Telefonía móvil 2G final

Leonardo Barreto Flórez
Cód.. 63570
Técnica 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

1 1
2 2
3 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.

Receptor: multiplica la señal
recibida y evalua la correlación
respecto al código del canal (c1) x1(t)
x1(t) . c1(t) AIRE (Actua como un
sumador con coeficientes x1.c1(t).c1(t) + x2(t).c2(t).c1(t)
arbitrarios)
c1(t)
(+)
Receptor: multiplica la señal
x2(t) . c2(t) A. X1(t) .c1(t) + B. x2(t) .c2 (t)
recibida y evalua la correlación
respecto al código del canal (c2) x2(t)

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

c2(t)

Las 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.


Sistemas DAMPS IS-95 GSM PDC
IS-136

Acceso múltiple TDMA/ CDMA/ TDMA/ TDMA/
FDMA FDMA FDMA FDMA
Banda de Frec 800/1900 800/1900 850/ 800/1400
900/1800/
1900
Espaciam de
canales (kHz) 30 1250 200 25
Modulación Pi/4 BPSK/ GMSK QPSK
DQPSK QPSK

Velocidad voz 7,95 8 variable 13 9,6
(kbps)

Duplex FDD FDD FDD FDD


Frecuencias GSM
Banda 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,
incompatible
con 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 4,616 ms
0 1 2 3 4 5 6 7

1 burst = 148 bits = 0,577 ms

3 57 1 26 1 57 3
Datos Aprendizaje Datos


• 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
TRAMA DE 40 MS (1944 BITS)

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

CANAL G R DATOS SINCRO DATOS SACCH DVCC DATOS
ASCEND 6 6 16 28 122 12 12 122

CANAL SINCRO SACCH DATOS DVCC DATOS RSDV
DESC 28 12 130 12 130 12

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 LARGO COD WALSH
BLOQUES DE 20 ms A 9,6 kbps 19,2 kbps 19,2 kbps 1,2288 Mbps

COD VOZ
COD
VELOC 1/2
ENTRELAZ x 19,2 kbps
x
COD CORTO I
1,2288 Mbps
I FILTRO x 1,2288 Mbps

MODULADOR
QPSK COD CORTO I
1,2288 Mbps

Q
FILTRO x


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 2,5G
HSCSD (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


GPRS
GPRS 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


GPRS
GPRS 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 GPRS RED LOCAL
INTERNET
137.194.201.20
137.194 210.17.114.4


GPRS
Usa 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.


GPRS
Tipos 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


GPRS
Criterios de Calidad de servicio
• Prioridad
• Confiabilidad
• Retardo
• Velocidad

GPRS
• Clases de Calidad de Servicio
Clase Probabilidad de Probabilidad de Probabilidad de fuera Probabilidad de
perdida duplicación de secuencia error 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 octetos
Retardo medio Retardo a 95% Retardo medio Retardo a 95%
1 <0,5 s <1,5 s <2 s <7 s
2 <5 s <25 s <15 s <75 s
3 <50 s <250s <75 s <375 s
4 No especificado (Best effort)


GPRS
Funciones de seguridad
• Autenticación del abonado
• Confidencialidad de la identidad del utilizador
• Confidencialidad de las informaciones transmitidas
• Tarjeta SIM


GPRS
Clase 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


GPRS
Técnicas 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)


GPRS
Terminales 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


GPRS
Reducción 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 bajo 32 kbps
C/I alto 48 kbps


GPRS
Encaminamiento de datos
•SGSN: Serving GPRS Support Node
•GGSN: Gateway GPRS Support Node)

BSC

Tunel GPRS
SGSN GGSN
GTP (GPRS Tunnel Prot) Red datos
X.25, IP
RED GPRS


GPRS
Principio de encaminamiento de datos


GPRS
Uso de WAP con GPRS o con Conmutación de circuitos


GPRS corporativa
Acceso a red

GPRSterminal GPRS
Roaming de

GPRS
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

Inactivo
Logon No se puede acceder
(Idle)
Logoff al móvil
Logoff

Transmisión o recepción de datos Activo
Stand-by
(Ready)
Sin datos a transmitir o recibir
Se puede acceder
al móvil


GPRS
La razón del
Gestión de la movilidad estado standby es
• Los datos se transmiten a un móvil, sólo cuando está activo. para reducir la carga
• En el estado activo, el SGSN conoce la celda donde está sobre la red para conocer
localizado el móvil. la celda donde está
localizado el móvil
• En standby, se conoce la ubicación a nivel de Area de y para ahorrar batería
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 En el estado inactivo
el móvil no tiene
dirección asignada


GPRS >EDGE
Con 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 >EDGE
Al 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


EDGE
Modificaciones de la capa física
• Modulación 8PSK

Q
010
000
011

001 111 I

101 110

100


EDGE
Estructura del burst

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

3s 58 símbolos 26 s 58 símbolos 3s 8,25 s
Datos Aprendizaje Datos


EDGE
Dos 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 2
Una 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
SGSN UMTS
GERAN

SGSN GPRS
BSS

MSC UMTS

MSC GSM

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.

Celda de radio
área de cobertura
CELDA DE RADIO
TRAYECTO DIRECTO
CANALES DE VOZ O DE CONTROL

TRAYECTO
INVERSO

RADIOBASE ESTACION
MOVIL

DISTANCIA DE OPERACION
LINEAS AL MSC

RADIO PLANEADO DE CELDA

RANGO DE LA CELDA - Rmax

Cobertura de la celda

COBERTURA IRREGULAR

COBERTURA IDEAL

RBS COBERTURA REAL


REGION DE
OVERLAP

RADIOBASE


Los hexágonos pueden ser alineados
lado a lado, dando cobertura continua.
Aparece el concepto de sectorización,
ver los ángulos de 60º o 120º, con seis
radio R y tres sectores, respectivamente.
Una antena direccional, va a producir
60 º esta sectorización.
120º Los hexágonos pueden ser dispuestos
en 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.


A 1- Grupos de frecuencias A, B, C,...,G
R Si hay un total de 210 canales, se
F B
asignan sólo 30 canales por celda.
G 2- Distancia media de reuso:
E C
D A D/R= (3N)^1/2
F B
G
E C
D
Distancia de
reuso D


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)

RED CELULAR FIJA
PSTN
AuC

VLR HLR EIR

MSC MSC

OMC
BSC1 BSCn

BS1
BS2 BSk

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

Frecuencias asignadas Definición método
Espectro de frecuencias Regulación Canales
al sistema acceso (diseñador)

Planificación Canales Acceso Canales a
(Operador) a las estaciones Aleatorio Móviles

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
FDD
F1 Tiempo
Móvil/Base

F2 Tiempo
Base/Móvil

TDD

M/B B/M M/B B/M M/B B/M M/B B/M
Tiempo
F1

Canales de tráfico y señalización

Canales de comunicación:
• Canales de Tráfico
Utilizados para transportar la información del usuario
• Canales de Señalización o de Control
Transportan las informaciones del sistema:
a) informaciones generales que emite la red hacia los
móviles
b) 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.
Llegada de mensajes

1 2 3 4
t1 Tiempo
Colisión Retransmisión

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-persistent
La estación transmite con probabilidad “1” a la liberación
del canal

A emite B escucha B emite C y D escuchan
C y D emiten

A B CD
Colisión Tiempo

CSMA 1-persistent
La 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.

CSMA 1-persistent
Estación C
Estación A Estación B
Emisión de C

T1
T2
T3
T4
Emisión de A Emisión de B
T5 Colisión
NO Colisión 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 A
T3: Fin transmisión de C en B (liberación del canal a nivel de estación B) y comienzo transmisión de B
T4: Inicio recepción del mensaje de A en C
T5: Inicio recepción del mensaje de B en C. Colisión con el mensaje de A

CSMA non-persistent
Una 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 emite B escucha e introduce aleatorio
B escucha y emite su mensaje

A B

CSMA con detección de colisión
CSMA-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.

C transmite su mensaje
A emite B escucha B emite su mensaje
C y D escuchan el canal D transmite su
mensaje
A B Detención de emisiones de C y D
Detección de colisión
en B. Transmisión de
un “jamming packet”
por B.

CSMA 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 Obstáculo
B

C

DSMA/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.
MS 2 BS MS 1
Indicador Iddle

Recibe I y
transmite burst
Indicador Busy, OK

Indicador Iddle

Indicador Busy
Indicador Busy, No OK
Canal Ascendente Colisión

Canal Descendente

Protocolos 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 t
Colisión

Combinación de métodos
FDMA
TDMA
f
t

Grupo N1 Grupo N2Grupo N3 Grupo 2NGrupo N1 Grupo N2Grupo N3

Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo N Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3

Usuario 1 Mensaje

Mensaje
Usuario 2
Mensaje
CDMA
Usuario N Mensaje Código

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.

Gestión de recursos

Concepto celular
• Reutilización de frecuencias

Patrón de reutilización
Capacidades del sistema


Reutilización de frecuencias
Permite 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 frecuencias
Las 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.

Ejemplo de reutilización de frecuencia

Cluster

Caso A: todas las frecuencias en el área. Caso B: las frecuencias se reutilizan.
Ftot = 140 frecuencias (p ej) Ftot = f1+f2+f3+f4+f5+f6+f7 =140
f1=f2=.... = 20

Reutilización 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 Recursos
Bandas celulares de 800 MHz
Mobile TX
Freq. 824 825 835 845 846.5 849 851

A” A B A’ B’ R

Channel # 991 1 333 666 716 799
1023

Cell site Tx

Freq. 869 870 880 890 8915 894 896 MHz

A” A B A’ B’ R
Channel # 991 1 333 666 716 799
1023

Banda A celular de 800 MHz


Patrón de 7 celdas sectorizadas en el centro de la celda

A1
A3
G1 A2
G3 B3 B1
G2 B2 F1
C1
C3 C2 F3
F1 D1 F2
F3 D3 Reuso
F2 D2
E1
E3 E2

Movilidad

Gestión de la movilidad radio o microscópica

Cambiar de célula manteniendo la comunicación.
HANDOFF o HANDOVER
Gestión de la movilidad red o macroscópica

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

Movilidad Radio
Gestión 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 MSC MSC

Antes Durante Después

Movilidad Radio
• Tipo de Handoff: Soft Handoff

MSC MSC MSC

Antes Durante Después

Movilidad Radio
Tipos de Handoff

Red 1 Red 2

MSC MSC MSC

BSC BSC BSC BSC

1: Intracelular
2: Intra BSC
3: Intra MSC
4: Inter MSC
1 2 4 5: Inter Red o Intersistema
3 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.
HLR MSC

VLR MSC VLR MSC

VLR MSC VLR MSC

Telefonía móvil 2G final

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Destaque

Destaque (9)

Semelhante a Telefonía móvil 2G final

Semelhante a Telefonía móvil 2G final (20)

Telefonía móvil 2G final