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Sistema de comunicaciones moviles

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Breves conceptos sobre Comunicaciones Moviles

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Sistema de comunicaciones moviles

  1. 1. Grupo #7 SISTEMA DE COMUNICACIONES MOVILES CAPITULO I SISTEMAS 2.5G/3G/3.5G: GPRS/EDGE, UTRAN, HSDPA 1 1. Sistemas Móviles 1.1. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES MÓVILES Por definición, el término "comunicaciones móviles" describe cualquier enlace de radiocomunicación entre dos terminales, de los cuales al menos uno está en movimiento, o parado, pero en localizaciones indeterminadas, pudiendo el otro ser un terminal fijo, tal como una estación base. Esta definición es de aplicación a todo tipo de enlace de comunicación, ya sea móvil a móvil o fijo a móvil. Es importante destacar que al hablar de comunicaciones móviles se está pensando, generalmente, en un sistema de comunicaciones punto a punto. Aunque también es posible en algunas circunstancias efectuar comunicaciones punto a multipunto, se trata de una configuración especial del servicio que sirve a aplicaciones particulares. A nivel mundial, la WRC (World Radio-Communication Conference), uno de los brazos de la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones), determina cada dos años la utilización que se debe hacer del espectro radioeléctrico. Cada Administración nacional, basada en las recomendaciones de la WRC, determina su propio uso del espectro. 1.1.1 FABRICANTES Son los encargados de materializar los productos y sistemas que permitirán que un operador disponga de una red y que los usuarios dispongan de equipos para conectarse a dicha red. Juegan un papel importante en la definición de los sistemas y en el desarrollo de los mismos. 1.1.2 OPERADORES Se trata de aquellas empresas que han conseguido licencia o autorización de su Administración nacional y, por tanto, han podido instalar y operar una red de telecomunicaciones. Su misión consiste en mantener lista la infraestructura que permita el tránsito de tráfico. Los operadores "fabrican" minutos de servicios de telecomunicación que venden a los proveedores de servicio. 1.1.3 PROVEEDORES DE SERVICIO Son aquellas empresas que funcionan como intermediario entre los operadores de red y los clientes. Los proveedores de servicio adquieren minutos de tráfico a uno o varios
  2. 2. Grupo #7 operadores de red y configuran paquetes de servicios de telecomunicación, con diferentes características y precios, que venden a los clientes finales. Los proveedores de servicio deben soportar los sistemas de facturación y de atención al cliente. 2 1.1.4 CLIENTES Y USUARIOS Los clientes y usuarios son el último, o primer, eslabón en la cadena. Adquieren servicios de telecomunicación a los proveedores de servicio según sus necesidades. La diferencia entre cliente y usuario es que el primero es el que adquiere los servicios, siendo el segundo el que los utiliza. Los clientes y usuarios son los que definen los requisitos finales de servicios de telecomunicación que debe configurar su proveedor de servicio. 1.2 COMPOSICIÓN DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES MÓVILES 1.2.1 Estaciones Fijas: Estación radioeléctrica no prevista para su utilización en movimiento; entre estas tenemos:  Estación Base (BS), su movimiento se controla directamente desde una unidad de control (local o remoto), mediante líneas telefónicas o radioenlaces, Características: son fuentes/destinatarias de tráfico y envían información señalización.  Estación de control (CS), utilizada para gobernar automáticamente el funcionamiento de otra estación de radio en un emplazamiento específico, para gestionar una BS o repetidora.  Estación repetidora (RS), estaciones fijas que retransmiten las señales recibidas, obteniendo una mayor cobertura. 1.2.2 Estaciones móviles: estación radioeléctrica prevista para su utilización en un vehículo en marcha o que efectúa paradas en puntos indeterminados. El término incluye equipos portátiles y equipos transportables. 1.2.3 Equipos de control: son los equipos necesarios para el gobierno de las estaciones base, generación y recepción de llamadas, localización e identificación de usuarios, equipos y vehículos, transferencia de llamadas, etc.
  3. 3. Grupo #7 3 1.3 TIPOS DE TELEFONIA 1.3.1 Telefonía móvil 2G: Se conoce como telefonía móvil 2G a la segunda generación de telefonía móvil, La telefonía móvil 2G no es un estándar o un protocolo sino que es una forma de marcar el cambio de protocolos de telefonía móvil analógica a digital. La llegada de la segunda generación de telefonía móvil fue alrededor de 1990 y su desarrollo deriva de la necesidad de poder tener un mayor manejo de llamadas en prácticamente los mismos espectros de radiofrecuencia asignados a la telefonía móvil, para esto se introdujeron protocolos de telefonía digital que además de permitir más enlaces simultáneos en un mismo ancho de banda, permitían integrar otros servicios, que anteriormente eran independientes, en la misma señal, como es el caso del envío de mensajes de texto o Pagina en un servicio denominado Short Message Service o SMS y una mayor capacidad de envío de datos desde dispositivos de fax y módem. 2G abarca varios protocolos distintos desarrollados por varias compañías e incompatibles entre sí, lo que limitaba el área de uso de los teléfonos móviles a las regiones con compañías que les dieran soporte. Protocolos de telefonía 2G: GSM (Global System for Mobile Communications) TDMA (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136) Sistema regulado por la Telecommunications Industry Association o TIA IS-95/cdmaONE, conocido como CDMA (Code Division Multiple Access). 1.3.2 TELEFONÍA 2.5G / 2.75G : Como tal no existe ningún estándar ni tecnología a la que se pueda llamar 2.5G o 2.75G, pero suelen ser denominados así a algunos teléfonos móviles 2G que incorporan algunas de las mejoras y tecnologías del estándar 3G como es el caso de GPRS y EDGE en redes 2G y con tasas de transferencia de datos superiores a los teléfonos 2G regulares pero inferiores a 3G. 1.3.3 General Packet Radio Service (GPRS) o servicio general de paquetes vía radio creado en la década de los 80 es una extensión del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (Global System for Mobile Communications o GSM) para la transmisión de datos mediante conmutación de paquetes. Existe un servicio similar para los teléfonos móviles, el sistema IS-136. Permite velocidades de transferencia de 56 a 114 kbps.
  4. 4. Grupo #7 Una conexión GPRS está establecida por la referencia a su nombre del punto de acceso (APN). Con GPRS se pueden utilizar servicios como Wireless Application Protocol (WAP) servicio de mensajes cortos (SMS), servicio de mensajería multimedia (MMS), Internet y para los servicios de comunicación, como el correo electrónico y la World Wide Web (WWW).Para fijar una conexión de GPRS para un módem inalámbrico, un usuario debe especificar un APN, opcionalmente un nombre y contraseña de usuario, y muy raramente una dirección IP, todo proporcionado por el operador de red. La transferencia de datos de GPRS se cobra por volumen de información transmitida (en kilo o megabytes), mientras que la comunicación de datos a través de conmutación de circuitos tradicionales se factura por minuto de tiempo de conexión, independientemente de si el usuario utiliza toda la capacidad del canal o está en un estado de inactividad. Por este motivo, se considera más adecuada la conexión conmutada para servicios como la voz que requieren un ancho de banda constante durante la transmisión, mientras que los servicios de paquetes como GPRS se orientan al tráfico de datos. La tecnología GPRS como bien lo indica su nombre es un servicio (Service) orientado a radio enlaces (Radio) que da mejor rendimiento a la conmutación de paquetes (Packet) en dichos radio enlaces. 1.3.4 EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) : (Tasas de Datos Mejoradas para la evolución de GSM). También conocida como EGPRS (Enhanced GPRS). Es una tecnología de la telefonía móvil celular, que actúa como puente entre las redes 2G y 3G. EDGE se considera una evolución del GPRS (General Packet Radio Service). Esta tecnología funciona con redes GSM. Aunque EDGE funciona con cualquier GSM que tenga implementado GPRS, el operador debe implementar las actualizaciones necesarias, además no todos los teléfonos móviles soportan esta tecnología. EDGE, o EGPRS, puede ser usado en cualquier transferencia de datos basada en conmutación por paquetes (Packet Switched), como lo es la conexión a Internet. Los beneficios de EDGE sobre GPRS se pueden ver en las aplicaciones que requieren una velocidad de transferencia de datos, o ancho de banda altos, como video u otros servicios multimedia. Velocidad de transferencia: Dependiendo de la tecnología utilizada, la velocidad de transferencia varía sensiblemente. La tabla inferior muestra los datos de subida y bajada para cada tipo de tecnología. Tecnología Descarga (kbit/s) Subida (kbit/s) CSD 9.6 9.6 4
  5. 5. Grupo #7 HSCSD 28.8 14.4 HSCSD 43.2 14.4 GPRS 80.0 20.0 (Clase 8 & 10 y CS-4) GPRS 60.0 40.0 (Clase 10 y CS-4) EGPRS (EDGE) 236.8 59.2 (Clase 8, 10 y MCS-9) EGPRS (EDGE) 177.6 118.4 (Clase 10 y MCS-9) Para comparar GPRS con GSM se utiliza normalmente la velocidad de transmisión de SMS. Sobre una red GPRS se pueden enviar aproximadamente 30 SMS por minuto, frente a los 6 a 10 SMS que permite GSM. 1.3.5 TELEFONÍA MÓVIL 3G : Es la abreviación de tercera generación de transmisión de voz y datos a través de telefonía móvil mediante UMTS (Universal Mobile Telecommunications System o servicio universal de telecomunicaciones móviles). Los servicios asociados con la tercera generación proporcionan la posibilidad de transferir tanto voz y datos (una llamada telefónica o una videollamada) y datos no-voz (como la descarga de programas, intercambio de correos electrónicos, y mensajería instantánea). Aunque esta tecnología estaba orientada a la telefonía móvil, desde hace unos años las operadoras de telefonía móvil ofrecen servicios exclusivos de conexión a Internet mediante módem USB, sin necesidad de adquirir un teléfono móvil, por lo que cualquier computadora puede disponer de acceso a Internet. Existen otros dispositivos como algunos ultraportátiles (netbooks) y tablets que incorporan el módem integrado en el propio equipo. En todos los casos requieren de una tarjeta SIM para su uso, La mayoría de móviles 3G soportan su uso como módem USB (soportado por todos los smartphones con Android) y algunos permiten su uso via Wi-Fi o Bluetooth. Ventajas y desventajas de IP en 3G: Ventajas El protocolo IP está basado en paquetes, pues solo se paga en función de la descarga lo que supone, relativamente, un menor costo. Aunque dependiendo del tipo de usuario, también se podría calificar como desventaja. o Velocidad de transmisión alta: fruto de la evolución de la tecnología, hoy en día se pueden alcanzar velocidades superiores a los 3 Mbit/s por usuario móvil. 5 o Más velocidad de acceso.
  6. 6. Grupo #7 o UMTS, sumado al soporte de protocolo de Internet (IP), se combinan para prestar servicios multimedia y nuevas aplicaciones de banda ancha, tales como servicios de video-telefonía y video-conferencia. o Transmisión de voz con calidad equiparable a la de las redes fijas o Mayor velocidad de conexión, ante caídas de señal. o Todo esto hace que esta tecnología sea ideal para prestar diversos servicios 6 multimedia móviles. Desventajas Cobertura limitada. Dependiendo de la localización, la velocidad de transferencia puede disminuir drásticamente (o incluso carecer totalmente de cobertura). Disminución de la velocidad si el dispositivo desde el que nos conectamos está en movimiento (por ejemplo si vamos circulando en automóvil). No orientado a conexión. Cada uno de los paquetes pueden seguir rutas distintas entre el origen y el destino, por lo que pueden llegar desordenados o duplicados. Sin embargo el hecho de no ser orientado a conexión tiene la ventaja de que no se satura la red. Además para elegir la ruta existen algoritmos que "escogen" qué ruta es mejor, estos algoritmos se basan en la calidad del canal, en la velocidad del mismo y, en algunos, oportunidad hasta en 4 factores (todos ellos configurables) para que un paquete "escoja" una ruta. Elevada latencia respecto a la que se obtiene normalmente con servicios ADSL. La latencia puede ser determinante para el correcto funcionamiento de algunas aplicaciones del tipo cliente-servidor como los juegos en línea. Elevada Tasa de Absorción Específica (SAR) Aparición del efecto conocido como "respiración celular", según el cual, a medida que aumenta la carga de tráfico en un sector (o celda), el sistema va disminuyendo la potencia de emisión, o lo que es lo mismo, va reduciendo el alcance de cobertura de la celda, pudiéndose llegar a generar zonas de "sombra" (sin cobertura), entre celdas adyacentes. Velocidad de transferencia: Dependiendo de la tecnología utilizada, la velocidad de transferencia varía sensiblemente. La tabla inferior muestra los datos de subida y bajada para cada tipo de tecnología.
  7. 7. Grupo #7 1.3.6 TELEFONÍA MÓVIL 3.5G (HDSPA) : La tecnología HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), también denominada 3.5G, 3G+ o mini 3G, es la optimización de la tecnología espectral UMTS/WCDMA, una tecnología basada en conexiones minis, de menor velocidad a el promedio de la actual 3G, incluida en las especificaciones de 3GPP release 5 y consiste en un nuevo canal compartido en el enlace descendente (downlink) que mejora significativamente la capacidad máxima de transferencia de información pudiéndose alcanzar tasas de bajada de hasta 14 Mbps (1,8, 3,6, 7,2 y 14,4 Mbps) Aunque sin mejorar el 3G. Soporta tasas de throughput promedio cercanas a 1 Mbps.[cita requerida] Actualmente, también está disponible la tecnología HSUPA, con velocidades de subida de hasta 5,8 Mbps, y HSPA+ con velocidades de hasta 84 Mbps de bajada y 22 Mbps en la subida. Es la evolución de la tercera generación (3G) de tecnología móvil, llamada 3.5G, y se considera el paso previo antes de la cuarta generación (4G), la futura integración de redes. Actualmente se está desarrollando la especificación 3.9G antes del lanzamiento de 4G. Es totalmente compatible en sentido inverso con WCDMA y aplicaciones ricas en multimedia desarrolladas para WCDMA que funcionarán con HSDPA. La mayoría de los proveedores UMTS dan soporte a HSDPA. Velocidad de transferencia : Dependiendo de la tecnología utilizada, la velocidad de transferencia varía sensiblemente. La tabla inferior muestra los datos de subida y bajada para cada tipo de tecnología. 7
  8. 8. Grupo #7 1.3.7 TELEFONÍA MÓVIL 4G : para que un estándar sea considerado de la generación 4G. Entre los requisitos técnicos que se incluyen hay uno muy claro, las velocidades máximas de transmisión de datos que debe estar entre 100Mbit/s para una movilidad alta y 1Gbit/s para movilidad baja. La 4G está basada completamente en el protocolo IP, siendo un sistema y una red, que se alcanza gracias a la convergencia entre las redes de cables e inalámbricas. Esta tecnología podrá ser usada por módems inalámbricos, móviles inteligentes y otros dispositivos móviles. La principal diferencia con las generaciones predecesoras será la capacidad para proveer velocidades de acceso mayores de 100 Mbit/s en movimiento y 1 Gbit/s en reposo, manteniendo una calidad de servicio (QoS) de punta a punta de alta seguridad que permitirá ofrecer servicios de cualquier clase en cualquier momento, en cualquier lugar, con el mínimo coste posible. Velocidad de transferencia: Dependiendo de la tecnología utilizada, la velocidad de transferencia varía sensiblemente. La tabla inferior muestra los datos de subida y bajada para cada tipo de tecnología 1.3.8 RED UTRAN : La red UTRAN consiste de varios elementos, entre los que se encuentran los RNC(Radio Network Controller) que se encargan de controlar la red de acceso radio y los Nodo B corresponden a las estaciones base donde se sitúan las antenas y elementos de transmisión radio. Ambos elementos juntos forman el RNS (Radio Network Subsystem) un conjunto de subsistemas de radio, el modo de comunicación de la red UMTS. Las 8
  9. 9. Grupo #7 interfaces internas de UTRAN incluyen la interfaz lub la cual se encuentra entre el Nodo B y el RNC y la interfaz lur que conecta a los RNC entre sí. Arquitectura: La tecnología UTRAN está formada por diversas capas totalmente independientes unas de otras, esto facilitaría en un futuro una posible modificación de una parte de esta tecnología sin necesidad de volver a crear otra de nuevo, solo bastaría con modificar algunas de sus capas. Equipo de usuario (UE): El equipo de usuario o UE, también llamado móvil, es el equipo que el usuario trae consigo para lograr la comunicación con una estación base en el momento que lo desee y el lugar en donde exista cobertura. Este puede variar en su tamaño y forma, sin embargo debe estar preparado para soportar el estándar y los protocolos para los que fue diseñado. Interfaz Uu: La interfaz Uu se encuentra entre el equipo de usuario y la red UTRAN. RNC (Radio Network Controller): El RNC controla a uno o varios Nodos B. El RNC se conecta con el MSC mediante la interfaz luCS o con un SGSN mediante la interfaz luPs. La interfaz entre dos RNC’s es la interfaz lur por lo tanto una conexión directa entre ellos no es necesario que exista. Si comparamos al RNC con la red de GSM (Groupe Spécial Mobile), éste es comparable con el BSC (Base Station Controller). Nodo B: El nodo B crea, mantiene, y envía un enlace de radio en cooperación con el terminal. Es decir, es el componente responsable de la transmisión y recepción radio entre el terminal movil y una o más celdas UMTS. Algunas de las funciones ejecutadas por Nodo B son: -Transmisión de los mensajes de información del sistema de acuerdo con el horario determinado por el RNC.-Reportar las mediciones de la interferencia en el enlace de subida y la información de la potencia en el enlace de bajada.-Combinación para la Macro diversidad y división de las tramas de datos internas al Nodo B. Interfaz lu: Esta interfaz conecta a la red central con la red de acceso de radio de UMTS. Es la interfaz central y la más importante para el concepto de 3GPP. La interfaz lu puede tener dos diferentes instancias físicas para conectar a dos diferentes elementos de la red central, todo dependiendo si se trata de una red basada en conmutación de circuitos o basada en conmutación de paquetes. En el primer caso, es la interfaz lu-CS la que sirve de enlace entre UTRAN y el MSC, y es la interfaz lu-PS la encargada de conectar a la red de acceso de radio con el SGSN de la red central. 9
  10. 10. Grupo #7 Red Central (Core Network): La red central se forma por varios elementos , los dos de mayor interés son el MSC, pieza central en una red basada en conmutación de circuitos y el SGSN, pieza central en una red basada en conmutación de paquetes. MSC (Mobile Switching Center): Como ya se mencionó, el MSC es la pieza central de una red basada en la conmutación de circuitos. El mismo MSC es usado tanto por el sistema GSM como por UMTS, es decir, la BSS (Base Station subsystem) de GSM y el RNS de UTRAN se pueden conectar con el mismo MSC. Esto es posible ya que uno de los objetivos del 3GPP fue conectar a la red UTRAN con la red central de GSM/GPRS. El MSC tiene diferentes interfaces para conectarse con la red PSTN, con el SGSN y con otros MSC’s. En el MSC se realiza la última etapa del MM (Mobility Management) y del CM (Connection Management) en el protocolo de la interfaz aérea, así que el MSC debe encargarse de la dirección de estos protocolos o delegarle la responsabilidad a cualquier otro elemento de la red central. También se encarga del voceo, de la coordinación en la organización de las llamadas de todos los móviles en la jurisdicción de un MSC, de colectar los datos para el centro de facturación y control y operación de la cancelación del eco entre otros. SGSN (Serving GPRS Support Node): El SGSN es la pieza central en una red basada en la conmutación de paquetes. El SGSN se conecta con UTRAN mediante la interfaz lu-PS y con el GSM-BSS mediante la interfaz Gb. El SGSN contiene la información de subscripción, el IMSI (International Mobile Subscriber Identity), la información de ubicación y el área en la que el móvil está registrado entre otras informaciones. 10
  11. 11. Grupo #7 CAPITULO II TÉCNICAS DE GESTIÓN DE RECURSOS RADIO EN SISTEMAS DE COMUNICACIONES MÓVILES 11 2. Gestión de Recursos Radio 2.1 Introducción Uno de los mayores retos para los sistemas de comunicaciones móviles en las nuevas generaciones es la de proporcionar servicios a distintos tipos de terminales y aplicaciones. El objetivo principal es el de asegurar la movilidad sin hilos para el usuario y esto se traduce en la necesidad de utilizar distintas estrategias que puedan asegurar que los recursos siempre estén disponibles tanto para la red como para los terminales móviles. Los esquemas de asignación de los recursos junto con la planificación de estos suponen la mejora de la comunicación entre los abonados de la red móvil. La gestión eficiente de los recursos radio es necesaria con el objeto de proporcionar la calidad de servicio demandada por las aplicaciones utilizadas en los terminales móviles. Las redes móviles se caracterizan por una topología dinámica y los enlaces sufren variaciones en la calidad de la transmisión con el tiempo; esto hace que, para cubrir esta variabilidad del canal inalámbrico, se han de desarrollar y mejorar técnicas tanto de planificación de los recursos como de modelos que permitan la asignación eficiente de los recursos. Por medio del modelado de los esquemas de asignación de los recursos podremos analizar los parámetros que ofrezcan la calidad de servicio requerida por los usuarios de la red. En el contexto de los sistemas 3G, en el que se esperan aplicaciones multimedia muy diversas que llevarán asociados distintos requerimientos en términos de QoS (Quality of Service), toma una gran relevancia el efectuar una adecuada gestión de los recursos radio, dado que el espectro radioeléctrico es escaso y por él los operadores han pagado grandes cantidades en concepto de adjudicación de licencias. Las estrategias Radio Resource Management (RRM) son las encargadas de realizar dicha gestión. 2.2 Problemas que afectan las Comunicaciones Móviles Congestión en la Red: Los usuarios al tener algún tipo de actividad dentro de la red emiten un nivel de potencia para transmitir su señal, esta señal causa un nivel de interferencia en la red. El efecto Near-Far: El problema de Near-Far es una condición en la que un receptor capta una señal fuerte y por lo tanto hace que sea imposible que el receptor para detectar una señal más débil.
  12. 12. Grupo #7 El problema con que se encuentra el operador de red es ofrecer un sistema en el que se maximice el número de usuarios para un conjunto de requisitos de QoS. En este problema se pueden distinguir dos aspectos: 1. Planificación de red, esto es, el diseño de la infraestructura de la red en términos de número de células, posición de las células, número y arquitectura de los nodos de concentración, etc. 2. Asignación de recursos radio, esto es, para un despliegue de red dado, la manera en que se gestionan dinámicamente los recursos con el fin de satisfacer la demanda instantánea de los usuarios que se van desplazando por la red. En el marco de los sistemas 2G (por ejemplo GSM) el principal problema es la planificación de la red. La calidad subjetiva de voz percibida se controla principalmente a través de una asignación adecuada de frecuencias a las distintas células que permita disponer de una C/I (relación señal a interferencia) suficiente. Por otro lado, la probabilidad de bloqueo es el otro parámetro de calidad de la red fundamental y se controla proporcionando un número suficiente de frecuencias a cada célula y, en segundo término, añadiendo más células a la estructura de la red. Por lo tanto, puede decirse que en una red basada en TDMA hay un valor prácticamente constante para la máxima capacidad dado un despliegue de red, ya que las actuaciones en cuanto a gestión de recursos radio a corto plazo (del orden de decenas o centenas de milisegundos) no tienen demasiado impacto en un escenario en el que el servicio soportado (voz) requiere de un canal con calidad constante y estrictas restricciones de retardo. 2.3 La asignación de los recursos radio en las redes móviles celulares En un sistema de comunicaciones móvil, los terminales móviles se desplazan en un área de servicio y este desplazamiento sucede de vez en cuando, por tanto, requerirán servicios de comunicación extremo a extremo. La perspectiva desde la 12
  13. 13. Grupo #7 cual se puede abordar el problema de la asignación de los recursos a los terminales que solicitan una comunicación puede plantearse, bien desde la visión por parte del proveedor del servicio o bien por parte del usuario o terminal móvil. El operador o proveedor del servicio dispone y proporciona los recursos de comunicación a los usuarios que lo solicitan. Las dos partes interesadas tienen intereses contrapuestos, por un lado, el proveedor del servicio tiene como principal objetivo obtener el máximo beneficio a través del suministro del servicio a un número mayor de terminales – implica una mayor capacidad del sistema- y, por otro lado, el usuario desea obtener la mejor calidad de servicio por el coste que le supone el empleo de la red de comunicación. Es evidente que cuanto mayor sea el número de usuarios que soliciten el servicio este requerirán más recursos y, por tanto, se limitaría la capacidad del sistema. Dado que el operador es el que requiere un mayor coste de inversión en el sistema, es este quien regula el proceso de diseño de la red desde su propia visión. La formulación del problema estaría entonces en diseñar el sistema de comunicación donde se soporte el número de usuarios para unos requisitos de calidad del servicio determinados. El diseño de la red móvil implica el estudio de la infraestructura de la propia red fija en la que se consideran: el número de estaciones base o puntos de acceso al servicio donde van ubicados; qué capacidad ha de proporcionarse en función del número de puntos de acceso y, en general, lo que implica la planificación de la red móvil. Otro aspecto es el estudio de la asignación de los recursos radio a partir de un diseño de la infraestructura de red. Esto implica el análisis y el estudio de cómo se asignarán los recursos inalámbricos para satisfacer la demanda de los usuarios de la red móvil. 2.4 Funciones de administración de la QoS Se propone una arquitectura funcional genérica para la administración de recursos de la QoS en una red UMTS. En la arquitectura tan solo se identifican las funciones necesarias y su ubicación genérica, dejando libertad absoluta en lo referente a los detalles de implementación. Las funciones de administración de la QoS se encuentran tanto en el plano de control como en el plano de usuario. En la tabla se indican que funciones se 13
  14. 14. Grupo #7 incluyen dentro de cada plano, junto con una breve descripción de sus principales tareas. 2.5 Gestión de recursos radio en el marco de los sistemas 3G La evolución de las necesidades de los usuarios hacia aplicaciones multimedia ha conducido al mundo de las comunicaciones móviles a concebir la llamada 3G, en la que la W-CDMA aparece como tecnología dominante. 14 2.6 Estrategias RRM Entre las estrategias RRM puede citarse: Control de admisión. Se encarga de decidir o rechazar una petición de nueva conexión que lleva asociados ciertos parámetros de QoS. Esta decisión debe basarse en la interferencia que incorporaría esta conexión en caso de aceptación y si la misma podría poner en peligro las garantías de QoS de las conexiones previamente aceptadas. Debe aplicarse de manera coherente tanto al enlace ascendente como descendente. Control de congestión. Debe afrontar situaciones de sobrecarga de la red, en las que la evolución dinámica de la red pone en peligro las garantías de QoS de las conexiones en curso. Las actuaciones del control de congestión deben ir en la dirección de reducir la interferencia de una manera inteligente.
  15. 15. Grupo #7 Selección del formato de transmisión. Esta estrategia se encarga de las decisiones a corto plazo en cuanto a la velocidad de transmisión más adecuada en cada momento. En el caso del enlace ascendente la decisión se toma de manera descentralizada en cada uno de los móviles, mientras que en el enlace descendente la operación es centralizada, efectuándose las decisiones en función de las necesidades globales. Los procedimientos de hand-over tienen un impacto significativo en las estrategias anteriores, de manera que el diseño de las mismas ya debe realizarse teniendo en cuenta los efectos derivados del traspaso de la comunicación entre células, incluida la capacidad de las redes W-CDMA de permitir la conexión a más de una célula al mismo tiempo (soft handover). Se denomina handover o traspaso (también hand-off o transferencia) al sistema utilizado en comunicaciones móviles celulares con el objetivo de transferir el servicio de una estación base a otra cuando la calidad del enlace es insuficiente en una de las estaciones. Este mecanismo garantiza la realización del servicio cuando un móvil se traslada a lo largo de su zona de cobertura. 15
  16. 16. Grupo #7 Wideband Code Division Multiple Access (Acceso múltiple por división de código de banda ancha) cuyo acrónimo es WCDMA, es la tecnología de acceso móvil en la que se basan varios estándares de telefonía móvil de tercera generación (3G), entre ellos el estándar UMTS. Frente a las tecnologías de acceso anteriores, fundamentalmente TDMA (Acceso por división de tiempo) y FDMA (acceso por división en frecuencia), WCDMA proporciona una mayor eficiencia espectral, lo que permite proporcionar mayores tasas binarias, que pueden llegar a los 2 Mbps y una gran flexibilidad para transportar diferentes tipos de servicios en el acceso radio (voz y datos con diferentes tasas binarias). 16 2.7 Sobre las Bandas de Frecuencias Aunque no entra mucho en el tema de Gestión de Recursos Radio, es relevante mencionar que la telefonía celular GSM tiene diferentes bandas de frecuencias, las cuales se usan para evitar un montón de problemas (ej. Interferencias). Cada País o región en todo el mundo tiene una determinada banda de frecuencia usada para la oferta de servicio al cliente.
  17. 17. Grupo #7 17 Sistema Banda Frecuencia Asignación de canal Subida (MHz) Bajada (MHz) T-GSM-380Nota 1 380 380.2–389.8 390.2–399.8 dinámica T-GSM-410 410 410.2–419.8 420.2–429.8 dinámica GSM-450 450 450.4–457.6 460.4–467.6 259–293 GSM-480 480 478.8–486.0 488.8–496.0 306–340 GSM-710 710 698.0–716.0 728.0–746.0 dinámica GSM-750 750 747.0–762.0 777.0–792.0 438–511 T-GSM-810 810 806.0–821.0 851.0–866.0 dinámica GSM-850Nota 2 850 824.0–849.0 869.0–894.0 128–251 P-GSM-900Nota 3 900 890.2–914.8 935.2–959.8 1–124 E-GSM-900Nota 4 900 880.0–914.8 925.0–959.8 975–1023, 0-124 R-GSM-900Nota 5 900 876.0–914.8 921.0–959.8 955–1023, 0-124 T-GSM-900Nota 6 900 870.4–876.0 915.4–921.0 dinámica DCS-1800 1800 1710.2–1784.8 1805.2–1879.8 512–885 PCS-1900Nota 7 1900 1850.0–1910.0 1930.0–1990.0 512–810 Entre tanto, La GSM-850 y la GSM-1900 se usan en la mayoría de países en América:  Argentina - GSM-850 y 1900 MHz.  Bolivia - GSM-850 y 1900 MHz.  Brasil - GSM-850, 900, 1800 y 1900 MHz.  Canadá - GSM-850, 1900 MHz.  Chile - GSM-850 y 1900 MHz.  Colombia - GSM 850 Y 1900 MHz.  Ecuador - GSM-850, 1900 MHz.  Estados Unidos - GSM-850, 1900 MHz.  Nicaragua - 850-2500 MHz.  Panamá - GSM-850, 1900 MHz.  Perú - GSM 850-1900 MHz.  Venezuela - 850-1900 MHz Poniendo como ejemplo a Bolivia, vemos que las bandas para caga generación ()2G, 3G y 4G) son casi distintas una de otra. Bandas de telefonía móvil utilizadas en BOLIVIA: 2G: 850, 1900 MHz 3G: variedad 4G (LTE): 700 MHz
  18. 18. Grupo #7 También lo son en cada compañía telefónica que presta servicios al cliente o al consumidor, esto en cuanto a las bandas de frecuencias de 3G: País Compañía / Empresa Frecuencia (MHz) Bolivia Entel 1900 Bolivia Tigo 850 Bolivia Viva 1900 CAPITULO III REDES HETEROGÉNEAS DE COMUNICACIONES MÓVILES 3. Redes Heterogéneas de Comunicaciones Móviles 18 3.1 Concepto La eficiencia espectral en enlaces punto a punto en redes celulares está llegando a su límite teórico en un momento donde el crecimiento del tráfico se incrementa en una manera vertiginosa. Existe una necesidad de mejorar la densidad a nivel de nodos con el fin de mejorar la capacidad de la red. En un despliegue escaso en macro estaciones base, añadir otro nodo no incrementa severamente la interferencia entre celdas y resulta sencillo densificar la zona. Sin embargo, en despliegues que ya presenten alta densidad, densificar podría verse limitado por una alta interferencia entre celdas. Además, los macronodos de alta potencia terminan representando un CAPEX muy elevado, siendo necesario buscar otras opciones. Muchos de los desafíos involucrados con la capacidad de la red y la tasa de transferencia de datos, pueden ser solucionados con el empleo de estaciones base con menor potencia de transmisión que complemente una red actual macro, permitiendo seguir el comportamiento oferta/demanda. Estos nodos de baja potencia se clasifican en femto y pico nodos, y en despliegues en exteriores, la potencia de transmisión varía entre 250 mW y aproximadamente los 2 W. Mientras que las radiobases tradicionales transmiten a una potencia entre los 5 W y los 40 W, siendo necesario considerar un equipo de aire acondicionado para el amplificador de potencia en el caso de los macronodos. Las femto estaciones base, también conocidas como Home Base Station (HBS), por su potencia de transmisión están diseñadas para un uso en interiores y posee un área de cobertura bastante reducida, respecto al de la picocelda. Su potencia de transmisión corresponde a 100mW o menos. La mezcla de diferentes tipos de tecnología de radio y el uso de macroceldas junto a nodos de baja potencia,
  19. 19. Grupo #7 trabajando en conjunto y sin problemas, se conoce como redes heterogéneas o HetNet. 3.2 Elementos de red – Microceldas, Picoceldas, Metroceldas, Femtoceldas Los desarrollos por femtoceldas en los sistemas móviles, representan una forma relativamente económica y de baja potencia para mejorar el servicio de telefonía móvil de voz y datos. Tienen otra particularidad interesante, como es el hecho que son desplegadas generalmente por los propios usuarios, utilizando sus propias redes de retorno (backhaul), y no por los operadores de telefonía móvil. Los despliegues de redes heterogéneas se identifican por su corto rango de cobertura, pero un alto throughput. Pero para que el sistema pueda ser eficiente, cada uno de los nodos de baja potencia que constituyen femto o picoceldas, se caracterizan por su capacidad de interactuar con todas las capas de la red celular tradicional, realizando tareas como el handoff, manejo de interferencia, facturación y autentificación. Originalmente pensada para mejorar la calidad de la señal en casas de habitaciones, ahora representa una manera costo-efectiva para descargar el tráfico de datos de la red macro. Para inicio del 2011, se estima que 2.3 millones de femtoceldas fueron desplegadas a nivel global, y se espera que los puntos de acceso globales (entre todas las tecnologías de celdas complementarias, incluyendo las femtoceldas) lleguen a 60 millones para el 2015. Se espera que las femtoceldas, junto a tecnologías inalámbricas como el WiFi, lleguen a manejar más del 60% del tráfico global de datos para el 2015. 19 Celdas de tamaño reducido Las soluciones para hacer frente a una mayor demanda de las redes móviles, al aumentar el tráfico, pueden enfocarse en tres áreas diferentes: • Mayor disponibilidad de espectro, es decir mayor ancho de banda. • Nuevas tecnologías que sean más eficientes para la transmisión. • Nuevas topologías de red que proporcionen una mayor densidad de usuarios en una determinada zona. Si bien, estas soluciones pueden ser adoptadas de manera individual, lo común es que se aborden de forma conjunta para un mejor aprovechamiento, dependiendo de las circunstancias. Así pues, las áreas de alto tráfico, como pueden ser zonas comerciales, estadios, estaciones, aeropuertos, zonas de ocio, etc., requieren flexibilidad de espacio para instalar nuevas antenas en más lugares, lo que no siempre es factible debido a las limitaciones urbanísticas, y sólo hay algunas áreas limitadas en las cuales poder instalar las nuevas estaciones base en el caso de
  20. 20. Grupo #7 GSM, o nodosB en el caso de UMTS o LTE. La alternativa a las macroceldas para la ganancia de mayor capacidad es la instalación de una pequeña celda (small cell) para proporcionar la capacidad adicional necesaria en el lugar adecuado, que no requiere de una amplia concesión de permisos y gastos para adquirir e instalar, existiendo varias soluciones técnicas para ello. Wi-Fi no se descarta como la solución a largo plazo de las redes LTE para descargar tráfico (offload) y es previsible que las small cells Wi -Fi y LTE se complementen entre sí en el mismo lugar, para resolver los problemas de capacidad en entornos de alta densidad de tráfico, en combinación con la infraestructura de macroceldas. En comparación con las macroceldas, el despliegue de las small cells puede ser mucho más flexible y próximo a los puntos de acceso, facilitando la atención a altas demandas de tráfico en los denominados hot spots. También, Qualcomm ha propuesto la utilización de espectro sin licencia, como es el caso de la banda de 5 GHz para utilizar agregación de portadoras (Carrier Aggregation) y así obtener mayor velocidad de descarga, combinando canales, en lo que se conoce como uLTE. Los estándares de datos inalámbricos: GPRS, EDGE, HSPA y LTE utilizan esquemas de modulación adaptativa, lo que significa que cuanto mejor sea la calidad de la señal, mayor será la velocidad de datos. Por lo tanto, una estación base es más eficiente cuando todos los usuarios de la celda están muy cerca, algo que es lógico, y que se manifiesta en un menor consumo de la batería de nuestro terminal. Además, los recursos de la celda son compartidos entre todos los usuarios de la misma, lo que significa que la experiencia del usuario (QoE) es mejor cuando hay un pequeño número de usuarios “enganchados” a ella. Las small cells, pequeñas estaciones base celulares o celdas pequeñas, son puntos de acceso de radio de baja potencia de radio que mejoran la cobertura de redes móviles, con el fin de aumentar la capacidad y el tráfico de red de retorno a un menor costo. Al emitir con menos potencia y, en algunas ocasiones, utilizar antenas inteligentes que permiten la conformación del haz (beamforming), se reducen las interferencias entre celdas próximas, a la vez que se aumenta la calidad de la señal, redundando en un menor consumo de las baterías. 3.3 Estrategias de ahorro energético para configuraciones de redes heterogéneas Las configuraciones HetNet poseen una tecnología que permite que las macroceldas garanticen una cobertura básica de menor velocidad en el servicio, encargada de satisfacer la demanda para propósitos generales; mientras se incorporan picoceldas dentro de la macrocelda para dar cobertura en hotspots, y mejorando la capacidad de la red. Es posible que en un hotspot exista no solamente una, sino varias picoceldas trabajando simultáneamente, donde es factible que los radios de cobertura entre ellas, se traslapen. Además, es importante resaltar que el tráfico en el servicio varía considerablemente en diversos momentos del día, y 20
  21. 21. Grupo #7 resulta una buena estrategia de ahorro de energía el hecho de apagar alguna o varias picoceldas cuando su carga de tráfico sea baja. Transmisiones discontinuas por las estaciones base, donde sus componentes de hardware sean capaces de desconectarse, facilita la operación eficiente de energía al nivel del enlace. Mientras a nivel de la red, el potencial de reducir el consumo energético radica en la disposición y gestión de los elementos de la red, tomando en cuenta el patrón diario de la carga en cada celda y las fluctuaciones importantes que pudiesen ocurrir; además es necesario contar con la capacidad para monitorear los recursos disponibles correspondientes a cada una de las celdas. Una estrategia utilizada [8] consiste en realizar un handover de los usuarios de la picocelda hacia la macrocelda y apagar la picocelda cuando la carga sea baja. Sin embargo, considerando la migración solo en ese sentido, se tiene la limitante que en caso que no existiesen recursos suficientes disponibles en la macrocelda, la picocelda con carga baja no se apagaría, impidiéndose el ahorro energético. 3.4 Importancia del aumento de la capacidad Compuestas por múltiples tecnologías de acceso de radio, diferentes arquitecturas de red y caracterizada por sus estaciones base con potencia de transmisión variable; las redes heterogéneas resultan ser, actualmente, una manera muy atractiva para las operadoras que buscan expandir la capacidad de su red móvil. Algunos números acerca de los usuarios de banda ancha móvil, indican que el suscriptor promedio puede consumir actualmente alrededor de unos cuantos cientos de MB de datos por mes. Estimaciones para el año 2014, muestran un incremento en el consumo, donde el promedio alcanzaría alrededor de 1 GB de datos por mes. Este incremento del tráfico de banda ancha móvil, impulsado por los nuevos servicios y capacidades en los terminales móviles, es paralelo a las expectativas de los usuarios por tener tasas de transferencia similares a los usuarios de banda ancha fija. Las tendencias de consumo de los usuarios pueden variar considerablemente según sea su ubicación geográfica, el tipo de terminal móvil y el tipo de suscripción adquirida por el cliente. Algunos de estos usuarios ya realizan tráfico en el orden de varios GB por mes. La industria móvil se prepara para ofrecer tasas de transferencia en el orden decenas de Mbps, tanto en interiores como en exteriores, y volumen de tráficos en el orden de los GB. 21 3.5 Soluciones tecnológicas El concepto de redes heterogéneas (HetNet) se considera fundamental para los operadores móviles, a medida que siguen aumentando su base de usuarios de banda ancha móvil con todo tipo de dispositivos, especialmente smartphones y tablets. HetNet introduce el concepto de infraestructura de small cells (micro, pico y femto), así como el uso de otras tecnologías de acceso que no pertenecen a la familia 3GPP, como Wi-Fi. La introducción de small cells implica un aumento rápido en el número de puntos de acceso para los cuales los operadores tendrán que
  22. 22. Grupo #7 ofrecen algún tipo backhaul (fibra, cobre, inalámbrico, entre otros). La solución de small cells, que puede consistir en femto o picoceldas (hogar y empresas) y micro/metro celdas (urbano y rural), permite a los operadores móviles desplegar los dispositivos basados en IP utilizando la infraestructura IP existente, mientras que proporciona una evolución suave a IMS (IP Multimedia Subsystem). Hay muchos retos a los que se enfrentan los proveedores en relación con los problemas de capacidad 2G, 3G y 4G que las small cells pueden resolver. El intento de aumentar la capacidad de banda ancha inalámbrica y conseguir más cobertura se logra, conjuntamente mediante la utilización de small cells, espectro adicional, HSPA +, LTE y la descarga de tráfico hacia Wi-Fi (offload). Por lo tanto, con el fin de reducir el número de zonas de mala/baja cobertura y/o falta de capacidad, los operadores pueden desplegar un gran número de small cells, (típicamente entre 200 y 300 por cada celda macro) siendo ésta una de las posibles soluciones, tanto en el exterior (outdoor) –espacios públicos urbanos y zonas rurales– como en el interior (indoor) de edificios, y haciendo uso de un backhaul de microondas (IP MW)o de fibra óptica (FTTx) para transportar el tráfico generado. Dada la esperada explosión del tráfico de datos, muchos operadores están considerando una estrategia complementaria, donde las small cells, como femtoceldas, microceldas y picoceldas, se añaden sobre las celdas macro, creando lo que la industria se denomina como una red heterogénea (HetNet) más compleja en términos de cobertura e interferencias, por lo que su planificación, gestión de canales radio y traspaso entre celdas (handover) resulta algo más complicada que en una red homogénea. Este enfoque puede, efectivamente, mejorar la eficiencia espectral mediante una operación en las bandas del espectro ya utilizadas por las celdas macro y, lo más importante, a través de técnicas efectivas de reducción de la interferencia y la coordinación entre las capas macro y small cells, la capacidad de la red puede ser mucho mejor. Así pues, Las redes heterogéneas constituyen un medio interesante para expandir la capacidad de la red móvil. Una HetNet, comúnmente, está formada por múltiples tecnologías de acceso de radio, arquitecturas superpuestas, soluciones de transmisión y estaciones base de diversas potencias de transmisión. Este tipo de redes una estación base o nodoB se puede conectar a micro/pico/ femtocells y unidades remotas de radio (remote radio heads) para disponer de una red sobrepuesta a la red macro. En el caso de LTE hacen uso de la tecnología SON (Self Organizing Network) para la optimización de los recursos –consecuentemente, con menores costes operacionales– que se requieren cuando se mezclan las macro estaciones base convencionales con small cells para mejorar la cobertura y prestaciones, tanto en interiores como en exteriores, facilitando al mismo tiempo la operación y mantenimiento de la red. Además, se mejoran las prestaciones/rendimiento en el borde de las celdas, con lo que con el despliegue de estas últimas los usuarios localizados en él dejarán de recibir un pobre servicio, como sucede ahora. Por su parte, SON ayuda a reducir los costos de operación de la red al disminuir la operación manual que requiere tiempo. Al operar con LTE, las redes se están convirtiendo, invariablemente, más complejas ya que coexisten generaciones de tecnología (2G, 3G y 4G). La tecnología SON 22
  23. 23. Grupo #7 incluye un portafolio de soluciones que ayudan a los operadores a discernir las estrategias más eficientes de despliegue y procesos de red, implementar nuevos elementos en la red con simplicidad “plug&play”, automatizar tareas operacionales críticas, balancear el tráfico y capacidad, y automatizar parámetros claves que garantizan la calidad de la red, algo muy conveniente dada la complejidad de las redes de telecomunicaciones actuales. 23
  24. 24. Grupo #7 24 4. BIBLIOGRAFIA  www.gradiant.org  zaguan.unizar.es/record/12834/files/TESIS-2013-144.pdf  grcm.tsc.upc.edu/sites/default/files/gestion_de_recursos_radio.pdf  www.wikipedia.org  www.cenidet.edu.mx/subaca/web-elec/tesis_mc/146MC_eza.pdf  wiki.bandaancha.st/Frecuencias_telefonía_móvil  es.kioskea.net/.../681-estandar-gsm-sistema-global-de-comunicaciones-m...  es.wikipedia.org/wiki/Sistema_global_para_las_comunicaciones_móviles  es.wikipedia.org/wiki/Bandas_de_frecuencia_GSM
  25. 25. Grupo #7 25 INDICE B BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................................................................ 24 C CAPITULO I ........................................................................................................................................................................................ 1 CAPITULO II ..................................................................................................................................................................................... 11 CAPITULO III .................................................................................................................................................................................... 18 CLIENTES Y USUARIOS ................................................................................................................................................................. 2 COMPOSICIÓN DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES MÓVILES ............................................................................ 2 Concepto........................................................................................................................................................................................... 18 E EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) ................................................................................................................... 4 Elementos de red – Microceldas, Picoceldas, Metroceldas, Femtoceldas..................................................................... 19 Equipos de control........................................................................................................................................................................... 2 Estaciones Fijas................................................................................................................................................................................ 2 Estaciones móviles .......................................................................................................................................................................... 2 Estrategias de ahorro energético para configuraciones de redes heterogéneas ........................................................ 20 Estrategias RRM ............................................................................................................................................................................. 14 F FABRICANTES .................................................................................................................................................................................. 1 Funciones de administración de la QoS .................................................................................................................................. 13 G General Packet Radio Service (GPRS) ....................................................................................................................................... 4 Gestión de Recursos Radio......................................................................................................................................................... 11 Gestión de recursos radio en el marco de los sistemas 3G............................................................................................... 14 I Importancia del aumento de la capacidad............................................................................................................................... 21 Introducción..................................................................................................................................................................................... 11 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES MÓVILES............................................................................. 1 L La asignación de los recursos radio en las redes móviles celulares .............................................................................. 12 O OPERADORES................................................................................................................................................................................... 1 P Problemas que afectan las Comunicaciones Móviles.......................................................................................................... 11 PROVEEDORES DE SERVICIO ..................................................................................................................................................... 1
  26. 26. Grupo #7 R RED UTRAN ....................................................................................................................................................................................... 8 Redes Heterogéneas de Comunicaciones Móviles............................................................................................................... 18 S Sistemas Móviles.............................................................................................................................................................................. 1 Sobre las Bandas de Frecuencias ............................................................................................................................................. 16 Soluciones tecnológicas .............................................................................................................................................................. 21 T TELEFONÍA 2.5G / 2.75G ................................................................................................................................................................ 3 TELEFONÍA MÓVIL........................................................................................................................................................................... 5 Telefonía móvil 2G ........................................................................................................................................................................... 3 TELEFONÍA MÓVIL 3.5G (HDSPA) ............................................................................................................................................... 7 TELEFONÍA MÓVIL 4G .................................................................................................................................................................... 8 TIPOS DE TELEFONIA..................................................................................................................................................................... 3 26

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