.1 ARQUITECTURA Y FUNCIONAMIENTO DE LAS REDES CELULARES .................... 4

1.1.1 Generalidades ............................................................................................................ 4 1.1.2 Las Redes Celulares .................................................................................................. 5 1.1.3 Funcionamiento de las Redes Celulares ..................................................................... 8 1.1.4 Tcnicas de acceso compartido al medio ................................................................... 9 1.2 TECNOLOGAS CELULARES ................................................................................... 10 1.2.1 Generaciones de Tecnologas Mviles ..................................................................... 10 1.2.2 Evolucin de la Tecnologa Mvil Celular ................................................................. 10 1.2.3 TDMA (Acceso Mltiple por Divisin de Tiempo) ...................................................... 12 1.2.4 CDMA (Acceso Mltiple por Divisin de Cdigo) ...................................................... 13 1.3 NUEVAS TECNOLOGAS CELULARES .................................................................... 19 1.3.1 GSM (Sistema Global de Comunicaciones Mviles) ................................................. 19 1.3.2 GPRS (General Packet Radio Services) ................................................................... 24 1.3.3 EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution)...................................................... 29 1.4 LAS REDES 3G ......................................................................................................... 33 1.4.1 UMTS (Universal Mobile Telephone Service) ........................................................... 34 1.4.2 CDMA 2000 .............................................................................................................. 42 1.5 TECNOLOGA 4G - LONG TERM EVOLUTION (LTE) ............................................... 44 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.5.6 1.5.7 1.5.8 Conceptos Bsicos y Aplicaciones. .......................................................................... 44 Objetivos IMT-Advanced(UIT)................................................................................... 46 Cronograma para IMT-Avanzado .............................................................................. 46 Tcnica Multiple Input Multiple Output (MIMO) ......................................................... 54 Evolved Packet Core (EPC) en redes 3GPP R8 ....................................................... 56 Consideraciones para el despliegue de redes LTE ................................................... 57 Ejemplos de despliegues y Trials 3.75G y 4G........................................................... 62 LTE Advanced 4.5G 5G? .................................................................................... 64


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INTRODUCCIN La convergencia de tecnologas de la informacin y las comunicaciones han dado paso a gran nmero de nuevas aplicaciones que distan de las sencillas modalidades de telefona inalmbrica que brindaban los dispositivos analgicos basados en estndares AMPS. Estamos frente a una segunda generacin digital, hoy los telfonos celulares constituyen pequeas unidades de informacin capaces de reconocer comandos de voz, enviar y recibir mensajes de texto, procesar datos en aplicaciones de agenda, directorio telefnico, calculadora, entre otras. El impacto generado por Internet y la creciente capacidad en ancho de banda para transmitir archivos de variados formatos (texto, audio, voz y vdeo) a travs de redes, ha hecho girar la mirada de la tecnologa hacia estos terminales celulares como el punto de acceso a la informacin ms personal, sobrepasando las aplicaciones actuales. Cobra ms fuerza entonces la idea de una nueva generacin de dispositivos inalmbricos, con capacidades para realizar llamadas de voz con cobertura planetaria, obtener y cargar informacin desde Internet, recibir noticias desde un proveedor de contenidos, as como boletines con despliegues de vdeo y audio en lnea. Una maravilla del futuro, de transmisin mvil de datos en altas velocidades, que se ha dado por llamar la tercera generacin inalmbrica, o 3G. Con la tecnologa 3G, los usuarios podrn acceder a todo tipo de informacin digital (msica, fotos, vdeo, televisin) durante viajes y desplazamientos. Se har realidad gran cantidad de servicios esperados durante mucho tiempo por su comodidad (mensajes multimedia, monederos electrnicos, compatibilidad mundial).


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DESARROLLO DEL CAPTULO 1.1 1.1.1 ARQUITECTURA Y FUNCIONAMIENTO DE LAS REDES CELULARES Generalidades

Los sistemas de comunicaciones mviles permiten el intercambio de informacin entre sus usuarios, independientemente de su posicin y de su movimiento. Su fortaleza se basa en el carcter inalmbrico de la radiocomunicacin, puesto que permite la movilidad de sus usuarios. El Espectro radioelctrico En telecomunicaciones se utilizan las ondas electromagnticas para intercambiar informacin. Una caracterstica de esta es la frecuencia. Espectro Electromagntico:

Figura 01. El espectro electromagntico

El espectro radioelctrico es el conjunto de frecuencias que pueden ser empleadas para transmitir informacin en radiocomunicaciones y comprende desde los 3KHz a los 300 GHz (1 GigaHercio son mil millones de Hz). El espectro radioelctrico es una parte del espectro electromagntico. Este es el conjunto de valores que puede tomar la frecuencia de una onda electromagntica. Idealmente estos valores van desde cero hasta el infinito. Sin embargo, tenemos que tomar en cuenta que tambin se puede enviar informacin en frecuencias ms altas como los infrarrojos (control de tv, etc.) o luz visible (pulsos lser en fibras pticas)


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Espectro Radioelctrico:

Figura 02. El espectro radioelctrico

El espectro radioelctrico es un recurso escaso, por lo que existen una serie de tcnicas y mecanismos cuya finalidad es mejorar el aprovechamiento de dicho espectro. 1.1.2 Las Redes Celulares

La Red Celular, es una red inalmbrica que permite a los usuarios de este servicio poder comunicarse en el lugar en que se encuentren siempre y cuando dispongan de la adecuada cobertura de radio. Est constituida por Centrales de Conmutacin y Control (CCC / MSC), Registros de Localizacin Local y de Origen (VLR / HLR), Estaciones Radio Base (ERB / RBS /BTS) y Estaciones Mviles (EM / MS). La red tiene un proyecto modular y puede ser adaptada a los distintos requisitos de capacidad adicionando ms centrales, estaciones radiobase, canales de radio y equipamientos de transmisin. Elementos del Sistema de Telefona Mvil El sistema est constituido por tres partes bsicas: a) Central de Conmutacin y Control (CCC-MSC); b) Estacin Radio Base (ERB - RBS); c) Estacin Mvil (EM - MS).

Figura 03. Elementos bsicos del sistema celularAREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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La funcin de Gateway en el MSC constituye la interfase con la Red Telefnica Fija (PSTN). Esta interfase puede ser realizada a nivel local, trnsito nacional o internacional. La estacin mvil compatible con el patrn de interfase radio puede ser un telfono fijo en el vehculo, transportable o porttil. Las RBS se conectan al MSC por circuitos digitales (enlaces E1 T1). Un Sitio (site) para la RBS puede servir a ms de una celda. La celda es un rea geogrfica donde una llamada se puede establecer usando un mismo canal de radio. Las celdas conectadas a la misma RBS constituyen un rea de servicio. Una MS es buscada en paralelo en todas las celdas del rea. Adems, el rea de servicio tambin est dividida en varias reas de control. En este caso, la bsqueda ser hecha en paralelo en todas las celdas dentro de una misma rea de localizacin, reducindose de este modo la carga de trfico en el canal de bsqueda. El HLR contiene datos de todos los abonados, sus servicios y localizacin. En las grandes redes con alta densidad de abonados, los HLRs estn constituidos en forma separada. En las redes pequeas se hallan integrados a los MSC. Se puede introducir un sistema de soporte operacional (OSS) con el propsito de gestionar las MSC, RBS, HLRs y la red celular. Se utiliza el sistema de sealizacin SS7 entre la MSC y el HLR. En las grandes redes mviles puede ser interesante construir una red separada para la sealizacin. Una red SS7 puede servir simultneamente al trfico de la red de telefona fija y de la telefona mvil.

Figura 04. Arquitectura bsica del sistema celular.

La red de radio consiste en celdas, cada una de ellas con su canal de control, receptor de intensidad de seal y un conjunto de canales de voz. La cantidad de canales de voz, el patrn de reutilizacin de frecuencia y el rea de cobertura de cada celda son seleccionadas para asegurar la capacidad de trfico necesaria, manteniendo un nico patrn de reutilizacin para todo el sistema. Las celdas pueden ser atendidas por una antena omnidireccional o por una o ms antenas sectorizadas.


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Figura 05. Cobertura de celdas del sistema celular.

a) Central de Conmutacin y Control - MSC Las principales funciones del MSC son: Provee interfase entre la red de telefona pblica y el sistema celular. Controla RBS existentes en su rea de servicio. Interconecta varias RBS. Conmuta y controla Handoffs de llamadas. Provee servicios al abonado. Administra el sistema. Realiza la tarifacin. b) La Estacin Radio Base - RBS Est conectada a la MSC a travs de circuitos punto a punto. Esta estacin tiene como actividad principal trabajar como repetidora de la informacin de voz y de datos, adems de supervisar la calidad del enlace de transmisin durante la conversacin. Una Estacin Radio Base normalmente posee equipamientos para servir a una celda omnidireccional o a tres celdas sectorizadas. Del punto de vista de la instalacin las Estaciones Radio Base pueden ser acomodadas en locales comunes o en "containers". c) Estacin Mvil El equipamiento del abonado mvil es llamado estacin mvil. Las estaciones mviles son fabricadas por gran cantidad de fabricantes. Las facilidades de abonados que se pueden implementar varan de acuerdo al grado de tecnologa de cada equipo. Las estaciones mviles pueden ser: Estaciones mviles instaladas en automviles o vehculos. Estos fueron los primeros que salieron al mercado. Transportables, es decir que pueden ser transportadas en la mano. Normalmente este tipo de estacin puede ser utilizada e instalada en el auto, pero pudiendo ser fcilmente removida y utilizada en un barco o avin. Se implementaban en maletines, tambin son antiguos. Porttil, es una unidad porttil pequea de baja potencia. Son los ms difundidos en la actualidad, esto es posible porque en la actualidad en las ciudades se han instalado muchas radio bases. Utilizada como elemento de substitucin de los telfonos pblicos en lugares de difcil conexin a la red pblica, pero cubiertas por el planeamiento celular. Actualmente se estn creando grandes celdas para aplicaciones de comunicaciones rurales.


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d) Medios de Transmisin Para las comunicaciones entre el CCC/MSC y las RBSs el sistema puede disponer de cualquier medio de transmisin existente en el rea geogrfica. Entre los diversos medios de transmisin empleados podemos citar: Radio enlaces. Enlaces pticos. Cable coaxial. Cable de pares utilizando HDSL con 3 2 pares para enlaces E1. 1.1.3 Funcionamiento de las Redes Celulares

Redes de voz Cuando se realiza una conexin de voz la seal del usuario lleva el siguiente camino: Va radio, segn la tcnica de acceso del sistema de telefona celular desde el terminal mvil a la RBS. En este punto para los sistemas digitales (2G) la seal de voz viaja comprimida. De la RBS a la central va radio enlace o fibra ptica hasta la central. La seal de voz viaja comprimida, dentro de enlaces del tipo E1 o T1. De la central a la red de telefona pblica y por consiguiente a otras centrales, la seal de voz viaja codificada en PCM a 64 Kbps. De la central de telefona fija hacia el telfono de abonado fijo, la seal viaja en forma analgica por un par de cobre.

Figura 06. Conexin de una llamada de voz

Redes de datos Cuando se realiza una conexin de datos la seal del usuario lleva los siguientes caminos: a) Acceso a una Intranet ISP en la red de telefona fija interfase analgica La informacin de datos va desde la PC al terminal mvil (digital) y esta se transmite va radio, segn la tcnica de acceso del sistema de telefona celular desde el terminal mvil a la RBS. En este punto para los sistemas digitales (2G) la seal de datos viaja de forma digital a una velocidad aproximada de 9.6 Kbps. De la RBS a la central va radioenlace o fibra ptica hasta la central. La seal de datos viaja en formato digital dentro de enlaces E1, pero a velocidades menores de 64 Kbps. En la central de telefona mvil los datos digitales entran al DTI () el cual cambia los datos digitales a formato analgico (con la modulacin del modem respectivo QPSK, QAM, etc) codificado en PCM. De tal forma que los modems ubicados al final de la lnea de telefona fija analgica no tengan problemas para recuperar laAREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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informacin. De la central a la red de telefona pblica y por consiguiente a otras centrales, la seal de datos viaja codificada en PCM a 64 Kbps. Una vez que llega al grupo de mdems los datos entran a una red LAN, la cual validar los datos de entrada y lo enviarn hacia la mquina o servidor destino en el caso de una intranet hacia un router en el caso de ser un ISP que permita la salida a Internet.

Figura 07. Conexin de una llamada de datos

b) Acceso a una Intranet ISP en la red de telefona fija interfase Digital (RDSI) En este caso el grupo de mdems est conectado a un Acceso Bsico (BRI) o a un Acceso Primario (PRI). En este caso el DTI se encarga de cambiar las velocidades de 9.6 Kbps a 64 Kbps. El resto del funcionamiento es similar al caso anterior c) Acceso a una Intranet ISP en la misma red de telefona mvil En este caso los mdems estn conectados a un Acceso Primario (PRI) que est en la misma central de telefona mvil. En este caso el DTI tambin se encarga de cambiar las velocidades de 9.6 Kbps a 64 Kbps. 1.1.4 Tcnicas de acceso compartido al medio

Son mecanismos que permiten que distintos usuarios compartan, en un mismo medio, el espacio radioelctrico para intercambiar informacin y llevar a cabo sus comunicaciones. Estas tcnicas permiten utilizar el medio compartido, es decir las frecuencias disponibles de forma eficiente y, con ello, aumentar el nmero de usuarios que pueden acceder al mismo. Acceso Mltiple por Divisin de Frecuencia (FDMA) A cada usuario se le asigna una frecuencia distinta. De este modo puede distinguirse la informacin que est intercambiando de la de los otros usuarios. Acceso Mltiple por Divisin de Tiempo (TDMA) A cada usuario se le asigna un intervalo de tiempo para transmitir y recibir informacin, de forma que no coincida con ningn otro. De este modo, una misma frecuencia puede ser compartida por varios usuarios. Acceso Mltiple por Divisin de Cdigo (CDMA) Cada usuario recibe un cdigo distinto con el que se codifica toda la informacin que genera, de modo que se pueda distinguir su comunicacin de las de otros usuarios. Con esta tcnica, varios usuarios pueden usar la misma frecuencia al mismo tiempo. Existen adems tcnicas que involucran combinacin de las tcnicas anteriores, como por el ejemplo el sistema global para comunicaciones mviles (GSM).AREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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Sistema Global para Comunicaciones Mviles (GSM) El sistema GSM emplea una combinacin de FDMA para separar el sentido de transmisin y el de recepcin, incrementando la capacidad del sistema. Adems utiliza la tcnica TDMA para que varios usuarios compartan una misma frecuencia. 1.2 1.2.1 TECNOLOGAS CELULARES Generaciones de Tecnologas Mviles Las comunicaciones mviles celulares se han desarrollado a travs de una serie de etapas o generaciones. Cada una de estas generaciones ha incorporado nuevos servicios y de mejor calidad. Primera Generacin (1G) Estos sistemas se caracterizan por ser sistemas analgicos de poca capacidad, los que han sido pensados principalmente para soportar comunicaciones de voz. Adems, son sistemas poco eficientes en consumo de potencia, lo que incrementa el tamao de los terminales y reduce la duracin de las bateras de stos. Segunda Generacin (2G): estos sistemas ya son digitales e incorporan una serie de servicios adicionales como envo y recepcin de mensajes cortos y transmisin de datos. (2.5G): estos sistemas suponen una gran novedad, ya que utilizan la tcnica de conmutacin de paquetes, lo que incrementa las velocidades tericas de transmisin de datos. Tercera Generacin (3G) Estos sistemas incrementan considerablemente las velocidades de transmisin de datos, hasta 2 Mbps. Tambin hacen uso de la conmutacin de paquetes. 1.2.2 Evolucin de la Tecnologa Mvil Celular

Dentro de cada generacin de tecnologa mvil se han desarrollado varios sistemas:

Figura 08. Evolucin de las tecnologas celulares


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AMPS (1978) (Advanced Mobile Phone Systema) Estndar celular de primera generacin empleado en numerosos pases de Amrica, Australia y en algunas zonas de Asia y Europa del Este. Funciona en la denominada banda celular (800 MHz). NMT (1981) (Nordic Mobile Telephony) Sistema analgico de primera generacin estandarizado en los pases nrdicos (Suecia, Noruega, Finlandia y Dinamarca) y empleado posteriormente en otras zonas de Europa, Oriente Medio y Asia. Emplea las bandas de 450 MHz y de 900 Mhz. TACS (1985) (Total Access Communication System) Sistema analgico de primera generacin empleado en varios pases europeos como el Reino Unido y Espaa. Se desarroll a partir de las especificaciones del estndar AMPS, las bandas de frecuencia se adaptaron a la normativa europea (900 MHz). CDMA (IS95 1995) Code Division Multiple Code Estndar norteamericano de segunda generacin que emplea la tcnica de acceso por divisin de cdigo y que es compatible con el sistema analgico AMPS. Opera en las bandas celular (800 MHz) y PCS (1900 MHz). TDMA (IS-54 1991) (IS-136 1994) Time Division Multiple Code Estndar norteamericano de segunda generacin que emplea la tcnica de acceso por divisin de tiempo y que es compatible con el sistema analgico AMPS. Opera en las bandas celular (800 MHz) y PCS (1900 MHz). GSM (1991) Groupe Special Mobile / Global System for Mobile communication Estndar europeo de segunda generacin que pronto se extendi a otras zonas del mundo. Hoy en da se usa en ms de 100 pases de los cinco continentes. Inicialmente se utiliz la banda de 900 MHz adoptndose posteriormente las bandas de 1800 y 1900 MHz (esta ltima se emplea fundamentalmente en Amrica). PDC (1991) Personal Digital Celular Estndar digital japons de segunda generacin basado en la tcnica TDMA. Utiliza las bandas de 800 y 1500 MHz. IS-95B (1999) Revisin del estndar IS95 que incorpora la tcnica de conmutacin de paquetes para transmisin de datos a alta velocidad (64 Kbps). GPRS (1999) General Packet Radio Service Ampliacin del estndar GSM (generacin 2,5G) que proporciona velocidades tericas de transmisin de datos de hasta 115 Kbps (en la prctica la velocidad mxima se sita en torno a 56 Kbps). CDMA 2000 1xRTT (2000) Radio Transmission Tecnology Evolucin de los sistemas CDMA (generacin 2,5G) que permite alcanzar velocidades binarias de transmisin de datos de hasta 144 Kbps (se pueden incrementar hasta 307 Kbps en el futuro). Los telfonos CDMA 1xRTT pueden seguir utilizndose en las redes CDMA de segunda generacin. EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution Evolucin del sistema GSM que proporciona velocidades de transmisin de datos de hasta 384 Kbps (generacin 2,5G).


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CDMA 2000 1xEV Evolucin de los sistemas CDMA y compatible con ellos, este estndar de tercera generacin consta de dos fases. La primera de ellas, 1xEV-DO (Evolution Data Only) permite una velocidad de transmisin de datos mxima de 2,4 Mbps. UMTS (2001) Universal Mobile Telecommunication System Estndar celular de tercera generacin que se basa en la tcnica de banda ancha, incrementando considerablemente la capacidad del sistema y permite velocidades de transmisin de datos de hasta 2 Mbps. 1.2.3 TDMA (Acceso Mltiple por Divisin de Tiempo)

TDMA (Acceso Mltiple por Divisin de Tiempo), es una tecnologa digital que permite a cierto nmero de usuarios acceder a un canal nico de RF sin interferencias por medio de una ranura de tiempo dedicada a cada usuario en cada canal. El esquema TDMA digital multiplexa 3 seales sobre un mismo canal. El estndar TDMA actual para celulares, divide un canal en seis ranuras de tiempo, donde cada seal usa dos ranuras, brindando una ganancia de 3 a 1 en capacidad sobre el sistema AMPS. Cada usuario es asignado a una ranura especfica para transmitir.

Figura 09. TDMA

El sistema TDMA esta diseado para su uso en ambientes y situaciones variadas, desde usuarios fijos en una oficina, hasta usuarios mviles viajando a gran velocidad. El sistema soporta adems gran variedad de servicios al usuario final, como envo de datos, voz, faxes, servicio de mensajes, y transmisin de gran cobertura. TDMA ofrece una interfaz flexible, con gran desempeo en cuanto a capacidad, cobertura y soporte ilimitado de movilidad y capacidad de manejar y satisfacer diferentes necesidades. TDMA Avanzado TDMA mejor en forma sustancial la eficiencia del sistema celular anlogo. Sin embargo, tiene la desventaja de que desperdicia ancho de banda, la ranura de tiempo es asignada para una conversacin especfica sin importar si se este realzando o no. La versin extendida de TDMA (ETDMA), tiene el objetivo de eliminar este inconveniente. En lugar de esperar a que el suscriptor transmita, ETDMA los asigna dinmicamente, enviando informacin en las pausas que normalmente tienen las conversaciones. Cuando un suscriptor tiene algo que transmitir, ponen un bit en el buffer de espera, el sistema escanea este buffer, notifica que el usuario tiene algo que transmitir y pone disponible el ancho de banda correspondiente. Si el usuario no tiene algo que transmitir, entonces el buffer se pasa al siguiente suscriptor, de esta forma el tiempo en lugar de ser asignado en forma arbitraria, se asigna segn las necesidades. Si los usuarios en unaAREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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conversacin no hablan, esta tcnica puede casi doblar la eficiencia de TDMA, hacindolo 10 veces igual de eficiente que la transmisin analgica. Ventajas de TDMA A diferencia de otras tcnicas de espectro amplio, las cuales sufren de interferencia debida a otras transmisiones en la misma frecuencia, la tecnologa TDMA, que divide a sus usuarios en tiempo, asegura que no experimentarn interferencias de otras transmisiones simultneas. Brinda tambin la ventaja de extender la vida til de las bateras, ya que el mvil slo transmite en porciones de tiempo en la duracin total de la conversacin. Las instalaciones de TDMA presentan ahorro en cuanto a equipo, espacio y mantenimiento, factor importante ya que el tamao de las celdas es cada vez menor. Este sistema tambin brinda beneficios econmicos ya que permite actualizar los sistemas analgicos existentes a digitales. TDMA es tambin la nica tecnologa que ofrece una estructura de celdas jerrquicas, contando con pico, micro y macro celdas, permitiendo as una cobertura amplia y soportar trfico y necesidades especiales. Usando este sistema, el cual es 40 veces mayor en capacidad que el sistema AMPS, se tiene un gran beneficio econmico, y debido a su compatibilidad con FDMA analgico, permite compatibilidad de servicios con dispositivos de modo dual. Desventajas de TDMA Una de las desventajas de TDMA es que cada usuario tiene una ranura de tiempo asignada. Sin embargo, cuando el usuario cambia de una celda a otra, no tiene ranura asignada. Adems, si todas las ranuras estn ocupadas en la siguiente celda, la llamada se puede perder. De forma similar, si todas las ranuras de la celda en la cual se encuentra un usuario estn ocupadas, este no recibir tono de marcacin. Otro problema con TDMA es que est sujeto a distorsin por multipath. Una seal procedente de una torre a un mvil puede provenir de diferentes direcciones, puede haber rebotado por varios edificios antes de llegar, lo que puede causar interferencia. Una forma de eliminar esta interferencia es poner un tiempo lmite al sistema. El sistema esta diseado para recibir, tratar y procesar a una seal con un cierto tiempo lmite, despus de que este tiempo expira, el sistema ignora la seal. La sensibilidad del sistema depende de cun lejos procese las frecuencias de multipath. An a miles de segundos estas seales de multipath causan problemas. Todas las arquitecturas celulares, ya sean basadas en micro o macro celdas, tienen un conjunto nico de problemas de propagacin. Las macro celdas son afectadas por seales de multipath causadas por reflexin y refraccin, debilitando o cancelando la seal. 1.2.4 CDMA (Acceso Mltiple por Divisin de Cdigo)

Como toda red de telefona mvil, la red CDMA debe realizar numerosas funciones, por lo que se trata de un sistema bastante complejo. Se revisarn los cinco subsistemas que componen la red CDMA y cmo se comunican entre s. Los subsistemas principales son los siguientes: Subsistema de Acceso Radio El subsistema de Acceso Radio BSS es la parte de la red CDMA cuya funcin principal es conseguir y establecer contacto con los terminales mviles, dentro del rea que gestiona para poder prestar los distintos servicios de telefona y datos que los usuarios esperan. Es la parte de laAREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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red con la que se comunican los usuarios. Las antenas, que estamos tan acostumbrados a ver en nuestro entorno, tambin forman parte de l. Los elementos de los que consta son: Las BTSs o Estaciones Base (Base Transceiver Station): Son las encargadas de proporcionar la seal de radiofrecuencia que contiene la informacin necesaria dirigida a los terminales que se encuentran en las zonas a las que las BTS prestan servicio. Para que la seal transmitida pueda llegar a todos los terminales, estas zonas se dividen en clulas. La zona de cobertura es la regin en la cual los terminales pueden recibir la seal de radiofrecuencia transmitida por la BTS, con un nivel y calidad satisfactorios. Las BSCs (Base Station Controllers): Contienen la inteligencia del subsistema y gestionan uno o varios grupos de BTSs o estaciones base. Son los encargados de hacer llegar la informacin desde el terminal hasta la red troncal o NSS y viceversa. Se requieren mltiples estaciones base o BTSs para cubrir un territorio extenso, y puesto que estas suelen funcionar en lugares en los que no hay personal de mantenimiento in situ, es necesario que sean equipos sencillos, fiables, duraderos y de costo moderado. Por esta razn la mayora de las funciones complejas de control se han trasladado a las BSCs, mucho menos numerosas.

Figura 10. Subsistema de acceso radio

En las redes CDMA, dependiendo de la naturaleza de las clulas entre las que se mueve el usuario, se pueden distinguir distintos tipos de traspaso: Hard Handover: se produce cuando el usuario se mueve de una clula a otra en la que se est empleando una frecuencia distinta. En el transcurso de una conversacin, el terminal slo recibe la seal de voz de una BTS en cada instante. En el momento del cambio se desconecta de la BTS que abandona y se conecta a la nueva BTS (en ingls se llama esto break before make se rompe la comunicacin antes de hacerse el traspaso). Soft Handover: se produce cuando el usuario se mueve de una clula a otra en que emplea la misma frecuencia. En este caso, el terminal puede recibir simultneamente la seal de voz de las BTSs y las combinan, hasta que llega un momento en que abandona la antigua (por no tener ya calidad suficiente). En este caso, se hace primero el traspaso y luego se rompe la comunicacin con la BTS antigua (make before break). Softer Handover: se trata de un caso particular de soft handover en el que las dos clulas entre las que se produce el traspaso pertenecen a las misma BTS.


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Figura 11. Tipos de traspasos

Subsistema de Red Troncal Es la parte de la red CDMA que soporta las funciones necesarias para conmutar llamadas (establece vas que permiten llevarlas a su destino). Incluye tambin las bases de datos del sistema que permiten conocer dnde se encuentra el mvil en cada momento. Las funciones de este subsistema son: Encaminar las llamadas de su origen a su destino. Dar seguridad a los usuarios en sus comunicaciones. Generar la informacin necesaria para la posterior facturacin de las llamadas. Conectar con redes externas: Fijas: Red Telefnica Conmutada (RTC) y Red Digital de Servicios Integrados (RDSI). Mviles: Red Mvil Terrestre Pblica (Public Land Mobile Network o PLMN). Las centrales de conmutacin o MSCs son los elementos fundamentales del subsistema de red troncal. La misin principal de las MSCs es la gestin completa de las llamadas desde y hacia usuarios CDMA. La gestin completa de las llamadas incluye: El establecimiento de la llamada, eligiendo el circuito a travs del cual se realizar la comunicacin. El encaminamiento de toda la informacin intercambiada a travs del circuito establecido (es la conmutacin de circuitos). El control de los distintos aspectos asociados a la llamada. Entre ellos, el control de los cambios de clula o traspasos (handovers), siempre y cuando el handover sea entre dos BSCs o Inter BSC handover. La finalizacin de las llamadas, liberando los recursos (el camino entre origen y destino) utilizados. Registro de datos de la llamada para posterior facturacin del usuario.


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Figura 12. Subsistema de red troncal

Los principales elementos de este subsistema son: Public Lan Mobile Networks PLMN: otras redes mviles. RTC: Red Telefnica Conmutada. Home Location Register HLR: registro de abonados domsticos (todos de la red). Authentication Center o centro de autenticacin AuC, que autentifica al abonado. Visitor Location Register VLR: registro de abonados visitantes (abonados que se encuentran en cada zona de la red). Mobile Switching Centre MSC: centrales de conmutacin. BSS: Subsistema de acceso a radio. Equipment Identity Register EIR: registro de estaciones mviles. BD con informacin de los equipos mviles en la red. Gateway Mobile Switching Centre GMSC o pasarela de conexin con redes externas (RTC, RDSI, PLMN): es una central de conmutacin que, adems tiene la funcin de pasarela. De hecho, normalmente todas las MSCs son GMSCs. Para gestionar las llamadas, la MSC necesita acceder a las bases de datos que contienen la informacin sobre los usuarios de la red: el LHR y el VLR. El HLR (Home Location Register) es una base de datos que contiene permanentemente la informacin de cada usuario. Esta puede ser tanto esttica, sobre los abonados (servicios contratados, parmetros de identificacin, etc.), como dinmica, como la situacin geogrfica de cada abonado (en qu VLR se encuentra) en cada momento. Los VLRs (Visitor Location Register) de la red CDMA, actan como bases de datos. Almacenan informacin temporal sobre los abonados que se encuentran en el rea geogrfica cubierta por la MSC o central de conmutacin asociada a cada uno de ellos. Mientras los abonados permanecen en el rea de esa MSC, el VLR asociado tiene una copia completa de la informacin de esos abonados necesaria para gestionar las llamadas y evitar que la MSC tenga que comunicarse con la base de datos a nivel de red: HLR. Subsistema de Sealizacin Se encarga de generar e intercambiar la informacin de control (sealizacin) entre los distintos elementos de la red. Sus funciones residen normalmente en estos elementos de red, por lo que el subsistema de sealizacin no constituye una infraestructura fsicamente separada de los otrosAREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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subsistemas. Gracias a estos elementos se puede: Mantener a la red informada de la situacin del usuario. Mantener el establecimiento de llamada: informar al usuario llamante acerca del progreso de la llamada y del estado del destinatario de la misma (comunicado, libre, sin cobertura, etc.) Proporcionar informacin al usuario llamado: avisarle que le est llegando una llamada. Mantener la comunicacin en curso: conservar la conexin mientras los usuarios lo deseen, incluso aunque stos estn cambiando de posicin en la zona de cobertura. En el subsistema de red troncal y en las comunicaciones entre ste y el subsistema de Acceso Radio se emplea el mismo sistema de sealizacin que en la red telefnica fija, y se incorporan nuevas capacidades propias de la red mvil (como la informacin de la posicin que ocupan los abonados en la red). Este sistema es el denominado Sistema de Sealizacin Nmero 7 SS7. El proceso de intercambio de sealizacin que se produce constantemente entre los terminales mviles y las estaciones base es automtico y transparente para el usuario. Es como un dilogo silencioso entre los terminales mviles y las antenas, en los que el terminal informa de su situacin (apagado, encendido, comunicando, etc.) y del lugar donde se encuentra. De esta forma los telfonos mviles estn siempre localizables, es decir, conectados a la red cuando tiene cobertura. Subsistema de transmisin Es el conjunto de recursos fsicos que permiten el trfico de informacin entre los distintos subsistemas. La informacin que transporta es generada por los usuarios, as como la de sealizacin necesaria para el funcionamiento de la red. Se distinguen dos partes en este subsistema: La transmisin de acceso: son los recursos de transmisin utilizados entre las estaciones base BTS y sus controladores BSC. La transmisin troncal: est formada por los recursos de transmisin empleados para conectar los distintos elementos del subsistema de red troncal. Los recursos fsicos empleados pueden ser: Radioenlaces: los dos extremos se comunican va radio a travs de una trayectoria fija. Se usa, por ejemplo, en la conexin de las BTSs con las BSCs. Comunicacin por lnea: los dos extremos se comunican a travs de una conexin por cable. Comunicaciones por satlite: los dos extremos se comunican mediante un enlace va satlite. Se emplea normalmente para cubrir largas distancias. Subsistema de operacin y mantenimiento Se encarga de supervisar y garantizar el correcto funcionamiento de los diferentes recursos de la red. El subsistema de operacin y mantenimiento se encarga de multitud de tareas entre las que se encuentran: Obtencin de informacin: permite planificar la evolucin y reestructuracin de la red, mantener la calidad de servicio, por ejemplo, estadsticas de trfico. Configuracin remota: modifica los parmetros de funcionamiento de los distintos equipos de red, segn las necesidades del momento. Mantenimiento: reciben y gestionan las alarmas de fallos y averas que se puedan producir.AREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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A continuacin veremos los pasos para el establecimiento de una llamada de voz:

Figura 13. Establecimiento de la llamada

Establecimiento de una llamada de voz: a) El usuario llamante marca el nmero del destinatario. b) El terminal mvil se contacta con la estacin base ms cercana y solicita un canal. La red le concede un canal de sealizacin. c) Utilizando este canal de sealizacin, el terminal realiza una peticin de servicio, que en este caso es una llamada, la cual llega hasta el VLR. d) Seguidamente, se lleva a cabo la autentificacin del usuario llamante y se comprueba que su terminal es vlido. Adems, se generan las claves que se emplearn en el resto del proceso para cifrar y proteger las comunicaciones. e) Finalizados los procesos anteriores, el terminal transfiere el nmero del destinatario a la MSC, a travs de la BTS y la BSC. En el VLR asociado a la MSC se comprueba si es vlida la llamada y si el abonado no tiene ninguna restriccin al respecto. Superado este anlisis, la MSC establece el canal de trfico hasta el terminal origen. f) Simultneamente, la MSC inicia la bsqueda de los destinatarios. Para simplificar, supondremos que se trata de un abonado mvil de la misma red que el llamante. En este caso, la MSC interroga al HLR de la red y ste le responde indicndole en qu MSC/VLR se encuentra el usuario llamado. g) La llamada se encamina hasta la MSC, en la cual se encuentra el destinatario. h) Esta MSC consulta a su VLR asociado la situacin del destinatario. Una vez conocida esta, se pone en contacto con la BSC correspondiente, que se encarga, a travs de la BTS adecuada, de avisar al mvil del destinatario que tiene una llamada: el mvil suena. i) Si el usuario acepta la llamada se establece el canal de trfico hasta l, as queda establecida la comunicacin y los dos usuarios pueden hablar. j) Cuando uno de los dos cuelga se inicia el proceso de liberacin de los recursos utilizados que pasan a estar disponibles para una nueva comunicacin.


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1.3 1.3.1

NUEVAS TECNOLOGAS CELULARES GSM (Sistema Global de Comunicaciones Mviles)

Los sistemas 1G presentaban una serie de limitaciones que ya hemos revisado, tales como: Grandes problemas de capacidad. Sistemas distintos e incompatibles entre s en la mayora de pases. Dificultad para ofrecer nuevos servicios. No estaban totalmente estandarizados. Todas estas limitaciones hicieron que la CEPT (Conference Europenne des administrations des Postes et des Tlcommunications), organismo formado por las administraciones de telecomunicaciones de 26 pases europeos, se planteara, en 1982, la definicin de un nuevo estndar de tecnologa mvil. La norma fue terminada por el ETSI (European Telecomunicactions Standards Institute) y recibi el nombre de Sistema Global de Comunicaciones Mviles: GSM. El sistema GSM fue concebido inicialmente como un sistema de mbito europeo. Sin embargo, se ha extendido por todo el mundo, y se ha impuesto sobre otros sistemas 2G. Algunas caractersticas que han permitido esto son: Abierto a todos los operadores: An siendo una norma europea, se realiz un acuerdo de cooperacin (Memorando of Understanding, MoU) que est abierto a los operadores mviles del mundo que deseen adoptar el estndar GSM y dispongan de licencias para operar con las correspondientes frecuencias. Estandarizacin: Se estandarizaron las comunicaciones entre los distintos nodos de red, que posibilit el empleo de equipos y terminales de distintos suministradores y potenci las economas de escala. Reduccin de precios: Las economas de escala han permitido reducir considerablemente los precios de los terminales, lo que se ha convertido en una importante ventaja del sistema GSM frente a otros sistemas de 2G. Seguridad: En las comunicaciones tanto de voz como de datos gracias a los procedimientos de autentificacin de usuarios y equipos y de cifrado de la informacin intercambiada. Mejor cobertura: La utilizacin de la tcnica TDMA permite un uso ms efectivo del espectro que en 1G; adems, aumentan la capacidad y mejorando la calidad del servicio. Separacin del terminal y la tarjeta de abonado (SIM): Permite a un usuario emplear terminales distintos con un nico contrato o una nica cuenta prepago. Digitalizacin del sistema: Permite la introduccin de una amplia gama de servicios y aplicaciones, tanto de voz como de datos, compatibles con los de las redes fijas, incluida la RDSI. Roaming internacional: Se pueden realizar y recibir llamadas desde la red de cualquier operador GSM sin cambiar de Terminal, siempre que exista acuerdo entre los operadores involucrados y el terminal funciones en las bandas de frecuencia correspondientes. La interconexin entre redes GSM es menos complicada tcnicamente que en los otros sistemas de 2G (CDMA y TDMA).


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Uso del espectro en GSM FDMA: Se aplica para separar el sentido de transmisin y recepcin, Para ello se asignan frecuencias diferentes para cada sentido. Cuando el trfico que se desea cursar en una clula es elevado, ser necesario utilizar varias frecuencias en cada sentido, as se incrementa el nmero de canales disponibles. Tambin se utiliza para evitar interferencias entre celdas contiguas, a las que se les asignan distintos grupos de frecuencias. TDMA: Se utiliza para lograr un mayor aprovechamiento de las frecuencias disponibles. A cada usuario se le asigna un intervalo de tiempo para transmitir y recibir, de modo que no coincida con ningn otro. De este modo una misma frecuencia puede ser compartida por varios usuarios. En concreto en GSM, cada frecuencia puede ser usada por hasta 8 usuarios simultneos, multiplicando por 8 la capacidad de un sistema FDMA de primera generacin. Cabe sealar, que en la realidad cada intervalo de tiempo slo transmite la comunicacin de 1 de los 8 usuarios simultneos, pero gracias a que la duracin de este intervalo es muy pequea (0,577 milisegundos), los usuarios no son capaces de percibir las interrupciones y perciben que estn transmitiendo todo el tiempo. Hay que tener en cuenta que el tiempo que pasa entre el que se deja de transmitir y el que se vuelve a hacer es del orden de 4 milisegundos, inapreciable para el odo humano. Uso de las bandas de frecuencia

Figura 14. Bandas de frecuencias en GSM

ltima ampliacin en pases americanos: 800 MHz. Se ha hecho pensando en aquellos operadores que emplean la llamada banda celular (800 Mhz) con las tecnologas AMPS (1G) y CDMA o TDMA (2G), y desean reemplazar stas por la tecnologa GSM. Se emplea la banda de 824 a 849 MHz para el enlace ascendente y la banda de 869 a 894 MHz para el enlace descendente. Inicial: banda 900 MHz. Para la explotacin del sistema GSM, se reserv una banda de frecuencias en toda Europa, en tono a 900 MHz. En concreto, se emplea la banda de 890 a 915 MHz para la transmisin desde el terminal mvil a la estacin base (el llamado enlace ascendente) y la banda de 935 a 960 MHz para la transmisin desde la estacin base al mvil (enlace descendente). Ampliacin posterior: banda 1800 MHz En posteriores especificaciones, se decidi utilizar una segunda banda de frecuencias en 1800 MHz, ms grande que la anterior, para dar cabida a nuevos operadores y nuevos abonados (1710-1785 MHz en el enlace ascendente y 1805-1880 MHz en el enlace descendente). En pases americanos: 1900 MHz Por ltimo, en los pases americanos se emplea la banda de 1900 MHz (1850-1910 MHz en enlace ascendente, 1930-1990 MHz en enlace descendente) denominada banda PCS (Personal Communications System).


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Servicio de Roaming Internacional El importante auge de la telefona mvil en general, y GSM, en particular, se debe a que cualquier persona que viaje a algn pas extranjero en el que se emplee esta tecnologa, puede seguir utilizando su mvil y adems mantener el mismo nmero. El Roaming o Itinerancia Internacional, permite recibir y realizar llamadas en el extranjero sin cambiar de terminal mvil y utilizar todos los servicios suscritos si estn disponibles. Este servicio es posible gracias a que alguna operadora GSM del pas de destino ha establecido acuerdo de roaming con la operadora del cliente. Adems, es necesario que el terminal sea capaz de trabajar en la banda de frecuencias utilizada para el pas destino (800, 900, 1800 1900 MHz). Este servicio se caracteriza por: Pago del tramo internacional de la llamada: Cuando el usuario se encuentra en otro pas, haciendo roaming en una red distinta de la suya y recibe una llamada, el coste del tramo internacional de la misma es asumido por l y no por quien la efecta (que no tiene por qu saber que el usuario se encuentra en el extranjero). El tramo nacional de la llamada corre por cuenta de quien origina la llamada. Posibilidad de eleccin de operadora: Cuando el usuario se encuentre en un pas o destino extranjero y encienda su mvil, se conectar a alguna de las redes disponibles en ese pas o destino. La seleccin de la operadora puede llevarse a cabo de forma automtica o manual (desde un men del telfono mvil se selecciona la operadora deseada). Adems de las llamadas de voz, en roaming funcionan la mayora de los servicios como el servicio de SMS. La Tarjeta SIM Los terminales GSM se distinguen de los terminales mviles de otros sistemas por contener en su interior una pequea tarjeta. La tarjeta de abonado SIM (Subscriber Identity Module) es una tarjeta inteligente (contiene un chip) cuya funcin principal es identificar a un usuario en la red. Gracias al uso de la tarjeta SIM, un mismo usuario puede emplear terminales distintos conservando su identidad en la red (entre otras cosas, su nmero telefnico), sin ms que cambiar su tarjeta SIM de uno a otro. La tarjeta SIM almacena abundante informacin, tanto del sistema GSM como propia del usuario (agenda, SMS recibidos y enviados, etc). Esta tarjeta garantiza la seguridad de las comunicaciones GSM. Una tarjeta SIM facilita a la operadora la prestacin de servicios personalizados. Arquitectura GSM En GSM se especifican entidades funcionales e interfaces normalizadas. De este modo, siempre que se cumplan las especificaciones normalizadas, los equipos de todos fabricantes sern interoperables, se podrn comunicar, y un operador podr comprar sus equipos a distintos fabricantes, evitando as la posibilidad de crear mercados cautivos. Por supuesto el diseo interior de cada entidad funcional es libre. Se presenta en la siguiente figura la arquitectura funcional, resumida, del sistema.


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Figura 15. Arquitectura de la red GSM

Las entidades funcionales aqu representadas son: MS: Estacin mvil. BTS: Estacin base. BSC: Controlador de estacin base. BSS: Sistema de estacin base. MSC: Central de conmutacin mvil. GMSC: Central de conmutacin mvil pasarela. HLR: Registro de posicin base. VLR: Registro de posicin visitado. EIR: Registro de identificacin de equipos. AC: Centro de autentificacin. a) MS: La estacin mvil Alberga el SIM (Suscriber Identity Module) o mdulo de identificacin de abonado. Es una tarjeta que contiene un microprocesador y una pequea memoria. sta contiene las caractersticas del abonado y se puede utilizar en cualquier terminal compatible. Guardar, entre otras, la siguiente informacin para la comunicacin: Nmero de serie. Identificacin internacional del abonado mvil (IMSI). Identificacin temporal del abonado mvil (TMSI). PIN (Clave corta de desbloqueo). PUK (Clave larga de desbloqueo). Clave del algoritmo de autentificacin (Ki). Algoritmo de autentificacin (A3). Algoritmo de generacin de claves de cifrado (A8). Algoritmo de cifrado (A5). Clave del algoritmo de cifrado (Kc). b) BSS: El sistema de estacin base Est formado por el controlador de estacin base (BSC) y una o varias estaciones base (BTS). Estos dos elementos pueden estar integrados en el mismo equipo o separados, en ese caso la interfaz de comunicacin entre ambos se denomina Abis. En el BSS existen una serie de caractersticas que el estndar GSM define como opcionales es decir, que es el operador el que decide si quiere utilizarlas o no:AREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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Salto de frecuencia (hopping): Cada 4,62ms las frecuencias que se estn utilizando para la comunicacin MS/BTS cambian, an sin cambiar de clula. Esto mejora los desvanecimientos y protege de portadoras interferentes Control de potencia emitida: Tanto en la BTS como en el mvil Transmisin discontinua: No transmitir nada en los silencios o introducir en stos ruido blanco (para que no haya efectos auditivos raros) BSC: El controlador de estacin base: Tiene las tareas de decisin: Gestin de radiocanales (configuracin, salto de frecuencia, asignacin), gestin de canales en el enlace MSC-BSC, determinacin de hand-over, control de potencia BTS: La estacin base Tiene tareas ms inmediatas: Temporizacin, Medidas de la intensidad de campo y la calidad del servicio, encriptacin, deteccin de accesos de estaciones mviles c) Central de conmutacin mvil Es el equivalente a una central de conmutacin digital en la red fija, pero aadiendo las caractersticas necesarias para el servicio mvil. Dentro de las MSC de la red hay un tipo particular que es la GMSC (gateway) que sirve como puerta de acceso a otras redes. Evidentemente para que la conmutacin se lleve a cabo correctamente es necesario que los conmutadores conozcan en todo momento la posicin de los terminales mviles y para ello se apoyan en la utilizacin de dos registros: El registro de posicin base (HLR), que normalmente es uno slo y se encuentra generalmente en la GMSC, aunque para redes muy grandes y por requisitos tcnicos puede estar fraccionado en varios. La informacin almacenada en este registro es de dos tipos: o De suscripcin del abonado mvil (caractersticas del abonado); el IMSI, el MSISDN (Nmero RDSI del abonado mvil, el que hay que marcar para conectar con l), la clave de autentificacin, restricciones impuestas a ese abonado, caractersticas del equipo, servicios contratados o De localizacin del abonado mvil, que permitir encaminar las llamadas dirigidas al mvil. En realidad se almacena el MSC en el mvil se encuentra registrado en ese momento y as se conocer el camino que debe seguir la llamada. El registro de posicin visitado (VLR), uno en cada MSC, almacena informacin sobre los mviles que actualmente estn en esa MSC. En cada MSC se almacena por tanto qu mviles estn actualmente en su zona de influencia o rea de localizacin, se considera un rea de localizacin a un conjunto de clulas con la misma identificacin de la posicin. Es importante destacar que la informacin se almacena en el VLR por iniciativa del mvil. En este registro tenemos informacin de dos tipos: o Datos permanentes copiados del HLR (p.ej. IMSI), de manera que no es necesario consultar constantemente al HLR para tener estos datos, disminuyendo as el trfico de sealizacin necesario. o Datos temporales, que pueden no estar en el HLR (p.ej. TMSI), de manera que cuando un mvil entra en una nueva rea de localizacin (es decir que cambia de MSC) solicita actualizar su posicin. Este proceso de registro trae un intercambio de informacin entre registro de posicin base y visitado. d) Otros elementos de la red El centro de autenticacin (AC) suministra las tripletas Nmero aleatorio, Resultado esperado y Kc que se almacenan posteriormente en el VLR y el HLR y que se utilizarn para la autenticacin de usuario y el cifrado de las comunicaciones. De este modo seAREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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crean listas de tripletas y para cada llamada se utiliza una de la lista, cuando se termine se piden ms al centro de autenticacin. El registro de identificacin de equipos (EIR) es opcional. Es una base de datos sobre los equipos mviles que contiene datos como el nmero de serie, fabricante, homologacin... La funcin bsica es impedir un uso malicioso de la red y de terminales mviles robados o no homologados. Para que realmente tenga inters es imprescindible la cooperacin entre operadores, incluso de distintos pases, cosa que resulta bastante complicada. Existen tres listas Blanca: Terminales no problemticos. Gris: Terminales que interesa tener aparte. Negra: Aquellos a los que no se les debe permitir el acceso (robados, no homologados...). 1.3.2 GPRS (General Packet Radio Services)

GPRS es una nueva tecnologa que comparte el rango de frecuencias de la red GSM utilizando una transmisin de datos por medio de 'paquetes'. La conmutacin de paquetes es un procedimiento ms adecuado para transmitir datos, hasta ahora los datos se haban transmitido mediante conmutacin de circuitos, procedimiento ms adecuado para la transmisin de voz. En GSM, cuando se realiza una llamada se asigna un canal de comunicacin al usuario, que permanecer asignado aunque no se enven datos. En GPRS los canales de comunicacin se comparten entre los distintos usuarios dinmicamente, de modo que un usuario slo tiene asignado un canal cuando se est realmente transmitiendo datos. Para utilizar GPRS se precisa un telfono que soporte esta tecnologa. La mayora de estos terminales soportarn tambin GSM, por lo que podr realizar sus llamadas de voz utilizando la red GSM de modo habitual y sus llamadas de datos (conexin a Internet, WAP,...) tanto con GSM como con GPRS. La tecnologa GPRS, o generacin 2.5, representa un paso ms hacia los sistemas inalmbricos de Tercera Generacin o UMTS. Su principal baza radica en la posibilidad de disponer de un terminal permanentemente conectado, tarificando nicamente por el volumen de datos transferidos (enviados y recibidos) y no por el tiempo de conexin como hemos podido observar en un punto anterior. Tradicionalmente la transmisin de datos inalmbrica se ha venido realizando utilizando un canal dedicado GSM a una velocidad mxima de 9.6 Kbps. Con el GPRS no slo la velocidad de transmisin de datos se ve aumentada hasta un mnimo 40 Kbps y un mximo de 115 Kbps por comunicacin, sino que adems la tecnologa utilizada permite compartir cada canal por varios usuarios, mejorando as la eficiencia en la utilizacin de los recursos de red. La tecnologa GPRS permite proporcionar servicios de transmisin de datos de una forma ms eficiente a como se vena haciendo hasta el momento. GPRS es una evolucin no traumtica de la actual red GSM: no conlleva grandes inversiones y reutiliza parte de las infraestructuras actuales de GSM. Por este motivo, GPRS tendr, desde sus inicios, la misma cobertura que la actual red GSM. GPRS (Global Packet Radio Service) es una tecnologa que subsana las deficiencias de GSM. Arquitectura GPRS La implantacin del GPRS en una red GSM presenta la arquitectura que veremos en la figura a continuacin.


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Figura 16. Arquitectura de la red GPRS

Las principales modificaciones en una red GSM de forma a soportar el GPRS son:Estacin Mvil BTS Sern necesarias estaciones nuevas Actualizacin de software, posible aumento de la capacidad por la activacin de ms canales para soportar un aumento del trfico en la clula. Actualizacin de software e introduccin de un nuevo hardware o Packet Control Unit (PCU) responsable por separar el trfico conmutado a circuito proveniente de la Estacin mvil del trfico de datos conmutado a paquetes del GPRS. Tabla 01

BSC

Las actualizaciones de los dems elementos de Red GSM ocurren a nivel de software. Los nuevos elementos que sern introducidos de modo a formar la red GPRS son los siguientes Nodos de Soporte: Serving GPRS Support Node (SGSN), cuya principal responsabilidad es mantener la conexin lgica de los usuarios mviles cuando ellos pasan del rea de cobertura de una clula para otra (handover). Gateway GPRS Support Node (GGSN), que permite la conexin con la Internet y otras redes de datos. Estos nodos estn conectados a un backbone GPRS del cual hacen parte otros SGSNs y GGSNs y un gateway para el Sistema de Billing. Protocolos GPRS Se presentan a continuacin los protocolos utilizados en la transferencia de informaciones del usuario a travs de la red GPRS. Esta estructura de protocolos es denominada por las especificaciones del GPRS de Plano de Transmisin.AREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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Las especificaciones del GPRS estandarizaron el plan de transmisin para soportar servicios de datos IP y X.25. La figura a continuacin presenta el plano de transmisin para el TCP /IP.

Figura 17. Pila de protocolos GPRS Subnetwork Dependent Convergence Protocol (SNDCP) - Esta capa hace el mapeamiento de las caractersticas a nivel de red en las caractersticas de las capas inferiores de red entre la Estacin Mvil y el SGSN. Ella est especificada en el GSM 04.65. Logical Link Control (LLC): Esta capa provee un link lgico altamente fiable y cifrado. l es especificado en el GSM 04.64. Base Station System GPRS Protocol (BSSGP): Esta capa es responsable por el roteamiento e informacin relativa a los QoS entre la BSS y el SGSN. Ella no hace correccin de errores. BSSGP est especificada en el GSM 08.18. Esta capa transporta paquetes de datos del BSSGP. Ella es basada en el protocolo Frame relay y especificada en el GSM 08.16. Esta capa tiene dos funciones: La Radio Link Control suministra una radio-solutiondependent relible link. La funcin de control de acceso al medio (MAC) controla la sealizacin de acceso al canal de radio, y el mapeamiento de los frames LLC en los canales fsicos RF GSM. RLC/MAC es definido en el GSM 4.60. GPRS Tunnelling Protocol. Este protocolo provee un tnel para datos del usuario y sealizacin entre los Nodos de soporte del GPRS en el backnone GPRS. GTP es especificado en el GSM 09.60. Capa 2 del modelo OSI Capa 1 del modelo OSI

SNDCP

LLC BSSGP Network Service (NS) RLC/MAC

GTP L2 L1

Vamos a analizar la conexin de datos entre una aplicacin en el terminal mvil y un servidor para esta aplicacin en una red IP externa. Esta aplicacin puede ser el acceso a servicios de email, acceso Internet o a un servidor WAP. Un paquete de datos TCP/IP se genera y es mapeado en la capa LLC por el SNDCP. La capa LLC garantiza un servicio fiable en el enlace entre la estacin mvil y el SGCN. Para llegar al SGCN este paquete utiliza capas de protocolo especficas de las interfaces Um (RLC/MAC e interfaz radio) y Gb (BSSGP y NS basado en Frame Relay). La conmutacin (Switching) entre las capas RLC y BSSGP en el BSS se realiza en la capa LLC. En el SGSN los paquetes son conmutados para el Backbone GPRS (interface GN) donde sonAREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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transportados a travs de un protocolo de tnel de datos (GTP) en una red IP utilizando TCP o UDP como capa de transporte. Note que los datos en trfico en el backbone GPRS acaban teniendo el IP en dos niveles. Este procedimiento no es el ms eficiente, pero torna la solucin segura y fcil de implementar. Finalmente en el Gateway el paquete de datos es ruteado a travs de una red IP externa hasta el servidor de aplicacin. De modo anlogo las especificaciones del GPRS/GSM definen planes de sealizacin para conexiones entre los varios nodos involucrados en la prestacin del servicio GPRS. Estos protocolos son basados en el protocolo de sealizacin SS7. Para tener acceso al GPRS es necesario haber un terminal que soporte este servicio. La conexin de un terminal a una red GPRS es hecha a travs de los siguientes pasos: Un terminal GPRS, al ser energizado, ser reconocido por la red de forma semejante a lo que ocurre con un terminal GSM para Voz. Entonces es creado un enlace lgico entre el terminal y el SGSN. El Terminal es llamado "attach", lo que significa que l est registrado y autenticado en la red. El prximo paso es conseguir una direccin IP estableciendo una conexin en GPRS, a travs de la activacin del contexto del Packet Data Protocol. Esta direccin IP es normalmente dinmico siendo subministrado por la operadora mvil u otro operador dependiendo de como est configurada la red. El terminal GPRS est en este caso listo para enviar y recibir paquetes. l puede entonces asumir los siguientes estados de forma a economizar energa: Idle (ocioso), Ready (listo) en el que l puede enviar y recibir paquetes instantneamente o Stand-by. Se presenta a continuacin las caractersticas principales de los terminales GPRS. Terminales GPRS Las especificaciones definen tres clases de terminales:Clase A Clase B Clase C Terminales que pueden tratar voz y datos al mismo tiempo. Terminales que pueden tratar voz y datos, pero no al mismo tiempo. Terminales que pueden tratar slo datos, como tarjetas GPRS PCM/CIA para computadoras porttiles. Tabla 02. Especificaciones de los terminales

Debido al alto coste de los terminales Clase A, la mayor parte de los terminales difundidos comercialmente son de clase B. Interface R Un terminal GPRS puede ser utilizado directamente para acceso de datos o Internet utilizando el WAP o puede ser conectado a otro equipamiento, como por ejemplo un microcomputador. Un ejemplo de conexin que puede ser utilizada en este caso es el Bluetooth. Las especificaciones del GSM definieron una interface de referencia (R) entre el terminal mvil y el equipamiento terminal, cuando estos estn fsicamente separados. Fueron definidos comandos de atencin (AT), de acuerdo con la recomendacin ITU V.25ter (Serial asynchronous dialing and control). La especificacin GSM 07.07 describe el conjunto de comandos AT para terminales GSM. Para informaciones sobre como acceder a los comandos de terminales individuales, consulte losAREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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Software Development Kits (SDKs) que el fabricante de los terminales dispone en sus sitios Web. APN La conexin entre el operador y una red IP externa se hace a travs de un APN (access point name). El operador establece APNs para varias redes, siendo uno tpicamente definido para la red pblica WAP. El nmero de APNs soportado por un terminal vara con el modelo y fabricante. Clase de multislot de los terminales Las especificaciones GSM definen 29 clases para los terminales conforme el nmero de slots utilizados en la recepcin o transmisin. As un terminal clase 8 4 + 1 es aqul que puede recibir datos en 4 slots y enviar en 1. La clase vara con el modelo de terminal siendo los ms comunes los que soportan hasta las 12 primeras clases presentadas en la tabla a continuacin.Clase de Multislot 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Nmero mximo de slots Rx 1 2 2 3 2 3 3 4 3 4 4 4 Tx 1 1 2 1 2 2 3 1 2 2 3 4 Suma 2 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 5

Tabla 03. Clases de multislot

Rx: Nmero mximo de time slots que el terminal mvil puede recibir en un frame. Tx: Nmero mximo de time slots que el terminal mvil puede transmitir en un frame. Suma: El total mximo de slots utilizados en Rx y Tx. Por ejemplo un terminal clase 6 puede utilizar 3+1 2+2. Tasa de datos GPRS La razn que permite utilizar las ventajas del GPRS y la posible migracin hacia otros sistemas como el EDGE o WCDMA en el futuro es la tasa de datos en una conexin GPRS. Esta tasa de datos depende del: Esquema de codificacin utilizado en el canal. Nmero de slots de tiempo que soporta el terminal. Nmero de usuarios diferentes de voz y datos en la clula. Los esquemas de codificacin se utilizan en la interfase aire para permitir la deteccin y correccin de errores en caso de perdida debido a condiciones adversas del enlace. Se han definido 4 esquemas de codificacin para el GPRS como se presenta en la tabla a continuacin.Codifica cin Tasa mxima de datos (kbit/s) (Capa LLC) Tasa mxima de datos (kbit/s) Canales fsicos28 de 67

Carrier/Interference C/I (dB)Captulo 01: Redes y Tecnologas Inalmbricas.



CS-1 CS-2 CS-3 CS-4

8 12 14 20

9,05 13,4 15,6 21,4 Tabla 04. Tipos de codificacin GPRS

-6 -9 -12 -17

Es mandatario para que las estaciones mviles soporten los cuatro esquemas de modulacin y para las operadoras CS-1. La utilizacin de esquemas de codificacin menos robustos como el CS4, que no tienen correccin de errores, tienen un impacto en la cobertura de la clula GPRS. La Tabla a continuacin presenta la tasa de datos mxima (kbit/s) en funcin del esquema de codificacin y nmero de slots.Slots 1 2 3 4 5 6 7 8 CS1 9,05 18,1 27,15 36,2 45,25 54,3 63,35 72,4 CS2 13,4 26,8 40,2 53,6 67,0 80,4 93,8 107,2 CS3 15,6 31,2 46,8 62,4 78,0 93,6 109,2 124,8 CS4 21,4 42,8 64,2 85,6 107,0 128,4 149,8 171,2

Tabla 05. Taza mxima de datos

O sea, la mxima tasa terica utilizndose 8 slots es de 171,2 kbit/s. El nmero de slots utilizado depende de la clase del terminal y de como el operador configura su red. La red GPRS puede ser configurada por el operador reservando una capacidad dedicada al GPRS, o priorizando el trfico de voz, de tal modo que los paquetes de datos ocupan solo los slots que estn libres. De esta forma, la tasa de datos pasa a depender del nmero de usuarios de voz y datos en una clula. Lo que se encuentra en la prctica son redes con codificacin CS2 utilizando 2 3 slots lo que implica en una tasa mxima de 26 a 40 kbit/s. La tasa real pasa entonces a depender de la congestin en la clula que sirve al terminal, o de la existencia de slots libres para que sean ubicados. Los terminales mviles de Nokia, por ejemplo, son normalmente de clase 6 (3+1 2+2) y ello apunta a 20-35 kbit/s como velocidades tpicas conseguidas en las redes existentes. 1.3.3 EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution)

El EDGE representa una fcil evolucin del padrn GSM/GPRS rumbo a la tercera generacin, posibilitndole a la operadora ofrecer mayores tasas de datos, usando la misma portadora de 200KHz; Crea un ambiente para que la operadora atienda a la demanda por servicios ms sofisticados, lo que ha mejorado los ingresos medios por usuario, sin la necesidad de inversiones adicionales en nuevos rangos de frecuencia. Las alteraciones en la red son mnimas, con enfoque en las caractersticas de modulacin y en la implementacin de una nueva codificacin y decodificacin de la seal, asociadas con adaptaciones de la seal y envo de redundancia de informacin que aumentan la eficiencia de utilizacin del espectro.AREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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La introduccin del EDGE en la red puede ser hecha de forma gradual y econmica, en donde en el primer momento ser interesante slo cubrir las reas con mayores demandas de datos y servicios. Las otras reas pueden mantener su cobertura con seal GSM/GPRS, pues los celulares EDGE podrn tambin usar esa seal para la transmisin de voz y datos a menores tasas. El EDGE est relacionado al aumento de la capacidad de transmisin de la interfase area en el estndar GSM actual. La idea principal es adicionar nuevas caractersticas en la red GSM manteniendo compatibilidad con los telfonos celulares GSM /GPRS y con los equipamientos de la red (BSS, BSC, TRAU, MSC, SGSN y GGSN). Todos los bloques de la red GSM/GPRS continan operando, siendo necesario actualizar los software de las BTS para posibilitar el funcionamiento de las modulaciones GMSK y 8PSK, adems del cambio de la placa PCU por una placa EPCU en la BSC que tambin sufre actualizaciones de software. El EDGE incluye tanto conmutacin por circuitos (ECSD - "Enhanced Circuit Switched Data") como conmutacin por paquetes (EGPRS - "Enhanced General Packet Radio Service"). EDGE = ECSD + EGPRS. En realidad la conmutacin por circuitos pas a ser visualizada como un recurso innecesario en una red que presenta conmutacin por paquetes, pues adems de utilizar los recursos de red destinados para voz, la conmutacin por circuitos, presenta tarifacin por tiempo, lo que reduce su aplicacin para pequeos servicios que no necesitan de gran tiempo de conexin. Como consecuencia, podemos percibir un olvido forzado por el mercado de la parte ECSD, siendo solamente representado el aumento de la capacidad del GPRS, o sea, EGPRS. Evolucin de la modulacin y aumento de la eficiencia La primera alteracin que debe ser destacada es la modulacin del sistema, GSM est basada en la modulacin GMSK (1 bit/smbolo), y en el EDGE se observa la utilizacin del 8PSK (3 bit/smbolo), lo que posibilita triplicar la tasa de transmisin de datos.

Figura 18. Evolucin de la modulacin

Con el aumento de la cantidad de bits por smbolo, disponible por la modulacin 8PSK, fue posible colocar tres veces ms informacin en el mismo canal de radio frecuencia (200KHz) usado por el sistema GSM/GPRS, o sea, para cada tres "timeslots" usados anteriormente pasamos a compactar la informacin en slo un "timeslot".


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Codificaciones y Modulaciones Se han definido para los "packet data traffic channels - PDTCH", nueve esquemas de codificacin y dos modulaciones. Los MCS ("Modulation Code Schemes") se dividen en familias A, B y C, siendo cada una representada por una unidad de "payload".

Figura 19. Esquemas de modulacin y codificacin Tasa de datos por "timeslot" (Kbps) 59.2 54.4 44.8 29.6 / 27.2 22.4 17.6 14.8 / 13.6 11.2 8.8 Tabla 06. Codificacin y modulacinObservacin: La tabla presenta tasas de hasta 473.6 Kbps, pero ese valor es terico y slo podra ser alcanzado en condiciones favorables de radio propagacin. Por tanto, en la prctica los valores mximos alcanzados por las redes EDGE giran alrededor de 384Kbps.

Codificacin Familia MCS-9 MCS-8 MCS-7 MCS-6 MCS-5 MCS-4 MCS-3 MCS-2 MCS-1 A A B A B C A B C

Modulacin

Tasa mxima 8 x "timeslots" (Kbps) 473.6 435.2

8 PSK

358.4 236.8 / 217.6 179.2 140.8

GMSK

118.4 / 108.8 89.6 70.4

Terminales Para que el EDGE pueda entrar de forma gradual en la red es necesario que los terminales posean compatibilidad con la red ya existente, y las BTS deben ofrecer tanto GMSK como el 8PSK en la interface area. Por tanto, verificamos la aparicin de dos clases:AREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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Clase A = Las dos modulaciones pueden ser usadas en el "downlink", mientras que solamente GMSK se usa en el "uplink". El resultado ser un terminal con altas tasas de datos solamente en el "downlink", servicios asimtricos y alteraciones importantes en la recepcin. Clase B = Las dos modulaciones se pueden usar tanto en el "uplink" como en el "downlink". El resultado ser un terminal con altas tasas de datos en el "uplink" y en el "downlink" con alteraciones importantes tanto en la transmisin como en la recepcin. Los terminales EDGE van a estar siempre buscando la modulacin 8PSK en el sentido que solicite mayor tasa de datos y, modulacin GMSK en el sentido que solicite pequea tasa de datos, pues la modulacin 8PSK va a aumentar la tasa de transmisin y la modulacin GMSK va a minimizar el consumo de energa del aparato. Protocolos La "Media Access Control - MAC" y el "Radio Link Control - RLC" proveen servicios de multiplexacin y codificacin de canal para GPRS/EGPRS. Estas capas tambin van a estar asociadas con "Link adaptation" tanto para GPRS como para EGPRS e "Incremental Redundancy" siendo usado solamente en redes EGPRS (Consulte el Tutorial "GPRS" para mayores detalles).

Figura 20. Protocolos GPRS

Link adaptation Como la transmisin de datos depende de las condiciones de C/I es benfico adaptar el MCS de acuerdo con la situacin de interferencia. Eso es hecho con una regular estimativa de la calidad del "link" y consecuente seleccin del ms apropiado MCS. El algoritmo analiza la performance del MCS usado en el momento y como sera la performance para todos los otros. Basado en ese anlisis se selecciona aqul con la mejor performance esperada. Cuando se transmiten datos en el "downlink", se reportan medidas de calidad del terminal hacia la red en intervalos regulares. Observacin: La funcin "Link adaptation" tambin es usada en la tecnologa GPRS.


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Figura 21. Funcin Link Adaptation

Incremental Redundancy Slo existe en EDGE el modo de transmisin "Incremental Redundancy". En ese esquema de redundancia incremental, la informacin primero se enva con codificacin mnima, lo cual produce alta tasa de transmisin; pero, si existen fallas en la decodificacin de la informacin transmitida, se envan bits adicionales de codificacin (redundancia) hasta que la decodificacin tenga xito. Esta forma de codificacin adems disminuye el resultado de la tasa de datos con informacin del usuario, sin embargo, garantiza la performance del sistema. Soportar redundancia incremental es obligatorio para terminales que van a operar con EGPRS, debiendo necesario utilizar memoria extra para que sea posible esta funcionalidad. 1.4 LAS REDES 3G

La Unin Internacional de Telecomunicaciones (International Telecommunication Unit, ITU), en cooperacin con otros organismos de la industria de telecomunicaciones de todo el mundo, es quien define y aprueba los requisitos tcnicos y los estndares, as como la utilizacin del espectro radioelctrico, de los sistemas 3G bajo el programa IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000). El propsito final es facilitar la introduccin de nuevas funcionalidades y proporcionar una evolucin continua desde los sistemas de telecomunicaciones de segunda generacin (2G) hacia la 3G. La ITU exige a las redes IMT-2000 (3G), entre otros requisitos, que proporcionen mayor capacidad de sistema y una mayor eficiencia espectral con respecto a los sistemas 2G, que soporten servicios de transmisin de datos con una velocidad mnima de transmisin de 144 kbit/s en entornos mviles (de exterior) y de 2 Mbit/s en entornos fijos (en interiores). Basndose en estos requisitos, la ITU aprob en el ao 1999 cinco interfaces radio para la familia de estndares de IMT-2000, como parte de la recomendacin ITU-R M.1457, segn se puede ver en la figura.AREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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Figura 22. Interfaces IMT-2000

Las cinco tecnologas que componen la familia IMT-2000 son: a) El sistema IMT-DS (Direct Sequence). Es ampliamente conocido como UTRA FDD (UMTS Terrestrial Radio Access FDD), y ms comnmente como WCDMA. b) El sistema IMT-MC (Multicarrier). Este sistema es la versin 3G del sistema IS-95 (tambin conocido como cdmaOne), y se suele denominar cdma2000. c) El sistema IMT-TC (Time Code). Este sistema es el UTRA TDD. Se trata del modo UTRA que utiliza multiplexacin por divisin en el tiempo. d) El sistema IMT-SC (Single Carrier). Esencialmente se trata de una manifestacin particularizada de GSM Fase 2+, conocido como EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution). e) El sistema IMT FT (Frequency Time). Este sistema se conoce como DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications). 1.4.1 UMTS (Universal Mobile Telephone Service)

Es un sistema de telefona mvil de tercera generacin desarrollado por ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Este sistema permite transferencias de hasta 2Mbps (Hoy en da transmitir 2 MB de vdeo por medio de la red GSM toma media hora, mientras que con el sistema UMTS tan slo 8 segundos), haciendo posible, en un futuro la video conferencia desde un telfono mvil. UMTS cuenta con el apoyo de la mayora de los operadores de telecomunicaciones y empresas, porque representa una oportunidad nica para crear un mercado masivo altamente personalizado y con un acceso fcil a la informacin. UMTS busca desarrollar y extender la capacidad de los mviles de hoy, proporcionando mayor capacidad en la transferencia de datos y ampliando la capacidad de servicios. UMTS est concebido como un sistema global que unifica e integra los componentes terrestres y va satlite, y permitir "roaming" con otras redes, sistemas controlados por el mismo operador o con otros sistemas GSM o de 3G de otros operadores, incluyendo satlites compatibles con UMTS. Estos satlites, proporcionan cobertura global, jugando importante papel en la cobertura a nivel mundial del UMTS, el cual est siendo estandarizado para asegurar un eficiente "roaming" y manejabilidad entre redes terrestres y va satlite. Los medios tcnicos para poner en marcha UMTS son hoy en da una realidad. Solo queda hacerAREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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disponibles las bandas de radio-frecuencia por medio de las licencias UMTS para permitir a los operadores desarrollar una red de servicios UMTS. La tecnologa UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) es el sistema de telecomunicaciones mviles de tercera generacin, que evoluciona desde GSM pasando por GPRS hasta que UMTS sea una realidad y tenga un papel principal en las telecomunicaciones multimedia inalmbricas de alta calidad que alcanzarn a 2000 millones de usuarios en todo el mundo en el ao 2010. El principal avance es la tecnologa WCDMA (Wide Code Division Multiple Access) heredada de la tecnologa militar, a diferencia de GSM y GPRS que utilizan una mezcla de FDMA (Frecuency Division Multiple Access) y TDMA (Time Division Multiple Access). La principal ventaja de WCDMA consiste en que la seal se expande en frecuencia gracias a un cdigo de ensanchado que slo conocen el emisor y el receptor (vase espectro ensanchado). Esta forma original de modulacin tiene numerosas ventajas: Altas velocidades de transmisin de hasta 2 Mbps, al usar todo el espectro. Alta seguridad y confidencialidad debido a la utilizacin de tcnicas que permiten acercarse a la capacidad mxima del canal. (Como por ejemplo: codificadores convolucionales). Acceso mltiple de eficacia mxima mientras no coincidan las secuencias de saltos. Alta resistencia a las interferencias. Posibilidad de trabajar con dos antenas simultneamente debido a que siempre se usa todo el espectro y lo importante es la secuencia de salto, lo que facilita el handover (proceso de traspaso de la seal de una antena a otra), donde GSM falla mucho. UMTS ofrece otra serie de ventajas como roaming y cobertura a nivel mundial ya sea va enlace radio terrestre o va satlite, y est altamente estandarizado con una interfaz nica para cualquier red. Principales caractersticas del UMTS Es una tecnologa apropiada para gran variedad de usuarios y tipos de servicio, y no solamente para usuarios muy avanzados, UMTS ofrece: Facilidad de uso y bajos costos: UMTS proporcionar servicios de fcil uso y adaptables para abordar las necesidades y preferencias de los usuarios, amplia gama de terminales para acceso fcil a distintos servicios, bajo coste de los servicios para asegurar un mercado masivo. Servicios nuevos y mejorados: Los servicios vocales mantendrn una posicin dominante durante varios aos. Los usuarios exigirn a UMTS servicios de voz de alta calidad junto con servicios de datos e informacin. Las proyecciones muestran una base de abonados de servicios multimedia en fuerte crecimiento hacia el ao 2010, lo que posibilita tambin servicios multimedia de alta calidad en reas carentes de estas posibilidades en la red fija, como zonas de difcil acceso. Acceso rpido: La principal ventaja de UMTS sobre la segunda generacin mvil (2G), es la capacidad de soportar altas velocidades de transmisin de datos de hasta 144 kbit/s sobre vehculos a gran velocidad, 384 kbit/s en espacios abiertos de extrarradios y 2 Mbit/s con baja movilidad (interior de edificios). Esta capacidad sumada al soporte inherente del Protocolo de Internet (IP), se combinan poderosamente para prestar servicios multimedia interactivos y nuevas aplicaciones de banda ancha, tales como servicios de video telefona y video conferencia.Sistema GSM Kbps max. tericos 9,6 Kbps max. reales 9,6 Comentarios Conmutacin de circuitos


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HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) GPRS EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) UMTS

57,6 171,2 384 De 384 a 2000

28,8 44 70 100

Se agrupan varios canales GSM para una misma transmisin de datos Conmutacin de paquetes Cambio de sistema de modulacin Interfaz radio UTRAN

Tabla 07 - Velocidades de transmisin

Transmisin de paquetes y velocidad de transferencia de datos a pedido: UMTS ofrece la transmisin de datos en paquetes y por circuitos de conmutacin de alta velocidad debido a la conectividad virtual a la red en todo momento y a las formas de facturacin alternativas (por ejemplo, pago por byte, por sesin, tarifa plana, ancho de banda asimtrico de enlace ascendente / descendente) segn lo requieran los variados servicios de transmisin de datos que estn haciendo su aparicin. Entorno de servicios amigable y consistente: Los servicios UMTS se basan en capacidades comunes en todos los entornos de usuarios y radioelctricos de UMTS. Al hacer uso de la capacidad de roaming desde su red hacia la de otros operadores UMTS, un abonado particular experimentar as un conjunto consistente de sensaciones como si estuviera en su propia red local (Entorno de Hogar Virtual o VHE). VHE asegurar la entrega de todo el entorno del proveedor de servicios, incluyendo por ejemplo, el entorno de trabajo virtual de un usuario corporativo, independientemente de la ubicacin o modo de acceso del usuario (por satlite o terrestre). Asimismo, VHE permitir a las terminales gestionar funcionalidades con la red visitada, posiblemente mediante una bajada de software, y se proveern servicios del tipo como en casa con absoluta seguridad y transparencia a travs de una mezcla de accesos y redes principales. Estructura de la red UMTS Tradicionalmente, las redes han estado especializadas en un determinado tipo de servicio voz, datos, TV, etc, y su estructura vena determinada por ese servicio; puede decirse que eran redes independientes que incluan acceso, transporte y conmutacin, aunque disponan de conexin entre ellas mediante las pasarelas adecuadas. Hoy en da, la tendencia es a construir redes nicas, multiservicio, que soporten la conexin mediante diferentes medios, con una infraestructura comn de transpone y de acceso. De esta manera se consigue una mayor eficacia en su funcionamiento y una reduccin de costes, al mismo tiempo que se puede tener una gestin unificada. Hace unos 15 aos, cuando se desarrollaron los actuales estndares mviles, se aplicaron de forma general en toda la red y, as, por ejemplo, una red GSM es totalmente incompatible con otra TDMA (IS-136), tanto en infraestructura y transmisin como en terminales, a pesar de ser ambas digitales, lo mismo que sucede entre otras dos, cualesquiera que sean. En el caso de los sistemas de 3~ Generacin, el planteamiento es diferente, ya que existe un proceso de normalizacin para la red de radio (access network) y otro para la red troncal central (core network), segn se puede apreciar en la siguiente figura, por lo que parte de la infraestructura, principalmente de la red central, que incluye conmutacin y transmisin, se est desarrollando teniendo en cuenta cieno grado de compatibilidad con las redes digitales actuales, algo que no sucede para la radio, lo cual es un concepto totalmente nuevo.


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Figura 23. En la red UMTS se distingue entre la red de acceso y/a central.

Al igual que suceda en GSM, en las redes 3G se aprecian dos grandes subsistemas, que se describirn en los apartados siguientes, adems de las estaciones mviles, que son: Sistema de Red Radio (RNS/Radio Network System). Red Troncal (CN/Core Network) o Ncleo de Red. Arquitectura y protocolos en UMTS Antes de describir los dos subsistemas de UMTS, incidiremos en lo que son los bloques que conforman la arquitectura de la red y los protocolos empleados. La arquitectura general del sistema UMTS consta de 3 bloques: la estacin mvil o equipo de usuario (MS), la red UTRA que denominaremos UTRAN (UTRA Network) y la red troncal, con capacidad de gestionar circuitos orientados a conexin (CS) y circuitos orientados a paquetes (PS). Aparecen dos nuevas interfaces: la Iu entre UTRAN y la red troncal y una interfaz radio Uu entre UTRAN y las MS. Se han definido adicionalmente unas capas funcionales denominadas estrato de acceso y estrato de no acceso. Se distinguen en que el estrato de acceso contiene todas las funcionalidades especficas del acceso radio y ofrece servicios en las MS y en la red troncal al estrato de no acceso, mientras que el estrato de no acceso ofrece los servicios UMTS a los usuarios. Esta definicin de capas provoca una divisin entre UTRAN y la red troncal: la primera gestiona todos los procesos radio, mientras que la segunda gestiona los procesos de los servicios, incluyendo la gestin de movilidad y el control de llamadas. El bloque UTRAN est formado (Vea la siguiente figura) por uno o ms subsistemas radio de red (RNS) responsable de los recursos de su conjunto de clulas cada uno de los cuales contiene varios nodos B y un controlador radio de red (RNC, Radio Network Controller). Los nodos B realizan el proceso de codificacin de canal y entrelazado, adaptacin de velocidades, el ensanchado o spreading, etc., a la vez que participan en la gestin de recursos radio. El RNC controla los recursos radio de su dominio, definido por los nodos B conectados a l y es el punto de acceso de todos los servicios UTRAN que ofrece la red troncal. Adems, en UTRAN se define la interfaz lur que permite la transferencia de llamada (handover) entre distintos RNC y una interfaz Iub que define la conexin entre los nodos B y el RNC.


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POSTGRADO A DISTANCIA: INGENIERA Y GESTIN DE TELECO

semana 1 - redes y tecnologias inalambricas

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