telefonía móvil 2g final

Leonardo Barreto Flórez

Cód.. 63570Técnica 1

Universidad Incca de Colombia

Telefonía móvil 2G

QUE ES TELEFONIA MOVIL 2G ?

Se conoce como telefonía móvil 2G a la segunda generación de telefonía móvil.

La telefonía móvil 2G no es un estándar o un protocolo sino que es una forma de marcar el cambio de protocolos de telefonía móvil analógica a digital.

La llegada de la segunda generación de telefonía móvil fue alrededor de 1990 y su desarrollo deriva de la necesidad de poder tener un mayor manejo de llamadas en prácticamente los mismos espectros de radiofrecuencia asignados a la telefonía móvil, para esto se introdujeron protocolos de telefonía digital que además de permitir más enlaces simultáneos en un mismo ancho de banda, permitían integrar otros servicios, que anteriormente eran independientes, en la misma señal, como es el caso de:

envío de mensajes de texto o Pagina en un servicio denominado Short Mensaje Servicie o SMS y una mayor capacidad de envío de datos desde dispositivos de fax y módem.

2G abarca varios protocolos distintos desarrollados por varias compañías e incompatibles entre sí, lo que limitaba el área de uso de los teléfonos móviles a las regiones con compañías que les dieran soporte.


Protocolos de telefonía 2G

• GSM (Global System for Mobile Communications)

•Cellular PCS/IS-136, conocido como TDMA (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136) Sistema regulado por la Telecommunications Industry Association o TIA

•IS-95/cdmaONE, conocido como CDMA (Code Division Multiple Access)

•D-AMPS Digital Advanced Mobile Phone System

•PHS (Personal Handyphon System) Sistema usado en un principio en Japón por la compañía NTT DoCoMo con la finalidad de tener un estándar enfocado más a la transferencia de datos que el resto de los estándares 2G


FECHAS

Segunda Generación Celular:

1989: Europa estandariza Global System for Mobile Communications (GSM)

1992: GSM es lanzado.

1990: Japón estandariza Japanese Digital Cellular (JDC) hoy día llamado Personal Digital Cellular (PDC)

1990: Europa estandariza Sistema Celular Digital a 1800 MHz (DCS 1800, recientemente nombrado GSM 1800)

1993: DCS 1800 es lanzado.

1992: IS-54 TDMA (Digital AMPS) es implantado en USA


Telefonía 2.5G / 2.75G

Como tal no existe ningún estándar ni tecnología a la que se pueda llamar 2.5G o 2.75G, pero suelen ser denominados así a algunos teléfonos móviles 2G que incorporan algunas de las mejoras y tecnologías del estándar 3G como es el caso de GPRS y EDGE en redes 2G y con tasas de transferencia de datos superiores a los teléfonos 2G regulares pero inferiores a 3G.


Características 2G

• Llamadas telefónicas

• Correo electrónico con voz

• Recepción de mensajes sencillos

• Velocidad: Un 10Kb/ seg

• Tiempo de descarga de un archivo Mp3 con una duración de 3 minutos : 31-41 min


Características 2.5G

• Llamadas Telefónicas

• Servicios de fax

• Correo electrónico con voz

• Envió / recepción de mensajes más complejos

• Navegador de Internet

• información de los mapas

• Actualizaciones disponibles Velocidad: Un 64-144Kb/ seg

• Tiempo de descarga de un archivo Mp3 con una duración de 3 minutos 6-9min



Tecnologias 2G

TDMA (Time Division Multiple Access)


En TDMA:

La tecnología TDMA comprime las conversaciones (digitales), y las envía cada una utilizando la señal de radio por un tercio de tiempo solamente. La compresión de la señal de voz es posible debido a que la información digital puede ser reducida de tamaño por ser información binaria (unos y ceros). Debido a esta compresión, la tecnología TDMA tiene tres veces la capacidad de un sistema analógico que utilice el mismo número de canales.

La transmisión es simultánea, pero discontinua, en la misma frecuencia portadora de ráfagas o paquetes por los distintos usuarios.

Cada receptor selecciona la ráfaga con su número y desprecia las demás

12

3

1 2

3 1

2 3

1 2

3

1 2 3 1 2 3 1 2 3

12

3

TDMA

• Los sistemas digitales se realizaron para poder manejar información de voz y datos, por lo que la voz es digitalizada por métodos predictivos, y se le aplica una modulación digital del tipo FSK (FSK, PSK, MSK).

• La tecnología TDMA comprime las conversaciones (digitales), y las envía cada una utilizando la señal de radio por un tercio de tiempo solamente.

• La compresión de la señal de voz es posible debido a que la información digital puede ser reducida de tamaño por ser información binaria (unos y ceros). Debido a esta compresión, la tecnología TDMA tiene tres veces la capacidad de un sistema analógico que utilice el mismo número de canales.

• La transmisión es simultánea, pero discontinua, en la misma frecuencia portadora de ráfagas o paquetes por los distintos usuarios.

• Cada receptor selecciona la ráfaga con su número y desprecia las demás.


Características de TDMA

• Complejidad en el acceso: Estricta sincronización temporal

• Para sistemas de alta capacidad de tráfico

• Banda Estrecha/ancha

• Simplificación de estaciones multicanales

• Retardo en la comunicación

• Elevada versatilidad

• Necesidad de digitalización de la información

• Facilidad de inserción de la señalización asociada a la llamada

• Permite conseguir una alta calidad

• Posibilidad de utilizar una sola frecuencia portadora para ambos sentidos de la comunicación.


En redes GSM, la tecnología TDMA se encuentra dividida en ocho (8) ranuras de tiempo (en lugar de tres), esa es la razón por la que GSM puede soportar un mayor número de suscriptores por canal de voz.

La razón de la diferencia es que el espaciamiento de los canales de AMPS es de 30 Khz. Y en las redes GSM es de 200 Khz.

Simplemente podemos definir la multiplexación TDMA, como una técnica que distribuye las unidades de información en ranuras (slots) alternas de tiempo, de esta manera provee acceso múltiple a un número reducido de frecuencias.

Puede decirse que es un proceso digital que se puede aplicar cuando la capacidad de la tasa de datos de la transmisión es mayor que la tasa de datos necesaria requerida por los dispositivos emisores y receptores. En este caso, múltiples transmisiones pueden ocupar un único enlace subdividiéndole y entrelazándose las porciones.

Esta técnica se emplea en infinidad de protocolos, sola o en combinación de otras, pero en lenguaje popular el término suele referirse al estándar D-AMPS de telefonía celular empleado en América.


Uso de TDMA en Telefonía Celular

Mediante el uso de TDMA se divide un único canal de frecuencia de radio en varias ranuras de tiempo (seis en D-AMPS y PCS, ocho en

GSM). A cada persona que hace una llamada se le asigna una ranura de tiempo específica para la transmisión, lo que hace posible que

varios usuarios utilicen un mismo canal simultáneamente sin interferir entre sí.

Existen varios estándares digitales basados en TDMA, tal como TDMA D-AMPS (Digital-Advanced Mobile Phone System), TDMA D-AMPS-1900, PCS-1900 (Personal Communication Services), GSM (Global System for Mobile Communication, en el que se emplea junto con saltos en frecuencia o frequency hopping), DCS-1800 (Digital Communications System) y PDC (Personal Digital Cellular).



CDMA (Code Division Multiple Access)


CDMA

La tecnología CDMA es muy diferente a la tecnología TDMA. La CDMA, después de digitalizar la información, la transmite a través de todo el ancho de banda disponible. Varias llamadas son sobrepuestas en el canal, y cada una tiene un código de secuencia único. Usando al tecnología CDMA, es posible comprimir entre 8 y 10 llamadas digitales para que estas ocupen el mismo espacio que ocuparía una llamada en el sistema analógico.En CDMA la transmisión es simultánea e ininterrumpida de varias comunicaciones en la misma frecuencia pero con códigos de dirección diferentes.El receptor acepta solo las señales que traen su propio código y expande las demás, considerándolas como ruido.

AIRE (Actua como unsumador con coeficientes

arbitrarios)

(+)A. X1(t) .c1(t) + B. x2(t) .c2 (t)

x1(t) . c1(t)

Receptor: multiplica la señalrecibida y evalua la correlación

respecto al código del canal (c1)

x1.c1(t).c1(t) + x2(t).c2(t).c1(t)

x2(t) . c2(t)

c1(t)

Receptor: multiplica la señalrecibida y evalua la correlación

respecto al código del canal (c2)

x2.c2(t).c2(t) + x1(t).c1(t).c2(t)

c2(t)

x1(t)

x2(t)

Telefonía móvil 2GLas ventajas de CDMA son:

•Contempla un método de control de energía diseñado para el ahorro de la batería y para ayudar a que no hayan interferencias con otro canal. Así se establece una comunicación con el sitio celular receptor y el teléfono para mantener los niveles de potencia constantes y los mas pequeños posibles.•En CDMA NO se emplean cristales, los cuales al oscilar crean problemas de RFI potenciales para otros equipos electrónicos.

•El handoff (pase entre celdas) es el convencional (fuerte) con uno suave adicional. Cuando el teléfono cruza la frontera de una celda, la celda original continua proporcionando servicio al teléfono. La nueva celda se activa y el teléfono funciona en ambos sitios celulares hasta alcanzar la suficiente intensidad de señal que la nueva celda pueda tomar.

•No hay degradación notable de la calidad de transmisión durante el handoff, lo cual es critico en la transmisión de datos.

•CDMA soporta servicios de datos, conmutación de paquetes y la integración de datos empaquetados digitales celulares(CDPD).

•La desventaja de CDMA ante la presencia de equipos AMPS es la gran interferencia originada en los equipos CDMA, problema que ha sido ya rectificado.


GSM (Global System for Mobile Communication)


Alcance mundial y porcentaje de uso

La Asociación GSM (GSMA o GSM Association), este estándar es el más extendido en el mundo, con un 82% de los terminales mundiales en uso.1 GSM cuenta con más de 3000 millones de usuarios en 212 países distintos, siendo el estándar predominante en Europa, América del Sur, Asia y Oceanía, y con gran extensión en América del Norte.La ubicuidad del estándar GSM ha sido una ventaja tanto para consumidores (beneficiados por la capacidad de itinerancia y la facilidad de cambio de operador sin cambiar de terminal, simplemente cambiando la tarjeta SIM) como para los operadores de red (que pueden elegir entre múltiples proveedores de sistemas GSM, al ser un estándar abierto que no necesita pago de licencias).En GSM se implementó por primera vez el servicio de mensajes cortos de texto (SMS), que posteriormente fue extendido a otros estándares. Además, en GSM se define un único número de emergencias a nivel mundial, el 112, que facilita que los viajeros de cualquier parte del mundo puedan comunicar situaciones de emergencia sin necesidad de conocer un número local.

http://es.wikipedia.org/wiki/Asociaci%C3%B3n_GSM

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_global_para_las_comunicaciones_m%C3%B3viles

http://es.wikipedia.org/wiki/Itinerancia

http://es.wikipedia.org/wiki/Portabilidad_num%C3%A9rica

http://es.wikipedia.org/wiki/Tarjeta_SIM

http://es.wikipedia.org/wiki/Servicio_de_mensajes_cortos

http://es.wikipedia.org/wiki/112_(tel%C3%A9fono)


Sistemas DAMPSIS-136

IS-95 GSM PDC

Acceso múltiple TDMA/FDMA

CDMA/FDMA

TDMA/FDMA

TDMA/FDMA

Banda de Frec 800/1900 800/1900 850/900/1800/1900

800/1400

Espaciam decanales (kHz) 30 1250 200 25

Modulación Pi/4DQPSK

BPSK/QPSK

GMSK QPSK

Velocidad voz(kbps)

7,95 8 variable 13 9,6

Duplex FDD FDD FDD FDD


Frecuencias GSMBanda Nombre Canales Uplink (MHz) Downlink

(MHz)Notas

GSM 850 GSM 850 128 - 251 824,0 - 849,0 869,0 - 894,0 Usada en los EE.UU., Sudamérica y Asia.

GSM 900 P-GSM 900 0-124 890,0 - 915,0 935,0 - 960,0 La banda con que nació GSM en Europa y la más extendida

E-GSM 900 974 - 1023 880,0 - 890,0 925,0 - 935,0 E-GSM, extensión de GSM 900

R-GSM 900 n/a 876,0 - 880,0 921,0 - 925,0 GSM ferroviario (GSM-R).

GSM1800 GSM 1800 512 - 885 1710,0 - 1785,0

1805,0 - 1880,0

GSM1900 GSM 1900 512 - 810 1850,0 - 1910,0

1930,0 - 1990,0

Usada en Norteamérica, incompatiblecon GSM-1800 por solapamiento de bandas.


GSM (Global System for Mobile Communication)

• Desarrollado por ETSI en el marco europeo, se transformó en una norma mundial. GSM 900, DCS 1800 o PCS 1900

• Comienzo desarrollo a fin de los 80, fue implantada en principios de los 90, y fue evolucionando permanentemente.


• Interface radio

• En la banda 890-915 y 935-960 MHz hay 124 portadoras bidireccionales.

• La velocidad en aire es de 270 kbps.• Utiliza una modulación a envolvente constante

denominada GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)• Cada portadora tiene 8 Time Slots que son los canales

físicos.


•Interface radio•Trama TDMA

• Comprende 8 TS de 577 microseg c/u o sea 4,616 ms. Las tramas son reagrupadas en multitramas (multitramas a 26 tramas para el tráfico y multitramas a 51 para la señalización), luego supertramas y finalmente hipertramas


•Interface radio•Trama TDMA.

•Se llama burst a un TS o Intervalo de Tiempo

0 654321 7

3 57 3261 1 57

Datos DatosAprendizaje

1 burst = 148 bits = 0,577 ms

4,616 ms


• Arquitectura• Central (MSC)• Bases de Datos (HLR y VLR)• Controladores de Estaciones Base (BSC)• Estación Base Transceptora (BTS)

• Centros de Operación y Mantenimiento Radio y Red (OMC-R y OMC-N)

• Estaciones Móviles (MS)


• Arquitectura

• MS• Estaciones móviles embarcadas (Clase 1) de 20W• Estaciones portables (Clase 2) de 8W• Estaciones portátiles (Clases 3 a 5) de 5W, 2W y

0,8W.• BTS

• Cada BTS cubre una célula o celda• Transmisión/recepción de radio

(modulación/demodulación, ecualización, entrelazado)

• Capa física (emisión en TDMA, salto de frecuencia, codificación, encriptado)

• Capa enlace (LAPDm)• Medición de calidad de señales recibidas


• Arquitectura

• HLR• Base de datos nominal con las características de los

abonos de los móviles• Tiene las informaciones de los abonos, del IMSI,

MSISDN, restricciones de los abonos, servicios suplementarios, la información de localización (identidad del VLR donde está registrado el MS)

• VLR• Base de datos de los visitantes• Datos necesarios para la gestión de los roamers• Tiene información sobre el tipo de abono, IMSI,

MSISDN, TMSI, tipo de abono y zona de localización.• Asigna el MSRN (Mobile Station Roaming Number)


D-AMPS

• Digital AMPS o NADC (North American Digital Cellular o IS-136 o ANSI-136

• Para reemplazar al AMPS analógico• Combina técnicas FDMA y TDMA como el GSM• Las frecuencias son las mismas del AMPS, lo que permite

la transferencia de canales analógicos hacia digitales en función de la demanda permitiendo incrementar progresivamente la capacidad de la red


D-AMPS•Estructura Interface Radio

Slot 1 Slot 6Slot 5Slot 4Slot 3sslot 3Slot 2

G6

R6

DATOS16

SINCRO28

DATOS122

DVCC12

SACCH12

DATOS122

SINCRO28

CANALASCEND

SACCH12

DATOS130

DVCC12

DATOS130

RSDV12

CANALDESC

TRAMA DE 40 MS (1944 BITS)

RSVD: Reservado. G: Guard Time. R: Ramp Time. DVCC: Digital Verification Color Code


D-AMPS•Arquitectura del sistema

•Es similar a la arquitectura GSM•Tiene MSC, HLR, VLR, BS, MS. No utiliza BSC

•Las únicas interfaces normalizadas son la interface radio ANSI-136 y la interface MSC-MSC-HLR-VLR (IS-41)


CDMA Sistema IS-95•Interface Radio:

•Banda 824-849 y 869-894 MHz•Ancho de Banda: 1,2288 MHz (aprox 41 canales AMPS)

•Separación Duplex de 45 MHz•Control de Potencia muy crítico.•Utiliza Código Corrector de Errores, entrelazamiento, detección de actividad vocal, codificación de voz a velocidad variable, técnicas de recepción RAKE.


CDMA Sistema IS-95•Interface Radio:

•Datos transmitidos a 9,6 kbps con codificador de voz a 8,55 kbps

•Flujo de datos segmentado en bloques de 20 ms entrelazados y codificados con códigos convolucionales 1/2 y 1/3.

•Flujo resultante ascendente 19,2 kbps y descendente de 28,8 kbps

•Se agrega Código de Walsh ortogonal de dimension 64, pasando a 1,2288 Mbps.


CDMA Sistema IS-95•Cadena de Transmisión

COD VOZCODVELOC 1/2

COD CORTO I

COD WALSHCOD LARGO

ENTRELAZ x x

x

xCOD CORTO I

FILTRO

FILTRO

BLOQUES DE 20 ms A 9,6 kbps 19,2 kbps 1,2288 Mbps19,2 kbps

19,2 kbps

1,2288 Mbps

1,2288 Mbps1,2288 MbpsI

Q

MODULADORQPSK


CDMA Sistema IS-95•Principio de base

•A cada estación se atribuye una secuencia aleatoria. Estas secuencias deben ser diferentes y ortogonales o sea descorrelacionadas. Estas secuencias hacen que al combinarla con la señal útil, se transforme en quasi-aleatoria y con el espectro muy expandido


Sistemas 2,5GHSCSD (High Speed Circuit Switched Data)

• No lo vemos, poco éxito.

GPRS (General Packet Radio Service)• Conmutación de paquetes y aumento de velocidad

EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution)

• Mayor aumento de velocidad• También se lo considera un sistema 3G


GPRSGPRS es una mejora de GSM y define una arquitectura de red con:

• Conmutación de paquetes

• Gestión de la movilidad

• Acceso radio

• Conexión a otras redes de datos fijas con IP o X.25 (Redes PDP: Packet Data Protocol) y otras redes móviles GPRS para ofrecer roaming


GPRSGPRS retoma la arquitectura BSS de GSM, pero tiene arquitectura fija diferente de NSS.

Utiliza los conceptos de IP móvil y de CDPD (Cellular Digital Packet Data) de USA

RED GPRSINTERNET

RED LOCAL

137.194.201.20137.194 210.17.114.4


GPRSUsa multiplexado estadístico en BSS para transmitir los paquetes sobre la radio

Puede utilizar más de una ranura de tiempo por trama TDMA, lo que permitiría velocidades de hasta 171,2 kbps (máximo teórico inalcanzable)

En la práctica, se usan como máximo 4 ranuras a 12 kbps c/u o sea 48 kbps.


GPRSTipos de servicio• Las velocidades previstas permiten:

• Consulta de la Web (HTTP)• Transferencia de archivos (FTP)• Transmisión de video comprimido• Servicios Punto a Punto y Punto a Multipunto (para una segunda

fase)• Los servicios PTP pueden ser orientado a conexión (X.25) o sin

conexión (IP)• También tiene un servicio de mensajes cortos


GPRSCriterios de Calidad de servicio

• Prioridad• Confiabilidad• Retardo• Velocidad


GPRS

Clase Probabilidad deperdida

Probabilidad deduplicación

Probabilidad de fuerade secuencia

Probabilidad deerror residual

1 10-9

2 10-4 10-5 10-6

3 10-2 10-5 10-2

4 Best effort (no especificado)

Clase SDU de 128 octetos SDU de 1024 octetosRetardo medio Retardo a 95% Retardo medio Retardo a 95%

1 <0,5 s <1,5 s <2 s <7 s2 <5 s <25 s <15 s <75 s3 <50 s <250s <75 s <375 s4 No especificado (Best effort)

• Clases de Calidad de Servicio


GPRSFunciones de seguridad

• Autenticación del abonado

• Confidencialidad de la identidad del utilizador

• Confidencialidad de las informaciones transmitidas

• Tarjeta SIM


GPRSClase de los móviles

• Clase A: comunicación GPRS y clásica simultánea

• Clase B: puede tener ambos servicios, pero no simultáneos. En stand-by escruta ambas redes.

• Clase C: sólo puede estar en stand-by en un tipo de servicio


GPRSTécnicas para aumentar la velocidad

• Desarrollo de terminales que pueden transmitir y recibir en varios TS por trama TDMA (terminales multislot)

• Reducción de la protección de los datos

• Utilización de modulaciones más eficientes (EDGE)


GPRSTerminales multislot:

• En recepción no hay problema, pero en transmisión aumenta el consumo de energía y se reduce la autonomía de batería y hay más calentamiento.

• Si es para consulta de web, no habría problema


GPRSReducción de la protección de datos y modulaciones sofisticadas

• Requiere mayor relación C/I• Esto hará que la velocidad de datos varíe con la distancia al centro de la estación base

C/I alto 48 kbpsC/I bajo 32 kbps


RED GPRS

GPRSEncaminamiento de datos

BSC

SGSN GGSN

Red datosX.25, IP

•SGSN: Serving GPRS Support Node•GGSN: Gateway GPRS Support Node)

Tunel GPRS

GTP (GPRS Tunnel Prot)


GPRSPrincipio de encaminamiento de datos


GPRSUso de WAP con GPRS o con Conmutación de circuitos


GPRSAcceso a red corporativa


GPRSRoaming de terminal GPRS


GPRS

Inactivo(Idle)

Stand-byActivo(Ready)

LogoffLogon

Transmisión o recepción de datos

Sin datos a transmitir o recibir

Logoff

Se puede accederal móvil

No se puede accederal móvil

Gestión de la movilidad• Estados de un móvil

• En GSM tiene dos estados: Inactivo o activo• En GPRS hay tres estados: Inactivo, activo y stand-

by


GPRSGestión de la movilidad• Los datos se transmiten a un móvil, sólo cuando

está activo.

• En el estado activo, el SGSN conoce la celda donde está localizado el móvil.

• En standby, se conoce la ubicación a nivel de Area de Enrutamiento (similar a Area de Localización en GSM)

• Para enviar paquetes a un móvil en standby, primero hay que hacer paging, para localizarlo, y pasar al estado activo para recibir los datos

• Para enviar paquetes a un móvil activo, se le avisa que hay paquetes y luego se le transmiten

La razón delestado standby es para reducir la carga sobre la red para conocer la celda donde estálocalizado el móvily para ahorrar batería

La razón delestado standby es para reducir la carga sobre la red para conocer la celda donde estálocalizado el móvily para ahorrar batería

En el estado inactivoel móvil no tiene dirección asignada

En el estado inactivoel móvil no tiene dirección asignada


GPRS >EDGECon GPRS, el sistema GSM permite acceso a Internet a velocidades de cerca de 50 kbps

Para superar ese límite, se propuso en ETSI (1997) utilizar una modulación con mejor eficiencia espectral que GMSK (1 bit/Hertz)

Así aparece el concepto EDGE con 8PSK (3 bit/Hertz). (Enhanced Data rates for the Global Evolution)


GPRS >EDGEAl mismo tiempo, el IS-136 enfrentaba fuertes limitación de velocidad, por el poco espacio entre portadoras (30 kHz)

El consorcio UWCC-136 (Universal Wireless Communications Consortium) adoptó EDGE en 1998, como solución para aumentar las velocidades.

EDGE fue reconocido por UIT como un sistema IMT-2000

EDGE permitiría alcanzar:• 384 kbps para terminales <100 km/h y • 144 kbps para terminales <250 km/h


EDGEModificaciones de la capa física• Modulación 8PSK

111

011

010

000

001

101

100

110

Q

I


EDGEEstructura del burst

3 s 58 símbolos 3 s26 s58 símbolos

Datos DatosAprendizaje

1 burst = 148 símbolos = 444 bits = 0,577 ms

8,25 s


EDGEDos tipos de servicios

• ECSD (Enhanced Circuit Switched Data)

• Un solo canal físico permite hasta 43,2 kbps (14,4 x 3)

• Canales en modo Transparente o No Transparente

• EGPRS (Enhanced General Packet Data Service)

• Un solo canal físico permite hasta 59,2 kbps y con ocho canales tendremos 473,6 kbps


EDGE Fase 2

Clase de servicio• Conversacional con fuertes requisitos de retardo (voz, videofonía, juegos video)

• Streaming debe restituir el ritmo de generación de datos pero puede tolerar retardos usando buffers

• Interactivo exige baja tasa de error y puede tolerar cierto retardo (consulta interactiva de servidores)

• Backgroung que exige integridad pero tolera retardos grandes (e-mail)


EDGE Fase 2Una red EDGE fase 1 sólo permite las dos últimas clases de servicio

• Interactivo• Background o tráfico en tarea de fondo.

La red EDGE fase 2 será indispensable para las dos primeras clases de servicio:

• Aparece el concepto GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network)

• Permite conexión a red GSM o UMTS, en modo paquete o circuito

• Ofrecerá servicios en tiempo real en modo paquete, basada sobre IP


EDGE Fase 2

BSS

SGSN UMTS

SGSN GPRS

MSC UMTS

MSC GSM

GERAN

PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR

SERVICIO CELULAR• COBERTURA TOTAL Y SIN FRONTERAS

• GRAN NUMERO DE USUARIOS

PROBLEMAS FUNDAMENTALES• LOGRAR COBERTURA DE RADIO

• NUMERO DE CANALES LIMITADO


PROBLEMAS DE LAS REDES MOVILES• Interferencia debido a la estructura celular

• Limitación/escasez del espectro

• Calidad fluctuante de los enlaces de radio

• Punto de acceso desconocido y variable en el tiempo

• Manejo de la movilidad, aún durante una comunicación


ATRIBUTOS NECESARIOS

• “Agilidad” de frecuencia en el terminal• Distribución continua de radiobases de manera que la unidad móvil siempre opere con niveles aceptables de señal de radio.

• Servicio de “roaming” para tener servicio continuo cuando el móvil se mueve por diferentes áreas de servicio.

• Red fija celular integrada que maneja todas estas operaciones.

Arquitectura básica

Celda de radio

RADIOBASE

LINEAS AL MSC

ESTACIONMOVIL

DISTANCIA DE OPERACION

RADIO PLANEADO DE CELDA

RANGO DE LA CELDA - Rmax

área de cobertura

TRAYECTO DIRECTO

TRAYECTOINVERSO

CANALES DE VOZ O DE CONTROL

CELDA DE RADIO

Cobertura de la celda

COBERTURA IRREGULAR

RBS

COBERTURA IDEAL

COBERTURA REAL


REGION DEOVERLAP

RADIOBASE


radio R

60 º120º

Los hexágonos pueden ser alineadoslado a lado, dando cobertura continua.Aparece el concepto de sectorización,ver los ángulos de 60º o 120º, con seis y tres sectores, respectivamente.Una antena direccional, va a produciresta sectorización.Los hexágonos pueden ser dispuestosen clusters o grupos de celdas.


Cluster de 3 celdas Cluster de 4 celdas Cluster de 7 celdas

Los puntos negros son radiobases

Cobertura irregular real


Temas del agrupamiento de celdas• Se necesitan otras frecuencias en las celdas adyacentes

• Manejo de la región de overlap entre celdas

• Reuso de la misma frecuencia en el patrón de celdas.

• Tamaño de celdas necesita ser modificado para cubrir demanda de usuarios.


1- Grupos de frecuencias A, B, C,...,GSi hay un total de 210 canales, se asignan sólo 30 canales por celda.2- Distancia media de reuso:

D/R= (3N)^1/2

Distancia dereuso D

A

B

C

D

E

FG

A

B

C

D

E

F

G

R


CONCEPTOS BASICOS COMUNES A TODO SISTEMA DE RADIO• Plan de frecuencias

• Control de la interferencia cocanal

CONCEPTO DIFERENTE• Las radiobases están interconectadas para formar sistema con

cobertura continua.


PROPIEDADES DEL SISTEMA CELULAR• Ubicación del móvil

• El móvil se registra periódicamente en la radiobase más cercana (con señal más fuerte).

• La red mantiene registro de la ubicación del móvil

• Handoff durante la llamada

• Cuando el móvil se mueve fuera de la cobertura de una celda, el sistema define a que otra celda debe pasar para continuar la conversación.


RED FIJA CELULAR

• Conecta todas las radiobases para señales de comunicación y mensajes a y de los usuarios.

• Provee centros de conmutación para dirigir el tráfico en la red. (MSC)

• Provee registros de datos de los usuarios. (HLR, VLR)

• Provee conexión con la red telefónica fija. (PSTN)

• Provee soporte de operaciones y mantenimiento. (OMC)


BSC1

MSC MSC

BSCn

BS1BS2

VLR HLR EIR

AuC

PSTN

OMC

BSk

RED CELULAR FIJA

SISTEMAS CELULARESMETODOS

DE

ACCESO

Definiciones

En un sistema móvil, el acceso de los terminales a los recursos (canales radio) debe ser necesariamente compartido.

Imposible reservar un canal a cada usuario, sobre cada sitio del sistema

Definición de:• el método de repartición de la banda de frecuencia en canales y• los protocolos para acceder a los canales

Asignación de canales

Tres etapas:• Se reparte el espectro disponible en varios canales, según un método de

acceso múltiple (fijo en el tiempo).

• Se asignan los canales a las estaciones base (esto puede ir variando en el mediano plazo).

• A cada móvil, se asigna un canal para una comunicación (esto varía en el muy corto plazo).

Etapas en la asignación de recursos

Espectro de frecuenciasFrecuencias asignadas al sistema

Canales a las estaciones

Canales

Canales a Móviles

RegulaciónDefinición método acceso (diseñador)

Planificación (Operador)

AccesoAleatorio

Métodos de Duplexado

En sistemas bidireccionales (full-duplex):• FDD (Frequency Division Duplex)

• Se utilizan frecuencias de transmisión diferentes en cada sentido. Util para celdas grandes. Consume frecuencias.

• TDD (Time Division Duplex)

• Se utiliza la misma frecuencia, pero cada extremidad transmite en momentos diferentes. Util para celdas pequeñas. Permite ahorrar ancho de banda.

Métodos de Duplexado

Tiempo

Tiempo

F1Móvil/Base

F2Base/Móvil

TiempoF1

M/B B/M M/B B/M M/B B/MM/B B/M

FDD

TDD

Canales de tráfico y señalización

Canales de comunicación:• Canales de TráficoUtilizados para transportar la información del usuario

• Canales de Señalización o de ControlTransportan las informaciones del sistema:a) informaciones generales que emite la red hacia los móvilesb) comandos intercambiados entre red y móviles

• Son canales lógicos diferentes que pueden compartir canales físicos idénticos

Ancho de Banda

FDMA• Normalmente es de banda estrecha

CDMA• Normalmente es de banda ancha (utiliza toda la banda asignada)

TDMA• Puede ser banda estrecha o banda ancha

Protocolos de Acceso Aleatorio

Los móviles “compiten” por el acceso al canal.

Pueden ocurrir “colisiones” entre los mensajes emitidos por los diferentes móviles.

Efecto de enmascaramiento de estaciones móviles por obstáculos

Efecto de captura o cerca/lejos.


Protocolo no ranurado y sin escucha previa de los canales

• El más simple es el ALOHA, desarrollado para comunicaciones entre varias islas de Hawai.

• Cuando una estación tiene un mensaje a enviar, lo emite sin ninguna precaución. Como las estaciones emiten de manera arbitraria, se pueden producir colisiones entre paquetes

• El mayor problema es su bajo rendimiento para alta carga


El mensaje 1 es emitido sin problemas, mientras que el fin del mensaje 2 está interferido por la emisión del mensaje 3. Se pierden los dos mensajes.

En tiempo t1, ausencia de ACK del mensaje 3.

El emisor 3, luego de un valor de tiempo de espera aleatorio, retransmite su mensaje.

1 32 4

Llegada de mensajes

Colisión Retransmisión

t1 Tiempo


A CB D

A emite

Colisión Tiempo

Protocolos con escucha previa del canal• Acceso Múltiple por Sensado de Portadora - CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

• Se reduce problema de colisión, pero se pierde una porción de la capacidad, debido al período de escucha antes de emitir.

CSMA 1-persistentLa estación transmite con probabilidad “1” a la liberación del canal

C y D escuchan

C y D emiten

B escucha B emite


CSMA 1-persistentLa distancia entre estaciones induce un retardo de

propagación, llamado período de vulnerabilidad.

La liberación del canal no ocurre en el mismo momento para cada estación. Esto puede producir colisiones porque dos estaciones pueden querer emitir cuando cada una de ellas ve el canal libre.

Protocolos de Acceso AleatorioCSMA 1-persistent

T1T2T3T4

T5

Estación AEstación C

Estación BEmisión de C

Emisión de BEmisión de A

ColisiónColisión

NO Colisión

Distancia AC < Distancia BC < Distancia AB

T1: Fin transmisión de C (liberación del canal a nivel de estación C)T2: Fin transmisión de C en A (liberación del canal a nivel de estación A) y comienzo transmisión de AT3: Fin transmisión de C en B (liberación del canal a nivel de estación B) y comienzo transmisión de BT4: Inicio recepción del mensaje de A en CT5: Inicio recepción del mensaje de B en C. Colisión con el mensaje de A


CSMA non-persistentUna estación que detecta el canal ocupado,

retarda su tentativa de emisión un tiempo aleatorio . Esto permite eliminar una gran parte de las colisiones y tiene mejor rendimiento para alta carga. Para baja carga, el tiempo alarga los retardos de transmisión e introduce una degradación con relación al CSMA- 1 persistent.

A B

B escucha e introduce aleatorio B escucha y emite su

mensaje

A emite


CSMA con detección de colisiónCSMA-CD: Detiene la transmisión en caso de

colisión, lo que disminuye la duración de la interferencia. Utiliza técnica “listen-while-talk”. Se transmite una secuencia de interferencia (jamming packet) para forzar a las otras estaciones en colisión a detener la transmisión.

A B

B escucha

B emite su mensajeA emiteC y D escuchan el canal

C transmite su mensajeD transmite su mensaje

Detención de emisiones de C y DDetección de

colisión en B. Transmisión de un “jamming packet” por B.

Protocolos de Acceso AleatorioCSMA en ambiente radio móvil: DSMA

DSMA (Data Sense Multiple Access). Se utiliza en CDPD, ARDIS o TETRA.

Utilizado en contexto centralizado: la BS incluye en cada mensaje del canal descendente una bandera de indicación de ocupación/no ocupación del canal ascendente. Las estaciones móviles escuchan la bandera antes de una emisión. Si la bandera indica canal libre, se intenta la emisión sobre el intervalo siguiente. Cuando se detecta emisión, la BS posiciona la bandera en Ocupación.

Diseñado para resolver el caso de estaciones ocultas por obstáculos.

A B

C

Obstáculo

Protocolos de Acceso AleatorioDSMA/CD

Ejemplo de uso en el sistema CDPD (Cellular Digital Packet Data).

El canal descendente transporta dos indicaciones utilizadas para el acceso al canal ascendente:• Estado del canal: Idle o Busy• Estado de la decodificación: indica si el mensaje enviado ha sido

correctamente recibido en la BS. En caso de colisión, se utiliza este indicador para informar a las estaciones emisoras.

Indicador Iddle

Recibe I y transmite burst

Indicador Busy, OK

Indicador Iddle

Indicador Busy

Colisión

MS 2 BS MS 1

Canal Ascendente

Canal Descendente

Indicador Busy, No OK

Protocolos de Acceso AleatorioProtocolos ranurados sin escucha del canal

S-ALOHA: consiste a autorizar la transmisión solamente en instantes particulares. El canal esta recortado en intervalos de tiempo (slots) idénticos a los del método TDMA.

Los mensajes deben tener todos la duración de un intervalo y las estaciones debe estar sincronizadas.

S-ALOHA mejora al ALOHA simple, cuando hay una colisión, el canal queda inutilizado solamente durante un slot (y no dos como ocurriría en ALOHA puro).

A B C D

Colisión

t

Combinación de métodos

Grupo 1 Grupo 3Grupo 2Grupo 1Grupo NGrupo 3Grupo 2

Grupo N1 Grupo 2NGrupo N3Grupo N2 Grupo N1 Grupo N3Grupo N2

TDMA

t

FDMA

f

Mensaje

Mensaje

Mensaje

MensajeCDMACódigo

Usuario 1

Usuario 2

Usuario N

SISTEMAS CELULARESCANAL RADIOELECTRICO

PROBLEMAS DE TRANSMISION

La señal sufre deterioro que implica degradación de la calidad de la comunicación percibida por los usuarios.

Para la cuantificación se usa el BER (Bit Error Ratio):• Sistemas fijos: 10-6 a 10-12

• Sistemas móviles: 10 -1 a 10-4 (las transmisiones móviles son “mucho peores” que las fijas)

Los sistemas móviles están diseñados para poder funcionar en ambientes más hostiles.

SISTEMAS CELULARESGESTIÓN DE RECURSOS

Gestión de recursos

Concepto celular• Reutilización de frecuencias

Patrón de reutilización

Capacidades del sistema


Reutilización de frecuenciasPermite resolver el problema de servir una zona o región extensa, con un ancho de banda limitado y con una densidad de usuarios importante

Usa la propiedad de atenuación de las ondas de radio, que permite reutilizar la misma frecuencia en otra zona suficientemente alejada de la primera. Cada zona constituye una célula.


Reutilización de frecuenciasLas células con la misma frecuencia (cocanal) deben estar suficientemente alejadas para que el nivel de interferencia cocanal sea suficientemente bajo.

Para reutilizar las frecuencias, la banda total asignada se divide en sub-bandas. Cada sub-banda se asigna a una estación base ubicada en una célula y será reutilizada en otras células.

Gestión de recursosEjemplo de reutilización de frecuencia

Caso A: todas las frecuencias en el área. Ftot = 140 frecuencias (p ej)

Caso B: las frecuencias se reutilizan. Ftot = f1+f2+f3+f4+f5+f6+f7 =140f1=f2=.... = 20

Cluster

Gestión de recursosReutilización de frecuencia

• Cluster: grupo de células o celdas que utiliza el conjunto de canales de la banda de frecuencias. Muchos clusters yuxtapuestos permiten cubrir toda el área.

• Asignación fija: las frecuencias asignadas no cambian.

Asignación dinámica: mecanismo para adaptar el sistema a las variaciones de C/I.

Gestión de RecursosBandas celulares de 800 MHz

Mobile TX

Cell site Tx

Freq. 869 870 880 890 8915 894 896 MHz

Channel # 991 1 333 666 716 799 1023

A”

Channel # 991 1 333 666 716 799 1023

A B A’ B’ R

Freq. 824 825 835 845 846.5 849 851

A” A B A’ B’ R

Gestión de RecursosBanda A celular de 800 MHz

Gestión de Recursos

A1A3

A2B3

B2

B1

D2D3

D1

C1

C2C3

E3 E2

E1

F3F2

F1

G3G2

G1

F3F2

F1

Patrón de 7 celdas sectorizadas en el centro de la celda

Reuso

Algunas estaciones

SISTEMAS CELULARESGESTION DE LA MOVILIDAD

Movilidad

Gestión de la movilidad radio o microscópica

Cambiar de célula manteniendo la comunicación.

HANDOFF o HANDOVERGestión de la movilidad red o macroscópica

Usar los servicios en toda la red o en redes visitadas.

ROAMING

Movilidad RadioGestión de la movilidad radio o microscópica

HANDOFF o HANDOVER: Transferencia Automática Intercelular.

A B A B

ANTES DESPUES

Movilidad Radio

Fases del Handoff• Realización de mediciones y supervisión periódica del enlace

• Determinación de la necesidad del HO. Umbral de decisión

• Determinación de la célula objetivo y disparo del HO

• Transferencia efectiva de los enlaces

Movilidad Radio• Realización de mediciones y supervisión periódica del enlace• Potencia de señal recibida• Tasa de error de bit (BER)• Distancia entre móvil y estación base

• La estación base difunde:• Identidad de la propia estación base• Las frecuencias de los canales de control de las

estaciones vecinas

• Las mediciones se hacen cada medio segundo.• El móvil puede reportar a la red las mediciones de 6 estaciones vecinas.

Movilidad Radio• Determinación de la célula objetivo y disparo del HO

• Potencia relativa de señales: mayor nivel recibido de estación vecina que de la estación corriente

• Potencia relativa de señales con utilización de umbral: diferencia de nivel por debajo de un umbral

• Potencia relativa con utilización de histéresis: nivel de potencia por encima de un valor

• Potencia relativa con utilización de histéresis y umbral: se combinan los dos criterios precedentes.

Movilidad Radio• Tipo de Handoff: Hard Handoff

MSC

Antes

MSC

Durante

MSC

Después

Movilidad Radio• Tipo de Handoff: Soft Handoff

MSC

Antes

MSC

Durante

MSC

Después

Movilidad RadioTipos de Handoff

1: Intracelular2: Intra BSC3: Intra MSC4: Inter MSC5: Inter Red o Intersistema

BSC BSC BSC BSC

MSC MSC MSC

Red 1 Red 2

1 2 3 4 5

Movilidad Red

Selección de célula, Localización y Roaming• Dos procesos, cuando el móvil está inactivo:

• Selección de célula

MS recibe informaciones de la red para ubicarse sobre una célula determinada, que usará para el acceso

• Localización o Roaming

Permite a la red conocer en todo momento la posición del móvil con mayor o menor precisión

Movilidad Red

Localización y Búsqueda• Localización: la red conoce la ubicación del móvil, porque el móvil la

actualiza periódicamente.

• Búsqueda (paging): la red busca al móvil

Roaming• Es la posibilidad de usar el terminal en un punto cualquiera de la red

propia o ajena. No solo para redes móviles.

Movilidad Red

Métodos de Localización• Nivel cero - Sin localización, búsqueda en toda la red. Solo para redes pequeñas. Muy simple. Riesgo de saturación (Flooding algorithm)

• Nivel uno - Localización manual, el abonado debe localizarse en la red para poder recibir llamadas.

• Nivel dos - Localización automática con zonas de localización. Una zona tiene varias células. La red busca por zona.

Movilidad Red

Localización Automática• a) Al encendido del terminal• b) Localización periódica: envío de la identidad del móvil en forma periódica. Gran consumo de recursos, sobre todo si el móvil no se mueve durante horas.

• c) Localización por cambio de zona: el móvil envía su identidad cuando detecta que ha cambiado de zona.

En GSM se usa Localización híbrida, combinando los métodos b) y c).

Movilidad Red

Bases de datos para la gestión de la movilidad• Base de datos local (nominal) HLR

Hay una por red. Almacena las informaciones de los abonados de la red: nombre, número, datos de seguridad, localización actual, etc

• Base de datos visitante VLR.

Puede haber varias en una red. Almacena los datos de los abonados registrados en las zonas de localización que dependen de esta base de datos. Es una copia parcial de los datos del HLR.MSC

MSCMSC

MSC MSCVLR

VLR VLR

HLR

VLR

telefonía móvil 2g final

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