Tecnologías celulares

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Tecnologías celulares

  1. 1. Comunicaciones Inalámbricas “Telefonía Celular” Presentación Gian Paolo Berardi Ingeniero de Aplicaciones Grupo Prod&Khym S.A Versión 1.18 2012Agilent Restrictedpage 1
  2. 2. Temas • Antecedentes • Etapas de un Sistema de Comunicación • Modos de Transmisión • Topología de un Sistema Celular • Estándares Inalámbricos • Características del sistema 1G • Sistemas de 2G y 2.5G Basados en el Acceso TDMA • Sistemas 2G y 3G Basados en el Acceso CDMA • Sistema 4G Basado en el tipo de Acceso OFDMAgilent Restrictedpage 2
  3. 3. Antecedentes – Comunicación  Por naturaleza el ser humano es un ente social que requiere comunicarse por razones sociales, culturales, profesionales, científicas, negocios, etc.  Difícilmente se puede negar el papel definitivo que las comunicaciones juegan en el desarrollo de una Nación.Agilent Restrictedpage 3
  4. 4. Etapas de un Sistema de Comunicación Transmisor Canal de Receptor Comunicación (Tx) (Rx) Interferencia Información Información El objetivo en un sistema de comunicación es llevar la información de un punto a otro, a través de un canal de comunicación. El transmisor se encarga de adaptar la señal de información para que pueda viajar por el canal de comunicación bajo la presencia de interferencia y, la función del receptor es la de recuperar la información que ha sido afectada por la interferencia para después regresar la a su estado original (voz, datos, video, etc.).Agilent Restrictedpage 4
  5. 5. Topología de un Sistema Celular Antena con N1-esimos Canales Antena con N2-esimos Antena con N3-esimos Canales Canales Celular (Mobile Station - MS) Radio Base(User Equipment – UE) (Base Transceiver Station - BTS) Sectorización de Radio Base (BTS) La estructura de la red celular esta formada básicamente La Radio Base cuenta con sectores los cuales tiene por una Radio Base (BTS) y un Celular (MS); la comunicación un número definido de canales, estos permitirán de la Radio Base al Celular se llama “DownLink” y del establecer la comunicación entre los diferentes Celular a la Radio Base se denomina “UpLink”. subscriptores que se encuentren en el área de cobertura. Agilent Restricted page 5
  6. 6. Topología de Sistema Celular Continuación . . . . . . . E1/T1 E1/T1 101101 100100 110101 PSTN BTS2 E1/T1 Public Switched MS2 Telephone Network E1/T1 BSC Base Station Controller BSC: Sección de una red de telefonía BTS3 BTS1 celular tradicional, responsable del MS3 MS1 manejo del tráfico y de señalización entre un teléfono móvil y la PSTN. PSTN: Es el punto de acceso para todo el tráfico de voz y datos de telefonía celular BTS: Base Station Transceiver System. y convencional (telefonía fija). MS: Mobile Station. La comunicación que se transmite o recibe entre el Celular y la Radio Base (BTS) pasa a través de un Controlador (BSC) la cual agrupa la información de varias BTS y es transmitida/recibida hacia/de la Central Telefónica (PSTN).Agilent Restrictedpage 6
  7. 7. Estándares Celulares 1G 2G 2.5G 3G 3.5G 3.9G /4G NMT IS-136 TDMA HSPA+ AMPS HSDPA GPRS UMTS LTE GSM WCDMA HSUPA EGPRS TACS WiMAX IS-95A CDMAone IS-95B CDMA2000 1xRTT CDMA2000 1xEVDO C-Netz AMPS: Advance Mobile Phone Service UMTS: Universal Mobile Telecommunication System GSM: Global System for Mobile Communication WCDMA: Wide Code Division Multiple Access GPRS: General Packet Radio Services HSDPA: High Speed Download Packet Access EGPRS: Enhance General Packet Radio Service HSUPA: High Speed Upload Packet Access CDMA: Code Division Multiple Access HSPA: High Speed Packet Access CDMA2000 1xRTT: CDMA – Radio Transmission Technology LTE: Long Term Evolution CDMA2000 1xEVDO: CDMA – Evolution Data Only WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave AccessAgilent Restrictedpage 7
  8. 8. 1era Generación (1G) de Telefonía Celular  Entre 1970 y 1980 las primeras generaciones de redes celulares fueron desarrolladas e implementadas, en términos muy generales los sistemas eran muy similares, sin embargo no se tenía compatibilidad entre ellos.  Algunos de los estándares eran:  AMPS: Advance Mobile Phone Service (USA) – Empleando la banda celular en 800 MHz  NMT: Nordic Mobile Telephone (Escandinavia)  TACS: Total Access Communication System (Gran Bretaña)  C-Netz: C Network (Alemania)  Radiocomm 2000 (Francia) 1G  SIP (Italia)  NTT: Nippon Telephone & Telegraph (Japón)  Características del sistema 1G  Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA)  Modulación Analogía (AM/FM)  Parcialmente Analógico y Digital (para Señalización)  Baja capacidad para transmisión de datos  Sistema con baja confidencialidad en la comunicaciónAgilent Restrictedpage 8
  9. 9. Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA) Canal 1 Tx1 Rx1 Canal 2 Tx2 Rx2 Canal 3 Tx3 Rx3 El tipo de acceso empleado en la 1era Generación celular es FDMA, donde Información cada usuario transmite y recibe su información en una frecuencia asignada.Agilent Restrictedpage 9
  10. 10. Esquemas 2G - Basados en un sistema digital TDMA(IS-136 y GSM/GPRS/EGPRS)GSM → Global System for Mobile Communication Bandas de Frecuencia: 850, 900, 1800 y 1900 MHz Modulación: GMSK (BT = 0.3) Ancho de Banda: 200 KHz Taza de Tx: 270.833 Kbps (GSM), ≈ 158 Kbps (GPRS), ≈ 474 (EGPRS) Taza de Tx (por Slot): ≈13.2Kbps(GSM), 9.0 a 21.4Kbps(GPRS), 8.8 a 59.21Kbps(EGPRS) Número de Ranuras: 8 ranuras (Time Slots)IS-136 → TDMA 1G 2G 2.5G Bandas de Frecuencia: 850 y 1900 MHz Modulación: π/4 DQPSK Ancho de Banda: 30KHz Taza de Tx: 48.6 Kbps Taza de Tx (Datos/Voz): ≈ 9.6 Kbps Número de Ranuras: 6 ranuras (Time Slots)Agilent Restrictedpage 10
  11. 11. Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) Canal Tx1 Rx1 Tx2 Rx2 t6 t5 t4 t3 t2 t1 Tx3 Rx3 Algunos estándares de 2nda generación, como GSM/GRPS/EGPRS, etc. emplean el tipo de acceso TDMA, donde varios usuarios comparten una frecuencia, pero transmiten Información en tiempos diferidos, a estos intervalos se les conoce como ranuras de tiempo (Time Slot).Agilent Restrictedpage 11
  12. 12. Sistema GSM (2G ) Conmutación de Circuitos Basado en TDMA GSM - Segunda Generación (2G) Basado en el Tipo de Acceso TDMA (Time Division Multiple Access) En GSM/GRPS/EGPRS, que son estándares de 2nda MS1 MS3 generación, los subscriptores pueden compartir una misma frecuencia, pero la Radio Base les MS2 asigna una ranura de tiempo (Time Slot) para evitar interferencias entre si. Ranuras de Tiempo Ranuras de Tiempo MS1 (Time Slot) (Time Slot) 8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 MS2 MS3 Canal 1 (Frecuencia 1 – Tiempo Ranurado) Celulares Radio Base (Mobile Station - MS) (Base Transceiver Station - BTS)Agilent Restrictedpage 12
  13. 13. Esquemas 2G y 3G- Basados en CDMA (CDMA y WCDMA)CDMA → IS-95/CDMA2000 Bandas de Frecuencia: 850 y 1900 Modulación: QPSK (DL) & OQPSK (UL) Ancho de Banda: ≈ 1.25 MHz Taza de Tx: 1.23 Mcps (CDMAone & CDMA2000 1xRTT) Taza de Tx (Datos/Voz): 9.6 /14.4 Kbps (CDMAone), 9.6 a 307.2 Kbps (CDMA2000 1xRTT) Número de Códigos: 64 Códigos Ortogonales WalshWCDMA → Wide-CDMA 1G 2G 3G Bandas de Frecuencia: I (1.9-2.1), II (1.8 -1.9), III (1.7-1.8), IV (1.72.1), V (800)y VI (850) Modulación: QPSK (DL) y BPSK(UL) Ancho de Banda: ≈ 5 MHz Taza de Tx: 3.85 Mcps Taza de Tx (Datos/Voz): 384 Kbps (móvil) a 2 Mbps (Fijo) Número de Códigos: 4 a 256 (UL) / 4 a 512 (DL) OVSF Orthogonal Variable Spreding FactorAgilent Restrictedpage 13
  14. 14. Acceso Múltiple por División de Código (CDMA) Tx1 Canal Rx1 Tx2 Rx2 Tx3 Rx3 Otra modalidad empleada en esquemas de 2nda y 3era Generación es usar el tipo de Información acceso CDMA, donde varios subscriptores transmiten en la misma frecuencia y al mismo tiempo, pero con códigos diferentes, que solamente pueden ser decodificados por el usuario final correspondiente.Agilent Restrictedpage 14
  15. 15. Sistema de CDMA/WCDMA CDMA/WCDMA – 2da y 3era Generación (2G y 3G) Basado en el Tipo de Acceso CDMA (Code Division Multiple Access) MS1 MS3 0 . . . . . 10 . . . . . . . . . . . . 20 . . . . . . . . . . . . 50 . . . . . Dominio del Código MS2 (Code Domain) En los esquemas de CDMA/WCDMA MS1 (estándares de 2G y 3G) los usuarios Canal 1 (Frecuencia 1 – Tiempo 1) comparten frecuencia y pueden transmitir MS2 simultáneamente sin que haya interferencia entre ellos, esto se logra asignándole a cada subscriptor un código diferente (código MS3 ortogonal). La herramienta gráfica llamada Dominio del Código nos permite identificar en que código se encuentra cada usuario. Celulares Radio Base (Base Transceiver Station - BTS)(Mobile Station - MS) Agilent Restricted page 15
  16. 16. Esquemas 4G- Basados en OFDM (LTE y WiMAX)LTE → Long Term Evolution Bandas de Frecuencia: 700, 800, 850, 900, 1700, 1800, 1900, 2100, 2600 MHz Modulación: 2x2 MIMO - QPSK(DL) & 16 QAM(UL) 4x4 MIMO - QPSK(DL) & 64 QAM (UL) Ancho de Banda: ≤ 20 MHz Taza de Tx: 173 Mbps (DL – 2x2 MIMO) / 58 Mbps (UL – 2x2 MIMO) 1G 2G 3G 4G 326 Mbps (DL – 4x4 MIMO) / 86 Mbps (UL – 4x4 MIMO) Tipo de Acceso: OFDM / MIMOAgilent Restrictedpage 16
  17. 17. Basic Channel Access Modes • La técnica de Múltiples Antenas es fundamental para LTE y WiMAX.Agilent Restrictedpage 17
  18. 18. OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing f1 A11 B A1 B A11 B f2 A22 B A2 B A22 B A44 A33 A22 A1 B B B B1 Buffer A44 A33 A22 A11 B B B B Buffer f3 A33 B A3 B A33 B f4 A44 B A4 B A44 B Emplear la técnica de OFDM permite que cada símbolo/Bit sea modulado en una frecuencia (Frecuencias Ortogonales) y el espectro total será la contribución de cada una de las portadoras que modulan al símbolo/Bit.Agilent Restrictedpage 18
  19. 19. LTE – Long Term Evolution – 4G WiMAX – 4G LTE – 4ta Generación (4G) Basado en el Tipo de Acceso OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Esta generación de comunicación inalámbrica emplea un tipo de acceso OFDM, donde una terminal/celular divide su MS3 información (Símbolos) y la transmite en frecuencias ortogonales para reducir la interferencia entre símbolos por retraso por múltiples trayectorias. MS2 MS1 Canal 1 Canal 2 Canal 3 MS2 MS1 (OFDM-1) MS2 (OFDM-2) MS3 MS3 (OFDM-3) Celulares Radio Base (Base Transceiver Station - BTS) (Mobile Station - MS)Agilent Restrictedpage 19
  20. 20. OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing Subportadoras 1 (Freq) 0.8 Symbols (Time) 0.6 0.4 0.2 0Usuario 1 Usurario 2 -0.2 -0.4Usuario 3 Usuario 4 -15 -10 -5 0 5 10 15 Frecuencia Multiples usuarios transmiten al mismo tiempo y son diferenciados por medio de la ortogonalidad de frecuencia.Agilent Restrictedpage 20
  21. 21. Agilent goes to Hollywood! You can be the next Tony StarkAgilent Restrictedpage 21
  22. 22. Agilent goes to Hollywood! ……or the next Black WidowAgilent Restrictedpage 22
  23. 23. Agilent goes to Hollywood!Agilent Restrictedpage 23
  24. 24. Agilent goes to Hollywood!Agilent Restrictedpage 24
  25. 25. Muchas Gracias!Agilent Restrictedpage 25

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