Telefonía móvil 2G final

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telefonia movil 2G

Telefonía móvil 2G final

  1. 1. Leonardo Barreto FlórezCód.. 63570Técnica 1Universidad Incca de Colombia
  2. 2. Telefonía móvil 2G
  3. 3. Telefonía móvil 2GQUE ES TELEFONIA MOVIL 2G ?Se conoce como telefonía móvil 2G a la segunda generación de telefonía móvil.La telefonía móvil 2G no es un estándar o un protocolo sino que es una forma demarcar el cambio de protocolos de telefonía móvil analógica a digital.La llegada de la segunda generación de telefonía móvil fue alrededor de 1990 ysu desarrollo deriva de la necesidad de poder tener un mayor manejo dellamadas en prácticamente los mismos espectros de radiofrecuencia asignados ala telefonía móvil, para esto se introdujeron protocolos de telefonía digital queademás de permitir más enlaces simultáneos en un mismo ancho de banda,permitían integrar otros servicios, que anteriormente eran independientes, en lamisma señal, como es el caso de:envío de mensajes de texto o Pagina en un servicio denominado Short MensajeServicie o SMS y una mayor capacidad de envío de datos desde dispositivos defax y módem.2G abarca varios protocolos distintos desarrollados por varias compañías eincompatibles entre sí, lo que limitaba el área de uso de los teléfonos móviles alas regiones con compañías que les dieran soporte.
  4. 4. Telefonía móvil 2GProtocolos de telefonía 2G• GSM (Global System for Mobile Communications)•Cellular PCS/IS-136, conocido como TDMA (conocido también comoTIA/EIA136 o ANSI-136) Sistema regulado por la TelecommunicationsIndustry Association o TIA•IS-95/cdmaONE, conocido como CDMA (Code Division Multiple Access)•D-AMPS Digital Advanced Mobile Phone System•PHS (Personal Handyphon System) Sistema usado en un principio en Japónpor la compañía NTT DoCoMo con la finalidad de tener un estándarenfocado más a la transferencia de datos que el resto de los estándares 2G
  5. 5. Telefonía móvil 2GFECHASSegunda Generación Celular:1989: Europa estandariza Global System for Mobile Communications (GSM)1992: GSM es lanzado.1990: Japón estandariza Japanese Digital Cellular (JDC) hoy día llamadoPersonal Digital Cellular (PDC)1990: Europa estandariza Sistema Celular Digital a 1800 MHz (DCS1800, recientemente nombrado GSM 1800)1993: DCS 1800 es lanzado.1992: IS-54 TDMA (Digital AMPS) es implantado en USA
  6. 6. Telefonía móvil 2GTelefonía 2.5G / 2.75GComo tal no existe ningún estándar ni tecnología a la que se puedallamar 2.5G o 2.75G, pero suelen ser denominados así a algunosteléfonos móviles 2G que incorporan algunas de las mejoras ytecnologías del estándar 3G como es el caso de GPRS y EDGE enredes 2G y con tasas de transferencia de datos superiores a losteléfonos 2G regulares pero inferiores a 3G.
  7. 7. Telefonía móvil 2GCaracterísticas 2G• Llamadas telefónicas• Correo electrónico con voz• Recepción de mensajes sencillos• Velocidad: Un 10Kb/ seg• Tiempo de descarga de un archivo Mp3 con una duración de 3 minutos : 31-41 min
  8. 8. Telefonía móvil 2GCaracterísticas 2.5G• Llamadas Telefónicas• Servicios de fax• Correo electrónico con voz• Envió / recepción de mensajes más complejos• Navegador de Internet• información de los mapas• Actualizaciones disponibles Velocidad: Un 64-144Kb/ seg• Tiempo de descarga de un archivo Mp3 con una duración de 3 minutos 6- 9min
  9. 9. Telefonía móvil 2GTecnologias 2G TDMA (Time Division Multiple Access)
  10. 10. Telefonía móvil 2GEn TDMA:La tecnología TDMA comprime las conversaciones (digitales), y las envía cada unautilizando la señal de radio por un tercio de tiempo solamente. La compresión de laseñal de voz es posible debido a que la información digital puede ser reducida detamaño por ser información binaria (unos y ceros). Debido a esta compresión, latecnología TDMA tiene tres veces la capacidad de un sistema analógico que utilice elmismo número de canales.La transmisión es simultánea, pero discontinua, en la misma frecuencia portadorade ráfagas o paquetes por los distintos usuarios.Cada receptor selecciona la ráfaga con su número y desprecia las demás 1 1 2 2 3 3
  11. 11. Telefonía móvil 2GTDMA• Los sistemas digitales se realizaron para poder manejar información de voz y datos, por lo que la voz es digitalizada por métodos predictivos, y se le aplica una modulación digital del tipo FSK (FSK, PSK, MSK).• La tecnología TDMA comprime las conversaciones (digitales), y las envía cada una utilizando la señal de radio por un tercio de tiempo solamente.• La compresión de la señal de voz es posible debido a que la información digital puede ser reducida de tamaño por ser información binaria (unos y ceros). Debido a esta compresión, la tecnología TDMA tiene tres veces la capacidad de un sistema analógico que utilice el mismo número de canales.• La transmisión es simultánea, pero discontinua, en la misma frecuencia portadora de ráfagas o paquetes por los distintos usuarios.• Cada receptor selecciona la ráfaga con su número y desprecia las demás.
  12. 12. Telefonía móvil 2GCaracterísticas de TDMA• Complejidad en el acceso: Estricta sincronización temporal• Para sistemas de alta capacidad de tráfico• Banda Estrecha/ancha• Simplificación de estaciones multicanales• Retardo en la comunicación• Elevada versatilidad• Necesidad de digitalización de la información• Facilidad de inserción de la señalización asociada a la llamada• Permite conseguir una alta calidad• Posibilidad de utilizar una sola frecuencia portadora para ambos sentidos de la comunicación.
  13. 13. Telefonía móvil 2GEn redes GSM, la tecnología TDMA se encuentra dividida en ocho (8) ranuras de tiempo (enlugar de tres), esa es la razón por la que GSM puede soportar un mayor número desuscriptores por canal de voz.La razón de la diferencia es que el espaciamiento de los canales de AMPS es de 30 Khz. Y enlas redes GSM es de 200 Khz.Simplemente podemos definir la multiplexación TDMA, como una técnica que distribuyelas unidades de información en ranuras (slots) alternas de tiempo, de esta manera proveeacceso múltiple a un número reducido de frecuencias.Puede decirse que es un proceso digital que se puede aplicar cuando la capacidad de la tasade datos de la transmisión es mayor que la tasa de datos necesaria requerida por losdispositivos emisores y receptores. En este caso, múltiples transmisiones pueden ocuparun único enlace subdividiéndole y entrelazándose las porciones.Esta técnica se emplea en infinidad de protocolos, sola o en combinación de otras, pero enlenguaje popular el término suele referirse al estándar D-AMPS de telefonía celularempleado en América.
  14. 14. Telefonía móvil 2GUso de TDMA en Telefonía Celular Mediante el uso de TDMA se divide un único canal de frecuencia de radio en varias ranuras de tiempo (seis en D-AMPS y PCS, ocho enGSM). A cada persona que hace una llamada se le asigna una ranura de tiempo específica para la transmisión, lo que hace posible quevarios usuarios utilicen un mismo canal simultáneamente sin interferir entre sí.Existen varios estándares digitales basados en TDMA, tal como TDMAD-AMPS (Digital-Advanced Mobile Phone System), TDMA D-AMPS-1900, PCS-1900 (Personal Communication Services), GSM (GlobalSystem for Mobile Communication, en el que se emplea junto consaltos en frecuencia o frequency hopping), DCS-1800 (DigitalCommunications System) y PDC (Personal Digital Cellular).
  15. 15. Telefonía móvil 2GCDMA (Code Division Multiple Access)
  16. 16. Telefonía móvil 2GCDMALa tecnología CDMA es muy diferente a la tecnología TDMA. La CDMA, después dedigitalizar la información, la transmite a través de todo el ancho de banda disponible.Varias llamadas son sobrepuestas en el canal, y cada una tiene un código desecuencia único. Usando al tecnología CDMA, es posible comprimir entre 8 y 10llamadas digitales para que estas ocupen el mismo espacio que ocuparía unallamada en el sistema analógico.En CDMA la transmisión es simultánea e ininterrumpida de varias comunicacionesen la misma frecuencia pero con códigos de dirección diferentes.El receptor acepta solo las señales que traen su propio código y expande lasdemás, considerándolas como ruido. Receptor: multiplica la señal recibida y evalua la correlación respecto al código del canal (c1) x1(t) x1(t) . c1(t) AIRE (Actua como un sumador con coeficientes x1.c1(t).c1(t) + x2(t).c2(t).c1(t) arbitrarios) c1(t) (+) Receptor: multiplica la señal x2(t) . c2(t) A. X1(t) .c1(t) + B. x2(t) .c2 (t) recibida y evalua la correlación respecto al código del canal (c2) x2(t) x2.c2(t).c2(t) + x1(t).c1(t).c2(t) c2(t)
  17. 17. Telefonía móvil 2G
  18. 18. Telefonía móvil 2GLas ventajas de CDMA son:•Contempla un método de control de energía diseñado para el ahorro de labatería y para ayudar a que no hayan interferencias con otro canal. Así seestablece una comunicación con el sitio celular receptor y el teléfono paramantener los niveles de potencia constantes y los mas pequeños posibles.•En CDMA NO se emplean cristales, los cuales al oscilar crean problemas deRFI potenciales para otros equipos electrónicos.•El handoff (pase entre celdas) es el convencional (fuerte) con uno suaveadicional. Cuando el teléfono cruza la frontera de una celda, la celda originalcontinua proporcionando servicio al teléfono. La nueva celda se activa y elteléfono funciona en ambos sitios celulares hasta alcanzar la suficienteintensidad de señal que la nueva celda pueda tomar.•No hay degradación notable de la calidad de transmisión durante elhandoff, lo cual es critico en la transmisión de datos.•CDMA soporta servicios de datos, conmutación de paquetes y la integraciónde datos empaquetados digitales celulares(CDPD).•La desventaja de CDMA ante la presencia de equipos AMPS es la graninterferencia originada en los equipos CDMA, problema que ha sido yarectificado.
  19. 19. Telefonía móvil 2GGSM (Global System for Mobile Communication)
  20. 20. Telefonía móvil 2GAlcance mundial y porcentaje de usoLa Asociación GSM (GSMA o GSM Association), este estándar es el másextendido en el mundo, con un 82% de los terminales mundiales en uso.1 GSMcuenta con más de 3000 millones de usuarios en 212 países distintos, siendo elestándar predominante en Europa, América del Sur, Asia y Oceanía, y con granextensión en América del Norte.La ubicuidad del estándar GSM ha sido una ventaja tanto para consumidores(beneficiados por la capacidad de itinerancia y la facilidad de cambio deoperador sin cambiar de terminal, simplemente cambiando la tarjeta SIM) comopara los operadores de red (que pueden elegir entre múltiples proveedores desistemas GSM, al ser un estándar abierto que no necesita pago de licencias).En GSM se implementó por primera vez el servicio de mensajes cortos de texto(SMS), que posteriormente fue extendido a otros estándares. Además, en GSMse define un único número de emergencias a nivel mundial, el 112, que facilitaque los viajeros de cualquier parte del mundo puedan comunicar situaciones deemergencia sin necesidad de conocer un número local.
  21. 21. Telefonía móvil 2GSistemas DAMPS IS-95 GSM PDC IS-136Acceso múltiple TDMA/ CDMA/ TDMA/ TDMA/ FDMA FDMA FDMA FDMABanda de Frec 800/1900 800/1900 850/ 800/1400 900/1800/ 1900Espaciam decanales (kHz) 30 1250 200 25Modulación Pi/4 BPSK/ GMSK QPSK DQPSK QPSKVelocidad voz 7,95 8 variable 13 9,6(kbps)Duplex FDD FDD FDD FDD
  22. 22. Telefonía móvil 2G
  23. 23. Telefonía móvil 2GFrecuencias GSMBanda Nombre Canales Uplink (MHz) Downlink (MHz) NotasGSM 850 GSM 850 128 - 251 824,0 - 849,0 869,0 - 894,0 Usada en los EE.UU., Sudamérica y Asia.GSM 900 P-GSM 900 0-124 890,0 - 915,0 935,0 - 960,0 La banda con que nació GSM en Europa y la más extendida E-GSM 900 974 - 1023 880,0 - 890,0 925,0 - 935,0 E-GSM, extensión de GSM 900 R-GSM 900 n/a 876,0 - 880,0 921,0 - 925,0 GSM ferroviario (GSM-R).GSM1800 GSM 1800 512 - 885 1710,0 - 1785,0 1805,0 - 1880,0GSM1900 GSM 1900 512 - 810 1850,0 - 1910,0 1930,0 - 1990,0 Usada en Norteamérica, incompatible con GSM-1800 por solapamiento de bandas.
  24. 24. Telefonía móvil 2GGSM (Global System for Mobile Communication)• Desarrollado por ETSI en el marco europeo, se transformó en una norma mundial. GSM 900, DCS 1800 o PCS 1900• Comienzo desarrollo a fin de los 80, fue implantada en principios de los 90, y fue evolucionando permanentemente.
  25. 25. Telefonía móvil 2G• Interface radio • En la banda 890-915 y 935-960 MHz hay 124 portadoras bidireccionales. • La velocidad en aire es de 270 kbps. • Utiliza una modulación a envolvente constante denominada GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) • Cada portadora tiene 8 Time Slots que son los canales físicos.
  26. 26. Telefonía móvil 2G•Interface radio • Trama TDMA • Comprende 8 TS de 577 microseg c/u o sea 4,616 ms. Las tramas son reagrupadas en multitramas (multitramas a 26 tramas para el tráfico y multitramas a 51 para la señalización), luego supertramas y finalmente hipertramas
  27. 27. Telefonía móvil 2G•Interface radio • Trama TDMA. • Se llama burst a un TS o Intervalo de Tiempo 4,616 ms 0 1 2 3 4 5 6 7 1 burst = 148 bits = 0,577 ms 3 57 1 26 1 57 3 Datos Aprendizaje Datos
  28. 28. Telefonía móvil 2G• Arquitectura • Central (MSC) • Bases de Datos (HLR y VLR) • Controladores de Estaciones Base (BSC) • Estación Base Transceptora (BTS) • Centros de Operación y Mantenimiento Radio y Red (OMC-R y OMC-N) • Estaciones Móviles (MS)
  29. 29. Telefonía móvil 2G• Arquitectura • MS • Estaciones móviles embarcadas (Clase 1) de 20W • Estaciones portables (Clase 2) de 8W • Estaciones portátiles (Clases 3 a 5) de 5W, 2W y 0,8W. • BTS • Cada BTS cubre una célula o celda • Transmisión/recepción de radio (modulación/demodulación, ecualización, entrelazado) • Capa física (emisión en TDMA, salto de frecuencia, codificación, encriptado) • Capa enlace (LAPDm) • Medición de calidad de señales recibidas
  30. 30. Telefonía móvil 2G• Arquitectura • HLR • Base de datos nominal con las características de los abonos de los móviles • Tiene las informaciones de los abonos, del IMSI, MSISDN, restricciones de los abonos, servicios suplementarios, la información de localización (identidad del VLR donde está registrado el MS) • VLR • Base de datos de los visitantes • Datos necesarios para la gestión de los roamers • Tiene información sobre el tipo de abono, IMSI, MSISDN, TMSI, tipo de abono y zona de localización. • Asigna el MSRN (Mobile Station Roaming Number)
  31. 31. Telefonía móvil 2GD-AMPS • Digital AMPS o NADC (North American Digital Cellular o IS-136 o ANSI-136 • Para reemplazar al AMPS analógico • Combina técnicas FDMA y TDMA como el GSM • Las frecuencias son las mismas del AMPS, lo que permite la transferencia de canales analógicos hacia digitales en función de la demanda permitiendo incrementar progresivamente la capacidad de la red
  32. 32. Telefonía móvil 2G D-AMPS •Estructura Interface Radio TRAMA DE 40 MS (1944 BITS) Slot 1 Slot 2 Slot 3sslot 3 Slot 4 Slot 5 Slot 6CANAL G R DATOS SINCRO DATOS SACCH DVCC DATOSASCEND 6 6 16 28 122 12 12 122CANAL SINCRO SACCH DATOS DVCC DATOS RSDVDESC 28 12 130 12 130 12 RSVD: Reservado. G: Guard Time. R: Ramp Time. DVCC: Digital Verification Color Code
  33. 33. Telefonía móvil 2GD-AMPS•Arquitectura del sistema • Es similar a la arquitectura GSM • Tiene MSC, HLR, VLR, BS, MS. No utiliza BSC • Las únicas interfaces normalizadas son la interface radio ANSI-136 y la interface MSC- MSC-HLR-VLR (IS-41)
  34. 34. Telefonía móvil 2GCDMA Sistema IS-95•Interface Radio: • Banda 824-849 y 869-894 MHz • Ancho de Banda: 1,2288 MHz (aprox 41 canales AMPS) • Separación Duplex de 45 MHz • Control de Potencia muy crítico. • Utiliza Código Corrector de Errores, entrelazamiento, detección de actividad vocal, codificación de voz a velocidad variable, técnicas de recepción RAKE.
  35. 35. Telefonía móvil 2GCDMA Sistema IS-95•Interface Radio: • Datos transmitidos a 9,6 kbps con codificador de voz a 8,55 kbps • Flujo de datos segmentado en bloques de 20 ms entrelazados y codificados con códigos convolucionales 1/2 y 1/3. • Flujo resultante ascendente 19,2 kbps y descendente de 28,8 kbps • Se agrega Código de Walsh ortogonal de dimension 64, pasando a 1,2288 Mbps.
  36. 36. Telefonía móvil 2GCDMA Sistema IS-95 •Cadena de Transmisión COD LARGO COD WALSH BLOQUES DE 20 ms A 9,6 kbps 19,2 kbps 19,2 kbps 1,2288 MbpsCOD VOZ COD VELOC 1/2 ENTRELAZ x 19,2 kbps x COD CORTO I 1,2288 Mbps I FILTRO x 1,2288 MbpsMODULADORQPSK COD CORTO I 1,2288 Mbps Q FILTRO x
  37. 37. Telefonía móvil 2GCDMA Sistema IS-95•Principio de base • A cada estación se atribuye una secuencia aleatoria. Estas secuencias deben ser diferentes y ortogonales o sea descorrelacionadas. Estas secuencias hacen que al combinarla con la señal útil, se transforme en quasi-aleatoria y con el espectro muy expandido
  38. 38. Telefonía móvil 2GSistemas 2,5GHSCSD (High Speed Circuit Switched Data) • No lo vemos, poco éxito.GPRS (General Packet Radio Service) • Conmutación de paquetes y aumento de velocidadEDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) • Mayor aumento de velocidad • También se lo considera un sistema 3G
  39. 39. Telefonía móvil 2GGPRSGPRS es una mejora de GSM y define una arquitectura de red con: • Conmutación de paquetes • Gestión de la movilidad • Acceso radio • Conexión a otras redes de datos fijas con IP o X.25 (Redes PDP: Packet Data Protocol) y otras redes móviles GPRS para ofrecer roaming
  40. 40. Telefonía móvil 2G GPRS GPRS retoma la arquitectura BSS de GSM, pero tiene arquitectura fija diferente de NSS. Utiliza los conceptos de IP móvil y de CDPD (Cellular Digital Packet Data) de USA RED GPRS RED LOCAL INTERNET137.194.201.20 137.194 210.17.114.4
  41. 41. Telefonía móvil 2GGPRSUsa multiplexado estadístico en BSS para transmitir los paquetes sobre laradioPuede utilizar más de una ranura de tiempo por trama TDMA, lo quepermitiría velocidades de hasta 171,2 kbps (máximo teórico inalcanzable)En la práctica, se usan como máximo 4 ranuras a 12 kbps c/u o sea 48 kbps.
  42. 42. Telefonía móvil 2GGPRSTipos de servicio• Las velocidades previstas permiten: • Consulta de la Web (HTTP) • Transferencia de archivos (FTP) • Transmisión de video comprimido • Servicios Punto a Punto y Punto a Multipunto (para una segunda fase) • Los servicios PTP pueden ser orientado a conexión (X.25) o sin conexión (IP) • También tiene un servicio de mensajes cortos
  43. 43. Telefonía móvil 2GGPRSCriterios de Calidad de servicio • Prioridad • Confiabilidad • Retardo • Velocidad
  44. 44. Telefonía móvil 2GGPRS • Clases de Calidad de ServicioClase Probabilidad de Probabilidad de Probabilidad de fuera Probabilidad de perdida duplicación de secuencia error residual1 10-92 10-4 10-5 10-63 10-2 10-5 10-24 Best effort (no especificado)Clase SDU de 128 octetos SDU de 1024 octetos Retardo medio Retardo a 95% Retardo medio Retardo a 95%1 <0,5 s <1,5 s <2 s <7 s2 <5 s <25 s <15 s <75 s3 <50 s <250s <75 s <375 s4 No especificado (Best effort)
  45. 45. Telefonía móvil 2GGPRSFunciones de seguridad • Autenticación del abonado • Confidencialidad de la identidad del utilizador • Confidencialidad de las informaciones transmitidas • Tarjeta SIM
  46. 46. Telefonía móvil 2GGPRSClase de los móviles • Clase A: comunicación GPRS y clásica simultánea • Clase B: puede tener ambos servicios, pero no simultáneos. En stand-by escruta ambas redes. • Clase C: sólo puede estar en stand-by en un tipo de servicio
  47. 47. Telefonía móvil 2GGPRSTécnicas para aumentar la velocidad • Desarrollo de terminales que pueden transmitir y recibir en varios TS por trama TDMA (terminales multislot) • Reducción de la protección de los datos • Utilización de modulaciones más eficientes (EDGE)
  48. 48. Telefonía móvil 2GGPRSTerminales multislot: • En recepción no hay problema, pero en transmisión aumenta el consumo de energía y se reduce la autonomía de batería y hay más calentamiento. • Si es para consulta de web, no habría problema
  49. 49. Telefonía móvil 2GGPRSReducción de la protección de datos ymodulaciones sofisticadas • Requiere mayor relación C/I • Esto hará que la velocidad de datos varíe con la distancia al centro de la estación base C/I bajo 32 kbps C/I alto 48 kbps
  50. 50. Telefonía móvil 2GGPRSEncaminamiento de datos •SGSN: Serving GPRS Support Node •GGSN: Gateway GPRS Support Node) BSC Tunel GPRS SGSN GGSN GTP (GPRS Tunnel Prot) Red datos X.25, IP RED GPRS
  51. 51. Telefonía móvil 2GGPRSPrincipio de encaminamiento de datos
  52. 52. Telefonía móvil 2GGPRSUso de WAP con GPRS o con Conmutación de circuitos
  53. 53. Telefonía móvil 2GGPRS corporativaAcceso a red
  54. 54. Telefonía móvil 2GGPRSterminal GPRSRoaming de
  55. 55. Telefonía móvil 2GGPRSGestión de la movilidad • Estados de un móvil • En GSM tiene dos estados: Inactivo o activo • En GPRS hay tres estados: Inactivo, activo y stand-by Inactivo Logon No se puede acceder (Idle) Logoff al móvil Logoff Transmisión o recepción de datos Activo Stand-by (Ready) Sin datos a transmitir o recibir Se puede acceder al móvil
  56. 56. Telefonía móvil 2GGPRS La razón delGestión de la movilidad estado standby es• Los datos se transmiten a un móvil, sólo cuando está activo. para reducir la carga• En el estado activo, el SGSN conoce la celda donde está sobre la red para conocer localizado el móvil. la celda donde está localizado el móvil• En standby, se conoce la ubicación a nivel de Area de y para ahorrar batería Enrutamiento (similar a Area de Localización en GSM)• Para enviar paquetes a un móvil en standby, primero hay que hacer paging, para localizarlo, y pasar al estado activo para recibir los datos• Para enviar paquetes a un móvil activo, se le avisa que hay paquetes y luego se le transmiten En el estado inactivo el móvil no tiene dirección asignada
  57. 57. Telefonía móvil 2GGPRS >EDGECon GPRS, el sistema GSM permite acceso a Internet a velocidades de cercade 50 kbpsPara superar ese límite, se propuso en ETSI (1997) utilizar una modulacióncon mejor eficiencia espectral que GMSK (1 bit/Hertz)Así aparece el concepto EDGE con 8PSK (3 bit/Hertz). (Enhanced Data ratesfor the Global Evolution)
  58. 58. Telefonía móvil 2GGPRS >EDGEAl mismo tiempo, el IS-136 enfrentaba fuertes limitaciónde velocidad, por el poco espacio entre portadoras (30kHz)El consorcio UWCC-136 (Universal WirelessCommunications Consortium) adoptó EDGE en 1998,como solución para aumentar las velocidades.EDGE fue reconocido por UIT como un sistema IMT-2000EDGE permitiría alcanzar:• 384 kbps para terminales <100 km/h y• 144 kbps para terminales <250 km/h
  59. 59. Telefonía móvil 2GEDGEModificaciones de la capa física• Modulación 8PSK Q 010 000 011 001 111 I 101 110 100
  60. 60. Telefonía móvil 2GEDGEEstructura del burst 1 burst = 148 símbolos = 444 bits = 0,577 ms 3s 58 símbolos 26 s 58 símbolos 3s 8,25 s Datos Aprendizaje Datos
  61. 61. Telefonía móvil 2GEDGEDos tipos de servicios • ECSD (Enhanced Circuit Switched Data) • Un solo canal físico permite hasta 43,2 kbps (14,4 x 3) • Canales en modo Transparente o No Transparente • EGPRS (Enhanced General Packet Data Service) • Un solo canal físico permite hasta 59,2 kbps y con ocho canales tendremos 473,6 kbps
  62. 62. Telefonía móvil 2GEDGE Fase 2Clase de servicio • Conversacional con fuertes requisitos de retardo (voz, videofonía, juegos video) • Streaming debe restituir el ritmo de generación de datos pero puede tolerar retardos usando buffers • Interactivo exige baja tasa de error y puede tolerar cierto retardo (consulta interactiva de servidores) • Backgroung que exige integridad pero tolera retardos grandes (e-mail)
  63. 63. Telefonía móvil 2GEDGE Fase 2Una red EDGE fase 1 sólo permite las dos últimasclases de servicio • Interactivo • Background o tráfico en tarea de fondo.La red EDGE fase 2 será indispensable para las dosprimeras clases de servicio: • Aparece el concepto GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network) • Permite conexión a red GSM o UMTS, en modo paquete o circuito • Ofrecerá servicios en tiempo real en modo paquete, basada sobre IP
  64. 64. Telefonía móvil 2GEDGE Fase 2 SGSN UMTS GERAN SGSN GPRS BSS MSC UMTS MSC GSM
  65. 65. PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR SERVICIO CELULAR • COBERTURA TOTAL Y SIN FRONTERAS • GRAN NUMERO DE USUARIOS PROBLEMAS FUNDAMENTALES • LOGRAR COBERTURA DE RADIO • NUMERO DE CANALES LIMITADO
  66. 66. PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR PROBLEMAS DE LAS REDES MOVILES • Interferencia debido a la estructura celular • Limitación/escasez del espectro • Calidad fluctuante de los enlaces de radio • Punto de acceso desconocido y variable en el tiempo • Manejo de la movilidad, aún durante una comunicación
  67. 67. PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR ATRIBUTOS NECESARIOS • “Agilidad” de frecuencia en el terminal • Distribución continua de radiobases de manera que la unidad móvil siempre opere con niveles aceptables de señal de radio. • Servicio de “roaming” para tener servicio continuo cuando el móvil se mueve por diferentes áreas de servicio. • Red fija celular integrada que maneja todas estas operaciones.
  68. 68. Arquitectura básica
  69. 69. Celda de radio área de coberturaCELDA DE RADIO TRAYECTO DIRECTO CANALES DE VOZ O DE CONTROL TRAYECTO INVERSO RADIOBASE ESTACION MOVIL DISTANCIA DE OPERACIONLINEAS AL MSC RADIO PLANEADO DE CELDA RANGO DE LA CELDA - Rmax
  70. 70. Cobertura de la celda COBERTURA IRREGULAR COBERTURA IDEAL RBS COBERTURA REAL
  71. 71. PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR REGION DE OVERLAP RADIOBASE
  72. 72. PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR Los hexágonos pueden ser alineados lado a lado, dando cobertura continua. Aparece el concepto de sectorización, ver los ángulos de 60º o 120º, con seis radio R y tres sectores, respectivamente. Una antena direccional, va a producir 60 º esta sectorización. 120º Los hexágonos pueden ser dispuestos en clusters o grupos de celdas.
  73. 73. PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR Cluster de 3 celdas Cluster de 4 celdas Cluster de 7 celdas Los puntos negros son radiobases Cobertura irregular real
  74. 74. PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR Temas del agrupamiento de celdas • Se necesitan otras frecuencias en las celdas adyacentes • Manejo de la región de overlap entre celdas • Reuso de la misma frecuencia en el patrón de celdas. • Tamaño de celdas necesita ser modificado para cubrir demanda de usuarios.
  75. 75. PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR A 1- Grupos de frecuencias A, B, C,...,G R Si hay un total de 210 canales, se F B asignan sólo 30 canales por celda. G 2- Distancia media de reuso: E C D A D/R= (3N)^1/2 F B G E C DDistancia dereuso D
  76. 76. PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR CONCEPTOS BASICOS COMUNES A TODO SISTEMA DE RADIO • Plan de frecuencias • Control de la interferencia cocanal CONCEPTO DIFERENTE • Las radiobases están interconectadas para formar sistema con cobertura continua.
  77. 77. PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR PROPIEDADES DEL SISTEMA CELULAR • Ubicación del móvil • El móvil se registra periódicamente en la radiobase más cercana (con señal más fuerte). • La red mantiene registro de la ubicación del móvil • Handoff durante la llamada • Cuando el móvil se mueve fuera de la cobertura de una celda, el sistema define a que otra celda debe pasar para continuar la conversación.
  78. 78. PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR RED FIJA CELULAR • Conecta todas las radiobases para señales de comunicación y mensajes a y de los usuarios. • Provee centros de conmutación para dirigir el tráfico en la red. (MSC) • Provee registros de datos de los usuarios. (HLR, VLR) • Provee conexión con la red telefónica fija. (PSTN) • Provee soporte de operaciones y mantenimiento. (OMC)
  79. 79. PRINCIPIOS DE RADIO CELULAR RED CELULAR FIJA PSTN AuC VLR HLR EIR MSC MSC OMC BSC1 BSCnBS1 BS2 BSk
  80. 80. METODOSDEACCESO
  81. 81. Definiciones En un sistema móvil, el acceso de los terminales a los recursos (canales radio) debe ser necesariamente compartido. Imposible reservar un canal a cada usuario, sobre cada sitio del sistema Definición de: • el método de repartición de la banda de frecuencia en canales y • los protocolos para acceder a los canales
  82. 82. Asignación de canales Tres etapas: • Se reparte el espectro disponible en varios canales, según un método de acceso múltiple (fijo en el tiempo). • Se asignan los canales a las estaciones base (esto puede ir variando en el mediano plazo). • A cada móvil, se asigna un canal para una comunicación (esto varía en el muy corto plazo).
  83. 83. Etapas en la asignación de recursos Frecuencias asignadas Definición método Espectro de frecuencias Regulación Canales al sistema acceso (diseñador) Planificación Canales Acceso Canales a (Operador) a las estaciones Aleatorio Móviles
  84. 84. Métodos de Duplexado En sistemas bidireccionales (full-duplex): • FDD (Frequency Division Duplex) • Se utilizan frecuencias de transmisión diferentes en cada sentido. Util para celdas grandes. Consume frecuencias. • TDD (Time Division Duplex) • Se utiliza la misma frecuencia, pero cada extremidad transmite en momentos diferentes. Util para celdas pequeñas. Permite ahorrar ancho de banda.
  85. 85. Métodos de Duplexado FDD F1 Tiempo Móvil/Base F2 Tiempo Base/Móvil TDD M/B B/M M/B B/M M/B B/M M/B B/M Tiempo F1
  86. 86. Canales de tráfico y señalización Canales de comunicación: • Canales de Tráfico Utilizados para transportar la información del usuario • Canales de Señalización o de Control Transportan las informaciones del sistema: a) informaciones generales que emite la red hacia los móviles b) comandos intercambiados entre red y móviles • Son canales lógicos diferentes que pueden compartir canales físicos idénticos
  87. 87. Ancho de Banda FDMA • Normalmente es de banda estrecha CDMA • Normalmente es de banda ancha (utiliza toda la banda asignada) TDMA • Puede ser banda estrecha o banda ancha
  88. 88. Protocolos de Acceso Aleatorio Los móviles “compiten” por el acceso al canal. Pueden ocurrir “colisiones” entre los mensajes emitidos por los diferentes móviles. Efecto de enmascaramiento de estaciones móviles por obstáculos Efecto de captura o cerca/lejos.
  89. 89. Protocolos de Acceso Aleatorio Protocolo no ranurado y sin escucha previa de los canales • El más simple es el ALOHA, desarrollado para comunicaciones entre varias islas de Hawai. • Cuando una estación tiene un mensaje a enviar, lo emite sin ninguna precaución. Como las estaciones emiten de manera arbitraria, se pueden producir colisiones entre paquetes • El mayor problema es su bajo rendimiento para alta carga
  90. 90. Protocolos de Acceso Aleatorio El mensaje 1 es emitido sin problemas, mientras que el fin del mensaje 2 está interferido por la emisión del mensaje 3. Se pierden los dos mensajes. En tiempo t1, ausencia de ACK del mensaje 3. El emisor 3, luego de un valor de tiempo de espera aleatorio, retransmite su mensaje. Llegada de mensajes 1 2 3 4 t1 Tiempo Colisión Retransmisión
  91. 91. Protocolos de Acceso Aleatorio Protocolos con escucha previa del canal • Acceso Múltiple por Sensado de Portadora - CSMA (Carrier Sense Multiple Access) • Se reduce problema de colisión, pero se pierde una porción de la capacidad, debido al período de escucha antes de emitir. CSMA 1-persistent La estación transmite con probabilidad “1” a la liberación del canalA emite B escucha B emite C y D escuchan C y D emiten A B CD Colisión Tiempo
  92. 92. Protocolos de Acceso AleatorioCSMA 1-persistent La distancia entre estaciones induce un retardo depropagación, llamado período de vulnerabilidad. La liberación del canal no ocurre en el mismo momento para cadaestación. Esto puede producir colisiones porque dos estaciones puedenquerer emitir cuando cada una de ellas ve el canal libre.
  93. 93. Protocolos de Acceso AleatorioCSMA 1-persistent Estación C Estación A Estación B Emisión de C T1 T2 T3 T4 Emisión de A Emisión de B T5 Colisión NO Colisión Colisión Distancia AC < Distancia BC < Distancia AB T1: Fin transmisión de C (liberación del canal a nivel de estación C) T2: Fin transmisión de C en A (liberación del canal a nivel de estación A) y comienzo transmisión de A T3: Fin transmisión de C en B (liberación del canal a nivel de estación B) y comienzo transmisión de B T4: Inicio recepción del mensaje de A en C T5: Inicio recepción del mensaje de B en C. Colisión con el mensaje de A
  94. 94. Protocolos de Acceso AleatorioCSMA non-persistent Una estación que detecta el canal ocupado, retarda sutentativa de emisión un tiempo aleatorio . Esto permite eliminar unagran parte de las colisiones y tiene mejor rendimiento para alta carga.Para baja carga, el tiempo alarga los retardos de transmisión eintroduce una degradación con relación al CSMA- 1 persistent. A emite B escucha e introduce aleatorio B escucha y emite su mensaje A B
  95. 95. Protocolos de Acceso AleatorioCSMA con detección de colisión CSMA-CD: Detiene la transmisión en caso de colisión, lo quedisminuye la duración de la interferencia. Utiliza técnica “listen-while-talk”. Se transmite una secuencia de interferencia ( jamming packet)para forzar a las otras estaciones en colisión a detener la transmisión. C transmite su mensaje A emite B escucha B emite su mensaje C y D escuchan el canal D transmite su mensaje A B Detención de emisiones de C y D Detección de colisión en B. Transmisión de un “jamming packet” por B.
  96. 96. Protocolos de Acceso AleatorioCSMA en ambiente radio móvil: DSMA DSMA (Data Sense Multiple Access). Se utiliza en CDPD,ARDIS o TETRA. Utilizado en contexto centralizado: la BS incluye en cadamensaje del canal descendente una bandera de indicación deocupación/no ocupación del canal ascendente. Las estaciones móvilesescuchan la bandera antes de una emisión. Si la bandera indica canallibre, se intenta la emisión sobre el intervalo siguiente. Cuando sedetecta emisión, la BS posiciona la bandera en Ocupación. Diseñado para resolver el caso de estaciones ocultas porobstáculos. A Obstáculo B C
  97. 97. Protocolos de Acceso AleatorioDSMA/CD Ejemplo de uso en el sistema CDPD (Cellular Digital Packet Data). El canal descendente transporta dos indicaciones utilizadas parael acceso al canal ascendente:• Estado del canal: Idle o Busy• Estado de la decodificación: indica si el mensaje enviado ha sido correctamente recibido en la BS. En caso de colisión, se utiliza este indicador para informar a las estaciones emisoras. MS 2 BS MS 1 Indicador Iddle Recibe I y transmite burst Indicador Busy, OK Indicador Iddle Indicador Busy Indicador Busy, No OK Canal Ascendente Colisión Canal Descendente
  98. 98. Protocolos de Acceso AleatorioProtocolos ranurados sin escucha del canal S-ALOHA: consiste a autorizar la transmisión solamente eninstantes particulares. El canal esta recortado en intervalos de tiempo(slots) idénticos a los del método TDMA. Los mensajes deben tener todos la duración de un intervalo ylas estaciones debe estar sincronizadas. S-ALOHA mejora al ALOHA simple, cuando hay una colisión, elcanal queda inutilizado solamente durante un slot (y no dos comoocurriría en ALOHA puro). A B C D t Colisión
  99. 99. Combinación de métodos FDMA TDMA f t Grupo N1 Grupo N2Grupo N3 Grupo 2NGrupo N1 Grupo N2Grupo N3 Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo N Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Usuario 1 Mensaje Mensaje Usuario 2 Mensaje CDMA Usuario N Mensaje Código
  100. 100. CANAL RADIOELECTRICO
  101. 101. PROBLEMAS DE TRANSMISION La señal sufre deterioro que implica degradación de la calidad de la comunicación percibida por los usuarios. Para la cuantificación se usa el BER (Bit Error Ratio): • Sistemas fijos: 10-6 a 10-12 • Sistemas móviles: 10 -1 a 10-4 (las transmisiones móviles son “mucho peores” que las fijas) Los sistemas móviles están diseñados para poder funcionar en ambientes más hostiles.
  102. 102. GESTIÓN DE RECURSOS
  103. 103. Gestión de recursos Concepto celular • Reutilización de frecuencias Patrón de reutilización Capacidades del sistema
  104. 104. Gestión de recursos Reutilización de frecuencias Permite resolver el problema de servir una zona o región extensa, con un ancho de banda limitado y con una densidad de usuarios importante Usa la propiedad de atenuación de las ondas de radio, que permite reutilizar la misma frecuencia en otra zona suficientemente alejada de la primera. Cada zona constituye una célula.
  105. 105. Gestión de recursos Reutilización de frecuencias Las células con la misma frecuencia (cocanal) deben estar suficientemente alejadas para que el nivel de interferencia cocanal sea suficientemente bajo. Para reutilizar las frecuencias, la banda total asignada se divide en sub-bandas. Cada sub-banda se asigna a una estación base ubicada en una célula y será reutilizada en otras células.
  106. 106. Gestión de recursos Ejemplo de reutilización de frecuencia Cluster Caso A: todas las frecuencias en el área. Caso B: las frecuencias se reutilizan. Ftot = 140 frecuencias (p ej) Ftot = f1+f2+f3+f4+f5+f6+f7 =140 f1=f2=.... = 20
  107. 107. Gestión de recursos Reutilización de frecuencia • Cluster: grupo de células o celdas que utiliza el conjunto de canales de la banda de frecuencias. Muchos clusters yuxtapuestos permiten cubrir toda el área. • Asignación fija: las frecuencias asignadas no cambian. Asignación dinámica: mecanismo para adaptar el sistema a las variaciones de C/I.
  108. 108. Gestión de Recursos Bandas celulares de 800 MHz Mobile TXFreq. 824 825 835 845 846.5 849 851 A” A B A’ B’ RChannel # 991 1 333 666 716 799 1023 Cell site Tx Freq. 869 870 880 890 8915 894 896 MHz A” A B A’ B’ R Channel # 991 1 333 666 716 799 1023
  109. 109. Gestión de Recursos Banda A celular de 800 MHz
  110. 110. Gestión de Recursos Patrón de 7 celdas sectorizadas en el centro de la celda A1 A3 G1 A2 G3 B3 B1 G2 B2 F1 C1 C3 C2 F3 F1 D1 F2 F3 D3 Reuso F2 D2 E1 E3 E2
  111. 111. Algunas estaciones
  112. 112. Algunas estaciones
  113. 113. Algunas estaciones
  114. 114. Algunas estaciones
  115. 115. GESTION DE LA MOVILIDAD
  116. 116. Movilidad Gestión de la movilidad radio o microscópica Cambiar de célula manteniendo la comunicación. HANDOFF o HANDOVER Gestión de la movilidad red o macroscópica Usar los servicios en toda la red o en redes visitadas. ROAMING
  117. 117. Movilidad Radio Gestión de la movilidad radio o microscópica HANDOFF o HANDOVER: Transferencia Automática Intercelular. A B A B ANTES DESPUES
  118. 118. Movilidad RadioFases del Handoff• Realización de mediciones y supervisión periódica del enlace• Determinación de la necesidad del HO. Umbral de decisión• Determinación de la célula objetivo y disparo del HO• Transferencia efectiva de los enlaces
  119. 119. Movilidad Radio• Realización de mediciones y supervisión periódica del enlace • Potencia de señal recibida • Tasa de error de bit (BER) • Distancia entre móvil y estación base• La estación base difunde: • Identidad de la propia estación base • Las frecuencias de los canales de control de las estaciones vecinas• Las mediciones se hacen cada medio segundo.• El móvil puede reportar a la red las mediciones de 6 estaciones vecinas.
  120. 120. Movilidad Radio• Determinación de la célula objetivo y disparo del HO • Potencia relativa de señales: mayor nivel recibido de estación vecina que de la estación corriente • Potencia relativa de señales con utilización de umbral: diferencia de nivel por debajo de un umbral • Potencia relativa con utilización de histéresis: nivel de potencia por encima de un valor • Potencia relativa con utilización de histéresis y umbral: se combinan los dos criterios precedentes.
  121. 121. Movilidad Radio• Tipo de Handoff: Hard Handoff MSC MSC MSC Antes Durante Después
  122. 122. Movilidad Radio• Tipo de Handoff: Soft Handoff MSC MSC MSC Antes Durante Después
  123. 123. Movilidad RadioTipos de Handoff Red 1 Red 2 MSC MSC MSC BSC BSC BSC BSC 1: Intracelular 2: Intra BSC 3: Intra MSC 4: Inter MSC1 2 4 5: Inter Red o Intersistema 3 5
  124. 124. Movilidad Red Selección de célula, Localización y Roaming • Dos procesos, cuando el móvil está inactivo: • Selección de célula MS recibe informaciones de la red para ubicarse sobre una célula determinada, que usará para el acceso • Localización o Roaming Permite a la red conocer en todo momento la posición del móvil con mayor o menor precisión
  125. 125. Movilidad Red Localización y Búsqueda • Localización: la red conoce la ubicación del móvil, porque el móvil la actualiza periódicamente. • Búsqueda (paging): la red busca al móvil Roaming • Es la posibilidad de usar el terminal en un punto cualquiera de la red propia o ajena. No solo para redes móviles.
  126. 126. Movilidad Red Métodos de Localización • Nivel cero - Sin localización, búsqueda en toda la red. Solo para redes pequeñas. Muy simple. Riesgo de saturación (Flooding algorithm) • Nivel uno - Localización manual, el abonado debe localizarse en la red para poder recibir llamadas. • Nivel dos - Localización automática con zonas de localización. Una zona tiene varias células. La red busca por zona.
  127. 127. Movilidad Red Localización Automática • a) Al encendido del terminal • b) Localización periódica: envío de la identidad del móvil en forma periódica. Gran consumo de recursos, sobre todo si el móvil no se mueve durante horas. • c) Localización por cambio de zona: el móvil envía su identidad cuando detecta que ha cambiado de zona. En GSM se usa Localización híbrida, combinando los métodos b) y c).
  128. 128. Movilidad Red Bases de datos para la gestión de la movilidad • Base de datos local (nominal) HLR Hay una por red. Almacena las informaciones de los abonados de la red: nombre, número, datos de seguridad, localización actual, etc • Base de datos visitante VLR. Puede haber varias en una red. Almacena los datos de los abonados registrados en las zonas de localización que dependen de esta base de datos. Es una copia parcial de los datos del HLR. HLR MSC VLR MSC VLR MSC VLR MSC VLR MSC

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