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Evolución de nuevos servicios en telecomunicaciones

Autor: Bernardo Retchkiman G.
Fecha: 1990-08-16

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Evolución de nuevos servicios en telecomunicaciones

  1. 1. LFm ~M ACADEMIA MEXICANA DE INGENIERIA, A.C. TEMA: EVOLUCION DE NUEVOS SERVICIOS EN TELECOMUNICACIONES QUE PRESENTA: BERNARDO RETCHKIMAN G. COORDINACION: ING. SERGIO VIÑALS ING. JORGE SUABEZ DIAZ ING. MIGUEL EDUARDO SANCHEZ RUIZ ING. ARTURO CEPEDA SALINAS AGOSTO 16, 1990
  2. 2. I N D I C E PAGINA INTRODUCCION 1 1.1. DESARROLLO DEL LENGUAJE 1 1.2. LA ESCRITURA 1 1.3. LA IMPRENTA 2 1.4. LA ELECTRICIDAD 2 1.5. LA RADIODIFUSION 3 1.6. LA TELECOMUNICACION 4 1.7. LA TELEVISION 4 1.8. LOS SATELITES 4 1.9. LAS 3 C's DE: COMPONENTES, COMPUTO Y COMUNICACIONES 5 RADIOCOMUNICACIONES: TRADICIONAL, TELEPUNTO Y CELULAR 5 11.1. RADIOCOMUNICACIONES TRADICIONALES 5 11.1.1. COMPARTICION DE FRECUENCIAS 8 11.1.2. INTRODUCCION DE CANALES INTERCALADOS 8 11.2. SOLUCION MEDIANTE EQUIPO "TRUNKING" 11 11.2.1. DESCRIPCION GENERAL DE SISTEMAS TRUNKING 12 11.2.2. DESCRIPCION TECNICA DE SISTEMAS TRUNKING 13 11.2.3. CAPACIDAD DEL SISTEMA 16 11.2.4. EJEMPLOS DE APLICACION EN MEXICO 20 11.3. RADIOCOMUNICACIONES CELULARES 22 11.3.1. INTRODUCCION 22 11.3.2. ANALISIS DEL SISTEMA 23 11.3.3. UTILIZACION DEL ESPECTRO 24 11.3.4. REPETIDORES DEL SISTEMA DE RF 25 11.3.5. PROPAGACION 27 11.3.5.1. CALCULOS DE LA PERDIDA DE TRAYECTO 29 11.3.6. ANALISIS DE COSTOS 29 11.3.6.1. DENSIDAD DE ABONADOS 29 11.3.6.2. TENDENCIAS DE COSTO 34 SITUACION ACTUAL DEL MERCADO MUNDIAL DE LAS COMUNICACIONES MOVILES CELULARES 34 111.1. INFRAESTRUCTURA DEL SISTEMA Y TERMINALES DE ABONADO: ANALISIS DE COSTOS 40 111.2. PROGRAMA ECR900 40 111.3. DEL MODELO GSM A LA RED INTELIGENTE 41 RADIOCOMUNICACION MEDIANTE TELEPUNTO 41 INTRODUCCION 41 HISTORIA DEL TELEPOINT TRES GENERACIONES DE TECNOLOGIAS 42 EL TELEPUNTO ó CT2 43 CT2 Y SUS ESTACIONES BASES 44
  3. 3. COBERTURA DE SERVICIOS TELEPUNTO 45 USOS Y VENTAJAS DEL CT2 47 EJEMPLO DE COSTOS POR USO DEL CT2 48 V. DEFINICION DEL CT3 6 MOVIL UNIVERSAL 49 V.O. INTRODUCCION 49 V.2. REQUERIMIENTOS PRIMARIOS 49 VI. ESCENARIO DE COMUNICACIONES MOVILES 50 INTRODUCCION 50 POSIBLE EVOLUCION DE LAS TELECOMUNICACIONES MOVILES EN MEXICO 50 VII. CONCLUSIONES 53 5-1
  4. 4. -1- EVOLUCION DE NUEVOS SERVICIOS EN TELECOMUNICACIONES I. INTRODUCCION El desarrollo de la humanidad se ha basado en la comunicación entre individuos y pueblos La evolución de las comunicaciones humanas ha pasado por varias fases fundamentales: Desarrollo del lenguaje La escritura La imprenta La electricidad, la electrónica y su influencia en: La radiodifusión Las telecomunicaciones La televisión El espacio exterior y los satélites La integración de las 3 C's Componentes electrónicos Computación y Comunicaciones A continuación se detalla cada una de las fases fundamentales: 1.1 El lencíuale es reconocido como el primer desarrollo significativo en las comunicaciones humanas. Gracias a su establecimiento y estructuración se logró formar grupos y sociedades tribales. Esta habilidad distingue a la humanidad de otras formas de seres vivientes y ha constituIdo una de las fuerzas fundamentales en el desarrollo de la civilización, la cultura y la vida en general. El lenguaje verbal es de corto alcance, por lo que para alcanzar mayores distancias, se recurrió a las señales por tambores, fuego, humo y con el tiempo, banderas, flechas y distintas claves. 1.2 Para vencer la limitación de la distancia, se recurrió a la escritura, la cual asimismo, venció otra limitación, la del tiempo. De este modo, mediante dibujos y grabados en cuevas, cavernas, códices y papiros, hoy día tenemos información (comunicación) con los antiguos moradores de varias regiones de nuestro planeta. Por otro lado, las palomas mensajeras y los propios mensajeros, fueron los que permitieron que la palabra escrita y el mensaje, alcanzaran distancias relativas cada vez mayores, entre las personas; iniciándose de esta manera el servicio del correo postal, que utilizamos en nuestros días.
  5. 5. -2- 1.3 El acceso de la información a las grandes masas, fue posible gracias al descubrimiento de la imprenta por Gutemberg en el siglo XV. Entre las principales obras que imprimió se cuentan: Un fragmento del Juicio Final (1445), una Gramática Latina, el Calendario Astronómico de 1458 y la llamada Biblia de Gutemberg de 42 líneas, en 1445. Los industriales de la época entendieron el potencial que el descubrimiento de Gutemberg les aportaba y ésto hizo que rápidamente se extendiera su uso por toda Europa, permitiendo la producción y circulación masiva de la información, misma que al abaratarse y mejorar su calidad, dio nacimiento al periodismo y al desarrollo de las sociedades. 1.4 Se ha definido a la Electricidad, como el conjunto de fenómenos físicos referentes a los efectos producidos por las cargas eléctricas, tanto en reposo como en movimiento. En el siglo XVII, Sir William Gilbert llevó a cabo estudios sobre las interacciones magnéticas, que publicó en su "De Magnete", el cual contiene una descripción de las propiedades esenciales cualitativas de los imanes, concluyendo al estudiar el magnetismo terrestre, que la Tierra puede considerarse como un imán gigantesco con sus polos situados cerca del norte y del sur geográficos. Cuando a fines del siglo XVII Newton ya había concebido sus ideas sobre la gravitación universal, se descubrieron dos ixnportates aparatos: el electroscopio de panes de oro (1705) y la botella de Leyden (1745), considerados como el primer aparato de medición de cargas eléctricas y el primer condensador. Al mismo período corresponden los trabajos de Benjamín Franklin, quien estudió la electricidad atmosférica, usando como conductor la cuerda húmeda que sostenía una cometa o papalote, y mediante el cual podían cargarse botellas de Leyden y obtener después chispas de ellas. Durante la segunda mitad del siglo XVIII, los físicos se dedicaron a estudios cualitativos de las fuerzas electromagnéticas. Coulomb (1736-1806), mediante la balanza de torsión descubrió la ley que lleva su nombre, sobre cargas y distancia entre ellas. Cavendish (1731- 1810) midió, mediante la balanza de torsión, la constante de la ley de la gravitación universal, pero publicó muy poco en vida y lo más importante de su obra permaneció inédito, hasta que Maxwell lo dio a conocer un siglo después. Asimismo, haciendo honor, debemos brevemente mencionar otros nombres famosos que mediante sus descubrimientos, permitieron los adelantos que hoy se conocen éstos son: Galvani (1737-1798), quien estudió la contracción muscular de las ancas de rana, relacionada con descargas eléctricas.
  6. 6. -3- Aunque los primeros investigadores presintieron que existía una íntima relación entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, no pudieron establecerla. Fue Oerstad en 1820, quien descubrió la dependencia del movimiento de una brújula y el sentido en que se aplicaba la corriente directa. Ampere (1775-1836) se interesó en los efectos magnéticos asociados a las corrientes eléctricas y enunció sus leyes de la interacción entre corrientes. Simultáneamente Georg Simon Ohm (1787-1854) descubrió su célebre ley. Michael Faraday en 1810, a los 20 años de edad, descubrió la descomposición química por medio de la corriente eléctrica o "electrólisis" y enunció sus dos leyes sobre este fenómeno. En 1831 descubrió la "inducción electromagnética" y en 1845 la teoría electromagnética de la luz. James Clerk Maxwell (1845) dio a las ideas de Faraday una formulación matemática cuantitativa. Maxwell pudo probar que el campo magnético oscilante, se propaga a través del espacio en forma de ondas que transportan energía. La confirmación experimental de ésto último la obtuvo Hertz (1857-1894). Este descubrimiento condujo a las actuales técnicas de radiocomunicación. La electrónica, se define como una ciencia aplicada, rama de la electricidad, que trata de los dispositivos o conjuntos de ellos que actuan por control del movimiento de los electrones, tanto en el vacío, como en el seno de gases o de semiconductores. Utilizó como elementos básicos las válvulas termoiónicas, los rectificadores, semiconductores y los transistores, y hoy día, los circuitos integrados. Se considera que Edison es el iniciador de esta rama al producir su efecto "Edison" en 1883 con una lámpara de características parecidas a un diodo. En 1897 J.A. Fleming aplicó estos estudios para mejorar la detección de señales de radio. En 1907 Lee de Forest inventó el tríodo, al añadir una rejilla al diodo. A partir de este momento, los avances fueron constantes. En 1948, Bardeen, Brattain y Shockley inventaron el tríodo semiconductor que recibió el nombre de transistor. Este último descubrimiento ha sido la causa del desarrollo espectacular que ha experimentado esta ciencia en los últimos años. 1.5 La radiodifusión ha permitido alcanzar a distancia y de una manera económica grandes auditorios, para todo tipo de fines. Durante la segunda guerra mundial, jugó un papel preponderante, tanto para acciones de resistencia, de defensa y de atacue.
  7. 7. -4- La primera experiencia de radiodifusión, la efectuó un radioaficionado de Pittsburg (U.S.A.) en 1920. El gran interés que suscitó, lo llevó a crear un servicio regular, bajo el indicativo KDKA, misma que fue la primera estación de radiodifusión del mundo. El desarrollo fue tan rápido que en sólo cinco años después, existían en el mundo más de 600 estaciones. 1.6 Se define a la telecomunicación, como la técnica que permite la emisión y recepción de señales, sonidos, imágenes, escritos o informaciones de cualquier naturaleza por procedimientos ópticos, eléctricos o electromagnéticos. Dependiente de las Naciones Unidas y con sede en Ginebra, en 1934 se constituyó la ITTJ (Unión Internacional de Telecomunicaciones), con objeto de fomentar el desarrollo y el perfeccionamiento de las telecomunicaciones, así como su regulación a nivel internacional. Se menciona el origen de las telecomunicaciones al año 1844 con el primer servicio telegráfico entre la ciudad de Washington, D.F. y Baltimore, en los Estados Unidos. Ya en 1868, un servicio comercial llamado el Express Telegráfico de Oriente, comunicaba a Londres con la India, pasando por Francia, Austria, Hungría y Turquía. Como servicio telegráfico, podemos identificar el primer servicio digital de comunicación. Después, en 1876, apoyándose en un descubrimiento de modulación analógica y marcando el paso que hasta hoy día lo aleja de la tecnología digital, Alexander Graham Beli inventó el teléfono, empezando de inmediato en todo el mundo en sólo tes años, a formarse redes telefónicas controladas por operadoras y actualmente, no existen áreas en donde este importante servicio, no sea decisivo en la vida diaria, tanto profesional, como privada de casi cualquier individuo. 1.7 Pasar de la voz a la imagen de televisión, ha sido un gran paso para toda la humanidad, en el cual las fronteras, las costumbres y las formas de vida de los pueblos quedaron modificadas, para bien o para mal. Se menciona a Valdimir Zworykin como el descubridor del iconoscopio. 1.8 Los Satélites o Artefactos construIdos por el hombre y lanzados al espacio, permiten la reflexión y la transmisión de señales radioeléctricas que se originan desde un punto de la Tierra y pueden retransmitirse a varias diferentes ubicaciones.
  8. 8. -5- Actualmente usados para varios fines, entre los que se encuentran los militares, las telecomunicaciones, la meteorología, etc. 1.9 El avance tecnológico alcanzado en materia de semicon- ductores y diseños de VLSI (very large scale integration) aunado a la microconiputación, ha favorecido el desarrollo de las Comunicaciones y el Cómputo, por lo que las 3 C's de Componentes, Cómputo y Comunicaciones, permiten hablar de una nueva revolución industrial; esta vez llamada tecnológica, ampliamente conocida y difundida. En ella se fundamenta la evolución de los nuevos servicios en telecomunicaciones, base de este documento. II. RADIOCOMUNICACIONES: TRADICIONAL, TELEPUNTO Y CELULAR El espectro electromagnético, es el rango total de frecuencia de radiación electromagnética y éste se extiende desde la más larga onda de radio, a la más corta conocida como rayo cósmico. Para darnos una idea de la extensión del espectro, considere la calda de luz sobre esta página impresa. Esta es parte del espectro y cae dentro de las frecuencias de 600,000 GHz a 900,000 GHz (banda de la luz visible). Por otro lado, las quemaduras causadas por el sol, se encuentran arriba de las frecuencias anteriores, mismas que forman la banda ultravioleta. Ambas bandas antes señaladas, se encuentran a frecuencias muy superiores a las usadas para radiocomunicación. Bandas más bajas se muestran a continuaciónn con su identificación más común: 30 KHz VLF Very Low Frequencies 30-300 KHz LF Low Frequencies 300-3000 KHz MF Medium Frequencies 3-30 MHZ HF High Frequencies 30-300 MHZ VHF Very High Frequencies 300-3000 MHz UHF Ultra High Frequencies 3-30 GHz SHF Super High Frequencies 30-300 GHz EHF Extremely High Frequencies Fig. 1 II. 1. RADIOCOMUNICACIONES TRADICIONALES Las bandas comerciales de Radiodifusión de A.M. (535 KHz a 1.6 MHz) y F.M. (88 A 108 MHz) son dos ejemplos familiares
  9. 9. -6- del uso de esta área del espectro. Cada una de estas bandas son divididas en frecuencias específicas y cada estación radiodifusora con una área geográfica tiene uso exclusivo de la frecuencia que le haya sido asignada. En el lenguaje de la radiocomunicación de dos vías, las bandas de frecuencia que se muestran en la Figura 2, son las pertenecientes a los servicios móviles terrestres. A diferencia de las bandas de radiodifusión, ningún usuario de los servicios móviles terrestres, tiene uso exclusivo de la frecuencia que a cada uno le ha sido asignada. BANDA FRECUENCIAS CLASE DE SERVICIO VHF 25-50 MHz Bases, móviles Banda Baja 72-76 MHz Operacional Fija Banda Alta 150-174 MHz Bases, móviles UHF o 450 406-420 MHz Bases, móviles 450-470 MHz Bases, móviles 470-512 MHz Bases, móviles 800 MHz 806-960 MHz Operacional Fija Fig. 2 Cada banda de radio mostrada en la Figura 2, es además subdividida en canales simples de frecuencias o en algunos casos, pares de canales de una sola frecuencia. Estas frecuencias son autorizadas en los Servicios Móviles Terrestres y son divididos en 3 grandes categorías de uso: Seguridad Pública, Transportación Terrestre y Radio Servicio Industrial. Existen otras bandas, para otros Microondas, de Radio, Astronomía, Marítima, Comunicación Vía Satélite y de la Figura 2, mismas que se us Móviles Terrestres, representan sólo del espectro. usos, como las de Navegación Aérea y otros. Por lo que las n para los Servicios un pequeño porcentaje Los primeros radios hacían uso de las frecuencias más bajas del espectro, ya que esas frecuencias son las más apropiadas para comunicaciones de largo alcance, extendiéndose para ciertos países, más allá de sus límites nacionales. Eso creó la necesidad de tener un control sobre el espectro. De la reunión de varios países en 1906 se formó parte de la ITU ya antes mencionada, para regular la ubicación de frecuencias en una base internacional. La primera ubicación
  10. 10. -7- verdadera del espectro de frecuencias proviene de la Conferencia de Radio de 1927. Desde entonces, la ITU ha estado expandiéndose y añadiendo nuevas bandas, tales como las bandas de radio, las bandas para comunicación por satélite, las bandas de telefonía celular, las aplicaciones de trunking, etc. En los Estados Unidos, el control de radio es delegado a dos agencias federales, ellas son la Comisión Federal de Comunicaciones, FCC y el Comité Interagencia Consultor de Radio IRAC. Todo uso de radio civil, es supervisado por la FCC, ésto incluye AM, FM, TV, radio entretenimiento, navegación, área, navegación marítima y móviles terrestres. El IRAC es responsable de todos los usos federales de radio; incluye: usos militares, Forestal Federal, NASA, FBI, Servicio Secreto y Departamentos de Estado. En México, la S.C.T. controla el uso de las frecuencias y su asignación. En nuestro país, los servicios de radiocomunicación fijos y móviles, empezaron a desarrollarse en la década de los 50 1 s en la banda de los 148-174 MHz (VHF). Así, el uso de equipos de radiocomu nicación empezó a expanderse y también la asignación de las frecuencias correspondientes, a diferentes usuarios. Cuando al término de los 70 1 s se vieron indicios de saturación, principalmente en las grandes ciudades: México, D.F., Guadalajara, Jal., Monterrey, N.L., Culiacán, Sin, etc., se decidió iniciar el uso de una nueva banda, la de UHF de 450-470 Mhz. De este modo se pudo continuar con el mismo patrón de asignación de frecuencias anterior, en el cual a cualquier usuario que calificara con su solicitud, se le asignaba " su" frecuencia, independientemente de que sólo tuviese 4 6 5 radios móviles y/o portátiles o que éstos llegaran a ser los 100 o más unidades de radio por frecuencia asignada. Naturalmente, lo que antes tardó 30 años en saturarse (de 1950 a 1980), ahora en sólo 6 años, 1980-1986, se vió que nuevamente corríamos el riesgo de saturar la nueva banda asignada en las ciudades antes mencionadas y en otras regiones de nuestra República Mexicana. Por lo tanto, se empezaron a analizar diferentes alternativas:
  11. 11. -8- 11.1.1. COMPARTICION DE FRECUENCIAS En esta alternativa, como su nombre lo indica, los usuarios comparten la frecuencia y por lo tanto tienen que esperar hasta que el canal esté libre, para que el otro lo pueda utilizar. Su uso por lo mismo queda limitado, a grupos de muy pequeños usuarios. 11.1.2. INTRODUCCION DE NUEVOS CANALES INTERCALADOS ENTRE LA CANALIZACION DE LAS BANDAS DE VHF Y DE UHF De acuerdo a la norniatividad nacional en las bandas de VHF (148-174 MHz) y de UHF (450-470 MHz), los canales están distribuidos de tal forma que entre canales adyacentes existe una separación de 25 KHz, y si se considera que cada frecuencia asignada tiene una anchura de 16 KHz, resulta que el espectro radioeléctrico que queda entre dos frecuencias adyacentes sirve como tolerancia de la frecuencia asignada. La norma nacional mencionada es congruente con la Recomendación 478-3 del Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones (CCIR) que considera separación de 25 KHz entre canales adyacentes. Ver Figura 3. Sin embargo, en esa misma recomendación aparece también la norma de emisión que considera una separación de 12.5 KHz entre canales adyacentes, y para ello, la anchura de banda de la frecuencia asignada debe ser de 8.5 KHz. Considerando lo expuesto en el últlimo párrafo y teniendo presente la gran demanda de frecuencias en lugares del país en que se encuentran saturadas o están por saturarse las bandas de 148-174 MHz y de 450-470 MHz, se llevaron a cabo pruebas radiotelefónicas con el objeto de determinar la posibilidad de convivencia de equipos radiotelefónicos con separaciones de 25 Khz entre canales adyacentes (que están normalizados en nuestro país) con nuevos sistemas radiotelefónicos con separaciones de 12.5 KHz entre canales adyacentes. Se decidió llevar a cabo las pruebas radioeléctricas en la ciudad de México, D.F. y su área metropolitana, empleando únicamente la banda 450-470 MHz, porque de resultar satisfactorias las pruebas, se procedería a realizar asignaciones de frecuencias en dicha banda y posteriormente se seguiría el mismo procedimiento en la banda de 148-174 MHz. Las pruebas radioeléctricas consistieron en intercalar una frecuencia con anchura de banda de 8.5 MHz entre dos canales
  12. 12. VHF FO FI 121 F3 II 5 111 15 29 25 E 35 'W 45 sa 55 59 65 10 15 16 KHz 16 KHz 1 1 16 KHz 16 KHz 25KHz 1 ESPI3EIflMIENTO 1 BRNDN DE ENTRE CRNRLES GURRDR 148.1100 MHz 198.025 MHz 198.050 MHz 198.015 MHz - DISTRIBUCION DE CANALES A CADA 25 KHz. - ANCHURA DE CADA FRECUENCIA 16 KHz. - TOLERANCIA +1— 5 KHz. FIGURA 3
  13. 13. - lo - normalizados separados entre sí por 25 KHz. Dichos canales estaban asignados a usuarios, cuyos sistemas operaron sus respectivas frecuencias con anchuras de banda de 16 KHz, es decir, con apego a la Norma Nacional. El tener dos sistemas operando con separación de frecuencias de 12.5 KHz dentro de una misma zona y con la característica de que, uno de los dos sistemas utilice equipos con especificación de espaciamiento entre canales de 25 KHz, provoca que cuando una de las bases transmita, en la base del otro sistema se puede escuchar el audio, cuando la distancia ente ellos es inferior a los 5 Km y una elevación promedio similar de terreno; además que se vuelve más crítico el que un equipo no esté correctamente ajustado en frecuencia y en modulación, ya que una pequeña variación de estos parámetros ocasionaría problemas de interferencia aún mayores a los registrados en las pruebas. También se pudo observar en estas pruebas que cuando unidades móviles o portátiles tenían una comunicación base- móvil o base-portátil y simultáneamente existía una transmisión de un equipo separado 12.5 KHz, provocaba que el audio de la móvil o portátil se cortara o se escuchara ruidoso. Esta es otra forma de ver el efecto de desensibilización causada por un transmisor separado 12.5 KHZ, observándose que este problema no es tan crítico si los canales de 25 KHz tienen poco tráfico de comunicación. En resumen, en los resultados de las pruebas se destacan los siguientes aspectos al observar el comportamiento de los equipos a 25 KHz y a 12.5 KHz. La convivencia de equipos de 12.5 KHz con equipos de 25 KHZ presenta inconvenientes debido a que actualmente los equipos de 25 KHz utilizados generalmente no se mantienen en su frecuencia central , dado que al operar se desvían casi siempre de su frecuencia dentro de un margen de +, - 5 KHz (normalizado) que es el máximo autorizado y no sólo eso, sino que muchos de ellos en la práctica están operando con desviaciones mucho mayores. Esa situación ocasiona que un equipo de 12.5 KHz con parámetros más estrictos, no obstante ser más estable en frecuencia, no puede operar como fuera deseable en canales intercalados dentro de una distribución de 25 KHz. Es oportuno señalar que en algunos casos es posible operar equipos de 12.5 KHz en canales intercalados pero deben tomarse varias medidas, entre ellas las siguientes: - La separación entre estaciones base de equipos de norma de 25 KHz y 12.5 KHz en canales adyacentes, debe ser superior a los 5 Km.
  14. 14. - 11 - - Los dos canales de 25 KHz adyacentes deben tener poco tráfico de llamadas en el área de servicio en que se pretenda utilizar un canal intercalado con norma de 12.5 KHz. - Se recomienda que los equipos a utilizar cuenten con línea privada. La línea privada es un pequeño dispositivo que genera un tono subaudible durante toda la transmisión de un equipo. Del lado del receptor existe un ciruito decodificador de ese tono subaudible, el cual al sensar que la portadora viene acompañada de ese tono, habilita la etapa de audio en el receptor. En el caso de que lleguen señales ajenas al sistema, ya sea la misma frecuencia o cercanas, como el caso de 12.5 KHz, estas señales son bloqueadas a nivel audio, por lo que no se escucharán en los receptores del sistema. c) Se comprobó plenamente que el equipo radiotelefónico diseñado específicamente con parámetros de la Norma de 12.5 KHz es altamente confiable y podrá operar eficazmente sin ningún problema con otros equipos similares, por lo que se recomienda el uso de sub-bandas de frecuencias en donde con canalización entre canales adyacentes de 12.5 KHz, operen equipos con la Norma de 12.5 KHz, exclusivamente. 11.2. SOLUCION MEDIANTE LA COMPARTICION EN EL TIEMPO DE LAS FRECUENCIAS O SISTEMAS TIPO TRUNKING Las compañías telefónicas han estado usando las técnicas de Trunking, para establecer llamadas entre suscriptores por casi un siglo. El usuario telefónico no tiene su propia troncal dedicada a todos y cada uno de los sitios a los cuales desea llamar. Sino que cuando el usuario establece una llamda, la central telefónica le asigna una troncal por la duración de esa llamada. Después que el usuario cuelga, la misma troncal queda disponible para otros usuarios. De esta forma, un pequeño número de troncales telefónicas pueden ser compartidas por un gran número de suscriptores. Esta compartición es manejada eficientemente y automáticamente por el equipo de conmutación en las oficinas de las Centrales Telefónicas. La eficiencia de este sistema de compartición, está basada en dos caracterísiticas fundamentales de las necesidades de comunicación de los usuarios del mismo:
  15. 15. - 12 - El porcentaje del tiempo que cualquier usuario individual requiere una troncal es muy pequeño. La probabilidad de que un alto número de usuarios requieran una troncal al mismo tiempo es sumamente pequeña. Las técnicas de trunking pueden ser aplicadas a sistemas de radio por las mismas razones fundamentales de eficiencia que emplean las compañías telefónicas. Hoy en día los sistemas de radio de dos vías, típicos de las grandes ciudades, tienen mucho en común con los primeros teléfonos de una sola línea, en donde un grupo de usuarios comparten un canal común de RF. Ambos sistemas son caracterizados por: Esperas largas para accesar la línea o el canal de R.F. No existe privada total Las primeras aplicaciones de Trunking en el mercado de las comunicaciones móviles, se dieron bajo el concepto de suscriptor telefónico. Desafortunadamente este tipo de equipo era muy complejo y por consecuencia costoso, como para que tuviera una amplia aceptación en los sistemas de comunicación para uso industrial, de seguridad pública y negocios. Adicionalmente, no había sido asignada una banda del espectro para sistemas troncados. Sin embargo, los avances recientes en tecnología (VLSI: Microprocesadores y Sintetizadores de frecuencia) han reducido el costo sustancialmente y se han asignado (en U.S.A.) rangos suficientes del espectro para estimular el desarrollo de este tipo de sistemas. En virtud de que las bandas de VHF y de UHF en el rango 160 MHz y 450 MHz ya están saturadas, se ha diseñado el sistema trunking de R.F. en la banda de 800 MHz, bajo aprobación de la FCC americana y ahora también, por la SCT. 11.2.1. DESCRIPCION GENERAL DE LOS SISTEMAS TRUNKING La técnica trunking se basa en la compartición automática de un grupo de canales de comunicación entre un gran número de usuarios. Tal compartición es práctica solamente para aplicaciones en las cuales: Cada usuario requiere de un canal de comunicaciones solamente durante un pequeño lapso de tiempo. Pocas llamadas tienen que ser procesadas simultáneamente. Uno de los objetivos del sistema Trunking, es incrementar la eficiencia del espectro radioeléctrico, el cual podría ser
  16. 16. - 13 - definido como el incremento de tráfico por canal proporcionado por un sistema trunking de N canales, comparado al tráfico por canal de un sistema convencional inulticanal de esos N canales, mientras que se incrementa o mantiene el mismo grado de servicio. Un sistema Trunking puede ser configurado como se ilustra en la Figura 4. Aquí tres canales han sido puestos en un sitio común, bajo la supervisión de un controlador central. Un número de canales disponibles, comparten la capacidad del canal del sistema. Cada vez que un usuario solicita una llamada, le es asignado automáticamente un canal libre por todo el tiempo que dure su mensaje. Al final de cada mensaje, el canal desocupado vuelve a estar a disposición del controlador central, listo para ser asignado a otro usuario. 11.2.2. DESCRIPCION TECNICA DE LOS SISTEMAS TRUNKING Características Operacionales del Sistema Un sistema Trunking básico se muestra en la Figura 5, donde se puede observar, se consideran 5 canales de RF para propósitos de este ejemplo, sólo se muestran 3 flotillas, aunque un sistema de esta magnitud podría acomodar un número mucho mayor de flotillas. En un sistema Trunking tal como en un sistema convencional pueden intervenir tres elementos: El Despachador, una flotilla de usuarios móviles y un sitio de repetición. Esto significa que cada flotilla puede tener su propio despachador o bien un despachador para varias subflotillas. El sitio de repetición puede estar compuesto de 2, 3, 4, 5 ó hasta 20 estaciones base-repetidor según sea el tráfico manejado. Ahora bien, cada radio móvil y estación de despacho en el sistema, es capaz de operar en todos los canales del grupo troncal. Están equipados con Microprocesadores, los cuales controlan todas las operaciones de los equipos, incluyendo la transmisión, la recepción y la selección de frecuencia. En el sitio de repetición tenemos cinco estaciones base- repetidor, controladas por microprocesadores, identificado como el controlador central del Sistema. Uno de los cinco canales de R.F. es usado únicamente para datos; es sobre este canal que el controlador central recibe y procesa todas las solicitudes de servicio.
  17. 17. SISTEMA TRUNKING TRES CANALES COMPARTIDOS F11 1F2 F3 CENTRAL • AMBULANCIAS 1 1 • SUPRSORES ESCOLS 1 $ _ CirioTAXiS 1 1 ío ir 4*1POUCIA ADMt4ISTRATIVO FIGURA 4
  18. 18. FIGURA. 5 1 Ui SUBFL.OTILLA DESPACHADOR () DESPACHADOR ktV li~l, DESPACHADOR (E) CANAL DE CONTROL IU Li FLOTILLA © FLOTILLA • -- -no 31.JB-FLOTILLA ® NOTA: TRES FLOTiLLAS INDEPENDIENTES CON IR1A FLOTILLA COMPUESTA DE DOS SUS-FLOTiLLAS nCI C2 C3 C4 flfl CONTROLADOR 4CENTRAL DEL SISTEMA
  19. 19. - 16 - Todas las estaciones de despacho y unidades móviles se concentran sobre el canal de control de sistema, donde silenciosamente se encuentran a la escucha del tren continuo de datos, enviado por el canal de control. 11.2.3. CAPACIDAD DEL SISTEMA Desde hace varios años, diversas empresas han trabajado en la configuración de un sistema Trunking que pudiera dar servicio al mayor número posible de unidades, con el menor número posible de canales. Para lo cual han considerado los siguientes factores principales: - La asignación de un canal tan pronto como sea posible, al recibir una solicitud. - La desconexión del canal inmediatamente después que lo desocupa el usuario - La recuperación de cualquier canal, el cual, aunque haya sido asignado, no se está usando activamente Cualquier proyección que se haga sobre la capacidad del sistema, dependerá básicamente de las consideraciones que se asuman sobre el tráfico de mensajes. En este caso particular y que se consideran como valores típicos, se asume que cada usuario genera 0.008 Erlangs de tráfico de mensaje, durante las horas pico del día. Esto corresponde a 1.9 mensajes por móvil por hora con una duración promedio de 15 segundos. Un mensaje típico comprende 4 transmisiones de 2.5 segundos promedio de duración con 2.0 segundos de "pausa" entre cada uno. La Figura 6 ilustra en forma gráfica la probabilidad de acceso al sistema, empleando los datos arriba indicados en un modelo de distribución exponencial negativo y de distribución normal, troncalizado. En esta fráfica se representan 3 configuraciones de sistema - Repetidor de un solo canal con 60 móviles - Sistema Trunking de 5 canales con 90 móviles por canal, es decir, 450 usuarios. - Sistema Trunking de 20 canales con 100 móviles por canal, o sea, 200 usuarios. Consideramos que éstos son los niveles razonablemente más altos de carga por canal.
  20. 20. L - 17 - 110% 10% - $1 LO 11 P0 TILMPO (ItUJ FIGURA 6 Maza
  21. 21. - 18 - Para el sistema de un sólo canal de repetidor, el 50% de los usuarios tiene acceso inmediato y el 50% queda bloqueado. Veinte por ciento de estos usuarios tendrá que espera más de 30 segundos. Como se puede observar, los sistemas Trunking pueden manejar más unidades por canal y aún así proporcionar un tiempo mucho más corto de acceso. También se puede ver que sistemas Trunking más grandes son más eficientes que los sistemas pequeños. En la gráfica de la Figura 7 se consideró una duración promedio del mensaje de 15 segundos; sin embargo, es interesante ver qué sucede con el tiempo de acceso al sistema, cuando se incrementa la duración promedio del mensaje. Esto se ilustra en la Figura 7, para lo cual se considera un sistema Trunking de 5 canales. Con 90 móviles por canal y una duración promedio del mensaje de 15 segundos, el tiempo promedio de acceso durante las horas pico es de aproximadamente 3 segundos. Obsérvese sin embargo, que si la longitud del mensaje se incrementa de 15 a 20 segundos, el tiempo de espera para accesar el sistema se incrementará a 30 segundos; un incremento de 33% en la longitud del mensaje causa que el tiempo de acceso se incremente en 10 veces. En este caso, el número de móviles por canal probablemente tendría que reducirse a aproximadamente 65, para mantener un grado de servicio aceptable. Crecimiento del Sistema El sistema Trunking ha sido diseñado de tal forma que permite el crecimiento del mismo sin grandes cambios ni inversiones. Así pues, un sistema puede iniciar por ejemplo con 5 canales y adicionar posteriormente los canales que se requieran, añadiendo únicamente el mismo número de bases- repetidores como número de canales de R.F. (hasta un total de 20) se deseen incrementar. Por otro lado, en virtud de que una móvil sintetizada puede ser dirigida a cualquier canal de voz, especificado por el canal de control de sistema, los canales de voz en sí pueden ser añadidos sin necesidad de reprogramar ninguna móvil en el campo. Esta facilidad sólo es posible de lograr en sistemas que tienen asignado un canal de control dedicado, como el presente. En el caso de otros tipos de los sistemas Trunking que dependa del rastreo de todos los canales, la expansión se obtiene solamente reprogramando todas las móviles del sistema.
  22. 22. - 20 - Interconexión Telefónica El sistema Trunking, además de dar servicio a unidades móviles y portátiles en el modo normal de dos vías, es capaz de proporcionar interconexión a un PABX o a la red telefónica pública, si así se desea. Actualmente se puede brindar este servicio desde unidades móviles y portátiles. Debido a que la función principal del Trunking es la de brindar Servicio al mayor número de móviles posibles en la base de mensajes cortos, el número de canales de voz que se pueden utilizar para interconexión telefónica simultánea, está limitado a un total de 4 máximo, dentro de un sistema de 20 canales. El sistema de interconexión telefónica opera bajo las siguientes características: - Una llamada iniciada en tierra o en móvil (o portátil), será manejada como una llamada individual. La conversación es privada. - En una llamada iniciada en tierra o en móvil (o portátil), el repetidor asignado se mantendrá activado todo el tiempo que dure la llamada. Esto significa que no habrán tonos de ocupado en las pausas de la conversación. - Si es deseado, una llamada originada en tierra puede ser dirigida a toda una subflotilla, en lugar de ser enviada a una sola unidad. Esto podría ser un modo ideal de despachar a un pequeño grupo de operadores de radio, cuando no existe punto de despacho. - La duración de la interconexión telefónica puede ser restringida por medio del software del controlador central. El controlador central tiene la habilidad para restringir dinámicamente el número de interconexiones telefónicas simultáneas, durante períodos picos de tráfico. Esto genera una lista de espera, en donde son anotadas las unidades que requieren este tipo de servicio y son notificadas en cuanto existe un canal disponible. 11.2.4. EJEMPLOS DE APLICACION EN MEXICO Una de las grandes ventajas de los sistemas Trunking, como lo pudimos observar en los puntos anteriores, es la gran variedad de aplicaciones que éstos presentan, en esta parte mencionaremos algunos ejemplos típicos de aplicación en México.
  23. 23. - 21 - Aeropuertos El caso de las comunicaciones dentro de los principales aeropuertos, constituye un ejemplo típico en nuestro país; debido al gran número de usuarios que requieren comunicación dentro de los mismos, la saturación de frecuencias es crítica, porque cada organismo o agencia requiere de comunicación independiente y privada, entre sus diferentes grupos internos. Esto ha ocasionado grandes problemas en la asignación de frecuencias en estos lugares, motivados principalmente a que en estas áreas co-existan un gran número de frecuencias, provocando problemas de interferencias, intermodulaciones y desensibilizaciones en los receptores cercanos. Un ejemplo de los diferentes grupos o agencias que requieren comunicación independiente dentro de los aeropuertos son: - Vigilancia - Administración - Mantenimiento del aeropuerto - Torre de Control - Cada línea aérea - Bomberos - Sala de espera - Servicios de comida - Aduanas - Otros El sistema Trunking o troncal es ideal para solucionar el problema de saturación de frecuencias en los aeropuertos, ya que presenta los siguientes beneficios y características: - Los diferentes grupos o agencias mantienen su indepen- dencia y privacía en sus comunicaciones. - Para casos de emergencia, existe la facilidad de reagrupar a los diferentes grupos, que por necesidades operativas deben coordinarse entre si, en una sola flotilla. - Los costos por mantenimiento se reducen notoriamente.
  24. 24. - 22 - Reagrupación Dinámica para casos de desastre. Otra de las aplicaciones típicas de un sistema Trunking o troncal, es la que se presenta en casos de desastres naturales, tales como terremotos, inundaciones, trombas, etc. Para este tipo de situaciones en donde las comunicaciones son vitales para la correcta coordinación de los diferentes organismos de rescate y seguridad, los sistemas Trunking presentan entre algunas de sus facilidades la de reagrupación dinámica. La reagrupación dinámica dentro de un sistema troncal, consiste en la asignación automática de uno o varios grupos a un nuevo grupo o flotilla, en donde se puedan comunicar entre si; es decir para nuestro caso, los diferentes organismos de rescate y servicios como son Cruz Roja, Bomberos, Policía y Servicios Públicos, entre otros, quienes comúnmente operan en sus flotillas y grupos en forma independiente y privada, ante una situación de emergencia pueden ser asignados para formar una nueva flotilla, que agrupe los organismos antes mencionados. De esta manera, estos organismos tienen la comunicación necesaria para coordinarse entre si y eliminar una posible duplicidad de recursos o falta de los mismos que en una situación de emergencia son vitales. Una vez terminada dicha situación, los organismos son reasignados nuevamente a sus flotillas originales, para continuar con sus operaciones normales. Todo este proceso de reagrupación dinámica, se realiza de una manera rápida y segura, sin necesidad de cambios de cristales o frecuencias en los equipos móviles o portátiles, desde el punto de administración del sistema y utilizando una terminal, la cual se interconecta en forma remota o local, al controlador central del sistema. 11.3. RADIOCOMUNICACIONES CELULARES 11.3.1 INTRODUCCION El Ing. William M. Borman escribió en 1987 un artículo sobre la tecnología celular y su impacto en las zonas de desarrollo, para el Boletín de Telecomunicaciones. Vol 54- VIII. Siendo el contenido de su artículo aún actual para nuestro país, lo usaré como base para tratar este importante tema: El servicio radiotelefónico móvil celular experimenta un crecimiento espectacular en muchas partes del mundo. El más rápido crecimiento de las tecnologías celulares se produce en la región de 800-900 MHz del espectro radioeléctrico. Esto se debe en parte a la disponibilidad general de un gran número de canales radioeléctricos en casi todas las partes
  25. 25. - 23 - del mundo, lo cual permite sistemas que ofrecen una capacidad de tráfico considerablemente superior a la que generalmente se obtiene en las bandas inferiores de 150 y 450 MHz. Aunque la principal aplicación de la tecnología celular ha sido el servicio telefónico móvil y portátil de alta calidad en las zonas urbanas, el éxito obtenido al satisfacer las necesidades del servicio móvil con reducciones espectaculares del costo de los equipos ha llevado a plantear una cuestión de cómo podría aplicarse para satisfacer las necesidades de las zonas en desarrollo y hacer rentable este servicio. Para explorar el tema conviene examinar con cierto detalle las características técnicas y operacionales de un sistema celular y las necesidades de un servicio telefónico general. El sistema celular seleccionado en este análisis es el SCAT (Sistema de Comunicaciones con Acceso Total), que se ha introducido en el Reino Unido, Irlanda y otras partes del mundo, con el nombre de TACS. El sistema opera en la banda 800-900 MHz. 11.3.2. ANALISIS DEL SISTEMA Descripción del Sistema El sistema de telefonía Móvil Celular tipo SCAT o TACS, emplea un canal de control dedicado y cierto número de canales vocales (según el número de abonados) en cada celda. Las unidades de abonado, al accionarse, exploran todos los canales de señalización y seleccionan el canal cuya señal recibida es más fuerte. Aunque el número de canales de control empleados puede cambiarse fácilmente, existen normalmente 21 canales para fines de control. El canal de señalización utilizado tiene codificación "Manchester" de 8 kbit/s y, debido a su redundancia, funciona con una tasa de errores baja en presencia de ruido e interferencia. El sistema es de gran capacidad, tanto en número de canales disponibles (1000 canales vocales sencillos) como en capacidad de señalización, por lo que permite una capacidad superior a 80,000 abonados en una sola zona de servicio. La capacidad final total es muy superior, debido a la reutilización de frecuencias de los canales vocales y de señalización, y a la posibilidad de localizar abonados por radio-búsqueda en varias zonas. La utilización de un sistema celular de muy alta capacidad en zonas que posiblemente no la necesiten, presenta la importante ventaja de que los volúmenes de producción de equipo en los grandes mercados reducen los costos en las zonas menos urbanizadas. Además, el sistema puede emplearse en zonas urbanas, suburbanas o rurales para el servicio terrestre y el servicio móvil, sin exceder la capacidad del sistema. En casi todas las ciudades muy grandes, lo que más se necesita es el servicio móvil y portátil, y en general,
  26. 26. - 24 - como muchas ciudades disponen ya de redes de líneas o cables, la necesidad de servicio radiotelefónico es mínima. Características del sistema La aplicación de la tecnología de los microprocesadores de bajo costo ha dado lugar a características avanzadas, tanto en las unidades de abonado como en las centrales celulares, prácticamente sin ningún sobrecosto. Pueden citarse los siguientes ejemplos: - Prioridad. El sistema permite establecer clasificaciones prioritarias de los abonados. Esta característica controla el origen o la terminación de las llamadas de abonados según la prioridad correspondiente al abonado. - Caraterísticas de llamada. Los abonados atendidos por una central celular son encaminados dentro de la central telefonica que atiende el servicio celular. Pueden selec- cionarse otros encaminamientos hacia diferentes haces de enlaces, en función del abonado llamado o del abonado que llama. - Marcación abreviada. Es posible emplear números de tres cifras para accesar servicios públicos de seguridad o de emergencia. 11.3.3. UTILIZACION DEL ESPECTRO Pueden obtenerse economías en costos, empleando también la tecnología celular para satisfacer las necesidades del servicio telefónico fijo en zonas en desarrolo o en grandes zonas metropolitanas. Los sistemas celulares de las zonas en desarrollo pueden beneficiarse directamente del alto volúnien y ya bajo costo, de los equipos existentes en los mercados más grandes. Sin embargo, para aprovechar esta ventaja, es importante planificar y atribuir suficiente espectro radioeléctrico compatible con las bandas radioeléctricas celulares empleadas en los mercados grandes. Dedicando un gran número de canales celulares, puede evitarse en gran medida, la necesidad y el gasto de la reutilización de frecuencias en todas las zonas de servicio, a excepción de las más densas. El SCAT o TACS utiliza una técnica de intercalación de canales. La separación regular entre canales es de 25 KHz, pero al utilizarse una desviación de frecuencia de 8 KHz para la modulación vocal, no pueden emplearse canales inmediatamente adyacentes en la misma celda. La capacidad final dada en cualquier zona de servicio, puede variar mucho, según la distribución geográfica de los abonados. Puede estimarse, sin embargo, cierta capacidad de una célula para una atribución de frecuencias. En una atribución de
  27. 27. - 25 - frecuencias de 20 MHz (10 MHz de abonado a base + 10 MHZ de base a abonado), pueden disponerse 400 canales bidireccionales y atenderse aproximadamente a 3000 abonados terrestres desde una celda, suponiendo que todos los abonados sean fijos. En el caso de que todos los abonados sean móviles, pueden atenderse desde una sola celda 6000 abonados. Si se introducen más celdas y se emplea reutilización de frecuencias, la capacidad puede llegar a cientos de miles de abonados. En las zonas rurales, el costo por abonado depende en gran medida del número de abonados que pueden atenderse con una sola celda. Las características del SCAT, con una mayor desviación de MF y una mayor relación característica señal audio/ruido, se traducen en una mayor gama utilizable y un menor costo por abonado. 11.3.4. REPETIDORES DEL SISTEMA DE RADIOFRECtJENCIA Las señales radioeléctricas de 800 MHz sufren graves atenuaciones en las zonas montañosas y de espesa vegeta- ción. En las zonas rurales en las que pueden darse estas condiciones, las limitaciones de propagación pueden producir una ausencia total de cobertura de la señal radioeléctrica en algunos emplazamientos de abonados si no se adoptan medidas complementarias. Cuando sólo se necesitan algunos canales para atender dicha zona, el empleo de un repetidor RF de banda ancha puede representar la solución más económica. La ganancia de potencia del repetidor antes mencionado, está limitada por el aislamiento que puede obtenerse entre las antenas receptora y transmisora. Su valor es aproximada- mente de 90 dB. Como la ganancia es fija, la salida de potencia utilizable y el alcance de cobertura se reducen a medida que aumenta la separación entre el emplazamiento de la celda y el repetidor. Además, la máxima salida de potencia por canal viene limitada por el número de canales que deben repetirse. Aunque estas restricciones limitan realmente la universa- lidad del repetidor, hay muchos casos en que éste puede ofrecer una solución más económica a un problema de cobertura que la adición de una celda. Esto sería particularmente cierto cuando un pequeño número de abonados potenciales están aislados por lo accidentado de un terreno. En este caso, podría situarse un repetidor en el lugar más favorable y repetirse las señales hacia la zona aislada. La Figura 8 resume el alcance previsto en un entorno rural con un repetidor RF.
  28. 28. - 26 - FIGURA 8 DISTANCIA ALCANCE AL REPETIDOR DESDE EL PREViSTO HACIA EMPLAZAMIENTO DE LA AE.ONADOS FJOS CELDA RURALES 8 35 15 28 25 22 30 18 50 15 * HIPOTESIS: -ALTURA DE LA ANTENA DE ABONADO: 10 m -ALTURA DE LA ANTENA DEL REPETIDOR: 100 m -ENTRE LA ANTENAS DEL REPETIDOR Y DEL EMPLAZAMIENTO DE LA CELDA EXISTE VISIBILIDAD DIRECTA FIGURA 9 GANANCIA DE TRAYECTO PARA ABONADOS FIJOS BASE ABONADO A ABONADO A BASE SAUDA DE POTENCIA +40 aBm +35 aBm GWNUIA DE AN 1 ENA UELTFiANSMISD +10 tju +10 dU SENSIBIUDAD DEL RECEPTOR -116 dBm -122 dBm GANANCIA DEANTENA DEL RECEPTOR 10dB 10dB FACTOR DE FIABILIDAD (13 dB) (13 dB) GANANCIATOTAL 163dB 164dB
  29. 29. - 27 - 11.3.5. PROPAGACION El alcance previsto de una celda puede ser calculado para abonados fijos o móviles mediante varios factores empíricos obtenidos por Okumura, Graziano y Hata. La ganancia de trayecto para abonados fijos es mayor que la ganancia de trayecto para abonados móviles, debido a mejores características de antena y a las ventajas de ganancia que proporcionan la altura de la antena de los abonados fijos. Por tanto, en las estimaciones del alcance del sistema se deben incluir los diferentes alcances de: los abonados fijos, los abonados móviles y los abonados portátiles. La zona de servicio de los abonados fijos puede ser ampliada, incrementando la altura de la antena del abonado fijo. Es más económico permitir al abonado fijo más próximo al emplazamiento de la célula emplear antenas menores y pedir a los más alejados que instalen antenas más altas. Por lo tanto, con este acercamiento a las antenas de los abonados fijos, pueden suponerse antenas de ganancia 9 dB instaladas 10 m por encima del terreno para determinar el alcance límite. Las Figuras 9 y 10 presentan las características del sistema que afectan a la ganancia disponible para abonados fijos, móviles y portátiles que utilizan equipos existentes en el servicio celular a 900 MHz. Las unidades portátiles tendrían una ganancia de trayecto considerablemente menor, pues la salida de potencia de tales unidades suele ser de 0,6 W en lugar de los 3,5 W normalmente disponibles en las unidades móviles. Sin embargo, es posible añadir amplificadores de menor ruido en el emplazamiento de la célula para emplear antenas sectoriales de 60 grados con una ganancia de 17 dB. Las principales ventajas del sistema de recepciónn de antenas sectoriales son: - menor susceptibilidad al ruido RF en el emplazamiento de la base - mejor característica de intermodulación del receptor de la base - las torres no producen sombras a las antenas. Ambos métodos permiten mejoras idénticas de la ganancia de trayecto, si el ruido en el emplazamiento de la célula es inferior a -130 dBm. Para fines de estimación de alcance, se supone que la ganancia del sistema para unidades portátiles está ecualizada, salvo para la ganancia de antena a -3 dB de la unidad portátil. La Figura 11 resume la ganancia de trayecto para unidades portátiles en sistemas
  30. 30. FIGURA 10 GANANCIA DE TRAYECTO PARA ABONADOS MOVILES SALIDA DE POTENCIÁ +40 dBm +35 dBm GANANCIA DE ANTENA DEL TRANSMISO +10dB 3dB SENSIBILIDAD DEL RECEPTOR -116 dBm -116 dBm DIVERSIDAD DEL RECEPTOR O dB 6dB GANANCIA DE ANTENA DEL RECEPTOR +3 dB 10 dB FACTOR DE FIABILIDAD (13 dB) (13 dB) GANANCIATOTAL 156dB 157dB FIGURA 11 GANANCIA DE TRAYECTO PARA ABONADOS PORTATILES (CON ANTENAS DE RECEPCION SECTORIALES) SALIDA DE POTENCIA +40 dBm +28 dBm GANANCIA DE ANTENA DEL TRANSMISO +10dB 0 SENSIBILIDAD DEL RECEPTOR -116 dBm -116 dBm DIVERSIDAD DEL RECEPTOR O dB 6dB GANANCIA DE ANTENA DEL RECEPTOR O dB 17 dB FACTOR DE FIABILIDAD (13dB) (13dB) GANANCIA TOTAL 153 dB 154 dB
  31. 31. - 29 - que emplean antenas sectoriales para señales de recepción, y supone que se emplea el sistema de recepción sectorial para abonados portátiles. Obsérvese que el empleo de antenas receptoras sectoriales permite optimizar el alcance para obtener la cobertura deseada tanto para abonados portátiles como móviles. 11.3.5.1. CALCULOS DE LA PERDIDA DE TRAYECTO La pérdida de trayecto de los abonados móviles y fijos puede calcularse para ambos tipos de abonados, utilizando factores de pérdida idénticos y añadiendo luego simplemente un factor que tenga en cuenta la mejor ganancia de antena de las antenas de abonados fijos. Esta pérdida se expresa por la siguiente ecuación: Lp (dB) = A + B log R Donde los valores de A y B se obtienen empíricamente. Se emplean factores de corrección para corregir el aumento de altura de la antena del abonado fijo y el grado de urbanización o la densidad de edificios. Es también probable que una celda esté compuesta por variados grados de urbanización y de rugosidad del terreno. Por lo tanto, el alcance útil será diferente para abonados fijos o móviles, pero con cierta complejidad adicional en el emplazamiento de la celda, el alcance de las unidades portátiles puede auinentarse para que se aproxime mucho al de los móviles. La Figura 12 contiene estimaciones del alcance en zonas de móviles/portátiles y estaciones fijas en función de la altura de una antena de base celular para la banda de 800 MHz, y la Figura 13 incluye estimaciones análogas para la banda de 450 MHz. Estas curvas sólo pueden utilizarse para calcular aproximadamente el radio de cobertura útil. La cobertura de zonas específicas debe analizarse con más detalle y con técnicas de predicción que permitan tener en cuenta las condiciones de propagación específicas de la zona considerada. Una comparación de la Figura 12 y de la Figura 13 muestra que a 800 MHz se obtiene un rendimiento prácticamente equivalente, pero con ventajas adicionales de capacidad y costo. 11.3.6 ANALISIS DE COSTOS 11.3.6.1 DENSIDAD DE ABONADOS En circunstancias normales, no pueden utilizarse canales de frecuencia adyacentes entre sí, en el mismo emplazamiento. Por lo que el número de abonados atendidos por emplazamiento puede estimarse dividiendo por dos el número de canales de
  32. 32. 80 ALCANCE (KM) 70 60 50 40 30 20 10 n • I .I_ ,. • 1 .1_I sla • .5 .5 • • 0' ...s. • I_ l .1.1._ ss -... - • 0 - 25 50 75 100 125 150 175 200 225 ALTURA DE LA ANTENA DE BASE (M) — 30 — ALCANCE PREVISTO DE UN ABONADO CELULAR A 800 MHZ FIGURA 12 10 MIS. 5 MIS. MOVIL ALCANCE PREVISTO DE UN ABONADO CELULAR A 450 MHZ FIGURA 13 80 ALCANCE (KM) 70 60 50 40 30 20 10 n 25 50 75 100 125 150 175 200 225 ALTURA DE LA ANTENA DE BASE (M) 10 MIS. 5 MIS. MOVIL S .J i.,e. _hul111 1. 1. F111 E=ff111I
  33. 33. - 31 - la atribución de frecuencias y calculando el tráfico atendido por un solo grupo de canales de esa dimensión. Las zonas urbanas están generalmente rodeadas de zonas suburbanas y rurales. El número de abonados que requiere servicio móvil es normalmente superior al que requiere servicio fijo en una zona de 20 km de radio en torno a una ciudad, debido a la disponibilidad general del servicio telefónico por líneas o cables. La Figura 14 muestra una distribución típica de abonados móviles en una zona urbana. Este modelo se basa en la experiencia obtenida en varias zonas metropolitanas. La zona de cobertura total se supone de unos 50 km. Suponiendo que el servicio telefónico móvil y portátil debe proveerse en los primeros 20 km de una zona urbana y que el servicio telefónico fijo se necesita en los 30 km siguientes, la relación entre abonados móviles y fijos sería de 55 a 45%. Sin embargo, las estimaciones del tráfico ofrecido por los abonados fijos indican 0,05 erlangs en la hora pico, frente a los 0,025 erlangs de los abonados móviles, pero las horas picos de los abonados fijos se extienden más durante el día y no presentan las características de picos del tráfico telefónico móvil. Para simplificar el ejemplo, se suponen las mismas horas picos para los abonados móviles/portátiles y los abonados fijos. Con estas hipótesis, las Figuras 15 y 16 resumen el número de canales necesarios y la carga de abonados en función de la dimensión del sistema para una combinación de abonados móviles y fijos pueden atenderse con un fondo de canales común. A continuación se resumen las hipótesis empleadas en los cálculos: tráfico por abonado fijo = 0,05 erlangs tráfico por abonado móvil = 0,025 erlangs bloqueo = 2% relación entre usuarios fijos y móviles = 5:1 La hipótesis de una relación 5:1 entre usuarios fijos y móviles representa una situación en la que existen muy pocas instalaciones de líneas y cables fuera de los primeros 20 Km de radio de la ciudad. Como muestra la Figura 15, en el número de canales necesario, y por ende en el costo del sistema, predoinina el costo de provisión del servicio telefónico fijo. Otra situación probable es aquélla en la que existe necesidad de propocionar servicio a abonados móviles y existen sólo pequeñas zonas sin instalaciones de líneas y cables para el servicio terrestre. Esta situación puede darse cuando existen nuevas comunidades o zonas agrícolas
  34. 34. - 32 - FIGURA 14 DISTRIBUCION TIPICA DE LOS ABONADOS MOVILES URBANOS OSDE USUARi a CENTRO ATENDIDOS 'J3ANO DENTRO DE ESE RAD .. __ 0.3 5 7.6 10 23 20 55 30 77 40 92 50 97 FIGURA 15 NECESIDADES DE CANALES Y CARGA DE LOS CANALES PARA UNA COMBINACION (5:1) DE ABONADOS FIJOS Y MOVILES 1 TOTAL DE ABON ADOS MOVILES/PORTATILES ABONADOS FIJOS ABONADOS/ 1 ASOUAOOS i ABONADOS.... .. ERLANGS CANALES ABONADOS EALANGS CANALES CANAL 500 100 2.5 7 400 20 28 14.3 1000 200 5 10 800 40 50 16.6 2000 400 10 17 1600 80 92 18.3 5000 1000 25 34 4000 200 214 20.1 10000 2000 50 61 8000 1 400 415 21.0
  35. 35. - 33 - FIGURA 16 NECESIDADES DE CANALES Y CARGA DE LOS CANALES PARA UNA COMBINACION (1:5) DE ABONADOS FIJOS Y MOViLES TOTAL TOTAL DE ABONADOS MOVLE ORT'TILES ABONADOS FIJOS _____ ASONADOS/ ABONADOS ONADOS ERLAÑGS TANALES ONÁDOi1 ERLANGS CANALE CANAL 500 400 10 17 - 100 1 18 18.5 1000 800 20 28 200 10 17 22.0 2000 1600 40 50 400 20 28 25.6 5000 4000 100 113 1000 50 61 28.7 10000 8000 200 214 2000 100 113 30.6 FIGURA 17 COSTOS ESTIMADOS DEL EQUIPO CELULAR (DOLARES) COSTOS FIJOS - CENTRAL CELULAR - EDIFICIOS - ANTENAS Y LINEAS - EQUIPO DE ALIMENTA- ClON DE ENERGIA TOTAL 245,000 COSTOS VARIABLES - EQUIPO EN EL EMPLAZAMIENTO DE LA CELDA POR CANAL VOCAL 10,000 - UNIDAD DE ABONADO 1,500 * ESTOS COSTOS VARIARAN CON LA CAPACIDAD DEL SISTEMA, EL TERRENO AL QUE DEBE DARSE COBERTURA Y EL TIPO DE SISTEMA CELULAR SELECCIONADO
  36. 36. - 34 - sin tendido de líneas o algunas zonas con líneas que requieren sustitución. Para ilustrar este caso, se supuso una relación 1:5 entre abonados terrestres y abonados móviles. Puede obtenerse el costo aproximado de provisión de servicio telefónico fijo a abonados en zonas rurales que rodean a zonas urbanas basándose en las estimaciones indicadas en las Figuras 15 y 16. En la Figura 17 se indican costos fijos y variables representativos (1986) correspondientes a un sistema celular. Con estas hipótesis de costos puede calcularse el costo por abonado de un sistema con una elevada relación de abonados móviles/portátiles y de un sistema con una baja relación de abonados móviles/portátiles. Las Figuras 17 y 18 demuestran que los sistemas que proporcionan servicio móvil pueden proporcionar servicio a abonados telefónicos fijos con un pequeño incremento del costo por abonado. 11.4.2 TENDENCIAS DE COSTO A medida que aumente el volúnien de equipos y se obtenga una mayor integración de circuitos, seguirá disminuyendo el costo de las unidades de abonado. Una revisión razonable es que al cabo de tres años, el costo de una unidad de abonado será la mitad de su valor actual y que el costo de la infraestructura será un 20% inferior al actual. Por lo tanto, una previsión razonable es que en 1990 la estructura de costos será la indicada en la Figura 19. III. SITUACION ACTUAL DEL MERCADO MUNDIAL DE LAS COMUNICACIONES MOVILES CELULARES La telecomunicación es uno de los sectores del mercado de industrias y servicios de más veloz crecimiento en todo el mundo Con este entorno tan dinámico, las comunicaciones móviles se expanden a un ritmo vertiginoso, y se consideran como uno de los más interesantes mercados de masas del futuro. Aunque en la actualidad sólo existen alrededor de siete millones de abonados móviles en todo el mundo -menos del uno por ciento del total de terminales telefónicas-, las comunicaciones móviles públicas crecen velozmente. Hoy en día son exclusivamente analógicas, pero ésto cambiará cuando se introduzcan en 1991 los sistemas de telefonía móvil digitales.
  37. 37. - 35 - FIGURA 18 COSTO ES11MADO DEL EQUIPO (1986) POR ABONADO EN FUNCION DE LA RELACION SERVICIO FIJO/MOVIL REL.ACION EN FÍE ABONADOS MOVILES Y FUOS ABONADOS (COSTO POR ABONADO EN DOLARES) BA ALTA_______ 500 3200 2500 1000 2345 2195 2000 2150 2000 5000 2050 2000 10000 2000 2000 FIGURA 19 COSTO ESTIMADO DEL EQUIPO (1990) POR ABONADO EN FUNCION DE LA RELACION SERVICIO FIJO/MOVIL RELACION ENE RE ABONADOS MOVILES Y FIJOS ABONADOS (COSTO POR ABONADO EN DOLARES) P.AJA ALTA_____ 500 2100 1500 1000 1450 - 1300 2000 1270 1150 5000 1200 1150 10000 1150 1150
  38. 38. - 36 - Pese a las limitaciones de los actuales sistemas analógios, cada mes en Europa se añaden unos 60,000 nuevos usuarios al colectivo de las comunicaciones móviles, con terminales telefónicas montadas en vehículos o portátiles de mano. En junio de 1989, había casi dos millones de abonados móviles en Europa (Figura 20), y hoy su número supera los 2.4 millones, lo que representa alrededor del 35% del mercado mundial. En los Estados Unidos, donde se da la mayor tasa de crecimiento, la radio móvil celular se introdujo en 1984. A finales de 1988 había ya más de dos millones de usuarios, y su número casi alcanza ahora los cuatro millones. Teniendo en cuenta la actual penetración de aproximadamente el 1.2%, y la tasa del 10% prevista para 1998, de 15 a 20 millones de abonados utilizarán el servicio de radio móvil celular en Estados Unidos a finales de siglo. La Figura 21 muestra el mercado en los Estados Unidos, que representa alrededor del 55% del total mundial de téfonos móviles. El mercado de comunicaciones celulares en Japón también puede ofrecer grandes oportunidades. Hacia el año 2000, al menos el 10% de los coches estarán equipados con un sistema de telefonía móvil. En todo el mundo, las predicciones indican que las tasas de crecimiento se incrementarán notablemente en los próximos años debido, principalmente, a tres motivos: - calidad del servicio de comunicaciones móviles (calidad de conversación, disponibilidad, rápida respuesta, etc.) - cobertura completa (área metropolitana, urbana y suburbana) en toda Europa con suficiente disponibilidad de canales - costo considerablemente inferior al de los sistemas analógicos Sin embargo, este crecimiento previsto de las comunicaciones móviles sólo será una realidad si existen estándares comunes (que consigan economías de escala) basados en tecnología digital, así como una genuina competencia entre los suministradores. Hasta el momento, el Reino Unido, Alemania Occidental, Francia, Suecia y Finlandia, han sometido estos servicios a un régimen de competencia, y otros países están planteando medidas similares. Europa ostenta hasta ahora un puesto de liderazgo y el sistema digital paneuropeo de comunicaciones móviles celulares, Sistema GSM (Groupe Special Mobile), -un proyecto abanderado de los planes de normalización de la Comisión Europea- avanza según los planes que fijan su introducción en 1991. Las principales características del GSM se muestran en la Figura 22.
  39. 39. - 37 - FIGURA 20 - ABONADOS DE RADIO CELULAR EN EUROPA (JUNIO 1989) PAIS ABONADOS )BtO& jMILLONES) POR 1000 REINOUNIDO 650,000 56.6 11.48 SUECIA 295,500 8.4 35.18 NORUEGA 161,230 4.2 38.39 FRANCIA 135,870 55.5 2.45 FINLANDIA 131,610 4.8 27.42 ALEMANIA 123,980 62 2.00 DINAMARCA 112,830 5.2 21.70 SUIZA 51,540 6 8.59 ITALIA 46,850 57.2 0.82 AUSTRIA 44,250 7.6 5.82 HOLANDA 43,400 14.5 2.99 BELGICA 21,200 9.9 2.14 ESPAÑA 20,700 38.2 0.54 IRLANDA 7,570 3.5 2.16 ISLANDIA 7,280 0.24 30.33 POR11JGAL 1,400 10.5 0.13 IS. FAROE 780 0.05 15.60 CHIPRE 690 0.56 1.23 LUXEMBURGO 400 0.37 1.08 1,857,0801 345.32 5.38 1 MERCADO POTENCIAL EN ESTADOS UNIDOS POBLACION EN LA ZONA CUBIERTA (MI LES) FIGURA 21 uiuiuisi 50000 rw.iuIui 30000 20000 10000 McCAbJ SU BELL PACTEL AM. TECH US U ST BELL NYNEX GTE BAMS CONTEL
  40. 40. FIGURA 22 - PRINCIPALES CARACTERISTICAS DEL SISTEMA GSM ENTERAMENTE DIGITAL UTILIZANDO LA TECNICA AMDT (ACCESO MUL11PLE POR DIVISION EN TIEMPO) OPERA EN LA BANDA DE 900 MHz PODRÁN UTJUZARSE LOS MISMOS APARATOS MOVILES Y/O PORTATILES EN TODOS LOS PAU OPERACION AUTOMATICA DENTRO, Y A TRAVES, DE DIFERENTES REDES GSM LOCALIZACION AUTOMATICA DE ABONADOS MOVILES, PARA ENRUTAR TAMBIEN EN FORMA AUTOMAT1CA LAS LLAMADAS CON DESTINO A UN MOVIL O A UNA PORTÁTIL EL ABONADO DE LA RED FIJA ( RTPC, RDSI ) NO NECESITA SABER SI EL ABONADO LLAMADO ES MOVIL, SOLO TIENE QUE MARCAR SU NUMERO TELEFONICO * REDES PUBLICAS DE DATOS CON CONMUTACION DE CIRCUITOS Y PAQUETES CRECIMIENTO DE LAS COMUNICACIONES MOVILES PUBLICAS EN EUROPA FIGURA 23 16 MILLONES DE ABONADOS 0 14 - 12 lo 0 8 6 O 4 2 o 1990 1992 1994 1996 1998 2000 1991 1993 1995 1997 1999 2001 TOTAL MOVI LES GSM ANALOGICO AÑO
  41. 41. - 39 - Para 1993 se prevé cubrir las principales ciudades de los 19 países europeos firmantes del Memorandum of Understanding, y atender las principales autopistas para finales de 1995. La Figura 23 muestra el crecimiento de las comunicaciones móviles públicas que se prevé para Europa. La infraestructura de la red más el mercado de equipos terminales totaliza entre 20 y 25 mil millones de tJS Dlls., de los cuales más de la mitad corresponde a los equipos de abonado o suscriptor. Una característica singular del sistema europeo GSM es que se puede llamar al usuario a través de toda Europa mediante un único número de teléfono personal, por el cual se registran y tarifican todas sus llamadas en cualquier lugar que se encuentre. Este numero telefónico personal podría convertirse en característica especial de los sistemas de comunicación después del año 2000. Sin embargo, aunque el enf oque GSM sea el primero, sin duda no será el único. La competencia le vendrá por parte de los teléfonos inalámbricos de bajo costo (según la norma europea de telefonía sin hilos) y del servicio telepunto (basado en el actual sistema analógico británico de telepunto), así como del método de red británica de co'municaciones personales, que utiliza la banda de frecuencias de 1,7 a 2,3 GHz. Es probable que este sistema microcelular, con células de hasta 1 Km de radio, siga la norma celular paneuropea GSM, conjuntamente con la incipiente normativa europea para telefonía sin hilos digital. Sea cual fuere le evolución en comunicaciones móviles, serán líderes aquellas compañías que ofrezcan tecnologías de vanguardia a escala mundial. No quedará lugar para proveedores que se conformen con cubrir las necesidades de sus mercados nacionales solamente. A finales de 1989 se alcanzaban ya los siete millones de usuarios celulares en todo el mundo. Una de cada cinco líneas telefónicas instaladas el año pasado en Estados Unidos era un teléfono móvil celular. La proporción en el Reino Unido era de una por cada cuatro, mientras que en Suecia era una por cada dos. Tampoco hay duda de que los teléfonos portátiles "de mano" se llevarán una parte importante, si no la mayor, del mercado de equipos terminales. En la actualidad, uno de cada tres terminales celulares vendidos en el Reino Unido es un teléfono portátil.
  42. 42. - 40 - 111.1 INFRAESTRUCTURA DEL SISTEMA Y TERMINALES DE ABONADO: ANALISIS DE COSTOS La implantación de un sistema común de radiotelefonía móvil celular digital en Europa, con alrededor de 15 millones de abonados para comienzos del próximo milenio, requiere no solamente un criterio unificado basado en la tecnología digital más avandada, sino también la instalación de miles de estaciones base y cientos de centros de comnutación móvil. Las estimaciones del costo inicial de infraestructura (subsistemas de estación base, centros de conmutación de servicios móviles, registros de posiciones base, registros de posiciones visitados, edificios y obra civil) para una única compañía explotadora en un país como Alemania Occidental, se sitúan en torno a uno o dos mil millones de US Dlls. También en la parte industrial será preciso realizar inversiones similares en investigación, desarrollo e ingeniería, así como en capital. Otros sistemas competidores de bajo costo, como los de teléfonos inalámbricos de previo pago y los de telepunto, sólo funcionan en las cercanías de puntos de acceso públicos y no pueden recibir llamadas entrantes. Si bien el gasto anual medio por usuario de estos servicios (tasa de abono, tarificación de llamadas, amortización) podría situarse entre los 300 y 500 US Dlls., frente a los 1500 US Dlls. de la telefonía celular, las prestaciones ofrecidas no son comparables a la de los sistemas de radio móvil celular digital. 111.2 PROGRAMA ECR 900 El consorcio ECR 900 se constituyó formalmente el 21 de diciembre de 1987, tras haber alcanzado sus tres miembros, AEG, Alcatel y Nokia, un acuerdo básico durante la exhibición Telecom 87 en Ginebra. Se acordó que los asociados se repartieran a partes iguales el trabajo concerniente a las estaciones base, mientras que los sistemas de red (centro de conmutación de servicios móviles, registro de posiciones base, registro de posiciones visitado, sistema de operación y mantenimiento, etc.) serían desarrollados por separado. El sistema ECR 900 comprende todo el equipamiento necesario para establecer una infraestructura completa de telecomunicación móvil digital que opera en la banda de los 900 MHZ. Es el fruto de un trabajo conjunto de investigación y desarrollo en tecnologías avanzadas digitales celulares y de radioenlaces, emprendido por un consorcio europeo. El desarrollo del sistema ECR 900 se ha basado en una arquitectura modular que cumple las recomendaciones del Grupo GSM (Groupe Spécial Movile) del ETSI (Instituto Europeo de Normas de Telecomunicación).
  43. 43. - 41 - Las centrales digitales realizan las funciones de coninuta- ción del ECR 900, mientras que el control del servicio móvil reside en un sistema multiprocesador. El equipo de radio se adecúa a cualquier configuración de red, incluyendo zonas urbanas densamente pobladas, comunidades rurales y redes a lo largo de las grandes rutas de comunicación (autopistas o autovías). Los dos principales componentes del equipo de radio -transceptor de estación base (TRB) y controlador de estación base (CEB)- utilizan equipos existentes con nuevos módulos incorporados. Las fundamentales investigaciones realizadas por el consorcio han optimizado los algoritmos aplicados al procesamiento de señales cuando hay grandes perturbaciones en la propagación, asegurando al máximo la calidad de la voz en todas las circunstancias desfavorables. Los estudios han demostrado que la infraestructura de una red celular de radio móvil puede basarse en la arquitectura de red inteligente, en la cual una central digital equipada con las funciones de punto de conmutación de servicios (SSP) proporciona las funciones de conmutación convencional y de acceso al punto de control del servicio, mientras que el control por radio de la movilidad lo desempeñan los puntos de control de servicio (SCP) basados en el sistema multiprocesador. El equipo y la programación de estos SCP, así como los interfaces con las centrales digitales, son los mismos utilizados para otros servicios de red inteligente. La puesta en servicio del ECR 900 en Francia, Alemania y Holanda está prevista para 1991. 111.3 DEL MODELO GSM A LA RED INTELIGENTE Las redes de abonados móviles aplican el principio de "sígueme" para el establecimiento de llamadas, en virtud del cual se rastrean los abonados en todos sus desplazamientos dentro de la red. Cada estación móvil (EM) informa a la red de la identidad de la zona donde se encuentra y la corres- pondiente información es actualizada, en tiempo real, en el registro de posiciones visitado (RPV) y en el registro de posiciones base (RPB). Además, cualquier petición de establecer una llamada debe ser autorizada por un centro de autentificación (CA). Estas funciones generan en conjunto un gran número de transacciones, que deben ser todas ellas tratadas por un centro de conmutación de servicios móviles (CCM). IV. RADIOCOMtJNICACION MEDIANTE "EL TELEPUNTO" (TELEPOINT) IV. 1. INTRODUCCION En enero de 1989 1 el Ministerio de Industria y Comercio de
  44. 44. - 42 - Inglaterra concedió cuatro licencias de operación del servicio que denominó telepoint. Telepunto se trata de un servicio telefónico semimóvil, desarrollado y basado en un aparato telefónico digital inalámbrico, el cual se está lanzando al mercado británico al mismo tiempo, para reemplazar la generación actual de aparatos inalámbricos analógios llamados M. El aparato que provee el servicio telepunto se le llama CT2. El objetivo principal de telepunto es el de proveer una solución alterna a la radiocomunicación celular, pero más económica. Sin embargo, ofrece un nivel menor de utilización, por lo que se ofrece a otro tipo de público o clientes, sin competir con los de aplicaciones celulares. Cada uno de los servicios anteriores, corresponde a un nicho completamente diferente, mismo que hace que ellos se complementen en vez de que compitan. Lo anterior es importante, sobre todo si tomamos en cuenta el momento en el cual las comunicaciones móviles se volverán el medio común de comunicación y no la excepción, como lo es hoy en día. Un estudio reciente descubrió un mercado potencial de telefonía celular para Europa en el año 2000, de 32 millones de subscriptores. Ese estudio también detectó para el año 2000, un tamaño similar para teléfonos inalámbricos de varios tipos. La Comisión Europea espera contar para el año 2010 con 100 millones de subscriptores de equipos móviles de radiocomunicación incluyendo aquellos servicios que emergerán de la tecnología inalámbrica y/o celular. IV.2 HISTORIA DEL "TELEPUNTO" TRES GENERACIONES DE TECNOLOGIAS La primera generación de teléfonos inalámbricos (CT1) se basó en el uso de tecnología de transmisión analógica, para uso doméstico de baja densidad de usuarios. Estos aparatos aparecieron por el año de 1982 y su microteléfono tenía un radio de acción máximo de 100 m de su aparato base, misma que se conectaba a la red telefónica, por los métodos tradicionales. En 1986, la legislación inglesa, restringió su rango de sólo 10 a 20 in de la estación base. El CT1 tiene como defecto, una calidad baja de transmisión y una alta relación en llamadas incompletas, ya que usa transmisión analógica, localizada dentro de una banda de frecuencias limitada. También adolece de interferencias, por lo cual puede ser invadido por teléfonos ajenos o cuando menos funcionar con "líneas cruzadas". El costo de un aparato telefónico del tipo CT1 varía entre 120 y 200 US Dlls. La segunda generación de aparatos telefónicos inalámbricos
  45. 45. - 43 - llamados CT2, fueron introducidos por primera vez en 1989 en Inglaterra. Su tecnología de transmisión es digital y usa tecnología de componentes de tipo montaje superficial (SMT) así como elementos VLSI para procesar las diferentes funciones. De este modo, se ha logrado alcanzar tamaños de aparatos telefónicos CT2 realmente de bolsillo. Además, los aparatos CT2 proveen una calidad de voz, comparable a los aparatos digitales alámbricos fijos. Asimismo, permiten una variedad de diferentes aplicaciones. En una casa, toleran distancias de su estación base de 100 a 200 m; mientras que en una oficina, "PABX DEDICADOS", permitirán el uso de un cierto número de aparatos móviles, que funcionarán a través del conmutador. Sin embargo, el interés o concepto primordial constituye su funcionamiento en lo que se ha llamado el Telepunto (Telepoint en inglés o también conocido como Phonezone, Skodafone, o Phonepoint, entre otros nombres). Telepunto es en esencia el "teléfono celular de los pobres", en el que un suscriptor puede usar su CT2 para efectuar llamadas (de salida) desde su base, mientras que el propio aparato se encuentre en una zona delimitada o Phonezone, misma que puede alcanzar hasta unos 200 m, desde una base de telepunto o CT2, instalados en una plaza pública. Estas estaciones "Bases", serán instaladas por un numero de redes telefónicas para proveer un servicio de alcance seminacional. El CT2 puede considerarse como una solución temporal, mientras se desarrolla un servicio realmente móvil, en el que los subscriptores cuenten con aparatos telefónicos con números personales y usen su terminal telefónica tanto en su casa, como en la oficina o fuera de ellas. Los CT2 sólo pueden originar llamadas telefónicas, si están relativamente cerca de una estación base. La tercera generación de aparatos telefónicos inalámbricos CT3, permitirá alcanzar lo que se llamará la Comunicación Móvil Universal. Los especialistas creen que la tecnología no estará lista para los CT3 hasta el año 2000; sin embargo, pruebas limitativas a ciertas áreas podrán einpezarse en 1995. IV.3. EL TELEPUNTO o CT2 Está naciendo una nueva tecnología y un nuevo mercado. El "telepunto". Se trata de un aparato telefónico inalámbrico digital, que utiliza relativamente poca energía y transmite información digital a través de ondas hertzianas en el aire, reemplazando líneas físicas. Su utilización está orientada al hogar y oficinas, en donde el CT2 es usado conjuntamente con su "estación base" y "cargador de batería" de forma similar al CT1.
  46. 46. - 44 - En Inglaterra ya se ofrece el servicio a través de cuatro concesionarios, por lo que el usuario debe estar suscrito cuando menos a uno de ellos. El servicio permite efectuar solamente llamadas salientes y se obtiene al presionar un botón del CT2 y mediante el teclado, marcar primeramente su código de identificación del suscriptor y después, el del abonado solicitado. Se cuenta con la versión, llamada de oficina, en donde un PABX "dedicado" puede dar servicio hasta a ocho aparatos CT2, dentro del área de la oficina, otorgando una movilidad total dentro de dicha área. Para su funcionamiento dentro de la banda de los 900 MHz, al CT2 se le ha asignado un ancho de banda de 4 MHz. Para transmitir los mensajes, el CT2 utiliza ráfagas dupiex divididas en el tiempo. Los 4 MHz de ancho de banda han sido divididos en 40 canales, uno por cada mensaje, mismo que usa el CT2 a una potencia sumamente limitada de 10 mW, por lo que las mismas frecuencias pueden ser usadas en la estación base adyacente, que de ser necesaria podría estar instalada a 400 m de otra estación base. La banda asignada de 900 MHz, permite el uso de una antena interna dentro del propio CT2 y emplea componentes económicos producidos masivamente, para reducir su costo. A pesar de que la prueba piloto se encuentra avanzada, aún no existe una norma totalmente aceptada por parte de diferentes proveedores europeos, en donde algunos todavía insisten en que la transmisión no sea por modulación en división del tiempo, sino por divisón en frecuencia. IV.4. CT2 Y SUS ESTACIONES BASES Lo que llama la atención del diseño de un CT2, es lo compacto del aparato y su simplicidad de utilización. Su tamaño es menor que una cajetilla de cigarros y para su utilización se abre como una "polvera" dejando entonces ver la botonera para efectuar la marcación telefónica. Por lo pronto, las facilidades se limitan a una memoria de diez números telefónicos, rellamada al último número marcado y posibilidad de transferencia de llamadas. Además, cuenta con un botón "público", mismo que le permite accesar la red de suscriptores. Ya que todos los CT2 cuentan con este último botón, es necesario que se envíe inmediatamente después de accionar el botón público, el código de acceso o número de identificaciónn del suscriptor, con lo que además de controlarse si está al corriente de pagos, permitiéndole el acceso o no al servicio, se le cargará la nueva llamada telefónica que esté efectuando, dependiente del número que llame. A cada CT2 le corresponde una "Estación Base Privada", misma que está interconectada con la red telefónica local y
  47. 47. - 45 - también funciona como un cargador de batería del propio CT2. Además, dicha Estación Base Privada también suministra las facilidades de transferencia de llamadas y memorizador de números (para la marcación abreviada). Todas las llamadas efectuadas a través de la Estación Base Privada del CT2, son tazadas de la manera tradicional, como en el caso de los aparatos telefónicos analógicos normales. Las "Estaciones Bases Públicas" de telepunto se conectan a la red telefónica local pública, de forma similar que una Estación Base Privada. Ambas necesitan estar conectadas a una línea telefónica y a una fuente de alimentación de energía eléctrica. La diferencia estriba en que la Estación Base Pública de Telepunto, requiere identificar suscriptores y que mediante niultiplexage, debe tener la capacidad de transmitir más de una llamada telefónica. Por lo que a facturación y administración de red se refiere, ésto se lleva a cabo por la computadora central de la red telefónica. Las Estaciones Bases Públicas, pueden ser colocadas en multitud de sitios, lejos del alcance de posibles vandalismos. British Telecom ha anunciado que usará sus 150,000 casetas telefónicas tradicionales, para instalar en ellas Estaciones Bases, eliminando con ello la necesidad de renta de locales o espacios. Los otros concesionarios, hablan de instalar Estaciones Bases en Bancos, Cadenas de tiendas, Gasolineras, etc. Cada concesionario está estudiando la mejor forma de anunciar y mostrar la presencia de cada "Telepunto", para atraer suscriptores. IV.5. COBERTURA DE SERVICIO TELEPUNTO A diferencia de la filosofía de cobertura de amplias áreas geográficas del servicio telefónico celular, el Telepunto se basa en un cierto número discreto de zonas de cobertura perfectamente identificables. La zona de cobertura de cada Estación base varía de 100 a 200 ni y presupone una cobertura básica correcta de 150 ni, dependiente naturalmente de las características geográficas del área, sus edificios, altura de la Estación Base y antena, etc. Por simplicidad se ha tomado que cada Estación Base cubre 70.686 m2; por lo que serán necesarias 14.15 Estaciones Bases, para cubrir un Km2. En Inglaterra, con excepción de British Telecom que tiene proyectados 50,000 Estaciones Bases, los otros tres concesionarios han proyectado redes con 25,000 Estaciones Bases. Inglaterra tiene una extensión de 244,111 Kni2, por lo que la siguiente Figura 24, relaciona el número de Estaciones Bases, con el cubrimiento que ésto representa y el factor de la probabilidad de accesar el servicio telefónico telepunto, considerando una distribución ideal libre de Estaciones
  48. 48. - 46 - Base,en el cual no se contemplan traslapes entre Estaciones Bases. México es 8.2 veces más grande que Inglaterra, por lo que burdamente, tendríamos que multiplicar por 8.2 el ejemplo inglés para obtener idea de costo. Sin embargo gran parte de nuestra población se encuentra localizada en ciertas grandes ciudades. Así, con sólo Guadalajara, Monterrey y el D.F. se cubre el 50% de la población total, por lo que un proyecto especial debe ser realizado para estudiar la rentabilidad del servicio telepunto. Sin embargo, las bondades de dicho servicio son innegables y su introducción necesaria. COBERTURAS POSIBLES DE RED DE SISTEMAS TELEPUNTO, EN FUNCION DE LA CANTIDAD Y TAMAÑOS DE MICROCELULAS ALCANCE DE LA ESTACION BASE lOOm 125m 150m 200m AREA (m2) DE COBERTURA 34,459 49,087 70,686 125,664 E.BASES POR Km2 29.02 20.37 14.15 7.96 NUMERO DE E. BASES 25,000 AREA (Km2) 861.5 1,227.5 1,763.3 3,142.5 % DE G.B.* 0.35 0.5 0.7 1.3 FACTOR DE PROBABILIDAD 285.7 200.0 138.9 77.5 60,000 AREA (Km2) 2,067.5 2,946.0 4,241.4 7,542.0 % DE G.B.* 0.85 1.2 1.7 3.1 FACTOR DE PROBABILIDAD 117.6 82.6 57.5 32.4 75,000 AREA (Km2) 2,584.4 3,682.5 5,301.8 9,427.5 % DE G.B.* 1.1 1.5 2.2 3.9 FACTOR DE PROBABILIDAD 94.3 66.2 46.1 25.9 100,000 AREA (Km2) 3,445.9 4,908.7 7,068.6 12,566.4 % DE G.B.* 1.4 2.0 2.9 5.2 FACTOR DE PROBABILIDAD 70.9 49.8 34.5 19.4 * GRAN BRETANA Figura 24
  49. 49. - 47 - Ya se tienen aprobadas la realización de estudios para la introducción del servicio de telelpunto en las siguientes ciudades de los Estados Unidos: Washington, Nueva York, Houston y Orlando. Por lo que respecta a Europa, diferentes países como Francia, Alemania, Italia, Bélgica, Holanda, Suecia y España, están desarrollando tecnología y los propios japoneses mencionan que a inicios del siglo XXI, habrán entre 9 y 19 millones de CT2 en el mundo. Volviendo al caso de Inglaterra, se cree que redes completas de CT2 estarán instaladas hasta los años 1993-1994. Sin embargo, si pretenden que una red de 1000 a 5000 Estaciones Bases esté operando entre ahora y fines de 1991, lo cual permitiría un cubrimiento de entre 0.029 y 0.145% del territorio inglés. Estudios preliminares de costos del proyecto inglés, atribuyen las mayores inversiones a la construcción de la espina dorsal que comunique a todas las Estaciones Bases con la red telefónica local; incluyendo la señalización necesaria y los sistemas de facturación. Mencionan los siguientes valores de inversiones: PROYECCIONES DE COSTOS POR TELEPUNTOS EN INGLATERRA CANTIDAD DE ESTACIONES BASE COSTO POR AÑO COSTO TOTAL AÑO (MILES) M US DLLS M US DLLS 1990 4 83.5 83.5 1991 12 55.7 139.2 1992 30-40 22.3-30.6 161.5-170 1993 60-75 13.9-23.1 171.7-193 1994 70-90 9.3-18.6 181.0-212 1995 75-100 4.6-11.1 186.0-223 Figura 25 IV.6. USOS Y VENTAJAS DEL CT2 Los CT2 usarán microcélulas, de sólo 150 a 200 m de tamaño. Esto hace que la unidad portátil sea muy pequeña, ligera y trabaje con 10 mW de potencia radiada. Las frecuencias de
  50. 50. a: operación pueden ser reutilizadas de manera muy eficiente y pueden hacerse grandes cantidades de microcélulas. Por otro lado, a diferencia de la telefonía celular que sólo puede ser diseñada para uso en dos dimensiones, en este caso, una tercera dimensión agrega otra característica muy especial. En efecto, los pisos superiores de edificios altos pueden subdividirse en ciertas células y los pisos inferiores en otras. Además, para administraciones telefónicas el CT2 presenta la ventaja de no necesitar instalar, vaciar y reparar teléfonos monederos que pueden ser víctimas de actos vandálicos. Los CT2 se han empezado a comercializar en los alrededores de los 200 U.S. Dlls., mientras que los aparatos "tradicionales" celulares cuestan entre 1000 y 2500 U.S. Dlls. En Inglaterra hoy día se tienen 24.4 millones de suscriptores telefónicos; de los cuales 1.1 millones usan CT1 y/o aparatos celulares. Esto significa que un 4.5% de los abonados cuentan con cierto tipo de teléfonos móviles. Se prevee que la base de aparatos no celulares crecerá un 3% por año, para abonados residenciales y un 5% para abonados comerciales. Por lo que para el año 2000, se tendrán 34.8 millones de usuarios fijos y de CT2 y 3.55 millones de usuarios de telefonía celular. Un 34% de los usuarios tendrán un aparato móvil, es decir habrán 11.75 millones; de modo que uno de cada tres aparatos será movil. CT2 no se orienta para el segmento de los usuarios de telefonía de automóvil, ya que atravezarían las microcélulas tan rápidamente que no se podría ofrecer el servicio de "hand-off", ni se prevee hacerlo. Pero sí se ve su utilización masiva para el transeúnte, sobre todo el citadino, así como el uso en el hogar, la oficina y/o fábrica. IV.7. EJEMPLO DE COSTOS POR USO DEL CT2 EN INGLATERRA Un modelo establecido de operación en Inglaterra para el CT2 propone los siguientes precios (en U.S. Dlls.): Precio del aparato: $200 Derechos de conexión del CT2: $65 Pago mensual por uso del servicio: $15 Pagos extras (promedio por llamadas extras): $8 Tiempo de vida promedio: 15 años
  51. 51. - 49 - V. DEFINICION DEL CT3 o MOVIL UNIVERSAL V.l. INTRODUCCION El CT3 o Móvil Universal, MU (en inglés: Universal Mobile Communications) está definido como un equipo realmentte móvil, el cual periiite al suscsriptor usar una única terminal, para todo tipo de comunicaciones de voz, independientemente de donde se encuentre. Los MU por lo tanto, de manera eficaz y eficiente, reemplezarán a las redes de pares físicos, tanto dentro del hogar como de la oficina. V.2. REQUERIMIENTOS PRIMARIOS Se pretende que el CT3 cumpla con la mayor parte de las siguientes funciones, mismas que dependiendo de la disponibilidad de tecnología introducirán a su vez, las variables de costo, tiempo y factibilidad: Equipos de Comunicación de voz totalmente móvil Posibilidad de permitir efectuar transacciones financie- ras en cajeros automáticos Entregar automáticamente información y datos médicos del usuario Podrá ser usado como alarma personal Instalado en casa vía la Estación Base, permitirá obtener informaciones del hogar sobre alarmas de robo, incendios, u otra actividad del hogar, mientras el usuario esté fuera de ella. Asimismo, podrá activar o desactivar diferentes equipos del hogar u oficina a control remoto. Mediante una pantalla, permitirá al usuario, señalar y encontrar su posición, dentro de un mapa perteneciente a una ciudad o carretera. Posibilidad de traducción de idiomas vía sistemas tra- ductores por computadora y sintetizadores de voz Deberá poder ser activado por voz Utilizará energía solar para su funcionamiento, etc., etc.
  52. 52. - 50 - VI. ESCENARIO DE COMUNICACIONES NOVILES VI. 1. INTRODIJCCION La importancia a largo plazo de la telefonía móvil puede comprenderse si se menciona que la Comunidad Económica Europea considera que para el año 2010 contará con 100 millones de usuarios. Tanto la telefonía móvil celular digital y el CT2, desplazarán el crecimiento de la telefonía móvil celular analógica. Sin embargo, la aparición de la telefonía móvil universal CT3, MU o UMC, tendrá implicaciones en todas las áreas, incluyendo su utilización en zonas rurales, durante el inicio del siglo XXI. VI.2. POSIBLE EVOLUCION DE LAS TELECOMUNICACIONES MOVILES EN MEXICO Tomando en cuenta como punto de partida las comunicaciones móviles con que hoy día se cuenta en nuestro país, así como información de lo que en otras partes del mundo está aconteciendo, es posible establecer un escenario de lo que serían las comunicaciones móviles en México hasta el año 2010. Las figuras 26 y 27 muestran diferentes tipos de servicios y su evolución en relación con el tiempo y la cantidad de suscriptores a los cuales sirve. Lo primero que llama la atención es la cantidad de usuarios existentes de radiocomunicación móvil de dos vías y trunking. Se prevee que con la introducción de móviles y portátiles económicos de dos vías, así como el trunking, la cantidad de suarios se incremente paulatinamente, hasta que la introducción del equipo Celular Digital y el Telepunto le roben el crecimiento que traía, aunque como su segmento de utilización es especial, su tiempo de vida deberá seguir, aunque disminuyendo en unidades. Asimismo, la telefonía celular analógica naciente en nuestro país, verá incrementarse también hasta la aparición del telepunto pero en especial hasta la llegada del celular digital, mismo que tendrá un crecimiento espectacular, pasando en el año 2002 los millón y medio de usuarios, momento en el cual deberá ponerse en servicio el móvil de tipo universal. En ese mismo año, el telepunto casi habrá alcanzado el millón de usuarios y aunque decrecerá en menor proporción que el celular digital, también perderá terreno. El Celular analógico alcanzará casi el medio millón de suscriptores en 1996 y aunque el servicio no desaparecerá con la llegada del Celular digital, sí cederá su crecimiento a éste último, ya que en precio y facilidades de abonado no le podrá competir. Por último, la llegada del móvil universal, permitirá llevar el servicio de manera económica
  53. 53. MO1IL : UNIVE a SAL: * a a a - CELUL) ' 1 1 a a DIGITAI. / 1 1 a a - TELEPUNTO a / a vy / / 1/ 1 / . a a CELULAR ANALOG IC a DOS VIAS FZoI.I. 1500 1000 1'I,] lil FIGURA 26 COMUNICACIONES MOVILES EN MEXICO SUSCRIPTORES (MILES) 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 AÑO
  54. 54. FIGURA 27 COMUNICACIONES MOVILES EN MEXICO K SUBSCRIPTORES - CELULAR CELULAR MOVIL DOS VIAS AÑO ANALOGICO DIGITAL TELEPUNTO UNIVERSAL YTRUNKING 1988 180 50 260 1992 200 325 1994 400 30 80 385 1996 490 200 250 405 1998 485 580 500 420 2000 440 1 9 120 760 400 2002, 370 1,510 920 30 380 2004 200200 1,590 970 120 350 2006 90 1 9520 950 290 310 2008 40 1 9420 880 520 280 2010 30 1 1300 770 1,000 250 2012 20 1 9 140 680 1,950 230
  55. 55. - 53 - y eficiente a diversos rincones de nuestra República, por lo que su crecimiento será sumamente fuerte, alcanzando dos millones de usuarios en el año 2012. VII. CONCLUSIONES La feliz integración de las 3C's de componentes electrónicos, la computación y las comunicaciones, nos permitirá tener acceso a una nueva Revolución Industrial, Tecnológica, Social, Familar e Individual. Mediante su aplicación y utilización, el género humano participará de una nueva forma de vida, con mayores retos y mayores desarrollos en todas las áreas, pero también mejorando niveles de vida y permitiendo comunicación entre países, individuos e instituciones. Con la nueva tecnología del CT3 y su accesibilidad tanto en aplicaciones, como desde el punto de vista de la economía en inversiones, permitirá que países en vías de desarrollo aceleren su integración a los países del "primer mundo", al poder pasar directamente de la era de las telecomunicaciones analógicas alámbricas tradicionales, a la nueva época de la telefonía móvil universal.

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