Este documento presenta la introducción a una clase sobre redes celulares. El objetivo principal es familiarizar a los estudiantes con los elementos y funcionamiento de las redes de comunicación móvil, así como con los protocolos y tecnologías inalámbricas. Se recomiendan varios textos y se describen los principales retos de las redes celulares como la movilidad del usuario y la eficiencia espectral. Finalmente, se introducen conceptos clave como las celdas, las estaciones base y los diferentes estándares de telefonía móvil.

1. Celullar Networks, Lecture 1 Redes Inalámbricas Celulares (RIC) Prof. Juan Manuel Avila Computer Engineer

2. Celullar Networks, Lecture 1 2 Objetivos 1/2 En la exitosa culminación de este curso los estudiantes deberán: Estar familiarizados con los elementos que componen una red de comunicación móvil. Ser capaces de explicar el funcionamiento de cada elemento de la red de comunicación móvil. Tener un buen nivel de conocimiento de los protocolos que gobiernan las interacciones de los elementos de la red de comunicaciones móviles.

3. Celullar Networks, Lecture 1 3 Objetivos 2/2 Tener un buen conocimiento de las diferentes tecnologías inalámbricas, sus capacidades y limitaciones Como usar la plataforma con fines educativos Por encima de todo disfrutar de aprender algo nuevo

4. Celullar Networks, Lecture 1 4 Textos Recomendados Computer Networks, Andrew Tanenbaum, PTR/PH. Tecnologias Emergentes para Redes de Computadoras, Uyless Black. Wireless Communications: Principles and Practice, T. Rappaport, Prentice-Hall. Mobile Cellular Teelcommunications, William C.Y. Lee, McGraw Hill Wireless and Personal Communications Systems, V. Garg, J. Wilkes, Prentice-Hall Mobile Radio Networks: Networking and Protocols, B. Walke, Wiley. The Mobile Communications Handbook, 2nd ed., J. Gibson, CRC Press.

5. Celullar Networks, Lecture 1 5 RETOS DE LAS RIC La red debe soportar la movilidad del usuario: localización, identificación, handover. Eficiente uso del recurso mas escaso: El Espectro Radio Eléctrico: Re-uso de frecuencia, Protocolos de Control de Acceso al Medio (MAC). Proveer Servicios Integrados (Voz, data, video) sobre una misma red: diferenciación de servicios, prioridades, compartir canales/recursos.

6. Celullar Networks, Lecture 1 6 RETOS 2/2 Mantenimiento de la Calidad de Servicio sobre enlaces no confiables. Conectividad y cobertura: interconexión de redes. Seguridad: Privacidad – Autenticación. EFICIENCIA DE COSTOS, ECONOMIAS DE ESCALAS, SEGURIDAD DE INVERSION.

7. Celullar Networks, Lecture 1 7 AMPS AMPS es el sabor mas sencillo de las comunicaciones celulares analógicas. Voz es transmitida usando un transmisor FM, igual que la música en tu radio. Solo que la señalización para el establecimiento de la llamada es digital, pero las funciones de supervisión de la llamada (colgado, descolgado, etc...) son hechas con varios tonos de señalización. NAMPS: importante variación, desarrollada por Motorola, que usa canales de menor ancho de banda y señalización digital de baja velocidad para las funciones de supervisión de la llamada.

8. Celullar Networks, Lecture 1 8 Terminología 1/3 Inalámbrica (Wireless) vs. Móvil (Mobile) Sistemas Inalámbricos pueden ser móviles o fijos (LMDS, Micro Ondas, Ópticos) Celular Geografía dividida en “celdas” adyacentes. Radio frecuencias pueden ser re-usadas en celdas no adyacentes. Comúnmente en la banda: 800-900 MHz

9. Celullar Networks, Lecture 1 9 Terminología 2/3 Base Station (BTS) Transmisor fijo que envía y recibe señales del móvil. Los conecta una red de transmisión Se conectan a redes alambricas: PSTN. PCS (Personal Communications Service) Originalmente llamada: micro-celular Similar a celular en el rango de 1900 MHZ. Protocolos Reglas que rigen el intercambio de datos entre diferentes entidades de la misma capa.

10. Celullar Networks, Lecture 1 10 Terminología 3/3 Protocolos, cont Se basan el concepto de dividir tareas complejas en “menos complejas” y separas funciones Las capa de protocolo mas altas se construyen sobre las capas bajas. Cada función de protocolo puede ser analizada y diseñada separadamente, SII los servicios de las capas superiores no cambian. Las entidades de cada protocolo se comunican con sus “pares” en la misma capa.

11. Celullar Networks, Lecture 1 11 Clasificacion Redes Wireless Movilidad: Fijas o Móviles. Analógicas o digitales Ad hoc (descentralizadas) o centralizadas (base stations fijas) Servicios: Voz (isosynchronous) o data (asynchronous) Propiedad: publicas o privadas Área: Amplia (WAN), Metropolitanas (MAN), local (LAN), o personales (PAN) area networks Switched (circuit- or packet-switched) or broadcast. Baja velocidad de transmisión (voz) o alta velocidad (video, multimedia) Terrestres o Satelitales

12. Celullar Networks, Lecture 1 12 Concepto Celular La llegada del CONCEPTO CELULAR ha sido la crucial contribución al desarrollo de las comunicaciones móviles. Una celda es vista como la (aproximada) área de cobertura de una particular extensión de terreno. RE-USO DE FRECUENCIAS A cada celda dentro de un cluster le es asignada un conjunto de frecuencias distintas (canales) y las celdas son etiquetadas con un numero diferente. Ficticia Real Ideal

13. Celullar Networks, Lecture 1 13 Concepto Celular (2) A medida que el tamaño de la celda decrece, la capacidad de transporte de trafico AUMENTA, de esta manera, las celdas comienzan grandes mientras que el sistema crece se dividen.

14. Celullar Networks, Lecture 1 14 Concepto Celular (3) 100 canales pueden soportar 100 llamadas simultaneas, si los 100 canales los dividimos entre 100 diferentes cell sites, reutilizando frecuencias apropiadamente, podemos soportar miles de llamadas simultaneas, UNA MEJORA SUSTANCIAL El MTSO (Mobile Telephone Switching Office) realiza todas las conexiones, es el puente entre la PSTN y los cell sites. También controla todos las celdas y administra y gerencia los móviles vía el canal de control. Funciones del canal de control: registro de móviles (el sistema sabe donde ubicarlos), Paging (el sistema llama a los móviles a través de este), Móviles inician la llamada a través de este, luego se pasa al canal de voz

15. Celullar Networks, Lecture 1 15 PSTN La red antes discutida representa la estructura de la RED PUBLICA. El numero de niveles en la jerarquía depende del operador y su trafico. Que pasa entre esos nodos?

16. Celullar Networks, Lecture 1 16 Resumen Estándares Telefonía y Data Móvil 0G PTT (Push-To-Talk: Radio) MTS (Mobile Telephone System) IMTS (Improved MTS) AMTS (Advanced MTS) (Japan) 0.5G Autotel/PALM (Public Automated Land Mobile) (Forest Lands) ARP (NMT Predecesor) 1G NMT (Nordic Mobile Telephone) AMPS CDPD (Cellular Digital Packet Data) Mobitex (RIM) Data Tac (Motorola) 2G GSM - iDEN D-AMPS - CDMA PDC (Japan) - CSD PHS (Japan) 2.5G GPRS WiDEN HSCSD 2.75G CDMA2000 1xRTT EDGE 3G WCDMA (UMTS) CDMA2000 (1xEVDO) TD-SCDMA UMA 3.5G HSPDA HSUPA 4G ????

17. Celullar Networks, Lecture 1 17 Questions?Preguntas? Chistes? Comentarios?Haz click sobre el forocorrespondiente a tuinquietud en la seccionInteractuemos