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Telefonía Móvil Celular (0 a 4G LTE-Advanced)

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Diapositivas del curso "Sistemas de Conmutación" del programa de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones de la FIET de la Universidad del Cauca, República de Colombia.
Tema: Telefonía Móvil Celular.

Published in: Engineering
  • mi correo victor.gonzalez@mundopacifico.cl o vgonzalezrojas@gmail.com
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  • Estoy en un proyecto de implementar un OMV, será posible contar y que compartas esta información ?
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  • Excelente trabajo. Sera posible que lo puedas compartir a sborjam66@gmail.com, Gracias.
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  • Un buen trabajo. Si tiene a bien, me gustaría tener este trabajo, ¿podría enviármelo para hacer referencia a el en mis charlas?. Gracias. jamartinez@umh.es
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  • Buenas, me gusto mucho el artículo, como podría descargarlo? o me lo pueden pasar a mi correo victor.e.g.b2@gmail.com
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Telefonía Móvil Celular (0 a 4G LTE-Advanced)

  1. 1. Ing. Fernando Mendioroz, MSc. (c.) Dr. Ing. Álvaro Rendón Gallón Popayán, 2014 Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones Departamento de Telemática
  2. 2.  Fundamentos de Telefonía Móvil Celular  Historia.  Conceptos generales: celda, reúso de frecuencias, interferencia, traspaso, sectorización.  Trunking, grado de servicio, tráfico (Erlang B y C), sectorización, esquemas de codificación y modulación.  Técnicas de acceso múltiple.  Telefonía Móvil Celular Digital de 2° Generación: GSM  Telefonía Móvil Celular Digital de 3° Generación: UMTS  Telefonía Móvil Celular Digital de 4° Generación: LTE/LTE-Advanced
  3. 3. Historia: Comienzos  Comunicación inalámbrica  Señales de humo;  Semáforos (Telegrafía Óptica).  Redes privadas de telefonía móvil  1921: Detroit (USA), Policía;  1934: Funcionamiento con modulación AM.  Sistema público (Generación 0: 0G)  MTS: Mobile Telephone Service (AT&T);  1946, Saint Louis (USA), aprox. 5000 usuarios;  FM, VHF, 6 canales semi-dúplex;  Asistido por operadora;  1964: IMTS (Improved MTS)  VHF/UHF, 9-12 canales dúplex;  Un solo transmisor central de gran potencia;  Antenas a buena altura para mayor cobertura;  Eliminó la necesidad de operadores: digitado por parte del cliente (customer dialing). Telégrafo óptico (revolución francesa) Trigild Gemini 2, modelo DM1-TP13 (IMTS)
  4. 4. Sistemas Analógicos (1G)  Década de 1970  Exploración de primera generación (1G) de radio móvil en Bell Labs;  Primer sistema celular: TZ-801/803, de NTT (Nippon Telegraph and Telephone), Japón 1979. Desventaja: alto consumo de espectro radioeléctrico.  Década de 1980  NMT-450: Sistema Nórdico de Telefonía Móvil (Nordic Mobile Telephone System). Sistema analógico implementado en Finlandia, Suecia, Noruega, Dinamarca a partir de 1981. Transmitía con modulación FM para voz y FFSK para señalización. Operaba en el rango de 450 MHz. Primer sistema con itinerancia (roaming) y handover; Nokia Talkman 620 (NMT450)
  5. 5. Sistemas Analógicos (1G)  Década de 1980  AMPS: Sistema Avanzado de Telefonía Móvil (Advance Mobile Telephone System) desarrolla en Bell Labs (USA) y especificado originalmente por American National Standards Institute (ANSI) como EIA/TIA/IS-3 (1982), luego EIA/TIA-553. Sistema analógico que operaba en el rango de 850 MHz con modulación FM para el canal de voz de 30 KHz y FSK a 8 KHz para señalización.  TACS: Sistema de Comunicación de Acceso Total (Total Access Communication System). Sistema analógico desarrollado por Vodafone y Cellnet en las instalaciones de General Electric (luego Motorola) en Lynchburg, Virginia, USA. Constituye a grandes rasgos una variante de AMPS. Luego se terminó produciendo en el Reino Unido de Gran Bretaña bajo la denominación ETACS (1985). Operaba en el rango de 900 MHz con modulación FM para el canal de voz de 25 KHz y FSK a 6.4 KHz para señalización.  JTACS (Japan Total Access Communication System). Variante japonesa de TACS.  RC-2000 (RadioComm): Francia, 1985
  6. 6. Historia: Sistemas Analógicos (1G)
  7. 7. Sistemas Analógicos (1G)  Terminales Martin Cooper: «Padre» del teléfono móvil. «Sistema radioteléfono» (1973). Motorola DynaTAC 8000X  Año: 1983.  Diseño: Rudy Krolopp.  Primer sistema comercial.  Precio: U$S 4.000.
  8. 8. Sistemas Digitales (2G)  Década de 1980  1982: Exploración de segunda generación inalámbrica CT-2.  1983: Exploración de tecnología de segunda generación digital GSM (Groupe Spécial Mobile, luego Global System for Mobile Communications).  1985: Exploración de tecnologías inalámbricas PBX (Private Branch eXchange) y DECT (Digital Enhanced Cordless Telephone).  1988: Inicio del desarrollo de GSM.  1988: Inicio de D-AMPS (Digital AMPS), denominado como IS-54 (luego también IS-136), especificado como ANSI/TIA/EIA-627. Popularmente conocido como TDMA.  1988: Exploración de tecnología CDMA (Qualcomm).
  9. 9. Sistemas Digitales (2G)  Década de 1990  1991: Lanzamiento de GSM, Europa.  1993: Lanzamientos de PHS (Personal Handy-phone System, China) y DCS 1800 (Digital Communication System 1800) (variante de GSM de 900 a 1800 MHz).  1993: Lanzamiento de PDC (Personal Digital Cellular), Japón.  1993: Inicio del estándar IS-95 (CDMA), USA.  1995: Remate de la banda PCS (Personal Communication System) por la FCC (Federal Communication Committee), USA  1995: Finalización de PACS (Personal Advanced Communication System), USA.
  10. 10. Comparación de Sistemas Digitales (2G) Sistema de telefonía digital de 2° Generación Características GSM IS-54 JDC IS-95 Región Europa/Asia U.S.A. Japón U.S.A./Asia Método de acceso TDMA/FDD TDMA/FDD TDMA/FDD CDMA/FDD Esquema de modulación GMSK π/4-DQPSK π/4-DQPSK SQPSK/QPSK Banda de frecuencia (MHz) 935-960 890-915 869-894 / 824-849 1477-1489 / 1429- 1441 1501-1513 / 1453- 1465 810-826 840-856 869-894 824-849 Espacio entre portadora (KHz) 200 30 25 1250 Canales/portadora 8 3 3 Variable Tasa de bit por canal (Kbps) 270.833 48.6 42.0 1228.8 Codificación de voz 13 Kbps (ley A) 8 Kbps (ley µ) 8 Kbps (ley µ) 1-8 Kbps (ley µ) Duración de trama (ms) 4.615 40 20 20
  11. 11. Movilidad y Acceso a Redes de Datos (GPRS/EDGE) -2.5G La incorporación de GPRS (General Packet Radio Services) implementada en redes GSM (especificado en la norma 3GPP TS 23.060), acercó la movilidad del Protocolo de Internet (IP) e Internet en sí al usuario de la telefonía móvil. GPRS introduce dos nodos adicionales, los cuales componen la denominada red de paquetes conmutados o Packet Switched Core Network (PS CN), a través de los cuales la red puede establecer una conexión entre una estación móvil y una red de paquetes o PDN -Packet Data Network- (por ejemplo: Internet) a saber: SGSN y GGSN (a describir más adelante en este documento). Si bien GPRS brindó conectividad a Internet al usuario de telefonía móvil, no resultó ser la solución óptima o final. Se implementa consecuentemente la tecnología EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution), cuyo objetivo fue mejorar la velocidad de transferencia de datos por paquetes.
  12. 12. Tercera Generación (3G) El breve resumen anterior de tecnologías digitales de segunda generación de telefonía móvil (2G), constituían por su variedad e incompatibilidad de metodología de acceso, esquema de modulación, etc., un enorme problema global, especialmente ante la imposibilidad de los operadores de brindar servicio de roaming por fuera del área de cobertura de la red nativa del suscriptor. Ante este panorama, se tornó evidente que la tercera generación de telefonía móvil debía converger hacia un estándar común. Entonces, bajo el amparo de la ITU se crea el IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) como el estándar global para telefonía móvil de tercera generación. IMT-2000 constituye entonces el resultado de la colaboración de diferentes cuerpos y apunta a la provisión de acceso de servicios de telecomunicaciones utilizando enlaces de radio, incluyendo redes terrestres y satelitales. De IMT-2000 sobrevienen los estándares 3GPP (Third Generation Partnership Project) y 3GPP2 (Third Generation Partnership Project 2).
  13. 13. Tercera Generación (3G) Las especificaciones 3GPP nacen en 1998 de la convergencia técnica de grupos de colaboración de diferentes regiones o socios organizacionales,:  ETSI (European Telecommunications Standards Institute) de Europa: www.etsi.org  ARIB (Association of Radio Industries and Business) de Japón: www.arib.org.jp  CCSA (China Communications Standards Association) de China: www.ccsa.org.cn  T1 Committee de los Estados Unidos de América: www.t1.org  TTA (Telecommunications Technology Association) de Corea del Sur: www.tta.or.kr  TTC (Telecommunications Technology Committee) de Japón: www.ttc.or.jp
  14. 14. 3GPP constituye entonces un conjunto de especificaciones y reportes técnicos (TS - Technical Specifications; TR - Technical Reports) para el sistema 3G de telefonía móvil basado en el sistema digital 2G dominante a nivel mundial a la fecha, es decir, GSM. Así como 3GPP asciende a modo de evolución de las especificaciones propias del sistema GSM hacia un sistema de telefonía celular de tercera generación, 3GPP2 surge de forma de evolucionar las redes de acceso de radio americanas y asiáticas basadas en los estándares ANSI/TIA/EIA-41 y cdma2000 hacia un sistema 3G. Los socios organizacionales de 3GPP2 son los mismos de 3GPP, más la TIA (Telecommunications Industry Association). Aparte de los socios organizacionales anteriormente mencionados, se despliegan socios representativos del 3GPP y 3GPP2, de modo de converger necesidades de diferentes mercados. Estos socios incluyen el UMTS Forum, 3G Americas, GSM Association (GSMA), el TD-SCDMA Forum, IPv6, entre otros. La evolución de los sistemas de telefonía móvil de acuerdo a los estándares 3GPP se denomina Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles o UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Tercera Generación (3G)
  15. 15. Convergencia a todo IP: Cuarta Generación (4G) La constante evolución tecnológica y la convergencia de los servicios de telecomunicaciones han desplazado la telefonía móvil hacia el modelo conocido como LTE (Long Term Evolution) LTE-Advanced. Especificada a partir del Release 8 de 3GPP, LTE ha sido diseñado para una arquitectura enteramente basada en paquetes de datos, de modo de brindar conectividad totalmente IP a los equipos de usuario móvil o UE (User Equipment) y la red de paquetes de datos o PDN (Packet Data Network), sin interrupción posible sobre las aplicaciones del usuario por su movilidad, de modo de acceder a servicios como el de voz sobre IP (por ejemplo, vía los populares servicios de Skype, WhatsApp, Viber, etc.), descargar un archivo vía FTP, acceder a una página web vía HTTP, etc.
  16. 16. Convergencia a todo IP: Cuarta Generación (4G) Al igual que con lo sucedido con el advenimiento de UMTS, con el fin de proveer mayor velocidad de transmisión de datos, LTE constituye en primer lugar una evolución importante en la red de acceso radioeléctrico, la cual comprende una afinación de las técnicas de acceso y modulación empleadas. También dicha evolución abarca propiedades envueltas bajo el concepto de evolución arquitectónica del sistema o SAE (System Architecture Evolution), el cual comprende la red de paquetes evolucionada o EPC (Evolved Packet Core), totalmente basada en el protocolo IP. Conjuntamente, LTE y SAE comprenden el sistema evolucionado de paquetes o EPS (Evolved Packet System)
  17. 17. Evolución Telefonía Móvil 1G-2G-3G-4G Analógico Digital Digital Banda Ancha Digital Banda Ancha Multimedia (9,6-14,4 Kbps) 384 Kbps-2 Mbps 100 Mbps- 1 Gbps AMPS (E)(J)TACS NMT-450 TZ-80x GSM DAMPS PDC JDC cdmaOne 1979… UMTS cdma2000 LTE LTE-A 1990… 2000… 2011…
  18. 18. Evolución Telefonía Móvil Digital 2G-3G-4G
  19. 19.  Fundamentos de Telefonía Móvil Celular  Historia.  Conceptos generales: celda, reúso de frecuencias, interferencia, traspaso, sectorización.  Trunking, grado de servicio, tráfico (Erlang B y C), sectorización, esquemas de codificación y modulación.  Técnicas de acceso múltiple.  Telefonía Móvil Celular Digital de 2° Generación: GSM  Telefonía Móvil Celular Digital de 3° Generación: UMTS  Telefonía Móvil Celular Digital de 4° Generación: LTE/LTE-Advanced
  20. 20. Características Generales  Extensión del servicio de telefonía convencional fija a abonados móviles.  No es posible su conexión permanente a una central de conmutación.  Requiere enlaces radioeléctricos.  Primeros diseños:  Amplia área de cobertura usando una antena elevada transmitiendo a alta potencia:  Gran cobertura  Baja capacidad  Ineficiencia espectral Cualquier intento de reutilizar frecuencias resultaba en interferencia…
  21. 21. Características Generales  Gran capacidad de abonados;  Calidad telefónica similar al servicio telefónico convencional;  Utilización eficaz del espectro de radiofrecuencia;  Gran movilidad;  Conmutación automática de canales;  Capacidad de expansión;  Poder constituir una red de comunicaciones completa en sí misma; El sistema de telefonía celular móvil debe cumplir con los siguientes objetivos generales:
  22. 22. Características Generales  Redistribución geográfica ⇒ reúso de frecuencias;  Movilidad;  Redistribución del método de cobertura (“Cell Splitting”);  Traspaso (“Handoff” o “Handover”);  Itinerancia o Roaming;  Mayor complejidad. Las principales diferencias del sistema de telefonía celular comparado con otros sistemas de difusión de señales de radiofrecuencia (TV, radio, WLAN, etc.), comprenden las siguientes:
  23. 23. El concepto “celular”  Reemplaza la antena transmisora de alta potencia para amplia cobertura por muchas estaciones transmisoras de baja potencia (radiobases), cada una proveyendo el servicio a una pequeña porción (célula o celda) dentro del área total de cobertura.  A cada radiobase se le asigna una porción del total de canales disponibles en el sistema ⇒ diferentes grupos de canales son asignados a radiobases vecinas de modo que la interferencia en el enlace causada por transmisión desde radiobases vecinas es minimizada.  El total de canales son asignados a un número relativamente pequeño de radiobases vecinas. Este conjunto de celdas que agrupan la totalidad de los canales del sistema se denomina “clúster”. Acumulando varios clústeres es como se alcanza la cobertura total del sistema celular.
  24. 24. El concepto “celular”  Mediante el sistemático espaciado de radiobases y sus grupos de canales, los canales disponibles son distribuidos a través de la región geográfica de cobertura y pueden reutilizarse cuantas veces sea posible, de manera de mantener la interferencia co-canal debajo de límites aceptables.  La forma hexagonal de la celda es un modelo conceptual y simplista del radio de cobertura de cada radiobase.  Aceptando que el área de cobertura real tiene una naturaleza amorfa, una forma regular es necesaria para un diseño sistemático del sistema y adaptabilidad para crecimiento futuro. Forma amorfa real del radio de cobertura de las distintas radiobases.
  25. 25. El concepto “celular” Formas reales de las celdas: (Eberspächer et al., 2009)
  26. 26. El concepto “celular”  Mientras parece natural elegir un círculo para representar el área de cobertura de una estación radiobase, surge el inconveniente que círculos adyacentes no pueden montarse en un mapa sin dejar espacios descubiertos o regiones de solapamiento.  Se necesita entonces considerar formas geométricas que cubran un área completa sin solapamiento y de áreas iguales: Triángulo Cuadrado Hexágono
  27. 27. El concepto “celular”  Para una distancia dada entre el centro del polígono y sus puntos perimétricos más distantes, el hexágono tiene la mayor área ⇒ usando geometría hexagonal se puede cubrir una región geográfica utilizando la menor cantidad de celdas posible.  El hexágono además aproxima un patrón de radiación circular similar al dado para una antena omnidireccional o, aproxima el contorno circular de igual potencia de señal recibida cuando la transmisión es isotrópica en el plano horizontal.
  28. 28. El concepto “celular”  Los transreceptores de las radiobases son colocados en el centro de la celda cuando se usan antenas omnidireccionales (típico de ambientes rurales) … … o en tres de los seis vértices de la celda cuando se usan antenas direccionales (típico zonas urbanas densamente pobladas). Consideraciones prácticas llevan a que las antenas de las radiobases se posicionen dentro de un rango de un cuarto de radio separadas de su ubicación ideal o teórica.
  29. 29. El concepto “celular” Clasificación de celdas según el tipo de cobertura Satélite, Itinerancia (roaming) Red Pública Terrestre de Telefonía Móvil Public Land Mobile Network (PLMN)
  30. 30. Reúso de Frecuencias  Considerar un sistema celular con un total de S canales dúplex disponibles.  Si a cada celda se le asignan un grupo de k canales (k < S), y si los S canales están distribuidos en N celdas en grupos de canales únicos y disjuntos, cada celda con el mismo número de canales ⇒ S = k . N  Las N celdas que colectivamente utilizan el set completo de canales de radiofrecuencia es denominado clúster.  Si un clúster es replicado M veces dentro del sistema de cobertura total, el número total de canales dúplex C, puede usarse como una medida de la capacidad del sistema y está dada por: C = M . k . N = M . S
  31. 31. Reúso de Frecuencias  El factor N se denomina tamaño de clúster.  Manteniendo área de celda constante, a menor valor de N ⇒ mayor valor de M para cubrir la misma área ⇒ mayor capacidad C  Clúster más grande ⇒ menor relación entre radio de celda y distancia entre celdas co-canal ⇒ menor capacidad & menor interferencia co-canal.  Clúster más pequeño ⇒ celdas co-canal más cercanas ⇒ mayor interferencia co-canal & mayor capacidad. ⇒ El valor para N es función de cuanta interferencia puede tolerar una estación móvil o un receptor manteniéndose dentro de un margen de calidad de comunicación. ⇒ Diseño: El menor valor posible de N es deseable de modo de maximizar la capacidad para un área de cobertura dada (maximizando C entonces).  Razón de reúso de frecuencia = 1/N, desde que cada clúster es provisto con sólo 1/N del total de canales disponibles en el sistema.
  32. 32. Reúso de Frecuencias Definición de enlaces Estación base Estación móvil Downlink (Forward link) Uplink (Reverse link) 890 Uplink Downlink 915 935 960 MHz Localización del espectro: Ejemplo, GSM 900: 2 bandas de 25 MHz cada una: 124 portadoras 124 portadoras
  33. 33. Reúso de Frecuencias Problema:  Número finito de canales de comunicación. BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS 124 canales (uplink) + 124 canales (downlink) Solución:  Reúso de frecuencias.  Celdas adyacentes tienen conjuntos de frecuencias disjuntos. BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS Canales 1-17 BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS Canales 1-17 BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS Canales 1-17 Canales 18-35 Canales 36-53 Canales 54-72 Canales 73-90 Canales 91- 106 Canales 107- 124 Canales 18-35 Canales 36-53 Canales 54-72 Canales 73-90 Canales 91- 106 Canales 107- 124 Canales 1-17 Canales 18-35 Canales 36-53 Canales 54-72 Canales 73-90 Canales 91- 106 Canales 107- 124 Canales 18-35 Canales 36-53 Canales 54-72 Canales 73-90 Canales 91- 106 Canales 107- 124
  34. 34. Reúso de Frecuencias En la figura tenemos N = 7; 𝑣1 = 𝑣2 = 𝑅 3 Área del hexágono = 𝑣1 × 𝑣2 = 3𝑅2 sen 60° El desplazamiento entre dos celdas usando las mismas frecuencias puede ser expresado como una combinación lineal de los vectores de reúso. Dado que las regiones tienen la misma periodicidad transicional que el paralelogramo definido por 𝑈1 y 𝑈2 , el área de la región está dada por: 𝑈1 × 𝑈2 𝑈1 = 𝑗1 𝑣1 + 𝑖2 𝑣2 𝑈2 = 𝑗2 𝑣1 + 𝑖2 𝑣2 ⇒ 𝑈1 × 𝑈2 = 𝑗1 𝑖2 − 𝑗2 𝑖1 𝑣1 × 𝑣2 ⇒𝑁 = 𝑗1 𝑖2 − 𝑗2 𝑖1 Esta área también viene dada por N veces el área de una celda individual:
  35. 35. Reúso de Frecuencias Para un arreglo simétrico de las celdas co-canal, algunas elecciones de los enteros 𝑖1,2 y 𝑗1,2 resultarán en que los vectores 𝑈1 y 𝑈2 serán iguales en magnitud y el ángulo entre ellos será de 60°. Esto resultará en un arreglo simétrico de las celdas co-canal, uniéndolas alrededor de un círculo cuyo centro es cualquier celda de referencia. Para patrones de reúso simétricos, sólo ciertos valores de N son posibles. Para hallar estos valores, los coeficientes 𝑖2 y 𝑗2 son expresados en términos de 𝑖1 y 𝑗1 al proponer que 𝑈1 y 𝑈2 tengan magnitudes iguales, estando 𝑈2 rotado 60° en sentido contra reloj respecto de 𝑈1 . Esto se logra con 𝑣2 rotado 60° respecto de 𝑣1 y que el vector 𝑣2 − 𝑣1 tenga la misma longitud que 𝑣1 y 𝑣2, y esté rotado 60° respecto de 𝑣2. 𝑈1 = 𝑗1 𝑣2 + 𝑖1 𝑣2 − 𝑣1 = −𝑖1 𝑣1 + (𝑖1 + 𝑗1) 𝑣2 Dado que 𝑈1 = 𝑗1 𝑣1 + 𝑖2 𝑣2 𝑦 𝑈2 = 𝑗2 𝑣1 + 𝑖2 𝑣2 ⇒ 𝑖2 = 𝑖1 𝑦 𝑗2 = 𝑖1 + 𝑗1 De esta forma, se puede expresar 𝑈1 de la siguiente manera:
  36. 36. Reúso de Frecuencias Se verifica fácilmente que 𝑈1 es igual a 𝑈2 y el ángulo entre ellos es de 60°. Sustituyendo estas expresiones para los coeficientes 𝑖2 y 𝑗2 en la ecuación 𝑁 = 𝑗1 𝑖2 − 𝑗2 𝑖1 tenemos para 𝑖 = 𝑖1 y 𝑗 = 𝑗1: 𝑵 = 𝒊 𝟐 + 𝒊. 𝒋 + 𝒋 𝟐 Sustituyendo valores enteros para 𝑖 y 𝑗 en esta ecuación, nos dan los valores de N para los que las celdas co-canal se ubican simétricamente en círculos alrededor de una celda de referencia. Estos valores de N son entonces: 1, 3, 4, 7, 9, 12, 13, 16, 19, 21, etc.
  37. 37. Reúso de Frecuencias Para hallar las celdas vecinas co-canal más próximas de una celda particular se deben seguir los siguientes pasos: 1) Moverse i celdas a lo largo de cualquier cadena de hexágonos. 2) Girar 60° en sentido antihorario y moverse j celdas (en la figura: i=3; j=2; N=19)
  38. 38. Reúso de Frecuencias  Definiendo 𝐷 = 𝑈1 = 𝑈2 , el área de un clúster puede ser expresada en términos de 𝐷 a través de 𝑈1 × 𝑈2 = 𝐷2 sen 60° , mientras que el área de una celda es 𝑣1 × 𝑣2 = 3𝑅2 sen 60° .  Dado que el área de un clúster en N veces el área de una celda: 𝑁 = 𝑈1 × 𝑈2 𝑣1 × 𝑣2 = 1 3 𝐷 𝑅 2  La relación entre el radio de cobertura de la celda 𝑅 y la distancia 𝐷 a una celda co-canal, queda expresada entonces en función del tamaño de clúster según: 𝐷 𝑅 = 3𝑁
  39. 39. Interferencia & Capacidad del Sistema  Interferencia: factor limitante de los sistemas celulares de radio.  Interferencia:  En canales de voz ⇒ Cross-Talk (superposición del habla).  En canales de control ⇒ llamadas bloqueadas o perdidas debido a errores en la señalización digital.  Fuentes de interferencia:  Otra estación móvil en la misma celda;  Llamada en progreso en celda vecina;  Radiobases operando en la misma banda de frecuencia;  Otro sistema no-celular inadvertidamente derramando energía en la banda de frecuencia celular.
  40. 40. Interferencia & Capacidad del Sistema  Los dos tipos de interferencia mayores generadas por el mismo sistema celular son:  Interferencia co-canal;  Interferencia de canal adyacente.  Interferencia → difícil de controlar:  Efectos de la propagación aleatoria.  Interferencia de usuarios fuera de banda por sobrecarga de equipamiento y productos intermitentes y de intermodulación.  Interferencia entre sistemas competidores (radiobases de empresas competidoras ubicadas muy próximas de modo de tener coberturas comparables).
  41. 41. Interferencia co-canal  Celdas co-canal ⇒ celdas dentro de un área total que utilizan el mismo set de frecuencias:  Interferencia co-canal:  Interferencia entre señales de celdas co-canal.  Solución para combatir ruido térmico:  Aumentar relación S/N (aumentando potencia de portadora)  En sistemas celulares esto no sirve para combatir la interferencia co-canal.  Solución dada por el diseño geométrico:  Separación de celdas co-canal deben estar dadas por una distancia mayor a una mínima para proveer una relación señal a interferencia (S/I) suficiente para mantener una calidad de comunicación aceptable.
  42. 42. Interferencia co-canal  Hipótesis: • Áreas de celdas aproximadamente iguales • Radiobases transmitiendo con igual potencia ⇒ Interferencia co-canal independiente de la potencia transmitida y se vuelve función del radio de la celda 𝑅 y de la distancia entre centros de celdas co-canal más próximas ( 𝐷). Hipótesis:  Aumentando 𝐷 𝑅⇒  Parámetro 𝑄 = razón de reúso co-canal: 𝑄 = 𝐷 𝑅 = 3𝑁 Aumenta separación espacial entre celdas co-canal relativa a la distancia de cobertura de cada celda. Interferencia reducida por aislación aumentada de energía de RF desde la celda co-canal.
  43. 43. Interferencia co-canal  Ejercicio: Para un tamaño de clúster N = 7, y radio de celda R = 3 Km., calcular la distancia de reúso: 𝐷 = 𝑅 3𝑁= R.Q ⇒ 𝐷 = 3 3.7 ⇒ 𝐷 = 13,748 Km Para un tamaño de clúster de N = 7, la mínima distancia a la cual se puede reusarla frecuencia es aproximadamente Q = 4,6 veces el radio de la celda R.
  44. 44. Interferencia co-canal  Q menor ⇒ tamaño de clúster N pequeño ⇒ Capacidad mayor.  Q mayor ⇒ interferencia co-canal reducida ⇒ Mejor Calidad de transmisión.  Compromiso de diseño entre ambos objetivos: capacidad vs. calidad de transmisión.
  45. 45. Interferencia co-canal Considerando 𝑖0 el número de celdas interferentes ⇒ Relación Señal a Interferencia ( 𝑆 𝐼) para un receptor móvil dada por: 𝑺 𝑰 = 𝑺 𝒊=𝟏 𝒊 𝟎 𝑰𝒊 donde: 𝑆 = potencia de señal deseada desde la radiobase de interés. 𝐼𝑖=potencia interferente causada por la radiobase de la iésima celda interferente.  La potencia recibida 𝑃𝑟 a una distancia 𝑑 de la antena transmisora se aproxima por: 𝑷 𝒓 = 𝑷 𝟎 𝒅 𝒅 𝟎 −𝒏 ↔ 𝑷 𝒓 𝒅𝑩𝒎 = 𝑷 𝟎 𝒅𝑩𝒎 − 𝟏𝟎𝒏 𝐥𝐨𝐠 𝒅 𝒅 𝟎 donde: 𝑃0 = potencia recibida en un punto de referencia a una distancia 𝑑0 de la antena transmisora. 𝑛=coeficiente de pérdida de propagación o índice de rango.
  46. 46. Interferencia co-canal  Considerar un enlace downlink (radiobase → móvil) donde la interferencia es debida a radiobases co-canal . → si 𝐷𝑖 es la distancia al móvil del iésimo interferente, la potencia recibida en un móvil dado debida al iésimo interferente será proporcional a 𝐷𝑖 −𝑛 :  Si la potencia transmitida de cada radiobase es igual y el coeficiente de pérdida es el mismo para toda la región de cobertura, la razón 𝑆 𝐼 para un móvil puede aproximarse por: 𝑺 𝑰 = 𝑹−𝒏 𝒊=𝟏 𝒊 𝟎 𝑫𝒊 −𝒏  Considerando sólo el grupo de celdas interferentes más cercanas (𝑖0 = 6), si todas son equidistantes de la radiobase en cuestión, considerando distancia entre 𝐷 entre centros de celdas vecinas, entonces, 𝑺 𝑰 = 𝑫 𝑹 𝒏 𝟔 = 𝟑𝑵 𝒏 𝟔 = 𝑸 𝒏 𝟔
  47. 47. Interferencia co-canal  Ejemplo para sistema analógico AMPS:  Canales FM de 30 KHz;  Exigencia mínima de calidad en enlace de señal de voz (FM): 𝑆 𝐼 ≥ 18 𝑑𝐵 ⇒ 𝑆 𝐼 = 3𝑁 𝑛 6 ≥ 18 𝑑𝐵 ⇒ 𝑁 = 6,49 (𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑛 = 4) ⇒ 𝑵 = 𝟕 , requisito mínimo para cumplir con el requerimiento de calidad del enlace de radiofrecuencia en FM (ejemplo obsoleto en cuanto al uso de FM en telefonía móvil celular, pero aún conceptualmente válido).
  48. 48. Interferencia co-canal  Para un arreglo geométrico exacto, puede demostrarse, para un clúster con 𝑁 = 7, con el móvil ubicado en el límite de la celda ⇒ el móvil está a una distancia 𝐷 − 𝑅 de las 2 celdas co-canal más cercanas, y exactamente 𝐷 + 𝑅 2 , 𝐷, 𝐷 − 𝑅 2, y 𝐷 + 𝑅 de las otras celdas interferentes en el primer lazo de celdas:
  49. 49. Interferencia co-canal  De acuerdo a la figura anterior entonces, asumiendo 𝑛 = 4, la razón 𝑆 𝐼 para el peor caso puede aproximarse por: 𝑆 𝐼 = 𝑅−4 2 𝐷 − 𝑅 −4 + 2 𝐷 + 𝑅 −4 + 2𝐷−4  Expresando este resultado en función del factor de reúso 𝑄, la razón 𝑆 𝐼 para el peor caso queda entonces, 𝑆 𝐼 = 1 2 𝑄 − 1 −4 + 2 𝑄 + 1 −4 + 2𝑄−4
  50. 50. Interferencia co-canal  Para 𝑁 = 7 ⇒ 𝑄 = 4,6 ⇒ la razón 𝑆 𝐼 𝑝𝑒𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑠𝑜 ≈ 17 𝑑𝐵 ≤ 18𝑑𝐵:  Para 𝑁 = 7 ⇒ 𝑆 𝐼 está por debajo del requerimiento de calidad mínimo para el peor caso posible ⇒ Se necesita entonces aumentar 𝑁 al tamaño mayor siguiente, o sea, 𝑁 = 12 (𝑖 = 𝑗 = 2) (no se consideran valores nulos de los coeficientes) ⇒Disminución de capacidad, desde que un patrón de reúso de 12 celdas ofrece una utilización espectral de 1/12 por celda, mientras que para con un patrón de reúso de 7 celdas se tiene una utilización espectral de 1/7 por celda. En la práctica una reducción de 7/12 de capacidad puede no ser tolerable para acomodar el sistema para una situación de peor caso que rara vez se da.  Conclusiones: La interferencia co-canal determina la performance del enlace, lo que termina dictando el plan de reúso de frecuencia y la capacidad del sistema celular.
  51. 51. Interferencia co-canal  Ejercicio: Comparar la interferencia provocada por el primer lazo de celdas co-canal (𝑖0 = 6) con la interferencia provocada por los dos primeros lazos de celdas co-canal (𝑖0 = 12). Considerar 𝑛 = 4.
  52. 52. Interferencia co-canal  Solución:  Del primer lazo 𝑆 𝐼 = 𝑆 𝑖=1 6 𝐼 𝑖 = 𝐷 𝑅 4 6 = 𝑄1 4 6  Para los dos primeros lazos: 𝑆 𝐼 = 𝑆 𝑖=1 6 𝐼1 𝑖 +𝐼2 𝑖 = 1 6 𝑄1 −4 +𝑄2 −4 Para 𝑁 = 7 ⇒ 𝑸 𝟏 = 𝟒, 𝟔; para el segundo lazo 𝑄1 = 𝐷2 𝑅 ≈ 2𝐷1 𝑅 = 2𝑄1⇒ 𝑸 𝟐 = 𝟗, 2; ⇒ 𝑆 𝐼 1°𝑙𝑎𝑧𝑜 = 18,72 𝑑𝐵 𝑆 𝐼 2°𝑙𝑎𝑧𝑜 = 18,46 𝑑𝐵  Conclusión: la interferencia causada por las seis celdas interferentes del segundo lazo es despreciable.
  53. 53. Interferencia del canal adyacente  La interferencia de canal adyacente es aquella que resulta de señales de frecuencias adyacentes a la señal deseada.  Resulta del filtrado imperfecto en recepción, lo que permite a señales con frecuencias cercanas “derramarse” en el ancho de banda deseado.  Se vuelve particularmente problemático cuando surge el efecto “near-far” o cercano-lejano, cuando un móvil cercano a una radiobase transmite en un canal adyacente a otro que está siendo usado por un móvil lejano ⇒ la radiobase puede tener problemas para discriminar el usuario deseado del “derrame” causado por el móvil cercano de canal adyacente.
  54. 54. Interferencia del canal adyacente  Lo mismo ocurre con dos móviles con canales adyacentes, pero ambos lejanos a la radiobase. Las señales transmitidas por ambos pueden derramarse con alta potencia en ambos receptores, que interferirán con las señales deseadas transmitidas por la radiobase, las cuales arriban con débil potencia debido al largo camino de propagación.  La interferencia de canal adyacente puede minimizarse mediante buen filtrado y una adecuada estrategia de asignación de canales.
  55. 55. Interferencia del canal adyacente  Entonces, en vez de asignar a cada celda en particular, canales que forman una banda contigua de frecuencias, los canales se asignan de modo que la separación espectral entre canales en una determinada celda es maximizada.  Esto se logra asignando canales adyacentes en la banda de frecuencia a diferentes celdas en forma sucesiva ⇒ lo ideal es entonces separar N anchos de banda los canales adyacentes en una determinada celda, donde N es el tamaño de clúster.  Incluso algunos esquemas evitan asignar canales adyacentes entre celdas vecinas.  De esto se evidencia que cuanto mayor N ⇒ menor interferencia de canal adyacente.
  56. 56. Interferencia del canal adyacente  Ejemplo (interferencia de canal adyacente y efecto “near-far”):  Considerar un móvil cercano a la radiobase en una relación 20:1 respecto a otro móvil lejano, que además derrama energía por fuera de su ancho de banda.  La razón 𝑆 𝐼 en la radiobase para el móvil lejano (previo filtrado) es aproximadamente: 𝑆 𝐼 = 20 −𝑛  Para un índice de rango de 𝑛 = 4, esto es igual a –52 dB.  Si el filtro de FI en la BS tiene una pendiente de 20 dB/octava, entonces el canal interferente más próximo debe estar separado al menos seis veces el ancho de banda pasabanda de la frecuencia central pasabanda del receptor para lograr una atenuación de 52 dB.
  57. 57. Interferencia del canal adyacente  Una separación de seis anchos de banda es necesaria para filtros típicos para proveer una razón 𝑆 𝐼 de 0 dB para un usuario cercano con canal adyacente.  En la práctica, los receptores de las radiobases están precedidos por filtros de parámetro 𝑄 de alto valor para rechazar la interferencia de canal adyacente.
  58. 58. Control de Potencia  Las radiobases controlan permanentemente la potencia transmitida por cada estación móvil.  Para esto existen un canales de control (normalmente uno por cada celda) los cuales transportan mensajes cortos y en ráfagas.  El control de potencia asegura que cada móvil transmita la mínima potencia necesaria para mantener una buena calidad de señal en el enlace, en el sentido móvil-radiobase (“uplink”).  De este modo, no sólo se prolonga la carga en la batería de la estación móvil, sino que además se reduce dramáticamente la razón 𝑆 𝐼 en el sentido inverso.  En los sistemas que utilizan la técnica de acceso CDMA el control de potencia se vuelve un tópico vital, debido a que el efecto near-far impacta en gran forma la performance del sistema.
  59. 59. Traspaso: Handoff / Handover Cuando una estación móvil se desplaza a una nueva celda mientras la llamada está en progreso, el centro de conmutación móvil (MSC/MSCS/MME en GSM/UMTS/LTE) y/o el centro de control de estaciones base (BSC/RNC/eNodeB en GSM/UMTS/LTE) transfiere automáticamente la llamada a un nuevo canal o código de comunicación perteneciente a la nueva estación radiobase (Handoff o Handover).
  60. 60. Traspaso: Handoff / Handover  Los handoffs deben realizarse:  exitosamente;  lo menos frecuentemente posible;  imperceptiblemente para los demás usuarios;  prioritariamente a arribos de solicitud de llamada.  Conociendo el umbral de nivel de señal para calidad de voz aceptable en el enlace (típicamente -90 dBm o –100 dBm en radiobase), se especifica entonces un nivel de señal un poco superior como el umbral para el cual se inicia el handoff.  El margen ∆= 𝑃𝑅−ℎ𝑎𝑛𝑑𝑜𝑓𝑓 − 𝑃𝑅−𝑢𝑚𝑏𝑟𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 de calidad no debe ser ni muy chico ni muy grande:  Δ muy grande ⇒ocurrencia de handoffs innecesarios.  Δ muy chico ⇒puede ser insuficiente el tiempo para completar el handoff antes de que se pierda la llamada por débil recepción.
  61. 61. Traspaso: Handoff / Handover
  62. 62. Caso de handoff fallido Caso de handoff exitoso
  63. 63. Traspaso: Handoff / Handover  La entidad controladora puede además fracasar en el traspaso por:  sobrecarga computacional que deriva en retardo (usualmente debido a alto tráfico).  ausencia de canales libres en la celda a la cual se transfiere la llamada. Otros parámetros a controlar:  Fluctuaciones rápidas de señal por desvanecimientos pueden provocar handoffs innecesarios:  Se monitorea la señal durante un intervalo de tiempo para prevenir esta situación.  Velocidad del móvil:  A alta velocidad el handoff debe ser rápido (se monitorea controlando la pendiente de la pérdida de potencia promedio).
  64. 64. Traspaso: Handoff / Handover Tipos de Handoff:  Handoff intra-celda: • Interferencia de banda angosta ⇒cambio de frecuencia portadora • Controlado por la estación controlador de radiobases BSC/RNC, controlada a su vez por el MSC(S).  Handoff inter-celda, intra-BSC/RNC: • Escenario típico • La BSC/RNC controla el handoff, asigna canal nuevo en la nueva celda, libera canal viejo en la celda vieja.  Handoff inter-BSC, intra-MSC: • Handoff entre celdas controladas por diferentes BSC/RNC. • Controlado por el MSC(S).  Handoff inter-MSC: • Handoff entre celdas pertenecientes a diferentes MSC(S). • Controlado por ambos MSC(S). • Debe tenerse en cuenta ciertos escenarios:  Una llamada local puede transformarse en larga-distancia.  Debe existir compatibilidad entre los sistemas de ambas MSC(S).
  65. 65. Traspaso: Handoff / Handover Soft Handoff:  Utilizados en sistemas basados en técnica de acceso CDMA (IS-95, cdma2000, UMTS o WCDMA -3G-)  Las comunicaciones entre radiobase y estación móvil se establecen a través de dos canales distintos desde las radiobases de las celdas contiguas en cuestión. Las señales de ambos canales son recibidas en la estación móvil, debiendo el receptor generar el código respectivo para cada señal.  De este modo una nueva conexión es establecida antes de que la conexión en curso sea cortada al moverse un usuario de una celda a otra, por lo que la breve interrupción que existe durante un handoff en los otros sistemas no sucede en sistemas de acceso CDMA.
  66. 66.  Fundamentos de Telefonía Móvil Celular  Historia.  Conceptos generales: celda, reúso de frecuencias, interferencia, traspaso, sectorización.  Trunking, grado de servicio, tráfico (Erlang B y C), sectorización, esquemas de codificación y modulación.  Técnicas de acceso múltiple.  Telefonía Móvil Celular Digital de 2° Generación: GSM  Telefonía Móvil Celular Digital de 3° Generación: UMTS  Telefonía Móvil Celular Digital de 4° Generación: LTE/LTE-Advanced
  67. 67. Trunking y Grado de Servicio  El concepto de «Trunking» en un sistema de radio celular refiere a la posibilidad que tienen un alto número de usuarios de compartir el número relativamente pequeño de canales de radio disponibles en una celda al proveer acceso a cada usuario, a demanda, de un conjunto de canales disponibles.  En un sistema de radio troncal, los canales son asignados a demanda; al terminar la llamada, el canal asignado a un determinado usuario es liberado y retorna al estado de canales disponibles.  El sistema troncal explota el comportamiento estadístico de los usuarios, de modo de acomodar una comunidad aleatoria grande de usuarios a un número fijo de canales.
  68. 68. Trunking y Grado de Servicio  Existe un compromiso entre el número de canales disponibles y la factibilidad de no hallar canales disponibles durante las horas pico para asignar a un usuario que demande el uso de una troncal para establecer una llamada.  Cuando un usuario particular solicita el servicio de llamada al sistema y todos los canales de radio están en uso, el usuario es bloqueado, o se le niega el acceso al sistema.  En algunos sistemas, se utiliza una cola para retener a aquellos usuarios demandantes, hasta que un canal queda disponible.
  69. 69. Trunking y Grado de Servicio Parámetros del Sistema Troncal  Tiempo de establecimiento (Setup Time): Tiempo requerido para asignar un canal de radio a un usuario determinado.  Llamada bloqueada/perdida: Llamada que no puede completarse durante el tiempo de establecimiento debido a congestión.  Tiempo de Holding: Duración promedio de una llamada típica. Denotada mediante H (en segundos o minutos).  Intensidad de Tráfico: Medida del uso temporal de un canal, la cual es la ocupación de canal promedio medida en Erlangs. Denotada mediante A.
  70. 70. Trunking y Grado de Servicio Parámetros del Sistema Troncal  Erlang: Cantidad adimensional usada para medir el tiempo de uso de uno o múltiples canales. Un Erlang representa la intensidad de tráfico transportado por un canal que está completamente ocupado. Por ejemplo, un canal de radio que está ocupado 30 minutos durante una hora, carga un tráfico de 0.5 Erlangs.  Carga (Load): Intensidad de tráfico (medido en Erlangs) a lo largo del sistema troncal completo.
  71. 71. Trunking y Grado de Servicio Parámetros del Sistema Troncal  Grado de Servicio GOS (Grade of Service): Una medida de la congestión, la cual es especificada como:  La probabilidad de que una llamada sea bloqueada (modelo Erlang B);  La probabilidad de que una llamada sea puesta en espera más allá de un cierto intervalo de tiempo (modelo Erlang C).  Tasa de llamadas (Request Rate): Cantidad promedio de llamadas solicitadas por unidad de tiempo. Denotada mediante λ.
  72. 72. Tráfico  La intensidad de tráfico ofrecida por cada usuario es igual al producto de tasa de llamadas por el tiempo de holding. Esto es, cada usuario genera una intensidad de tráfico A (Erlangs) dada por: 𝐴=λ.H  Para un sistema que contiene U usuarios y una cantidad de canales no especificada, la intensidad de tráfico total ofrecida AT, está dada como: 𝐴 𝑇=U.A  Más aún, en un sistema troncal de C canales, si el tráfico es igualmente distribuido a través de dichos canales, la intensidad de tráfico por canal entonces, está dada por: 𝐴 𝐶= U.A 𝐶
  73. 73. Tráfico  Es importante notar que el tráfico ofrecido no es necesariamente el tráfico que es transportado por el sistema troncal. Cuando el tráfico ofrecido excede la máxima capacidad del sistema, el tráfico transportado se torna limitado por esta limitación (i.e.: número finito de canales).  El máximo tráfico transportado posible es el número total de canales, C, en Erlangs. Por ejemplo, para un GOS de 2% de probabilidad de bloqueo, esto implica que las locaciones para ambientes celulares son designadas de forma de que 2 de cada 100 llamadas estarán bloqueadas durante las horas pico debido a la ocupación de los canales.  Las dos clases preponderantes en cuanto a sistemas de radio troncales son las denominadas «llamada perdida eliminada» o LCC (Lost Call Cleared) y «llamada perdida demorada» o LCD (Lost Call Delayed).
  74. 74. Tráfico  En los sistemas LCC no se provee una cola de llamada en espera para solicitud de llamada entrante.  Cuando un usuario solicita el servicio, existe un tiempo de establecimiento mínimo (Setup time) y si hay un canal disponible se le da acceso al servicio en forma inmediata.  Si todos los canales están ocupados, la llamada es bloqueada, no permitiendo el acceso al sistema. El usuario no accede al servicio, quedando libre para intentarlo más tarde.  Se asume que el arribo de llamadas obedece a una distribución de probabilidad de Poisson, asumiendo también que existe una cantidad casi infinita de usuarios.  La fórmula Erlang B describe el grado de servicio (GOS) como la probabilidad de que una llamada de un usuario arbitrario sea bloqueada en un sistema LCC.  El tiempo entre llamadas sucesivas de un usuario bloqueado es un proceso aleatorio y se asume que obedece a una distribución de probabilidad de Poisson.  Este modelo es adecuado para un sistema amplio con muchos canales y muchos usuarios con patrones de llamada similares.
  75. 75. Tráfico: Modelo Erlang B El modelo Erlang B se basa en las siguientes suposiciones básicas:  Las solicitudes de llamada son inmemoriales ⇒ todos los usuarios (incluyendo los bloqueados), pueden solicitar un canal en cualquier momento.  Todos los canales libres están completamente disponibles para proveer servicio de llamada hasta que todos los canales se encuentran ocupados.  La probabilidad de ocupación de un canal obedece a una distribución de probabilidad exponencial ⇒ llamadas largas tienen menor probabilidad de ocurrencia.  Existe un número limitado de canales en el conjunto troncal.  Las solicitudes de tráfico obedecen a una distribución de probabilidad de Poisson ⇒ tiempos de arribo entre llamadas exponencialmente distribuidos.  Los tiempos de arribo entre llamadas son independientes unos de otros.  La probabilidad de bloqueo está dada por: Pbloqueo = AC C! k=0 C Ak k! = GOS (donde C es el número de canales troncales; A es la carga total ofrecida al sistema troncal)
  76. 76. Modelo Erlang B Tráfico: Modelo Erlang B
  77. 77. Tráfico  En los sistemas LCD se usan colas de espera para retener solicitudes de llamada que inicialmente están bloqueadas. Cuando no existe un canal disponible ante una llamada entrante, la llamada es demorada hasta que un canal quede liberado.  La probabilidad de que una llamada no tenga acceso inmediato a un canal en un sistema LCD está determinada por la fórmula Erlang C.  Para los sistemas LCD, el GOS es medida por la probabilidad de que las llamadas tengan un retraso superior a t segundos.  Se asume que un número casi infinito de usuarios están presentes en el sistema, y que todas las llamadas en la cola son eventualmente atendidas.  El modelo Erlang C también asume un número amplio de canales y usuarios con similares patrones de llamada. Típicamente se considera que cinco o más canales es un número suficientemente largo de canales.
  78. 78. Tráfico: Modelo Erlang C El modelo Erlang B se basa en las siguientes suposiciones básicas:  Considerar un sistema donde C es el número de canales entroncados.  Las suposiciones utilizadas para derivar la fórmula Erlang C son similares a aquellos usados para derivar Erlang B, excepto para la estipulación adicional de que si no puede ser asignado un canal a una llamada entrante, es ubicada en una cola de longitud infinita.  La probabilidad de bloqueo dada por la fórmula Erlang C está dada por•: PC canales ocupados = 𝐴 𝐶 𝐴 𝐶 + C! 1 − 𝐴 𝐶 k=0 C−1 Ak k!  El retardo promedio TD para toda llamada en un sistema de colas viene dado por: 𝑇 𝐷 = PC canales ocupados. 𝐻 𝐶−𝐴 donde el retardo promedio para las llamadas encoladas está dado por 𝐻 𝐶−𝐴 .
  79. 79. Tráfico: Modelo Erlang C
  80. 80. Sectorización  La interferencia co-canal puede reducirse reemplazando la antena omnidireccional en la estación radiobase por antenas direccionales, cada una radiando hacia un sector específico.  De este modo, una celda dada transmitirá y recibirá interferencia sólo de una fracción de las celdas co-canal.  Normalmente la celda se divide en tres o seis sectores utilizando patrones de radiación de 120º y 60º respectivamente.
  81. 81. Sectorización Cuando se sectoriza, los canales utilizados dentro de una celda particular son agrupados en sectores y utilizados sólo en el sector correspondiente. Asumiendo tamaño de clúster 7, para el caso de sectorización de 120º, la cantidad de celdas interferentes en el primer lazo se reduce de seis a dos. Considerar en la figura la interferencia experimentada por un móvil localizado en la celda “5”. De las seis celdas co-canal sólo dos celdas tienen sectores con patrones que irradian hacia la celda central, por lo que un móvil en ésta experimentará interferencia en el enlace directo sólo desde esos sectores.
  82. 82. Sectorización
  83. 83. Sectorización
  84. 84. Sectorización  La mejora considerable de S/I para sectorización de 120º (24,5 dB) implica que la razón S/I mínima requerida de 18 dB puede lograrse fácilmente con un tamaño de clúster de 7 celdas, en vez de el patrón de reúso de 12 celdas necesario para el peor escenario para celdas no sectorizadas ⇒ sectorizar reduce la interferencia, lo que conlleva a un aumento de capacidad por un factor de 12/7, al aumentar el tamaño de clúster de 12 a 7.  En la práctica, la reducción de interferencia ofrecida por la sectorización permite a los diseñadores reducir el tamaño de clúster, proveyendo una mayor libertad en la asignación de canales.  La penalidad que hay que pagar por sectorizar es un aumento de costo por la mayor cantidad de antenas en las radiobases y una disminución de capacidad troncal. También la cantidad de handoffs aumenta. Radiobases modernas permiten a los móviles pasar de un sector a otro dentro de la misma celda sin intervención del MSC, por lo que el handoff no constituye un gran problema.
  85. 85. Sectorización  Desventaja más importante de sectorizar: disminución de capacidad troncal, penalidad que se paga por el aumento de relación S/I obtenido.  Al utilizar más antenas por radiobase, los canales disponibles en la celda deben ser subdivididos y dedicados a antenas especificas ⇒el grupo de canales se fragmenta en subgrupos lo que disminuye la eficiencia troncal (ver tablas Erlang, para una misma GOS y la disminución de canales correspondiente). Ejercicio: Considerar un sistema celular en el cual una llamada promedio dura dos minutos (tiempo de holding, H=2 min.). Asumir una probabilidad de bloqueo (GOS) para un sistema LCC (Erlang B) de 1%. Asumir que cada suscriptor realiza una llamada por hora en promedio. Considerar asignados 395 canales de tráfico para un sistema de reúso de 7 celdas. Comparar la capacidad troncal de este sistema utilizando celdas con a) antenas omnidireccionales, b) sectorizadas 120º, c) sectorizadas 60º.
  86. 86. Sectorización Solución:  a) Antenas omnidireccionales. Dado un patrón de reúso de 7 celdas, existen entonces 395/7=57 canales por celda. De la tabla Erlang B ⇒ el sistema no sectorizado soporta A = 44.2 Erlangs. Entonces, por A= λ.H, dado que H= 2 minutos ⇒ λ= 1326 llamadas por hora.  b) Sectorización 120º ⇒ sólo 19 canales por sector (57/3). De la tabla Erlang B ⇒ cada sector soporta 11.2 Erlangs ⇒ por cada celda A = 11.2 x 3 = 33.6 Erlangs = A ⇒ λ= 1008 llamadas por hora (24% menos respecto al caso omnidireccional).  c) Sectorización 60º ⇒ sólo hay 9 canales por sector. De la tabla Erlang B ⇒ cada sector soporta 3.78 Erlangs ⇒ por cada celda A = 3.78 x 6 = 22.7 Erlangs ⇒ λ= 680 llamadas por hora (49% menos respecto al caso omnidireccional).
  87. 87. Ejercicio de conceptos abarcados hasta aquí respecto a GOS, tráfico, sectorización: Un proveedor de servicio celular decide usar un sistema digital TDMA (IS-45), el cual puede tolerar una relación señal a interferencia de 16 dB en el peor caso. a) Encontrar el valor óptimo de N para antenas omnidireccionales, sectorización 120º y sectorización 60º. b) De utilizarse sectorización, ¿cuál esquema debe usarse el proveedor de servicio desde el punto de vista de su negocio? (considerar coeficiente de pérdida n = 4). c) Suponer que el sistema se diseña para una GOS de 5%, en el que el sistema troncal presenta dos “cuellos de botella”, la central de conmutación y la plataforma de prepago. El tiempo de duración promedio de llamada es de 2 minutos. En total se dispone de 25 canales de radio por sector. El área total de cobertura está dividida en 24 clústeres. Si la plataforma de prepago soporta 125 mil solicitudes de llamadas por hora, calcular cuántas llamadas rechazará la plataforma por hora (utilizar el esquema elegido en b).
  88. 88. Solución: a) Antenas omnidireccionales: Relación S/I para peor caso dada por: 𝑆 𝐼 = 1 2 𝑄−1 −4+2 𝑄+1 −4+2𝑄−4 Dado N=7, Q = 4,6  𝑆 𝐼 = 17 𝑑𝐵 Dado N=4, Q = 3,46  𝑆 𝐼 = 11,3 𝑑𝐵 (valor inaceptable) Por lo tanto, para antenas omnidireccionales, el tamaño de clúster óptimo es N = 7 (debe ser el mínimo valor que asegura una calidad de recepción aceptable, de modo de proveer la mayor capacidad posible).
  89. 89. Sectorización 120º: Relación S/I para peor caso dada por: 𝑆 𝐼 = 1 𝑄−4+(𝑄+0,7)−4 Análogamente a como se hizo para antenas omnidireccionales, se puede hallar que el valor mínimo de N aceptable es N = 3 (para el cual 𝑆 𝐼 = 17,5 𝑑𝐵) Sectorización 60º: Relación S/I para peor caso dada por: 𝑆 𝐼 = (𝑄 + 0,7)4 Análogamente a como se hizo para antenas omnidireccionales, se puede hallar que el valor mínimo de N aceptable es N = 3. (para el cual 𝑆 𝐼 = 22,7 𝑑𝐵)
  90. 90. b) En caso de usarse sectorización, para el caso aquí estudiado, lo mejor es utilizar sectorización 120º, pues ofrece mejor capacidad troncal que sectorización 60º (si bien S/I es peor, el requerimiento mínimo es alcanzado  la mejora en la calidad de la señal dada por sectorización 60º no representa un beneficio útil). c) 25 canales por sector, GOS = 5 %  de tabla Erlang B, se tiene un tráfico de A = 20 Erlangs / sector. Tráfico total: 𝐴 𝑇 = 20 𝐸𝑟𝑙. 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 × 3 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎 × 3 𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎𝑠 𝑐𝑙ú𝑠𝑡𝑒𝑟 × 24 𝑐𝑙ú𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠 = 4320 𝐸𝑟𝑙𝑎𝑛𝑔𝑠 𝐻 = 1 30 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝐴 𝑇 = λ. 𝐻 ⇒ λ=4320.30=129600 llamadas/hora  Tráfico total: 129600 – 1250000 = 4600 llamadas rechazadas/hora
  91. 91. Tasas de Datos elevados en Comunicaciones Móviles  Para un enlace de radio singular únicamente afectado por ruido gaussiano, la capacidad del canal 𝐶 viene dada por la ecuación de Shannon: 𝐶 = 𝐵𝑊. log2 1 + 𝑆 𝑁 donde 𝐵𝑊= ancho de banda disponible en la comunicación; 𝑆 = potencia de señal recibida ; 𝑁= potencia del ruido gaussiano apareado a la señal.  Asumir una cierta tasa de información 𝑅. La potencia de señal recibida puede expresarse como 𝑆 = 𝐸 𝑅. 𝑅, donde 𝐸 𝑅= energía por bit de información. Más aún, la potencia de ruido puede expresarse como 𝑁 = 𝑁0. 𝐵𝑊, donde 𝑁0es la densidad de potencia espectral de ruido constante medida en W/Hz.  La tasa de información 𝑅 nunca puede exceder la capacidad del canal 𝐶. Entonces, para las potencias de señal y ruido recibidas, esto implica: 𝑅 ≤ 𝐶 = 𝐵𝑊. log2 1 + 𝑆 𝑁 = 𝐵𝑊. log2 1 + 𝐸 𝑅. 𝑅 𝑁0. 𝐵𝑊
  92. 92. Tasas de Datos elevados en Comunicaciones Móviles 𝑅 ≤ 𝐶 = 𝐵𝑊. log2 1 + 𝑆 𝑁 = 𝐵𝑊. log2 1 + 𝐸 𝑅. 𝑅 𝑁0. 𝐵𝑊  Definiendo a la utilización del ancho de banda del enlace de radio como 𝛾 = 𝑅 𝐵𝑊, entonces: 𝛾 ≤ log2 1 + 𝛾 𝐸 𝑅 𝑁0  Esta inecuación puede reformularse para proveer una cota inferior para la energía recibida por bit de información requerida, normalizada a la densidad de potencia de ruido, para una utilización del ancho de banda 𝛾 dado: Eb N0 ≥ min Eb N0 = 2γ − 1 γ
  93. 93. Tasas de Datos elevados en Comunicaciones Móviles  El 𝐸 𝑏 𝑁0 mínimo en el receptor como función de la utilización del ancho de banda, se ilustra en la figura a continuación. Para utilizaciones de BW significativamente menores a 1 –esto es, para tasas de información mucho menores que el BW utilizado- el 𝐸 𝑏 𝑁0 mínimo requerido es relativamente constante, indiferentemente del valor γ. Para una densidad de potencia de ruido dada, todo aumento de la tasa de información entonces implica un aumento relativo similar en la potencia de señal mínima requerida en el receptor, esto es, 𝑆 = 𝐸 𝑅. 𝑅 . Por otro lado, para utilizaciones de ancho de banda significativamente mayores a 1, el 𝐸 𝑏 𝑁0 mínimo requerido crece rápidamente con γ. Por tanto, en el caso de tasas de información del mismo orden o superior que el BW de comunicación, todo incremento adicional de aquélla, sin el correspondiente incremento en el BW disponible, implica un mayor y eventualmente mucho mayor incremento relativo en la potencia de señal de recepción mínima requerida.
  94. 94. Tasas de Datos elevados en Comunicaciones Móviles  De la discusión anterior, algunas conclusiones básicas pueden extraerse respecto a la provisión de mayores velocidades de datos en un sistema de comunicaciones móviles si el ruido es la principal fuente deterioro del radio-enlace:  Las tasas de datos que pueden proveerse en estos escenarios son siempre limitadas por la potencia de señal recibida disponible o, en el caso general, la razón S/N. Todo incremento de la tasa de datos posible dentro de un BW dado precisará al menos el mismo incremento relativo de la potencia de señal recibida. Al mismo tiempo, si una suficiente potencia de señal recibida puede obtenerse, al menos en teoría, cualquier tasa de datos puede ser provista dentro de un BW limitado dado.  En el caso de baja utilización de ancho de banda todo incremento de tasa de datos requiere aproximadamente el mismo incremento relativo en la potencia de señal recibida. Esto puede ser referido como operación limitada por potencia. Un aumento en el ancho de banda disponible no impacta sustancialmente el requerimiento de potencia de señal recibida para una cierta tasa de datos.  En el caso de alta utilización de ancho de banda, todo aumento en la tasa de datos requiere un aumento relativo mucho mayor en la potencia de señal recibida, salvo que el BW sea aumentado proporcionalmente a este incremento de tasa de información. Esto puede ser referido como operación de ancho de banda limitado. Un aumento en el ancho de banda reducirá la potencia de señal recibida necesaria para una tasa de datos específica.
  95. 95. Tasas de Datos elevados en Comunicaciones Móviles  De modo de hacer un uso eficiente de la potencia de señal recibida disponible o, en el caso general, la tasa S/N disponible, el BW de transmisión debiera al menos ser del mismo orden que las tasas de datos a ser provistas.  Asumiendo una potencia de transmisión constante, la potencia de señal recibida puede ser siempre aumentada mediante la reducción de la distancia entre el transmisor y el receptor, reduciendo entonces la atenuación de la señal a medida que se propaga. Al menos en teoría, en un escenario de ruido limitado, siempre es posible aumentar las tasas de datos, asumiendo la aceptación de una reducción en la distancia entre Tx/Rx. En un sistema de comunicación móvil esto corresponde a reducir el tamaño de la celda y por tanto, la necesidad de más celdas para cubrir la misma área. En particular, la provisión de tasas de datos del mismo orden del BW requeriría una reducción significativa del tamaño de celda. Alternativamente, se puede aceptar que las tasas de datos altas estén sólo disponibles para terminales en el centro de la celda.  Otras formas de aumentar la potencia de señal recibida para una potencia de transmisión dada es la utilización de antenas adicionales en el receptor o diversidad de antena de receptor. Múltiples antenas de recepción pueden ser aplicadas tanto en la estación base como en la terminal. Mediante una combinación apropiada de las señales recibidas en diferentes antenas, la razón S/N puede aumentar en proporción al número de antenas de recepción, por tanto permitiendo tasas de datos mayores para una determinada distancia entre Tx y Rx.  .
  96. 96. Tasas de Datos elevados en Comunicaciones Móviles  Múltiples arreglos de antenas también pueden aplicarse del lado de la transmisión, típicamente en la estación base, y ser utilizados para enfocar una potencia de transmisión total dada en la dirección del receptor, o sea, hacia la terminal de destino. Esto aumentará la potencia de señal recibida y por tanto, otra vez, permitirá tasas de datos superiores para una distancia Tx/Rx dada.  La provisión de tasas de datos superiores mediante el uso de arreglos de múltiples antenas de Tx/Rx es eficiente hasta un cierto punto, es decir, las tasas de datos son más limitadas en potencia que en ancho de banda. Más allá de este punto, el ancho de banda alcanzable comienza a provocar saturación y todo aumento en el número de antenas, más allá de proveer un incremento en la relación señal a ruido en recepción, sólo proveerá de un aumento marginal en las alcanzables tasas de datos. Esta saturación en las tasas de datos alcanzables puede ser evitada mediante el uso de múltiples antenas tanto en el transmisor como en el receptor, habilitando lo que se suele denominar múltiplex espacial, también referido como MIMO (Multiple Input Multiple Output). LTE utiliza esta técnica.
  97. 97. Tasas de Datos elevados en Comunicaciones Móviles  La discusión hasta aquí asume únicamente una comunicación afectada por ruido gaussiano, lo que está lejos de un escenario real. La interferencia de celdas adyacentes es frecuentemente la predominante. También debe agregarse la interferencia intra-celda.  Particularmente, los principios básicos discutidos hasta aquí también aplican cuando la interferencia es la principal causa de degradación:  La tasa de datos máxima alcanzable e un ancho de banda es limitado por la razón de señal a interferencia (S/I).  La provisión de tasas de datos mayores que el ancho de banda disponible es costosa en el sentido de que necesita una razón S/I altamente desproporcionada.
  98. 98. Tasas de Datos elevados en Comunicaciones Móviles  Reducir la celda obviamente reducirá la cantidad de usuarios y por consiguiente, el tráfico global por celda. Esto reducirá el nivel de interferencia relativo y por tanto permitirá tasas de datos mayores.  Similar al aumento en la razón señal a ruido, la combinación adecuada de las señales recibidas en múltiples antenas también aumentará la razón S/I.  El uso de formación de haz mediante múltiples antenas de transmisión centrará la potencia de transmisión en la dirección del receptor de destino, conllevando a una reducción de la interferencia a otros enlaces de radio y por tanto mejorando la razón S/I global en el sistema.  Una diferencia importante entre interferencia y ruido recae en que aquélla, en contraste al ruido, típicamente tiene una estructura lo que la hace hasta cierto punto predecible y por consiguiente, posible de suprimir o incluso remover por completo. Por ejemplo, una señal de interferencia dominante puede arribas desde una cierta dirección, en cual caso la interferencia correspondiente puede ser removida mediante la técnica MIMO.
  99. 99. Modulación para órdenes superiores de tasas de datos  Forma directa de proveer tasas de datos mayores dentro de un BW dado: uso de modulación de alto orden, ⇒ el alfabeto de modulación es extendido de modo de incluir alternativas de señalización adicionales y por ende, permitiendo mayor cantidad bits de comunicación por símbolo modulado.  En el caso de la modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), esquema de modulación utilizado para el enlace directo en los primeros despliegues 3G (WCDMA y cdma200), el alfabeto de modulación consiste de cuatro alternativas diferentes. Estas cuatro alternativas pueden representarse como cuatro puntos diferentes en un plano bidimensional. Entonces, QPSK = 2 bits de información por cada intervalo de símbolo. Constelación de esquemas de modulación QPSK y 8PSK
  100. 100. Modulación para órdenes superiores de tasas de datos  16 QAM por tanto extiende a 4 bits de información por cada intervalo de símbolo, proveyendo 16 diferentes alternativas de señalización.  64 QAM extiende a 64 alternativas mediante 6 bits de información por cada intervalo de símbolo.  Al mismo tiempo, el BW de la señal transmitida es, al menos en principio, independiente del tamaño del alfabeto de modulación y, principalmente, depende de la tasa de modulación (cantidad de símbolos de modulación por unidad de tiempo.)  El máximo uso de BW expresado en bps/Hz de 16 QAM y 64 QAM es al menos en un principio, 2 o 3 veces superior respectivamente que QPSK.
  101. 101. Modulación para órdenes superiores de tasas de datos  El uso de modulación de alto orden provee la posibilidad para una utilización de BW superior, o sea, la posibilidad de tasas de datos superiores dentro de un BW dado.  De todas formas, esto conlleva un costo de robustez reducida e interferencia o, dicho de otro modo, 16 QAM o 64 QAM requieren de un 𝐸 𝑏 𝑁0 mayor en el receptor para una probabilidad de error dada, en comparación a QPSK, coherentemente con lo expresado anteriormente en lo referente a que una tasa de información superior dentro de un BW limitado en general requiere de una razón 𝐸 𝑏 𝑁0 mayor en el receptor.
  102. 102. Modulación para órdenes superiores de tasas de datos Diagrama esquemático simplificado de Transmisor y Receptor con modulación 16QAM y constelación de señal cuadrada y umbrales 16 QAM. A. Bruce Carlson (2011)
  103. 103. Modulación para órdenes superiores de tasas de datos Constelaciones de señal QPSK, 16 QAM y 64 QAM.
  104. 104. Modulación para órdenes superiores de tasas de datos  16 QAM o 64 QAM requieren una razón 𝐸 𝑏 𝑁0 mayor en el receptor para una tasa de error dada en comparación con QPSK. De todos modos, en combinación con la codificación de canal, esto puede no ser así.  Esto puede, por ejemplo, ocurrir cuando el BW objetivo implica que, con un orden de modulación menor, nula o muy poca codificación de canal puede ser aplicada.  En este caso, la codificación adicional que puede aplicarse al utilizar un esquema de modulación superior como 16 o 64 QAM puede conllevar una mejora en eficiencia de potencia en comparación a QPSK. Por ejemplo, si una utilización de BW de casi 2 bits de información por símbolo modulado es requerida, QPSK habilitará una codificación de canal limitada (tasa de codificación de canal cercana a 1).
  105. 105. Modulación para órdenes superiores de tasas de datos  Por otro lado, el uso de 16 QAM habilitaría a una tasa de codificación de canal del orden de ½. Similarmente, si una eficiencia de BW cercana a 4 bits de información por símbolo modulado es requerida, el uso de 64 QAM puede ser más eficiente que 16 QAM, tomando en cuenta la posibilidad de menor tasa de codificación de canal y la correspondiente ganancia adicional de codificación en el caso de 64 QAM.  Debe anotarse que esto no contradice lo anteriormente dicho, donde se concluye que la transmisión con una utilización superior de ancho de banda es inherentemente ineficiente en potencia. El uso de tasa de codificación de canal de ½ para 16 QAM obviamente reduce la tasa de datos de información y por lo tanto, la utilización del ancho de banda al mismo nivel que QPSK no codificado.  Entonces, para una razón S/I dada, una combinación acertada de esquema de modulación y codificación de canal es óptima en el sentido de que puede entregar la más alta utilización de BW para dicha razón S/I.
  106. 106. Modulación para órdenes superiores de tasas de datos  Una desventaja general de los esquemas de modulación 16 y 64 QAM, donde la información también es codificada en la amplitud instantánea de la señal modulada, reside en el hecho de que ésta tendrá variaciones mayores y por lo tanto, también picos mayores en su potencia instantánea. Esto puede observarse en la siguiente figura que ilustra la distribución de la potencia instantánea, más específicamente la probabilidad de que la potencia instantánea se encuentre por encima de un valor determinado para QPSK, 16 QAM y 64 QAM respectivamente. Claramente, la probabilidad de picos altos en la potencia instantánea es mayor cuanto mayor el orden del esquema de modulación.
  107. 107. Modulación para órdenes superiores de tasas de datos  Picos mayores en la potencia de la señal instantánea implican que el amplificador de potencia del transmisor debe ser sobredimensionado de modo de evadir no linealidades, ocurrentes en niveles altos de potencia instantánea, causantes de corrupción de la señal a transmitir. Como consecuencia, la eficiencia del amplificador de potencia se ve reducida, conllevando a mayor consumo de potencia.  Adicionalmente, existirá un impacto negativo en costo. Alternativamente, la potencia promedio a transmitir puede reducirse, implicando un rango reducido para una tasa de datos dada. La eficiencia de amplificación de potencia es especialmente importante para los terminales, o sea, para la dirección de transmisión inversa o «uplink», debido a la importancia en costo y consumo de potencia de éstos.  Consiguientemente, picos altos de potencia de señal son un problema menor en el enlace directo que para el inverso ⇒ la modulación de mayor orden es más apropiada para «downlink» que para «uplink».
  108. 108.  Fundamentos de Telefonía Móvil Celular  Historia.  Conceptos generales: celda, reúso de frecuencias, interferencia, traspaso, sectorización.  Trunking, grado de servicio, tráfico (Erlang B y C), sectorización, esquemas de codificación y modulación.  Técnicas de acceso múltiple.  Telefonía Móvil Celular Digital de 2° Generación: GSM  Telefonía Móvil Celular Digital de 3° Generación: UMTS  Telefonía Móvil Celular Digital de 4° Generación: LTE/LTE-Advanced
  109. 109. Técnicas de Acceso FDMA (Frequency Division Multiple Access)  A cada usuario se le asigna una frecuencia diferente (concepto análogo por ejemplo a sintonizar un canal de radio AM/FM).
  110. 110. Técnicas de Acceso TDMA (Time Division Multiple Access)  A cada usuario se le asigna un intervalo de tiempo para transmitir.  Nace con los sistemas digitales (2G).  Multiplicó la capacidad de los sistemas analógicos. Ejemplo para GSM: Cada portadora soporta una trama de 8 intervalos de tiempo.
  111. 111. Técnicas de Acceso CDMA (Code Division Multiple Access)  Los usuarios utilizan todo el ancho de banda al mismo tiempo, utilizando un código único para cada comunicación.  Los códigos son ortogonales, es decir, tienen correlación nula entre ellos, a excepción de la multiplicación de los datos codificados por el mismo código (correlación 1).  Utilizado en IS-95 (2G) y WCDMA (3G). Buenos días Bonjour Good morning dobré ráno доброе утро
  112. 112. Técnicas de Acceso CDMA (Code Division Multiple Access)
  113. 113. Técnicas de Acceso OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)  Utilizando transformadas discretas de Fourier directas e inversas (DFT / IDFT), OFDM emplea una potencia de 2 de sub-portadoras ortogonales, moduladas cada una en QPSK, 16QAM o 64QAM. La ortogonalidad se traslada a la transformada en el tiempo, y cada componente adicional al símbolo actual es nulo en el instante de muestreo, anulando o minimizando la interferencia inter-símbolo. Programación del canal downlink en los dominios de tiempo y frecuencia en OFDMA en LTE. Dahlman et al (2011)
  114. 114. Técnicas de Acceso OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) O. R. Pons (2014)
  115. 115.  Fundamentos de Telefonía Móvil Celular  Telefonía Móvil Celular Digital de 2° Generación: GSM  Introducción.  Arquitectura: Entidades del BSS, NSS y NMS.  Canales Lógicos Usuario-Red.  Gestión de localización.  Servicio de Paquetes y acceso a redes de datos: GPRS/EDGE.  Telefonía Móvil Celular Digital de 3° Generación: UMTS  Telefonía Móvil Celular Digital de 4° Generación: LTE/LTE-Advanced
  116. 116. Introducción: Breve resumen histórico 1982: El CEPT crea el GSM (Groupe Spécial Mobile) Objetivo: Crear un sistema para móviles único que sirviese de estándar para Europa y fuese compatible con los servicios existentes y futuros sobre la proyectada Red Digital de Servicios Integrados (ISDN). Luego, GSM = Global System for Mobile Communications CEPT: Conferencia Europea de Administraciones de Correos y Telecomunicaciones
  117. 117. Introducción: Breve resumen histórico  1982 – La CEPT crea el Groupe Spécial Mobile.  1985 - Primeras recomendaciones del grupo GSM.  1986 – Primeras pruebas de radio sobre GSM.  1987 - Se elige el sistema TDMA como técnica de acceso al medio.  1988 - Se valida el sistema GSM.  1989 - Se traspasa GSM de la CEPT al ETSI.  1989 - Primeras especificaciones sobre GSM para desarrollar productos comerciales.  1990 - Lanzamiento de GSM a nivel comercial.  1991 – Primera llamada GSM hecha por Radiolinja en Finlandia.  1991 - Inclusión de GSM en ciudades y aeropuertos.  1992 – Primer mensaje SMS.  1993 - Cobertura de GSM en autopista e inicio de su uso fuera de Europa.  1995 - Cobertura de áreas rurales.
  118. 118. Introducción: Breve resumen histórico Casi 5.000 millones de suscriptores a través de 1.050 redes en 222 países y regiones (Ericsson Mobility Report, Nov. 2013)
  119. 119. Introducción: Breve resumen histórico
  120. 120. Introducción: Breve resumen histórico Sistema Banda Uplink (MHz) Downlink (MHz) Número de canal T-GSM-380 380 380.2–389.8 390.2–399.8 dinámico … T-GSM-810 810 806.0–821.0 851.0–866.0 dinámico GSM-850 850 824.0–849.0 869.0–894.0 128–251 P-GSM-900 900 890.2–914.8 935.2–959.8 1–124 E-GSM-900 900 880.0–914.8 925.0–959.8 975–1023, 0-124 R-GSM-900 900 876.0–914.8 921.0–959.8 955–1023, 0-124 T-GSM-900 900 870.4–876.0 915.4–921.0 dinámico DCS-1800 1800 1710.2–1784.8 1805.2–1879.8 512–885 PCS-1900 1900 1850.0–1910.0 1930.0–1990.0 512–810 Las bandas más usadas Bandas usadas en Colombia
  121. 121. Introducción: Breve resumen histórico
  122. 122. Introducción: Breve resumen histórico
  123. 123.  Fundamentos de Telefonía Móvil Celular  Telefonía Móvil Celular Digital de 2° Generación: GSM  Introducción.  Arquitectura: Entidades del BSS, NSS y NMS.  Canales Lógicos Usuario-Red.  Gestión de localización.  Servicio de Paquetes y acceso a redes de datos: GPRS/EDGE.  Telefonía Móvil Celular Digital de 3° Generación: UMTS  Telefonía Móvil Celular Digital de 4° Generación: LTE/LTE-Advanced
  124. 124. Arquitectura de Red
  125. 125. Arquitectura Subsistema de Estación Base (BSS – Base Station Subsystem)  Gestión del tráfico y la señalización entre MS y NSS  Transcodificación de los canales de voz  Asignación de los canales de radio.  Localización para provisión de servicios (paging).
  126. 126. Subsistema de Estación Base (BSS – Base Station Subsystem) MS (Mobile Station): Estación Móvil Transmisión de voz/datos, control, señalización, control del nivel de potencia. Una MS está dividida en dos partes: El hardware y el software necesarios para las interfaces de radio y humana (HMI); SIM (Subscriber Identity Module): constituye una tarjeta inteligente o unidad lógica que se adquiere al subscribirse a un sistema GSM. La tarjeta SIM se inserta en una MS y asocia a ésta con un usuario. La SIM posee una cantidad de identificaciones entre las que destacan: - IMSI (International Mobile Subscriber Identity): número internacional de identidad de suscriptor móvil; - Ki (Authentication Key): llave de autenticación; - Kc (Cryptography Key): llave de criptografía; - TMSI (Temporal Mobile Subscriber Identity): identidad temporal de suscriptor móvil, asignada temporalmente por el VLR en sustitución de la IMSI por motivos de seguridad.
  127. 127. Subsistema de Estación Base (BSS – Base Station Subsystem) MS (Mobile Station): Estación Móvil ¿Cómo se identifica? Número de directorio. MSISDN: Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network Number. MSISDN = CC + NDC + SN (Rec. E.164, §6.2.1) CC (Country Code): Indicativo del País NDC (National Destination Code): Indicativo Nacional de Destino SN (Subscriber Number): Número del Abonado Ej: 57-300-7654321 Decreto 25 de 2002 Título II, Capítulo I Plan Nacional de Numeración
  128. 128. Subsistema de Estación Base (BSS – Base Station Subsystem) BTS (Base Transceiver Station): Estación Base de Transrecepción Conforma los dispositivos de transmisión y recepción, incluyendo las antenas y el procesamiento de señal necesario para la interfaz de radio. Cubre una unidad geográfica denominada celda, normalmente dividida en tres sectores de 120°. La BTS normalmente contiene la unidad transcodificadora de adaptación de tasa o TRAU (Transcoding and Rate Adaptation Unit), donde se produce la codificación y decodificación de voz específica de GSM, proveyendo una interfaz entre PCM Ley A y GSM-Codec, así como la adaptación de tasa de bit de los canales de datos.
  129. 129. Subsistema de Estación Base (BSS – Base Station Subsystem) BSC (Base Station Controller) Controlador de Estación Base Las BTS de un área geográfica se encuentran conectadas a una BSC vía la interfaz denominada Abis. La BSC se encarga de todas las funciones centrales del subsistema BSS (conexión de radiofrecuencia (RF), control de potencia, liberación, handoff, localización, autenticación, etc.), comprendiendo las BTS conectadas a las BSC. BSC
  130. 130. Subsistema de Soporte de Red (NSS – Network Support System) Funciones principales:  Conmutación telefónica (entre móviles, móviles-fijos).  Gestión de perfiles de usuarios.  Gestión de movilidad. Arquitectura
  131. 131. Subsistema de Soporte de Red (NSS – Network Support Subsystem) MSC (Mobile Switching Center): Centro de Conmutación Móvil Constituye la entidad central de conmutación de la red. Los suscriptores GSM bajo cobertura de acceso RF proporcionada por un conjunto de BTS dentro de un área de la PLMN, se encuentran bajo servicio de una MSC y registrados en la base de datos de ésta (VLR). Todas las llamadas desde y hacia estos suscriptores son controladas por la MSC en cuestión. Las MSC se encuentran distribuidas geográficamente de modo de proporcionar el servicio a todos los usuarios GSM suscriptos en la PLMN. MSC
  132. 132. Subsistema de Soporte de Red (NSS – Network Support Subsystem) VLR (Visitor Location Register) Registro de Localización Visitante Base de datos contenedora de la información de usuario para los suscriptores registrados en una MSC (todo MSC contiene un VLR). A pesar de que la MSC y el VLR son accesibles por separado, constituyen siempre un único nodo integrado (en terminología SS7, dentro de una entidad de red con el mismo SPC y/o GT, se accede por número de subsistema o SSN –SubSystem Number- diferente para cada función -7 para el VLR, 8 para la MSC-). MSC VLR B
  133. 133. Subsistema de Soporte de Red (NSS – Network Support Subsystem) GMSC (Gateway MSC): Pasarela MSC Constituye una entidad conmutadora que dirige las llamadas que terminan en un móvil, actuando de pasarela entre la PLMN del suscriptor móvil y la red de la parte originante (PSTN, otra PLMN, etc.). Cuando se establece una llamada hacia un usuario GSM, el GMSC contacta al HLR local del suscriptor de modo de obtener la dirección de la MSC donde actualmente se encuentra registrado. Dicha información es utilizada para direccionar las llamadas hacia el usuario deseado. GMSC
  134. 134. Subsistema de Soporte de Red (NSS – Network Support Subsystem) HLR (Home Location Register): Registro de Localización Base Base de datos contenedora de los registros de cada usuario suscripto en la red. Un suscriptor GSM se encuentra normalmente asociado con un HLR. El parámetro MSISDN se encuentra aprovisionado en el HLR como parte del perfil de usuario y es enviado al MSC durante la etapa de registro o a un SCP durante la invocación de un servicio CAMEL. El HLR es responsable de la transmisión de datos de suscripción al VLR (durante la etapa de registro) o al GMSC (durante la gestión o terminación de llamada).
  135. 135. Subsistema de Soporte de Red (NSS – Network Support Subsystem) AuC (Authentication Center): Centro de Autenticación El AuC es accedido por el HLR de modo de determinar si la estación móvil (MS) será provista de servicio. Define si la MS es auténtica, enviándole un mensaje encriptado y verificando la respuesta del móvil. La autenticación está basada en la señalización que se produce entre el AuC y la tarjeta SIM del suscriptor. El método se basa en una secuencia aleatoria de números, denominada RAND, una clave de seguridad Ki grabada por seguridad en la SIM y en el AuC, de forma que nadie tiene en principio acceso a esta clave –única para cada cliente- y un algoritmo, denominado A3, que calcula una respuesta partir de RAND y Ki.
  136. 136. Subsistema de Soporte de Red (NSS – Network Support Subsystem) EIR (Equipment Identity Register): Registro de Identidad de Equipamiento El EIR mantiene un listado de MS legítimas, fraudulentas y fallidas (modelos, software, versiones, listas negras, etc.). Utiliza con este propósito el número de serie de equipamiento de la MS denominado IMEI (International Mobile Equipment Identity).
  137. 137. Subsistema de Operación y Soporte (OSS) Permite al operador monitorear, controlar, configurar, mantener y gestionar los elementos de la red GSM. Arquitectura
  138. 138. Arquitectura Subsistema de Operación y Soporte (OSS)  NMC (Network Management Center) Está a cargo de la gestión de toda la red: monitorización de alarmas de alto nivel, control de sobrecargas, gestión de tráfico, planificación, etc. Puede reemplazar un OMC.  OMC (Operation and Maintenance Center) Está a cargo típicamente de un subsistema (BSS, NSS, etc.). Supervisa el estado de la red, gestiona alarmas, rendimiento, controla configuración, colecta información de tráfico, etc.  ADC (ADministration Center) Está a cargo de las funciones administrativas de la red como las suscripciones de usuarios y facturación.
  139. 139.  Fundamentos de Telefonía Móvil Celular  Telefonía Móvil Celular Digital de 2° Generación: GSM  Introducción.  Arquitectura: Entidades del BSS, NSS y NMS.  Canales Lógicos Usuario-Red.  Gestión de localización.  Servicio de Paquetes y acceso a redes de datos: GPRS/EDGE.  Telefonía Móvil Celular Digital de 3° Generación: UMTS  Telefonía Móvil Celular Digital de 4° Generación: LTE/LTE-Advanced
  140. 140. Canales Lógicos Usuario-Red Estructura de los canales físicos:  La interfaz de radio combina FDMA y TDMA.  En una celda están disponibles varias portadoras (C0-Cn).  En cada portadora se tienen 8 intervalos de tiempo (TS0-TS7).  Los TS pueden transportar varios tipos de ráfagas.
  141. 141. Canales Lógicos Usuario-Red Tipos de canales lógicos: Los canales físicos se utilizan para transportar canales lógicos: Canales de Control. Canales de Tráfico. Ráfaga Corrección Frecuencia Ráfaga Normal Ráfaga Falsa Ráfaga Acceso Ráfaga Sincroniz. (Herradón, 2007) TS0 Portadora C0 TS1 Portadora C0 TS2-TS7 en C0, C1…Cn
  142. 142. Canales Lógicos Usuario-Red Broadcast Channels (BCH):  Punto a multipunto.  Unidireccionales en enlace downlink (BTS a MS). Synchronisation Channel (SCH): usado para identificar la BTS y para sincronización de trama. Frequency Correction Channel (FCCH): ráfaga de datos en el TS0 repetida cada 10 tramas. Usado para enganche y corrección de frecuencia en la MS. Broadcast Control Channel (BCCH): envía la identidad de la celda (GCI) y del área (LAI), las características de operación de la celda, y la lista de celdas vecinas.
  143. 143. Canales Lógicos Usuario-Red Common Control Channels (CCCH):  Punto a multipunto  Establecimiento y gestión de llamadas. Paging Channel (PCH): canal de aviso/ubicación. Envía mensajes a todas las MS que «escuchan» para conocer si tienen una solicitud de llamada. Random Access Channel (RACH): sólo se transmite en el enlace inverso (MS → BTS). Usado para solicitar una llamada o responder a una alerta en PCH. Access Grant Channel (AGCH): da instrucciones a la MS para operar en un canal físico particular. Es usado por las BTS para responder un mensaje RACH.
  144. 144. Canales Lógicos Usuario-Red Dedicated Control Channels (DCCH):  Punto a punto  Bidireccionales  Señalización usuario-red.  Stand-alone Dedicated Control Channel (SDCCH): Transporta señalización (mensajes de autenticación y alerta) previa a la asignación de un canal de tráfico.  Slow Associated Control Channel (SACCH): siempre está asociado al canal de tráfico asignado a la MS. BTS envía instrucciones sobre la potencia de transmisión y temporización. MS envía información sobre calidad del canal.  Fast Associated Control Channel (FACCH): transporta mensajes urgentes, como la solicitud de cambio de canal (handoff/handover).
  145. 145.  Fundamentos de Telefonía Móvil Celular  Telefonía Móvil Celular Digital de 2° Generación: GSM  Introducción.  Arquitectura: Entidades del BSS, NSS y NMS.  Canales Lógicos Usuario-Red.  Gestión de localización.  Servicio de Paquetes y acceso a redes de datos: GPRS/EDGE.  Telefonía Móvil Celular Digital de 3° Generación: UMTS  Telefonía Móvil Celular Digital de 4° Generación: LTE/LTE-Advanced
  146. 146. Gestión de Localización Área geográficas de la red GSM Área de cobertura de radio de una BTS Cada celda tiene un identificador único (GCI), unidad básica para localización de una MS (se guarda periódicamente en HLR vía MAP UL entre MSC y VLR) LA: Grupo de celdas manejadas por uno o varios BSC. Se utiliza con la GCI para el seguimiento de la localización de un móvil (se guarda en HLR) Cada LA tiene un identificador único (LAI) Grupo de LA manejadas por un MSC/VLR Área manejada por un MNO por todos sus MSC/VLR H-PLMN
  147. 147. Gestión de Localización Términos claves • Mobile Station Roaming Number (MSRN) Número ISDN asignado temporalmente por el VLR para la terminación de llamadas (el número de abonado efectivo). Tiene la misma estructura que el MSISDN: CC+NDC+SN • Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI) Alias del IMSI generado por el VLR por razones de seguridad (evitar clonación de IMSI por continuo envío) para uso local, cuando la MS se enciende. También se actualiza cuando la MS cambia de área geográfica. • Location Area Identity (LAI) LAI= MCC + MNC + LAC (Location Area Code) • Global Cell Identity (GCI) GCI= LAI + CI (Cell Identity) MCC: Mobile Country Code MNC: Mobile Network Code
  148. 148. Gestión de Localización Registro  El usuario enciende la MS;  MS selecciona la portadora de mejor intensidad;  MS se sincroniza con BTS usando FCCH y SCH;  MS obtiene de BCCH la identidad del Área de Localización (LAI);  Si LAI es distinta de la anterior (en la SIM), inicia proceso de actualización. Estación base Estación móvil FCCH, SCH, BCCH Sincronización Corrección Frecuencia
  149. 149. Gestión de Localización: Registro a la red Registro / Solicitud de Servicio
  150. 150. Gestión de Localización: Registro a la red Autenticación
  151. 151. Gestión de Localización: Registro a la red Actualización de Localización
  152. 152. Gestión de Localización: Registro a la red Reasignación de TMSI
  153. 153. Procedimiento de llamada BSSAP Paging (TMSI) #9 MAP PRN (IMSI) #3 ISUP IAM (MSISDN) #1 HLR VLR MAP SRI (MSRN) #5 MAP SRI (MSISDN) #2 ISUP IAM (MSRN) #6 MAP/B SI (IMSI) #7 MAP/B CC (LAC,TMSI) #8 ISUP IAM (MSISDN) #0 ISUP IAM (MSISDN) #1* H-PLMN MSC/GMSC LE (SSP) MSC PSTN MS A MS B TE (SSP) MAP PRN (MSRN) #4 GMSC V-PLMN Call #B (MSISDN)
  154. 154. Servicios Tele-servicios  Telefonía regular;  Llamadas de emergencia;  Mensajes de voz (buzón);  Facsímil Grupo 3;  Videotex, Teletex. Servicios Portadores  Datos (300 bps-9,6 Kbps);  Mensajes de texto (160 car.); (SMS, Short Message Service);  Difusión en la celda (mensajes de hasta 93 car.). Servicios Suplementarios • Aviso de tarificación; • Prohibición de llamadas salientes, internacionales, itinerantes; • Desvío de llamadas; • Presentación/restricción de número A; • Identificación de llamadas maliciosas; • Conferencia tripartita. • …
  155. 155.  Fundamentos de Telefonía Móvil Celular  Telefonía Móvil Celular Digital de 2° Generación: GSM  Introducción.  Arquitectura: Entidades del BSS, NSS y NMS.  Canales Lógicos Usuario-Red.  Gestión de localización.  Servicio de Paquetes y acceso a redes de datos: GPRS/EDGE.  Telefonía Móvil Celular Digital de 3° Generación: UMTS  Telefonía Móvil Celular Digital de 4° Generación: LTE/LTE-Advanced
  156. 156. Introducción  Los usuarios desean transmitir algo más que voz (2G).  Surgen diversas tecnologías para transmisión de datos en redes móviles, que marcan el camino hacia 3G: redes 2.5 G
  157. 157. Introducción: Compromisos  Envío y recepción de datos desde y hacia redes multiprotocolo;  Empleo de la infraestructura celular existente;  Movilidad;  Mayor cobertura;  No introducir interferencia en el servicio de voz.
  158. 158. Introducción: Generalidades  Estándar ETSI (Instituto Europeo de Estándares en Telecomunicaciones);  Red superpuesta a las redes GSM e IS-136 (TDMA);  Se actualizan algunos nodos de las redes GSM/TDMA para prestar el servicio;  La interfaz aérea es de paquetes de datos;  El núcleo de la red es IP (ATM backbone).
  159. 159. Introducción: Velocidad  La velocidad de un canal (intervalo TDMA) depende del esquema de codificación (CS):  CS-1: 8 Kbps, es el más robusto.  CS-2: 12 Kbps  CS-3: 14,4 Kbps  CS-4: 20 Kbps, es el menos robusto  Se pueden combinar hasta ocho canales para mejorar la velocidad: 160 Kbps
  160. 160. Introducción Modos de operación:  Clase A: El terminal recibe servicio GSM (voz o SMS) y GPRS (datos) de manera simultánea.  Clase B: El terminal puede estar registrado simultáneamente en las redes GSM y GPRS, pero sólo puede tener activa una conexión simultáneamente. El servicio GSM tiene prioridad sobre GPRS.  Clase C: El terminal sólo puede estar registrado a una de las redes. Normalmente son módems GPRS.
  161. 161. Introducción: Actualización de la red GSM Elemento de red GSM Modificación o actualización para GPRS Terminal de usuario Se requiere un terminal totalmente nuevo para acceder a los servicios GPRS, compatibles con GSM para llamadas de voz. BTS Se requiere una actualización de software. BSC Se requiere una actualización de software, así como también de un nuevo equipo llamado PCU (Packet Control Unit) para dirigir el tráfico de datos hacia la red GPRS. Núcleo de la red Se requiere la instalación de nuevos elementos de núcleo de red llamados SGSN (Serving GPRS Support Node) y GGSN (Gateway GPRS Support Node) Bases de datos (VLR, HLR y otras) Todas requerirán actualizaciones para encargarse del nuevo modelo de llamadas y funciones introducidas por GPRS.
  162. 162. Topología básica de Red GSM/GPRS
  163. 163. Arquitectura de Red: Nodos GPRS SGSN (Serving GPRS Support Node):  El SGSN mantiene un seguimiento de la localización de la MS al tiempo que lleva adelante funciones de seguridad, control de acceso y cobro en línea/facturación (normalmente establece una interfaz CAMEL con un SCP).  Se conecta a la red de acceso o GERAN a través de la interfaz Gb (SGSN<->BSC).  Resumiendo, envía y recibe los paquetes de datos de las estaciones móviles y gestiona las siguientes funciones con el soporte de las bases de datos de GSM (HLR, (G)MSC/VLR, EIR, AuC): ◦ Autenticación. ◦ Registro. ◦ Control de acceso. ◦ Movilidad. ◦ Recolección de información para tasación del uso de la interfaz de radio.
  164. 164. Arquitectura de Red: Nodos GPRS GGSN (Gateway GPRS Support Node):  Actúa como un enrutador proveyendo una interfaz con otras redes de datos o PDN y está conectado con otros nodos de la Core Network mediante un dominio basado en IP.  Guarda información de enrutamiento de las estaciones móviles registradas.  Recoge información para tasación del uso de redes de datos externas mediante interfaces vía protocolos AAA como RADIUS o Diameter.
  165. 165. Arquitectura de Red: Otros Nodos de GPRS CG (Charging Gateway):  Transfiere información de tasación desde SGSN y/o GGSN al sistema de cobro en línea/facturación (Billing).  Esta funcionalidad puede implementarse en un equipo centralizado (una SCP CAMEL –CAP III GPRS- o un AAA –RADIUS o Diameter-) o en forma distribuida en el SGSN y GGSN. CG
  166. 166. Evolución GPRS: EDGE Si bien GPRS acercó la movilidad del Protocolo de Internet (IP) e Internet en sí al usuario de la telefonía móvil, no resultó ser la solución óptima o final. Se implementa consecuentemente la tecnología EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution), cuyo objetivo fue mejorar la velocidad de transferencia de datos por paquetes. La implementación de EDGE introduce cambios en el BSS, a saber:  Nuevos métodos de codificación de paquetes de los nuevos canales de transmisión introducidos y cambio de esquema de modulación de GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) a 8-PSK (8-Phase Shift Keying), razones por las cuales la velocidad de transferencia en teoría alcanza los 384 Kbps.  El BSS adopta el nombre GERAN (GSM EDGE Radio Access Network). Aun logrando el objetivo de mejorar la velocidad de transferencia de datos respecto a GPRS, surge el inconveniente del aumento de costo por la cantidad necesaria mayor de estaciones BTS para brindar la calidad de servicio prometida
  167. 167. Funcionalidades GPRS/EDGE Control: GTP (GPRS Tunneling Protocol): Es el protocolo basado en IP utilizado entre los nodos GPRS (interfaz Gn o Gp). Cuando la MS solicita el inicio de una sesión GPRS, el SGSN establece un túnel denominado PDP Context o PDPc (Packet Data Protocol Context) desde la red de acceso IP/ATM (GERAN) hacia el GGSN. Todo el tráfico de control y datos atraviesan este túnel.
  168. 168. Funcionalidades GPRS/EDGE Seguridad: El usuario es autenticado en el SGSN de acuerdo a la información de suscripción obtenida desde el HLR; Movilidad: El SGSN mantiene un seguimiento de locación de la MS en conjunto con la red de acceso de radio. Calidad de Servicio: La calidad de servicio (QoS) es negociada durante el PDPc.
  169. 169. Funcionalidades GPRS/EDGE Cobro/Facturación: El SGSN genera información de cobro por volumen (KB) y/o tiempo de modo de intercambiarla con un sistema de cobro en tiempo real denominada OCF (Online Charging Function) o RTBS (Real Time Billing System), normalmente a través del protocolo CAP de la pila de protocolos de SS7. El GGSN también genera información contable, la cual puede obtenerse en otro formato a través de la interfaz establecida entre el GGSN y el CG o un sistema conocido como AAA (Authorization, Authentication and Accounting), primeramente vía el protocolo RADIUS, luego vía Diameter
  170. 170. Servicios GPRS/EDGE GPS GPRS GPRS Seguimiento GPS Localización de vehículos/Control de flotas
  171. 171. Servicios GPRS/EDGE Telemetría Cajeros Automáticos Datafonos inalámbricos
  172. 172.  Fundamentos de Telefonía Móvil Celular  Telefonía Móvil Celular Digital de 2° Generación: GSM  Telefonía Móvil Celular Digital de 3° Generación: UMTS  Motivación histórica, aplicaciones y conceptos.  3GPP – UMTS: WCDMA y características generales.  Arquitectura de Radio (UTRAN) y de Red UMTS (CS CN).  Servicios (MAP/CAP) del paradigma CAMEL post-3G.  IMS: Arquitectura, protocolos, interfaces e internetworking con la CS-CN y UTRAN de UMTS, GSM y GPRS.  Telefonía Móvil Celular Digital de 4° Generación: LTE/LTE-Advanced
  173. 173. Acciones iniciales Desde 1985 se establecieron en la ITU grupos de trabajo para buscar solucionar las limitaciones de las generaciones anteriores de telefonía móvil celular. En otras palabras, alcanzar los siguientes objetivos:  Alto grado de uniformidad de diseño a escala mundial;  Itinerancia o roaming mundial;  Capacidad para aplicaciones multimedia y una amplia gama de servicios y terminales (e.g.: vídeo y teleconferencia, Internet de alta velocidad, voz y datos de alta velocidad, datos hasta 2 Mbps). Estos grupos de trabajo convergieron en el IMT-2000 (1998) del cual, como fue mencionado anteriormente, surge el sistema UMTS de acuerdo a las especificaciones 3GPP/3GPP2; Los primeros sistemas UMTS basados en WCDMA son desplegados por British Telecom y Telenor en diciembre de 2001.
  174. 174. Aplicaciones Para el consumidor:  Flujos de video, estaciones de TV;  Video-llamadas, videoclips: noticias, música, deportes;  Juegos mejorados, chat, servicios de localización. Para los negocios:  Teletrabajo a alta velocidad, acceso VPN;  Automatización de la fuerza de ventas;  Videoconferencia;  Información financiera en tiempo real. (Aziz et al., 2006)
  175. 175. Requisitos de transmisión de datos: Velocidad de datos ambiente móvil 144 Kbps Velocidad de datos caminando 384 Kbps Velocidad de datos ambiente interior 2 Mbps Fuente: Adaptado de UWCC Macrocelda: muy alta velocidad (<500 km/h), exteriores. Macro/microcelda: velocidad de peatón o moderada (<120 km/h), exteriores. Pico celda: Exteriores o interiores; Corto alcance.
  176. 176. Prioridades iniciales del 3GPP  Espectro global común: 1.920-1.980 MHz y 2.110-2.170 MHz  Amplia gama de nuevos servicios;  Centrado en los datos (como Internet) y orientado a multimedia;  Velocidades de datos de hasta 2 Mbps;  Roaming global transparente;  Seguridad y rendimiento mejorados;  Soporte a una variedad de terminales (de PDA a PC de escritorio);  Uso intensivo de tecnologías de Red Inteligente (IN).
  177. 177. PCG: Project Co-ordination Group; TSG: Technical Specification Group;
  178. 178. Evolución de la Telefonía Móvil

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