CAPITULO                  4REDES CELULARES       1
REDES CELULARESLos teléfonos celulares han revolucionado el área de las comunicaciones,predefiniendo cómo percibimos las c...
base relativamente cercanas unas de otras, y protocolos para el “traspaso” entrelas celdas cuando el teléfono se movía de ...
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) usando CDMA de bandaancha (W-CDMA). Este sistema provee transferencia de ...
Las transmisiones de las estaciones base y de los teléfonos no alcanzan unadistancia más allá de la célula. Es por esto qu...
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ARQUITECTURA GSM                                                 Todas las estaciones base de                             ...
GPRS (General Packet Radio Service)Básicamente es una comunicación basada en paquetes de datos. En GSM, losintervalos de t...
BIBLIOGRAFIAInzaurralde M, Isi J, Garderes G. (2005).Redes celulares. Montevideo: Universidadde la Republica.Teléfonos-móv...
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Unidad 4

  1. 1. CAPITULO 4REDES CELULARES 1
  2. 2. REDES CELULARESLos teléfonos celulares han revolucionado el área de las comunicaciones,predefiniendo cómo percibimos las comunicaciones de voz. Tradicionalmente, losteléfonos celulares se mantuvieron fuera del alcance de la mayoría de losconsumidores debido a los altos costos involucrados. Como resultado, lascompañías proveedoras de servicios invirtieron tiempo y recursos en encontrarnuevos sistemas de mayor capacidad, y por ende, menor costo. Los sistemascelulares se están beneficiando de estas investigaciones y han comenzado adesarrollarse como productos de consumo masivo.La telefonía celular es un sistema de comunicación telefónica totalmenteinalámbrica. Inicialmente los celulares eran analógicos. Se evaluarán las razonespor la cual hubo una necesaria migración de estos sistemas a sistema digital. GENERACIONES DE LA TELEFONÍA CELULARGeneración 0 (0G)0G representa a la telefonía móvil previa a la era celular. Estos teléfonos móvileseran usualmente colocados en autos o camiones, aunque modelos en portafoliostambién eran realizados.Generación 1 (1G)Hizo su aparición en 1979, si bien proliferó durante los años 80. Introdujo losteléfonos “celulares”, basados en las redes celulares con múltiples estaciones de 1
  3. 3. base relativamente cercanas unas de otras, y protocolos para el “traspaso” entrelas celdas cuando el teléfono se movía de una celda a otra.La transferencia analógica y estrictamente para. Con calidad de enlaces muyreducida, la velocidad de conexión no era mayor a (2400 baudios). Latransferencia entre celdas, era muy imprecisa ya que contaban con una bajacapacidad (Basadas en FDMA, Acceso múltiple por división de frecuencia),limitando la cantidad de usuarios que el servicio podía ofrecer en forma simultáneaya que los protocolos de asignación de canal estáticos padecen de ésta limitación.Generación 2 (2G)La generación se caracterizó por circuitos digitales de datos conmutados porcircuito y la introducción de la telefonía rápida y avanzada a las redes. Usó a suvez acceso múltiple de tiempo dividido (TDMA) para permitir que hasta ochousuarios utilizaran los canales separados por 200MHz, EL sistema 2G utilizaprotocolos de codificación más sofisticados y se emplea en los sistemas detelefonía celular actualesGeneración 2,5 (2,5G)Una vez que la segunda generación se estableció, las limitantes de algunossistemas en lo referente al envío de información se hicieron evidentes. Muchasaplicaciones para transferencia de información eran vistas a medida que el uso delaptops y del propio Internet se fue popularizando. El General Packet RadioService (GPRS) desarrollado para el sistema GSM fue de los primeros en servisto. Hasta este momento, todos los circuitos eran dedicados en forma exclusivaa cada usuario. Aún más cantidad de mejoras fueron realizadas a la taza detransferencia de información al introducirse el sistema conocido como EDGE(Enhanced Data rates aplicado a GSM Evolution). Éste básicamente es el sistemaGPRS con un nuevo esquema de modulación de frecuencia. Mientras GPRS yEDGE se aplicaron a GSM, otras mejoras fueron orientadas al sistema CDMA,siendo el primer paso de CDMA a CDMA2000 1x. 2.5G provee algunos de losbeneficios de 3G (por ejemplo conmutación de datos en paquetes) y puede usaralgo de la infraestructura utilizada por 2G en las redes GSM and CDMA.Generación 3 (3 G)El significado de 3G fue estandarizado por el proceso IMT-2000. Este proceso noestandarizó una tecnología sino una serie de requerimientos (2 Mbit/s de máximataza de transferencia en ambientes cerrados, y 384 kbit/s en ambientes abiertos,por ejemplo). Existen principalmente tres tecnologías 3G. Para Europa existe 2
  4. 4. UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) usando CDMA de bandaancha (W-CDMA). Este sistema provee transferencia de información de hasta2Mbps.Están a su vez las evoluciones de CDMA2000. La primera en ser lanzada fueCDMA2000 1xEV-DO, donde EV-DO viene de Evolution Data Only. Un tercersistema 3G fue desarrollado en China que usa TDD. Conocido como TD-SCDMA(Time Division Synchronous CDMA), usa un canal de 1.6MHz y fue pensado paraque abarque el mercado Chino y de los países vecinos. Al comienzo del siglo 21,sistemas 3G como UMTS y CDMA2000 1xEV-DO han comenzado a estar alalcance del público en los países del primer mundo. Sin embargo, el éxito de estossistemas aún está por probarse. - FUNCIONAMIENTOLos teléfonos celulares, por sofisticados que sean y luzcan, no dejan de ser radiotransmisores personales. Siendo un sistema de comunicación telefónicatotalmente inalámbrica, los sonidos se convierten en señales electromagnéticas,que viajan a través del aire, siendo recibidas y transformadas nuevamente enmensaje a través de antenas repetidoras o vía satélite.La genialidad del teléfono celular reside en que unaciudad puede ser dividida en pequeñas "células" (oceldas), que permiten extender la frecuencia por todauna ciudad. Esto es lo que permite que millones deusuarios utilicen el servicio en un territorio amplio sintener problemas. He aquí como funciona. Se puededividir un área (como una ciudad) en células. Cadacélula es típicamente de un tamaño de 10 millascuadradas (unos 26Km2). Las células se imaginan como unos hexágonos en uncampo hexagonal grande, como lo muestra la figura.Cada celda en un sistema análogo utiliza un séptimo de los canales de vozdisponibles. Eso es, una celda, más las seis celdas que la rodean en un arreglohexagonal, cada una utilizando un séptimo de los canales disponibles para quecada celda tenga un grupo único de frecuencias y no haya colisiones entre célulasadyacentes.Esta configuración puede verse en forma gráfica en la siguiente figura: 3
  5. 5. Las transmisiones de las estaciones base y de los teléfonos no alcanzan unadistancia más allá de la célula. Es por esto que en la figura de arriba en cada celdase pueden utilizar las mismas frecuencias sin interferir unas con otras.Las transmisiones de la base central y de los teléfonos en la misma celda no salende ésta. Por lo tanto, cada celda puede reutilizar las mismas 59 frecuencias através de la ciudad. La tecnología celular requiere un gran número de estaciones base para ciudades de cualquier tamaño. Una ciudad típica grande puede tener cientos de torres emisoras. Pero debido a que hay tanta gente utilizando teléfonos celulares, los costos se mantienen bajos para el usuario. Cada portador en cada ciudad tiene unaoficina central llamada MTSO (PSTN en el diagrama siguiente). Esta oficinamaneja todas las conexiones telefónicas y estaciones base de la región. 4
  6. 6. TECNOLOGÍAS DE ACCESO CELULARLas tecnologías utilizadas actualmente para la transmisión de información en lasredes son denominadas de acceso múltiple FDMA Accede a las celdas dependiendo de las frecuencias. Acceso Separa el espectro en distintos canales de voz, al múltiple por dividir el ancho de banda en varios canales división de uniformemente según las frecuencias de transmisión. frecuencia Divide el canal de transmisión en particiones de TDMA tiempo. Comprime las conversaciones digitales y Acceso luego las envía utilizando la señal de radio por un múltiple por período de tiempo. En este caso, distintos usuarios comparten el división de mismo canal de frecuencia, pero lo utilizan en diferentes tiempo intervalos de tiempo. Esta tecnología, luego de digitalizar la información la CDMA transmite a través de todo el ancho de banda del que Acceso se dispone, a diferencia de TDMA y FDMA. Las múltiple por llamadas se sobreponen en el canal de transmisión, división de diferenciadas por un código de secuencia único. Esto permite códigos que los usuarios compartan el canal y la frecuencia GSMEs un estándar mundial para teléfonos celulares. Llamado Sistema Global para lascomunicaciones móviles, formalmente conocida GSM, Grupo Especial Móvil.GSM emplea una combinación de TDMA y FDMA entre estaciones en un par decanales de radio de frecuencia duplex, con baja lupulización de frecuencia entrecanales. Como se explicó anteriormente, TDMA se utiliza para información digitalcodificada, por lo que GSM es un sistema diseñado para utilizar señales digitales,así como también, canales de voz digitales, lo que permite un moderado nivel deseguridad.Existen cuatro versiones principales, basadas en la banda: GSM-850, GSM-900,GSM-1800 y GSM-1900, diferenciándose cada una en la frecuencia de lasbandas. En GSM, las conexiones se pueden utilizar tanto a la voz, como a datos,lo que permitió el avance del envío y consumo de datos a través de los celulares. 5
  7. 7. ARQUITECTURA GSM Todas las estaciones base de una red celular están conectadas a un controlador de estaciones base (o BSC), que administra la distribución de los recursos. El sistema compuesto del controlador de estaciones base y sus estaciones base conectadas es el Subsistema de estaciones base (o BSS). Por último, los controladores de estaciones base están físicamente conectados alCentro de conmutación móvil (MSC) que los conecta con la red de telefoníapública y con Internet; lo administra el operador de la red telefónica. El MSCpertenece a un Subsistema de conmutación de red (NSS) que gestiona lasidentidades de los usuarios, su ubicación y el establecimiento de comunicacionescon otros usuarios. Generalmente, el MSC se conecta a bases de datos queproporcionan funciones adicionales:El Registro de ubicación de origen (HLR): es una base de datos que contieneinformación (posición geográfica, información administrativa, etc.) de los abonadosregistrados dentro de la zona del conmutador (MSC).El Registro de ubicación de visitante (VLR): es una base de datos que contieneinformación de usuarios que no son abonados locales. El VLR recupera los datosde un usuario nuevo del HLR de la zona de abonado del usuario. Los datos seconservan mientras el usuario está dentro de la zona y se eliminan en cuantoabandona la zona o después de un período de inactividad prolongado (terminalapagada).El Registro de identificación del equipo (EIR): es una base de datos quecontiene la lista de terminales móviles.El Centro de autenticación (AUC): verifica las identidades de los usuarios.La red celular compuesta de esta manera está diseñada para admitir movilidad através de la gestión de traspasos (movimientos que se realizan de una celda aotra). Finalmente, las redes GSM admiten el concepto de roaming: el movimientodesde la red de un operador a otra. 6
  8. 8. GPRS (General Packet Radio Service)Básicamente es una comunicación basada en paquetes de datos. En GSM, losintervalos de tiempo son asignados mediante una conexión conmutada, en tantoque en GPRS son asignados mediante un sistema basado en la necesidad a laconexión de paquetes. Es decir, que si no se envía ningún dato por el usuario, lasfrecuencias quedan libres para ser utilizadas por otros usuarios. Los teléfonosGPRS por lo general utilizan un puerto bluetooth para la transferencia de datos.El acceso al canal utilizado en GPRS se basa en divisiones de frecuencia sobre undúplex y TDMA. Durante la conexión, al usuario se le asigna un canal físico,formado por un bloque temporal en una portadora concreta. Ese canal será desubida o bajada dependiendo de si el usuario va a recibir o enviar datos. Esto secombina con la multiplexación estadística en el dominio del tiempo, permitiendo avarios usuarios compartir el mismo canal físico, ya sea de subida o de bajada. Lospaquetes tienen longitud constante, correspondiente a la ranura de tiempo delGSM. El canal de bajada utiliza una cola FIFO para los paquetes en espera,mientras que el canal de subida utiliza un esquema similar al de ALOHA conreserva. En resumen, se utiliza un sistema similar al ALOHA ranurado durante lafase de contención, y TDMA con una cola FIFO durante la fase de transmisión dedatos. EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution)Es una actualización de GPRS, el cual embala hasta 69.2Kbps en ocho time slots,considerada una tecnología de 2.75G, un poco más evolucionada que GPRS.GERAN (GPS/EDGE Radio Access Network) es el nombre que se le da a losestándares para el acceso GPS/EDGE.Ventajas de la Tecnología EDGE EDGE es una solución 3G integrada al espectro existente, permitiendo así a quelos operarios ofrezcan nuevos servicios de 3G. EDGE ofrece una velocidad deInternet Móvil en la transmisión de datos a tres veces superior a la de GPRS.EDGE y UMTS introducen las tecnologías de 3G; las decisiones de la red deUMTS no se verán afectadas por el cambio de GSM a EDGE. Será unacaracterística estándar y soluciones GSM y UMTS, con un costo similar al deGSM. Proporciona ahorros en los costos, cuando se requiere de una capacidadmás alta, velocidades superiores en la transmisión de datos. Será importante paralos operarios con redes de GSM o GPRS que se desarrollarán en UMTS ya quemejorara su infraestructura. 7
  9. 9. BIBLIOGRAFIAInzaurralde M, Isi J, Garderes G. (2005).Redes celulares. Montevideo: Universidadde la Republica.Teléfonos-móviles. todo sobre telecomunicaciones (2009). Dirección URL:http://www.telefonos-moviles.com/articles/default.asp 8
  10. 10. CURSO VIRTUAL TELEMATICA INFORMATICA EDUCATIVAELABORADO POR: MALORY PEÑARANDA CAMILO AGUILAR GABRIEL VILLADOCENTE: ARMANDO JOSE LOPEZ SIERRA INGENIERIA DE SISTEMAS UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR 9

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